Autoři
Jindřich Duras, Jan Potužák, Michal Marcel
Klíčová slova
sucho – jakost vody – eutrofizace – vodní nádrže – fosfor – rybníky
Extrémně suchý rok 2015 byl zajímavým přírodním experimentem, který prověřil chování vodních nádrží a jejich povodí. Ukázalo se, že existuje velká rozdílnost v tom, jak nádrže a jakost vody v jejich přítocích reagovaly. V povodích mají velký význam samočisticí procesy, které se v antropogenně nedegradovaných vodních tocích velmi příznivě uplatňují právě za extrémně nízkých průtoků. Hodnocení situace ve vodních nádržích bylo v řadě případů nejednoznačné, protože v některých ukazatelích byla jakost vody v extrémně suchém r. 2015 oproti vodnému r. 2013 lepší, ale v některých horší, zejména pokud se hodnotí celý hloubkový profil. Obecně ale většina vodních nádrží vykazovala v r. 2015 zhruba stejnou, nebo dokonce lepší jakost vody v oblasti hráze než v jiných letech. Problematické byly nádrže mělké, kde bylo pozorováno zhoršení aktivací vnitřního zatížení (uvolnění P ze sedimentů). U dvanácti velkých rybníků, které jsou samostatnými vodními útvary, byla odpověď jakosti vody na extrémní sucho naprosto individuální. Výrazné zhoršení bylo zaznamenáno jen v jednom případě (r. Dvořiště). U rybníka Rožmberk bylo ovšem vysoce pravděpodobné vnitřní zatížení a zvýšené uvolňování fosforu.
Úvod
Sucho se zdá být faktorem, s nímž se v některých letech budeme muset umět vyrovnat, a to kromě množství také v otázce jakosti vody. Obecně hodnotíme sucho jako jev negativní, takže nejen laická, ale i odborná veřejnost má sklon předpokládat, že také jakost tekoucích a stojatých vod je v suchých letech horší. Jakkoli tento předpoklad vychází z obecně jistě správného poznatku, že odpadní vody jsou za sucha ve vodních tocích méně naředěny, takže někde co do objemu mohou dokonce převažovat, a že horké slunné počasí prospívá rozvoji sinicových vodních květů, realita je obvykle jiná. Je tomu tak proto, že za extrémního sucha se začínají velmi silně uplatňovat i mechanismy, se kterými nejsme zvyklí v běžných letech příliš počítat.
V následujícím textu autoři vyhodnocením dat z provozního monitoringu státního podniku Povodí Vltavy ukazují řadu praktických příkladů reakce jakosti vody zejména stojatých vod na situaci v extrémně málo vodném roce 2015. Pozornost byla soustředěna především na roky 2013–2015. Rok 2013 byl relativně vodný rok s vysokými průtoky nejen v období jarním, ale také v létě (hlavně červen). Rok 2014 začal zhruba normálně vodným jarem, ale léto už bylo poměrně suché. Nejsušší byl rok 2015, který začal velmi suchým jarem (v povodích nebyla zásoba sněhu) a pokračoval extrémně horkým létem. Teprve po skončení léta se v některých povodích objevila významnější srážková činnost, která zastavila pokles hladiny vody některých nádrží (např. VN Hracholusky). Přestože hlavní pozornost je zde soustředěna na chování vodních nádrží, je nezbytné se alespoň částečně věnovat také jakosti vody do nádrží přitékající. Přísun látek do nádrží přítoky patří k základním faktorům určujícím jakost vody v nich jak obecně, tak v dané sezoně, což lze snadno demonstrovat např. na podélném gradientu jakosti vody nádrží protáhlého tvaru.Výsledky a diskuse
Přítoky vodních nádrží
Ve vodních tocích se během velmi suchých období sice pod bodovými zdroji znečištění (nejčastěji města a obce) na jedné straně zvyšuje podíl odpadních vod na celkovém průtoku, ovšem zároveň se zde také zvyšuje intenzita samočisticích procesů.
V tekoucích vodách klesá výrazně hloubka vody i rychlost toku, takže se dramaticky zvyšuje podíl biologicky aktivních povrchů vůči objemu protékající vody, a navíc se také prodlužuje doba, po kterou se samočisticí procesy mohou uplatňovat. Zároveň se zvyšuje úloha tzv. hyporeálu, tedy podříčního dna, a procesů v něm probíhajících. V některých vodních tocích už voda protékala pouze hyporeálem, což znamenalo jakousi kontinuální infiltraci s obrovským potenciálem samočištění. Souběžně se může uplatnit výměna vody mezi vodním tokem a krajinou (říční nivou), takže v některých místech může voda z koryta mizet a v jiných se může naopak objevovat, čímž je narušena kontinuita transportu znečišťujících látek (např. do nádrže ležící níže v povodí). Střela – přítok VN Žlutice: Působení samočisticích procesů v extrémně suchém létě 2015 je ilustrováno na příkladu říčky Střely v povodí vodárenské nádrže Žlutice (Karlovarský kraj). Jakost vody v podélném profilu Střely je zachycena grafy na obr. 1.
Obr. 1. Střela nad VN Žlutice – podélný profil tří vybraných ukazatelů. Průměrné hodnoty za červenec a srpen 2015.
Prvním monitorovaným profilem (ř. km 91,0) byla lokalita nad městem Toužim, kde říčka vytéká z nepříliš eutrofního rybníka Šinka. Pak přijímá odpadní vodu z ČOV Toužim (ř. km 89,6; cca 20 l.s–1) – tím došlo v srpnu ke čtyřnásobnému zvýšení průtoku vody v říčce, čemuž odpovídaly i obrovské koncentrace P a N. Následně Střela protéká dvěma hypertrofními rybníky:
Podzámeckým (vzorkován na odtoku, ř. km 89,35) a Novým (odtok na ř. km 88,15) a dále pokračuje neregulovaným korytem s minimem antropogenních vlivů přes odběrový profil Kojšovice (ř. km 81,6) až ke vzdutí vodní nádrže Žlutice (sledovaná lokalita Skoky, ř. km 73,0). V rybnících došlo ke značné evapotranspiraci a v trati pod nimi bylo v srpnu řečiště místy vyschlé, aby se před vzdutím VN (širší niva na dně svažitého údolí) voda v korytě opět v řádu několika málo l.s‑1 objevila (patrně infiltrace vody z nivy). V úseku 8,0 ř. km poklesly koncentrace P celkového o dva řády (z 1,60 na 0,071 mg.l‑1) a N celkového na čtvrtinu (z 5,4 na 1,4 mg.l‑1). Obsah chlorofylu a se výrazně zvýšil v hypertrofních rybnících, ale v korytě Střely velmi rychle klesal, odstraňován samočisticími procesy uvedenými výše. Grafy na obr. 2 dokládají, že na přítoku do VN Žlutice nedošlo v r. 2015 ke zjištění neobvyklých průměrných koncentrací sloučenin P (ani NO3‑N), naopak obvyklá letní epizodická zvýšení obsahu P celkového nebyla v roce 2015 zjištěna.
Obr. 2. Střela přítok do VN Žlutice (Kojšovice) – porovnání průměrných ročních koncentrací sloučenin fosforu a dusičnanového dusíku (NO3-N) v trendových grafech
Z pohledu jakosti vody ve VN Žlutice bylo důležité, že průtok přitékající vody byl minimální a koncentrace znečišťujících látek byly velmi nízké, takže i přísun fosforu do nádrže byl řádově nižší než obvykle. Pro dobrou jakost vody tedy byl dobrý předpoklad.
V rámci našeho sdělení je povodí VN Žlutice typické tím, že bodové zdroje fosforu jsou situovány vysoko v povodí. Kromě města Toužim na Střele se jedná ještě o město Bochov, kde na Bochovském potoce byla pod zaústěním odpadních vod zjištěna poměrně vysoká účinnost zadržování fosforu už dříve [1]. Malše – VN Římov: Druhým příkladem je řeka Malše, přítok vodárenské nádrže Římov, která je zdrojem vody pro České Budějovice. V kontextu tohoto sdělení je povodí VN Římov příkladem situace, kde je hlavní bodový zdroj fosforu, tedy prvku řídícího eutrofizaci nádrže, situován přímo na hlavním přítoku, a to velmi blízko vzdutí nádrže.Situaci ilustrují grafy na obr. 3.
Obr. 3. Malše přítok do VN Římov (odběrový profil Pořešín) – porovnání sezonního průběhu celkového (P celk) a fosforečnanového (PO4-P) fosforu v letech 2013 (vodný), 2014 (suchý s vodným jarem) a 2015 (extrémně suchý) a porovnání průměrných ročních koncentrací sloučenin fosforu a dusičnanového dusíku (NO3-N) v trendových grafech
Z grafů je jasně vidět, že průměrná roční i letní (IV.–IX.) koncentrace sloučenin fosforu byla v roce 2015 výrazně zvýšená, přičemž z pohledu do grafu sezonního průběhu je zřejmé, že nárůst obsahu P ve vodě byl zjišťován především v letních měsících, tedy v době, kdy byla Malše suchem ovlivněna nejvíce. Zároveň je vidět, že zvýšené byly i letní koncentrace PO4‑P. Hlavní příčinou zhoršené jakosti vody v letním období je zde trvale poměrně velký bodový zdroj emisí nedaleko nad nádrží (město Kaplice), kde odtok z ČOV protéká biologickým rybníkem – ten je ale značně zabahněný s tendencí ke zhoršenému kyslíkovému režimu a úniku sloučenin fosforu. Za nízkých průtoků tedy došlo k relativnímu zvýšení významu tohoto zdroje P a tento vliv už samočisticí procesy nedokázaly na poměrně malém prostoru eliminovat.
Graf pro NO3‑N dokládá, že průměrná koncentrace této sloučeniny N byla zjištěna nejnižší za sledované období. Je tomu tak proto, že emise N z bodových zdrojů jsou jen málo významné, přičemž N z emisí z ČOV Kaplice byl z velké části eliminován v biologickém rybníce. Z pohledu VN Římov je důležité, že v letním období, které je z pohledu vlivu na eutrofizační projevy v nádrži nejdůležitější, byly zjišťovány výrazně zvýšené koncentrace P celkového, a to včetně eutrofizačně nejrizikovější sloučeniny – PO4‑P. Další příklady: Na přítoku do VN Lipno byla v suchém roce 2015 zjištěna poměrně nízká průměrná roční koncentrace sloučenin P (0,039 mg.l‑1). Nízké koncentrace P ve Vltavě byly zřejmě odrazem toho, že vliv početných drobných bodových zdrojů, které jsou rozptýleny po velké ploše povodí, mohl být omezen samočisticími procesy v převážně přirozeně tekoucích vodních tocích. V přítoku VN Hracholusky (Mže, Plzeňský kraj) byly v r. 2015 zjištěny nejnižší doposud naměřené (26 let sledování) průměrné roční koncentrace P celk (0,092 mg.l-1). Relativně nízké byly i průměrné roční koncentrace PO4-P (0,049 mg.l-1), které však představovaly >50% všeho P. V povodí VN Hracholusky samočisticí procesy ve vodních tocích zřejmě odstínily vliv bodových zdrojů P vysoko v povodí (k nejvýznamnějším patří Tachov, Mariánské Lázně, Planá), ale vliv odpadních vod města Stříbra bezprostředně nad nádrží zůstal patrný (vysoký podíl PO4‑P na P celkovém). Dílčí závěry: Na několika příkladech bylo ukázáno, že jednotlivá povodí vodních nádrží mohou na extrémní sucho reagovat velmi různě, protože i poměry v nich se mohou velmi lišit. Výsledky nasvědčují tomu, že bodové zdroje fosforu ležící dostatečně daleko nad nádrží mohou být za extrémně nízkých průtoků účinně eliminovány intenzivními samočisticími procesy, takže koncentrace sloučenin P v přítocích do nádrží mohou být dokonce nižší než v běžných či (nikoli extrémně) suchých letech. V době sucha budou samočisticí procesy probíhat nejúčinněji ve vodních tocích s přirozeným charakterem koryta. Snaha revitalizovat vodní toky či je ponechávat přirozenému procesu renaturace tak s ohledem na očekávané zvyšování frekvence suchých period výrazně nabývá na významu a naléhavosti. Extrémní sucho ukázalo, že je nezbytné věnovat pozornost zejména zdrojům fosforu v blízkosti vodních nádrží, kde je nezbytné dosahovat zvýšených účinností čištění odpadních vod. Tomu ovšem aktuální legislativa (NV 401/2015 Sb.) benevolentním nastavením tzv. BAT (Best Available Technology – nejlepší dostupná technologie) pro čistírny odpadních vod, stejně tak jako stanovením nepřekročitelnosti těchto BAT rozhodujícím způsobem brání.Vodní nádrže a jejich hodnocení
Hodnocení stavu a vývoje poměrů ve vodních nádržích je komplikované téma, kde sice soubor obecných předpokladů platí, ale konkrétní situace je ovlivňována řadou faktorů. Základní schéma časové a prostorové proměnlivosti jakosti vody vodních nádrží:
Prostorová variabilita jakosti vody. Horní části zejména protáhlých korytovitých nádrží se obecně chovají eutrofněji (jsou bohatě zásobeny živinami z přítoku) než dolní části, kde je obvykle umístěn nedaleko hráze hlavní monitorovací bod. Potíž je v tom, že v (hydrologicky) různých letech se může jakost vody v podélném profilu vyvíjet odlišně: například v suchých létech bývají oproti jiným létům výrazněji rozvinuty eutrofizační projevy v horní části nádrže. Naopak ve vodných létech se vodní květy mohou posouvat do střední, nebo dokonce dolní části nádrže, zatímco horní partie se jeví poměrně příznivě. Takové chování pozorujeme v zásadě pravidelně na Orlíku [2] (dále v textu je demonstrováno na příkladu VN Švihov). Sezonní průběh jakosti vody je silně ovlivněn dynamikou rozvoje fytoplanktonu, tzv. sezonní sukcesí. Obvykle, zejména u úživnějších nádrží, nacházíme dvojvrcholový rozvoj fytoplanktonu. Přitom jarní maximum může být velmi krátké, takže zachytit na jaře nějaký „průměrný“ či „reprezentativní“ stav je při standardním monitoringu s odběry 1x měsíčně v zásadě nemožné. Druhé – obvykle sinicové – maximum biomasy fytoplanktonu se může objevit až koncem září nebo v říjnu, a to zejména právě v suchých letech (viz VN Žlutice a VN Římov). Tehdy už nemusí být vzorkováním zachyceno. Pokud zachyceno je, pak z pohledu rekreačního využití vodní nádrže význam nemá a jeho započtení může zhoršit hodnocení celé sezony. Z pohledu vodárenského je podzimní maximum naopak velmi důležité, protože po rozmíchání sinic do celého vodního sloupce podzimní cirkulací se může rychle zhoršit kvalita surové vody, jak bylo doloženo např. na VN Žlutice [3]. Je tedy zřejmé, že hodnotit a vzájemně porovnávat vodní nádrže podle průměrných hodnot (ročních, za vegetační období, za „prázdninové“ měsíce) nám poskytuje jen velmi hrubý pohled, který je vždy třeba ještě dále nějak šířeji interpretovat. Chování vodních nádrží, například intenzita eutrofizačních projevů nebo vývoj kyslíkových poměrů, je ovlivňováno, a to významně, širokým spektrem faktorů. Za extrémního sucha je třeba brát v úvahu zejména tyto vlivy: Vliv na teplotní stratifikaci. Snížená průtočnost nádrže znamená snížení odtoku (obvykle základovou výpustí), což vede k prodloužení teoretické doby zdržení vody (TRT) a ke snížení obměny vody v hypolimniu (u dna). Vyšší letní teploty v suchých letech mají za následek vyšší teplotu vody epilimnia (povrchových vrstev). To dohromady znamená stabilnější teplotní zvrstvení, které navíc obvykle začíná dříve a končí později. Delší období stratifikace se strmějším teplotním gradientem s sebou obvykle nese chladnější vodu hypolimnia s výraznějšími kyslíkovými deficity a s uvolňováním sloučenin Mn, ale také Fe a P ze sedimentu. To má význam nejen pro jakost surové vody, ale také pro vodní tok pod nádrží. Stabilní stratifikace je faktorem favorizujícím ty skupiny fytoplanktonu, ke kterým patří sinice tvořící hladinové vodní květy (např. r. Microcystis). Zaklesnutí hladiny doprovází zejména vodní nádrže, kde odběr úpravnou představuje významnou položku hydrologické bilance a kde je zároveň průměrná TRT kratší nebo střední (jeden až několik měsíců). U nádrží s dlouhou dobou zdržení (~1 rok: Švihov, Klíčava) se sice projeví teprve víceleté sucho, ale zato pak bývají eutrofizační projevy velmi silné. Výrazné zaklesnutí hladiny nepříznivě mění poměr mezi velikostí nádrže a povodí. Nádrž se stává vůči povodí objemem i plochou relativně menší, tudíž citlivější na vstup fosforu a náchylnější k eutrofizačním projevům. S poklesem hladiny se – rovněž nepříznivě – mění poměr epilimnia ku hypolimniu. Relativně menší hypolimnion (s menší celkovou zásobou kyslíku) se musí vyrovnat s relativně větším množstvím sedimentujícího materiálu, takže anoxické poměry se obvykle projevují silněji. Snižování hladiny znamená také (dokonce ještě rychlejší) pokles termokliny, tedy teplotního rozhraní. Koncem léta se tak obvykle spodní okraj produkční vrstvy (epilimnia) dostává do kontaktu se sedimenty, které by ve vodnějších letech při vyšší hladině vody zůstaly v hypolimniu. Ze sedimentů vynořených do epilimnia může dojít (zvýšenou teplotou, vyšší hodnotou pH,…) k uvolnění živin přímo do zóny s rozvojem řas a sinic, takže zejména sinice pak mohou vytvořit neobvyklý podzimní vrchol. Riziko negativního vlivu sedimentů v mělkých partiích závisí samozřejmě na historii, jak silně byla nádrž z povodí fosforem dotována. Za snížené hladiny řeka vyklízí v horní části nádrže své – živinami bohaté – usazeniny a transportuje je dále do nádrže, takže může dojít mimo jiné i k uvolnění živin do produkční vrstvy vody a k podpoře pozdně letního maxima fytoplanktonu. Uvedené vlivy pak spolu s faktorem počasí (např. vítr a promíchávání epilimnia, srážky a epizodický vstup živin z povodí) mají dopad na konkrétní vývoj výše zmíněné sezonní a podélné proměnlivosti kvality vody v nádrži. K uvedenému (a zdaleka ne úplnému) výčtu vlivů je třeba připočítat hydromorfologickou dispozici nádrže, kterou musíme při hodnocení také vzít v úvahu. Jinak reagují korytovité protáhlé nádrže či nádrže mělké s hladinou vystavenou větru. Je tedy jasné, že hodnocení a porovnávání vodních nádrží není jednoduchou záležitostí a že úsudky o tom, jaká v nějakém roce obecně byla jakost vody v nádržích, obvykle nebudou platit.Jednotlivé vodní nádrže – příklady
Vodárenská nádrž Žlutice se zhruba střední TRT (průměrně ~100 dní, v létě 200–500 dní), max. a prům. hloubkou 7,7 a 20 m dobře ukazuje různé typy chování za různých podmínek, protože na suchá léta reaguje výrazným poklesem hladiny (obr. 4).
Obr. 4. VN Žlutice – fluktuace hladiny v letech 2013–2015. Úroveň kóty 504,00 je zvýrazněna, protože pokles hladiny pod tuto úroveň znamená konec ponořené vegetace
V roce 2015 hladina poklesla o ~3,5 m, což znamenalo, že poměrně rozsáhlé plochy dna v horní polovině nádrže se staly mělčinou (zákal, potenciální přestup živin). Zároveň se ale hladina vody také dostala pod úroveň (~504,00 m n. m.), která ještě umožňuje růst kořenujících vodních (ponořených) makrofyt [4]. Tím došlo k jejich eliminaci v dalších několika sezonách a k jednoznačně negativnímu vlivu na ekologický potenciál daného vodního útvaru. Navíc zmizel biotop vhodný ke tření štik a také stanoviště štik a okounů pro lov během vegetační sezony, což znamená negativní dopad na tzv. účelovou rybí obsádku vodárenských nádrží.
Vliv extrémně suchého roku na vývoj fytoplanktonu ukazují grafy na obr. 5.
Obr. 5. VN Žlutice – porovnání koncentrací P celkového a chlorofylu a v průběhu vegetačních sezon 2013–2015. Směsné epilimnetické vzorky odebrané 1x měsíčně nedaleko hráze nádrže
Na jaře 2015 je patrný oproti rokům 2013 a 2014 nedostatek fosforu, který také znamenal výjimečně slabý rozvoj jarního společenstva řas. Jarní rozvoj fytoplanktonu v hrázové části dlouhých korytovitých nádrží je obvykle určován přísunem fosforu (a řasového inokula) s jarními zvýšenými průtoky vody. Tato přitékající voda je mírně teplejší, než doposud cirkulující voda v nádrži, a tak protéká po hladině až ke hrázi [5]. Pokud je jaro suché, jako v roce 2015, živinami bohatá voda se ke hrázi nedostane a vnos živin je obecně nepatrný, takže ani nedojde k jarnímu vrcholu biomasy fytoplanktonu. Naopak je vyprovokován časný nástup stádia čiré vody (obr. 6).
Obr. 6. VN Žlutice – průhlednost vody měřená Secchiho deskou u hráze během vegetačního období 2014 a 2015
Z pohledu vodárenského využití tedy jarní část vegetační sezony byla v roce 2015 podstatně příznivější než v jiných letech (méně fytoplanktonu).
Zřetelný je dostatek P v závěru sezony 2015, který nemohl pocházet z vnosu přítokem, neboť prakticky žádný látkový tok neprobíhal. S vysokou pravděpodobností se jednalo o fosfor uvolněný ze sedimentů, které pokles hladiny zpřístupnil produkční vrstvě. Tento fosfor byl plně využit k tvorbě biomasy fytoplanktonu (viz též obr. 6). V září tak došlo k poměrně mohutnému rozvoji sinic tvořících vodní květ (Microcystis, Woronichinia), přičemž tento vodní květ byl nahnán – následkem nešťastné expozice hlavní osy nádrže vůči směru převládajících větrů – až ke hrázi, kde nijak pozitivně nepřispěl k jakosti vody odebírané vodárnou. Vlivem vysoké biomasy fytoplanktonu v září patřila sezona 2015 co do průměrných hodnot za vegetační období z pohledu dlouhodobého trendu k těm horším. Vodárenská nádrž Římov na Malši (Jihočeský kraj) je protáhlá, korytovitá a poměrně hluboká (max. a prům. hloubka 43 a 15,5 m), nepříliš průtočná: TRT ~90 dní. Kvalita vody poměrně silně interferuje s vodárenským využíváním nádrže kvůli přítomnosti huminových látek, které mohou zvýšit hodnotu CHSKMn na hodnoty kolem 15 mg.l‑1. Rizikem je ovšem také rozvoj fytoplanktonu. V suchém roce 2015 byla zjištěna poměrně vysoká průhlednost, ale také poměrně vysoká průměrná hodnota chlorofylu a, která byla způsobena intenzivním rozvojem fytoplanktonu na konci léta (obr. 7).
Obr. 7. VN Římov – dlouhodobý trend vývoje jakosti vody v oblasti hráze. Měření průhlednosti Secchiho deskou a směsné epilimnetické vzorky. Průměrné hodnoty za vegetační sezonu (IV.–IX.). Vpravo sezonní průběh vývoje biomasy fytoplanktonu v letech 2013–2015
Neobvykle vysokou biomasu nevytvořily sinice, ale dvojčatka r. Staurastrum). Vzhledem k tomu, že v suchém roce 2015 měla nádrž stabilnější teplotní zvrstvení, zůstala intenzivně oživená vrstva pouze v epilimniu a vrstva vody jímaná vodárnou setrvala s minimálním oživením.
Poměrně vysoké koncentrace chlorofylu a byly ale v roce 2015 zaznamenány i na jaře. V povodí VN Římov nebylo jaro tak suché a přitékající voda přinesla i do dolní části nádrže dostatek živin pro růst fytoplanktonu. Důležitý rozdíl mezi vodným rokem 2016 a extrémně suchým rokem 2015 byl v obsahu huminových látek, které byly monitorovány prostřednictvím UV absorbance (254 nm, kyveta 1 cm) a projevily se zřetelně i zvýšením hodnoty CHSKMn. Situace je zachycena v grafech na obr. 8 a 9. Zatímco ve vodném roce dosahovaly hodnoty CHSKMn ve svislici u hráze 11–12 mg.l‑1, v suchém roce 2015 se pohybovaly pouze mezi 4–6 mg.l‑1. Z hlediska provozu vodárny (UV Plav) je důležité, že v roce 2013 byla „kapsa“ vody s nižšími hodnotami CHSKMn poměrně malá (obr. 8), zatímco v roce 2015 bylo k dispozici nesrovnatelně větší množství vody přijatelné jakosti (obr. 9).
Obr. 8. VN Římov – huminové látky, porovnání vývoje podélného profilu nádrže ve vodném roce 2013 a v suchém roce 2015
Obr. 9. VN Římov – hodnoty CHSKMn, porovnání vývoje podélného profilu nádrže ve vodném roce 2013 a v suchém roce 2015
Vodárenská nádrž Lučina na Mži není příliš hluboká (max. a prům. hloubka 16 a 6 m), má jen mírně protáhlý tvar a je poměrně průtočná s TRT kolem 30 dní. Jakost vody je silně limitována jak zvýšeným obsahem huminových látek, tak eutrofizačními projevy, včetně zvýšeného obsahu manganu (Mn) u dna během kyslíkových deficitů. Porovnání vodného roku 2013 a suchého roku 2015 je na obr. 10.
Obr. 10. VN Lučina – vývoj jakosti vody u hráze nádrže. Porovnání vodného roku 2013 a suchého roku 2015. Na svislé ose je značkami vyznačena poloha odběrových etáží, šipky na ose x označují dny odběru vzorků
V roce 2013 byla voda v nádrži výrazně bohatší huminovými látkami, což negativně ovlivňovalo upravitelnost surové vody. Koncentrace Mn byly ale nízké, protože kyslíkové deficity u dna byly jen velmi omezené (zvýšená průtočnost nádrže). Zvýšený obsah Fe byl zjištěn pouze v souvislosti se zvýšenými průtoky přitékající vody (spolu s huminy). Koncentrace fosforu byly poměrně nízké, ale vlivem pozdního nástupu teplotní stratifikace na jaře a jejího časnějšího ukončení koncem léta se dostávalo do horizontu odběru surové vody na jaře a na podzim zvýšené množství organismů fytoplanktonu.
Obr. 11. VN Klíčava – vývoj jakosti vody u hráze nádrže. Porovnání vodného roku 2013 a suchého roku 2015. Na svislé ose je značkami vyznačena poloha odběrových etáží, šipky na ose x označují dny odběru vzorků
V suchém roce měla hlavní význam podstatně výraznější teplotní stratifikace, která jasně oddělila epilimnion od hypolimnia. Zvýšené uvolňování Mn ze sedimentu tak neovlivnilo hloubku odběrových etáží a uvolněné sloučeniny P nezasáhly do života fytoplanktonu v produkční vrstvě. Proto také byl rozvoj fytoplanktonu výrazně silnější ve vodném roce 2013, kdy byl větší i vstup fosforu přítoky. Zajímavá je zvýšená tendence k metalimnetickým anoxiím (bezkyslíkatá vrstva mezi epi- a hypolimniem) ve vodném roce – větší biomasa řas se při sedimentaci zachycovala na teplotním rozhraní, kde se jejím rozkladem spotřebovával rychle kyslík.
Z pohledu vodárenského využití nádrže byl asi nejdůležitějším rozdílem zvýšený obsah huminových látek doprovázený zvýšenými hodnotami CHSKMn ve vodném roce 2013. V případě VN Klíčava tedy můžeme říci, že v suchém roce 2015 byla jakost vody příznivější. Pokud by ovšem bylo suchých let několik za sebou, situace by se rychle zhoršovala, tak jako tomu bylo v 80. letech. Vodárenská nádrž Nýrsko na řece Úhlavě zásobuje vodou Klatovsko. VN Nýrsko je nádrž spíše oválná, poměrně hluboká (max. a prům. hloubka 31 a 12 m), s poměrně pomalou obměnou vody – TRT cca 130 dní. Rozdíly mezi vodným a suchým rokem byly zjištěny zřetelné (obr. 12).
Obr. 12. VN Nýrsko – vývoj jakosti vody u hráze nádrže. Porovnání vodného roku 2013 a suchého roku 2015. Třemi vodorovnými čárkovanými čarami vyznačena poloha odběrových etáží, šipky na ose x označují dny odběru vzorků
VN Nýrsko je typická čistými šumavskými přítoky (obvedení odpadních vod pod nádrž) a stabilně výbornou jakostí vody.
Suchý rok 2015 se vyznačoval větším teplotním gradientem ve vodním sloupci a zhoršeným kyslíkovým režimem u dna, který vedl nejen ke zvýšenému uvolňování Mn ze sedimentu, ale při vyčerpání dusičnanových iontů také k uvolňování Fe. Sloučeniny P se ze dna neuvolňovaly, zřejmě jsou vázány s jinými partnery než s Fe. Byly zaznamenány i rozdíly v obsahu organických látek (CHSKMn), ale nebyly z pohledu vodárenského provozu významné. Výsledky ukázaly, že jakost surové vody odebírané z VN Nýrsko byla v extrémně suchém roce 2015 ovlivněna poměrně málo (mírně zvýšený obsah Fe v závěru vegetační sezony). Pokud by se ovšem suché periody prohlubovaly nebo pokud by se zvýšil přísun fosforu do nádrže, došlo by ke zhoršení jakosti vody zvýšenými koncentracemi Fe i Mn, případně intenzivnějším rozvojem fytoplanktonu. Vodárenská nádrž Švihov je hluboká (max. hloubka 50 m), protáhlá, korytovitá, s pomalou obměnou vody (TRT ~1,5 roku). Hlavní přítok, Želivka, přináší značné množství fosforu a nádrž je dlouhodobě značně ohrožena eutrofizací. VN Švihov je dobře disponovaná k výrazné zonalitě jakosti vody v podélném profilu (obr. 13).
Obr. 13. VN Švihov – chlorofyl a: porovnání sezonního vývoje jakosti povrchové vrstvy vody v podélném profilu nádrže. Směsné epilimnetické vzorky
Grafy velmi názorně ukazují rozdíly vývoje jakosti vody v podélného profilu VN Švihov v suchém a vodném roce. Ve vodném roce 2013 byl rozvoj fytoplanktonu v horní části nádrže slabší a naopak silnější v dolní polovině. Za zmínku stojí i relativně vysoké jarní maximum táhnoucí se od přítokové části nádrže až do její dolní poloviny, tj. od profilu Zahrádka až k profilu Dolní Kralovice, které bylo umožněno vnosem živin s jarními zvýšenými průtoky – vůči nádrži mírně teplejší voda přítoku protéká po hladině nádrže a přináší sem živiny.
V extrémně suchém r. 2015 lze dobře rozlišit soustředění růstu biomasy fytoplanktonu do horní části nádrže, přičemž je velmi zřetelné potlačení jarního maxima a naopak zvýraznění maxima pozdně letního (srpen–září). Pokud bychom hodnotili v r. 2015 VN Švihov pouze podle toho, co bylo vidět v přítokové části (profil Vojslavice) z dálničního mostu, prognózovali bychom katastrofální budoucnost nádrže. Co se týče dlouhodobého vývoje průměrných hodnot za vegetační sezonu v hrázové části nádrže, patřil suchý rok 2015 ve VN Švihov k letům s velmi příznivou jakostí vody: s nízkou koncentrací chlorofylu a (3,9 µg.l‑1) a s vysokou průhledností vody (5,6 m). VN Hracholusky na řece Mži (Plzeňský kraj) je protáhlá, korytovitá, s max. a prům. hloubkou 23 a 10,5 m a spíše průtočná s TRT průměrně ~45 dnů. Nádrž Hracholusky je eutrofní se silně vyvinutou podélnou zonalitou jakosti vody: horní partie jsou až hypertrofní se silným vegetačním zákalem a masivními vodními květy (Microcystis), zatímco dolní část nádrže lze označit za mírně eutrofní. Využití je primárně energetické, ale velký význam má i využití rekreační. V průběhu suchého roku 2015 se dolní část nádrže vyznačovala spíše příznivější jakostí vody než obvykle, s nízkými koncentracemi fosforu, nepříliš rozvinutou biomasou fytoplanktonu a s vysokou průhledností vody (3,6 m). Rekreační využití dolní části nádrže tedy ani v extrémně suchém roce 2015 nijak neutrpělo. Pro hodnocení horní části není k dispozici dostatek údajů.VN České údolí na řece Radbuze v Plzni je příkladem nádrže mělké (max. a prům. hloubka 6 a 2,2 m) a vysoce průtočné (TRT = 14–20 dnů) s vysokým přísunem fosforu. Vybudována byla původně jako rekreační, ovšem pro trvalou hypertrofii jako taková slouží jen velmi omezeně. VN České údolí se chovala v suchém r. 2015 odlišně od ostatních. Vysoký přísun P zůstal zachován i při snížených průtocích a v prostoru nádrže, který slouží jako obrovský kultivátor fytoplanktonu, se realizovala naplno primární produkce (obr. 14), která už byla omezována pouze dostupností světla (průhlednost v létě 0,3–0,5 m). Neobvykle vysoké koncentrace P celkového, které byly během léta 2015 v nádrži naměřeny (průměr za VI.–VIII. = 0,32 mg.l‑1), převyšovaly obsah P v přitékající vodě. Projevilo se tedy tzv. vnitřní zatížení fosforem uvolněným ze sedimentů. Biomasa řas a sinic už nedokázala zareagovat, protože fosforu byl obrovský a nezužitkovatelný nadbytek. Aktuálně přítomný masivní sinicový vodní květ se tedy sice nezhoršil, ale nádrž se stala pro vodní toky níže (Radbuza a Berounka) významným zdrojem fosforu, který měla alespoň částečně zadržovat. VN České údolí fungovala také jako mohutný producent sinicové biomasy (Microcystis sp. div.), která o prázdninách dominovala celé Berounce s pochopitelným negativním dopadem na rekreační využitelnost tohoto vodního toku. Na příkladu nádrže České údolí lze dobře ukázat, jak může extrémně suchý rok skutečně významně přispět ke zhoršení kvality vody tím, že dojde k aktivaci vnitřního živinového zatížení nádrže uvolněním sloučenin fosforu.ze sedimentů.
Obr. 14. VN České údolí – dlouhodobý trend vývoje jakosti vody v oblasti hráze. Směsné epilimnetické vzorky. Průměrné hodnoty za měsíce VI.–VIII.
Vodárenská nádrž Karhov (Studenský potok, Jindřichohradecko) je mělká (prům. hloubka 2 m), víceméně kruhového tvaru, s vysokým obsahem huminových látek. Typický je také „syndrom nádrže uzdravující se z acidifikace“, který s sebou přinesl mimo jiné akutní riziko eutrofizačních projevů, protože dříve přítoky hojně přinášený hliník, který blokoval koloběh fosforu, už se do nádrže dostává jen nepatrně. Výrazně se tak zvýšilo riziko vnitřního zatížení fosforem uvolněným ze sedimentů. Karhov je netypickou vodárenskou nádrží spíše rybničního typu.
Extrémně suchý a teplý rok 2015 znamenal pro VN Karhov (obr. 15) výrazné posílení teplotní a také kyslíkové stratifikace, s kyslíkovými deficity až anoxiemi u dna. Dusičnanové ionty byly zcela vyčerpány už od května, a proto nic nebránilo uvolňování sloučenin P a Fe z anoxických usazenin do vodního sloupce. Zvýšená dostupnost P pro místně specifický fytoplankton (zelenivky rodu Vacuolaria) vedla k nikdy dříve nezaznamenaným maximům chlorofylu a: 190 µg.l-1 ve směsném vzorku a až 830 µg.l-1 ve vrstvě s akumulací zelenivek (tenká vrstva (cca 0,5–1,0 m) ve hloubce 1,5 až 3 m). Zelenivky jsou robustní bičíkaté řasy schopné vymršťováním tzv. trichocyst vytvořit ve svém okolí soudržný sliz, který je při hojném výskytu zelenivek pro vodárnu fatální komplikací. Provozovatelé vodárny přešli dokonce na noční provoz, protože zelenivky byly v noci více rozptýleny v celém vodním sloupci, zatímco ve dne se zdržovaly především ve vodárensky využívané vrstvě.
Obr. 15. VN Karhov – sezonní průběh jakosti vody. Směsné epilimnetické vzorky
Vodárenská nádrž Karhov je tedy – podobně jako VN České údolí – příkladem mělké nádrže, kde extrémně suchý rok znamenal intenzivní manifestaci vnitřního zatížení s razantním negativním dopadem na jakost vody podporou rozvoje eutrofizačních projevů.
Rybníky představují mělké nádrže, kde bychom podobně jako v případech VN Karhov a VN České údolí mohli oprávněně také očekávat v suchém roce 2015 zhoršení jakosti vody aktivací vnitřního zatížení fosforem. Tomu nasvědčovaly výsledky sledování 42 rybníků v oblasti Lnářska a Blatenska [6], kde byla obecně zjištěna příznivější jakost vody ve vodném roce 2013 oproti relativně suchému roku 2014. Mediány průměrných koncentrací zjištěných na jednotlivých rybnících za 2013 a 2014 byly 0,197 a 0,283 mg.l‑1 pro P celkový a 100 a 147 mg.l‑1 pro chlorofyl a.Pokud se pokusíme zhodnotit velké rybníky, které jsou samostatnými vodními útvary, je zřejmé, že naprostá většina z nich se dlouhodobě chová „po svém“, neboť se do komplexu faktorů řadí i hospodářské zásahy. Výkyvy v jakosti vody v rybnících tedy nelze dávat jednoduše do souvislosti s vodností daného roku. Navíc by bylo nezbytné zvážit detailněji hydrologické poměry v povodí daných rybníků – např. v roce 2016, který byl v některých oblastech podobně suchý jako rok 2015, byla zjištěna v řadě případů jakost vody srovnatelná nebo horší oproti roku 2015 (např. Bezdrev, Dehtář, Záblatský). Zdá se, že jediný rybník, který vykázal markantní zhoršení jakosti vody, byl hypertrofní rybník Dvořiště. Při podrobnějším zkoumání ale zjistíme, že vysoká průměrná hodnota obsahu chlorofylu a byla způsobena ojedinělou a extrémně zvýšenou koncentrací v květnu, jež byla důsledkem abnormálního rozvoje sinice Anabaena (Dolichospermum) flos-aquae. Nakolik byl ovšem masový jarní výskyt uvedené sinice spojen s extrémně suchým rokem, nelze přesně doložit. Z pohledu hodnocení je specifická situace rybníka Rožmberk, který se zotavuje z dramatického přetěžování odpadními vodami v minulosti (do r. 2010). Zde sice v suchých letech 2014 a 2015 nebyla oproti jiným letům zjištěna zvýšená koncentrace biomasy fytoplanktonu, ale bilančním sledováním během suchého roku 2014 bylo doloženo výrazné snížení retence sloučenin P [7] – místo aby Rožmberk oproti přísunu z povodí 3 t P zachytil, naopak 4,5 t uvolnil, což byl zhruba dvojnásobek oproti roku 2013 (2,3 t P uvolnil). Jedná se o jasný případ vlivu zesíleného vnitřního zatížení. V roce 2015 nebylo bilanční sledování prováděno, ale vzhledem k tomu, že byly zaznamenány během vegetačního období výrazně zvýšené koncentrace P celkového (0,250 mg.l‑1) oproti letům 2013 a 2014 (0,190 a 0,170 mg.l‑1), bylo vnitřní zatížení a zvýšené uvolňování P z rybníka vysoce pravděpodobné i v roce 2015. Z výsledků je tedy zřejmé, že ačkoli rybníky mají obecně možnost k využití fosforu uloženého v bahně (a většina z nich tento zdroj pravidelně více či méně využívá), u velkých rybníků neplatí, že by extrémně suchý rok automaticky znamenal zvýšenou vnitřní zátěž a zhoršení jakosti vody.
Obr. 16. Mapka ukazující polohu dvanácti rybníků, které byly v rámci povodí Vltavy ustanoveny jako samostatné vodní útvary. Chybí rybník Velké Dářko (horní tok řeky Sázavy). Stav k r. 2016
Závěry
Z dat získaných provozním monitoringem jakosti vody státního podniku Povodí Vltavy vyplývá, že v extrémně suchém a teplém roce 2015 se každá vodní nádrž i její povodí chovaly velmi specificky a paušální tvrzení o jakosti vody by neměla být formulována.
Povodí se zdroji P více vzdálenými od nádrže měla tendenci k lepší jakosti vody na přítoku do nádrže, než v běžných letech. Je zřejmé, že pokud jsou vodní toky v hydromorfologicky dobrém stavu, lze očekávat zejména v období minimálních průtoků velmi příznivý efekt na jakost vody. Toto zjištění považujeme za potenciálně silnou motivaci k široce založenému revitalizačnímu úsilí.V povodích s bodovými zdroji nedaleko vzdutí nádrže byla v roce 2015 tendence k vyšším koncentracím fosforu. Bude tedy nezbytné klást na úroveň čištění odpadních vod u těchto zdrojů zvýšené nároky. Většina vodních nádrží na extrémní poměry roku 2015 reagovala: změnou stratifikačních poměrů, změnou sezonní dynamiky fytoplanktonu, modifikací průběhu jakosti vody v podélném i hloubkovém profilu. Řada těchto reakcí se sice nemusela projevit v nějaké dobře monitorovatelné a zhodnotitelné podobě, ale přesto by takové chování nádrže nemělo unikat pozornosti, protože může mít vliv na situaci v dalších letech. Výsledky by také měly být využity v úvahách o retenci látek ve vodních nádržích za extrémního sucha (např. pro korekce bilančních modelů).
Protáhlé korytovité vodní nádrže se střední a dlouhou TRT za extrémního sucha vykazovaly v porovnání s předchozími lety ve své dolní části buď lepší, nebo zhruba stejnou jakost vody. Nádrže mělké a zároveň průtočné nebo s vyšším obsahem huminových látek reagovaly na sucho roku 2015 výrazným zhoršením jakosti vody.
Obr. 17. Dlouhodobý vývoj koncentrací chlorofylu a na všech rybnících, které jsou vodními útvary v povodí Vltavy. Směsné epilimnetické vzorky (vrstva 0–1m), průměrné hodnoty za vegetační období (IV.–IX.)
Literatura/References
[1] Duras. J.; Marcel, M.; Jelínková, K. (2014): Zdroje fosforu v povodí vodárenské nádrže Žlutice. Sborník konference Vodárenská biologie 2014, 5.–6. února 2014, Praha, Česká republika, Říhová Ambrožová Jana (Edit.), ISBN 978-80-86832-78-4, 168–175 s.[2] Duras, J. (2009): Monitoring kvality vody nádrže Orlík a vodních toků v jejím povodí, nejdůležitější výsledky. Sborník semináře Revitalizace orlické nádrže, 6.10.2008, Písek. Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích.
[3] Duras. J.; Klíčková. M. (2006): VN Žlutice – vztah nádrže a povodí.– Sborník konference „Vodárenská biologie 2006“, pp.48–55. Vodní zdroje EKOMONITOR. Pardubice.
[4] Duras, J.; Chocholoušková, Z.; Kučera, T. Č. (2007): Průzkum vodních makrofyt vodárenských nádrží. In: Ambrožová J., Tlustá P. (eds.): Sborník konference Vodárenská biologie 2007.
[5] Thornton, K. W.; Kimmel, B. L.; Payne, F. E. (1990): Reservoir Limnology: Ecological Perspectives. John Wiley and Sons, Inc., 245 p.
[6] Duras, J.; Potužák, J.; Marcel, M.; Pechar, L. (2015): Rybníky a jakost vody, Vodní hospodářství, 65 (7), 16–24s.
[7] Potužák, J.; Duras, J.; Drozd, B. (2016): Mass balance of fishponds: are they sources or sinks of phosphorus? Aquaculture International. Published on-line: 08/11/2016. DOI 10.1007/s10499-016-0071-4.
RNDr. Jindřich Duras, Ph.D.1), (autor pro korepondenci)
Ing. Jan Potužák, Ph.D.2)
Ing. Michal Marcel1)
1)Povodí Vltavy, státní podnik
Denisovo nábřeží 14
304 20 Plzeň
jindrich.duras()pvl.cz
2)Povodí Vltavy, státní podnik
Emila Pittera 1
370 01 České Budějovice
