Říční ekosystémy Z4825 10. Vodohospodářské strategie, hodnocení stavu vod Mgr. Karel Brabec, Ph.D. brabec@sci.muni.cz SYLABUS 1. Fluviální struktury a procesy, říční síť a krajina, fyzikální charakteristiky 2. Chemické charakteristiky, cykly látek 3. Sedimenty, hydraulické faktory, typy substrátu, organická hmota a procesy 4. Říční biota – mikroorganismy, řasy, makrofyta, produkce a dekompozice 5. Říční biota – bezobratlí živočichové 6. Říční biota – ryby a další obratlovci 7. Potravní sítě, toky látek a energie 8. Regulace a morfologická degradace vodních toků 9. Znečištění vodních toků a kombinace stresorů 10. Vodohospodářské strategie, hodnocení stavu vod 11. Ochrana a revitalizace říčních ekosystémů 12. Případové studie 13. Exkurze: regulovaný tok v městské krajině MANAGEMENT VODNÍCH TOKŮ • regulace toků a údržba struktur • protipovodňová ochrana • zajištění vody pro hydroelektrárny, pitná voda, zavlažování, chlazení, průmysl, odpadní vody • splaveninový režim • množství a kvalita vody • ochrana vodních ekosystémů OCHRANA VODNÍCH EKOSYSTÉMŮ ochrana = stanovení stavu + vyhodnocení odchylky od referenčního stavu + stanovení příčin degradace a návrhy nápravy + vyhodnocení účinků opatření RÁMCOVÁ SMĚRNICE O VODÁCH Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES • kvalita vody → ekologický stav ekosystému • větší význam biologických indikátorů • kategorizace stresorů • typologie vodních útvarů • zavádění vědeckých poznatků do praxe rutinního monitoringu ČESKÁ REPUBLIKA • Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES ze dne 23. října 2000, kterou se stanoví rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky (Rámcová směrnice) • hodnocení stavu vodních útvarů jako součást plánů povodí (6-ti leté cykly) • zákon č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů (tzv. vodní zákon) • výsledky hodnocení jsou následně zásadním podkladem pro návrh programu opatření na zlepšení stavu vod a dalších aktivit v oblasti výkonu vodohospodářských činností na úrovni České republiky i dílčích povodí • § 4 vyhláška č. 98/2011 Sb., o způsobu hodnocení stavu útvarů povrchových vod, způsobu hodnocení ekologického potenciálu silně ovlivněných a umělých útvarů povrchových vod a náležitostech programů zjišťování a hodnocení stavu povrchových vod, ve znění pozdějších předpisů • útvarů povrchových vod vyhodnocen jednou za tři roky (pro II. plánovací období = 2010-2012) • proces plánování v oblasti vod je navržen na období 2004 – 2027 • dělení na 3 plánovací období: I. 2009 – 2015 (2004-2009), II. 2015 – 2021 (2009-2015), III. 2021 – 2027 (2015-2021) • plány povodí: http://pop.pmo.cz/download/web_PDP_Dyje_kraje/index.html ČESKÁ REPUBLIKA • certifikované metodické postupy a certifikované metodiky schválené Odborem ochrany vod MŽP, (www.mzp.cz/cz/metodiky_hodnoceni_stavu_vod) ČESKÁ REPUBLIKA – VODNÍ ÚTVARY ČESKÁ REPUBLIKA – VODNÍ ÚTVARY určení umělých a silně ovlivněných vodních útvarů ČESKÁ REPUBLIKA – VODNÍ ÚTVARY „uznatelná užívání“ (v jejichž souvislosti byly provedeny významné změny v hydromorfologii) 1. zásobování pitnou vodou 2. závlahy 3. výroba elektrické energie 4. rekreace v rámci vodních útvarů v kategorii jezero 5. ochrana intravilánu před povodněmi 6. trvalé rozvojové činnosti člověka: chov ryb v rámci vodních útvarů v kategorii jezero a odběry vod pro průmysl 7. plavba v rámci vodních útvarů v kategorii řeka, které jsou vymezeny jako vodní cesty dopravně významné využívané 8. širší okolí, tzn., ve zvláštních případech je třeba zvažovat přírodní, kulturní nebo historické hodnoty (např. archeologické naleziště, technická památka, chráněné území s výskytem ohrožených druhů organismů), tyto případy by měly být posuzovány individuálně ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (LANGHAMMER) typologie vodních útvarů (Langhammer a kol., 2009) ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Obr. 1. Topologie zájmového území: digitální model terénu, síť vodních útvarů v kategorii řeka a vymezení úseků vodních toků v podobě povodí 4. řádu dle Strahlera ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Tab. 1. Prahové hodnoty kategorií pro vybrané parametry nadmořská výška, sinuosita a sklon údolí a jejich označení používané při popisu typů (upraveno z [20]) ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Obr. 2. Ověření vzájemných vazeb mezi proměnnými pomocí metody aglomerativního hierarchického shlukování (upraveno z [20]) ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Tab. 2. Zastoupení typů vodních toků na celkové délce posuzovaných úseků vodních toků v rámci území celé České republiky, v rámci jednotlivých geomorfologických jednotek a v rámci velkých řek (7.–9. řádu dle Strahlera) ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Obr. 5. Typy vodních toků stanovené pro úseky vodních útvarů v kategorii řeka na základě kombinace parametrů nadmořská výška, sinuosita a sklon údolí včetně zohlednění litologie, řádu toku a nejbližšího neupraveného typu ČESKÁ REPUBLIKA – TYPOLOGIE (KUJANOVÁ & MATOUŠKOVÁ) Kujanová K., Matoušková M., Kliment Z., 2016. Hydromorphological parameters of natural channel behavior in conditions of the Hercynian System and the flysch belt of the Western Carpathians on the territory of the Czech Republic. Geomorphology 258, 69–81. Kujanová, K., Matoušková, M., 2017. Typy vodních toků na území České republiky z pohledu hydromorfologie. Vodní hospodářství 67/12, 2–6. ČESKÁ REPUBLIKA – REFERENČNÍ PODMÍNKY • měřením jednotlivých prvků na referenčních lokalitách • hydromorfologické referenční podmínky • při nedostupnosti vhodných lokalit možné využít paleorekonstrukce (mapy, data) nebo expertního odhadu Základní hydromorfologická kritéria pro referenční podmínky • charakter břehu a dna • půdorysný tvar toku a říční profil • boční průchodnost a volnost bočního pohybu • volný průtok vody a sedimentu korytem (34 % vliv nádrží, 62 % vliv nádrže nebo soustavy rybníků) • vegetace v příbřežní zóně (přirozený břehový porost odpovídající říčnímu typu a zeměpisné poloze toku) ČESKÁ REPUBLIKA – MONITORING situační (surveilance) provozní (operational) průzkumný (investigative) četnost pro situační monitoring ČESKÁ REPUBLIKA – MONITORING situační (surveilance) – hodnotí stav na začátku a konci zvoleného období; jeho cílem je postihnout základní stav kvality vod ve sledovaném vodním útvaru prováděný jen na hlavních vybraných profilech, je co do rozsahu ukazatelů nejobsáhlejší, protože musí poskytovat dostatečný přehled o všech metodikou zadaných ukazatelích a biologických složkách, aby tak bylo umožněno souhrnné zhodnocení vymezeného povodí provozní (operational) – průběžně hodnotí na zvolených stanicích vybrané parametry na rozdíl od situačního je prováděn v podstatně větší hustotě v každém VÚ a zahrnuje sledování parametrů chemického a ekologického stavu/potenciálu povrchových vod tak, aby poskytoval maximum rozhodujících podkladů pro hodnocení a pro sledování vlivů způsobujících rizikovost vodních útvarů a aby poskytoval dostatečné informace pro posuzování změn stavu znečištění vodních toků, včetně identifikace jakéhokoliv významného vzestupného trendu koncentrací znečišťujících látek průzkumný (investigative) – řeší dílčí specifické otázky a má převážně výzkumný charakter uplatňuje se v případech, vyskytují-li se ve vodních útvarech mimořádné jevy a nejsou-li známy jejich příčiny. Průzkumný monitoring je tedy prováděn podle potřeby a je ze své podstaty proměnlivý. ČESKÁ REPUBLIKA – HODNOCENÍ Odpovídají zjištěné hodnoty biologických složek referenčním podmínkám? Odchylují se zjištěné hodnoty biologických složek jen mírně od hodnot pro referenční podmínky? Odpovídají fyzikálně chemické podmínky velmi dobrému stavu? Odpovídají hydro- morfologické podmínky velmi dobrému stavu? Klasifikováno jako velmi dobrý stav Zjištěné hodnoty fyzikálně chemických složek a) zaručují dobrou funkci ekosystému, b) odpovídají EQS pro specifické polutanty? Klasifikováno jako dobrý stav Klasifikace podle odchylky biologických složek od referenčních podmínek Je možné považovat odchylku za střední? Je možné považovat odchylku za velkou? Klasifikováno jako střední stav Klasifikováno jako poškozený stav Klasifikováno jako zničený stav ANO ANO ANO ANO ANO ANO ANOANO NE NE NE NENE Je větší Je větší ČESKÁ REPUBLIKA – HODNOCENÍ (MAKROZOOBENTOS) • multimetrický systém (zahrnující i výstup predikčního systému) • v souladu s CEN/TR 16151:2011 Water quality – Guidance on the design of Multimetric Indices • specifické nastavení pro jednotlivé typy toků a roční období (jaro, podzim) ČESKÁ REPUBLIKA – HODNOCENÍ (MAKROZOOBENTOS) • nastavení vah pro jednotlivé metriky ČESKÁ REPUBLIKA – HODNOCENÍ (MAKROZOOBENTOS) ČESKÁ REPUBLIKA – HODNOCENÍ - INDIKÁTORY ASPT index (BMWP – BioMonitoring Working Party) HODNOCENÍ - INDIKÁTORY • saprobní systém • biotické indexy (ASPT, Trent Biotic Index) • indexy diverzity • funkční charakteristiky (species traits) • poměrové indexy (Gammarus : Asellus) • vícerozměrné metody (RIVPACS) ČESKÁ REPUBLIKA – PREDIKČNÍ SYSTÉM • založený na principech britského systému RIVPACS • podkladová databáze referenčních lokalit • predikce složení společenstev na základě parametrů prostředí (shluková a diskriminační analýza, pravděpodobnost výskytu taxonu na lokalitě) • vzdálenost od pramene, nadmořská výška, zeměpisná šířka, zeměpisná délka, spád toku, plocha povodí, řád toku Strahler 1:10 000 • pro hodnocenou lokalitu vypočtena podobnost pozorovaného a predikovaného složení společenstva (index B) • do výpočtu B jsou zahrnuty pouze taxony jejichž očekávaná pravděpodobnost výskytu na hodnocené lokalitě (P) je větší než zvolený limit (L) – např. 50 % PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ • plánování v oblasti vod ve smyslu § 23 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách (harmonizace veřejných zájmů) • ochrany vod jako složky životního prostředí • snížení nepříznivých účinků povodní a sucha • trvale udržitelného užívání vodních zdrojů a hospodaření s vodami pro zajištění požadavků na vodohospodářské služby, zejména pro účely zásobování pitnou vodou • hodnocení stavu povrchových a podzemních vod za současných podmínek • program opatření • Povodí Moravy – Dyje (www.pmo.cz/pop/2009/dyje/end/index.html) http://pop.pmo.cz/download/web_PDP_Dyje_kraje/index.html SCHÉMA HODNOCENÍ STAVU VODNÍCH ÚTVARŮ PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – CHEMICKÝ STAV (KOVY) PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ - MAKROZOOBENTOS PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – EKOLOGICKÝ STAV PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – STAV VODNÍCH ÚTVARŮ (CELKOVÝ) PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – OPATŘENÍ - HYDROMORFOLOGIE PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – OPATŘENÍ – PLOŠNÉ ZDROJE - PESTICIDY EKOLOGICKÝ STAV - MAKROZOOBENTOS EKOLOGICKÝ STAV - MAKROFYTA ČESKÁ REPUBLIKA PROVOZNÍ MONITORING 2013-2018 http://pop.pmo.cz/download/web_ PDP_Dyje_kraje/index.html CHEMICKÝ STAV (2016) EKOLOGICKÝ STAV/POTENCIÁL POVODŇOVÁ RIZIKA NÁVRHY OPATŘENÍ - REVITALIZACE ČESKÁ REPUBLIKA ČESKÁ REPUBLIKA • více než 90 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ byla v hodnoceném období 2013–2015 v nevyhovujícím celkovém stavu ČESKÁ REPUBLIKA ČESKÁ REPUBLIKA • klíčovými parametry nebo složkami, které jsou určující pro zařazení tvarů kategorie „řeka“ do středního a horšího stavu jsou makrozoobentos a fytobentos a ze všeobecných fyzikálně-chemických složek jsou to celkový fosfor, dusičnanový a amoniakální dusík • nejvyšší procento překročení NEK u útvarů kategorie „řeka“ bylo zaznamenáno v případě specifických znečišťujících látek u parametrů – AOX, metabolity alachloru, bisfenol A, fenantren a malathion • ekologický stav/potenciál útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ dosahoval středního a horšího stavu/potenciálu u více než 86 % útvarů ČESKÁ REPUBLIKA • nejproblematičtějšími parametry v rámci hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ byly v hodnoceném období 2013–2015 ukazatele ze skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků – fluoranthen, benzo(a)pyren, benzo(ghi)perylen, benzo(b)fluoranthen a benzo(k)fluoranthen • 64 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ bylo v dobrém chemickém stavu a 36 % vykazovalo nedosažení dobrého stavu • data ukládána v systému IS ARROW (http://hydro.chmi.cz/isarrow/) • v nevyhovujícím stavu je asi 91 % útvarů kategorie „řeka“ • nevyhovující stav je většinou způsoben výsledky hodnocení ekologického stavu/potenciálu KOMBINACE STRESORŮ NĚMECKO • v roce 2015 jen 7 % toků v Německu dosahovalo alespoň dobrého ekologického stavu nebo potenciálu (požadavek WFD do roku 2015) • dalším termínem je rok 2027 • přijatá opatření vyžadují více času než se projeví jejich účinek; další opatření je třeba učinit • při srovnání 2010 a 2015 poklesl počet zničeného a poškozeného stavu (narostl počet středního stavu) https://www.umweltbundesamt.de/en/indicator- ecological-status-of-rivers#textpart-1 USA • Index of Biological Integrity (Karr, 1981) • nejprve ryby, pak bezobratlí • indikace kombinovaného stresu • National Aquatic Resource Surveys www.epa.gov/national-aquatic-resource- surveys/indicators-used-national-aquatic-resource-surveys