View
78
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
BILANCE a měření. Zásobování vodou. Spotřeba vody ve světě. S přírůstkem světové populace paralelně vzrůstá spotřeba vody. Od roku 1940 do roku 2006 se spotřeba vody na Zemi zvýšila čtyřikrát. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Zásobování vodou
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 1
Spotřeba vody ve světěSpotřeba vody ve světě
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 2
• S přírůstkem světové populace paralelně vzrůstá spotřeba vody. Od roku 1940 do roku 2006 se spotřeba vody na Zemi zvýšila čtyřikrát.
• Mezi evropskými zeměmi se vodou nejméně šetří ve Velké Británii. Zde činí denní spotřeba vody v přepočtu na obyvatele 343 l. Poměrně vysoká spotřeba je rovněž ve Španělsku, kde denně proteče 265 l vody na obyvatele.
• Ve světě patří mezi největší spotřebitele vody USA a Austrálie, nejméně vody v přepočtu na obyvatele zužitkují v Indii.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 3
Spotřeba vodySpotřeba vody• U obyvatel činí spotřeba vody ve srovnání s rokem 1989 pouhých
55 %. Tento na první pohled pozitivní trend má bohužel ale negativní dopad na kalkulace cen vody.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 4
Cena vodyCena vody
• Cena vody vychází z obecně závazných pravidel, kterými se musí řídit všichni provozovatelé. Výše ceny se může měnit pouze na základě pevně daných předpisů nastavených Ministerstvem financí ČR.
• Způsob stanovení ceny vodného a stočného je přísně podřízen kalkulaci vycházející z Cenového výměru Ministerstva financí ČR pro každý kalendářní rok. Jedná se tedy o cenu věcně usměrňovanou státem.
• ČR na rozdíl od jiných zemí stále naplňuje princip doporučený Světovou zdravotnickou organizací a Světovou bankou, který upozorňuje na to, že ceny vodného a stočného by měly zůstat sociálně únosné. V praxi to znamená, že výdaje domácností za vodu nesmějí překračovat 2 procenta jejich hrubého příjmu.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 5
Tvorba cenyTvorba ceny
• Třemi základními stavebními kameny pro tvorbu ceny vody jsou oprávněné náklady, přiměřený zisk a kalkulační objemy.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 6
Vysvětlení pojmůVysvětlení pojmů• Ekonomickou oprávněnost nákladů určuje Cenový výměr MF ČR,
kde je stanoveno, které náklady mohou být do kalkulačního vzorce započítány a které naopak ne. Z nákladů tvoří největší položku odpisy vodohospodářského majetku (případně nájemné placené vlastníkovi majetku), které tvoří cca 40 % všech nákladů. Z těchto nákladů jsou generovány zdroje na obnovu vodovodů a kanalizací. Další významné položky představují opravy a provozní náklady, především spotřeba elektrické energie, laboratorní práce, chemikálie, poplatky za čerpané množství pitné vody či poplatky za vypouštění odpadních vod.
• Přiměřený zisk slouží společně s odpisy z velké části ke generování zdrojů na obnovu a rozvoj vodohospodářského majetku. Kontrolu nad dodržováním předepsaných postupů provádí stát prostřednictvím příslušného finančního ředitelství. Mimořádná pozornost je věnována tomu, aby plánovaný a skutečně dosažený zisk byl znovu investován do obnovy, čímž je podstatně snižováno riziko poskytování nekvalitních služeb.
• Výslednou výši ceny ovlivňuje celková spotřeba vody.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 7
• V další fázi sehrávají podstatnou roli při určování ceny vodného a stočného vlastníci vodohospodářského majetku, kteří mohou omezit růst ceny a vést provozovatele k dalším úsporným opatřením.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 8
Cena vody v ČR a ve světěCena vody v ČR a ve světě
• Jak vyplývá z přehledu Global Water Intelligence 2009 (GWI), ceny vodného a stočného ve světě stále rostou. Za uplynulý rok nejvíce zdražovalo Rusko, nezměněnou cenovou hladinu dokázalo udržet pouze Japonsko.
• Průměrná cena vodného a stočného ve 266 významných městech světa, sledovaných v rámci průzkumu GWI 2009, činí 1,89 USD/m3.
• Zemí s bezkonkurenčně nejvyšší cenou vody na světě zůstává nadále Dánsko. Sazba za m3 zde po nárůstu ve výši 4,1 % za sledované období činí 8,83 USD.
• V České republice došlo v období od června 2008 do června 2009 k navýšení cen vodného a stočného o 6,4 %. Současná sazba za m3 zde činí 3,18 USD.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 9
Provozní modely českého vodárenstvíProvozní modely českého vodárenství
• V ČR v současnosti odlišujeme čtyři základní typy provozních modelů: oddílný, smíšený, vlastnický a model samostatného provozování.
• V průběhu 90. let probíhala v České Republice transformace vodárenství. Státní vodovody a kanalizace prošly privatizačním procesem a docházelo k postupnému ustálení celého trhu.
• Majetková práva zpočátku přešla na obce a města, které dodnes ve většině případů zůstávají vlastníky infrastruktury. Samotný provoz pak zajišťuje buď sám vlastník, anebo provozovatel na základě uzavřené dlouhodobé smlouvy.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 10
Oddílný model provozováníOddílný model provozování
• Jedná se o nejfrekventovanější variantu provozního modelu v ČR. Celkově tento model pokrývá 67 % trhu. V rámci oddílného modelu provozování bývají uzavírány dlouhodobé smlouvy mezi vlastníkem infrastruktury (veřejným sektorem) a provozovatelem (soukromým sektorem). Jejich vzájemný vztah je upraven uzavřenou smlouvou o provozování vodohospodářské infrastruktury.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 11
Smíšený model provozováníSmíšený model provozování
• Tento model je druhou nejpoužívanější variantou. Infrastruktura je v tomto případě vlastněna i využívána jedním subjektem. V této variantě může mít podíl i soukromý sektor. Smíšený model je uplatňován v 18 % případů.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 12
Vlastnický model provozováníVlastnický model provozování
• Na českém trhu je zastoupen v malé míře (cca 2 %). V rámci tohoto modelu bývá klíčový veřejný sektor jakožto vlastník infrastruktury, který je zároveň stoprocentním majitelem provozní společnosti.
MODEL SAMOSTATNÉHO MODEL SAMOSTATNÉHO PROVOZOVÁNÍPROVOZOVÁNÍTento nejméně využívaný model pokrývá pouze 1 % trhu. Jedná se o situaci, kdy obce a města provozují vodohospodářskou infrastrukturu samostatně na základě rozhodnutí krajského úřadu.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 13
Ostravské vodárny a kanalizace a.s.
• Společnost Ostravské vodárny a kanalizace a.s., vznikla v roce 1992 privatizací tehdejšího státního podniku Severomoravské vodovody a kanalizace bez následných vzájemně vlastnických vztahů. V roce 1993 vstoupila do akciové společnosti francouzská společnost SUEZ, která je dnes majoritním akcionářem. Dalším velkým akcionářem je statutární město Ostrava.
• OVAK zásobuje 316 tisíc obyvatel města Ostravy kvalitní pitnou vodou. 70 % vody je nakupováno od SmVaK Ostrava. Jedná se o vody povrchové, které pochází z přehrad Moravskoslezského kraje. Zbývajících 30 % pokrývá vlastní výroba z podzemních zdrojů nacházejících se v oblasti města Ostravy. Roční produkce pitné vody z podzemních zdrojů se pohybuje okolo 8 mil. m3 vody.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. Zásobování vodou 14
Vodní zdrojeVodní zdroje• Vodním zdrojem jsou povrchové a podzemní vody, které jsou využívány,
nebo mohou být využívány pro uspokojení potřeb člověka, zejména pro pitné účely (§ 2 254/2001Sb.)
• Zdroje podzemní vody jsou přednostně vyhrazeny pro zásobování obyvatelstva pitnou vodou a pro účely, pro které je použití pitné vody stanoveno zvláštním právním předpisem.
• K jiným účelům může vodoprávní úřad povolit použití podzemní vody, jen není-li to na úkor uspokojování uvedených potřeb (§29 254/2001Sb.)
• Zdroje podzemní vody jsou dynamickou (obnovitelnou) složkou, vyjádřenou v jednotkách objemového průtoku. Sestávají se ze zdrojů: – Přírodních - průtok podzemní vody daným zvodněným systémem.
Kvantitativně se určuje jako dlouhodobý roční průměr.
– Indukovaných - množství podzemní vody, které přitéká do zvodněného systému během jeho využívání v důsledku změn vyvolaných tímto využíváním na hranicích zvodněného systému. Indukované zdroje podzemní vody vznikají např. jako důsledek přemístění hydrogeologické rozvodnice, břehovou infiltrací, v důsledku přetékání z jiných zvodní, umělým obohacováním podzemních vod atd. Jejich velikost je časově proměnná v závislosti na intenzitě využívání.
– Umělých
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 15
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 16
Vodní zdrojeVodní zdroje
• Pro zásobování vodou mohou být využity povrchové i podzemní vody. Výhodou povrchových vod je snadné jímání a množství, které značně převyšuje zásoby podzemních vod.
• Surovinu z těchto zdrojů pro výrobu pitné vody nazýváme neupravená surová voda.
• Jejich nevýhodou je zhoršující se kvalita a nákladná úprava na pitnou vodu.
• Zásobovaná oblast – oblast, kde rozvodná síť zásobuje vodou více jak 50 obyvatel.
• Individuální zdroj pitné vody – vyprodukuje do 10 m3 vody za den; uspokojí 50 obyvatel.
• Pitnou vodu dnes a denně používáme ze stejného zdroje. Ať se jedná o vodu ze studny nebo z veřejného vodovodu, jsme jí denně ovlivňováni. Tím je umocněn význam i velmi nízkých koncentrací škodlivin, z nichž některé se v těle kumulují (arzen, kadmium, olovo), jiné působí pozdně a bezprahově (specifické organické látky jako benzen, vinylchlorid, tetrachlorethen a další).
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 17
Schéma zásobování vodouSchéma zásobování vodou
Nádrž ŘekaStudna -
vrt
Vodní zdroj Úpravna Akumulace (vodojem)
SpotřebištěDoprava surové vody Přiváděcí řad Zásobovací řad
Rozvodná síť
Jímání vody
Úprava vody
Akumulace a doprava
Distribuce
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 18
Vodní zdrojeVodní zdroje• Mezi faktory, které je třeba brát v úvahu při posuzování
vodních zdrojů, patří především – územní nerovnoměrnost vodních zdrojů a– časová nerovnoměrnost výskytu vody
• Pouze necelých 0,1 % vody na celé planetě je snadno použitelná pro lidskou potřebu.
• Speciální vodárenské nádrže jsou vodní díla vybudována za účelem akumulace vhodné pitné vody. Jsou tedy budovány v místech, kde jsou pouze kvalitní přítoky do takové nádrže a kde nehrozí znečištění vody v nádrži činností člověka. Každá vodárenská nádrž má rozsáhlé ochranné pásmo, kde se například nesmí přepravovat ropné látky, nebo používat chemické hnojení, aby takové nevhodné látky nemohly stéci až do nádrže. Tyto nádrže se nepoužívají ani k rekreačním účelům.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 19
Charakteristický rys vodních zdrojůCharakteristický rys vodních zdrojů
Vodní zdroje se odlišují od ostatních přírodních zdrojů kontinuální obnovou v rámci celkového oběhu vody na zemi.
Při zachování veškerých principů ochrany vodních zdrojů lze hovořit o nevyčerpatelnosti vodních zdrojů.
Jednotlivá užívání vody je třeba vzájemně koordinovat pomocí souborů technických, organizačních, legislativních, ekonomických a správních postupů a opatření.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 20
Hodnocení vodních zdrojůHodnocení vodních zdrojů• Vodní zdroje mohou být hodnoceny
podle jejich– množství – základní předpoklad
možnosti jejího využívání– jakosti – rozhodující pro rozdělení
vodních zdrojů podle způsobu užívání vody.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 21
Přírodní faktory ovlivňující vodní zdrojePřírodní faktory ovlivňující vodní zdroje
• Množství a jakost vodních zdrojů ovlivňují:– Srážky a výpar– Morfologické a geologické poměry– Vegetační pokryv– Složení půdy a hydrogeologické vlastnosti
území• Klimatické, geologické, hydrogeologické a
morfologické poměry se řadí mezi neovlivnitelné přírodní faktory
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 22
Co lze ovlivnit?Co lze ovlivnit?• V menší či větší míře mohou vodní
zdroje ovlivnit takové přírodní faktory, které lze měnit zásahem lidské činnosti:– rozsah a složení vegetačního pokryvu– rozmístění a objem akumulovaného
množství vody (nádrže, jezera, rybníky apod.), složení půdy
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 23
Vliv člověka na kvalitu a množství vodyVliv člověka na kvalitu a množství vody• Během své existence ovlivňuje lidská společnost množství a
kvalitu vody ve svém životním prostředí. Nároky především na množství vody neustále stoupají a člověk dokáže provádět výrazné změny i v rámci celosvětového globálního hydrologického cyklu, v jednotlivých složkách tohoto cyklu nebo je množství vody ovlivněno lokálními zásahy technického charakteru.
• Jedná se zejména o tuto lidskou činnost:– zachytávání a čerpání pramenů– čerpání podzemních vod vrty– čerpání a odběr mineralizovaných vod– regulace proudění vody na ložiscích nerostných surovin– regulace povrchových toků– výstavba podzemních objektů– výstavba vodních nádrží.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 24
Zachytávání a čerpání vod z pramenůZachytávání a čerpání vod z pramenů
• Při neuváženém odběru může dojít ke snížení podzemního i povrchového odtoku a ke snížení průtoku ve vodoteči. V extrémním případě dojde k vyschnutí koryta vodotečí.
• Čerpání podzemních vod je důležitým zdrojem pitné vody pro obyvatelstvo. Odebrané množství však může překročit dotační schopnost sběrného území a může dojít k významným poklesům hladiny podzemních vod, což je zpravidla spojeno s dalšími problémy:– porušení hydraulického spojené povrchového toku a
hladiny podzemních vod– vysychání přirozených pramenů– snížení tlaku v geologickém prostředí spojené s poklesy
povrchu– snížení průtoku povrchových vod a narušení ekosystémů– vysychání lesních porostů.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 25
1.Srážky1.Srážky• Z hlediska množství vodních zdrojů, resp. jejich
obnovy, mají největší význam srážky, především deště.
• Srážky jsou výsledkem kondenzace nebo desublimace vodní páry v ovzduší nebo na povrchu území, předmětů a rostlin.
• Podle místa vzniku dělíme srážky na atmosférické, které vznikají volně v atmosféře a na srážky horizontální vznikající na povrchu území, předmětů a rostlin.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 26
Dělení srážek podle skupenstvíDělení srážek podle skupenství
• Srážky kapalné– deště, mrholení, mlha, rosa
• Srážky tuhé– Sníh, kroupy, námraza, jinovatka
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 27
Dělení srážek
• Podle původu – termické – konvekční, orografické –
terénní a cyklonální – regionální
• Podle doby trvání – krátkodobé a dlouhodobé
• Podle úhrnu (výšky) srážek a příslušné doby trvání– normální a extrémní
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 28
Charakteristika srážek Objem srážek (S) Objem srážek (S) = celkový objem vody ze srážek spadlý za
uvažované období na danou plochu [m3] Úhrn srážek (HÚhrn srážek (Hss) ) = výška vrstvy spadlých srážek vody za
uvažované období (hodina, den, měsíc, vegetační období, rok atd.) na daném místě v [mm]
Průměrá výška srážek v povodí (HPrůměrá výška srážek v povodí (Hss) ) vyjadřuje průměrnou tloušťku vrstvy vody ze spadlých srážek na povodí za uvažované časové období v [mm] a je definována vztahem:
Hs = k.S/F kde F = plocha povodí [km2] k = 10-3 přepočítávací koeficient
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 29
Charakteristika srážek• Doba trvání srážek (tDoba trvání srážek (tdd) ) se měří obvykle jen u
kapalných srážek a představuje dobu od začátku do ukončení srážky [h]
• Intenzita deště (i) Intenzita deště (i) je úhrn deště za zvolenou časovou jednotku a vyjadřuje se obvykle v [mm/min]
• Průměrná intenzita deště (i)Průměrná intenzita deště (i)
i =Hs/td
• Okamžitá intenzita deště (iOkamžitá intenzita deště (i00) ) charakterizuje intenzitu deště v určitém časovém intervalu
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 30
Intenzita a vydatnost deštěIntenzita a vydatnost deště
• Kromě úhrnu srážek je vhodné měřit i dobu trvání deště a jeho intenzitu - ID. Ta je zpravidla vyjadřována jako množství srážek spadlých za 1 minutu v [mm·min-1].
• Jestliže množství vyjádříme v litrech spadlých za 1 sekundu na 1 hektar [1·s-
1·ha-1], hovoříme vydatnosti deště – WD.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 31
Srážkoměrná síť
• Pro sledování srážek je vytvořena srážkoměrná síť.
• Je tvořena jednotlivými srážkoměrnými stanicemi, které jsou vybaveny srážkoměry a dalším příslušenstvím.
• Síť stanic je zřizována a provozována ČHMÚ.• Pro měření srážek se používají
– srážkoměr (ombrometr), – ombrograf a – totalizátor
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 32
PovodíPovodí• Povodí představuje základní
hydrogeologickou oblast, ve které sledujeme odtokový režim vod a zjišťujeme vzájemný vztah bilančních prvků.
• Jedná se o území po hydrogeologické stránce uzavřené, nepřitéká do něj žádná voda po povrchu ani pod povrchem a je ohraničeno rozvodnicemi.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 33
Povodí a mezipovodí
• Povodí – je základní hydrologickou oblastí, na níž sledujeme vzájemné vztahy a bilance, je to území, ze kterého veškerá spadlá voda povrchově stéká do říčního systému a proteče určitým uzávěrovým profilem (pokud se nevypaří). Povodí povrchových vod není totožné s povodím podzemních vod, které je určeno geologickou stavbou území.
• Povodí je ohraničeno rozvodnicí, myšlenou hraniční čarou, určenou z vrstevnicových map vhodného měřítka, procházející po obvodových nejvyšších místech, vrcholech a hřebenech hor tak, že odděluje sousedící povodí.
• Rozvodnice mohou být orografickéorografické – určené pouze z map a plánů nebo hydrogeologickéhydrogeologické, která je dána geologickým složením a průběhem nepropustných podpovrchových vrstev.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 34
Dělení hornin podle stupně propustnostiDělení hornin podle stupně propustnosti
• Propustné horniny– rozrušené horniny, úlomkovité sedimenty, pórovité
vyvřeliny, kvartérní fluviální sedimenty, eolitické sedimenty, rozrušené a zkrasovatělé karbonitnické horniny – dolomity a vápence
• Polopropustné horniny – hlinité písky, rašelina, pískovec, slepenec a
jemně rozrušené vápence
• Nepropustné horniny– žula, čedič, krystalické břidlice, jíly,
nerozrušené vápenceIng. Hana Škrobánková, Ph.D. 35
Půdní poměryPůdní poměry
• Prosakující množství vody závisí také na půdních poměrech sledované oblasti, do kterých patří: – druh půdy, – struktura svrchního horizontu,– propustnost a vlhkost půdy
• Propustnost půdy charakterizuje koeficient filtrace kf [m/s]
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 36
Infiltrační vlastnosti půdy
patří k nejdůležitějším přírodním faktorům z hlediska využívání vodních zdrojů.
Překročí-li intenzita srážek intenzitu infiltrace, vznikají na zemském povrchu louže a dochází postupně k povrchovému odtoku.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 37
Odtok• Celkové množství vody, které proteklo
uvažovaným profilem toku za určitý čas.– m3
– mm = odtoková výška (výška vrstvy vody, která by se vytvořila při rovnoměrném rozprostření odteklého množství vody po ploše.
• Rozdělujeme:– povrchový– podpovrchový (hypodermický)– podzemní
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 38
Schema srážkoodtokového procesu
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 39
Rozdělení
• PřímýPřímý– Během trvání deště nebo bezprostředně
po něm. Zásadní význam pro řešení praktických vodohospodářských úloh (eroze, povodně).
• ZákladníZákladní– Po uplynutí určitého času– Bezsrážkové období
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 40
Využívání vodních zdrojů
• Z hlediska využívání vodních zdrojů je žádoucí maximálně snížit rozsah přímého povrchového odtoku a docílit takového stavu, aby odtok dobíhal v bezdeštivém období.
• Toho lze docílit:– Zachováním maximální rozlohy lesů, luk, Zachováním maximální rozlohy lesů, luk,
polí a zelených ploch vůbec.polí a zelených ploch vůbec.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 41
VODNÍ REŽIM V KRAJINĚ
Vodní režim v povodí je ovlivňován jednak hydrologickými vlastnostmi a základními charakteristikami povodí, funkcí, provozem a technickým stavem vybudovaných vodních děl, způsobem využívání a úrovní hospodaření na půdě na ploše povodí, zvl. na zemědělské a lesní půdě (struktura pěstovaných plodin a kultur, druhová a věková skladba lesních porostů), hydropedologickými vlastnostmi zastoupených půd a dominantně úhrnem a časovým rozdělením srážek.
Průběh odtokových poměrů z povodí ovlivňují i ostatní pozemky, zvl. zpevněné komunikace, betonové plochy,
stavební pozemky a odtokové poměry ze sídlišť a intravilánů.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 42
Obecné principy bilancování
• Základní podmínkou bilancování je přesná definice ohraničení systému, tj. uzavřeného prostoru, vůči jeho okolí.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 43
Systém Ohraničení Příklad
izolovaný nepropustné hermeticky uzavřená nádoba
neizolovaný otevřený
propustné pro látky a energii
úsek řeky
neizolovaný uzavřený
propustné pouze pro energii
hermeticky uzavřená nádoba, která vyměňuje s okolím své teplo
Slovní formulace bilančních rovnic
• Akumulace je pozitivní, vstupuje-li více veličiny do systému než z něj vystupuje.
• Bilancujeme-li veličinu, pro kterou neplatí zachování, objevuje se v bilanci další člen, který vyjadřuje přeměnu této veličiny na jinou a naopak (např. část kyslíku přivedeného do systému zaniká při oxidaci a vzniká jeho sloučenina s jinou složkou)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 44
Odtok hydrologických srážek
• srážko-odtokový processrážko-odtokový proces: velikost a průběh odtoku jsou ovlivněny hydrologickými srážkami (déšť, sníh), charakterem prostředí (klima, roční období), charakterem povrchu (zpevnění, vegetace, spád), charakterem podloží (propustnost, hladina podzemní vody) a parametry koryta ( spád, drsnost, tvar apod.).
• Součinitel odtoku:Součinitel odtoku:
Q = ψ . F . I ψ …součinitel odtoku
F…. posuzované území
i…. intenzita deště
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 45
Bilanční rovnice• Hs = Ho + Hv ± RHs = Ho + Hv ± R
– kde Hs - množství srážek spadlých na povodí [m3]
– Ho - množství vody odteklé uzavíracím profilem povodí [m3]
– Hv - množství vody, které se odpařilo z povrchu povodí [m3]
– R - změna v zásobách vody na povodí (v rybnících, jezerech, půdě, podzemní vodě) [m3]
• V hydrologických výpočtech se členy bilanční rovnice zpravidla uvádějí v mm vodního sloupce.
• Výška 1 mm odpovídá 1 litru vody na metr čtverečný.
• Bilanci vody v povodí lze nejvýrazněji ovlivnit umělou akumulací.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 46
Hydrologická bilanceHHss = O = OVV+O+Opp+O+Ozz+O+Oss+H+Hz(p)z(p)+H+Hz(r)z(r)+H+Hz(t)z(t)+H+Hz(v) z(v) ±±ΩΩ11…………ΩΩ55
Hs = atmosférické srážky
Ov = odtok povrchový soustředěný (ve vodních korytech),
Op = odtok povrchový nesoustředěný
Oz = odtok podzemní vody (půdou)
Os = odtok vody do hlubších vrstev
Hz(p) = výpar z půdy
Hz(r) = výpar z povrchu rostlin - intercepce
Hz(t) = produktivní výpar rostlin - transpirace
Hz(v) = výpar z vodní hladiny
Ω1 = přírůstek nebo úbytek vody povrchové a podzemní
Ω2= přírůstek nebo úbytek vody nádržích
Ω3= přírůstek nebo úbytek vody v ovzduší
Ω4= přírůstek nebo úbytek vody v biomase rostlinstva
Ω5= přírůstek nebo úbytek vody v biomase živočišstvaIng. Hana Škrobánková, Ph.D. 47
Řízení odtokových poměrů
Změna množství, místa nebo rychlosti odtoku Nádrže a převody vody
Hlavní cíle řízení odtokových poměrů: Zásobování obyvatelstva, průmyslu a
zemědělství vodou Využití vodní energie Plavba Ochrana před povodněmi Rekreace, chov ryb
48
Negativní antropogenní vlivy na vodní bilanci
• Urbanizace a rozvoj průmyslu
• Odpady a jejich vliv na podzemní vody
• Chemizace zemědělství (umělá hnojiva, pesticidy)
• Poškozování vodních zdrojů
• Vodní doprava
• Změna součinitele odtoku
49
Hydrologický rok
• Velmi důležité je, aby se všechny bilanční prvky vztahovaly ke stejnému časovému období, které musí být dostatečně dlouhé. Obvykle se používá tzv. hydrologický rokhydrologický rok.
• Je to časová jednotka o délce jednoho kalendářního roku, která je zvolena tak, aby pevné srážky, spadlé v tomto období, se zúčastnily odtoku ještě ve stejné časové jednotce. U nás se hydrologický rok počítá od 1.11. do 31.10. následujícího roku, jehož letopočtem se označuje.
(Např. hydrologický rok 2010 začal 1.11.2009 a skončí (Např. hydrologický rok 2010 začal 1.11.2009 a skončí 31.10.2010).31.10.2010).
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 50
Podle Vyhlášky Ministerstva zemědělství č. 431/2001 o obsahu vodní bilance se sestavují:
vodní bilancevodní bilancehydrologické bilancehydrologické bilancevodohospodářské bilancevodohospodářské bilance
– vodní bilance slouží pro rozhodování vodoprávních úřadů, pro souhrnné hodnocení stavu povrchových a podzemních vod, pro plánování v oblasti vod
– hydrologická bilance je porovnání přírůstků a úbytků vody a vyhodnocení změn vodních zásob v povodí, v hydrogeologickém rajonu, v území nebo ve vodním útvaru za daný časový interval
– vodohospodářská bilance obsahuje porovnání požadavků na odběry povrchové a podzemní vody, odběry přírodních léčivých a minerálních vod a vypouštění odpadních a důlních vod
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 51
Výstupy hydrologické bilance množství vody obsahují údaje o:
• atmosférických srážkách,
• celkovém odtoku,
• základním odtoku,
• zásobách vody ve sněhové pokrývce,
• změnách zásob podzemní vody,
• přirozených průtocích vody v tocích ve vybraných vodoměrných stanicích
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 52
Hydrologická bilance
Hydrologický cyklus je ovlivňován:Hydrologický cyklus je ovlivňován:– vlivy přírodních ekosystémů– a antropogenními vlivy (zvýšená potřeba vody a
znečišťování)
• Základní hydrologické údaje:Základní hydrologické údaje:– Plocha povodí– Průměrný dlouhodobý roční úhrn srážek– M-denní průtoky = průměrný M denní průtok, který je
dosahován nebo překračován po M dní během hydrologického roku.
– N-leté průtoky = kulminační průtok, který je dosažen nebo překročen průměrně jednou za N let.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 53
Schéma odtokového procesu v Schéma odtokového procesu v krajiněkrajině
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 54
Složky odtoku vody z povodí.
S …celkové množství srážek na plochu povodí (m3)
E …evapotranspirace z celkové plochy povodí (m)
Oc…celkový povrchový odtok vody z plochy povodí (m3)
Op…povrchový odtok vody z plochy povodí (m3)
Oh…hypodermický odtok vody z plochy povodí (m3)
Oz…základní odtok z hladiny podzemní vody (m3)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 55
Schéma odtokového procesu
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 56
Celkový odtok Celkový odtok je souhrn všech složek odtoku procházejícího závěrečným profilem toku zadaný časový interval.Základní odtokZákladní odtok je odtokem podzemní vody z oblasti napájení do oblasti výtoku (výron,pramen aj.).Povrchový odtok Povrchový odtok představuje část vody která odtéká po povrchu půdy.Hypodermický odtok Hypodermický odtok je odtok, který stéká do koryta toku, na níže položené území, v bezprostřední vrstvě pod povrchem povodí, aniž by dosáhl k hladině podzemní vody.
Odtok vody z povodí
• Část vody, která v podobě srážek spadne na zemský povrch stéká působením gravitace ve směru největšího sklonu terénu.
• Nejprve v tenké vrstvě, tzv. ronuronu, poté ve stružkách, potocích a řekáchstružkách, potocích a řekách. .
• Takto vznikají přirozené vodní toky a bystřiny, charakterizované soustředěným odtokem v korytě o určitém přirozeném průřezu neboli profilu.
• Hlavní tok se svými přítoky tvoří říční soustavu, která odvádí vodu z určitého území, tzv. povodí.
• Systém říčních soustav tvoří říční síť krajiny.Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 57
Řád vodních tokůříční soustava – hlavní tok s přítokyoznačení vodních toků v říční
soustavě – tok I.řádu – tok vlévající se do moře
tok II.řádu – přítok I.řádupři soutoku je vyššího řádu ten, který:
1) má větší průtok2) je delší3) zachovaný směr toku4) podélný profil níž
Hlavní tok – tok nejvyššího řádu v povodí
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 58
Hydrologické pořadí vodních toků: označování vodních toků postupně od pramene po proudu, od toku nižšího řádu k vyššímu
Porovnání odtoku z různých povodí
• Specifický odtok – qSpecifický odtok – q
q = Q*F-1
= množství vody, které v průměru odteče z jednotky plochy za 1 sekundu.
• Odtokový součinitel Odtokový součinitel = poměr odtokové výšky a průměrné srážky v povodí.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 59
Vegetační pokryv
• Vegetační pokryv povodí zachycuje určité množství srážek (INTERCEPCE), ovlivňuje výpar z rostlin a půdy (EVAPOTRANSPIRACI) a svým charakterem ovlivňuje i rychlost stékání vody po svazích povodí (PLOŠNÝ ODTOK).
• Lesní porost příznivě reguluje povrchový odtok a hydrologicky nejvýznamnější je v horní části povodí.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 60
Vodohospodářská bilance
61
Bilanční stupeň
• Jednoduchá forma: BS = Z / NBS = Z / N• N –nároky na množství vody• Z –kapacita vodního zdroje
62
Bilanční stupeň
• Složitější forma
63
Vodohospodářská bilance (Vyhl. Mze 431/2001 Sb.)
• Obsahem vodohospodářské bilance je porovnání požadavků na odběry povrchové a podzemní vody, odběry přírodních léčivých a přírodních minerálních vod a vypouštění odpadních a důlních vod v jejich povolených, skutečných a výhledových hodnotách s využitelnou kapacitou vodních zdrojů z hlediska množství a jakosti vody. Vodohospodářská bilance hodnotí dopady lidské činnosti na povrchové a podzemní vody v uvažovaném místě a čase. Vodohospodářská bilance je podklad pro : Povolování nových odběrů a vypouštění vody Distribuční řády v pasivních oblastech Manipulační řády nádrží Změny minimálních průtoků v tocích Návrh nových vodních zdrojů Posouzení naléhavosti výstavby čistíren Přezkoušení vodoprávních povolení Kontrolu hospodaření s vodou
64
Vodohospodářská bilance
Souhrnnou vodní bilanci pro hlavní povodí České republiky zajišťuje Ministerstvo zemědělství společně s Ministerstvem životního prostředí prostřednictvím Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka.
• Hodnocení podle ukazatelů jakosti vody:
• Kyslíkový režim (BSK5, rozpuštěný kyslík)
• Základní chemické složení (chloridy, sírany, tvrdost, vápník, hořčík, rozpuštěné látky, nerozpuštěné látky)
• Zvláštní ukazatele (amoniak, dusík, železo, mangan, fenoly, detergenty, pach…)
• Teplota vody • Mikrobiální znečištění (bakterie coli aj.)
65
Povodí Odry, s.p.
http://www.pod.cz/files/vh_bilance/2008/pov-2007.pdf
Povodí Odry, státní podnik, jako správce povodí podle ustanovení § 54 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů, zajišťuje v souladu s ustanovením § 5 odst. 3 vyhlášky Ministerstva zemědělství č. 431/2001 Sb., o obsahu vodní bilance, způsobu jejího sestavení a o údajích pro vodní bilanci sestavení vodohospodářské bilance v oblasti povodí Odry.
66
Mezinárodní Povodí Odry
• Oblast povodí Odry představuje horní část mezinárodního povodí Odry (úmoří Baltského moře), kde pramení i hlavní tok celého povodí - řeka Odra.
67
Schéma vodohospodářské soustavy povodí Odry
68
http://www.pod.cz/schema_vhs.html
Priority a pravidla řízení vodního hospodářství v regionu povodí stanovuje Manipulační řád vodohospodářské soustavy povodí Odry (dále jen Manipulační řád). Základním principem tohoto řízení je vytvoření žebříčku důležitosti nakládání s vodou o pěti stupních - třídách významnosti. Nejdůležitější jsou vodárenské odběry a základní minimální průtoky pod nádržemi v první třídě, dále průmyslové odběry a základní minimální průtoky na tocích ve druhé třídě, zvýšené minimální průtoky ve třetí třídě, rekreace na nádržích Slezská Harta, Olešná, Těrlicko a Žermanice ve třídě čtvrté a konečně výroba elektrické energie ve vodních elektrárnách ve třídě páté.
Ostravský oblastní vodovod• SmVaK zásobuje pitnou vodou z veřejných vodovodů odběratele v městech
a obcích bývalých okresů Frýdek-Místek, Karviná, Nový Jičín a Opava. Na základě smluvního vztahu dodává pitnou vodu i do veřejné vodovodní sítě města Ostravy, Studénky, Hlučína a několika dalších obcí.
• Rozhodující podíl (více než 91 %) vyrobené pitné vody připadá na vodu z centrálních zdrojů upravovanou a rozváděnou v rámci jedné z nejrozsáhlejších vodárenských soustav v ČR - OSTRAVSKÉHO OBLASTNÍHO VODOVODU. Jako hlavní velkokapacitní zdroje povrchové vody slouží tomuto systému údolní nádrže Kružberk v Jeseníkách, Šance a Morávka v Beskydech. Největšími úpravnami vody jsou Podhradí (maximální kapacita 2200 l.s-1, Nová Ves u Frýdlantu n.O. (2200 l.s-1) a Vyšní Lhoty (450 l.s-1).
• Kvalita produkované pitné vody z výše uvedených úpraven vod je velmi dobrá a trvale vyhovuje všem ukazatelům vyhlášky 252/2004 Sb. Splňuje i nároky kladené na vodu pro přípravu kojenecké stravy, neboť z hlediska dusičnanů je jejich obsah dvakrát až třikrát nižší, než povoluje norma pro kojeneckou vodu.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. Zásobování vodou 69
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. Zásobování vodou 70
Produkce pitné vody
Počet obyvatel napojených na veřejné vodovody v rámci a.s.
729 243
Počet veřejných vodovodů 128
Délka vodovodní sítě 4 737 km
Délka vodovodních přípojek 772 km
Počet úpraven vod 43
Počet vodojemů 388
Objem vodojemů 392 255 m3
Celkový počet osazených vodoměrů 120 223 kusů
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. Zásobování vodou 71
Rozvodný systém
délka vodovodní sítě 470 km
materiál potrubí ocel, tvárná litina
profil potrubí DN 300-1600 mm
počet vodojemů 79
objem vodojemů 284 410 m3
kapacita úpraven vod 4 850 l.s-1
počet čerpacích a přečerpávacích stanic
20
kapacita přečerpávacích stanic 3 152 l.s-1
Schéma zásobování vodou
72http://www.pod.cz/schema_zv.html
Plán oblasti povodí Odry (návrh)
http://www.pod.cz/planovani/cz/plan_oblasti_povodi_odry.html
73
V průběhu roku 2008 byl dokončen první návrh Plánu oblasti povodí Odry, který byl následně schválen Krajským úřadem Moravskoslezského kraje (opatřením ze dne 9.6.2008) a Krajským úřadem Olomouckého kraje (dne 27.5.2008).
Na 7. zasedání Zastupitelstva Moravskoslezského kraje dne 14.10.2009 byl schválen Plán oblasti povodí Odry.
Měření průtoku
U břehů a u dna je rychlost toku nejmenší, jelikož dochází ke tření molekul vody o
dno a břeh. Za jakým účelem?
• Určení průtoku vody v tocích,• Určení průtoku média v dopravních potrubích,• Odběry vody (průmysl, energetika, zásobování obyvatelstva) -
zpoplatněné,• Vypouštění odpadních vod – zpoplatněné• Dávkování vody a jiných médií při technologických procesech
Průtok objemový, Q (nejčastěji u nestlačitelných kapalin, Q= V/t [m3/s]), nebo hmotnostní, Qm (stlačitelné tekutiny, polutanty atd., Qm= m/t [kg/s])
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 74
Měření průtoku vody v tocích• Měření rychlosti plovákemplovákem je sice nejjednodušší, ale i
nejméně přesné. Používá se nouzově nebo pro orientační měření průtoků na tocích s ustáleným tokem.
• Měří se čas, za který plovák (dřevo, plastová láhev, ...) urazí přesně známou trasu.
• Měření rychlosti hydrometrickou vrtulí hydrometrickou vrtulí je v současné době asi nejběžnější metoda. Hydrometrická vrtule se skládá z propeleru, těla vrtule, tyče a čítače otáček. Počet otáček za určitou dobu se převádí na rychlost.
• Pokud rozměry koryta udáváme v [m] a rychlost proudu v [m· s-1], získáme výsledek Q v [m3·s-1].
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 75
Měření průtoku vody v tocích
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 76
Lať
Sledování průtoků a stavů vodní hladiny se provádí v tzv. vodočetných stanicích, které tvoří síť vodočetných stanic.
Nejčastěji se používá vodočet laťový, vyrobený ze smaltovaného plechu nebo plastu. tak aby Na vodočtu je stupnice po 2 cm a tři barevné pruhy (zelený, žlutý a červený), které vyznačují hladinu, při které se vyhlašují jednotlivé
povodňové stupně. Metry na vodočtu jsou označeny římskými nebo arabskými číslicemi červeně, decimetry arabskými číslicemi černě. Nula na vodočtu musí ležet v nejnižším místě, tak aby i při nejnižších vodních stavech byla pod hladinou.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 77
Konsumpční křivka
• Vztah mezi vodními stavy a průtoky vyjadřují konsumpční křivky (měrné křivky průtoků), k jejichž konstrukci je třeba změřit průtoky za různých vodních stavů.
• Protože průtoky nelze měřit přímo, měří se rychlost vody v příčném profilu a jeho plocha.
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 78
Thomsonův přepad
Q=1,3546*h2,48515*60˚
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 79
Velmi často se používá Thomsonova přelivu, projehož vrcholový úhel platí α = 90°
Ultrazvuková sonda
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 80
Měření časové prodlevy mezi vyslaným a přijatým ultrazvukovým impulsem.Rozlišovací schopnost sondy 1 mmPracovní teplota -20°C ± 70°C
Hydrometrická vrtule
• Q = v*S– Měření rychlosti
proudění vody– Zjišťování údajů
pro výpočet plochy průtočného profilu
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 81
Informace o konkrétních povodích je možné poznat studiem Základní vodohospodářské mapy (1: 50 000).
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 82Příklad části vodohospodářské mapy (list 03-31 Mimoň), s vyznačenými údaji o vlastnostech povodí.
Základní vodohospodářská mapa (1: 50 000)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 83
Základní vodohospodářská mapa (1: 50 000)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 84
Základní vodohospodářská mapa (1: 50 000)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 85
Základní vodohospodářská mapa (1: 50 000)
Ing. Hana Škrobánková, Ph.D. 86
Recommended