Příloha k průběžné zprávě za rok 2015 Číslo projektu: TE02000077 Název projektu: Smart Regions Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development Název milníku: Preventing and controlling point/non-point source pollution is primarily accomplished trought regulation under the Water Act EU 2000/60 and.. Datum dosažení: 31.12.2015 Předkládá: Název organizace: ČVUT Jméno řešitele: Doc. Mgr. Jana Nábělková, Ph.D.
Preventing and controlling point/non-point source pollution is primarily accomplished through regulation under the Water Act EU 2000/60 and watershed protection efforts. With each rainfall, pollutants are generated and washed into different parts of watersheds in the regions; storm drains etc. and all polluted water flows into watercourses.. Each citizen can play an important role by being active in the community, learning more about the local watershed, practicing conservation, and by preventing pollution (Non point and point sources of pollution: nutrient, N and P, quantification biomass, nutrient recycling, water quality, etc. The optimisation of the waste water treatment plant and water distribution systems instrumentation usually requires an energy audit carried out in the plant/system. Although the electricity consumption is measured in water processes, the data are only simply collected. Data and theirs evaluation are extremely important for checking the system (electricity consumption) as well as the prevention of accidents. For completion of the energy audit is necessary analyse existing appliances and optimized of the process control. Pilotní projekt Botič 1 Vysvětlení pojmů bodový a nebodový zdroj znečištění Zdroje znečištění vod lze rozdělit podle několika kritérií. Nejpoužívanější je dělení dle mechanismu transportu znečištění do vodního útvaru. Terminologie svázaná s tímto dělením však není zcela jednotná. V anglicky psaných textech se původně používalo rozdělení na point source pollution a diffuse source pollution (Edward and Withers, 2007; Patoine a kol., 2012). Jako synonymum k diffuse pollution se používá také výraz non-point source (Carpenter a kol., 1998; Novotný and Olem, 1994). V česky psané literatuře je, vzhledem k nejednotnosti pojmosloví, dělení komplikovanější. Termín point source pollution je do češtiny překládán jako bodový zdroj znečištění a setkáváme se s ním ve všech textech. Složitější situace je s jeho protikladem diffuse/non-point source. V českém jazyce jsou užívány pojmy jako nebodový zdroj znečištění (Hlaváčová, 2006), plošné znečištění (Fiala a kol., 2013; Beránková, 2010; Wanner, 2015) nebo difúzní znečištění (Fiala a Rosendorf, 2010; Langhammer, 2012). K pojmu difúzní se v české legislativě objevuje ještě ekvivalent rozptýlený, který je použit například v oficiálním českém překladu Nařízení Evropského parlamentu a rady (ES) č. 166/2006, kterým se zřizuje evropský registr úniků a přenosů znečišťujících látek a kterým se mění směrnice Rady 91/689/EHS a 96/61/ES. Tab. Rozdělení zdrojů znečištění kritérium literatura rozdělení reference původ znečištění česká přírodní antropogenní Langhammer, 2002
prostorová povaha česká liniové plošné Langhammer, 2002; Hlavínek a Říha, 2004 difuzní Fiala a Rosendorf, 2010; Langhammer, 2012 plošné česká ne Hlaváčová, 2006 mechanismus znečištění transportu difuzní Novotný, 2003 plošné Fiala a kol., 2013; Beránková, 2010; Wanner, 2015 zahraniční point sources non-point s. point sources diffuse s. Carpenter, 1998; Novotný and Olem, 1994 Edwards and Withers, 2007; Patoine a kol., 2012; Schreiber a kol., 2003 Bodové zdroje znečištění představují místa soustředěného odtoku surových nebo čištěných odpadních vod ze sídel, průmyslových závodů a dalších provozů do recipientu. Typicky se tak jedná o výpusti obecních kanalizací nebo výpusti odpadních vod průmyslových podniků (Langhammer, 2012). Každému takovému zdroji je přiřazen konkrétní znečišťovatel, tyto zdroje jsou evidovány, a tak na ně mohou být aplikovány další vodoprávní nástroje jako zpoplatnění vypouštěného znečištění či sankce za vypouštění odchylné od vydaného povolení zdroje (Wanner, 2015). Tyto zdroje znečištění vykazují výraznou sezónnost (v létě jsou odpadní vody málo ředěny)(fiala a Rosendorf, 2010). V procesu kontaminace povrchových vod znečišťujícími látkami představují zdroje nejvýznamnější složku. Efekt ho znečištění spočívá ve skokové změně kvality vody v podélném profilu toku. Velké zdroje znečištění mohou ovlivnit kvalitu vody v toku až na vzdálenost desítek kilometrů (Langhammer, 2009). Při hodnocení znečištění povrchových vod jsou zdroje nejčastěji posuzovány jednotlivě, zřídkakdy je řešeno prostorové hledisko koncentrace. Pro stav a vývoj kvality vody však může mít podstatný vliv i počet zdrojů na určitém území. Při větším množství zdrojů na malém území může dojít k imisnímu přetížení vodních toků, přestože emisní limity jednotlivých zdrojů byly dodrženy (Langhammer, 2009).
Difúzní znečištění pochází z mnohačetných malých bodových zdrojů, které nejsou řádně evidovány. Jedná se o samoty, malé obce a farmy bez soustředěného nebo organizovaného odtoku odpadních vod, odtoky z návesních rybníků, mokřadů, struh a drenáží (Fiala a Rosendorf, 2010; Langhammer, 2012; Wanner, 2015). Plošným znečištěním se rozumí znečištění, které se do vod dostává především splachem z okolních zemědělsky obdělávaných ploch a atmosférickou depozicí. Tyto zdroje jsou spojené s transportem znečišťujících látek z velkých území a vykazují nevýraznou sezónní variabilitu. S rostoucí výstavbou a intenzifikací čistíren odpadních vod se plošné zdroje dostávají do popředí zájmu (Fiala a Rosendorf, 2010; Wanner, 2015; Diviš, 2015). Ne zdroje znečištění pak v podstatě zahrnují jak difúzní zdroje znečištění, tak plošné zdroje, tj. znečištění dostávající se do povrchových vod atmosférickou depozicí, z podzemních vod, ze zpevněných ploch a jejich drenážních systémů, půdní erozí, povrchovým odtokem z krajiny, povrchovým odtokem ze zavlažovaných pozemků, ze stavenišť a z jiných aktivit produkujících znečištění, které může odvádět voda (Wannner, 2015). Se snížením emisí z bodových zdrojů se vliv nebodových zdrojů na kvalitu vody zvyšuje a obrací se na ně větší pozornost. Kvantifikace nebodových zdrojů je vzhledem k jejich značnému prostorovému rozptylu obtížná. Většina hodnocení je tak založena na dílčích a nepřímých údajích a často operuje s odhady a přepočty. Díky obtížnosti nalézt vhodné hodnocení existuje celá řada metod pro posuzování vlivu znečištění z nebodových zdrojů. Pro posuzování nebodových zdrojů se využívají bilanční a aditivní metody a matematické modelování (Langhammer, 2009). 2 Pilotní povodí Botič Zaměření na drobný vodní tok je dáno důležitostí takovýchto vodních útvarů pro člověka i krajinu, jejich velkou citlivostí na antropogenní zásahy a snadnou zranitelností. Vyvíjená metodika monitoringu uvedeného typu vodních útvarů a identifikace bodových a nebodových zdrojů znečištění a jejich vlivu bude obecně použitelná pro drobné vodní toky. Charakteristika povodí Pro sledování vlivu bodových a nebodových zdrojů znečištění vod byl zvolen vodní tok Botič. Jedná se o nejdelší pražský potok a největší pražský přítok Vltavy mimo Berounku. Oficiální prameniště se nachází východně od Samkova rybníka, nedaleko obce Křížkový Újezdec. Povodí Botiče se rozkládá na ploše o rozloze 134,85 km2. Vzhledem k tomu, že z velké části protéká územím Prahy, lze Botič označit také jako drobný městský tok. Stav koryta a kvalita vody se směrem po toku výrazně mění. V horní části toku je koryto v přírodním stavu, pouze v obcích jsou některé úseky opevněné. Tok protéká zemědělsky obdělávanou oblastí s četnými menšími obcemi. Obce jsou buď bez kanalizace anebo mají kanalizaci oddílnou. Před Prahou je tok ovlivněn řadou zaústění dešťových kanalizací v obcích, zemědělstvím, silničním okruhem a dálnicí. Ve střední části pod Hostivařskou přehradou Botič meandruje a vytváří
tůně a mokřady. Tento úsek byl vyhlášen přírodní památkou. Dolní část toku pokračuje ve zpevněném korytě a je významně ovlivněna zástavbou. Část povodí pod Hostivařskou přehradou až po ústí je odvodňována jednotnou kanalizací. V Praze jsou tak hlavními zdroji znečištění, kromě zaústění dešťových kanalizací, také odlehčovací komory, kterých je na 17, 447 km dlouhém úseku celkem 31. Na toku je 12 nádrží a rybníků, z nichž největší je Hostivařská nádrž, která má zásadní vliv na střední a dolní úsek Botiče. Botič má také 15 přítoků, vlévá se do něj např. Jesenický potok, Dobřejovický potok či Pitkovický potok. V srpnu roku 2014 byl tok zmapován prostřednictvím terénního monitoringu, na jehož základě byly vytipovány profily pro odběrová místa. Profily byly voleny tak, aby z výsledků odběrů bylo možné identifikovat vliv bodových a nebodových zdrojů znečištění na kvalitu vodního prostředí Botiče. Původně bylo zvoleno 37 odběrový míst. Jelikož se ukázalo, že není možné odebrat vzorky a provést analýzy z takového počtu profilů během jednoho dne, byl počet odběrových míst zredukován na 20. Rozmístění profilů je patrné z obrázku. Obr. Odběrová místa na vodním toku Botič Metodika měření Na terénní monitoring navázal Hydroekologický monitoring provedený podle metodiky HEM akceptované Ministerstvem životního prostředí, založená na principu skórování jednotlivých parametrů (Langhammer, 2007). Při hodnocení se sleduje několik ukazatelů: koryto a trasa toku, dno, břeh a inundační území, proudění a hydrologický režim. Na základě vypočtené hodnoty je pak úsekům přiřazen jeden z pěti hydromorfologických stavů (velmi dobrý, dobrý, průměrný, špatný, zničený). Pro fyzikálně chemický monitoring jsou ve zvolených profilech odebírány vzorky vody a sedimentu. Současně s odběrem vzorků je měřeno ph, konduktivita, obsah rozpuštěného kyslíku a teplota vody. Rozbory vody jsou zaměřeny na koncentraci amoniového dusíku, chemickou spotřebu kyslíku, dusičnanový dusík, dusitanový dusík, fosforečnanový fosfor a chloridy. U vody jsou dále stanovovány koncentrace některých těžkých kovů (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) a mikrobiologické ukazatele (koliformní bakterie, E. coli, enterokoky). Sediment je před analýzou vysušen lyofilizací,
mikrovlnně rozkládán kyselinou dusičnou a ve výluhu jsou následně analyzovány těžké kovy ve stejném rozsahu jako u vody. Způsoby stanovení jednotlivých ukazatelů jsou uvedeny v tab. Tab. Metody stanovení jednotlivých sledovaných ukazatelů Hodnocené ukazatele Metoda stanovení ph, konduktivita O 2, teplota Cl -, N-NH 4 +, N-NO 3 -, N-NO 2 -, CHSK Cr, P-PO 4 3- koliformní bakterie, E. Coli, enterokoky multimetr HACH LANGE kyvetové testy HACH LANGE metoda Colilert těžké kovy Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn atomová absorpční přístroj SolaarS (FAAS, GFAAS) Hg spektrometrie přístroj AMA 254 Získané výsledky jsou vyhodnocovány dle norem environmentální kvality (NEK) stanovených v Nařízení vlády č. 23/2011 Sb. Pro hodnocení koncentraci kovů v sedimentu jsou použita kritéria EPA: TEC- Treshold Effect Concentration a PEC- Probable Effect Concentration (ES/ER/TM-95/R4, 1997). Ve vytipovaných profilech proběhlo prozatím 5 odběrů. Odběry jsou rozloženy během roku tak, aby bylo možné zachytit sezónní kolísání v průběhu koncentrací sledovaných ukazatelů znečištění. Součástí monitoringu Botiče je také odběr vzorků z pěti nádrží na toku (rybník na prameni, rybník Ovčáry, Osnický rybník, rybník Bořín, Hostivařská nádrž). Analýzy vody a sedimentu z nádrží jsou prováděny ve stejném rozsahu jako u vzorků odebraných z Botiče. U vody je navíc určována koncentrace chlorofylu a složení zooplanktonu. Vzorky zooplanktonu jsou odebírány vrhací planktonní sítí o světlosti ok 80μm. Vzorek je konzervován pomocí formaldehydu a analyzován pod mikroskopem v laboratoři. Odběry z nádrží proběhly zatím ve třech termínech. Na Hostivařské nádrži se uskutečnila také dvě celodenní měření (od východu po západ slunce), kdy byly monitorovány změny fyzikálních a chemických parametrů v průběhu dne. 3 Prvotní výsledky Výsledky HEM na Botiči byly zpracovány v diplomové práci (Kratina, 2015). Z výsledků monitoringu je patrné zhoršování stavu toku směrem od pramene. V horní a střední části toku jsou úseky v dobrém a velmi dobrém stavu, pouze 4 úseky byly hodnoceny jako průměrné a u 2 byl zjištěn špatný stav. Pod Hostivařskou nádrží dochází k výraznému narušení toku. Většina úseků je v průměrném a špatném stavu a vyskytují se zde i úseky zničené. Hydroekologický monitoring potvrdil nemožnost dosáhnout alespoň dobrého ekologického stavu (požaduje Rámcová směrnice o vodě 2000/60/ES) Botiče v dolním úseku protékajícím Prahou.
Z dosavadních výsledků je zřejmé, že Botič je ovlivňován antropogenními zdroji znečištění již od svého pramene. V oblasti před Prahou je působení bodových a nebodových zdrojů znečištění vyrovnané, v Praze pak převažují zdroje v podobě zaústění odlehčovacích komor jednotné kanalizační soustavy. V tab. jsou zaznamenány minimální, průměrné a maximální hodnoty ukazatelů fyzikálně chemické kvality naměřené v odběrových profilech. Výsledky, které překračují NEK, jsou podbarveny světle modrou barvou Tab. Minimální, průměrné a maximální hodnoty naměřené na vodním toku Botič ukazatel jednotky NEK Min. průměr Max. ph - 6-9 6,0 7,8 8,9 konduktivita ms/m 110 19,1 58,1 88,0 O 2 mg/l >9 0,6 10,5 16,1 t mg/l <29 2,6 9,8 17,9 Cl - mg/l 150 4,2 80,5 496,0 N-NH 4 + mg/l 0,23 0,0 0,3 3,1 CHSK mg/l 26 1,8 25,0 88,9 N-NO 3 - mg/l 5,4 0,5 6,4 21,0 N-NO 2 mg/l - 0,0 0,1 0,2 P-PO 4 3- mg/l 0,15 0,0 0,6 4,1 koliformní b. KTJ/100 ml 4000 63,0 4064,2 17329,0 E.coli KTJ/100 ml 2500 20,0 1714,3 10112,0 Enterokoky KTJ/100 ml 2000 30,0 1500,5 9139,0 Nejvíce problematické jsou koncentrace dusíkatých sloučenin a fosforečnanů. Nedaleko pramene se nachází silně eutrofní rybník s kachní obsádkou, díky kterému výše uvedené ukazatele překračují limity NEK v podstatě již od pramene. Zatímco sloučeniny dusíku jsou problematické během celého roku, sloučeniny fosforu byly v nadlimitních koncentracích zaznamenány pouze v létě a na podzim. Sezónní a také lokální zvýšení koncentrací lze pozorovat i u chloridů, které nevyšších koncentrací dosahují v zimě a zejména v místech ovlivněných silničním provozem. Sezónní fluktuace koncentrací Cl- iontů v prostředí naznačují, že zdrojem chloridů mohou být posypové soli, používané k zimní údržbě silnic a dálnic. U chloridů, a také u konduktivity, lze pozorovat postupné zvyšování hodnot směrem po toku (viz obr.). Konstantní průběh po celé délce toku pak vykazují např. N-NO3-.
Obr. Průběh naměřených hodnot konduktivity a chloridů na vodním toku Botič 11. 2. 2015 Kritéria pro koncentrace těžkých kovů ve vodě jsou překračovány pouze u rtuti. Hodnota NEK pro rtuť je však v ČR poměrně přísná (0,05 µg/l). Při porovnání s mezinárodními kritérii, např. s kritériem Criterion Continuous Concentration dle EPA-822-R-02-047 (0,77 µg/l) vyhoví téměř všechny odebrané vzorky. Nejvyšší hodnoty Hg byly naměřeny v profilu, který je v těsné blízkosti Jižní spojky, a tak lze jako nejvýraznější bodový zdroj Hg považovat povrchový splach z dopravy. Na obr. níže je zachycen průběh průměrných hodnot koncentrací těžkých kovů po celé délce toku. Průměrné odchylky v koncentracích se ve většině případů pohybují do 20%, vyšší odchylky se vyskytují pouze u zinku v profilech 18-20. Výrazný nárůst koncentrací všech kovů lze pozorovat v profilech 11 a 18. Před odběrovým místem 11 je zaústěna dešťová nádrž, do které je sveden povrchový splach z dálnice D1. Zvýšené koncentrace v tomto místě, tak mohou souviset s automobilovou dopravou. V blízkosti odběrného místa 18 se nachází autoopravna, takže i v tomto místě mohou být zdrojem těžkých kovů v sedimentu automobily. V bodě 20 lze pak pozorovat nejvyšší koncentrace zinku a rtuti. Toto odběrové místo je ovlivňováno jak povrchovým splachem ze zpevněných ploch v okolí toku, tak také řadou zaústění přepadů z odlehčovacích komor. Obr. Průměrné hodnoty koncentrací těžkých kovů v sedimentu na vodním toku Botič
4 Literatura BERÁNKOVÁ, T., 2010. Přístup k hodnocení náchylnosti zemědělských povodí ke ztrátám fosforu z půdy do vody. Vodní hospodářství, 60(7), 182-184. ISSN 1211-0760. CARPENTER, S. R., CARACAO, N. F., CORRELL, D. L., HOWARTH, R. W., SHARPLEY, A. N. a SMITH, V. H., 1998. Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological applications, 8(3), 559-568. ISSN 1051-0761. DIVIŠ, P., 2015. Vliv využití území na kvalitu vod malých vodních toků v povodí VN Švihov. Olomouc. Diplomová práce. Přírodovědecká fakulta. Univerzita Palackého v Olomouci. Přírodovědecká fakulta. EDWARDS, A. C. a WITHERS, P. J. A., 2007. Linking phosphorus sources to impacts in different types of water body. Soil Use and Management, 23(s1), 133-143. ISSN 1475-2743. EPA-822-R-02-047, 2002. National Recommended Water Quality Criteria: 2002. US EPA, Office of Water, Office of Science and Technology (4304T) ES/ER/TM-95/R4, 1997. Toxicological Benchmarks for Screening Contaminants of Potential Concern for Effects on Sediment-Associated Biota FIALA, D. a ROSENDORF, P., 2010. Plošné zdroje fosforu v povodí VN Orlík a její eutrofizace. Vodní hospodářství, 60(7), 199-202. ISSN 1211-0760. FIALA, D., FUČÍK, P., HRUŠKA, J., ROSENDORF, P. a SIMON, O., 2013. Fosfor v centru pozornosti. Vodní Hospodářství, 63(8), 247 250. ISSN 1211-0760. HLAVÁČOVÁ, L., 2006. Faktory spojené s rozvojem sinice rodu Microcystis na Brněnské přehradě. Brno. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta. KRATINA, T., 2014. Hydroekologický monitoring Botiče. Praha. Habilitační práce. ČVUT v Praze, Fakulta stavební. 81 s. LANGHAMMER, J., 2007. Hydroekologický monitoring. Metodika pro monitoring hydromorfologických ukazatelů ekologické kvality toků. Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta LANGHAMMER, J., 2009. Kvalita povrchových vod a jejich ochrana. Praha: Univerzita Karlova. dostupné z: http://www.natur.cuni.cz/~langhamr/. Nařízení vlády č. 23/2011 Sb., kterým se mění Nařízení vlády č. 63/2003 Sb., O ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění nařízení vlády č. 229/2007 Sb. NOVOTNÝ, V. a OLEM, H., 1994. Water quality: prevention, identification and management of diffuse pollution. New York: Van Nostrand Reinhold, 1054s. ISBN 0442005598. PATOINE, M., HÉBERT, S., a D'AUTEUIL-POTVIN, F., 2012. Water quality trends in the last decade for ten watersheds dominated by diffuse pollution in Québec (Canada). Water Science & Technology, 65(6). 1095-1101. ISSN 1607-0798. WANNER, J., 2015. Problematika bodových a plošných zdrojů znečištění a legislativa ochrany vod. In: Voda 2015. Brno: Tribun EU, díl 1, s. 17-24. ISBN 978-80-263-0971-0.