Problematika dusičnanů v Káraném: Detektivka o mnoha dějstvích

Transkript

1 Problematika dusičnanů v Káraném: Detektivka o mnoha dějstvích Jiří Bruthans, Iva Kůrková, Renáta Kadlecová Česká geologická služba Univerzita Karlova

2 Studijní území

3 pěstování zeleniny, intenzivní hnojení, zavlažování

4 Jímací řad Studny číslo Vzdálenost od řeky (m) max. čerpání (L/s) Sojovice Skorkov Předměřice Kochánky Benátky suma: 700 l/s průměrné srážky 522 mm za dotace podzemní vody střed. hodnota 1,65 l/s/km 2 ET 90% srážek

5 Mapa využití území

6 - změna krajiny po kolektivizaci - rozloha polí vs. lesů se výrazně nezměnila

7 Účelová geologická mapa využití území

8 Geologický řez mezi Sobětuchy a Předměřicemi/Jizerou influkce Jizera srážky-et na kvartérní kolektor přetok z jizerského souvrství Rybářová 2015

9 Kolektor fluviálních náplavů

10

11 Obsah dusičnanů v jímacích řadech 140 Sojovický řad Skorkovský řad Kochánecký řad 120 Benátecký řad Předměřický řad mesíční klouzavé průměry dusičnany (mg/l) mg/l limit pro pitnou vodu year po roce 2001 výrazný nárůst Jak se bude koncentrace dusičnanů dále vyvíjet? Co kontroluje koncentrace dusičnanů?

12 - izotopové studie dusíku v dusičnanech (Buzek 2006, 2012) - 12 nových vrtů - monitoring hladin a teploty, chemizmu, čerpací zkoušky, rezistivimetrie kapaliny - 8 nových piezometrů v břehu řeky pro určení kolmatační vrstvy ve dně - odběr jádra z 30 m jizerského souvrství (vrt V11), analýzy obsahu síry (pyrit) a organické hmoty - infiltrační zkoušky, půdní lyzimetry - odběry vzorků tritia a SF 6 pro určení doby zdržení podzemní vody

13 Hladiny podzemní vody v monitorovacích vrtech vrty do 130 m od řeky (kvartérní kolektor) -kontrolovány kolísáním řeky V10 hldina podz. vody (m n.m.) hldina podz. vody (m n.m.) V2 V Jizera (ČHMU) V1 vrty nad 500 m od řeky (kvartérní kolektor) -velmi malá amplituda kolísání V3 V12 V

14 vrty do 130 m od řeky (kvartérní kolektor) V10 hldina podz. vody (m n.m.) ina podz. vody (m n.m.) hldina podz. vody (m n.m.) V2 V vrty těsně u jímacích řadů V V zahájení čerpání Jizera vrt v jizerském souvrství V1 V10 V8 hv11 (m n.m.)

15 Koncentrace dusičnanů vysoké dusičnany mají monitorovací vrty ze zázemí nízké dusičnany má řeka Jizera a jímací vrty v jizerském souvrství studny padají mezi tyto krajní členy chloridy (mg/l) jímací řady řeka Jizera vrty P8, P10 monitorovací vrty* lyzimetry dusičnany (mg/l)

16 Chemické složení - žádný rozdíl v chemickém složení vody z kvartérního kolektoru a jizerského souvrství (z infiltrace do kvartéru pochází jen asi 3% vody) - zásadní rozdíl v chemickém složení řeky Jizery a vody ze zázemí (tj. monitorovacích vrtů směrem od jímacích řadů do zázemí) 250 jímací řady vrty P8, P10 řeka Jizera monitorovací vrty* zázemí lyzimetry *jen ze zázemí sírany (mg/l) Jizera v Jizeře převládá voda z horských povodí v krystaliniku, voda jímacích studní padá mezi hodnoty zázemí a řeky (binární míšení) podle chemického složení lze určit zastoupení říční vody vápník (mg/l)

17 Mísící linie pro studny Sojovického a Skorkovského jímacího řadu Hronec (2012) -zastoupení říční vody byly vypočteno na základě obsahu iontů Ca 2+ -Jizera 12 mg/l -zázemí mg/l -podobné výsledky zastoupení říční vody na základě síranů -v kvartérním kolektoru nejsou přítomny karbonáty, Ca by se neměl uvolňovat

18 Koncentrace dusičnanů v studnách v letech 1940, 2011(vysoký) a 2016 (nízké) směr proudění řeky -srovnání se zastoupením říční vody -vysoké zastoupení říční vody v místech umělé infiltrace, vzdutí jezy (zvodnělá mocnost náplavů místy jen 2 m, takže vzdutí může výrazně zvýšit přítok vody z Jizery)

19 Koncentrace chloridů -vstupy chloridů hlavně ze solení komunikací

20 Datování podzemní vody pomocí tritia a SF 6 Jizera - zdánlivá doba zdržení 10 let Vyhodnocení: TracerLPM (USGS) střední doby zdržení v monitorovacích vrtech (roky): 14 modře mezi řady a řekou žlutě ze zázemí

21 Nízké koncentrace dusičnanů v jímacích vrtech - Hluboké vrty P8, P10, P11 do jizerského souvrství v Kochánkách _no3 P8 _no3 P10 _no3 P11 P10 P8 dusičnany (mg/l) % vody s dobou zdržení 20 let, 50% s dobou zdržení přes 100 let -nízké dusičnany v jímacích vrtech jizerského souvrství v oblasti Kochánek a potažmo i velmi nízké koncentrace dusičnanů v Kocháneckém řadu jsou způsobeny částečně vysokou dobou zdržení podzemní vody jizerského souvrství (50% této vody není ovlivněno umělými hnojivy) chloridy (mg/l) jímací řady řeka Jizera vrty P8, P10 monitorovací vrty* lyzimetry dusičnany (mg/l)

22 Denitrifikace - popsaná z jizerského souvrství již Buzkem a kol. (2006) na základě δ 15 N - ve vrtu V11, okolo 0,3 hm.% FeS 2 a 0,2 hm.% org. C, ale pouze pod hladinou vody - v mělké připovrchové zóně snadný vstup kyslíku, pyrit zoxidován, dusičnany stabilní - v hlubších zónách spotřebování kyslíku a denitrifikace dusičnanů díky přítomnému pyritu

23 Několikaleté oscilace koncentrací dusičnanů v jímacích řadech dusičnany (mg/l) 140 Sojovický řad Skorkovský řad 5 Kochánecký řad Benátecký řad 120 Předměřický řad rychlost doplňování (mm/týden) 11-mesíční klouzavé průměry rychlost doplňování (mm/week) year - odpovídá dotaci podzemní vody odvozené z hladiny podzemní vody na monitorovacích kvartérním vrtu VP water table fluctuation method - derivace hladiny, vyhlazená ročním klouzavým průměrem (minimum zjednodušení); dotace podzemní vody výrazně kolísá v čase 0

24 -za stavů vysoké dotace podzemní vody: Nový koncepční model: dotace v zázemí Zvýšení hladiny v zázemí rychlé šíření hydraulické odezvy a zvýšení průtoku vody z křídy a kvartéru do jímacích studní na úkor přítoku z Jizery zvýšení koncentrace dusičnanů po dobu zvýšené dotace -za stavů nízké dotace podzemní vody: dotace v zázemí Snížení hladiny v zázemí snížení průtoku vody z křídy a kvartéru do jímacích studní zvýšení přítoku vody z řeky Jizery snížení koncentrace dusičnanů po dobu snížené dotace díky ředění říční vodou Zásadní roli hraje dotace podzemní vody, ale nejde o přímý vstup dusičnanů, ale o hydraulickou odezvu (v souladu se značnou dobou zdržení podzemní vody)

25 Benátecký řad l/s kvartér 3,8 km 2 tj. dotace ze srážek 3% influkce z Jizery 35% dotace z jizerského s. 62% Kochánecký řad l/s kvartér 2 km 2 tj. dotace ze srážek 2% influkce z Jizery 55% dotace z jizerského s. 43% Skorkovský řad l/s kvartér 2,3 km 2 tj. dotace ze srážek 3% influkce z Jizery <20% dotace z jizerského s. >77% Sojovický řad l/s kvartér 33km 2 tj. dotace ze srážek až 24% influkce z Jizery 60% dotace z jizerského s % Doplňování podzemní vody 1,65 l/s/km 2 Z jak širokého okolí přitéká voda do jímacích řadů? 0,5 roku 0,3 roku 0,5 roku max. 3,7 roku Jaká je střední doba zdržení v kvartérních náplavech? =objem vody v náplavech/čerpaným množstvím = porozita*mocnost*plocha/q 12 km 17 km 23 km 9 km

26 rok rok Modelování vstupních koncentrací dusičnanů (Tracer LPM (USGS) D0.5) -vyhlazeno 9 letým klouzavým průměrem MRT: 15 let 80% NO 3 vody MRT: 20 let 35% NO 3 vody dusičnany (mg/l) Sojovice: 1965_70 mg/l; 1995_140 mg/l Skorkov: 1965_70 mg/l; 1995_140 mg/l rok rok MRT: 10 let 37% NO 3 vody dusičnany (mg/l) MRT: 12 let 15% NO 3 vody Kochánky (zvýš. z 12 na 70 mg/l v 1965) Benátky (zvýš. z 12 na 70 mg/l v 1960tých)

27 Závěry Jizerské souvrství má velmi různé koncentrace dusičnanů připovrchová zóna má vysoké koncentrace dusičnanů hlubší zóny - hlavní kolektor C nízké koncentrace dusičnanů (denitrifikace, delší doba zdržení) Chemické složení podzemní vody kvartérního kolektoru a připovrchové zóny jizerského souvrství se neliší Kolísání koncentrace dusičnanů podzemní vody v jímacích řadech v čase je způsobeno kolísáním intenzity dotace - různý poměr infiltrované říční vody a přítoku vody z jizerského souvrství Nízké koncentrace dusičnanů v jímacích řadech v místech s vysokým podílem vody z Jizery nebo v místech odvodnění hlubšího kolektoru C jizerského souvrství V prostoru Benáteckého a Kocháneckého řadu se po roce 1975 již koncentrace dusičnanů nezvýšily, jen oscilují - omezené pěstování zeleniny V Skorkovském a Sojovickém řadu je výrazné zvýšení koncentrací dusičnanů i po roce výrazné zvýšení intenzity hnojení, intenzivní pěstování zeleniny Situace se může dále zhoršovat, pokud nebudou přijata opatření

28 Projekt NAZV projekt QJ Inovace systémů zemědělského hospodaření v prostředí kvartérních sedimentů, jejich ověření a aplikace v ochranných pásmech vodních zdrojů /Kvarterni_sedimenty_zemedelstvi.pdf od

29 DĚKUJI ZA POZORNOST