Kvalita vody ve velkých jezerech ve zbytkových jamách severních a západních Čech I. Přikryl Úvod Povrchová těžba uhlí zdevastovala v podkrušnohorských pánvích území na ploše mnoha set hektarů. Po desítkách let neustálých změn se blíží období, kdy krajina v pánvích se opět na dlouhou dobu stabilizuje. Velmi výrazným prvkem v budoucí krajině jsou obrovské zbytkové jámy. V uplynulém desetiletí postupně převážila představa, že nejvhodnějším způsobem jejich rekultivace je zaplavení vodou. Nyní je rozhodující, jakou podobu budou mít budoucí jezera a jak budou sloužit různým zájmům společnosti. To bude podstatně souviset s kvalitou jejich vody a využitím možného retenčního prostoru. Tato práce staví na studiích prognózy kvality vody v budoucích jezerech, na jejichž zpracování se autor v uplynulém období podílel. Jako srovnání slouží výsledky sledování kvality vody v zatopeném lomu Barbora u Teplic. Sledování jezera Barbora Barbora byla neřízeně zatopena v 70. letech převážně důlními vodami. Má plochu 55 ha a maximální hloubku cca 60 m. V následujícím období byla zprůtočněna potokem Bouřlivcem. Ten protéká i předřazenou nádrží, zatopeným lomem Otakar o ploše 28 ha s maximální hloubkou 13 m. Hydrochemické a hydrobiologické sledování nádrže Barbora proběhlo poprvé v letech 1985-1988 s cílem ověřit možnost odběru vody na rybí sádky. Po celé období byl sledován odtok z nádrže a od října 1987 do září 1988 i vertikální profil od hladiny do hloubky 40 m. V 90. letech bylo sledování obnoveno s cílem získat podklady pro již řízené zatápění dalších zbytkových jam. Zpravidla dvakrát ročně (v dubnu až květnu po vytvoření stratifikace a v srpnu až září na vrcholu stratifikace) byly prováděny odběry ve vertikálním profilu od hladiny do hloubky 50 m. Sledování bylo doplněno o kvalitu vody v potoce Bouřlivec před vtokem do nádrže Otakar, na odtoku z Otakaru a na odtoku z Barbory. Některé výsledky jsou shrnuty v obrázcích 1 až 3 a v tabulkách 1 a 2. U řady ukazatelů byl v celém sledovaném období zjištěn zřetelný vývoj. Již v 80. letech byla kvalita vody v Barboře dobrá, což lze dokumentovat především celoročním prokysličením celého vodního sloupce. Předpokládané zvýšené koncentrace kovů z počátečního období nebyly zjištěny. V následujícím desetiletí došlo k dalšímu zlepšení, takže voda v Barboře v současnosti odpovídá nejen limitům pro vodárenské toky, ale prakticky i limitům pro pitnou vodu. Na obr. 1 jsou uvedeny hodnoty BSK5 v odtoku. Z původního rozpětí cca 0,3 až 3 mg/l se BSK5 stále více stabilizuje na úrovni cca 0,5 mg/l. To je velmi důležité, protože nízká koncentrace organických látek způsobuje jen malý pokles zásoby kyslíku v nádrži z jarního promíchání vody, takže jeho koncentrace ani u dna koncem léta neklesá pod 5 mg/l a brání uvolňování živin ze dna do vodního sloupce. Obr. 2 ukazuje vývoj koncentrace fosforu. Obě série sledování nejsou plně srovnatelné. V 80. letech byl sledován pouze fosforečnanový fosfor. V 90. letech je naopak sledován celkový fosfor, který je rozhodujícím ukazatelem trofické úrovně. Fosforečnanový fosfor je ve stojatých vodách zpravidla jen malou částí celkového (viz první dva odběry z 90. let, kdy jsou v obrázku vyneseny obě hodnoty). Vezmeme-li v úvahu vztah těchto dvou
forem, je zřejmé, že došlo k dalšímu významnému poklesu celkového fosforu a tím i k oligotrofizaci nádrže. (Je nutno okomentovat ještě vysokou hodnotu celkového fosforu ze srpna 1996: Odtok z nádrže je veden přes dětské brouzdaliště, takže při intenzívní rekreaci z tohoto prostoru odtékala voda s koncentrací celkového fosforu 0,080 mg/l, zatímco v hladinové vrstvě byla zjištěna koncentrace jen 0,018 mg/l a ve vodním sloupci hodnoty ještě nižší.) Obr. 1: BSK5 v odtoku z Barbory. 3,5
3
BSK5 (mg/l)
2,5
2
1,5
1
0,5
0 1983
1986
1988
1991
1994
1997
1999
2002
Obr. 2: Fosforečnanový a celkový fosfor v odtoku z Barbory. 0,100 P-PO4 Ptot.
fosfor (mg/l)
0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 1983
1986
1988
1991
1994
1997
1999
2002
Na obrázku 3 je zachycen vývoj konduktivity, který je ukazatelem množství rozpuštěných minerálních látek ve vodě. Z obrázku je zřetelný několikanásobný pokles hodnot a jejich stabilizace na úrovni cca 400 µS/cm v současném období. Je to způsobeno průtokem vody s nižší konduktivitou - viz tabulku 2. Přítok z Bouřlivce lze odhadnout v průměru na cca 100 l/s, čemuž odpovídá přibližně pětileté teoretické zdržení vody v nádrži. Je zřejmé, že při tak pomalé výměně probíhají některé změny poměrně pomalu. Současný stav je zřejmě dynamickou rovnováhou mezi přítokem vody s nízkou koncentrací solí a přítokem určitého množství vody z vlastního povodí, která má vysokou koncentraci solí, a dále uvolňováním solí ze dna nádrže. Pokud by přítok z Bouřlivce ustal, konduktivita by se začala opět zvyšovat. Obr. 3: Konduktivita při 20 °C v odtoku z Barbory. 1200
konduktivita (µS/cm)
1000
800
600
400
200
0 1983
1986
1988
1991
1994
1997
1999
2002
Tabulka 1 ukazuje změnu kvality vody při průtoku soustavou nádrží Otakar a Barbora. Protože počet analýz je poměrně malý, byly zvoleny pro srovnání mediány, které jsou stabilnější než průměry. Z tabulky je zřejmé, že dochází k určitému zvýšení pH, alkality, koncentrace kationtů a aniontů i rozpuštěných látek celkem. Naopak klesá výrazně koncentrace železa, křemíku a celkového fosforu. Zde je zřetelný výrazný přínos předřazené nádrže Otakar. Otakar má dnes charakter mezotrofní nádrže (celkový fosfor 0,03 mg/l, chlorofyl a cca 7 µg/l), zatímco Barbora je v současnosti na hranici mezotrofie a oligotrofie (celkový fosfor 0,016 µg/l, chlorofyl a 1,6 µg/l). V tabulce 2 je zachycen zjednodušený vertikální profil sledovaných ukazatelů kvality vody. Jsou v ní uvedeny mediány za období 1996-2000 a to pro hladinovou vrstvu, pro hloubku 10 m (odpovídá přibližně dolní hranici epilimnia a bývá nejvíce oživena) a 40 m. Je zřetelné, že dobrá kvalita vody je v celém vodním sloupci. Některé zachycené gradienty souvisí s průtokem méně zasolené vody spíše u hladiny a uvolňováním solí ze dna (sírany,
rozpuštěné látky, konduktivita), se zadržením některých látek v nádrži (křemík) a s mineralizací organických látek během sedimentace ke dnu (pH, alkalita, acidita, amoniakální a dusičnanový dusík, BSK5, CHSK-Mn, CHSK-Cr). Z koncentrace chlorofylu a je patrné maximum fytoplanktonu v hloubce cca 10 m a jeho nízká koncentrace v hloubce s malou intenzitou světla, přičemž odumřelé buňky jsou během sedimentace mineralizovány včetně rozkladu chlorofylu. Tab. 1: Změna jednotlivých ukazatelů při průtoku soustavou Otakar - Barbora, mediány za období 1996 - 2000 Otakar - přítok Otakar - odtok Barbora - odtok pH alkalita acidita BSK5 CHSK-Mn CHSK-Cr NH4-N NO3-N NO2-N N org. N tot. P tot. Na K Ca Mg Cl SO4 SiO2-Si Fe Mn NL RL konduktivita20° chlorofyl
mmol/l mmol/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µS/cm µg/l
6,8 0,55 0,16 0,9 2,7 9,7 0,100 1,29 0,013 0,54 2,028 0,079 13,0 4,0 21 11 12,6 50,4 5,26 0,205 0,06 2,0 155 235 2,96
7,3 0,80 0,14 1,4 3 10,0 0,117 0,85 0,010 0,50 1,510 0,029 11,0 4,2 30 12 15,0 68,4 3,12 0,180 0,11 3,9 260 295 7,00
7,5 1,30 0,10 0,6 2,2 8,0 0,100 1,10 0,009 0,50 1,643 0,016 15,5 6,3 41 18 16,0 123,6 1,70 0,060 0,05 3,0 336 415 1,60
Tab. 2: Barbora - mediány jednotlivých ukazatelů v období 1996 - 2000 v různých hloubkách hloubka
hladina
10 m
40 m
pH alkalita acidita BSK5 CHSK-Mn CHSK-Cr NH4-N NO3-N NO2-N N org. N tot. P tot. Na K Ca Mg Cl SO4 SiO2-Si Fe Mn NL RL konduktivita20° chlorofyl a
7,7 1,30 0,09 0,40 2,25 7,6 0,058 1,19 0,010 0,400 1,59 0,016 16 6,25 41 19,0 15,0 114 2,21 0,070 0,05 2,0 321 413 1,4
7,1 1,36 0,23 0,53 1,85 7,3 0,055 1,33 0,006 0,345 1,90 0,010 16 6,30 44 18,5 14,1 120 3,09 0,060 0,04 2,0 329 428 2,4
6,7 1,50 0,55 0,20 1,70 6,6 0,040 1,60 0,006 0,370 2,01 0,012 17 6,65 43 21,6 14,9 125 3,33 0,055 0,06 1,5 358 458 0,2
mmol/l mmol/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µS/cm µg/l
Prognóza kvality vody v dalších jezerech V souvislosti se studiemi zahlazení důsledků hornické činnosti po skončení těžby byly pro většinu zbytkových jam zpracovány i studie kvality vody v budoucích jezerech ve vazbě na různé alternativy jejich napouštění a v některých případech i s variantním řešením výšky vodní hladiny. Studie ukazují, že jediným vážným rizikem je eutrofizace nádrží v důsledku vysoké koncentrace živin v napouštěcí vodě nebo následně jejich přísunu z okolí. V delší perspektivě existuje u neprůtočných alternativ i riziko přílišného zasolení. Pouze u jezera Medard-Libík bude třeba řešit i problém určitého podílu kyselých důlních vod a vysoké koncentrace kovů. Již při napouštění vodou z řeky Ohře však dojde k jejich neutralizaci a výsledná kvalita vody bude rovněž výborná. V této práci je provedeno srovnání trofického stavu po naplnění, tzn. rovnovážného stavu, k němuž jednotlivé nádrže po čase dospějí při ustáleném přísunu fosforu jako limitující živiny. Je hodnocen pouze přísun fosforu z přítokové vody potřebné k doplnění odparu (zjednodušeně uvažováno 250 mm pro všechny nádrže) nebo i využití retenčního prostoru nádrží v rozsahu 1 m ročně (1/4 kompenzace odparu, 3/4 následně odčerpány). Koncentrace celkového fosforu v přítokové vodě je uvažována jednotně 0,15 mg/l. Průměrná hloubka pro jednotlivé nádrže byla převzata z Chour (2001) - viz tabulka 3. Tato koncentrace bude
prakticky u všech nádrží dosažitelná během plnění, i když v současnosti jsou některé zdroje horší. Po zmenšení potřebného přítoku po naplnění zbytkových jam však bude v některých případech k dispozici dostatek vody s 2 až 3 krát nižší koncentrací fosforu. Výsledek srovnání ukazuje obrázek 4, který vznikl zanesením predikovaných hodnot do klasického Vollenweiderova vztahu. Tab. 3: Parametry nádrží pro odhad jejich trofie (podle Chour, V.: Vodohospodářské řešení rekultivace a revitalizace Podkrušnohorské uhelné pánve. EKO č. 2, 2001.) nádrž
kóta hladiny (m n.m.)
průměrná hloubka (m)
145 199 501 180 230 195 215 200 277 394
15,6 22,4 27,5 33,7 60,4 10,4 18,8 56,0 17,3 40,6
Chabařovice Most-Ležáky Medard-Libík ČSA „optimální v.“ ČSA „hluboká v.“ Šverma-Hrabák „v. 1“ Šverma-Hrabák „v. 2“ Bílina Březno-Libouš Jiří-Družba
Obr. 4: Předpokládaná koncentrace fosforu a výsledná trofie jezer po naplnění.
1
přísun fosforu (g/m2/rok)
EUTROFIE
0,1
OLIGOTROFIE 0,01 10
100
průměrná hloubka (m) Bílina
Most-Ležáky
Chabařovice
ČSA 150 m n.m.
ČSA 230 m n.m.
Šverma-Hrabák 195 m n.m.
Šverma-Hrabák 215 m n.m.
Březno-Libouš
Medard-Libík
Jiří-Družba
Pokud by byl přísun fosforu omezen jen na přítokovou vodu potřebnou na doplnění odparu, budou všechny nádrže perspektivně oligotrofní, a to i při určitém vzrůstu srážkového deficitu ve srovnání se současností. Prakticky však budou existovat i další zdroje fosforu (dešťové srážky a prašný spad, rekreace, vodní ptáci a pod. a v horším případě i splaškové vody ze zástavby na březích). Mělčí nádrže budou proto citlivé na zvýšení přísunu živin z okolí i na zvýšení průtoku. To se týká především mělčí varianty jezera Šverma-Hrabák (hladina na kótě 195 m n.m.), ale i j. Chabařovice, Březno-Libouš, „optimální“ varianty ČSA (hladina na kótě 150 m n.m.) a hlubší varianty j. Šverma-Hrabák. Naopak hluboká (a současně velká) jezera Medard-Libík, Jiří-Družba, Bílina a „hluboká“ varianta j. ČSA budou proti eutrofizaci velmi odolná a to i přes předpokládané intenzívní rekreační využití. U hlubokých jezer proto vzniká možnost využít retenční prostor v době dostatku vody a následně čerpat kvalitnější, univerzálně využitelnou vodu z jezer. Tato potřeba se určitě zvýší v důsledku globálního oteplení, kde současné prognózy pro naše území předpokládají zvýšení srážkového deficitu v letním období. Pak by se tato jezera stala strategickými zásobami kvalitní vody. Zvětšení retenčního prostoru však s sebou nutně nese vyšší náklady na vybudování jezer (přítokové objekty dimenzované na větší průtoky, rozsáhlejší opevnění břehů, nákladnější omezení abraze při delší době plnění, případná vyšší cena za větší objem vody pro naplnění hlubších variant). Takové nádrže rozhodně nejsou optimální z pohledu potřeb důlních společností a z hlediska pouhého zahlazení následků důlní činnosti. Má-li být využit retenční objem jezer ve zbytkových jamách, mělo by se k nim přistoupit jako k záměrné investici a řešit je optimálně vzhledem k budoucímu způsobu využití. To sice bude určitě dražší, ale přesto levnější, než jejich následná úprava. Podmínkou tohoto přístupu jsou však i legislativní změny umožňující souběh nákladů na zahlazení s investicemi do budoucí funkce.
Závěr Jezera ve zbytkových jamách budou mít ve srovnání s ostatními našimi povrchovými vodami velmi dobrou kvalitu vody, a to i ta horší, relativně mělká jezera. Na rozdíl od přehradních nádrží jejich zanášení sedimenty bude velmi pomalé, řádově rychlostí 1 mm za rok. Jejich životnost se proto bude pohybovat tisících až desetitisících let. Přínos jezer za toto období nesporně mnohonásobně překročí přínos z vytěženého uhlí. Zlepšení vlastností každého z nich se proto bohatě vrátí. Žádné z hodnocených jezer se dosud nezačalo napouštět a jejich další vylepšování z pohledu celospolečenského přínosu je tedy stále možné.
Souhrn V současné době existuje v České republice jediné velké jezero ve zbytkové jámě po těžbě hnědého uhlí. Jezero Barbora ležící u Teplic se samovolně naplnilo v 70. letech. Má plochu 55 ha a maximální hloubku 60 m. Kvalita vody je sledována od poloviny 80. let. Původně typická železitá důlní voda měla již na začátku sledování dobrou kvalitu. V současnosti má voda v Barboře parametry pitné vody a patří k nejlepším vodám v České republice. V souladu s kvalitou vody je i její oživení vodními organismy. Další velká jezera se budou napouštět během následujících desetiletí. Studie kvality vody jednoznačně považují za největší riziko eutrofizaci. To se týká především poměrně mělkých jezer Chabařovice, Březno-Libouš a Šverma-Hrabák (průměrná hloubka 10 - 19 m). Na druhé straně u hlubokých jezer Bílina a ČSA (průměrná hloubka 56 - 60 m) lze očekávat ultraoligotrofii. Pouze u jezera Medard u Sokolova jsou problémem kyselé důlní vody a vysoké koncentrace kovů. Již při napouštění vodou z řeky Ohře však dojde k jejich neutralizaci a výsledná kvalita vody bude rovněž výborná. Podaří-li se omezit přísun živin z povodí a břehů, budou mít všechna jezera oligotrofní vodu bez rizika vodních květů sinic a s možností odběru pitné vody. Ekonomický přínos budoucích jezer zřejmě mnohonásobně překročí výnos z těžby uhlí. Současný přístup preferující minimalizaci nákladů na provedení rekultivací však budoucí hodnotu jezer snižuje. Summary Water quality in large lakes in rest pits in north and west Bohemia In present time only one large lake in rest pit after brown coal mining in Czech republic exists. Lake Barbora near town Teplice was spontaneously filled in 70th years. It has area about 55 ha and maximum depth about 60 m. Water quality is investigated from half of 80th years. Originated typically ferrous mining water had good quality already in start of investigation. In present time, water in Barbora has parameters of drinking water and it pertains to best waters in Czech republic. Presence of aquatic organisms in the lake corresponds to good water quality. The other large lakes will be filled in next tens years. Eutrophication is the most significant risk for water quality accordingly to existing studies. It concerns mainly to shallow lakes Chabařovice, Březno-Libouš and Šverma-Hrabák (mean depth 10 - 19 m). On the other side in deep lakes Bílina and ČSA (mean depth 56 - 60 m) ultraoligotrophic state is expected. Only in case of lake Medard near Sokolov acid mine water and high metal concentrations are problematic. But already in the course of filling water will be neutralised and resulting water quality will be also good. If input of mineral nutrients from drainage area and from waterside will be minimised, water in all this lakes will be oligotrophic without risk of blue-green algae water bloom and with possibility of drink water pumping. Economic profits from future lakes undoubtedly will exceed multiply profit from coal mining. However, present approach preferring minimum recultivation costs future lake value reduces.
