Vliv lidské činnosti na vodní prostředí

Vliv lidské činnosti na vodní prostředí

Historie zacházení s vodou (vodohospodářství)

Babylonie (Chammuraki) – první známé zákony o vodě – 18. stol. před Kristem Kdo ukradne nádobu na vodu zaplatí tři šekely, kdo ukradne vodní kolo, bude mu uťata pravá ruka Mutakki (1130 p. Kr.) Pojem „vodoprávní jednání“ – spory měst Ur, Eridu, Nirive a Akkad o vodu z Eufratu. První vodohospodářské stavby

2000 let p.Kr. – vodovod ve městě Bavianu v Asyrii (první známe klenby v architektuře) Stavitel Iy v Číně – první řízení průtoku na řekách Jangc´tiang a Chuang Che, hráze, povodně jen za 10 – 20 let, stal se císařem Chuang Ti. Evropa - Řím– Aqua Appia 305 l p. Kr. stavitel Appius Claudius

Doba Augusta Octavia – 700 veřejných studní, 130 kašen a 150 vodotrysků Vodohospodářská správa Babylonie – královský úředník se zvláštními poctami – na ulici byl doprovázen čestným doprovodem dvaceti pištců a bubeníků. Museli mu dávat přednost všichni mimo kněží a královské rodiny.

Řím r. 97 za císaře Nera – ministr Curator Aquarum

Vodní právo u nás

 kolem 1500 – Vladislav Jagelonský – právní zásada o veřejnosti tekoucích vod. Splavné řeky byly statkem královským (tedy státním).  16. a 17. stol. – mlynářské řády  19. stol. Rakouský občanský zákon

 1870 – Říšský vodní zákon (93/1869)  První republika – platí Říšský zákon  I. Státní vodohospodářský plán 1949 – 50  Zákon o vodním hospodářství 11/1955 Sb.  Zákon o vodním hospodářství 138/1973 Sb.  Zákon č. 254/2001 Sb. - o vodách (vodní zákon)

Principy práva

 zákon  vládní nařízení

 vyhlášky vlády a ministerstev  vyhlášky krajů a obcí  směrnice (WFD – Rámcová směrnice o vodě – EU, Směrnice OECD, UNESCO, IUSN atd.)  normy (ČSN – EN – ISO)  závazné metodiky

Směrnice 2000/60/EC Evropského parlamentu a rady (Water Framework Directive, dále WFD)(23. 10. 2000)  hodnocení tzv. ekologického stavu prostředí

 dokument zásadním způsobem ovlivňuje přístup ke složkám vodního prostředí v Evropě  orientována na komplexní hodnocení v rámci hydrologických celků (povodí) na základě příslušnosti hodnoceného vodního útvaru (lokality) k určitému typu a ve srovnání s referenčním stavem  zařazení do pěti tříd ekologického stavu - velmi dobrého, dobrého, středního, poškozeného, zničeného.  odráží teoretického poznání  požadavky vycházejí z vědeckých poznatků  impulsem k novým výzkumným aktivitám pro doplnění mezer ve znalostech akvatických ekosystémů  vyvinout nebo zdokonalit metody hodnocení a následně provést interkalibraci jednotlivých metod

Historie aplikované hydrobiologie Hodnocení jakosti vod – saprobiologie – Kolkwitz & Marson (1902, 1908, 1909) – Thienemann 1930 – metody – Pantle & Buck 1955

– Liebmann 1958 – 1962 – Hynes 1960

– Wetzel 1965 – Uhlmann 1970

Kde se provozuje Ministerstvo životního prostředí Ministerstvo zemědělství Výzkumný ústav vodohospodářský TGM Praha, Brno, Ostrava Podniky povodí

Český hydrometeorologický ústav Praha s pobočkami Brno, Ostrava. Česká geologická služba

Agentura ochrany přírody Česká inspekce životního prostředí

Ekologické vlivy (disturbance) ve vodním ekosystému

Změna klimatu

Vysychání recipientů

Vzestup UV radiace

Minimální průtoky

Růst populace

Drénování kyselých hornin

Emise z dopravy

Introdukce nových druhů

Rozšiřování měst

Export vody mezi povodími

Kyselý déšť

Vysoké průtoky - záplavy

Spotřeba vody v aglomeracích

Plavení dřeva

Užívání biocidů

Motorová lodní doprava

Chlorace vody

Sportovní rybářství

Produkce tekutých odpadů

Vodní sporty

Vodní nádrže a elektrárny

Nepřímé vlivy  změny v užívání krajiny: • odlesnění • zalesnění • zemědělství (např. změna pastevectví na ornou půdu)

• urbanizace • hornictví

Přímé vlivy  regulace: • přehrazení toku • odvedení vody (např. zavlažování)  management koryta: • těžba štěrku • kanalizace toku

• kontrola povodní • protierozní ochrana břehů

• bagrování

4 fáze modifikace řek Petts (1989)

 I. fáze 1750 – 1900 regulační schéma většiny velkých evropských řek pro navigaci, kontrolu povodní a využití aluviálních území (např. změny koryta řeky Rhony ve Francii)  II. fáze - 1900 - 1940 období vývoje technologií pro stavbu velkých přehrad  III. fáze - 1950 - 1980 celosvětový vrchol aktivity ve stavbě přehrad. V Severní Americe se postavilo ročně přes 200 přehrad vyšších než 15 m a celosvětově to bylo více než 700 přehrad  IV. fáze od roku 1980 do současnosti - rychlost výstavby přehrad zpomalila na cca 500 přehrad/rok, Latinská Amerika a Karibik vzrostla výstavba, trend pokračuje dodnes, hydroelektrárny poskytují v tomto regionu 2/3 celkové elektrické energie

Objem vody v km3 1. Owen Falls

270

Výška hráze v m 1. Nurecká

300

Výkon v MW 1. Itaipú

12 .600

2. Kachovská

182

2. Grande Dixence

285

2. Guri

10. 300

3. Kariba

180

3. Ingurská

272

3. Sajano-Šušenská

6.400

4. Bratská

169

4. Vajont

262

4. Grand Coulee

6.180

5. Asuánská

168

5. Chicoasén

261

5. Krasnojarská

6.000

6. Akosombo

153

6. Mauvoisin

250

7. Daniel Johnsonova

141

7. Guavio

246

6. Churchillovy vodopády 7. La Grande

5.428 5.328

8. Guri

138

8. Sajano-Šušenská

245

8. Bratská

4.500

9. Krasnojarská

73.3

9. Mica

242

9. Usť-Ilimská

4.320

10. WAC Benettova

70.3

10. Chivor

237

10. Tucuruí

3.960

Charakteristika nejvýznamnějších environmentálních problémů způsobených vodohospodářskými stavbami Lisický (1991) : a) prostorová homogenizace vodního tělesa (nejčastěji vodního toku)

 jednotné, napřímené, tvrdě opevněné koryto s nečleněnou břehovou linií, vyloučením mělčin, likvidací střídavě zatápěných a obnažovaných ploch, bez pobřežní lavice s litorální vegetací aj.  monotónnost proudění, chybí střídání rychlejších a pomalejších úseků, tišiny pro oddech organismů při pohybu proti proudu

 ochuzení druhového složení biocenózy - zanikají specializované a náročné druhy, rozmnoží se ubikvisté a plevelné druhy  pokud spojeno s opakovanými velkými výkyvy hladiny v krátkém čase (např. elektrárna se špičkovacím režimem) - zdecimování nejen původní ichtyofauny, ale i ostatních skupin živočichů  např. Schiemer (1988) uvádí údaje o populacích plůdku ryb na 5 různých biotopech řeky Dunaj. Z 21 uváděných druhů žilo nejvíc při štěrkových březích (17) a v zálivech hlavního toku (14). V úsecích s napřímeným a kamenem opevněným břehem klesl počet druhů na pouhé 3, přičemž více než 90 % jedinců patřilo 1 druhu (bělička)

b) časová homogenizace

 vodní nádrž vyrovnává průtoky, vyloučení povodňové dynamiky z inundace, často spojené s nemožností laterální eroze, spouští mechanizmus sukcese, která v konečné důsledku zlikviduje iniciální pionýrská stádia, typická pro lužní krajinu  změněný nepřirozený režimem záplav, nebo jejich vyloučením, lužní les přichází o množství živin a fytofilní druhy ryb (štika, kapr, lín, sumec) o místa na kladení jiker. To se projeví na produkci biomasy celého ekosystému c) destabilizace koryta

 velké nádrže na vodních tocích způsobují snížení rychlosti toku sedimentaci plavenin a zastavují pohyb splavenin  řeka získává chybějící materiál erozí vlastního koryta a zahlubuje se - drenuje okolní krajinu a lužní les trpí vodním deficitem  přilehlá ramena vnitrozemské delty vysychají a původní společenstva, např. ichtyocenózy , zanikají  řešit zmenšením spádu pod přehradou, prodloužit tok meandrováním

d) rozbití systému řeka a její ramena

 odříznutí bočních ramen od hlavního koryta na horním a dolním konci, kvůli intenzifikaci využití krajiny, soustředěním průtoku pro plavbu v hlavním korytě  ochuzení druhového bohatství bioty, ryby - biomasa je v ramenech až 10x vyšší než v hlavním toku a mnohé ryby migrují z řeky do ramen a naopak (podoustev, hrouzek, bolen, plotice…) e) úplná likvidace inundace říčními stupni  bývalá inundace představuje nejnižší místo v krajině, dynamika původního lužního systému se zlikvidovala a vznikl jednotný monotónní ekosystém, vysýchání velké části lužního lesa f) změna kvality podzemní a povrchové vody  vodní dílo může negativně ovlivnit kvalitu podzemní vody - stabilizuje její hladinu, redukce nasycení podzemní vody kyslíkem, které je možné jen při pulzování hladiny podzemní vody v substrátu…

Ovlivňování biologických procesů ve vodách člověkem

1. Vodárenské odběry, odběry pro závlahy 2. Hydromorfologické ovlivňování

-

derivační vodní elektrárny

-

přehrady s energetickým nebo závlahovým režimem

-

podélné regulace přítoků a vlastního toku

-

fragmentace habitatů

3. Znečišťování vod 4. Změny v krajině – lesnatost, zemědělské hospodaření, zástavba krajiny lidskými sídly

Změny v krajině  změny povrchových odtokových poměrů v krajině od starověku - zemědělství, odlesňování, vysoušení mokřadů (meliorace) a výstavba rybníků, scelování pozemků:

– změna vodní jímavosti půdy – změna objemu a distribuce průtoků

– eroze (voda ovlivňuje krajinu, splachy ovlivňují vodní prostředí)

 změny přirozených průtokových režimů, změna zásob vod v krajině – komplexní důsledky pro abiotické podmínky ve vodním prostředí (teplota, chemismus, proudění, hloubka, ztráta habitatů etc.), změny ve společenstvech

Nadužívání vodních zdrojů  odběry vody – obecně snížení průtoků nebo objemu nádrží potřeba: ze zdroje plus recyklovaná spotřeba: odpar, voda zabudovaná do výrobku, nebo vracená do vodního prostředí v jiném místě

odpadní voda: vrací se v místě spotřeby nebo poblíž něho Vlivy odběrů – průmysl - znečišťování, havárie

– závlahy - zasolování půd, zvyšování salinity v nádržích – odběry pitné vody z podzemí – pokles hladiny spodní vody  snížené průtoky či objemy zesilují negativní působení dalších vlivů

Morfologické ovlivňování toků

Regulace toků  snížení diverzity habitatů, ztráta habitatů  zejména pod rouškou protipovodňové ochrany – „zkapacitnění“ koryta, ochrana intravilánů, zamezení eroze, změny trasy toku kvůli různé výstavbě

– napřímení – zrychlení odtoku – bagrování – splavnost, kapacita koryta – zaklenutí (zatrubnění) – opevnění – nejhorší tvrdé opevnění dna - narušení komunikace s hyporeálem – příčné stavby na tocích • narušení migračních koridorů – migrační bariéry (určité řešení: balvanité skluzy, rybí přechody) • fragmentace biotopů, populací, ekosystémů – likvidace břehových porostů (stromy působí problémy při povodních a komplikují údržbu toků x význam dřevní hmoty ve vodě!

REGULACE TOKŮ Upravování vodních toků sleduje více účelů, které se zpravidla kombinují:

 omezování záplav při povodních  snížení hladiny podzemní vody a umožnění zaúsťovat drenážní svody  omezení plochy zabrané korytem, uvolnění nivy pro zemědělské obhospodařování  stabilizace koryt, která podléhají vymílání  omezování záplav způsobovaných při odchodu ledů

Co tyto regulace vyvolávají?  změna ročního a denního hydrologického režimu  změna ročního a denního teplotního režimu  změny v odnosovém režimu  změny morfologie a granulometrie sedimentů dna a břehů  minimální průtoky

Ekologické důsledky úprav vodních toků 1. Zaklenutí toku do prefabrikátových profilů či kanalizačních rour absence světla a hladký substrát znemožňují výskyt širšího spektra organismů

2. Napřímení trasy koryta

 zánik oblouků a meandrů → zkrácení délky vodního toku  snižování podílu vodní plochy v krajině a zároveň ztráta biotopů pro vodní organismy  zvýšení podélného sklonu → zvýšení rychlosti proudu vody v korytě  použitím různých stupňů či skluzů se sice dosáhlo zpomalení odtoku vody, ale při narušeném průtokovém a splaveninovém režimu jsou úseky nad nimi ležící často zanášeny jemnými sedimenty

 vyšší stupně zabraňují tahům ryb proti proudu

3. Vyrovnání podélného profilu a tvrdé opevnění koryta

 značné snížení členitosti koryta → odstranění původních brodových úseků s malou hloubkou a rychlým prouděním vody a výmoly s tišinami a tůněmi  hladké opevňovací prvky vytvářející uniformní ráz dna nahradily původně pestrý substrát, který poskytoval vhodné biotopy širokému spektru bentosu  tvrdé opevnění dna znemožňuje kontakt bentosu s hyporeálem  malá drsnost dna a břehů urychluje odtok vody a podstatně omezuje samočistící procesy v toku

 brání výměně (infiltrace vs. drenace povrchové a podzemní vody)  zmenšení drsnosti dna vede ke zrychlení odtoku a snížení samočištění

4. Prostorné lichoběžníkové koryto kapacitně navržené na průtok velké vody

 většinou výrazné rozšíření dna koryta → rozptýlení vody a snížení její hloubky  v zimě může dojít k promrznutí toku až do hyporeálu, naopak v letních měsících se vytváří příznivé podmínky pro intenzivní zarůstání koryta řasovými nárosty a makrofyty podpořené absencí břehových porostů  snížení rychlosti proudu s následnou sedimentací i poměrně jemného organického detritu  prosluněním nízkého vodního sloupce zregulovaného toku značně stoupá teplota vody → značné kolísání obsahu kyslíku

5. Nadměrné zahloubení koryta

 změna vodního režimu podél toku → zánik lužních lesů  rychlé odvedení vyšších průtoků se negativně projeví kulminací povodňových vln v dolním úseku toku pod jeho zregulovanou částí

7. Likvidace a neobnovení břehových porostů

 světelné, tepelné a následně i kyslíkové poměry  snížení stability břehů a jejich odolnost vůči ledochodům

 významný podíl na samočištění toku a vytváření úkrytů pro vodní živočichy

 produkce organické hmoty

 odčerpávání živin → podpoření eutrofizace toku  znehodnocení estetického vzhledu krajiny a zániku životního prostředí řady suchozemských živočichů

Vlivy holoseče  snížená bariéra UV záření

 snížený příjem organické hmoty  značné snížení transpirace  zvýšená rychlost vody v toku  zvýšená eroze sedimentu  nárůst rozpuštěných složek v půdním roztoku  zrychlená ztráta rozpuštěných a partikulovaných živin a organické hmoty

Jezy a jezové zdrže  potamalizace toku  stabilizace koryta toku  energetické využití (náhony na MVE, mlýny…)  splavnění řek (plavební komory)  odběry a převody vody (závlahy, převod mezi povodím)

Typy příčných přehrazenin - jezů

Základní vlastnosti a vlivy

Nádrž  vznik nového prostředí – stojaté vody

 usazené sedimenty – rozkladné procesy – odnímání rozpuštěného kyslíku  větší plocha hladiny – teoreticky větší možnost rozpouštění kyslíku přes fázové rozhraní vlastní přepad vodního paprsku přes korunu jezu nebo vývar spodní výpusti

Základní vlastnosti a vlivy  v nádrži nad jezem může vniknout anoxická nebo anaerobní zóna – v zásadě neznámý jev pro tekoucí vody  na přepadu – ve vývaru překotné sycení vodou plyny ze vzduchu (O2 a také N2)

 vznik mikrobublinek plynů – efekt tzv. bubble disease - nekrózy na žábrách ryb a bezobratlých = snížení fitness a produkce

Přehrady • přehrady, údolní nádrže

• fce protipovodňová, energetická, vodárenská, zavlažovací, rekreační, ……

Přehradní nádrže  přehrazení toku údolní nádrží - přerušení říčního kontinua  přeměnou řeky a jejího okolí na jezero vzniká složitý řetězec důsledků - dopady na přilehlé ekosystémy a následně až na socioekonomickou sféru společnosti

Význam přehrad, historie  prostoru určený k akumulaci vody

 první přehrady již ve starověku např. v Egyptě, Indii, Iráku, Sýrii a Íránu - závlahy v zemědělství  konec středověku - výstavba přehrad v Evropě  u nás má výstavba vodních nádrží a přehrad dlouhou tradici, začala už ve 12. a 13. stol., velký rozmach ve 14. stol.

 přelom 16. a 17. stol. - ucelené soustavy (Třeboňsko, Pardubicko atd.)  konec 18. století a 19. stol. - nádrže pro potřeby hornictví, klauzy - nádrže pro plavení dřeva  později se objevují vodní díla s energetickým využitím, pro zásobování vodou atd.  50. léta 20. stol. - hydroenergetická díla

 60. léta 20. stol. - zásobování vodou (pro obyvatelstvo, průmysl a zemědělství)  v posledních letech výrazně převažují nádrže a přehrady – pitná voda

 1. vodárenská nádrž u nás na přelomu 15. a 16. století (Jordán v Táboře)  fce ochrany před povodněmi, poskytuje možnost rekreačního vyžití (rybářství, vodní sporty), lodní přeprava

Vliv přehrad na ekosystém toku

 různá velikost, účel a fungování - vliv na říční ekosystém  průtočné přehrady („run-of-the river“ dam) vypouštějí tolik vody, kolik přiteče do nádrže, mají většinou malou výšku, jejich negativní vliv je většinou malý  špičkující elektrárny („peaking“ hydropower dam) reagují na denní fluktuace v potřebě energie vypouštěním vody na turbíny v určitém čase a jejich vliv na ekosystém toku je zásadní Koncepce diskontinuity 

koncepce diskontinuity (SDC = The Serial Diskontinuity Concept)(Ward & Stanford 1983, 1984, 1987)



dojde k přerušení říčního kontinua - změna říčních společenstev, hodnocení vlivu nádrže intenzita narušení a především umístění nádrže v podélném profilu toku

Vliv pozice přehradní nádrže s hlubokou výpustí na podmínky v toku (ex Ward & Stanford, 1988). ++ značné změny; + mírné změny; 0 bez větších změn Umístění nádrže Horní část toku

Střední část toku

Dolní část toku

++

+

0

Světelné podmínky

0

0

++

Stabilita substrátu

0

+

++

Denní teplotní výkyvy

0

++

0

Druhová diverzita

+

++

+

Poměr CPOM/FPOM

Údolní nádrže (ne)jsou jezera

 výrazné podélné proudění, kratší doba zdržení (TRT)  odlišná hydrodynamika podélná zonace

 režim vypouštění (odběr) - horní - dolní  špičkování - ovlivňuje ekosystém nádrže i toku!

Změny proudění, turbidity, světla, živin, fytoplanktonní produkce a zdrojů organických látek ….

Obecné principy chování přehrazeného toku

 koncepce diskontinuity (SDC = The Serial Diskontinuity Concept)(Ward & Stanford 1983, 1984, 1987)  diskontinuita toku – transport materiálu, spirální koloběh živin, migrace ryb…  při hodnocení vlivu nádrže na říční ekosystém - intenzita narušení a umístění nádrže v podélném profilu toku (Ward & Stanford, 1983 in Stanford et al., 1988)

Vliv pozice přehradní nádrže s hlubokou výpustí na podmínky v toku (ex Ward & Stanford, 1988). ++ značné změny; + mírné změny; 0 bez větších změn Umístění nádrže Horní část toku

Střední část toku

Dolní část toku

++

+

0

Světelné podmínky

0

0

++

Stabilita substrátu

0

+

++

Denní teplotní výkyvy

0

++

0

Druhová diverzita

+

++

+

Poměr CPOM/FPOM

Ovlivnění abiotických faktorů v toku pod přehradou  změny průtokového režimu - eliminace sezónních extrémů; krátkodobé změny průtoků vlivem špičkování  sedimentace unášených látek - přehrady slouží jako pasti na unášené anorganické i organické látky  změny tvaru koryta - degradace dna a eroze břehů  chemismus - kyslík vs. produkty anaerobního metabolismu, živiny  změny v granulomerii substrátu

 změny v organické hmotě v sedimentech „montanizace“ potamálních úseků  teplota - závisí na době zdržení a hloubce, odkud je voda vypouštěna

 teplota - zimní oteplení, nezamrzání - letní ochlazení

Vliv nádrže na fytobentos  přerušení řičního kontinua (River Discontinuity Concept) - fragmentace říčních úseků  průtok - značné krátkodobé kolísání

 biologické a ekologické důsledky změn hydrologického režimu - na úrovni druhů a populací bezobratlých a obratlovců - změny společenstev  zvýšení obsahu živin - vhodné podmínky pro typicky eutrofní druhy (Cladophora)  vhodné podmínky pro fytobentos  vyšší zastoupení zelených vláknitých řas  zvýhodnění chladnomilných stenotermních druhů (např. Ulotrix zonata, Hydrurus sp.) Parametr

Změny

Vliv na kvantitu

Vliv na kvalitu

Zimní oteplení, nezamrzání, Letní ochlazení

Nárůst aktuální Zvýhodnění chladnomilných stenotermních druhů biomasy (např. Ulotrix zonata, Hydrurus sp.)

Průtok

Konstantní

Nárůst aktuální Zelené vláknité řasy; biomasy Callitriche, Myriophyllum, Rannunculus, Sporangium, Potomogeton, Zannichellia

Průtok

Značné krátkodobé kolísání

Snížení aktuální biomasy

Zákal

Snížení zákalu usazením částic v nádrži

Nárůst aktuální Vhodné podmínky pro fytobentos biomasy

Živiny

Zvýšení obsahu živin, případný nárůst obsahu NH4 a H2S

Nárůst aktuální Vhodné podmínky pro typicky eutrofní druhy biomasy (Cladophora)

Teplota

Vyšší zastoupení zelených vláknitých řas

Zoobentos  snížení průtoků

 špičkování  teplota - v tocích pod přehradami dochází k eliminaci druhů, které jsou citlivé na změny teplotního režimu, nejsou schopny se přizpůsobit změnám, naproti tomu druhy adaptovány na konstantní podmínky, jsou spolu s druhy tolerujícími široké teplotní rozmezí zvýhodněny)  POM (dominance filtrátorů pod přehradami s horní výpustí)

Vliv změn průtokového režimu pod přehradou na ekologické faktory ve vztahu k zoobentosu přerušované čáry naznačují méně důležité vztahy (Ward & Stanford, 1979).

Teplotní změny pod přehradou s hlubokou výpustí a jejich vliv na zoobentos (Ward & Stanford, 1979).

Vlivy podmíněné teplotou vody z přehrady se spodní výpustí na diverzitu makrozoobentosu (ex Ward 1976)  snížená diverzita ;  zvýšená diverzita Taxon

Vliv

Teplotní vlivy



Nízká letní teplota



Střídání sezónních teplot



Letní ochlazení, zimní oteplení

Plecoptera



Nízká letní teplota

Trichoptera



Letní ochlazení, zimní oteplení



Nízká letní teplota



Letní ochlazení, zimní oteplení



Nízká letní teplota



Studená letní teplota



Letní ochlazení, zimní oteplení



Střídání sezónních teplot



Letní ochlazení, zimní oteplení



Nízká letní teplota



Konstantní nízká teplota

Ephemeroptera

Coleoptera

Amphipoda

Celková diverzita makrobezobratlých

Taxony jen nad přehradou Vranov

Taxony jen pod přehradou Vranov

Plumatela repens

Dugesia gonocephala

Unio crassus

Polycelis nigra

Unio pictorum

Perlodes microcephala

Lymneaidae

Isoperla grammatica

Potamantus luteus

Perla burmeisteriana

Ephoron virgo

Leuctra fusca

Apelocheirus aestivalis

Gammarus roeseli

Cyrnus trimaculatus

Agapetus sp.

Neureclipsis bimaculata

Oligoplectrum maculatum

Lype phaeopa

Limnephilus sp.

Arthripsodes cinereus

Potamyphylax latipes

A. albifrons

Chaetopteryx sp.

Mystacides nigra

Sericostoma sp.

Ceraclea dissimilis

Vliv na ryby • pod přehradními jezery zmizelo okolo 1000 km významnějších vodních toků, tj. téměř 6 % délky statisticky evidované říční sítě • přehrada i vzniklé jezero způsobuje fragmentaci původně velkých populací (metapopulací) některých druhů ryb (např. ostroretka stěhovavá, podoustev říční) • v povodí Dyje bylo postupně vybudováno 19 přehrad a v důsledku toho se původní rozsah parmového pásma s parmovým společenstvem zmenšil na 35,7 % původního rozsahu délky vodních toků. Na druhé straně se zvětšil rozsah pstruhového pásma oproti původnímu rozsahu

… změny prodění, turbidity, světla, živin, fytoplanktonní produkce a zdrojů organických látek mezi třemi hlavními zónami přehrady

Malé vodní elektrárny - MVE

 v ČR i v zemích EU jsou jako malé vodní elektrárny označovány elektrárny s celkovým instalovaným výkonem do 10 MW  v současnosti je u nás v provozu 1200 MVE a ročně se podílí na výrobě elektřiny podílem 1,1 %  největší rozvoj MVE před druhou světovou válkou

 malé vodní elektrárny byly stavěny nejčastěji na Šumavě, v Krušných horách a v Krkonoších, ale bylo je možné nalézt ve všech podobných částech naší republiky, kde bylo možné snadno využít energie velkého spádu toku

MVE představuje komplex - vzdouvacím stupněm, odběrovým, přiváděcím a odváděcím systémem a budovou, kde je umístěna vlastní technologie, tj. turbína, generátor, rozvodna). MVE lze rozdělit na 2 základní typy:

 derivační (odklonové) MVE  jezové MVE

Derivační typ MVE je zastoupen v našich podmínkách nejčastěji derivační MVE Základem tohoto typu elektrárny je derivační kanál, který odbočuje v místě vzdouvacího objektu, odebírá část průtoku z hlavního řečiště a vede jej na turbínu elektrárny. V určité vzdálenosti se poté od náhonu na MVE voda vrací zpět do hlavního řečiště. 3 odlišné úseky, které se liší podmínkami pro život vodních organismů

Ovlivnění biocenózy toku

Ryby a bentos  snížení využitelné plochy  migrační bariéra v toku  obnaží původní břehové partie, kde ryby nacházejí úkryty pod kořeny a větvemi pobřežních dřevin  zpravidla výrazně nižší biomasa a průměrná velikost ryb ve srovnání s neovlivněnými úseky – nízké průtoky, podmínky nevyhovují adultním jedincům  změna druhového složení směrem k malým druhům, jako např. střevle, vranky, mřenky, hrouzci a malí pstruzi.  nejohroženější druhy pstruzi, jelci, lipani, parmy a ostroretky

Poškození ryb průchodem přes turbíny MVE  poranění nebo onemocnění jedinci

 více ryb zachytáváno v období třecích a hlavně povýtěrových migracích, kdy k pudové migraci ryb po proudu přispívá i oslabení ryb v procesu reprodukce.  raná vývojová stádia ryb, plůdek a ryby do velikosti cca 15 mm jsou průchodem turbínou poškozovány jen málo a reverzibilně  různé typy elektronických nízkonapěťových odpuzovačů - plašičů ryb  účinnost v odpuzování ryb se pohybuje od 40 % při migrací proti proudu a okolo 70 % při migracích po proudu

Derivované úseky  refugium mladším vývojovým stádiím ryb

 odchovny nových generací - velký počet ryb malé velikosti  uniknou predačnímu tlaku pstruhů i malé druhy ryb jako jsou střevle potoční, mřenka mramorovaná, sekavec písečný, piskoř či vranka  utváření kvalitativně i kvantitativně odlišné obsádky

 nutnost výstavby rybího přechodu - prostupnost toku pro migrující živočichy  jako minimální zaručený průtok v derivovaném úseku je doporučen Q330  při nižších průtocích dochází k neúnosné devastaci společenstev a ke znemožnění migrací

Zoobentos  vliv MVE zpravidla nevýrazný

 výjimkou letní odběry - v derivovaných úsecích snížení biomasy zoobentosu až o 65 %.  na úbytku druhů se podílejí především proudomilné druhy  špičkující MVE ⇒ výrazné změny druhového složení společenstva, totální eliminace pošvatek a podstatná redukce jepic

 ke změnám ve složení fauny bentických bezobratlých může dojít v náhonu na MVE vzdouvacího objektu např. zpomalení proudu a zvýšení sedimentace v nadjezí

Minimální průtoky

 derivační elektrárny, mlýny s náhony, ovlivněný úsek řeky, přehrady a špičkování, odběry vody z toku – vodárenské a užitkové, zasněžování sjezdovek, golfová hřiště, manipulace s vodospodářskými soustavami např. napouštění rybníků

Snížení průtoku ovlivňuje zejména následující životní podmínky v toku:  zmenšení objemu vody a zatopené plochy dna

 snížení rychlosti  větší prosvětlení vody

 zvýšení teploty  zvýšené kolísání obsahu kyslíku  ekologicky nízké průtoky (trvají obvykle déle než vysoké) Základní bilanční průtok (tzv. minimální bilanční průtok MQ) stanovuje se konvenčně; v jeho definici se mimo jiné uvádí, že „... respektuje zachování podmínek pro biologickou rovnováhu v toku a v jeho nejbližším okolí....“..

Definice minimálního průtoku MQ

MQ je bilanční hodnota, která má charakter přednostně zabezpečovaného nároku na vodní zdroj; respektuje zachování podmínek pro biologickou rovnováhu v toku a v jeho nejbližším okolí a umožňuje obecné užívání vody, které nevyžaduje povolení vodohospodářských orgánů. Minimální zůstatkový průtok množství vody, které je nutno po jednom nebo více odběrech ponechat ve vodním toku za účelem udržení jeho základních ekologických funkcí.

Bernhard Statzner 1990  základem posouzení musí být morfologie dna

 čím větší byly technické úpravy v korytě řeky, o to musí být nadlepšen zbytkový průtok  pro bezobratlé je hloubka méně kritickou proměnnou než pro ryby, kde je třeba respektovat také určité proudění  zbytkový průtok by měl být “přírodě blízký”, včetně příslušného složení a distribuce celkové fauny dna nebo významných druhů  zbytkový průtok musí vyhovovat rybám i kořisti  průtokové podmínky vyhovující chráněným druhům se musí preferovat před ostatními

Nulové průtoky

 zvýšení počtu driftujících živočichů  zoobentos, který nemůže migrovat do hyporheické zóny, přežívá několik hodin v povrchové vrstvě dna, po několika hodinách sucha hyne nebo je napadán imigrujícími suchozemskými dravci  hned hynou řasy a makrofyta a měkké typy živočichů (jepice, chrostíci Hydropsyche, muchničky)  s prodlužující se periodou sucha pokračuje destrukce zoobentosu a posiluje se imigrace dalších suchozemských složek  s obnovením průtoku narůstá množství driftujících organismů, v prvých minutách průtoku většinou mrtvých, v dalších minutách a hodinách narůstá podíl živých jedinců  při nulových průtocích přežívají pouze organismy hlubší části dna, které spolu s driftem nového průtoku jsou zdrojem nových imigrantů znovuzaplaveného koryta  organismy přežívají v podobě odolných stádií

Stabilizace zoobentosu trvá dle délky suché periody: a) několik hodin sucho - do 14 dní biologické vyrovnání b) celý den sucho - 3-4 týdny c) 4 týdny sucho - úmrtnost, obnova po 5-6 týdnech

Lodní doprava

 mechanické – poškození lodními šrouby, zvíření sedimentů, vlnobití  fyzikální – hluk, zákal, provzdušnění  chemické – toxicita pohonných hmot, havárie  regulace toků – ztráta vodních habitatů, ztráta luhů  navigační stavby – koncentrační hráze a výhony, plavební komory a zdrže  údržba vodních cest – bagrování, boj s makrofyty

Nepůvodní druh (alien, non-indigenous, non-native, exotic, foreing)

•

druh, poddruh nebo nižší taxon introdukovaný mimo svůj přirozený, dřívější nebo současný areál

Invazivní nepůvodní druh (invasive alien species) •

nepůvodní druh, jehož introdukce anebo šíření ohrožuje biologickou diverzitu

Mlýkovský J. a Stýblo P., eds., 2006: Nepůvodní druhy fauny a flóry České republiky. Praha. ČSOP.

Vektor  fyzický prostředek nebo zařízení v němž nebo na němž se druh přesouvá.  lodní doprava (nárosty, balastní voda)  akvarijní organismy, akvakultury  kanály spojující řeky a povodí  záměrná a náhodná introdukce  rybí násada  vodní ptáci  samovolné šíření

Cesta šíření nepůvodních druhů

   

geografická cesta po níž se druh přesunuje mimo svůj přirozený areál Asie - Evropa Severní Amerika - Evropa Asie - Amerika - Evropa

Cesty severní koridor: Don, Volha, Ladožské jezero, Něvský záliv centrální koridor: Dněpr, Pripyat, Bug, Nemunas, Vistula, Odra jižní koridor: Dunaj, Tisa, Mohan, Rýn

Oteplování vodních ekosystémů Místní až globální vliv

Místní vlivy

 většinou vypouštění oteplených vod z elektráren, ale i hlubinné důlní vody, výtoky z nádrží  vazba na obsah kyslíku ve vodách a další fyzikálně chemické ukazatele  významná je distribuce vypouštění (nepřirozené vyrovnání nebo nepřirozené kolísání teplot)

– kvalitativní i kvantitativní změny společenstev, vliv na rychlost vývoje, reprodukci, vymizení citlivějších druhů

Globální vlivy – klimatické změny

Změny klimatu  předpokládané změny klimatu:

– změny (nárůst?) teploty vzduchu – změny chodu teplot

– změny srážkového režimu – různé scénáře vývoje klimatu podle různých modelů  důsledky pro akvatické ekosystémy: – změny teploty vody (korelováno s t vzduchu) – změny hydrologického režimu a morfologie toků – změny fyzikálních a chemických vlastností vody

Změny klimatu  změny teploty vody

• vliv na intenzitu f.-chem., chem., biochemických a biol. procesů ve vodním prostředí  změny hydrologického režimu a morfologie toků

• vazba na průtoky, na landuse v povodí • rozkolísané průtoky – povodně, nízké průtoky, sucho • korytotvorné průtoky, plaveniny, splaveniny • vztah k jakosti vody - zhoršení/zlepšení • vytváření a zanikání habitatů  změny fyzikálních a chemických vlastností vody • ve vazbě na předchozí body – saprobita, trofie, toxicita, acidifikace

Změny klimatu Předpokládané odezvy – změny v druhovém složení - vymizení druhů z určité oblasti – vyhynutí, změny areálů – změny ve funkčním složení – geologické a environmentální faktory včetně faktorů klimatických – působí hierarchicky na různých škálách – selekce druhů s vhodnými vlastnostmi

– podél environmentálních gradientů existují rozdíly v morfologických, behaviorálních, fyziologických vlastnostech druhů – tedy: v regionech s různým klimatem je biota s různým taxonomickým i funkčním složením Změna klimatu – změna bioty též z hlediska funkční struktury Předpoklad: funkční struktura méně citlivá než druhové složení

Revitalizace Přirozená a řízená restaurace a revitalizace vodních ekosystémů – pojmy a legislativa

– na úrovni povodí – krajiny – na úrovni říčního úseku

– zdánlivý střet ekonomicko-sociálních zájmů s ekologickými

Pojem regulovaný tok („regulated river“) v anglosaské literatuře označuje přehrazený tok, tj. tok na němž byla postavena přehrada. U nás se pojmem regulace, příp. regulovaný tok rozumí především ohrázování koryta, stabilizace dna a břehů a jiné tzv. regulační zásahy

Náprava a záchrana znehodnocených ekosystémů

Restaurace ekosystémů – pojem hlavně užívaný v USA a Britanii – Odstranění příčiny nebo umělé vytvoření podmínek blízkých původnímu stavu

Revitalizce – v EU – vše jak v předešlém bodě a navíc vrácení původních taxonů flory a fauny

Úroveň povodí – říční systém (dílčí povodí)

• náprava odtokových poměrů v krajině • úroveň zemí (územních celků)

Úpravy říčních úseků I.

Úpravy říčních úseků II.

Úpravy říčních úseků III.

Úroveň habitat – prostupnost říčních úseků  rybochody na jezech

– vedle jezového tělesa – v jezovém tělese

– zábrana migrace ryb do turbín  speciální zastíněné náhony s větší hloubkou  vybudovaní cesty přímo v korytě

Zásobování (pitnou) vodou Celosvětová spotřeba vody v letech 1900-2000

Zdroje surové vody  přirozené podzemní vody  štěrkoviště a pískovny  přímé odběry z toků  vodárenské nádrže - přehrady, údolní nádrže  krasové vody

 umělé infiltrace

Zásobování obyvatelstva pitnou vodou

V zásadě můžeme způsoby zásobování pitnou vodou rozdělit na dva typy:  individuální zásobování – studny

 centrální (veřejné, hromadné) zásobování

Schematický postup při úpravě povrchových a podzemních vod na vodu pitnou

1. Předúprava vody - denitrifikace in situ, ….. 2. Mechanické předčištění - sedimentační nádrže, česla

3. Chemické čiření (koagulace) 4. Filtrace vody - mikrosíta, pomalá filtrace, pískové rychlofiltry, tlakové filtry, vícevrstevné filtry, filtry se speciální náplně koagulační filtry 5. Speciální chemická úprava – změkčování vody, odstraňování Fe II, MnII……

6. Dezinfekce vody 7. Skladování upravené vody – vodojemy 8. Rozvod potrubím do domácností

Odželezování a odmangaňování  oxidace sloučenin železnatých (Fe2+) a manganatých (Mn2+) sloučenin na vyšší mocenství - vytvářejí vločkovitou suspenzi, odstranitelnou separací. spolupůsobí železité a manganové baktérie.  oxidace vzdušným kyslíkem  oxidace manganistanem draselným

Chemické čiření (koagulace a vločkování) Koagulace

 destabilizace koloidů a nečistot ve vodě neutralizací jejich elektrického náboje - vznik kompaktní sraženiny Vločkování  shlukování malých částeček tuhé hmoty vodní suspenze do velkých částic, které se rychle usazují a mohou být dobře odfiltrovány

Aktivní uhlí  používá se pro odstraňování pachů a příchutí vody

Dezinfekce pitné vody  zničení či jiná inaktivace patogenních organismů (zejména baktérií = baktericidní inaktivace) - fyzikální dezinfekce (aplikace tepelné enegie, UV-záření, gamazáření, X-záření, ….. - chemická dezinfekce (aplikace chlóru a jeho derivátů, ozón, jod, brom, peroxid vodíku, manganistan draselný, stříbro, měď, rtuť, kobalt, nikl)  nebezpečí vzniku vedlejších produktů dezinfekce

Viry ve vodárenství  z hlediska zabezpečení hygieny pitné vody jsou nejdůležitější enterické viry (přítomny v trávicím traktu člověka a při vylučování se dostávají do vodního prostředí)  komunální odpadní vody - až 105/l infekčních virových částic

 splachy z polí hnojených přirozenými hnojivy  v letním období je možná přímá kontaminace rekreačně využívaných nádrží.  rychlá adsorpce na živé či neživé částice  koagulace viry neodstraní, pouze inaktivuje !!!  nejúčinnější dezinfekce = UV záření v kombinaci s perodxidem vodíku

Bakterie v pitných vodách

 základem mikrobiologického vyšetřování pitných vod je sledování výskytu baktérií, které indikují obecné a fekální znečištění vody.  indikátory obecného znečištění vod (organotrofní mezofilní a psychrofilní bakterie)  indikátory fekálního znečištění vod (koliformní bakterie, enterokoky, anaerobní klostridia patogenní a podmíněně patogenní bakterie (onemocnění lid a zvířat)  problémy v technologii

Biofilm

Aktivní biologická vrstva složená z mikroorganismů (baktérií,řas, hub, mikroprotozoa, metazoa) a jejich extracelulárních polymerních produktů, která je přichycena na povrch nejrůznějších podkladů, které mohou být či jsou v kontaktu s vodou.

Struktura biofilmu • heterotrofní vs autotrofní biofilmy

• monospeciové vs polyspeciové biofilmy Tvorba biofilmů ve vodárenských zařízeních

1. Biofilmy i sekundárně pomnožená bakteriální biomasa volné vody zvyšují obsah organických látek a tím i spotřebu chlóru v rozvodné síti jeho předčasné vyčerpání a snížení koncentrace aktivního chlóru, potřebného pro hygienické zabezpečení pitné vody 2. Tvorba biofilmů umožňuje pomnožení oportunních patogenních bakterií včetně rodů Legionella, Mycobacterium a Aeromonas a dále k pomnožení koliformních bakterií

Biologická stabilita pitné vody  nedostatečná biologická stabilita vody - sekundární pomnožování mikrooganismů a tvorba biofilmů na vnitřním povrchu potrubí, na stěnách komor vodojemů a dalších zařízeních ve vodárenských rozvodných sítí se  míra odolnosti pitné vody proti rozvoji mikroorganismů a tvorbě biofilmů při její akumulaci a distribuci v podmínkách absence dezinfekčních prostředků

Snižování biologické stability 1) průnikem lehce biologicky odbouratelných látek (BDOC), které jsou živným substrátem pro heterotrofní mikrobiální složku. Zdrojem těchto látek bývá nejčastěji eutrofizovaná surová voda z vodárenských nádrží a toků. 2) amonné ionty, železo a mangan jsou živinami pro chemolitotrofní nitrifikační, železité a manganové bakterie – organická hmota vytvořená těmito b. je zdrojem uhlíku pro heterotrofní bakterie

Mikromycety

 vláknité mikromycety, kvasinky, houby a plíšně  velký výskyt spor penicillioz - jednaz příčin onemocnění dýchacího systému (chronické bronchiální katary, bronchopneumonie), původci zánětu zvukovodů, nebezpečnýé mykózy nebo jako producenti mykotoxinů  z kvasinek se v pitných vodách nejčastěji rody Rhodotorula a Candida - patogenita pro člověka je sporná, ale jejich velký výskyt v pitné vodě zhoršuje její kvalitu - zvýší se podíl organických látek, substrát pro rozvoj dalších mikroorganismů

Fytoplankton a sinice Přítomnost řas a jejich metabolických produktů v surové vodě znamená (Moravcová 1985): a) negativní ovlivnění organoleptických vlastností upravené vody b) negativní ovlivnění technologických postupů (mechanické zanášení sacích košů, špatná koagulace a zanášení filtrů) 1. množství organismů nižší než 3.000 org. v 1 ml - úprava snadná i jednostupňová 2. množství od 3.000 do 10.000 org. v 1 ml - počátek obtíží úpravy, zejména souvisejících se zkracováním pracovního chodu filtrů 3. množství od 10.000 do 50.000 org. v 1 ml - začátek potíží s průnikem organismů 4. množství nad 50.000 org. v 1 ml - voda nevhodná k úpravě na vodu pitnou -průnik organismů do výsledné upravené vody -možnost vzniku organoleptických potíží

- nadměrné zkracování pracovního chodu filtrů