OBSAH 1.
Úvod.................................................................................................................................................................................................................... 3
2.
Údaje o území.................................................................................................................................................................................................... 3 2.1
3.
Historie území, vznik jezera ...................................................................................................................................................................... 3 Obecné údaje o sladkovodním jezeru ........................................................................................................................................................... 3
3.1
3.2
Rozd lení sladkovodních jezer podle obsahu organických látek............................................................................................................ 4 3.1.1
Oligotrofní jezero ........................................................................................................................................................................... 4
3.1.2
Eutrofní jezero ................................................................................................................................................................................ 4
Teplotní stratifikace sladkovodních jezer................................................................................................................................................. 4 3.2.1
3.3
Kyslíková stratifikace sladkovodních jezer.............................................................................................................................................. 6
3.4
Popis fyzikáln chemických parametr .................................................................................................................................................... 7
4.
3.4.1
Teplota............................................................................................................................................................................................. 7
3.4.2
pH .................................................................................................................................................................................................... 8
3.4.3
Eh..................................................................................................................................................................................................... 8
3.4.4
Vodivost .......................................................................................................................................................................................... 8
3.4.5
Rozpušt ný kyslík........................................................................................................................................................................... 9
Aktuální pr zkumné práce ........................................................................................................................................................................... 10 4.1
První fáze m ení ..................................................................................................................................................................................... 10
4.2
Druhá fáze m ení .................................................................................................................................................................................... 10
4.3
etí fáze m ení ....................................................................................................................................................................................... 11
5.
Shrnutí provedených prací ........................................................................................................................................................................... 12 5.1
První fáze m ení ..................................................................................................................................................................................... 12
5.2
Druhá fáze m ení .................................................................................................................................................................................... 12
5.3
T etí fáze m ení ...................................................................................................................................................................................... 12
6.
Záv ry a doporu ení ...................................................................................................................................................................................... 12 6.1 6.2
7.
Charakteristika jednotlivých vrstev sladkovodního jezera .......................................................................................................... 5
Zhoršená jakost vody ............................................................................................................................................................................... 12 Stratifikace Chlumeckého rybníka........................................................................................................................................................... 13 6.2.1
První fáze m ení.......................................................................................................................................................................... 13
6.2.2
Druhá fáze m ení ........................................................................................................................................................................ 13
6.2.3
etí fáze m ení........................................................................................................................................................................... 15
6.2.4
Porovnání fází m ení .................................................................................................................................................................. 17
6.2.5
Vyhodnocení zne išt ní sediment , stanovení TOC.................................................................................................................. 18
Použitá literatura............................................................................................................................................................................................ 19
SEZNAM OBRÁZK : Obrázek 1: Ukázka ro ního cyklu dimiktického jezera .............................................................................................................................................. 5 Obrázek 2: Vrtsvy sladkovodního jezera dle teplotní stratifikace .............................................................................................................................. 5 Obrázek 3: Sezónní zm ny v obsahu rozpušt ného kyslíku ....................................................................................................................................... 7 Obrázek 4: Množství rozpušt ného kyslíku v závislosti na teplot ............................................................................................................................ 9 Obrázek 5: Nomogram pro zjišt ní % nasycení vody kyslíkem................................................................................................................................. 9 Obrázek 6: Vý ez Chlumeckého rybníka s m ícími body ....................................................................................................................................... 11 Obrázek 7: Vývoj kyslíku v m ených bodech rámci druhé fáze z 15.2. 2012 ....................................................................................................... 14 Obrázek 8: Vývoj kyslíku v m ených bodech rámci druhé fáze z 28.8. 2012 ....................................................................................................... 16 Obrázek 9: Vývoj kyslíku ve t etí fázi m ení ve všech profilech .......................................................................................................................... 16 Obrázek 10: Vývoj kyslíku a teploty v Chlumeckém rybníku b hem letní (první a t etí fáze m ení) a zimní (druhá fáze m ení) stagnace .. 17 Obrázek 11: Sezónní zm ny v obsahu rozpušt ného kyslíku eutrofního jezera...................................................................................................... 18
Chlumecký rybník
1
Obrázek 12: Kritéria hodnocení obsahu TOC dle U.S. EPA .................................................................................................................................... 19
SEZNAM TABULEK: Tabulka 1: Získané hodnoty parametr z první fáze m ení..................................................................................................................................... 13 Tabulka 2: Získané hodnoty parametr z druhé fáze m ení .................................................................................................................................... 14 Tabulka 3: Hodnoty parametr získané ve t etí fázi m ení ..................................................................................................................................... 15
SEZNAM P ÍLOH: 1) 2) 3) 4)
Situace širší oblasti zájmového území Situace oblasti zájmového území Situace m ících bod na Chlumeckém rybníku Výsledky nam ených údaj
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK V TEXTU: DO – dissolved oxygen (rozpušt ný kyslík) DOC – dissolved organic carbon (rozpušt ný organický uhlík) NEL – nepolární extrahovatelné látky POC – particulate organic carbon (nerozpušt ný organický uhlik) SI – Systeme International d’Unités (mezinárodní soustava jednotek) TDS total dissolved solis (celkové množství rozpušt ných látek) TOC – total organic carbon (celkový organický uhlík) U.S. EPA (United States Environmental Protection Agency ) - americká agentura ochrany životního prost edí
Chlumecký rybník
2
1.
Úvod
Název geologického úkolu, etapa, objednatel, zhotovitel, cíl a nápl prací, jméno odpov dného ešitele
2.
Údaje o území
Chlumecký rybník (též jako Chlumec II) je evidován jako rybá ský revír. V blízkosti se nachází menší revír ozna ovaný jako Chlumec I. Oba revíry se nachází v t sné blízkosti obce Chlumec, cca 6km vzdálené od Ústí nad Labem v severních echách. Revír Chlumec II má rozlohu 1ha, je starý 30 let a nikdy nebyl vypušt n ani sloven. Vyzna uje se velice istou vodou, která ani v letních m sících nekvete. Hloubka se zde pohybuje v rozmezí cca 1,5 – 20m. Na sousedním revíru Chlumec I Zámecký, který má rozlohu 5ha se hloubka pohybuje v rozmezí od 1 do 6m. Byla podána informace o výskytu mikrobiálního zne išt ní na Chlumeckém rybníku (Chlumec I) v ukazatelích enterokoky.
2.1
Historie území, vznik jezera
Chlumecký rybník vznikl jako poz statek po d lní t žb . Povrchové dobývání bylo na Ústecku zahájeno již v 90. letech 19. století. Po druhé sv tové válce bylo v severních echách otev eno 34 hlubinných dol a 24 povrchových lom . V 60. letech docházelo k útlumu hlubinné d lní innosti a vzr stala povrchová t žba. V Úžín byla roku 1949 zahájena t žba v nov otev eném povrchovém lomu Gustav II, jež byl o dev t let pozd ji p ejmenován na d l Antonín Zápotocký. Lom A. Zápotocký byl uzav en v roce 1980. V roce 1995 byla ukon ena rekultivace dolu A. Zápotocký, p i níž byla ást zbytkové jámy upravena na vodní plochu o rozloze 11,25 ha. Vodní plocha byla vyhláškou . 152/2008 Sb. stanovena jako povrchová voda využívaná pro koupání. Tato plocha byla nazvána „Chlumecký rybník“ a v dnešní dob je místními obyvateli hojn využívána.
3.
Obecné údaje o sladkovodním jezeru
Sladkovodní jezero je druh jezera, v jehož vod je rozpušt né jen minimální množství minerálních látek. Jako maximální hranice se udává 0,5 pop . 1 g/l tj. 0,5 až 1‰. Jezera s v tším obsahem minerálních látek se ozna ují jako brakická. Zdrojem vody jsou v tšinou deš ové a sn hové srážky pop . tající ledovce. Dále bude zjednodušen popisováno sladkovodní jezero dle obsahu organických látek, dle stratifikace teplotní a kyslíkové, dle fyzikáln chemických parametr .
Chlumecký rybník
3
3.1
Rozd lení sladkovodních jezer podle obsahu organických látek 3.1.1
Oligotrofní jezero
Oligotrofní jezero je druh sladkovodního jezera, které charakterizuje nízký obsah živin rozpušt ných ve vod . Veškerá organická hmota v jeze e podléhá mineralizaci a díky tomuto kolob hu je ve vod jen malé množství usazenin. Voda v t chto jezerech se nazývá oligotrofní. Tato jezera se vyzna ují velkým bohatstvím flóry a fauny p i nevelkém po tu zástupc jednotlivých druh . Jsou to jezera geologicky mladá, velká a hluboká. Pat í mezi n také horská ledovcová jezera plesa. irozeným procesem se mohou tato jezera m nit v eutrofní, p zne iš ování v d sledku lidské innosti.
emž tento proces m že ovliv ovat
Oligotrofní vody jsou tekoucí, nebo stojaté vody s nízkou trofií, tedy nízkým obsahem živin (zejména dusík a fosfor). Voda m že podle prost edí a typu minerálního podloží být kyselá až neutrální, vzácn i alkalická. Oligotrofní vody obsahují málo živin, a proto jsou chudé na množství organizm , i když druhov jsou velmi bohaté. Vody jsou pr zra né, n kdy s viditelností i více než 3 m vodního sloupce. 3.1.2
Eutrofní jezero
Eutrofní jezero je druh sladkovodního jezera, které charakterizuje vysoký obsah živin rozpušt ných ve vod . Organická hmota v jeze e podléhá jen minimální mineralizaci a díky jednostrannému procesu množství kyslíku je ve vod velké množství usazenin. Voda v t chto jezerech se nazývá eutrofní. Tato jezera se vyzna ují jednotvárnou flórou a faunou. Jsou to jezera m lká. em uji v mok ad i rašeliništ a jsou ve stádiu zániku.
asto se pozvolna
Eutrofní vody jsou vody s vysokou trofií, tedy vysokým obsahem živin (zejména dusík a fosfor). Voda že podle prost edí a typu minerálního podloží v tšinou neutrální až mírn alkalická (výjime kyselá). Eutrofní vody jsou v tšinou pr zra né do hloubky 1–2 m. Eutrofní pochází z eckého eutrophos–„dob e živit“ („eu“–dob e, „trephein“–živit).
3.2
Teplotní stratifikace sladkovodních jezer
Jezera pat í mezi nádrže s malým kolísáním teploty vody, která se b hem roku obvykle m ní jen o 510 oC, a ro ní maximum teploty vody se dostavuje až ke konci srpna a v zá í. Zdrojem tepla ve vod je hlavn slune ní energie. Pro jezera a jiné hluboké nádrže mírného pásma severní polokoule (Eurasie, Severní Amerika) jsou obvykle dv cirkulace b hem ro ního cyklu (nazýváme je nádrže dimiktické). V hlubokých tropických a subtropických jezerech (nebo v polárních jezerech, jejichž teplota nikdy nep ekro í 4oC) však dochází k promíchání jen jednou v roce a to v období ro ního teplotního minima (maxima u polárních jezer). Tato jezera nazýváme monomiktická.
Chlumecký rybník
4
Obrázek 1: Ukázka ro ního cyklu dimiktického jezera
Teplotní stratifikací v lét jsou vodní masy stojatých vod rozd leny na t i zóny: na svrchní epilimnion a spodní hypolimnion, mezi kterými je více i mén silná p echodná (sko ná) vrstva, ozna ovaná jako metalimnion. Zm na denzity v metalimnionu funguje jako fyzická bariéra, která brání míchání horní a spodní vrstvy po období n kolika m síc . Obrázek 2: Vrtsvy sladkovodního jezera dle teplotní stratifikace
3.2.1
Charakteristika jednotlivých vrstev sladkovodního jezera
epilimnion – povrchová, teplá, míchaná vrstva vody s pom rn homogenní teplotou. Vítr míchá práv tuto vrstvu, dochází zde k v tšin biologických d ovliv ujících viditelnost. V nádržích s dostatkem živin je zde zelený vegeta ní zákal a špatná viditelnost. Hloubka epilimnia závisí na síle p evládajících v tr , profilu dna nádrže, její orientaci a okolí. (Nádrž v hlubokém ka onu kolmém na sm r v tru nebo lom v lese mají omezený p ístup v tru, míchaná vrstva bude relativn tenká. Velké a hluboké jezero protažené ve sm ru v tru bude mít výraznou stratifikaci a hluboký epilimnion.) Sklo ování: 2.p epilimnia, 3, epilimniu atd., ídavné jméno epilimnetický; eský ekvivalent není.
Chlumecký rybník
5
metalimnion – p echodová vrstva, kde dochází k pom rn prudkému poklesu teploty (obvykle alespo 1ºC na m hloubky). Hloubka, kde je gradient teploty nejv tší, se nazývá termoklina (sko ná vrstva). hypolimnion – studená vrstva pod metalimniem, až na výjimky sahá až na dno. Teplota vody je homogenní, asto 4ºC, p ípadn více (každopádn je to nejstuden jší a tudíž nejt žší voda v nádrži). V lét se hypolimnion nemíchá a nemá p ímý kontakt se svrchní míchanou vrstvou (je odd len metalimniem). V produktivních nádržích tam bývá tma, v istých jezerech m že být sv tlo. Obvykle tam bývá dobrá viditelnost (bohužel spojená práv se zimou). S podzimním ochlazováním teplota epilimnia stále klesá, do cirkulace jsou vtahovány stále hlubší vrstvy vody a sko ná vrstva se posunuje sm rem ke dnu. P i teplot vody 4oC dochází k úplnému promíchání vodního sloupce (homotermii) – hovo íme o totální podzimní cirkulaci, kdy dochází k prudkému rozvi ování vody a to v etn jemných usazenin na dn a tím k obohacování celého vodního sloupce o živiny. Následuje období zimní stagnace, nejt žší voda o teplot 4oC je op t u dna. Nad ní je studen jší (a leh í) voda krytá na hladin ledem. Tato vlastnost vody umož uje vodním živo ich m p ežívat v zimním období u dna. Vrstva ledu chrání vodní sloupec také p ed promícháváním v trem, takže stratifikace p etrvává celou zimu. Po roztání ledu na ja e dochází k op tovnému promíchání celého vodního sloupce - jarní cirkulaci, a po átkem léta se postupným proh íváním svrchních vrstev vody vytvá í sko ná vrstva a letní stagnace. Sezónní periodicita teplotní stratifikace nádrží v mírném klimatickém pásu provází dlouhodobou izolaci spodních vrstev vody, p erušovanou cirkulacemi vodních mas. Tento ro ní cyklus vytvá í specifické fyzikáln -chemické podmínky, které mají mimo ádný význam pro kolob h látek ve vod a také pro organismy stojatých vod.
3.3
Kyslíková stratifikace sladkovodních jezer
Biologická aktivita dosahuje vrcholu na ja e a v lét , kdy je intenzita fotosyntézy podporována vysokou intenzitou slune ního zá ení. V tšina jezer v mírném pásu je navíc v lét stratifikována, a kombinace této teplotní stratifikace a biologické aktivity má za následek charakteristické chemické složení vody. Horní stupnice na každém grafu popisuje úrove kyslíku v mg/l, spodní stupnice pak teplotu ve stupních Celsia. Na ja e a na podzim je vodní sloupec jak oligotrofních tak eutrofních jezer rovnom rn a d kladn promíchaný a voda má všude stejné vlastnosti. B hem letní stratifikace (stagnace) se za ínají podmínky v jednotlivých vrstvách odlišovat. Následující obrázek znázor uje typické sezónní zm ny v obsahu rozpušt ného kyslíku (DO – dissolved oxygen) a teploty.
Chlumecký rybník
6
Obrázek 3: Sezónní zm ny v obsahu rozpušt ného kyslíku
Koncentrace rozpušt ného kyslíku v epilimnionu z stává po celé léto vysoká díky fotosyntéze a také difuzi z atmosféry. Podmínky v hypolimnionu se však liší podle stupn trofie. V eutrofních (produktivn jších) jezerech koncentrace DO v hypolimnionu b hem léta klesá, protože je odst ižen ode všech zdroj kyslíku, zatímco organismy dále respirují a kyslík spot ebovávají. Vrstva u dna jezera a dokonce i celý hypolimnion se mohou stát anoxickými, tzn. zcela bez obsahu kyslíku. V oligotrofních jezerech dovoluje nízká biomasa as pronikání sv tla do v tší hloubky a také v nich probíhá mén rozkladných proces . asy mohou r st ve vodním sloupci relativn hloub ji a na dekompozici se spot ebuje mén kyslíku. Koncentrace DO tak m že nar stat spolu s hloubkou a to ipod termoklinou, kde je v chladn jší vod v tší z statek DO po jarní cirkulaci (ve studené vod je kyslík lépe rozpustný). V extrémn hlubokých a neproduktivních jezerech m že DO z stávat v celém vodním sloupci po celý rok ve velmi vysokých koncentracích, blížících se 100% saturaci. Tyto rozdíly mezi eutrofními a oligotrofními jezery se obvykle ztrácejí s podzimní cirkulací. V zim mají oligotrofní jezera obvykle všude uniformní podmínky. Pod ledovým p íkrovem eutrofních jezer se však m že vytvo it zimní stratifikace koncentrace DO. Je-li na povrchu ledu malá i žádná vrstva sn hu, která by blokovala slune ní zá ení, fytoplankton a n která makrofyta mohou dále fotosyntetizovat, a výsledkem je malý nár st DO p ímo pod ledem. Když ale mikroorganismy pokra ují v rozkladu organického materiálu v hlubší vod a v sedimentech, spot ebovávají kyslík a DO se vy erpává. Ledový pokryv zabra uje p ísunu kyslíku z atmosféry, a když se led pokryje sn hem, za ne být i málo sv tla na fotosyntézu. Takovéto podmínky mohou vést k vysoké zimní mortalit ryb.
3.4
Popis fyzikáln chemických parametr 3.4.1
Teplota
Teplota je charakteristika tepelného stavu hmoty. V obecném významu je to vlastnost p edm okolí, kterou je lov k schopen vnímat a p adit jí pocity studeného, teplého i horkého.
a
V p írodních a technických v dách a jejich aplikacích je to skalární intenzivní veli ina, která je vzhledem ke svému pravd podobnostnímu charakteru vhodná k popisu stavu ustálených makroskopických systém . Teplota souvisí s kinetickou energií ástic látky. Teplota je základní fyzikální veli inou soustavy SI s jednotkou kelvin (K) a vedlejší jednotkou stupe Celsia (°C). Nejnižší možnou teplotou je teplota absolutní nuly (0 K; -273,15 °C), ke které se lze libovoln p iblížit, avšak nelze jí dosáhnout.
Chlumecký rybník
7
3.4.2
pH
Hodnota pH odráží relativní aciditu (nízké hodnoty) nebo zásaditost (vysoké hodnoty) roztoku, ur ené záporným dekadickým logaritmem koncentrace hydrogenových iont H+. Povrchové vody s výjimkou rašeliniš mívají pH v rozmezí 6,5-8,3. Hodnota pH ve vodách má úzký vztah s probíhající fotosyntézou. P i intenzívní fotosyntéze se od erpává oxid uhli itý, dochází k narušení uhli itanovápenaté rovnováhy a hodnota pH se posouvá do alkalické oblasti (až na pH 11). 3.4.3
Eh
Oxida -reduk ní (redox) potenciál je složený parametr celkové intenzity oxida ních nebo reduk ních podmínek v systému a odráží stupe vyváženosti mezi oxida ními a reduk ními procesy. Reduktant je slou enina, která p i reakci uvol uje elektrony (je to elektronový donor) a sama se oxiduje, oxidant je naopak látka, která elektrony p ijímá (akceptor elektron ) a sama se redukuje. Redox potenciál vyjad uje potenciál, na který se nabíjí kovová, nej ast ji platinová elektroda pono ená do roztoku s rozpušt nými látkami v redukované nebo oxidované form . Potenciál se vztahuje v i potenciálu standardní vodíkové elektrody. V praxi je nezbytné odlišovat m ení (stanovení) oxida reduk ního potenciálu (ORP) od vlastního vyjad ování výsledk . Pro jednoduchost se m ení provádí proti chloridost íbrné nebo kalomelové elektrod . Avšak mezinárodn byla za referen ní elektrodu zvolena standardní vodíková elektroda. Proto v laborato i zm ený ORP je nezbytné p epo ítat na „vodíkovou stupnici“ a výsledek vyjád it jako ORPH. Jedin hodnota ORPH je objektivním údajem umož ujícím správnou interpretaci výsledk a jejich porovnávání s teoretickými výpo ty. 3.4.4
Vodivost
Destilovaná voda je prakticky nevodivá. Voda se stává vodivou pro elektrický proud vlivem rozpušt ných minerálních látek. Vodivost (konduktivita) je tedy kritériem pro posuzování koncentrace elektrolyt obsažených ve vod , závisí na koncentraci iont , jejich pohyblivosti a teplot . Vodivost sice odpovídá koncentraci látek v roztoku, ale neumož uje nám ur ení p vodu a druhu t chto látek. Jednotkou vodivosti je siemens (S), m rnou veli inou je konduktivita (m rná vodivost) k, jednotkou je S.m-1 (v hydrochemii se nej ast ji užívá S. m-1 ). Konduktivita neboli elektrická vodivost je mírou obsahu rozpušt ných aniont a kationt ve vod . Upovrchové vody se její hodnota pohybuje nej ast ji mezi 20 - 40 mS/m, u podzemní až p es 150 mS/m, což znamená již silnou mineralizaci. Konduktivita je p ibližná míra koncentrace elektrolyt ve vod . Tj. všech iontov rozpušt ných látek, které voda potká v podloží a rozpustí, krom plyn . Vyjad uje tedy nep ímo obsah minerálních látek ("solí") které se ve vod nacházejí. Limit vodivosti pro pitnou vodu je 125 mS/m, což odpovídá obsahu rozpušt ných látek asi 1000 mg/l (vynásobíme–li hodnotu vodivosti osmi, dostaneme ibližnou hodnotu rozpušt ných látek v mg/l). Optimáln by však pitná voda m la obsahovat rozpušt ných látek mén , asi 200–400 mg/l (asi 25–50 mS/m). Rozsah m ení u p ístroje YSI je v rozsahu od 0 do 200 mS/cm, s odchylkou ±1% , s rozlišením 0,01 mS/cm. Sonda konduktivity umož uje m it: „Sp. Conductance“ (Specifická konduktivita) zobrazí hodnoty specifické konduktivity ené v jednotkách s/cm nebo ms/cm. Specifická konduktivita je ukazatel schopnosti roztoku vést elektrický proud, p emž je teplotn kompenzována. „Conductivity“ (Konduktivita) ukazuje hodnoty konduktivity m ené v jednotkách S/cm nebo mS/cm. Konduktivita je také ukazatelem schopnosti roztoku vést elektrický proud.
Chlumecký rybník
8
Nicmén , na rozdíl od specifické konduktivity je konduktivita p ímo m ena, aniž by byla provedena teplotní kompenzace. „Salinity“ (Salinita) ukazuje hodnoty slanosti m ené v ppt ( ástic na tisíc jednotek) nebo PSU (jednotka slanosti). „TDS“ (Celkové množství rozpušt ných látek) ukazuje hodnoty celkového množství rozpušt ných látek v mg/l (miligramy na litr), g/l (gramy na litr), nebo kg/l (kilogramy na litr). 3.4.5
Rozpušt ný kyslík
Obsah rozpušt ného kyslíku v povrchových a p írodních vodách je d ležitým ukazatelem kvality vody. Obsah rozpušt ného kyslíku se zne išt ním vody organickými látkami a biogenními prvky, a dále s výskytem vodních mikroorganism , které rozpušt ný kyslík využívají k p em organických látek a biogenních prvk klesá. P emnožení t chto organism vlivem atrofizace vod vede k vy erpání rozpušt ného kyslíku, úhynu vyšších forem života a rozvoji anaerobních proces rozkladu p ítomných živin ve vod , p i n mž p íslušné mikroorganismy produkují vysoce toxické látky. Kyslíkové pom ry se vyjad ují koncentrací rozpušt ného kyslíku v mg/l nebo také v procentech nasycení v %. Plynný kyslík z ovzduší se rozpouští ve vod v závislosti na teplot vody, na barometrickém tlaku. Množství kyslíku (mg/l O2) rozpušt ného ve vod o teplot t a (normál.) atmosférickém tlaku 101 kPa ve vzduchu nad hladinou, p i 100 % nasycení. Obrázek 4: Množství rozpušt ného kyslíku v závislosti na teplot
Jelikož víc kyslíku pohltí studená voda, jsou na n j takovéto vody bohatší oproti vodám teplejším. Kyslík je plyn a jeho rozpustnost za dané teploty je úm rná parciálnímu tlaku nad roztokem tj. s rostoucí teplotou jeho rozpustnost klesá. Obrázek 5: Nomogram pro zjišt ní % nasycení vody kyslíkem
Rozpušt ný plynný kyslík se do vody se dostává jednak difusí p es hladinu, jednak je dodáván rostlinami p i fotosynthese. Obojí se d je v horní vrstv - epilimniu, proto u vod s dostate ným
Chlumecký rybník
9
rozvojem autotrof je vždy více kyslíku u hladiny. Naopak v hypolimniu dochází k rozkladným proces m. Nízký obsah kyslíku ve vrstv vody t sn nad sedimenty dna (spodní ást hypolimnia) m že dále akcelerovat zhoršování kvality vody, protože když poklesne hladina kyslíku pod 1 mg/l, nastanou na rozhraní voda-sediment chemické procesy, zp sobující vyluhování fosforu ze sediment . Když se na ja e voda promíchá, tento nový fosfor a také amoniak, vznikající v blízkosti dna, nastartuje zvýšený st as. Pohybuje li se hodnota kyslíku mén jak 5 mg/l, prost edí není vhodné k životu a reprodukci ryb. Zdroji kyslíku rozpušt ného v p írodních vodách jsou atmosférický vzduch fotosynthetická innost vodních fototrof ( as, sinic, pono ených cévnatých rostlin) – ti ovšem ást uvoln ného O2 spot ebovávají respirací Na spot eb O2 se dále podílejí živo ichové a nezelené mikroorganismy a n které chemické pochody. Výsledkem je prom nlivé množství rozpušt ného kyslíku ve vodách. Jak už bylo eno, kyslík se do jezerní vody dostává z ovzduší a vzniká jako produkt biologických proces , nap . p i asimilaci rostlin. Nejbohatší na kyslík jsou horní vrstvy, které jsou ve styku s ovzduším a z kterých se ší í kyslík proud ním a vln ním do nižších vrstev. Je spot ebováván živými organismy a p i okysli ování organických látek. V horních vrstvách je nahrazován novým kyslíkem z ovzduší, dopln ní jeho zásob v dolních vrstvách je možné jenom proud ním.
4.
Aktuální pr zkumné práce
Pr zkumné práce na Chlumeckém rybníku jsou rozd leny na t i fáze m ení v r zných ro ních obdobích, aby došlo ke komplexnímu zhodnocení stavu na lokalit .
4.1
První fáze m ení
První fáze m ení na lokalit Chlumecký rybník prob hla dne 14.11. 2011. Okolní teplota vzduchu byla -2°C. Po así m lo inverzní charakter s viditelností do 20 m v míst provád ného pr zkumu. Šlo o první seznámení s lokalitou a cílem bylo zjišt ní fyz-chem parametr v dané lokalit . Panem Loudou byly na p ichystané map Chlumeckého rybníka vyty eny t i body pro zm ení fyzchem parametr . Tyto body byly zam eny pomocí GPS p ístroje Garmin GPSmap 60CSx v sou adnicovém systému WGS-84. Zam ené a zm ené profily bod jsou vyzna eny v p ílohách. ístroj GPS velmi dob e posloužil pro snadnou orientaci v terénu, která byla ztížena špatnou viditelností. Pro m ení profil z hladiny rybníka byla použita pramice s vesly. Pro získání fyzikáln chemický údaj z profil bylo použito m ící za ízení YSI Professional Plus, které umož uje zárove m it teplotu, pH, oxida -reduk ní potenciál, kyslík, salinitu a vodivost. Dopl kovým p ístrojem použitým pro pr zkumné práce byl echolokátor pro vyhledávání po tu ryb v míst m ených bod . Použit byl p ístroj Garmin Fishfinder 100. P ístroj umož oval vyhodnotit hloubku a orienta i stav dna, jestli je dno kamenité i pís ité. Ješt p ed samotným m ením byl z b ehu na hladin odebrán vzorek na stanovení NEL. Po odb ru vzorku vody zapo ala fáze m ení fyz-chem parametr na vyty ených bodech Chlumeckého rybníka.
4.2
Druhá fáze m ení
Druhá fáze m ení na lokalit Chlumecký rybník prob hla dne 15.2. 2012. Okolní teplota vzduchu byla 0 až +2°C. Po así bylo slune né s mírným v trem v míst provád ného pr zkumu. Chlumecký rybník
10
Specifikem provád ného pr zkumu byl fakt, že vodní plocha byla tvo ena ledem o mocnosti 15 až 20 cm. Led pokrývala ješt sn hová pokrývka o mocnosti 10 cm. Proto pro provád né pr zkumné práce nebyla použita pramice s vesly. Body z první fáze m ení byly zam eny a vyzna eny pomocí GPS p ístroje Garmin GPSmap 60CSx v sou adnicovém systému WGS-84. Zam ené a zm ené profily bod jsou vyzna eny v p ílohách. ístroj GPS velmi dob e posloužil pro snadné vyty ení d íve m ených bod v terénu. V míst vyty ených bod pracovníci m sta vyhloubili otvory do ledu, aby bylo možné zasunout m ící sondu a získat fyzikáln chemické údaje z profil . Pro získání fyzikáln chemický údaj z profil bylo použito m ící za ízení YSI Professional Plus, které umož uje zárove m it teplotu, pH, oxida -reduk ní potenciál, kyslík, salinitu a vodivost. Po provedeném m ení fyzikáln chemických parametr na vyty ených bodech Chlumeckého rybníka byl z bodu 2B ze dna odebrán vzorek sedimentu na stanovení TOC.
4.3
etí fáze m ení
etí fáze m ení na lokalit Chlumecký rybník prob hla dne 28.8. 2012. Okolní teplota vzduchu byla 20 až 25°C. Po así bylo slune né, pozd ji polojasné, bezv í v míst provád ného pr zkumu. Pro m ení profil z hladiny rybníka byla použita pramice s vesly. Body z první fáze m ení byly zam eny a vyzna eny pomocí GPS p ístroje Garmin GPSmap 60CSx v sou adnicovém systému WGS-84. Zam ené a zm ené profily bod jsou vyzna eny v p ílohách. ístroj GPS velmi dob e posloužil pro snadné vyty ení d íve m ených bod v terénu. V míst vyty ených bod pracovníci m sta vyhloubili otvory do ledu, aby bylo možné zasunout m ící sondu a získat fyzikáln chemické údaje z profil . Pro získání fyzikáln chemický údaj z profil bylo použito m ící za ízení YSI Professional Plus, které umož uje zárove m it teplotu, pH, oxida -reduk ní potenciál, kyslík, salinitu a vodivost. Obrázek 6: Vý ez Chlumeckého rybníka s m ícími body
Chlumecký rybník
11
5.
Shrnutí provedených prací 5.1
První fáze m ení
V rámci m ení na Chlumeckém rybníku bylo nakonec zm eno 6 bod . Ozna ených 1A, 1B, 2A, 2B, 3A a 4. U každého bodu byl zm en zvolený profil v hloubce 5m, 10m, 12m a 15m, když to hloubka dna dovolila. Body s dopl kovým písmenem „A“ jsou body do hloubky dna 5 m pod hladinou. Body s dopl kovým písmenem „B“ jsou body, kde bylo možno zvolit víceprofilové m ení. Celkem bylo zm eno 14 profil . Pozice bod profil jsou znázorn ny v mapových p ílohách „Chlumecky_rybnik_2.pdf“ a „Chlumecky_rybnik_3.pdf“. Nam ené údaje jsou sou ástí p ílohy . 4.
5.2
Druhá fáze m ení
V rámci m ení na Chlumeckém rybníku bylo nakonec zm eno 7 bod . Ozna ených 1A, 1B, 2A, 2B, 3A a 4 a nový bod s ozna ením 5. U každého bodu byl zm en zvolený profil v hloubce po ledem v 1m, pak v 5m, 10m, 12m a 15m, když to hloubka dna dovolila. Body s dopl kovým písmenem „A“ jsou body do hloubky dna 5 m pod hladinou. Body s dopl kovým písmenem „B“ jsou body, kde bylo možno zvolit víceprofilové m ení. Mezi body „A“ a „B“ je dno Chlumeckého rybníka tvo eno spádem (hranou). Celkem bylo zm eno 23 profil . Pozice bod profil jsou znázorn ny v mapových p ílohách „Chlumecky_rybnik_2.pdf“ a „Chlumecky_rybnik_3.pdf“. Nam ené údaje jsou sou ástí p ílohy . 4.
5.3
etí fáze m ení
V rámci m ení na Chlumeckém rybníku bylo zm eno 7 bod , ozna ených 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4 a ve druhé fázi m ení nov zavedený bod 5. U každého bodu byl zm en zvolený profil v hloubce 1m, 5m, 10m, 12m a 15m pokud to hloubka dna dovolila. V bodech 4 a 5 byl pro zp esn ní výsledk zam en profil ješt v hloubce 11m. Body s dopl kovým písmenem „A“ jsou body do hloubky dna 5 m pod hladinou. Body s dopl kovým písmenem „B“ jsou body, kde bylo možno zvolit víceprofilové m ení. Celkem bylo zm eno 22 profil . Pozice bod profil jsou znázorn ny v mapových p ílohách „Chlumecky_rybnik_2.pdf“ a „Chlumecky_rybnik_3.pdf“. Nam ené údaje jsou sou ástí p ílohy . 4.
6.
Záv ry a doporu ení 6.1
Zhoršená jakost vody
Nadlimitní výskyt mikrobiálního zne išt ní v ukazateli enterokoky v letních m sících na Chlumeckém rybníku p ispívá ke vzniku zdravotních problém p i vodní rekreaci.
Chlumecký rybník
12
Enterokoky jsou zástupci domény Bacteria, které se vyskytují v celé škále prost edí. Najdeme je ve vod , v p , na rostlinách, jsou p irozenou složkou st evní mikroflóry ady živo ich v etn lov ka, využívají se také jako startovací kultury p i výrob mlé ných i masných výrobk i jako probiotika. V centru zájmu v deckých prací, týkajících se t chto bakterií, stojí na prvním míst jejich klinický význam. Enterokoky jsou infek ním agens mnoha onemocn ní a nebezpe í pro lov ka edstavují zejména jejich vysoce rezistentní kmeny zp sobující nosokomiální infekce. Zvýšený výskyt enterokok v letních m sících na Chlumeckém rybníku je pravd podobn zp soben vysokým výskytem návšt vník rybníka, kte í se sem chodí koupat. P i jejich vodních aktivitách dochází také pravd podobn i k vym šování do vody a ke vzniku fekálního zne išt ní.
6.2
Stratifikace Chlumeckého rybníka
6.2.1
První fáze m ení
Teplotní rozvrstvení vody odpovídá letní stagnaci, kdy teplota od povrchu hladiny sm rem do hloubky klesá. Je z ejmé, že dosud neprob hla podzimní cirkulace vody (teplota vody neklesla pod 4°C). i teplotách nad 4°C by v daných hloubkách nem l rozpušt ný kyslík klesnout k nulovým hodnotám. Nízké hodnoty kyslíku sv í o vysoké koncentraci organických látek, jejichž p vod není zatím znám. V následující tabulce jsou uvedeny získané hodnoty z m ení. Tabulka 1: Získané hodnoty parametr z první fáze m ení Název bodu
Datum ení
Hloubka Teplota ení [m] [°C]
Kyslík [mg/l]
Eh
pH
Salinita Vodivost
[mV]
[ppt]
[uS/cm]
1A 14.11.2011
5
9,0
6,95
273,20
8,26
0,47
952
1B 14.11.2011 1B 14.11.2011 1B 14.11.2011
5 10 15
9,0 9,0 7,1
6,16 6,15 0,42
282,40 285,30 29,10
7,70 7,65 6,63
0,47 0,47 0,70
953 954 1396
2A 14.11.2011
5
9,0
6,09
335,70
7,60
0,47
952
2B 14.11.2011 2B 14.11.2011 2B 14.11.2011
5
9,0
6,13
237,00
7,56
0,47
952
10 12
9,0 9,0
6,09 5,71
331,30 275,00
7,60 7,58
0,47 0,47
952 952
3A 14.11.2011
5
8,9
7,02
137,00
8,30
0,47
953
4 14.11.2011 4 14.11.2011 4 14.11.2011 4 14.11.2011
5 10
9,1 9,0
6,02 5,62
245,30 246,70
7,84 7,71
0,47 0,48
958 960
12 12,5
9,0 8,8
4,15 0,29
71,80 83,30
7,33 6,92
0,49 0,54
978 1080
4 14.11.2011 4 14.11.2011 4 14.11.2011
13 15 19
8,5 6,6 6,9
0,36 0,30 0,28
53,10 78,50 3,60
6,88 6,71 6,63
0,57 0,74 0,77
1146 1472 1518
Z nam ených údaj vyplývá stratifikace pro kyslík v hloubce mezi 12 až 13 m pod hladinou, kde hodnota kyslíku klesá na nulové hodnoty. Pro další zhodnocení stratifikace je t eba provést další m ení. Pro další zhodnocení jakostního stavu Chlumeckého rybníka by bylo vhodné provést odb r vody nad a pod touto hranicí. Provést p ípadn i odb ry dnových sediment . Další m ení prokážou, jestli dojde k posunu této hranice, nahoru i dol . 6.2.2
Druhá fáze m ení
V rámci druhé fáze m ení byl p idán další bod s ozna ením „5“ nacházející se ve východní ásti Chlumeckého rybníka.
Chlumecký rybník
13
Další m ení prokázala pokles hranice tzv. sko né vrstvy (zm na teploty a obsahu kyslíku) neboli metalimnionu sm rem dol . V následující tabulce a obrázku jsou uvedeny získané hodnoty z m ení. Tabulka 2: Získané hodnoty parametr z druhé fáze m ení Název bodu
Datum ení
Hloubka ení (m)
Teplota
Kyslík
Eh
(ºC)
(mg/l)
(mV)
pH
Vodivost
Salinita
TDS
[uS/cm]
(ppt)
(mg/l)
1A
15.2.2012
5
3,1
11,03
83,6
8,21
999
0,49
650,0
1B
15.2.2012
5
3,0
11,71
96,1
8,09
996
0,49
650,0
1B 1B
15.2.2012 15.2.2012
10 15
3,1 3,3
11,24 9,22
103,4 109,2
8,01 7,62
998 1016
0,49 0,50
650,0 663,0
2A 2A
15.2.2012 15.2.2012
1 5
3,1 3,1
8,40 8,42
264,3 268,2
8,66 8,11
992 992
0,49 0,49
643,5 643,5
2B
15.2.2012
1
3,1
11,67
59,6
8,18
999
0,49
650,0
2B 2B
15.2.2012 15.2.2012
5 10
3,1 3,1
12,03 11,08
268,7 66,5
7,97 8,02
994 999
0,49 0,49
643,5 650,0
2B
15.2.2012
12
3,2
11,29
228,1
7,87
999
0,49
650,0
3
15.2.2012
5
3,1
12,15
26,8
8,16
998
0,49
650,0
4
15.2.2012
1
3,1
11,74
102,8
7,91
998
0,49
650,0
4 4
15.2.2012 15.2.2012
5 10
3,1 3,1
11,75 11,48
88,3 72,4
7,89 7,84
999 1001
0,49 0,49
650,0 650,0
4 4 4
15.2.2012 15.2.2012 15.2.2012
12 13 14
3,1 3,2 3,5
11,03 10,21 8,82
55,7 -9,1 30,8
7,75 7,49 7,56
1002 1024 1001
0,49 0,50 0,49
650,0 663,0 650,0
4 4
15.2.2012 15.2.2012
15 19
5,3 5,7
0,45 0,59
-32,8 -27,1
6,74 6,71
1346 1517
0,67 0,76
877,5 988,0
5 5 5
15.2.2012 15.2.2012 15.2.2012
5 10 15
3,1 3,1 3,9
12,40 12,34 6,36
-23,2 -42,4 -18,8
7,84 7,72 7,16
998 1001 1125
0,49 0,49 0,56
650,0 650,0 728,0
5
15.2.2012
16
5,2
0,69
-49,2
6,69
1458
0,73
949,0
Obrázek 7: Vývoj kyslíku v m ených bodech rámci druhé fáze z 15.2. 2012
Chlumecký rybník
14
Teplotní rozvrstvení vody odpovídá zimní stagnaci, kdy teplota od povrchu hladiny sm rem do hloubky stoupá. Z nam ených údaj vyplývá stratifikace pro kyslík v hloubce mezi 14 až 15 m pod hladinou, kde hodnota kyslíku klesá na nulové hodnoty. 6.2.3
etí fáze m ení
Stejn jako p i prvním m ení odpovídá rozvrstvení v nádrži letní stagnaci. Jarní cirkulace již prob hla, jelikož teplota vody s hloubkou klesá a voda v jeze e je rozvrstvena tak, že obsah rozpušt ného kyslíku klesá s hloubkou. To znamená, že ve v tších hloubkách stoupá obsah biogenních prvk a organických látek. Následující tabulka uvádí výsledky m ení. Tabulka 3: Hodnoty parametr získané ve t etí fázi m ení Název bodu
Datum ení
Hloubka ení (m)
Teplota
Kyslík
Eh
pH
Vodivost
Salinita
(ºC)
(mg/l)
(mV)
[uS/cm]
(ppt)
1A
28.8.2012
5
21,7
8,13
227,7
8,65
0,92
0,45
1B
28.8.2012
5
21,9
9,14
291
8,65
0,92
0,45
1B
28.8.2012
10
7,9
4,23
320,6
7,50
1,00
0,50
1B
28.8.2012
11
6,5
0,12
268,7
7,35
1,02
0,51
1B
28.8.2012
15
5,7
0,04
193,5
6,81
1,28
0,64
2A
28.8.2012
1
21,9
8,78
330
8,69
0,92
0,45
2A
28.8.2012
5
21,8
8,59
330
8,66
0,92
0,45
2B
28.8.2012
1
21,9
9,51
331,2
8,69
0,92
0,45
2B
28.8.2012
5
21,8
8,99
333,6
8,64
0,92
0,45
2B
28.8.2012
10
8,0
5,25
360,6
7,41
1,00
0,50
2B
28.8.2012
12
6,1
0,14
214,5
7,23
1,04
0,51
3
28.8.2012
5
21,8
9,22
253,3
8,71
0,92
0,45
4
28.8.2012
1
22,0
9,73
281,3
8,70
0,92
0,46
4
28.8.2012
5
21,8
9,01
299
8,67
0,92
0,45
4
28.8.2012
10
7,9
10,62
335,2
7,50
1,00
0,49
4
28.8.2012
11
6,6
0,28
236,9
7,35
1,01
0,50
4
28.8.2012
12
5,8
0,64
227,2
7,28
1,04
0,52
4
28.8.2012
15
5,7
0,05
254,6
6,83
1,31
0,65
5
28.8.2012
5
21,7
9,00
195,8
8,68
0,92
0,45
5
28.8.2012
10
8,0
4,46
222,7
7,56
1,00
0,50
5
28.8.2012
11
6,7
0,09
213,7
7,38
1,03
0,51
5
28.8.2012
15
5,7
0,05
176,9
6,87
1,12
0,56
Dle následujícího obrázku je z ejmé, že se jedná o eutrofní nádrž. V t chto nádržích bývá kyslíkový deficit typický pro období letní a zimní stagnace a k jeho vyrovnávání dochází b hem jarní a podzimní cirkulace.
Chlumecký rybník
15
Obrázek 8: Vývoj kyslíku v m ených bodech rámci druhé fáze z 28.8. 2012
Výrazný pokles teploty byl zaznamenán zhruba v 5 m hloubky, stratifikace kyslíku byla zaznamenána mezi 10 a 11m hloubky, kde hodnoty obsahu kyslíku klesají k nule (viz následující obrázky). Obrázek 9: Vývoj kyslíku ve t etí fázi m ení ve všech profilech
Vývoj kyslíku v m ených profilech - t etí fáze m ení
Vývoj teploty v m ených profilech - t etí fáze m ení
Kyslík (mg/l) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Chlumecký rybník
5,00
10,00
Teplota (°C)
15,00
5,0
10,0 15,0 20,0 25,0
0 2
1B 2A 2B 4 5
4 Hloubka (m)
Hloubka (m)
0,00
6
1B 2A 2B
8
4
10
5
12 14 16
16
6.2.4
Porovnání fází m ení
Pro porovnání byly vybrány parametry kyslík a teplota nam ené v bod „4“. Výsledky jsou uvedeny v následujících obrázcích. Obrázek 10: Vývoj kyslíku a teploty v Chlumeckém rybníku b hem letní (první a t etí fáze m ení) a zimní (druhá fáze ení) stagnace
Chlumecký rybník
17
Dle následujících obrázk je z ejmé, že se Chlumecký rybník adí k eutrofním dimiktickým jezer m. Obrázek 11: Sezónní zm ny v obsahu rozpušt ného kyslíku eutrofního jezera
6.2.5
Vyhodnocení zne išt ní sediment , stanovení TOC
irozen se vyskytující celkový obsah organického uhlíku (TOC) v ních sedimentech je klí ovou složkou ady chemických, fyzikálních a biologických proces . P ispívá významn ke kyselosti írodních vod díky organickým kyselinám, biologické aktivit skrz absorpci sv tla a metabolismu uhlíku a chemizmu vody prost ednictvím komplexace a mobilizace kov a organických polutant . TOC m že tvo ením organických komplex ovliv ovat dostupnost živin a ídit rozpustnost a toxicitu kontaminant . TOC se skládá z rozpušt ného uhlíku (DOC) a organického uhlíku vázaného na ásticích (POC). Rozpušt ný železo, m rozpustnost významnou prost edím.
organický uhlík je silný komplexotvorný initel pro mnoho toxických kov , jako je , hliník, zinek a rtu . DOC m že také zvýšit rychlost zv trávání hornin a zvýšit a tak mobilitu a transport mnoha kov a organických kontaminant . Obsah POC je charakteristikou vodního systému, nebo m že zp sobovat transport látek vodním
Hlavním zdrojem p írodn se vyskytujícího TOC je rostlinný materiál. Velké množství organických zbytk do akvatických systém dodávají listy, stonky a ko eny strom , ke , trav a dalších rostlin. Jakmile jsou tyto zbytky rozloženy a stráveny p dními organismy, stanou se organickou hmotou na povrchu p dy a migrují vsakováním do podložních horizont nebo se uloží do ek. Zví ata jsou obvykle považovány za sekundární zdroj TOC. Napadnou rostlinné tkán , které opouští jejich t la jako odpadní látky. Ur ité formy života, zvlášt ervi, stonožky a mravenci také hrají d ležitou roli v emíst ní/translokaci rostlinných zbytk . írodní procesy a lidské aktivity m ly za následek zvýšený obsah TOC v p dách, sedimentech a tocích. Zahrnují r zné vstupy opadu, stok atmosférických srážek po kmeni, nep im ené užití a likvidace živo išného odpadu, mýcení les , zem lské praktiky. Po provedeném m ení fyzikáln chemických parametr na vyty ených bodech Chlumeckého rybníka byl z bodu 2B ze dna odebrán vzorek sedimentu na stanovení TOC. Vzorek sedimentu byl prachovitý až jílovitý kal, barvy ernošedé. Výsledek laboratorní zkoušky zjistil hodnotu TOC 54,9 g/kg v sušin v sedimentu.
tj. 5,49% obsahu
Výsledek byl porovnán s nezávazným hodnocení U.S. EPA pro pob ežní sedimenty.
Chlumecký rybník
18
Obrázek 12: Kritéria hodnocení obsahu TOC dle U.S. EPA
Dle porovnání je prost edí v míst odb ru chudé na život a vhodné k vyšší toxicit sedimentu. Vzorek byl odebrán jeden. Nejsou známy zatím další stanovení TOC v sedimentech i v jiných lokalitách a tak není možné provést srovnání s jinými ekvivalentními stanoveními.
7.
Použitá literatura 1) Losos B., J. Guli ka, J. Lellák, J. Pelikán, 1984: Ekologie živo ich . – 316 p., Státní pedagogické nakladatelství, Praha.
2) Švehláková H., Nováková J., Mel áková I. (2006): Multimediální výukový text Ekologické aspekty technické hydrobiologie. VŠB – Technická univerzita Hornicko-geologická fakulta, Institut Enviromentálního inženýrství, Ostrava.
Ostrava
3) Vrba J., Borovec J. (2012): Obecná Limnologie – p ednášky. Biologická fakulta JU. Hydrobiologický ústav AV R. eské Bud jovice.
4) Wetzel R. G. (1975): Limnology. – 743 p., W. B. Saunders Co. Philadelphia, London and Toronto.
5) U.S. EPA
Chlumecký rybník
19
