DWARF

Pitná voda – připravenost na budoucnost

Projekt Pitná voda - připravenost na budoucnost je podporován vice než 1 mil. € z Norských fondů prostřednictvím Technologické Agentury České Republiky.

Zvyšující se množství rozpuštěných organických látek (DOM) je pro úpravny pitné vody velkou výzvou. Povrchová voda je zdrojem více než 50 % pitné vody v České republice. V Jihočeském kraji povrchová voda zajišťuje pitnou vodu pro více než 350 tisíc obyvatel z vodárenských nádrží a řeky Otavy. Povodí těchto zdrojů budou charakterizována s ohledem na zdroje DOM a jejich časovou a prostorovou proměnlivost, výsledkem bude mapa zdrojů DOM s predikcí budoucího vývoje. Bude vypracována metodika řízení odtoku z vodárenských nádrží s cílem minimalizovat vliv povodňových událostí se zvýšenou koncentrací DOM na kvalitu surové vody. Bude navázána spolupráce mezi správci povodí, výrobci pitné vody a českými a norskými výzkumnými partnery.

Projekt

Concentrations of dissolved organic matter (DOM) are increasing in surface waters and the water is becoming more coloured (browning). This poses large challenges for drinking water treatment plants (DWTP) using surface water as raw water sources. This project is building on insights gained from a previous Nordic project (NOMiNOR) on browning of waters and its impact on water treatment. The project proposal applies those insights to a case study in the Czech Republic and at the same time contextualises and enhances our knowledge on the topic.

Koncentrace rozpuštěných organických látek (DOM) v povrchových vodách se zvyšuje a voda se více zabarvuje (hnědne). To představuje velký problém pro úpravny pitné vody (ÚPV), které používají povrchovou vodu jako zdroj surové vody. Tento projekt vychází z poznatků získaných v rámci předchozího skandinávského projektu (NOMiNOR) o hnědnutí vod a jeho dopadu na úpravu vody. Návrh projektu aplikuje tyto poznatky na případovou studii v České republice a zároveň uvádí do souvislosti a rozšiřuje naše znalosti o tomto tématu.

Dva hlavní cíle projektu jsou:

1) Posílit koncepční chápání souvislostí mezi řídícími faktory množství a vlastností DOM ve zdrojích surové vody pro úpravny pitné vody a

2) zvýšit úroveň znalostí a kompetencí v oblasti upravitelnosti DOM, optimálního odstraňování DOM při úpravě vody a kontroly DOM během úpravy a distribuce vody.

To achieve these objectives, we need to unravel the concurrent governing factors for temporal and spatial differences between the amount and physicochemical characteristics of the raw water. This will be achieved through multivariate statistical analysis comparing climate and catchment information with data of water chemistry and DOM characteristics from monitoring and comprehensive characterization of raw and treated water samples. Main catchment characteristics are vegetation, land use, geology and soil type/morphology. Raw water samples from surface waters used for preparation of drinking water will be collected during winter, spring, summer and autumn periods, as well as during episodes of different flow regimes.

Abychom těchto cílů dosáhli, musíme odhalit souběžné faktory, které určují časové a prostorové rozdíly mezi množstvím a fyzikálně-chemickými vlastnostmi surové vody. Toho bude dosaženo pomocí vícerozměrné statistické analýzy porovnávající informace o klimatu a povodí s údaji o chemismu vody a charakteristikách DOM z monitorování a komplexní charakterizace vzorků surové a upravené vody. Hlavními charakteristikami povodí jsou vegetace, využití půdy, geologie a typ/morfologie půdy. Vzorky surové vody z povrchových vod používaných pro přípravu pitné vody budou odebírány v zimním, jarním, letním a podzimním období a také v epizodách různých průtokových režimů.

Realizované výsledky

Relationships between a catchment-scale forest disturbance index, time delays, and chemical properties of surface water. Susanne I. Schmidt, Josef Hejzlar, Jiří Kopáček, Ma. Cristina Paule-Mercado, Petr Porcal, Yuliya Vystavna, Ecological Indicators 125 (2021), 107558

Narušení lesních porostů ovlivňuje množství a kvalitu vody odtékající z povodí, ale toto narušení nelze snadno přímo měřit a kvantifikovat. Dvěma hlavními možnostmi jsou přímé sčítání stromů a použití satelitních snímků, z nichž se vypočítávají indexy narušení lesa. Problémem první možnosti je její časová náročnost. Abychom tento problém překonali, použili jsme infračervený (IR) index pro povodí horského lesa s převahou smrku (Picea abies), ověřený sčítáním stromů, jako prediktor v regresním modelování pro posouzení reakce chemických vlastností vody na narušení. To nám umožnilo kvantifikovat časové zpoždění, s nímž chemické sloučeniny v povrchových vodách reagují na narušení. Výsledky ukázaly, že existuje nevýznamná korelace mezi koncentrací rozpuštěného organického uhlíku (DOC) a indexem narušení z téhož roku, kdy k narušení došlo (R2 = 0,02; p = 0,27), ale korelace se postupně zlepšovaly a stávaly se významnějšími, přičemž nejsilnější byla korelace po 6 letech od poškození lesa (R2 = 0,69; p ≤ 0,001). Významná časová zpoždění, s nimiž ostatní sloučeniny reagovaly na poškození lesa, se pohybovala od 0 let (NO3-N, celkový dusík, Ca2+, Mg2+, labilní hliník) do 5 let (celkový organický dusík). Naše výsledky naznačují potenciální využití takového indexu pro predikci změn kvality vody v narušených oblastech horských lesů.

Forest damage and subsequent recovery alter the water composition in mountain lake catchments

Poškození lesa hmyzem má přímý vliv na samotné stromy, ale nepřímo ovlivňuje i kvalitu vody prostřednictvím půdních procesů. Změny ve složení vody mohou procházet různými cestami v závislosti na specifických vlastnostech lokality a složkách lesa, zejména na podílu jehličnatých a listnatých stromů. V této práci testujeme, zda změny v lesních složkách a intenzita narušení mohou předpovídat chemické vlastnosti odtoku vody z postižených jezerních povodí. Informace o obnově lesa (fáze s převahou listnatých stromů) a podílu poškozených a zdravých jehličnatých stromů a bezlesí byly získány ze satelitních dat. Čtyři studovaná povodí Prášilského, Laka, Plešného a Čertova jezera jsou si geograficky blízká a nacházejí se ve stejném pohoří (Šumava, Česká republika) v podobné nadmořské výšce, ale liší se rozsahem narušení a obnovy lesa. Kvalita vody měřená na odtoku z povodí jezera se lišila a lépe odrážela vývoj lesních složek a zdravotního stavu než meteorologické (teplota a srážky) nebo hydrologické (odtok) veličiny. Některé vlastnosti odtoku (koncentrace anorganického hliníku, protonů, draslíku, vápníku, hořčíku, alkalita, rozpuštěný organický uhlík (DOC), dusičnany a celkový fosfor) reagovaly na narušení lesních porostů specificky pro povodí a s různým zpožděním. Nejvýraznější rozdíly se projevily v koncentracích DOC, které se začaly zvyšovat v nejvíce narušených povodích Plešné a Laka 7, resp. 6 let po vrcholu odumírání stromů, ale výrazněji se nezvýšily v povodí Prášilském, které bylo v posledních 3-4 desetiletích narušeno několikrát. Tato studie ukazuje význam rozsahu narušení lesa, následných změn ve složení lesa a specifických charakteristik povodí na složení vody.

Nutrient dynamics in temperate European catchments of different land use under changing climate

Naše studie zdůrazňuje, že současná změna klimatu a související hydrologické změny, jako je pokles průtoku, hrají důležitou roli v přenosu a dynamice živin v povodí. Zjistili jsme, že vzhledem k různému původu a cestám měly jednotlivé živiny v tocích různorodé vzorce chování a reagovaly na měnící se klima odlišně. Hydrologické vzorce v tocích se staly zřetelnými při použití systematického a nepřetržitého monitorování v podmínkách měnícího se klimatu, což zdůraznilo potřebu takových údajů pro lepší pochopení vlivu hydrologických faktorů, zejména pro dlouhodobou dynamiku. Ve třech studovaných povodích vykazoval průtok v tocích klesající trend v souladu s rostoucí teplotou vzduchu, klesající sněhovou pokrývkou a rostoucí evapotranspirací. Analýzy časových řad koncentrací dusičnanů odhalily klesající trendy, zatímco rozpuštěný organický uhlík se ve všech povodích bez ohledu na využití půdy zvýšil. Dlouhodobé trendy koncentrací celkového fosforu byly v antropogenně ovlivněných tocích pozitivní. Stabilní izotopy dusičnanů poukázaly na odlišné zdroje a procesy dusičnanů, ale také na jejich sezónnost ve vztahu k hydrologickým vzorcům a využití půdy.

Distinguishing between Sources of Natural Dissolved Organic Matter (DOM) Based on Its Characteristics

Zvyšující se obsah rozpuštěné organické hmoty (DOM) ve vodních tocích na severní polokouli je způsoben zejména snížením kyselých dešťů, změnou klimatu a změnami v zemědělských postupech. Jejich dopady se však liší v čase i prostoru. Abychom mohli předpovědět, jak DOM reaguje na změny environmentálních tlaků, musíme rozlišovat mezi alochtonními a autochtonními zdroji a také identifikovat antropogenní DOM. V této studii rozlišujeme alochtonní, autochtonní a antropogenní zdroje DOM v rozmanité síti vodních toků na základě posouzení vlivu půdního pokryvu na kvalitu vody a s využitím nástrojů pro charakterizaci DOM. Hlavními zdroji DOM ve studované lokalitě jsou lesy vypouštějící alochtonní huminový DOM, autochtonní fulvo DOM a splachy z městských lokalit a rybích farem s vysokým obsahem antropogenního DOM bohatého na bílkoviny. Specifická UV absorbance (sUVa) odlišuje alochtonní DOM od autochtonního a antropogenního DOM. Antropogenní DOM se od autochtonního fulvo DOM liší tím, že obsahuje zvýšené množství bílkovinného materiálu. DOM z rybníků se od autochtonního a odpadního DOM liší vysokou hodnotou sUVa. Charakteristiky DOM jsou tedy cenným nástrojem pro odlišení různých zdrojů DOM, což umožňuje správcům vodních zdrojů identifikovat antropogenní zdroje DOM a předpovídat budoucí trendy v DOM. Článek popisuje charakteristiku rozpuštěných organických látek a jejich původ v povodí řeky Otavy.

The technological development of drinking water treatment plants in the Czech Republic

Kvalitu pitné vody ovlivňuje několik subjektů, ale rozhodující roli při zajišťování souladu kvality vody s veřejnými předpisy hrají úpravny pitné vody. V procesu úpravy vody se kombinuje několik rozvíjejících se technologií. V tomto článku se zabýváme analýzou technologického vývoje úpraven v Jihočeském a Plzeňském kraji České republiky. Empirickým základem je pět různě velkých úpraven a data jsou shromažďována prostřednictvím polostrukturovaných rozhovorů s příslušnými pracovníky uvnitř i vně pěti úpraven. Tato studie identifikuje souhru faktorů, které řídí technologický rozvoj: veřejné regulace, ekonomická kapacita místních vlastníků úpraven, spolu s dotacemi z Evropské unie a národních orgánů, politické priority místních orgánů a znalostní síť. Práce se zabývá procesy učení se-znalostí-změny úpraven, čímž přispívá k našemu chápání rozvoje kompetencí v oblasti výroby pitné vody. Obecně platí, že velké úpravny jsou v zavádění nových technologií na špici, zatímco ty menší zaostávají. Přesto soukromé společnosti provozující malé úpravny jménem obecních vlastníků zajišťují, že i tyto male úpravny jsou součástí širší sítě znalostí, což napomáhá zavádění nezbytné a nákladově efektivní modernizace úpravárenských postupů.

Predicting the dissolved natural organic matter (DNOM) concentration and the specific ultraviolet absorption (sUVa) index in a browning central European stream

Za poslední čtyři desetiletí byl zaznamenán nárůst rozpuštěných přírodních organických látek (DNOM) a barvy, běžně označovaný jako hnědnutí, v mnoha vodních tocích na severní polokouli. Pochopení fluktuací kvality DNOM je předpokladem pro získání přehledu o biogeochemických procesech, které řídí toky DNOM. Takové znalosti jsou také klíčové pro úpravny vody, aby mohly efektivně přizpůsobit své strategie pro odstranění DNOM ze surové vody. Index specifické ultrafialové absorbance (sUVa) byl široce aplikován jako měření pro hodnocení kvality DNOM. Index sUVa je UV absorbance vody normalizovaná na koncentraci DNOM. Použili jsme dlouhodobý soubor dat zahrnující období od roku 2007 do roku 2022, získaný z řeky Malše v Jižních Čechách, k modelování DNOM a indexu sUVa. Použili jsme regresní modely s procesně orientovaným přístupem a také jsme zohlednili vliv změny klimatu. DNOM i index sUVa jsou pozitivně korelovány s teplotou, odtokem a pH a negativně s iontovou silou během studovaného období. Byly použity dva odlišné modelové přístupy, které oba vysvětlují přibližně 40 % variace v indexu sUVa během studovaného období. Na základě mírného měsíčního klimatického scénáře IPCC simulace naznačují, že průměry DNOM i indexu sUVa zůstávají poměrně stabilní, s mírným nárůstem minim v zimním období do roku 2099. Pro DNOM je simulován mírný pokles maxim v letním období, zatímco letní maximum indexu sUVa zůstává stabilní. Tato zjištění naznačují robustní odolnost jak DNOM, tak indexu sUVa vůči očekávaným změnám teploty a odtoku pro řeku Malši v Jižních Čechách.