This paper presents the results of testing the applicability of the MIKE Basin model for simulating the efficiency of scenarios for reducing water pollution. The model has been tested on the Olšava River Basin (520 km2 ) which is a typical rural region with a heterogeneous mix of pollution sources with variable topography and land use. The study proved that the model can be calibrated successfully using even the limited amount of data typically available in rural basins. The scenarios of pollution reduction were based on implementation and intensification of municipal wastewater treatment and conversion of arable land on fields under the risk of soil erosion to permanent grassland. The application of simulation results of these scenarios with proposed measures proved decreasing concentrations in downstream monitoring stations. Due to the practical applicability of proposed measures, these could lead to fulfilment of the water pollution limits required by the Czech and EU legislation. However, there are factors of uncertainty that are discussed that may delay or limit the effect of adopted measures in small rural basins.
From the year 2000, the environmental state and the impact of human activities on fluvial lakes in the central part of the Czech section of the Elbe River is evaluated. For that reason, three oxbow lakes were chosen: Lake Labiště pod Opočínkem (east of Pardubice), Lake Doleháj (near Kolín), and Lake Obříství (near Mělník). All of them are situated within an area with a well-developed chemical industry and the nearby lowlands are one of the most intensively farmed areas of the Czech Republic. In spite of the identical origin during the river canalization, major differences were found. E.g. very low oxygen saturation in Opočínek (mean saturation 46 %) was determined. Nutrient concentrations and their seasonal dynamics (nitrites, nitrates, ammoniated ions, and phosphates) differed in each lake as well. The lowest concentrations of heavy metals (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb and Zn) in sediment were found in the Doleháj. In samples from Obříství after a big flood in September 2002, the Index of Geoaccumulation increased only for Pb and decreased for Hg. This result indicated that the pollution has probably not been occurred during such floods. and Od roku 2000 jsou v oblasti středního Labe hodnoceny přírodní podmínky starých labských ramen a posuzován vliv antropogenní činnosti na ně. Z toho důvodu byly pro výzkum vybrány následující tři slepé opuštěné meandry: Labiště pod Opočínkem (východně od Pardubic), Doleháj (v blízkosti Kolína) a jezero Obříství (v blízkosti Mělníka). Všechna tato fluviální jezera leží v oblasti s velmi rozvinutým chemickým průmyslem, přilehlé nížiny jsou též jedny z nejintenzivněji obdělávaných zemědělských ploch v České republice. Ačkoliv jezera vznikla stejným způsobem při regulacích řeky, byly mezi nimi zjištěny značné rozdíly. Například lokalita Opočínek vykazovala značně nízké hodnoty nasycení vody kyslíkem (průměrné nasycení 46 %). Koncentrace živin a jejich sezónní dynamika (dusitany, dusičnany, amonné ionty a fosforečnany) se též v každém případě lišila. Nejnižší koncentrace těžkých kovů (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb a Zn) v sedimentu byly zaznamenány v Doleháji. Ve vzorcích z lokality Obříství po velké povodni v roce 2002 se zvýšil geoakumulační index jen v případě Pb, naopak hodnota u Hg poklesla. Výsledky proukázaly nepřítomnost výrazného znečištění po této povodni.
With regard to the water quality changes, the area of the Czech part of the Elbe River basin is extraordinarily dynamic. In the 20th century it experienced an enormous increase of load of pollution. Since the beginning of the 1990´s due to the political and economical changes we have witnessed a particularly intensive decrease in the emission volume and a related increase in water quality of watercourses. However, positive changes in the pollution load balance have occurred mainly in the biggest watercourses and these changes have not been accompanied by similar development in the whole river system. Using a newly created classification methodology the basic models of dynamics of water quality changes in the Elbe River basin have been derived. Based on GIS geostatistical analysis, regions with analogous water quality development trends have been defined for selected parameters and critical areas have been identified. It has become apparent that the prevailing part of the Elbe River basin has been experiencing a gradual increase in pollution. In addition, after a previous decrease, a number of watercourses experienced a recurrence of the increase in load. These areas are priorities for further development and the control of surface water protection against pollution. and Oblast české části povodí Labe je z hlediska změn kvality vody mimořádně dynamická. Díky intenzivnímu vývoji antropogenních aktivit a společenským změnám zaznamenala v průběhu 20. století nejprve enormní nárůst zátěže znečištěním, od počátku 90. let jsme naopak svědky mimořádně intenzivního snížení objemu emisí a souvisejícího zvyšování jakosti vody v tocích. Pozitivní změny v látkové bilanci jsou však soustředěny především na největší toky – Labe a Vltavu a nejsou doprovázeny obdobným vývojem v celém povodí. Pomocí nově vytvořené metodiky klasifikace vývoje kvality vody prezentované v článku byly na základě geostatistické analýzy sestaveny základní modely časové dynamiky změn kvality vody v povodí Labe. Pro jednotlivé ukazatele byly na základě analýzy v prostředí GIS vymezeny regiony s analogickými trendy vývoje kvality povrchových vod a identifikovány kritické oblasti. Ukazuje se, že přes pozitivní vývoj jakosti vody v hlavních sídelních a průmyslových regionech v 90. letech převažující část povodí Labe stále zaznamenává v jednotlivých ukazatelích postupný nárůst znečištění, na řadě toků navíc po předchozím poklesu dochází k opětovnému nárůstu zátěže. Tyto oblasti představují prioritu pro další rozvoj a řízení ochrany povrchových vod před znečištěním.
The procedure for identification of the long-term trends in the individual water quality determinands in surface water is described in the study. The methodology is based on requirements of the Directive 2000/60/EC and the existing water quality data in the database of the Slovak Hydrometeorological Institute. The methodology gives guidance for estimation of following issues: - influence of the length of the series on trends of development; - methods for calculation of the statistical characteristics; - methods for identification of the increasing and decreasing trends, as well as of the trend reversal point; - selection of the decision criteria for assessment of the trend significance. The methodology was applied for the trend analysis of the selected pollutants in the middle part of Hron River at Salkova near Banska Bystrica city. The results show that the rapid increase of pollution in 1970`s is followed by gradual improvement of the surface water quality in next period. and V predloženej štúdii je opísaný postup pri identifikácii dlhodobých trendov jednotlivých ukazovateľov kvality vody v povrchových tokoch. Pri vypracovaní metodiky sa vychádzalo z požiadaviek smernice 2000/60/EC a z existujúcich údajov o kvalite vody v databáze Slovenského hydrometeorologického ústavu. Vypracovaná metodika navrhuje konkrétne postupy na určovanie, napr. - vplyvu dĺžky obdobia na vývojové trendy; - spôsobov výpočtu štatistických ukazovateľov; - spôsobov identifikácie trendov rastu a poklesu, ako i bodov obratu trendu; - kritérií na rozhodovanie o významnosti jednotlivých trendov. Navrhnutá metodika bola aplikovaná pri analýze vybraných ukazovateľov kvality vody v mieste odberu Hron-Šalková , situovanom pri Banskej Bystrici. Z výsledkov vyplýva, že po prudkom náraste znečistenia stredného Hrona v sedemdesiatych rokoch dvadsiateho storočia dochádza k postupnému zlepšovaniu kvality povrchových vôd v tomto úseku.
An investigation has been carried out using the FLUENT Computational Fluid Dynamics (CFD) software, which uses the finite-volume method to determine whether it is feasible to improve the capacity and quality of the clarifier at the Al-Wathba Water Treatment Works (Iraq) by some relatively inexpensive means. Simulations were carried out with two dimensional, radially symmetric models, representing the existing configuration as well as a number of proposed modifications involving baffles and additional clarified water off-takes. A convection-diffusion equation, which is extended to incorporate the sedimentation of sludge flocs in the field of gravity, governs the mass transfer in the clarifier. The standard k-ε turbulence model is used to compute the turbulent motion, and our CFD model accounts for buoyancy flow. The sludge settling velocity was measured as a function of the concentration, and we have used the double-exponential settling velocity function to describe its dependence on the concentration. The CFD model is validated using measured concentration profiles. The results were evaluated on the basis of the simulated profiles of vertical up-flow velocity in the body of the clarifier. and Pri výskume bol použitý softvér FLUENT CFD, ktorý využíva metódu konečných objemov na určovanie toho, či možno zlepšiť kapacitu a kvalitu číričov v úpravni vody Al-Wathba (Irak) niektorým z relatívne nenákladných spôsobov. Simulácie sa uskutočnili s využitím 2D radiálne symetrických modelov, ktoré predstavovali skutočnú konfiguráciu ako aj počet navrhnutých modifikácií s usmerňovačmi a dodatočnými odtokmi upravenej vody. Konvekčno-difúzna rovnica, ktorá je rozšírená o sedimentáciu kalových vločiek v gravitačnom poli, určuje prenos hmoty v číriči. Na výpočet turbulentného pohybu sme použili štandardný model turbulencie k-ε a na vztlakové prúdenie CFD model. Rýchlosť usadzovania kalu bola meraná ako funkcia koncentrácie, pričom my sme použili dvojexponenciálnu funkciu rýchlosti usadzovania na opis závislosti od koncentrácie. CFD model je overený pomocou meraných profilov koncentrácií. Výsledky boli vyhodnotené na základe simulovaných profilov vertikálnej rýchlosti prúdenia v číriči smerom nahor.
Mathematical modelling is shown as an efficient tool for studying the behaviour of reservoir ecosystems. Two mathematical models, namely ASTER and DYRESM-WQ and their characteristic features are described. The parameters of both models and their values used for simulation of reservoir Rimov are presented. Sensitivity analysis for both models was performed in the scope to demonstrate the sensitivity of simulation results to the parameter changes. The simulation results were compared to the measurements in situ with satisfying accuracy. The suitability of application of both models on the food web simulation of valley reservoirs is discussed. and Článek ukazuje matematické modelování jako účinný prostředek pro studium chování ekosystémů údolních nádrží. Popisuje dva matematické modely, a to ASTER a DYRESM-WQ, a jejich charakteristické rysy. Podrobně jsou ukázány parametry obou modelů a rovněž jejich hodnoty, jichž bylo použito k simulaci údolní nádrže Římov. Pomocí citlivostní analýzy byla zjištěna u obou modelů velikost odezvy systému na změny některých parametrů. Porovnání výsledků simulací s hodnotami naměřenými v nádrži ukazuje dostatečnou přesnost matematického modelování. V závěru je diskutována vhodnost použití matematického modelování pro simulaci potravního řetězce v údolních nádržích.
The main objective of this study is to develop a model procedure for predicting low flows for a large set of gauged basins located in the Rhine-Meuse area. The methodology is primarily based on the analysis of recession curves, river discharges being essentially provided by groundwater flow during drought period. Our objective is to use recession coefficients in order to calibrate base flow predictions coming out from a groundwater reservoir. Problems related to the temporal variability of recession coefficients are discussed. We come to the conclusion that lows flows prediction can be improved by implementing a new groundwater reservoir into the RR model based on our knowledge of low flow processes. and Jednou z požiadaviek Rámcovej smernice o vode (WFD, 2000/60/EC) je analýza trendov a dlhodobá predpoveď vývoja znečistenia povrchových tokov. Pri odhade vývoja znečistenia toku je potrebné brať do úvahy nielen možné zdroje znečistenia, ale je potrebné uvažovať aj s vývojom množstva vody v tokoch a so zvyšovaním teploty tokov v dôsledku očakávanej klimatickej zmeny a zmeny vo využívaní vodných zdrojov. V príspevku je analyzovaný vývoj mesačných koncentrácií vybraných ukazovateľov kvality vody v toku Dunaja v stanici Bratislava (napr. Chl-a, Ca, EC, SO4 2-, Cl- , O2, BSK5, N-celk, PO4-P, NO3-N, NO2-N a pod.) za obdobie r. 1991-2005. Za účelom dlhodobej predpovede koncentrácií každého ukazovateľa kvality vody sme na základe štatistických testov vybrali najlepší autoregresný Box-Jenkinsov model s dvoma regresormi: 1. prietokmi a 2. teplotami vody. Scenáre pre mesačné prietoky a mesačné teploty vody boli vytvorené pre tri stavy: i) priemerné podmienky - medián prietokov a teploty vody; ii) nízke prietoky a vysoké teploty vody; a iii) vysoké prietoky a nízke teploty vody. Tieto scenárové podmienky boli vypočítané z denných údajov z obdobia 1931-2005 ako percentily (1. percentil, medián, 99. percentil). Použijúc tieto scenáre sme vybranými Box-Jenkinsovými modelmi s dvoma regresormi simulovali extrémne mesačné hodnoty vybraných ukazovateľom kvality vody v Dunaji pre extrémne hydrologické a teplotné podmienky.
All phenomena in nature are going on continuity way. All independent and dependent quantities are changing with time. Solving the problems of advection and dispersion of an observed component in a system of river network, influences of time and dispersion cannot be neglected in general. Since knowledge of hydraulic quantities (average velocity and cross sectional area) are presumed, a concentration c(x,t) of the observed component in a stream is the only unknown function. To determine this function c(x, t), one equation is needed - Advective-Dispersion Equation (ADE). ADE expresses law of mass conservation. The paper deals with analytical solutions of problems of transport and dispersion of the observed component in streams, namely for steady and unsteady problems. Analytical solutions are useful for validation of numerical solutions and for sensitivity analysis. The sensitivity analysis helps to determine influences of a separate coefficient of a model. Analytical solutions are derived dfor constant velocity, constant discharge and constant cross-sectional area. Also it is assumed constant dispersion coefficient. and V přírodě probíhají všechny jevy kontinuálně, kdy veškeré nezávislé, ale i závislé veličiny se mění s časem. Při řešení úloh transportu a disperze látky v systému vodotečí se obecně nemůže zanedbat vliv času a účinku disperze. Jelikož se předpokládá znalost hydraulických veličin proudění vody v toku (rychlost a průtočná plocha), je jedinou neznámou funkcí koncentrace látky v toku c(x, t). K jejímu určení je zapotřebí jedna rovnice (rovnice transportu a disperze), která se získá aplikací zákona zachování hmotnosti. Předmětem článku jsou analytická řešení rovnice transportu a disperze látek v tocích, a to jak pro stacionární tak nestacionární děje. Analytická řešení jsou vhodná pro ověření přesnosti numerických řešení a pro citlivostní analýzu, pomocí které je možné určit vliv jednotlivých koeficientu modelu. Analytická řešení jsou odvozena pro konstantní průřezovou rychlost, konstantní průtok a konstantní průtočnou plochu, tedy pro rovnoměrné ustálené proudění. Dále se předpokládá konstantní součinitel disperze na celém studovaném úseku toku (oblasti řešení).
The object of presented article is to demonstrate how the frequency of input data can affect the results of mathematical modelling of reservoir ecosystems. The study was done for Rimov Reservoir, a water supply reservoir in the south of Bohemia. The 2-D water quality model CE-QUAL-W2 was used for the simulation. Among all input data only the inflow temperature and meteorological data have significant daily variation. For this reason the study focuses to the influence of frequency of these two data sets on the simulation results. The simulations were effectuated with data measured as hourly averages, as daily averages and three times a day and the simulation results were statistically evaluated. It is shown that in common hydrological and meteorological conditions the simulation mean error is in acceptable limits, only in case of more important discharges and inflow temperatures they become more significant. The study leads to the conclusion that it is not necessary to try to get the data measured with high frequency and that in the most cases the simulation using daily averages of input data is sufficient. and Účelem článku je ukázat, jak může frekvence vstupu dat ovlivnit výsledky matematického modelování ekosystémů nádrží, a to na příkladu vodárenské nádrže Římov. Pro simulaci bylo použito dvourozměrného modelu CE-QUAL-W2. Protože ze všech vstupních dat modelu pouze teplota přítoku a meteorologická data mohou mít významné denní změny, studie se soustřeďuje na vliv frekvence vstupu těchto dat na výsledky simulace. Výpočty byly provedeny s použitím dat měřených jako hodinové či denní průměry nebo třikrát denně, další varianty vstupních hodnot použitých pro simulaci byly z těchto měřených hodnot vypočteny. Z výsledků této studie vyplývá, že v normálních hydrologických a meteorologických podmínkách je chyba způsobená použitím průměrných denních hodnot zanedbatelná. Pouze v období slabé stratifikace či výrazného snížení teoretické doby zdržení za současného výrazného denního chodu teploty přítoku přináší použití hodinových vstupních dat významné zvýšení přesnosti simulace. Studie vede k závěru, že ve většině případů je použití denních průměrů vstupních dat dostačující.
The paper presents the results of research of surface water and sediment contamination by the specific pollutants in the Klabava River Basin, subcatchment of Vltava River in Central Bohemia, Czech Republic. The analysis of spatial and temporal dynamics of the contamination is based on the water and sediment chemistry data from the long-term monitoring maintained by the Vltava River Authority completed by the own monitoring established in the Klabava River basin. The research revealed that the most important water and sediment contamination loads are mainly concentrated in the industrial area between cities Hrádek and Rokycany situated on downstream of the river basin. The performed analysis identified the cadmium as the most critical parameter as its concentrations in surface water exceeded the references limits up to several hundred times. However, pollution with the specific organic substances was still below the critical limit, except for the AOX indicator. The results of sample-taking in the river basin allowed analyzing the effect of extreme flood in August 2002 on the changes in the sediment load by heavy metals. Contaminated sediments were mostly washed out by the inundation and this resulted in significantly lower values than were observed in the previous seasons. Repeated observations however indicate that the pollution concentrations are gradually reaching their original values. and Článek představuje výsledky výzkumu znečištění povrchových vod a sedimentů specifickým znečištěním v povodí Klabavy. Analýza vychází z dostupných dat o chemismu vody a plavenin ze sledování podniku Povodí Vltavy a z vlastních dat získaných rozbory vzorků odebraných na síti účelově zřízených profilů. Pro hodnocení chemismu sedimentů byly použity standardní metody - porovnání s pozaďovými hodnotami geogenního prostředí podle Turekiana a Wedepohla a zatřídění do tříd jakosti podle Igeo. Z výsledků vyplývá, že zatížení vody i sedimentů je soustředěno zejména do oblasti průmyslového a sídelního uskupení mezi Hrádkem a Rokycany. Varovné jsou zde především koncentrace kadmia ve vodě, které v této oblasti překračují referenční hodnoty i několiksetkrát, silnou zátěž potvrzují i analýzy sedimentu. Znečištění specifickými organickými látkami s výjimkou ukazatele AOX nedosahuje kritických hodnot. Výsledky vlastních odběrů umožnily rovněž zhodnotit vliv povodně v srpnu 2002 na změnu zátěže sedimentů. Kontaminované sedimenty byly povodní vyplaveny a hodnoty, naměřené bezprostředně po povodni, jsou výrazně nižší než v předchozím období. Díky pokračující zátěži se však postupně vrací k původním hodnotám.