CORE 121 Voda pro moderní lidskou společnost Tomáš Kuchovský & Adam Říčka Obsah obrázku text, hodiny Popis byl vytvořen automaticky část III. Nevhodný management vodních zdrojů Antropocén •Geologická epocha – člověk významný činitel environmentálních změn Obsah obrázku text, snímek obrazovky, řada/pruh, Vykreslený graf Popis byl vytvořen automaticky Antropocén •vliv člověka na vody na kontinentu i v oceánech (chemismus, biodiverzita) •voda hraje důležitou roli ve všem co produkujeme •za vodu není žádná náhrada •rostoucí spotřeba vody (populační křivka, průmysl, životní úroveň) •voda se stává klíčovým tématem •klimatická změna •do roku 2050 zvýšení populace o 22 až 34 % •rostoucí tlak na management vodních zdrojů http://www.marlborough.govt.nz/Environment/%7E/media/Images/environment/Groundwater/ArtesianWell.as hx?bc=ffffff&w=500&h=284&as=1 http://www.right2water.eu/sites/water/files/Water_EN_1.jpg http://www.aidforafrica.org/wp-content/uploads/2010/07/charity-water-photo1.jpg Management vodních zdrojů Obsah obrázku venku, obloha, voda, krajina Popis byl vytvořen automaticky •Optimální nastavení a rozvoj vodního zdroje za účelem jeho udržitelné využitelnosti •provozní záležitosti opřírodní - hydrogeologické aspekty otechnické - infrastruktura, rozvod vody olegislativní ocenová strategie •plánování strategie dlouhodobé udržitelnosti ostřety zájmů se zemědělstvím, osídlením, těžbou, průmyslem ozměna klimatu Nevhodný management vodních zdrojů Obsah obrázku venku, mrak, obloha, panoráma Popis byl vytvořen automaticky Snižování udržitelného množství a kvality jímaných vod •zanedbaná ochrana tvorby vod oochrana oblasti doplňování PV ostřet zájmů è zemědělství, těžba, průmysl, lidská sídla •nadměrné využívání vodního zdroje Obsah obrázku Grafika, umění, design, kreativita Popis byl vytvořen automaticky se střední mírou spolehlivosti Princip udržitelného množství jímaných vod přítok = odtok Přirozený stav dotace vodních toků a pramenů hladina podzemních vod Výsledek obrázku pro smajlíky Obsah obrázku kreslené, klipart, Grafika, kreativita Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku kreativita, ilustrace Popis byl vytvořen automaticky se střední mírou spolehlivosti Obsah obrázku Grafika, umění, design, kreativita Popis byl vytvořen automaticky se střední mírou spolehlivosti geologické zásoby přítok = = odtok Přirozený stav dotace vodních toků a pramenů hladina podzemních vod Výsledek obrázku pro smajlíky přírodní zdroje Obsah obrázku kreslené, klipart, Grafika, kreativita Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku kreativita, ilustrace Popis byl vytvořen automaticky se střední mírou spolehlivosti Princip udržitelného množství jímaných vod Obsah obrázku Grafika, umění, design, kreativita Popis byl vytvořen automaticky se střední mírou spolehlivosti ? Odběr podzemních vod nepřekročí přítok přítok < odtok snížená dotace vod. toků, oáz hladina podzemních vod Výsledek obrázku pro neutral smile ? Obsah obrázku kreslené, klipart, Grafika, kreativita Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku Dětské kresby, kreativita, ilustrace Popis byl vytvořen automaticky Princip udržitelného množství jímaných vod Obsah obrázku ryba, umění Popis byl vytvořen automaticky Odběr podzemních vod překračuje přítok přítok bez odtoku hladina podzemních vod bez dotace vodních toků, oáz Výsledek obrázku pro sad smile Obsah obrázku kreslené, klipart, Grafika, kreativita Popis byl vytvořen automaticky Nadměrné jímání vod Výsledek obrázku pro physical water scarcity •Fyzický nedostatek vod •pouštní, polopouštní oblasti •oblasti nerovnoměrného rozložení srážek – oblasti monzunu (70-90 % srážek spadne během 3-4 měsíců) •Ekonomický nedostatek vod •nedostatečná infrastruktura – čerpání, čištění, rozvod vody •kontaminovaná voda Nadměrné jímání vod North Africa Příklady nadměrného jímání vod Groundwater (Aquifer) footprint plocha území, potřebná pro udržení spotřeby podzemní vody a závislých ekosystému (přítoky do řek, pramenů, oáz) při rychlosti doplňování podzemních vod (v dané oblasti a čase) Gleeson, T., Wada, Y., Bierkens, M. et al. Water balance of global aquifers revealed by groundwater footprint. Nature 488, 197–200 (2012). https://doi.org/10.1038/nature11295 Obsah obrázku obloha, venku, geologie, Badlands Popis byl vytvořen automaticky Severní Afrika: Egypt, Libye, Súdán, Čad •kolektor z nubijských pískovců, vápenců (křída-miocén) •mocnost 140-230 m •150 000 km3 vody •2 periody intenzivního doplňování: před 38 a 361 tis. let •mimořádný rozvojový potenciál •některé odhady cca až 1 km3/rok nebo neobnovitelný zdroj? •přirozený odtok cca 0,5 km3/rok •odběr >4 km3/rok - Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku obloha, kolo, venku, náklaďák Popis byl vytvořen automaticky Libye •projekt Great Man-Made River (GMMR) •1300 většinou >500 m hlubokých vrtů •světové prvenství onejvětší zavlažovací projekt onejvětší podzemní síť potrubí (2820 km) onejvětší akvadukt •pokrývá 70 % spotřeby sladké vody v Libyi •odběr 2,4 km3/rok - Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku text, mapa, diagram, atlas Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku venku, obloha, území, traktor Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku obloha, venku, rostlina, území Popis byl vytvořen automaticky Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku text, mapa, diagram, Plán Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku vzor, design, umění, kruh Popis byl vytvořen automaticky Egypt •zavlažování na poušti •5. největší světový exportér brambor •dovoz brambor do zemí s podstatně vyššími srážkami (jihovýchodní Asie) - Příklady nadměrného jímání vod Egypt nadměrné čerpání – pokles hladiny podzemních vod - Příklady nadměrného jímání vod Egypt •pokles vydatnosti vrtů •rostoucí mineralizace čerpané vody è intruze mořské vody přírodní režim odběr podzemních vod Příklady nadměrného jímání vod Zavlažování mineralizovanou vodou •salinizace půdy – nabohacení solí – redukce úrodnosti půdy •sodicita půdy – Na nahrazuje Ca a Mg, rozklad jílových částic, ucpání pórů v zemině, redukce propustnosti půdy, tvorba krust na povrchu sodicita půdy zasolení půdy Zvodněný systém severočínských planin (North China plain) •409 000 km2, říční a jezerní sedimenty (kvartér) •hospodářský a populační růst •>300 mil obyvatel silně závislých na tomto zdroji podzemních vod •70 % pitné vody a 70 % vody k zavlažování •několik miliónů jímacích vrtů, odběr >17 km3/rok •odběr několikanásobně převyšuje doplňování: opokles hladiny >1 m/rok ovysychání řek opoklesy terénu ointruze mořské vody osnižování kvality vody, problémy s vysokými koncentracemi fluoru (vulkanické horniny), růst koncentrace dusičnanů Dopad: ztráta vody ve studnách, omezené možnosti doplnění zásob podzemních vod Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku venku, obloha, tráva, krajina Popis byl vytvořen automaticky Zvodněný systém severočínských planin Příklady nadměrného jímání vod iu, J., Cao, G., Zheng, C. (2011). Sustainability of Groundwater Resources in the North China Plain. In: Jones, J. (eds) Sustaining Groundwater Resources. International Year of Planet Earth. Springer, Dordrecht. USA, South Dakota, Wyoming, Nebraska, Colorado, Kansas, Oklahoma, New Mexico, Texas • •prérie středozápadu, semiaridní klima •říční písky, štěrk (pozdní terciér až kvartér) •mocnost až 300 m, hloubka hladiny 30-120 m •objem vody 3 608 km3 •doplnění v období kolem poslední době ledové a dříve •největší zásobárna podzemních vod v USA Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku venku, obloha, tráva, rostlina Popis byl vytvořen automaticky USA, South Dakota, Wyoming, Nebraska, Colorado, Kansas, Oklahoma, New Mexico, Texas •intenzivní využívání od konce II. sv. války •30 % vody používané na zavlažování v USA – 26 km3/rok •od 50. let 20. st. redukce saturované mocnosti o 9 % •pokles hladiny podzemních vod lokálně až o 90 m •pomalu obnovitelný zdroj vody – v případě celého vyprázdnění kolektoru è doplnění při dnešních srážkách za 6 tis. let •zvyšování koncentrace dusičnanů •v tomto století dochází ke zrychlení poklesu (max. rychlost 1,5 m/rok) – v letech 2001-2008 è 32 % celkového poklesu za celé 20. st. •farmáři mohou na svých pozemcích čerpat vodu bez poplatků, nízké náklady na čerpání – levná energie (zemní plyn) •těžba ropy a výstavba ropovodů – riziko kontaminace zvodně • Příklady nadměrného jímání vod USA, Kalifornie - Central Valley •jedna ze zemědělsky nejproduktivnějších oblastí světa •Central Valley zvodněný systém, 52 000 km2 •mezi pobřežním pásmem a pohořím Sierra Nevada •polopouštní oblast – značné kolísání vodnosti řek è využívání podzemních vod •obrovský objem (jura-kvartér) mořských až kontinentálních sedimentů •hlavní kolektor – kontinentální sedimenty – štěrk a písek s polohami prachu a jílu •mocnost 300-1000 m Příklady nadměrného jímání vod USA, Kalifornie - Central Valley •druhý, nejvíce čerpaný systém v USA •1880 hloubení prvních jímacích vrtů – samovolný přetok •po roce 1900 pokles vydatnosti vrtů spojený s klesáním hladiny PV a nutnost zahájení čerpání vody •1930 elektrifikace – využívání podzemních vod pro zavlažování •urychlení poklesu PV •mnoho vrtů vysychá è tisíce akrů zemědělských ploch vysychá •vysychání řek •nutnost výstavby vodních děl na řekách •výrazné poklesy terénu Příklady nadměrného jímání vod Groundwater declines across U.S. South over past decade | NOAA Climate.gov USA, Kalifornie - Central Valley Výrazné poklesy terénu •polohy prachu a jílu místy >50 % celkové mocnosti •tato kombinace je riziková s ohledem na odběr podzemních vod •pokles tlaku vody vede ke kompakci jemnozrnných hornin •riziko setrvačnosti poklesu i po ukončení poklesu hladiny PV (Arizona – vzestup hladin o 30 m, přesto i po desítkách let poklesy terénu) •pokles terénu (80 % poklesů v USA způsobeno odběrem podzemní vody) •ohrožení základů budov, potrubí aj. • • Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku text, snímek obrazovky, řada/pruh, Paralelní Popis byl vytvořen automaticky USA, Kalifornie - Central Valley Výrazné poklesy terénu •poklesy terénu od r. 1920 •pokles až o 9 m •poškození přehrad, zavlažovacích kanálů - ztráta až 20 % vody • Příklady nadměrného jímání vod USA, Kalifornie - Central Valley Příklady nadměrného jímání vod Mexiko City •odběry podzemních vod •115 let klesajícího terénu – celkem až 30 m •od roku 1950 konstantní rychlost poklesu 50 cm/rok Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku venku, obloha, Středověká architektura, Náměstí Popis byl vytvořen automaticky jako měřítko použit hydrogeologický vrt (WP - well pump, WC – well casing) Thajsko – Bangkok odběr podzemních vod - četné jílové polohy r. 1980 – pokles 120 mm/rok odběr 1 m3 podz. vody è ztráta 0,1 m3 objemu horniny Příklady nadměrného jímání vod Thajsko – Bangkok Příklady nadměrného jímání vod Obsah obrázku venku, území, strom, rostlina Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku území, oblečení, dům, osoba Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku venku, voda, vozidlo, řeka Popis byl vytvořen automaticky Indonésie - Jakarta •10 mil. obyvatel (1961 – 3 mil.) •hl. příčina – nadměrný odběr PV •růst populace è výstavba è zatěžování plastických hornin •vzestup mořské hladiny •zatápění Jakarty Příklady nadměrného jímání vod 1982-2010 Nevhodný management vodních zdrojů založený na dobrých úmyslech Bangladéš – kontaminace arzénem •zásoby podzemní vody v sedimentech řeky Gangy •hlubší (anoxické) podzemní vody - vysoké přirozené koncentrace As až 1000 μg/L •limit pro As v Bangladéši 50 μg/L, WHO doporučuje 10 μg/L •As je karcinogenní a toxický (játra, pokožka, ledviny, kardiovaskulární systém) •původ As v redukčním rozpuštění As bohatých oxohydroxidů Fe (původ ve zvětrávání sulfidů) • Obsah obrázku text, mapa, snímek obrazovky, diagram Popis byl vytvořen automaticky Nevhodný management vodních zdrojů založený na dobrých úmyslech Bangladéš – kontaminace arzénem •infikovaná voda – do roku 1970 oblast s nejvyšší dětskou úmrtností •UNICEF a Světová banka investice do miliónů vrtů na podzemní vodu •hloubka vrtů 20 až 200 m – odběr hlubších podzemních vod •v době vrtné kampaně nebyla součástí rozboru vody analýza koncentrací As •v letech 1990-2000 až 77 mil obyvatel vystaveno nadlimitním koncentracím As •nejenom pitná voda, ale i potraviny - zavlažování •ročně cca 42 000/rok úmrtí kvůli As •další vliv na nízkou ekonomickou úroveň země •řešení – odběry PV z ještě větších hloubek – z jiných geologických formací, filtrace As, čištění povrchové vody • Obsah obrázku osoba, oblečení, venku, území Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku osoba, venku, prst, hřebík Popis byl vytvořen automaticky Nevhodný management vodních zdrojů založený na dobrých úmyslech •16 % populace vs. 4 % světových zdrojů sladké kapalné vody •od r. 1960 vládní podpora tzv. zelené revoluce •odběr podzemních vod pro zajištění potravinové bezpečnosti •elektrifikace venkova a dostupnost moderních čerpadel •el. energie pro čerpadla – dotovaná či zcela zdarma Obsah obrázku tráva, venku, rostlina, obloha Popis byl vytvořen automaticky Lekce z Indie – Zelená revoluce: hostina dnes, hladomor zítra Nevhodný management vodních zdrojů založený na dobrých úmyslech •během 50 let počet vrtů stoupl z 1 mil. na 20 mil. è Indie největší uživatel PV (250 km3/rok), poklesy hladiny PV v horní části pánve řeky Gangy – 0,3 m/rok •17 % kolektorů je nadvyužíváno – zejm. s. sz. a j. část Indie •ohrožení životních podmínek, v roce 2035 vyšší populace než Čína •výstižné názvy článků: žíznivá populace, epicentrum světové vodní krize Obsah obrázku území, venku, lidé, skupina Popis byl vytvořen automaticky Lekce z Indie – Zelená revoluce: hostina dnes, hladomor zítra