www.projektsako.cz CHEMIE Pracovní list č. 11- žákovská verze Téma: Exkurze - Vodní dílo Morávka Lektor: Mgr. Kateřina Dlouhá Projekt: Student a konkurenceschopnost Reg. číslo: CZ.1.07/1.1.07/03.0075
Teorie: Vodní dílo přehrazující vodní tok nebo potok bývá označováno jako přehradní hráz (přehrada). Přehrazení vodního toku a zadržení vody se využívá ke krytí narůstajících požadavků na zajištění pitné vody, k výrobě elektrické energie, k ochraně před povodněmi, vyrovnávání průtoků, okrajově také k rekreaci, rybolovu a vodním sportům. K záchytu přívalových srážek a povodňových vln se využívají také poldery tzv. suché přehrady. Přehrazením vodního toku dochází k narušení přirozené migrace vodních živočichů, zaplavením sídelních míst a k vytvoření nových biotopů. Vodní dílo tedy výrazně ovlivňuje mikroklima ve svém okolí a především OSN proto varuje před stavbu dalších přehrad ve světě. Díky nepříliš vysoké vodnatosti našich toků, se na území České republiky nachází přes 130 přehrad a vodních děl. I když jsou výkony vodních elektráren nízké, bylo velké množství přehrad vybudováno právě pro potřeby energetiky. Oproti ostatním elektrárnám mají spoustu výhod: velmi malý dopad na životní prostředí, stabilizují úroveň elektrické sítě, spuštění hydroelektrárny z klidového stavu na plný výkon trvá pouze několik minut a lze ji ovládat dálkově. NÁDRŽE A JAKOST VODY Systematický monitoring je prováděn zejména na vodárenských nádržích, které slouží jako zdroj pitné vody pro velký počet obyvatel. Tyto nádrže vymezuje vyhláška Ministerstva zemědělství č. 137/1999 Sb. a jejich správou jsou pověřeny jednotlivé podniky. Kolem těchto nádrží jsou vymezena ochranná pásma, která jsou vyznačena výstražnými tabulemi. V bezprostředním okolí vodárenské nádrže je ochranné pásmo 1. stupně, jehož součástí je i zákaz vstupu. Podle místních podmínek je pak stanovováno ochranné pásmo 2. stupně, které má volnější režim. Jakost vody podléhá přísným kritériím. Nařízení vlády č. 61/2003 Sb. posuzuje kvalitu vod v přítocích a vyhláška MZe ČR č. 428/2001 hodnotí kvalitu vod v místě odběru na úpravnu. Pro posouzení jakosti vody je nutné znát látkový přínos do nádrže a výsledky procesů uvnitř nádrže. Na přítocích je tedy měřen a hodnocen především látkový transport, podle kterého se pak klasifikuje význam povodí na utváření vody v nádrži. Takto získané údaje signalizují pohyb látek za určitou časovou jednotku, a proto se označují jako dynamická data (hydrologické údaje = přítok, chemická, fyzikální, mikrobiologická a hydrobiologická stanovení). Hydrologické údaje zjišťuje obsluha - 2 -
vodního díla každý den, odběr vzorků pro ostatní stanovení se provádí podle potřeby 6 12 krát ročně. Jako statická data je příznačné, že se vztahují k nějaké jednotce objemu a jsou vázány přímo do prostoru nádrže (teplota, ph, kyslík, zakalení, vodivost, chlorofyl a..). Tyto kvalitativní analýzy jsou prováděny obsluhou vodního díla. Část se provádí přímo v terénu (in-situ), většina však vyžaduje laboratorní stanovení a proto se hloubkovým odběrákem odebírají vzorky vody pro laboratorní analýzy. Obrázek č.1: schéma dynamických a statických dat 1 Teplota vody u hráze Měří se denně (při zámrzu se omezuje na jednou za týden) několik centimetrů pod hladinou. Teplota je měřena ručně cejchovaným teploměrem a je indikátorem nástupu i odchodu ledových jevů, na nádržích k rekreaci pak signalizuje podmínky pro koupání. Díky nerovnoměrnému prohřívání vody v různých hloubkách a poklesu hustoty vody při vzrůstající teplotě dochází k letní a zimní teplotní stratifikaci (teplotní zonaci). Ta souvisí i s rozložením dalších látek např. kyslíku, manganu, dusitanů. Protože voda má nejvyšší hustotu přibližně při teplotě 4 C (teplotní anomálie vody), zůstává nejteplejší voda u dna a nejchladnější je u hladiny. Tento jev zabraňuje úplnému vymrzání nádrží až ke dnu během zimního období. 1 http://www.pla.cz/portal/jvn/cz/popis_cz.htm - 3 -
Obrázek č.2: schéma letní stratifikace u hráze přehrady 2 Procento nasycení kyslíkem Zahrnuje návaznost obsahu kyslíku ve vodě na teplotní poměry a reaguje na změnu tlaku vzduchu. Vlivem intenzivní fotosyntézy může na silně eutrofizovaných nádržích s velkým množstvím řas a sinic v hloubce 2 3 m pod hladinou dojít k silnému přesycení kyslíkem. Ke stejnému jevu může dojít i v zimě pod silným ledem se sněhovou pokrývkou, kdy může v důsledku asimilace zelených rostlin docházet při hladině k intenzivnímu vývoji kyslíku. Tento ukazatel při 20 C také charakterizuje tzv. rybí pásma, která jsou pojmenována podle hlavního druhu ryb. V důsledku teplotní stratifikace, bývá u hlubších úživných nádrží ve spodních vrstvách (hypolimniu) kyslík často zcela vyčerpán (tzv. anoxie). Taková situace zmenšuje vhodný prostor pro rybí obsádku a zhoršuje podmínky pro sportovní rybolov. Kritická mez pro některé druhy ryb při teplotě 20 C: kapr obecný 19% pstruh duhový 28% siven americký 37% štika obecná 22% amur bílý 14% Obrázek č.3: kapr obecný 3 2 http://www.pla.cz/portal/jvn/cz/popis_cz.htm 3 http://www.mrk.cz/r/atlasy/atlas_ryb/maloostni/kaproviti/kapr_obecny/ - 4 -
Hodnota ph Vyjadřuje kyselou nebo alkalickou reakci vody. Hodnoty ph se na přírodních povrchových vodách pohybují v rozsahu od 3,5 po 11. Vliv na ph má povodí (přítok) a procesy odehrávající se přímo v nádrži. Obecně nádrže ve vyšších polohách, které nejsou zatížené odpadními vodami mají hodnoty ph nižší (díky huminovým kyselinám z rašelinišť), zatímco voda z oblastí vápencových struktur má naopak ph vyšší. V nádržích je vývoj ph regulován obsahem oxidu uhličitého. Při jeho velké spotřebě zelenými řasami během fotosyntézy, dochází k nárůstu ph. V tomto případě již dochází k poruchám metabolismu ryb. Naopak v důsledku anaerobního rozkladu a značného vývoje může ph klesat. Např. úhyn lososovitých ryb nastává při dlouhodobějším poklesu ph pod 4,5 a vzrůstu nad 9,2, úhyn kaprovitých ryb nastává při dlouhodobějším poklesu ph pod 5,0 a vzrůstu nad 10,8. Zákal Dokumentuje optické vlastnosti vody a umožňuje posoudit intenzitu průniku slunečního záření do vodního tělesa - je měřítkem dostupnosti světelné energie pro zelené rostliny především řasy. Jeho hodnota se stanoví dle množství světla, které je odraženo od nerozpuštěných látek v okolním roztoku. Hodnoty zákalu se vyjadřují v jednotkách NTU. Podle jeho hodnot lze stanovit přibližnou klasifikaci: 0-5 minimální zákal 6 20 zvýšený zákal 21 50 silný zákal 51 80 velmi silný zákal možné ohrožení ryb 81 300 velmi intenzivní zákal, úhyn ryb je pravděpodobný - 5 -
VODNÍ DÍLO MORÁVKA Obrázek č.4: VD Morávka 4 Obrázek č.5: VD Morávka - hráz 5 Se vzrůstajícím průmyslem na Ostravsku a Karvinsku na počátku 60. let 20. století vzrostl i počet obyvatel tohoto kraje a tím se také zvyšovala spotřeba pitné vody. V letech 1961 1967 tedy byla vybudována údolní nádrž Morávka, jejímž účelem je nejen zásobování obyvatelstva pitnou vodou (především města Frýdek-Místek, Havířov a Český Těšín), ale také snížení povodňových průtoků a průběžné energetické využití průtoku. Přehrada Morávka také spolupracuje s jezem ve Vyšních Lhotách na řece Morávce, odkud je voda vedena do Vojkovic, kde se vlévá do řeky Lučiny a tak zásobuje vodou i přehradu Žermanice. Z nádrže je potrubím voda odebírána na úpravnu vod ve Vyšních Lhotách, kde je upravena na vodu pitnou. Elektrická energie je vyráběna pomocí dvou turbín, slouží ale především pro potřeby vodního díla. Přehradní těleso je tvořeno homogenní hrází o celkovém objemu 652 000 m 3 s návodním těsnícím pláštěm. Podloží hráze je těsněno injekční clonou do hloubky 15 70 m. Během povodní v září 1996 došlo k poškození pláště hráze přehrady, proto v letech 1997 2000 došlo k její rekonstrukci, kdy původní těsnění z asfaltobetonu bylo částečně odfrézováno a nahrazeno geomembránou Sibelon z PVC. Tato membrána byla testována v Itálii a v rámci střední a východní Evropy je těsnění tímto způsobem řešeno poprvé. V rámci rekonstrukce byla rovněž zřízena nová obtoková štola o délce 386 m v pravém svahu a drenážní štola o délce 109 m v levém svahu. 4 http://www.krasnecesko.cz/lokalita_detail.php?id=10475-vodni-nadrz-moravka-prehrada&strana= 5 http://www.projektsako.cz/index.php?sec=4&idg=57-6 -
Obrázek č.6: VD Morávka příčný řez hrází 6 Otázky: 1) Jaký typ hráze se vyskytuje u vodního díla Morávka?. 2) Napište alespoň dvě vodní díla, která slouží k výrobě elektrické energie (hydroelektrárny). 3) Z informační tabule vodního díla vypište následující parametry: povodí nádrže zatopená plocha délka hráze v koruně maximální výška hráze celkový objem nádrže 4) V roce 1997 byla uvedena do provozu zatím poslední přehrada na území České republiky jak se jmenuje?. 6 http://www.pod.cz/moravka.html - 7 -
Praktická část Úkol č. 1: Odebrání vzorků vody Pomůcky: skleničky s uzávěrem (nádoby s uzávěrem), fix na popisování vzorků, tužka, papír Postup práce: 1. Do uzavíratelných nádob (skleniček) odeberte vzorky z jednotlivých stanovišť. 2. Nádoby popište čísly 1 7 a na papír zaznamenejte místo, odkud byly jednotlivé vzorky odebrány. 3. Jednotlivé vzorky můžeme zpracovat buď na místě pomocí Datalogerů a příslušných senzorů nebo posléze v laboratoři. Popis vzorků: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Obrázek č.7: VD Morávka-obtok.štola Obrázek č.8: splav Vyšní Lhoty - 8 -
Úkol č. 2: Rozbor odebraných vzorků vody Chemikálie: odebrané vzorky vody Pomůcky: kádinky (podle počtu vzorků), USB link (nebo Dataloger), senzory: měření ph, měření vodivosti, zakalení a rozpuštěného kyslíku ve vodě Obrázek č.9: měření na místě 1 Obrázek č.10: měření na místě 2 Postup měření: 1. Podle počtu vzorků očíslujeme jednotlivé kádinky a přelijeme do nich příslušné vzorky. 2. V jednotlivých kádinkách postupně měříme vodivost, ph, zakalení a obsah rozpuštěného kyslíku. 3. Jednotlivé výsledky zapíšeme do tabulky. Zpracování dat: Tabulka č.1: hodnoty měření v rámci úkolu č.2 číslo vzorku vodivost [μs/cm] 1 2 3 4 5 6 7 ph zakalení [NTU] rozpuštěný O 2 [mg/l] - 9 -
Pozorování: Doplňkové úkoly: 1. Srovnejte obsah rozpuštěného kyslíku u vzorku číslo 5, 6 a 7. Případné rozdíly zkuste vysvětlit. 2. Srovnejte obsah rozpuštěného kyslíku v ostatních vzorcích (číslo 1 4). 3. Podle výše uvedené klasifikace zákalu zařaďte jednotlivé vzorky a zdůvodněte. - 10 -
4. Ve štolách se tvořily krápníky. Napište rovnici krasových jevů a popište je. Obrázek č.11: foto štoly na VD Morávkaí Závěr: Poznámka: TENTO PRACOVNÍ LIST SE DÁ S MÍRNÝMI ÚPRAVAMI POUŽÍT I PRO EXKURZI JAKÉHOKOLI JINÉHO VODNÍHO DÍLA. - 11 -
Zdroje: 1. http://www.pla.cz/portal/jvn/cz/popis_cz.htm 2. http://www.pla.cz/portal/jvn/cz/popis_cz.htm 3. http://www.mrk.cz/r/atlasy/atlas_ryb/maloostni/kaproviti/kapr_obecny/ 4. http://www.krasnecesko.cz/lokalita_detail.php?id=10475-vodni-nadrz-moravkaprehrada&strana= 5. http://www.projektsako.cz/index.php?sec=4&idg=57 6. http://www.pod.cz/moravka.html - 12 -