Problematika dusičnanů v Káraném: Detektivka o mnoha dějstvích Jiří Bruthans, Iva Kůrková, Renáta Kadlecová Česká geologická služba Univerzita Karlova
Studijní území
pěstování zeleniny, intenzivní hnojení, zavlažování
Jímací řad Studny číslo Vzdálenost od řeky (m) max. čerpání (L/s) Sojovice 86-219 330-380 230 Skorkov 227-299 150-295 100 Předměřice 691-700 40-50 20 Kochánky 300-440 230-300 200 Benátky 441-573 220-305 180 suma: 700 l/s průměrné srážky 522 mm za 1971-2010 dotace podzemní vody střed. hodnota 1,65 l/s/km 2 ET 90% srážek
Mapa využití území
- změna krajiny po kolektivizaci - rozloha polí vs. lesů se výrazně nezměnila 1953-54 2016
Účelová geologická mapa využití území
Geologický řez mezi Sobětuchy a Předměřicemi/Jizerou influkce Jizera srážky-et na kvartérní kolektor přetok z jizerského souvrství Rybářová 2015
Kolektor fluviálních náplavů
Obsah dusičnanů v jímacích řadech 140 Sojovický řad Skorkovský řad Kochánecký řad 120 Benátecký řad Předměřický řad 100 11-mesíční klouzavé průměry dusičnany (mg/l) 80 60 40 50 mg/l limit pro pitnou vodu 20 0 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 year po roce 2001 výrazný nárůst Jak se bude koncentrace dusičnanů dále vyvíjet? Co kontroluje koncentrace dusičnanů?
- 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
Hladiny podzemní vody v monitorovacích vrtech 177 176 vrty do 130 m od řeky (kvartérní kolektor) -kontrolovány kolísáním řeky V10 hldina podz. vody (m n.m.) hldina podz. vody (m n.m.) 175 174 173 172 V2 V5 171 177 1.5.2014 31.10.2014 2.5.2015 1.11.2015 2.5.2016 1.11.2016 3.5.2017 176 175 174 173 172 Jizera (ČHMU) V1 vrty nad 500 m od řeky (kvartérní kolektor) -velmi malá amplituda kolísání V3 V12 V4 171 1.5.2014 31.10.2014 2.5.2015 1.11.2015 2.5.2016 1.11.2016 3.5.2017
177 176 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.) 175 174 173 172 V2 V5 171 1.5.2014 31.10.2014 2.5.2015 1.11.2015 2.5.2016 1.11.2016 3.5.2017 177 vrty těsně u jímacích řadů V9 176 175 174 183 173 182 172 181 171 1.5.2014 31.10.2014 2.5.2015 1.11.2015 2.5.2016 1.11.2016 3.5.2017 V11 180 179 178 zahájení čerpání Jizera vrt v jizerském souvrství V1 V10 V8 hv11 (m n.m.)
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 90 80 70 chloridy (mg/l) 60 50 40 30 20 10 0 jímací řady řeka Jizera vrty P8, P10 monitorovací vrty* lyzimetry 0 50 100 150 200 250 dusičnany (mg/l)
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) 200 150 100 50 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 0 0 50 100 150 200 250 vápník (mg/l)
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 170-220 mg/l -podobné výsledky zastoupení říční vody na základě síranů -v kvartérním kolektoru nejsou přítomny karbonáty, Ca by se neměl uvolňovat
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)
Koncentrace chloridů -vstupy chloridů hlavně ze solení komunikací
Datování podzemní vody pomocí tritia a SF 6 Jizera - zdánlivá doba zdržení 10 let 13 8 20 Vyhodnocení: TracerLPM (USGS) 15 27 10 10 19 10 23 27 střední doby zdržení v monitorovacích vrtech (roky): 14 modře mezi řady a řekou žlutě ze zázemí
Nízké koncentrace dusičnanů v jímacích vrtech - Hluboké vrty P8, P10, P11 do jizerského souvrství v Kochánkách 40 35 _no3 P8 _no3 P10 _no3 P11 P10 P8 dusičnany (mg/l) 30 25 20 15 10 5 0 1.1.1995 9.2.1999 20.3.2003 28.4.2007 6.6.2011 15.7.2015-50% 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) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 jímací řady řeka Jizera vrty P8, P10 monitorovací vrty* lyzimetry 0 50 100 150 200 250 dusičnany (mg/l)
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
Několikaleté oscilace koncentrací dusičnanů v jímacích řadech dusičnany (mg/l) 140 Sojovický řad Skorkovský řad 5 Kochánecký řad Benátecký řad 120 Předměřický řad 100 80 60 40 20 rychlost doplňování (mm/týden) 11-mesíční klouzavé průměry 4 3 2 1 rychlost doplňování (mm/week) 0 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 year - odpovídá dotaci podzemní vody odvozené z hladiny podzemní vody na monitorovacích kvartérním vrtu VP0673 - water table fluctuation method - derivace hladiny, vyhlazená ročním klouzavým průměrem (minimum zjednodušení); dotace podzemní vody výrazně kolísá v čase 0
-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)
Benátecký řad - 180 l/s kvartér 3,8 km 2 tj. dotace ze srážek 3% influkce z Jizery 35% dotace z jizerského s. 62% Kochánecký řad - 200 l/s kvartér 2 km 2 tj. dotace ze srážek 2% influkce z Jizery 55% dotace z jizerského s. 43% Skorkovský řad - 120 l/s kvartér 2,3 km 2 tj. dotace ze srážek 3% influkce z Jizery <20% dotace z jizerského s. >77% Sojovický řad - 230 l/s kvartér 33km 2 tj. dotace ze srážek až 24% influkce z Jizery 60% dotace z jizerského s. 16-40% 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
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)
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 2000 - výrazné zvýšení intenzity hnojení, intenzivní pěstování zeleniny Situace se může dále zhoršovat, pokud nebudou přijata opatření
Projekt NAZV projekt QJ1320213 Inovace systémů zemědělského hospodaření v prostředí kvartérních sedimentů, jejich ověření a aplikace v ochranných pásmech vodních zdrojů http://www.geology.cz/extranet/kestazeni /Kvarterni_sedimenty_zemedelstvi.pdf od 1.11.2018
DĚKUJI ZA POZORNOST