Pesticidy

Dnes si povíme něco o látkách, které se souhrnně nazývají pesticidy a stávají se noční můrou hydrogeologů a vodohospodářů.

Pesticidy jsou látky řazené ve smyslu § 39, odstavec 1 zákona č. 254/2001 Sb. do kategorie tzv. závadných látek a každý kdo s nimi zachází je povinen učinit přiměřená opatření, aby nevnikly do povrchových nebo podzemních vod a neohrozily jejich prostředí. Přesto se tyto látky do prostředí tvorby, oběhu a někde i do vodárensky využívané akumulace podzemních vod dostávají a tyto vody se pak stávají většinou dlouhodobě nevyužitelnými pro lidskou potřebu.

Poctivě je si třeba říci, že výše uvedené ustanovení vodního zákona je v logickém rozporu s realitou, protože pesticidy jako látky závadné vodám se přímo na povrch půdy nebo na povrch rostlinného krytu vpravují a se srážkami se vplavují do zóny aerace a postupně i do zóny saturace, tedy do zvodněného horninového prostředí. S podzemní vodou se potom dále šíří strukturou i mimo oblast primární aplikace. A jsme u merita rizika aplikace pesticidů pro vodárenskou praxi: pesticidy se prakticky vždy ve větší či menší koncentraci dostávají do podzemních vod, tedy do média které není statické ale je v pohybu, různě rychlém a různě dlouhém. To, jak je toto riziko pro podzemní vodu velké a to,  jak rychle a na jakou vzdálenost se znečištění v podzemní vodě šíří je funkcí hydrogeologické struktury.

Co to je hydrogeologická struktura a základní parametry časově-prostorového režimu tvorby a oběhu podzemních vod v ní

Hydrogeologické struktura je prostorová veličina třetího řádu, když veličinou prvního řádu je hydrogeologický rajón (v ČR je jich vyčleněno 152) a veličinou druhého řádu je vodní útvar podzemní vody (v ČR je jich vyčleněno 174). V jednom hydrogeologickém rajónu se nachází jeden nebo více útvarů podzemní vody, v jednom útvaru podzemní vody se potom nachází zpravidla několik hydrogeologických struktur. Hydrogeologická struktura je přitom definována jako část geologického prostředí v němž nastává souvislý oběh podzemní vody. Struktura je části geologického prostoru, který se liší od jiných částí geologického prostoru samostatným společným uceleným a spojitým oběhem podzemních vod zahrnujícím oblast napájení, oblast komunikace a oblast odvodnění. Hydrogeologické struktury podle počtu zvodněných vrstev jsou jednokolektorové a vícekolektorové, kdy jednotlivé kolektory, tedy horninové prostředí které je schopno v sobě akumulovat a převádět podzemní vodu od sebe oddělují mezilehlé izolátor, které pro podzemní vodu představují nepropustnou bariéru.

Hydrogeologické struktury mohou mít, zpravidla v závislosti na horninovém prostředí, různou velikost, různý plošný rozsah, různou hloubku a horninový soubor v nich má různou propustnost. Z těchto údajů, tedy z geometrie struktury a jejich vnitřních vlastností v kombinaci s terénním reliéfem ovlivňujícím m.j. sklon hladiny podzemní vody vyplyne, kolik podzemní vody se v dané struktuře vytváří, jak rozsáhlý je oběh podzemní vody a jak dlouho podzemní voda ve struktuře zůstává než se formou přírodní nebo umělé drenáže dostane na povrch.  Přeneseno na problematiku pesticidů, vlastnosti hydrogeologické struktury určují do kterých jejich částí mohou tyto látky proniknout a jak dlouho budou v podzemí přetrvávat uvážíme-li, že se jedná o látky mimořádně stálé.

Časově – prostorový režim tvorby a oběhu podzemní vody v konkrétní hydrogeologické struktuře  uvádí, kolik vody, v jakém místě  a kdy vsákne do horninového prostředí a pronikne až k hladině podzemní vody, jakou rychlostí voda prostupuje horninovým souborem do místa přírodní nebo umělé drenáže a jakým způsobem a kde se odvodňuje, tedy dostává se opět na povrch terénu. Přestože podmínky jsou v jednotlivých strukturách odlišné, základní zákonitosti jsou obvykle tyto:

  • do horninového souboru zasakuje přibližně jedna desetina až jedna pětina ročního úhrnu atmosférických srážek; tzn. že na infiltrační ploše 1km2 se v závislosti na nadmořské výšíce, charakteru pokryvu a kvartérního zvětralinového pláště vytváří podzemní voda v množství od 1 do 5 l/s, v extrémních případech i více. Délka průsaku kolmým směrem od povrchu terénu k hladině podzemní vody je krátká, zpravidla hodiny až jednoty dnů;
  • po dosažení hladiny podzemní vody, kdy se vertikální průsak změní v pohyb víceméně subhorizontální,  se rychlost proudu podzemní vody výrazně snižuje a zpravidla se pohybuje v řádu milimetrů až centimetrů za den, pouze výjimečně více. Znamená to, že ve větších hydrogeologických strukturách o délce průsaku vody d v řádu kilometrů může činit doba zdržení vody v horninovém prostředí od místa infiltrace do místa přírodní drenáže desítky až stovky let, ve velkých  větších strukturách i tisíce let.

Tyto zákonitosti je nutno mít na zřeteli chceme-li posuzovat riziko kontaminace podzemních vod pesticidy a tyto zákonitostí současně do značné míry souvisejí s typem konkrétní hydrogeologické struktury a potažmo stářím vody v ní. Je třeba si uvědomit, že pesticidy jsou používány necelých 100 let a teprve po 2. světové válce došlo k jejich masovému rozvoji. A z toho vyplývá první závažný problém: podzemní voda je v mnoha hydrogeologických strukturách podstatně starší než období masivní aplikace pesticidů.

Tím druhým závažným problémem je skutečnost, že s výjimkou kolektorů tvořených nezpevněnými sedimenty jsou ostatní kolektory většinou charakteristické výraznou filtrační anizotropií, tzn. že rychlost proudění podzemní vody a potažmo šíření kontaminace je v různých směrech různá a obecně jen sporadicky podrobněji detekována.  

Příklady dvou typů hydrogeologických struktur a rizika plynoucí z aplikace pesticidů v nich (podrobněji v ústní prezentaci)

Příkladem atektonických struktur jsou především struktury budované kvartérními, případně terciérními fluviálními, terasovitě uloženými štěrkopískovými sedimenty zpravidla a dále široké spektrum struktur tvořených kvartérními deluviálními a eluviálními sedimenty charakteru písků, štěrků a hlinitokamenitých sedimentů. Jedná se zpravidla o struktury s rychlým oběhem podzemní vody v průlinově propustném prostředí, uložených v hloubce jednotek metrů od terénu, výjimečně nižších desítek metrů, kde doba zdržení vody v horninovém prostředí od vsaku atmosférických srážek po umělé či přírodní odvodnění činí řádově měsíce až roky. Zvodeň na tyto sedimenty vázaná je od povrchu terénu první, hladina podzemní vody se nachází většinou v hloubce několika metrů pod terénem a nesaturovaná zóna nad hladinou podzemní vody je v závislosti na granulometrii charakteristická proměnlivou propustností. Čím propustnější je nesaturovaná zóna, tím větší je riziko pro podzemní vody

Ve vztahu k riziku znečištění podzemní vody těchto struktur pesticidy je možno  tyto označit za vysoce rizikové a kontaminaci podzemní vody lze jen obtížně zabránit. Různá je pouze koncentrace pesticidů v podzemní vodě, především v závislosti na jejím množství které danou strukturou protéká a na množství pesticidů, které k hladině podzemní vody proniknout (tedy běžné směsné pravidlo). Aplikace, manipulace a skladování pesticidů a především jejich výběr je nezbytné tomuto faktu přizpůsobit.

Příkladem tohoto typu struktury a současně ověřené znečištění podzemní vody pesticidy, v daném případě atrazinem, je uveden na následujících obrázcích.
Obrázek č. 1: Řez hydrogeologickou strukturou tvořenou štěrkopískovými sedimenty s vyznačením zdroje kontaminace podzemní vody pesticidy 

 

 obrázek1

 Obrázek č. 2: Mapa prostorové distribuce atrazinu (koncentrace v ug/l)

 obrázek2

 Obrázek č. 3: Izolinie zdržení vody v horninovém prostředí

obrázek3

 Příkladem tektonických struktur jsou především struktury budované skalními horninami, přičemž vodohospodářský význam mají především struktury budované skalními sedimentárními horninami. Jedná se zpravidla o struktury s hlubokým a rozsáhlým oběhem podzemní vody v puklinově propustném prostředí, uložených v hloubce desítek až nižších stovek metrů, kde doba zdržení vody v horninovém prostředí od vsaku atmosférických srážek po umělé či přírodní odvodnění činí řádově desítky, stovky a  v rozsáhlých strukturách až tisíce let. Na tyto horniny jsou vázány hlubší zvodně, často jich je pod sebou několik a jsou od sebe odděleny méně propustnými horninami, izolátory. Hladina podzemní vody je většinou napjatá s výstupem hladiny vody pod úroveň terénu, případně i nad něj.

Ve vztahu k riziku znečištění podzemní vody těchto struktur pesticidy je možno  tyto označit za rizikové pouze v oblasti infiltrace, tj. tvorby podzemní vody. V místě kde je konkrétní hlubší zvodeň překryta nadložními zvodněmi je riziko kontaminace podzemní vody zanedbatelně nízké. Aplikaci, manipulaci a skladování pesticidů je třeba posuzovat selektivně osobou s odbornou způsobilostí v hydrogeologii, přičemž základem pro posouzení musí být koncepční hydrogeologický model. Z vizuálního hlediska to je nejčastěji 2D, případně i 3D model dané hydrogeologické struktury, tedy jakýsi „rentgenový“ snímek toho, co je skryto našemu přímému pozorování a co hydrogeolog musí sestavit z dílčích bodových údajů. Kromě vizuálního hlediska je třeba koncepční hydrogeologický model doplnit řadou dat spojených s geografickou informací, v prvé řadě o oblasti tvorby podzemní vody, poté vlastního oběhu akumulace a drenáže. Jedná se zpravidla o tzv. „gisovskou“ informaci, tj. informaci o charakteristice či vlastnostech konkrétního místa ve struktuře (stav hladiny, propustnost prostředí, jakost vody, apod.), navíc proměnlivou v čase.

Příkladem tohoto typu struktury a je křídová struktura nacházející se v podloží místa prokázané kontaminace podzemní vody dokumentované v předcházejícím textu.

Obrázek č. 4 Řez hydrogeologickou strukturou tvořenou zpevněnými sedimenty se selektivním rizikem  kontaminace  podzemní vody pesticidy 

Obrázek4
Závěr

Dva uvedené příklad hydrogeologických struktur (v ústní prezentaci je jich podstatně více), navíc z jedné lokality ukazují, jak nesmírně důležitý je typ hydrogeologické struktury pro posouzení rizika zranitelnosti podzemní vody pesticidy. Nejde přitom jenom o prostou geometrii zvodnělého kolektoru, ale i o geometrii okolního horninového prostředí, kdy vzdálenost místa povrchové aplikace pesticidů od jímacího objektu nemusí být pro zranitelnost konkrétní zvodně vůbec významná. Další důležitou okolností při posuzování rizika znečištění podzemní vody pesticidy je doba průsaku vody horninového prostředí a s tím spojená hodnověrnost monitoringů. Jestliže totiž zdroj vykazuje nulovou koncentraci pesticidů, jedná-li se o vodu s dobou průsaku vody horninovým prostředím stovky let, je tato informace z hlediska posouzení míry znečištění podzemní vody bezvýznamná.

Závěrem si proto dovoluji konstatovat, že minimálně v oblastech významných zdrojů podzemní vody určených pro lidskou potřebu by se k možnosti manipulace, skladování a aplikace pesticidů mělo přistupovat m.j. na základě analýzy rizika této činnosti pro podzemní vody. K tomu však povede nepochybně ještě dlouhá cesta, protože chybí nejenom příslušný právní nástroj kalkulující s pojmem analýzy rizika a návazné metodické doporučení pro její zpracování, ale i povědomost o tom, jak a kde se pesticidy do podzemní vody v různých hydrogeologických struktur
¨
TŘEBA SI TYTO ŘÁDKY PŘEČTE NĚKDO KOMPETENTNÍ A LEDY SE HNOU. ANEBO NE …….

 

Svatopluk Šeda, Ústí nad Orlicí, duben 2014