ANTROPOGENNÍ OVLIVNĚNÍ VLASTNOSTÍ VOD A JEHO DŮSLEDKY

ANTROPOGENNÍ OVLIVNĚNÍ VLASTNOSTÍ VOD A JEHO DŮSLEDKY

zásahy člověka do všech vod v přírodě a ovlivnění fyzikálních faktorů, chemického složení, oživení…    

Změny přirozeného hydrologického režimu Regulace vodních toků (vodní stavby) Biologické zásahy Znečišťování

Změny přirozeného hydrologického režimu  průtočné

množství vody v tocích  výška hladiny stojatých vod  režim podzemních vod a změny fyz., chem., biol. vlastností vody a ovlivnění regenerační schopnosti

1

Snižování průtoků

Zvyšování průtoků při nárazovém zvyšování



 

 

zničení veškerého života a po obnovení průtoku – silně zhoršená kvalita



nízké průtoky

samočištění L rybí produkce L

po čase stabilizace





samočištění J rybí produkce J







 



samočištění K kolísání teploty – v létě - ↑ t vody, kolísání O2 a pH a kvalita vody L, využití L – v zimě → promrzání větší prosvětlení vody → bujení vláknitých řas, odčerpání O2, zvýšení pH, nadprodukce org. hmoty úhyn zoobentosu menší naředění znečištění a samočištění L nevhodně regulované toky L

Vodohosp. předpis: má být zachován takový nejnižší průtok, který respektuje zachování podmínek pro biologickou rovnováhu v toku → MQ – minimální bilanční průtok

Regulace vodních toků Regulace VT = souhrn tech. opatření, která slouží k úpravě toků k různým účelům – splavnění, meliorace, ochrana před povodněmi, ochrana před suchem…

Vodní stavby  příčné - přehrady, jezy, stupně… 

podélné - opevnění koryt, změna trasy, hloubky a profilu koryt, umělá koryta…

vodní stavby příčné 

Skluzy   





Stupně   



zpomalují odtok a zvyšují akumulační schopnost vhodné pro menší odstupňování koryta tvoří šikmou rovinu s podélným sklonem vyloženou balvany → tlumení kinetické energie vody spád 1:6 - 1:10 zpomalují odtok a zvyšují akumulační schopnost 0,3 - 0,6 m materiály: kámen, betonové zdivo, dřevo, plůtky, hatě…

Jezy      

snížení podélného sklonu zmenšení energetického potenciálu vodního proudu zlepšení provzdušnění energetické využití splavnění řek odvod vody

2

vodní stavby příčné 

Zdymadla    



splavnění řek plavební komory (výtahy) vodní elektrárna objekty na odběr vody

Přehradní nádrže Liší se velikostí, účelem, konstrukcí (vypouštění vrchní n. spodní vody…) → rozdílné vlivy  zdroj vody (pitné, užitkové…)  zachycování povodní  přehrady s hydroelektrárnou • průtočné • špičkující

vliv příčné stavby na vodní tok Dochází k přerušení říčního kontinua přeměnou řeky na jezero 

nad zdrží a menší okysličení, sedimentace hrubších částic, změna charakteru dna a osídlení



ve zdrži 



 



usazování hrubších nečistot • snižování zásobní kapacity nádrže • bakteriální rozklad org. l. a odčerpání O2, vývin bahenního plynu • teplotní stratifikace změna hydrogeologického cyklu • změna směru proudění podzemní vody • stabilizací hladiny a redukce nasycení O2 ukládání polutantů ovlivnění kvality podzemních vod

hráz a okysličení < ztráty

vliv příčné stavby na vodní tok 

tok pod přehradou (hrází) 



 

Průtočnou • Vyrovnává průtoky a mění (ruší) režim záplav  likvidace lužních lesů  pokračování sukcese – mizí pionýrská stádia • odnos materiálu koryta = zahlubování  odvod vody z lužních lesů  vysychání vnitrozemských delt  narušení hydrogeologického cyklu Špičkující • velké výkyvy průtoků – devastující účinek na ekosystém • velké teplotní výkyvy

pod přehradou

Vrchní voda – vysoký obsah planktonu, vysoká teplota Spodní voda – malý obsah org. látek a suspendovaných částic, denní a sezónní teplotní vyrovnanost, dobré okysličení

3

vliv příčné stavby na vodní tok Vybudování nádrže 

na čistém toku – zhoršení kvality vody • úbytek O2, toxické plyny, změna osídlení



na toku se sníženou kvalitou vody – zlepšení • sedimentace, dotace O2

vodní stavby podélné 

Napřímení toků



Opevnění koryta 

pohoz

použité materiály • vegetační – travní porost a dřeviny • nevegetační – kamenné nebo betonové dlažby, štěrkové nebo kamenné pohozy a rovnaniny, kamenné záhozy, nábřežní zdi…



ekologické hledisko • • • •

zaklenutí toku zához tvrdé opevnění celého koryta úprava kamennou rovnaninou nebo jiným přírodní materiálem úprava toku blízká přírodním podmínkám



Umělá koryta - odvodňovací, zavlažovací, plavební kanály…



Likvidace břehových porostů

rovnanina

Negativní dopady podélných vodních staveb 

Napřímení toku zkrácení délky, zvýšení sklonu, rychlejší odtok → → → → → →

snížení hladiny podz. vody delší doby nízkých průtoků vysychání prodloužení znečištěných úseků zhoršení samočištění na dolních částech povodí – ostřejší kulminace povodní

4

Negativní dopady podélných vodních staveb 

Opevnění koryta    

  



likvidace biocenóz při stavební realizaci prostorová homogenizace toku odstraněním tůní → úplné vyschnutí toku rozbití systému řeka - ramena → ochuzení druhového bohatství ryb hladké opevňovací prvky → nevhodné biotopy pro zoobentos malá členitost opevněného koryta → ztráta přirozených úkrytů prostorné koryto dimenzované na velké průtoky → větší rozptýlení vody, menšení hloubka – v zimě promrzání, v létě zarůstání koryta, kolísání obsahu O2, likvidace studenomilných druhů nadměrné zahloubení → narušení hydrogeologického oběhu – odvodnění, zánik lužních lesů, ztráta vydatnosti pramenů…

Negativní dopady podélných vodních staveb 

Budování umělých koryt 



jsou-li budovány podle principů přírodě blízkých → oživení, součást krajiny

Likvidace břehových porostů       

mění se světelné, tepelné i kyslíkové poměry snižuje se stabilita břehů likvidace kořenového systému = podpora eutrofizace ztráta úkrytů pro vodní živočichy vymizení tzv. náletu (spad suchozemských bezobratlých živoč. na hladinu) znehodnocení estetického vzhledu krajiny zánik ŽP pro řadu suchozemských živočichů

Biologické zásahy   

používání herbicidů používání algicidních prostředků lovení a vysazování ryb  



vysazování jednostranné lovení dravců není nahrazováno

řešení 

při vysazování ryb brát zřetel na daný ekosystém (zákon o rybářství č. 99/2004 Sb.)

 

hromadné odlovy nežádoucích druhů ryb – bez efektu vysazování ryb živících se fytoplanktonem – tolstolobik obecný (bílý)

5

Znečišťování vod Voda je znečištěna, je-li její složení změněno v důsledku přímé nebo nepřímé činnosti člověka tak, že je méně vhodná pro některé nebo všechny účely, pro které je voda vhodná v přirozeném stavu. škodlivé látky = látky ohrožující jakost nebo zdravotní nezávadnost vod

škody         

ohrožení či narušení zdraví lidí a zvířat, poškození rostlin znemožnění odběru pitné vody nebo zdražení její úpravy znemožnění použití vody k závlahám znemožnění použití v průmyslu, nákladné úpravy zvýšení korozivních účinků znemožnění vodní rekreace zhoršení životních podmínek obyvatel žijících v okolí zanášení koryt kaly snížení rybářských výnosů

Kategorie znečištění podle zdroje znečištění • bodové • liniové • rozptýlené • plošné • zbytkové

6

Kategorie znečištění podle časového hlediska • jednorázové • dlouhodobé

Kategorie znečištění podle původu • • • • • •

přírodní produkované obyvatelstvem průmyslem zemědělstvím dopravou jinými složkami

Kategorie znečištění podle povahy látek • fyzikální • chemické • biologické

7

Kategorie znečištění podle vlivu na organismy (záleží na koncentraci/dávce) • bez vlivu • působící stimulačně • působící inhibičně • působící toxicky škodlivost se může projevovat přímo ve vodě, nebo na vyšších organismech, které vodu přijímají

zvláštní pozornost

toxické látky

toxické látky  



toxicita – intoxikace expozice – akutní – subchronická – chronická dávka – LD, LD50, ED50  

 

přípustná denní dávka celková přípustná dávka

NPK – nejvyšší přípustná konc. práh toxického účinku

        

s účinky nespecifickými specifickými systémovými dráždivými dusivými alergizujícími mutagenními karcinogenními teratogenními

Interakce mezi toxickými látkami toxicita jednotlivých látek  toxicita směsi  aditivní  synergické  antagonické

8

aditivita  princip

kumulativní toxicity  základní aditivní model  příklad:   

látka 1 v koncentraci c1 efekt 25% látka 2 v koncentraci c2 efekt 30% směsný roztok L1 a L2 v koncentracích c1 a c2 - efekt 55%

synergismus 

látky ve směsi se vzájemně potencují efekt po působení směsi je vyšší než podle předpovědi aditivního modelu



příklad:





toxicita pro ryby: • současné působení detergentu - snížení povrchového napětí na membránách žaber • a polární látky - inhibitoru mitochondriální respirace



samotná polární látka jen obtížně vstupuje do buňky ale v přítomnosti detergentu a rychlý vstup, významný toxický efekt

synergismus

Doba expozice 2 2 2

Koncentrace, ppm O3 SO2 Poškození listů, % 0,03 0 0,24 0 0,03 0,24 38

9

antagonismus 

látky ve směsi vzájemně inhibují toxický efekt efekt po působení směsi je menší než podle předpovědi aditivního modelu



příklad:





současné působení neurotoxinů s různým mechanismem – princip „protijedů“ • veratridin - otevření membránových kanálů pro Na+/K+ • saxitoxin - inhibice kanálů

hormetický efekt (hormeze) 

Látka jinak toxická má v mikrokoncentracích na organismus pozitivní vliv .



Prodloužením expozice nebo zvýšením dávky se děj zvrtne na patologický.



1888 Hugo Schultz a Rudolf Arndt



Hormeze není : • účinek mikrobiogenních prvků asyntéza sloučenin tělu vlastních • homeopatie a popisované dávky jsou sice malé, nikoliv ale "paměť vody", projevuje se při zcela „reálných“ koncentracích



Naopak některé látky jsou škodlivé pouze tehdy, pokud jejich koncentrace příliš poklesne.

10

vliv toxických látek na strukturu rybích společenstev na přirozenou reprodukci růst a vývoj ryb strukturu věkovou a druhovou histopatologické změny malformace náchylnost k chorobám četnost a strukturu parazitů

      

výzkum rybích společenstev

ORGANICKÉ LÁTKY  

biochemicky rozložitelné biochemicky rezistentní



účinky      



fenoly a polyfenoly  



produkty rozkladu dřeva, listí, kůry, moč... tepelné zpracování uhlí, rafinérie ropy... a barevnost vody, zápach a nepříliš toxické, ovlivňují chuť rybího masa

huminové látky - polyfenol. org. slouč.

(fulvokyseliny, huminové kys.)



vznik – rozkladem rostlin a živoč. a půdní a vodní humus (rašeliniště) ↓pH, ↑ CHSK, Fe, Mn a NHamon., pach, zbarvení → vadí v textilním a papírenském průmyslu chemicky oxidovatelné, biologicky rezistentní



nachlorováním → karcinogeny a mutageny

 



komplexotvorné látky – podporují vyluhovatelnost kovů z dnových sedimentů

celková koncentrace org. látek – nepřímé metody: CHSK, BSK, Corg.





karcinogenní, alergenní, mutagenní, teratogenní toxické barva pach a chuť pěnivost povrchový film

polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) - homology benzenu se 3 a více arom. jádry  

lesní požáry, sopeč. erupce fosilní paliva, spalovací motory, koksárny, rop. a metalurg. závody, splach z asfalt. vozovek…

11



chlorované organické látky 

mimořádně škodlivé (chlorfenoly, chlor. pesticidy, PCB, aj.) • PCB   



nehořlavé kapaliny mimořádná chem. a biochem. stabilita vysoký kumulační koeficient

pesticidy 

prostředky k hubení rostlinných a živočišných škůdců • organické  

organochlorové organofosforové

• anorganické  

ve vodách - porušení biochem. rovnováhy g samočištění L v pitné vodě - ovlivnění pachu a chuti, ohrožení zdraví

tenzidy a detergenty 

povrchově aktivní látky    

aniontové kationtové neiontové amfolytické



detergenty = tenzidy + aktivační přísady, plniva a spec. přísady prací prostředky (15-20% tenzidů), emulgátory, dispergátory, smáčedla, pěnidla…



v tocích – pěnění, zpomalení přestupu O2, smáčení povrchů,



solubilizace, dispergace NL, emulgace tuků a olejů, ↑ konc. toxické pro vodní org. 

v ČOV – tvorba pěny, snížení účinku biol. čištění, zanášení technologie mýdlovou sraženinou



„zákony o detergentech“

ropné látky    

   

  

benzíny (C4 – C12) petroleje (C12 – C18) plynové oleje (C16 – C24) mazací oleje (C24 – C40) rozpuštěné nerozpuštěné – volné emulgované adsorbované v org. látkách

rozpustnost klesá s délkou řetězce film na hladině a zhoršení přestupu O2 a narušení biochem. rozkladu nepolární uhlovodíky (NU)

12

ANORGANICKÉ LÁTKY  halogeny  sloučeniny

S, P a N jeho iontové formy  radioaktivní látky  kovy  CO2 a

Halogeny F

- zdravotní potíže při nedostatku i přebytku [1,5 mg.l-1 ]

 Cl

- Cl-, aktivní Cl - hygienické zabezpečení [ min. 0,05 mg.l-1, max. 0,3 mg.l-1 ]

 Br,

I - jodové minerální vody [ > 5,0 mg.l-1 ]

Sloučeniny S v  

přír. a odp. vodách anorg. slouč. S v ox. stupních -II, 0, IV, VI org. slouč. S

 koloběh  

S ve vodním prostředí

biochem. redukce síranů na R - SH mikrobiál. rozklad org. látek Sorg. → H2S • do atmosféry • anorg. sloučeniny (pyrit) • biochem. oxidace na S0 → další biochem. oxidace na SO42zpětná redukce na S0



Využití H2S v procesu fotosyntézy fototrofními org.

13

SO42v důlních vodách OV z moříren kovů, městské a prům. exhalace a atm. vody

 

anaer. prostředí – biochem. redukce  v obvyklých konc. – hygienicky nevýznamné  při vysokých konc. – ovlivňují chuť – agresivní vůči betonu  limit pro pitnou vodu 250 mg.l-1 v

SO32 



použití   



v přír. vodách se téměř nevyskytují měst. a prům. exhalace spalováním fosil. paliv a atm. vody, OV z výr. sulfitové celulózy a z tepel. zprac. uhlí k dechloraci ve vodárenství k odstr. kyslíku z napájecí vody pro parní kotle k redukci CrVI g CrIII v OV

účinky  

vyčerpávání rozp. kyslíku toxické pro vodní faunu a floru

14

sulfan a jeho iontové formy 





    

anorg. původu – rozkladem sulfidických rud, biol. redukcí SO42-, vulkanickými exhalacemi org. původu – biol. rozkladem org. sirných látek v anaer. prostředí OV z koželužen, tepel. zprac. uhlí, zprac. ropy, z barvíren, z výr. sulfátové celulózy aj.

v povrch. vodách zřídka – oxidace rozpuštěným kyslíkem, v anaer. prostř. – u dna a ve dnových sedimentech, reakce s růz. kovy – Fe ve splaškové vodě v anaer. podm. – až jednotky mg.l-1 S2--S koroze betonového zdiva stok pach vody toxický pro ryby limit pro pitnou vodu pro H2S 0,01 mg.l-1

Sloučeniny P 



    

rozpouštění někt. minerálů a hornin, člověk vyloučí 1,5 g.d-1 P rozkládající se odumřelá vodní fauna a flora fosforečná hnojiva, OV z prádelen a textil. průmyslu

snadná sorpce PO43- v půdním komplexu a dnových sedimentech stratifikace P v nádržích ve splaškových vodách 3 – 10 mg.l-1 nezbytné pro nižší i vyšší organismy (a eutrofizace a přeměna na org. vázaný P a uvolnění do prostředí) limit pro nevodárenské vodní toky 0,40 mg.l-1

Sloučeniny N  formy

výskytu N-III, N-I, N2, NI, NIII, NV  nitrifikace, denitrifikace  do vod      

rozkládající se hmota odumřelých org. člověk vyloučí cca 12 g.d-1 N odpady ze zemědělských výrob splachy z polí atmosférické vody OV

15

Namon.  do   

vod

org. původu anorg. původu součást atmosféry a nitrifikace a NO2-, NO3-

 toxický

vliv na ryby zvyšuje korozi Cu  limit pro nevodárenské vodní toky 2,5 mg.l-1  limit pro pitnou vodu 0,01 mg.l-1

NO2     

  

v čistých podzem. a povrch. vodách – stopové konc. v rašelinných a železnatých vodách biochem. oxidací amoniakál. dusíku biochem. redukcí dusičnanů anorg. původu – z atm. vod OV z výr. barviv, strojírenství ve vodách nestálé

významné indikátory znečištění podzem. vod toxické pro ryby limit pro pitnou vodu 0,1 mg.l-1

NO3 téměř    

ve všech vodách

nitrifikace amon. dusíku rozkl. org. dusík. látek v oxických podm. z dusíkatých hnojiv z atm. vod

odtoku z ČOV a zbytkové znečištění a eutrofizace  denitrifikace  redukce v zažívacím ústrojí na dusitany a alimentární methemoglobinemie  limit pro pitnou vodu 50 mg.l-1  na

16

CN 

 

jednoduché a komplexní a veškeré odstraňování   



chem. rozklad odvětrávání biochem. oxidace

rozdělení   



nikdy přirozeného původu OV z galvanizoven, tepel. zprac. uhlí atd.

silně toxické středně toxické slabě toxické

limit pro pitnou vodu 0,01 mg.l-1

CO2 a iontové formy  uhličitanový

systém  ve vodách původu   

atmosférického biogenního hlubinného

 rozpuštěný

CO2 téměř ve všech vodách stojatých vodách – stratifikace CO2  obsah ve vodách  ve  

hygienicky nevýznamný technický význam – agresivní a inkrustační účinky vody

Změny v relativním zastoupení oxidu uhličitého, hydrogenuhličitanů a uhličitanů v závislosti na změnách pH vody (podle Goltermana, 1975)

17

Radioaktivní látky Radioaktivita = samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření 

Všechny přírodní vody jsou slabě radioaktivní → umělé i přirozené radionuklidy

  

→ charakterizovány - poločasem rozpadu - druhem a energií záření (α, β, γ) [Bq] - počet rozpadů [Gy] - absorbovaná dávka [Sv] - dávkový ekvivalent (dávka * radiační váhový faktor)

 Stanovení   

jednotlivé radionuklidy (222Rn, 226Ra,3H, U, 90Sr, 137Cs, 131I, 210Pb, 230Th) celková obj. aktivita α – přírodní radionuklidy celková obj. aktivita β

kovy 





Do vod - stykem s horninami a půdou, vulkanickou činností, antropogenním znečištěním, agrochemikálie, algicidy, atmosférické vody, z potrubí… Výskyt: • rozpuštěná forma – převládají organické komplexy • nerozpuštěná forma – vysrážené (CO2-, OH-, PO43-) – sulfidy - za anaerobních podmínek – adsorbované na NL - hromadění v sedimentech – inkorporované do biomasy biotransformace – biologická methylace - (methylrtuť, dimethylrtuť, trimethylarsan…) → toxické (CNS)

– oxidace FeII a MnII bakteriemi

kovy 

Význam: • esenciální • organoleptické vlastnosti • toxické (  těžké, > 5 t.m-3 ) – Hg, Cd, Pb, As, Se, Cr, Ni, Be, Ag, Sb – Zn – toxický pro ryby ne pro člověka

závisí na – formě výskytu - ↑jednoduché ionty ↓komplexy – oxidačním čísle - CrVI > CrIII, AsIII > AsV – kombinaci - synergismus x antagonismus kumulačním koeficient - Hg, Pb, Se, Cu, Zn, Cd

18

rekapitulace  změny hydrogeologického režimu vod  vliv vodních staveb na vodní ekosystémy  toxické látky ve vodách a jejich vzájemné interakce  organické látky ve vodách (zejména tenzidy a ropné látky)  sloučeniny síry, fosforu a dusíku ve vodách

Tyto materiály jsou určeny především pro studenty Vysoké školy chemickotechnologické v Praze. Některá data v nich obsažená jsou z veřejných zdrojů a z důvodu přehlednosti nejsou uvedeny všechny citace tak, jak bývá v odborné literatuře zvykem. S případnými výhradami se, prosím, obracejte na autory.





Pavla Šmejkalová, Aleš Pícha

19