Jakost povrchových vod a specifické znečištění sedimentů v povodí Klabavy

Lenka Volaufová

Souhrn magisterské práce


Vedoucí magisterské práce: Dr. Jakub Langhammer

Praha
2004
 

Předmět a cíl práce
Souhrn hlavních výsledků
Závěr
Literatura

zpět

Předmět a cíl práce

Cílem práce je charakterizovat znečištění vody a specifické znečištění sedimentu v povodí Klabavy, a to určením nejproblematičtějších ukazatelů a především lokalizováním oblastí zdrojů znečištění v povodí. Dále ukázat vztahy mezi znečištěním vody a sedimentu a především vlivu antropogenní činnosti na ně. K dispozici pro vyhodnocení jsou data podniku Povodí Vltavy a.s. pobočky Plzeň a data získaná vlastními odběry.

Souhrn hlavních výsledků

Hodnocení zátěže povrchových vod analýzou získaných dat
Vyhodnocení dlouhodobého vývoje jakosti vod
Za nejproblematičtější ukazatele je nutno ve všech třech sledovaných obdobích označit ukazatele kyslíkového režimu (především BSK, CHSK) a ukazatele anorganického znečištění (N-NH4). V žádném z vybraných ukazatelů nebyla ve třech vybraných letech vysledována V. třída jakosti – velmi znečištěná voda. To však nelze považovat za uspokojivé, neboť IV. třída jakosti se objevila hned u několika ukazatelů především v roce 2001 - BSK5, TOC, Pcelk., CHSKMn, což je nutné z hlediska vývoje považovat za varovné.
Zhoršená kvalita vody se vyskytuje výhradně u profilů na středním toku – jedná se o profily v oblasti sídelních a průmyslových seskupení od Hrádku po Rokycany – profily Kamenný Újezd, Rokycany nad a Rokycany pod. V několika případech se objevuje III. třída i na profilu VD Klabava a pod lomem Ejpovice. Výrazný vliv vodních nádrží na prokysličování dokládají snížené koncentrace rozpuštěného kyslíku v oblasti stojatých vod – vodní nádrž Klabava a průtočný lom Ejpovice.
Index saprobity bentosu je sledován jen na profilu Chrást. Měření probíhá obvykle dvakrát ročně. Hodnoty indexu se pohybují po celé měření v rozmezí 1 – 2,8, což by odpovídalo I, II. a III. třídě jakosti.

Vyhodnocení dlouhodobého vývoje znečištění vody těžkými kovy
Zhodnocení dlouhodobého vývoje koncentrací těžkých kovů ve vodě byl proveden na profilech Rokycany nad, Rokycany pod a Chrást. Z grafů vývoje od roku 1992 lze usoudit, že k žádným zásadním změnám v koncentracích nedošlo. Trend mírného snižování lze alespoň u některých přeci jen pozorovat.
Největším problémem jsou jednoznačně koncentrace kadmia, následované zinkem. Koncentrace kadmia řadí tok po většinu let na profilech v Rokycanech do V. (případně IV.) třídy. V Chrástu se většinou objevuje třída III., občas též IV. třída. Rozhodně nelze u kadmia sledovat nějaké zlepšení. Charakteristické hodnoty za jednotlivé roky dokonce místy dosahují hodnot až   4,59 µg/l (rok 1998), průměrná hodnota v roce 1995 až 2,98 µg/l. Vývoj koncentrací kadmia v letech 1992 – 2003 charakterizuje graf č. 3.
Dalším problematickým ukazatelem je zinek. U něho však lze vysledovat během vývoje určité změny. Na počátku sledovaného období dosahovaly koncentrace maximálních hodnot a spadaly až do IV či V. třídy většinou na obou Rokycanských profilech. Od roku 1994 již jen na profilu Rokycany nad. Rokycany pod si polepšily na třídu III. Od roku 1998 do 2000 na žádném ze tří sledovaných profilů nebyla zaznamenána horší než třetí třída. V roce 2000 a 2002 dokonce byla zaznamenána II. třída na všech třech profilech. Bohužel data z roku 2001 naznačují, že jde pravděpodobně o přechodný stav, neboť profil Rokycany pod opět spadá do IV. třídy. Určitý zvrat ke zlepšení je však znatelný.
I u ostatních kovů lze vysledovat určité zlepšení během sledovaného vývoje. Nikl spadal do V. – III. třídy a v posledních letech byl zařazen do třídy II. U olova lze vysledovat po celou dobu koncentrace II. a III. třídy (s výjimkou zhoršení v roce 2001). Jako bezproblémové lze označit koncentrace chrómu, který kolísá mezi I. a II. třídou jakosti.
Z porovnání vývoje na jednotlivých profilech jednoznačně vyplývá, že maxima mezi měřenými profily dosahují koncentrace na profilech Rokycany nad (výjimečně Rokycany pod), naopak minima na profilu Chrást.

Analýza základních hydrochemických ukazatelů jakosti vody na základě vlastních dat

V květnu 2003 a v lednu 2004 byly provedeny v povodí vlastní odběry a rozbory ukazatelů kvality vod. Odběry proběhly na devíti profilech v povodí – 7 na Klabavě: Strašice nad, Strašice pod, Hrádek, Kamenný Újezd, Rokycany pod a Chrást a 2 na Holoubkovském potoce: Medový Újezd a Rokycany. Lokalizace profilů vlastních odběrů je znázorněna na mapě č. 3. Informace o profilech je v tab. č. 11.
Sledovány byly ukazatele: pH, konduktivita, CHSKMn, CHSKCr (jen v roce 2003), NO2?, NO3?, PO43?, NH4+, KNK4,5. Základní hydrochemické rozbory byly provedeny v laboratoři ÚŽP Přf UK v Praze. U většiny ukazatelů lze vysledovat vývoj koncentrací v podélném profilu. Výše hodnoty ukazatelů většinou roste se vzdáleností od pramene. U některých ukazatelů přichází pokles hodnot na profilech před ústím. Zajímavý výsledek vyšel z rozboru vody v lednu 2004. Maximální koncentrace u ukazatele CHSKMn se objevily na profilech Strašice pod a Medový Újezd – Holoubkovský potok.

    Graf 1 Vývoj koncentrací NO3- podle vlastních dat v roce 2003 a 2004

Zhodnocení specifického zatížení sedimentů analýzou získaných dat
Od roce 1997 se v povodí Klabavy na již zmíněných profilech sledují kontaminace sedimentu těžkými kovy a organickými látkami. Jako jednotka pro udávání koncentrací těžkých kovů a arsenu (Řadí se z důvodu analogického toxického působení mezi tuto skupinu látek) se používá mg/kg, pro vyjádření koncentrací organických látek ug/kg. Klasifikace tříd jakosti sedimentu podle indexu geoakumulace je v tabulce č. 13.

Těžké kovy
Data těžkých kovů byla hodnocena porovnáním s pozaďovými hodnotami v sedimentech, které uvádí Turekian a Wedepohl a Prange. Dále byl vypočítán index geoakumulace, podle kterého byly řazeny  profily do jednotlivých tříd měřeného ukazatele. Do indexu geoakumulace byly jako pozaďové hodnoty dosazovány hodnoty podle Turekiana a Wedepohla.
Z vyhodnocení dat vyplývá, že největším problémem v povodí Klabavy je znečištění kadmiem. Nejproblematičtějšími oblastmi jsou podle očekávání profily mezi pravděpodobnými znečišťovateli Železárnami Hrádek a Kovohutěmi Rokycany – profily – Kamenný Újezd, Rokycany nad a Rokycany pod. Zde zařadil index geoakumulace několikrát tok do VI., tedy nejvyšší třídy jakosti sedimentu (Igeo = 5 - 6). Nejkritičtější situace je pak na profilu Kamenný Újezd, kde byla zařazena podle indexu geoakumulace Klabava 3x do třídy VI., 2x do třídy V. a pouze jedenkrát do třídy III. Z roku 2003 je k dispozice bohužel měření jen na profilu Rokycany pod. Zařazení do II. třídy naznačuje zlepšení stavu znečištění těžkými kovy. Vzhledem k tomu, že se jedná o měření po povodních v srpnu roku 2002, je dosti pravděpodobné, že toto snížení koncentrací souvisí s odnesením kontaminovaného sedimentu dál po toku či okolní oblasti. Profil Rokycany pod, totiž nikdy předtím nepatřil do lepší než IV. třídy a v roce 2003 byla zjištěna třída II. Problematickým se jeví i profil Chrást, kde byla zjišťována pro celé měřené období třída IV. Pozaďové hodnoty od Turekiana a Wedepohla i Prangeho byly u kadmia překročeny až 100krát. Například v roce 1997 byla zjištěna na profilu Rokycany nad koncentrace 35,8 mg/kg, zatímco pozaďová hodnota je 0,3 mg/kg (respektive - 0,26 mg/kg - 0,44 mg/kg podle Prangeho). Maximální koncentrace pak byla naměřena na profilu Kamenný Újezd v roce 2000 (62,62 mg/l). Zařazení kadmia do tříd jakosti sedimentu podle indexu geoakumulace je v tab. č. 14.
Dalším prvkem zásadně ovlivňujícím kvalitu sedimentu je měď. Mezi lety1997 - 2000 byla zjišťována na profilu Rokycany nad většinou IV. třída jakosti sedimentu (1x V. a 1x dokonce VI.). Zdá se však, že situace se zlepšila, neboť v roce 2001, kdy bylo naposledy odebíráno na všech profilech, jen jeden profil připadl do III. třídy. Ostatní do třídy II. až 0. Tento stav by se dal považovat za uspokojivý. V roce 2003 lze opět vysledovat, že na profilu Rokycany pod byla zjištěna výrazně nejlepší kvalita sedimentu za celé měřené období, to však je pravděpodobně možné opět přisoudit vlivu povodní z roku 2002. V porovnání s pozaďovými hodnotami byly zjištěny v povodí koncentrace až 15x vyšší než jsou pozaďové hodnoty. T&W udávají hodnotu 45 mg/kg (Prange 23 mg/kg – 42 mg/kg) naproti nejvyšší zjištěná koncentrace v povodí Klabavy – na profilu Rokycany nad v roce 1999 - 639 mg/kg. Relativně uspokojivá situace se dá v měřeném období vysledovat na profilech Strašice nad, Strašice pod a Chrást. Zařazení koncentrací mědi do tříd jakosti sedimentu podle Igeo je v tabulce č. 14.
Zajímavá je situace u rtuti, která stabilně spadá na většině profilech do II. jakostní třídy, avšak objevují se nárazově zvýšené koncentrace – např.: jaro 1997 – Kamenný Újezd - 15,9 mg/l, rok 1999 Rokycany pod 28,6 mg/l. Relativně uspokojivě vypadá stav z roku 2001, kdy spadala koncentrace rtuti do rozmezí 0. – II. třídy.
U dalších sledovaných těžkých kovů byla též zjištěna největší koncentrace v oblastech středního toku, v oblasti profilů Kamenný Újezd – Rokycany pod. Zařazení do třídy jakosti sedimentu podle olova v roce 2001 znázorňuje mapa č.6. Vývoj koncentrací v podélném profilu znázorňuje graf č. 7.
V roce 2003 byla u všech sledovaných těžkých kovů zjištěna nejnižší koncentrace za celé sledované období. Z toho je zřejmé, že zdánlivé zlepšení je pravděpodobně způsobeno odnosem sedimentu či vyplavením škodlivin ze sedimentu dál po toku.


    Tabulka 1. Zařazení koncentrací těžkých kovů ve vodě do tříd jakosti vod v dvouletí 2001/2002

Organické látky
Pro hodnocení zatížení sedimentu organickými látkami byly zvoleny ukazatele – Suma PCB-Delor (jako součet ukazatelů: Delor 103 a Delor 106) a Suma PCB (jako součet ukazatelů: PCB – 28, PCB – 52, PCB – 101, PCB – 138, PCB – 153 a PCB – 180).  PCB Delory jsou sledovány od roku 1997 a PCB od roku 1999.
 Celkový ukazatel Delorů dosahuje svých maxim na rokycanských profilech. Absolutní maximum pak na profilu Rokycany nad (kde koncentrace dosáhla v roce 1997 až hodnoty         1165 ug/kg). Jedinou výjimkou mezi maximy je rok 1997, kdy se objevila při jarním měření koncentrace až 228,5 ug/kg na profilu Strašice nad.  Vývoj koncentrací PCB – Delor v letech 1997 – 2003 je znázorněn na grafu č. 8.
 U celkového ukazatele polychlorovaných bifenylů dominují rokycanské profily ještě výrazněji. Maximální hodnoty se zde pohybují kolem 60 – 70 ug/kg.
 U obou ukazatelů lze sledovat snižování koncentrací od roku 2001, avšak na zhodnocení vývoje je to příliš krátké období. V roce 2003 byly stejně jako u těžkých kovů zjištěny nejnižší koncentrace na profilu za celé měřené období.

Vyhodnocení zatížení sedimentů těžkými kovy na základě vlastních odběrů a analýz
V listopadu roku 2002 a v květnu roku 2003 bylo provedeno stanovování množství těžkých kovů v sedimentu v povodí Berounky. Při výběru vhodných odběrových míst se vycházelo z rozmístění očekávaných zdrojů kontaminace, ze snahy rovnoměrného rozmístění v povodí a z předpokládaného rozmístění přirozené kumulace sedimentu, tzn.: nad jezy, v zátočinách, záhybech, v oblastech nevýrazného regulování koryta, apod. V povodí Klabavy bylo v plánu stanovovat množství těžkých kovů v sedimentu na 9 profilech.

Zhodnocení zatížení odebraných vzorků a srovnání se získanými daty
Vlastními odběry získaná data byla vyhodnocena porovnáním se vztažnými hodnotami podle Turekiana&Wedepohla a Prangeho a zařazena do tříd jakosti sedimentu podle indexu geoakumulace. Jako pozaďové hodnoty pro výpočet indexu geoakumulace byly využity pozaďové hodnoty podle Turekiana&Wedepohla.
Jak již bylo řečeno, odběry byly provedeny v listopadu 2002, tzn. v období bezprostředně po mimořádné povodni, za zvýšeného vodního stavu, a v květnu 2003 za standardního vodního stavu (krajina však stále výrazně ovlivněná povodněmi).
Zjištěná data z podzimu 2002 jsou všeobecně nižší, než data získaná z podniku Povodí Vltavy a.s. Při měření nebyla nikde zjištěna horší než II. třída jakosti a některé hodnoty se pohybují pod vztažnými hodnotami Turekiana&Wedepohla či Prangeho. II. třída se objevuje 2x u zinku (Strašice pod, Rokycany pod) a u kadmia (Kamenný Újezd, Rokycany pod) a 1x u arsenu (Strašice nad) a olova (Strašice nad). Na ostatních profilech Klabavy i Holoubkovského potoka se objevuje I. a 0. třída jakosti. Zařazení do tříd jakosti sedimentu podle Igeo indexu v listopadu 2002 je v tabulce č. 17.
Při měření v květnu 2003 byly zjištěny koncentrace na úrovni koncentrací zjištěných ve stejném období podnikem Povodí Vltavy a.s. na profilu Rokycany pod. Maximální koncentrace byly zjištěny opět u kadmia, následně mědi a zinku. U kadmia byla zjištěna na profilu Kamenný Újezd třída IV., na profilu Rokycany pod třída III., u zinku (Kamenný Újezd) a mědi (Rokycany pod) třída III. Na dalších profilech nebyla horší než II. třída jakosti sedimentu zjištěna. Na Holoubkovském potoce byla vysledována jen 0.a I. třída jakosti. Zařazení zjištěných koncentrací do tříd jakosti sedimentu v květnu 2003 je v tabulce č. 18. Porovnání koncentrací mědi s pozaďovými hodnotami T&W je v grafu č. 9.
Z tohoto zjištění je zřejmé, že zásadní vliv na znečištění sedimentu měly povodně v srpnu 2002. Vyplavený sediment byl pravděpodobně odnesem dál po toku či do okolní krajiny a nejspíše kontaminoval jiné oblasti (okolní pole, louky) či Berounku.
Zajímavé jsou koncentrace arsenu, u kterého byly na profilu Strašice nad zjištěny výrazně vyšší koncentrace než na dalších profilech. To může být způsobeno vyluhováním z podloží v brdské oblasti nebo antropogenní činností ve VVP Jince.

Shrnutí
Stejně jako u dat z Povodí Vltavy bylo zaznamenáno největší znečištění u kadmia (následně zinku a mědi), a to především v oblasti sídelních uskupení a průmyslových podniků zpracovávajících těžké kovy – mezi Hrádkem a Rokycany. S výjimkou kadmia na profilu Kamenný Újezd (IV.) nebyla vlastními odběry zjištěna žádná varovná kontaminace sedimentu těžkými kovy. To lze nejspíše přisoudit tomu, že byl kontaminovaný sediment pravděpodobně odnesen při povodni v srpnu 2002. Tuto teorii by potvrzovaly i velmi nízké koncentrace zjištěné podnikem Povodí Vltavy a.s. v jediném po povodňovém měření v roce 2003.

Porovnání vztahu mezi zatížením povrchových vod a sedimentů
Vzhledem k dostatečné datové řadě lze porovnat výsledky zjištěné hodnocením koncentrací těžkých kovů ve vodě a v sedimentu. Při hodnocení je však nutno brát v úvahu, že klasifikace jakosti vod má 5 tříd a klasifikace jakosti sedimentu podle Igeo má 6 tříd. Srovnávání výsledků je však velmi zavádějící. U vody rozhoduje o zařazení do třídy charakteristická hodnota (druhá nejvyšší hodnota) za celý rok, ale u sedimentů řadí do třídy profil jen jediné měření.
U některých ukazatelů se dají vysledovat shodné trendy u koncentrací těžkých kovů. Například vývoje koncentrací kadmia během let 1997 – 2003 spolu dokonale korespondují. Nejvyšší třídy jakosti lze vypozorovat ve stejném období i na shodných profilech. Naopak u olova se výsledky rozcházejí například v roce 2001. Ve vodě byla naměřena až IV. jakostní třída, kdežto v sedimentech jen třída II., což vzhledem k rozdílné stupnici lze považovat za rozdílné výsledky.
Dalším kovem, u kterého se výsledky částečně rozcházejí je nikl. Nejeedná se však o zásadní rozdíly, neboť koncentrace niklu jsou v povodí všeobecně nízké. Sledováním ve vodě byl několik let řazen do horší skupiny než v sedimentu. U rtuti ve vodě se koncentrace většinou pohybují pod mezí detekce, naproti tomu v sedimentu se dostala do 0. třídy za celé měřené období jen v roce 2001. Výsledky mědi, zinku a chrómu se zásadně neliší.

nahoru

Závěr

V magisterské práci: „Jakost vody a specifické znečištění sedimentu v povodí Klabavy“ bylo pomocí dat poskytnutých podnikem Povodí Vltavy a dat získaných vlastními odběry charakterizováno znečištění vody a specifické znečištění sedimentu v povodí Klabavy. Součástí práce je i vyhodnocení hlavních bodových zdrojů znečištění, jelikož jejich vliv je především u specifického znečištění velmi významný. Výhodou při analýzách byly především datové řady na více profilech, díky nímž je možno lokalizovat hlavní oblasti pravděpodobných zdrojů znečištění.
Z vyhodnocení dlouhodobého vývoje jakosti vod vyplývá, že kvalita vody hodnocená chemickými a hydrobiologickými ukazateli se zlepšila především po roce 1995, avšak stav stále nelze považovat za uspokojivý. Zhoršená kvalita vody se vyskytuje výhradně u profilů na středním toku – jedná se o profily v oblasti sídelních a průmyslových seskupení od Hrádku po Rokycany – profily Kamenný Újezd, Rokycany nad a Rokycany pod. Maximum pak většinou přichází na profilu Rokycany pod. U žádného z vybraných ukazatelů nebyla ve třech vybraných letech po roce 1990 vysledována V. třída jakosti – velmi znečištěná voda. Klasifikace silně znečištěná voda - IV. třída jakosti se však objevila hned u několika ukazatelů - BSK5, TOC, Pcelk., CHSKMn, což lze považovat za varovné. V několika případech se objevuje III. třída i na profilu VD Klabava a pod lomem Ejpovice.
Ve vyhodnocení ukazatelů, monitorujících především plošné zdroje znečištění, se výrazně projevil charakter povodí. Povodí Klabavy je specifické tím, že zemědělská půda zabírá jen necelou 1/3 plochy povodí a že jeho horní tok protéká výhradně zalesněným územím VVP Jince. První zemědělské zátěže tak přijímá až na 15 km svého toku. To se projevuje především v nízké zatíženosti toku ukazatelem N-NO3 a nerozpuštěnými látkami.
V sídelní a průmyslové oblasti mezi profily  Kamenný Újezd – Rokycany pod bylo dále zjištěno výrazné znečištění těžkými kovy. Největším problémem jsou jednoznačně koncentrace kadmia, následované zinkem. Koncentrace kadmia řadí tok po většinu let na obou profilech v Rokycanech do V. (případně IV.) jakostní třídy. Překvapivě se především u kadmia a arsenu objevily zvýšené kontaminace i na profilu Strašice nad, který leží bezprostředně pod výtokem Klabavy z brdských lesů na území VVP Jince.
Z vyhodnocení dat o znečištění sedimentu vyplývá, že stav zatížení sedimentu těžkými kovy se během sledovaného vývoje nijak výrazně nemění. Stejně jako u analýzy jakosti vody je u sedimentu největším problémem mezi těžkými kovy znečištění kadmiem (následované zinkem a mědí). Mezi postiženými profily dominují profily v oblasti sídelních uskupení a průmyslových podniků zpracovávajících těžké kovy – mezi Hrádkem a Rokycany. Především z dat Povodí Vltavy s.p. je zřejmé, že znečištění sedimentu těžkými kovy je v této oblasti kritické, neboť dosahuje nejvyšších tříd jakosti sedimentu vyhodnocených podle indexu geoakumulace.
V oblasti rokycanských profilů byly zjištěny i maximální koncentrace specifických organických látek, hodnocené ukazateli Suma PCB -  Delor a Suma PCB.
Vlastní odběry sedimentu byly provedeny v listopadu 2002 a květnu 2003. To znamená, že oba odběry byly provedeny až po mimořádné povodni v srpnu 2002. Je pravděpodobné, že kontaminovaný sediment byl při povodni odnesen. Právě tomu lze pravděpodobně přisoudit fakt, že s výjimkou kadmia na profilu Kamenný Újezd (IV.), nebyla vlastními odběry zjištěna žádná varovná kontaminace sedimentu těžkými kovy. Tuto teorii potvrzují i velmi nízké koncentrace zjištěné podnikem Povodí Vltavy v jediném po povodňovém měření v roce 2003.
Z výsledků můžeme jednoznačně určit za oblast hlavních zdrojů znečištění část toku mezi Hrádkem a Rokycany. Pravděpodobnými původci znečištění těžkými kovy jsou průmyslové podniky Železárny Hrádek a Kovohutě Rokycany, které těžké kovy zpracovávají.
Z vyhodnocení bodových zdrojů znečištění je zřejmé, že největším producentem znečištění v povodí Klabavy je jednoznačně VOSS Sokolov Rokycany ČOV. Příčinou je nepochybně značná koncentrace obyvatelstva, průmyslové výroby, služeb a jiných aktivit v městě Rokycany, čemuž neodpovídá kapacita čistírny. Po dokončené rekonstrukci se však předpokládá se, že by mělo dojít ke snížení vypouštěných zátěží do vodního toku. Projevy modernizace však nebylo možné, vzhledem k jejímu časovému rozložení, v této práci postihnout.
I přesto, že se díky výstavbám a modernizacím čistíren odpadních vod a poklesu průmyslové výroby v celé ČR, stav jakosti vody v povodí Klabavy zlepšuje, zůstává zde ještě mnoho nedořešených otázek a úkolů. Těmi jsou v povodí především kritické koncentrace těžkých kovů, jak ve vodě tak i v sedimentu. Zda se stav znečištění sedimentu po roce 2002 zlepšil, či zda se potvrdí teorie o odnosu kontaminovaného sedimentu dál do povodí ukáže teprve čas.

nahoru


Literatura

nahoru