Kvantifikace potřeby pitné vody pro současné a očekávané podmínky regionů ČR

1. Úvod

Pro takto vyhodnocená území je možno identifikovat potenciál využití souběhů tras pro propojování skupinových vodovodů s využitím plánovaných dopravních liniových staveb, jako jsou dálnice a silnice I. třídy, nebo případně železniční stavby a projektované vysokorychlostní tratě. Uvažovaným cílovým časovým horizontem je rok 2050. Pro takto vzdálený časový horizont jsou vstupní údaje sice zatíženy určitou nejistotou, nicméně autoři vycházejí z dostupných celorepublikových podkladů. Zároveň je v rámci vyhodnocování uvažováno s různými scénáři zabezpečenosti vodních zdrojů a s různými variantami přístupu k potřebě vody, ve vazbě na projevy změn klimatu i demografického vývoje. V příspěvku jsou prezentovány dosažené poznatky z řešení projektu „Vyhodnocení možností využití plánovaných liniových staveb k realizaci převodů vody mezi povodími a mezi vodárenskými systémy“. Hlavním cílem je definovat podmínky a nastínit možné metody řešení pro efektivní propojování investiční výstavby dopravní a vodohospodářské infrastruktury za účelem pokrytí regionálních nedostatků vodních zdrojů, včetně zdrojů pitné vody. V rámci zpracování jsou rovněž definovány vhodné trasy, pro které by do budoucnosti takové spojení výhledových záměrů mělo být využito s ohledem na narůstající deficity vodních zdrojů v určitých regionech a povodích. Základem výzkumu je kvantifikace potřeb a kapacit vodních zdrojů v současných i predikovaných podmínkách (změny klimatu, demografické prognózy, zabezpečenost vodních zdrojů, aj.) v různých regionech ČR. Podrobné zaměření řešeného projektu je uvedeno ve článku Hospodka a kol. (2023).

V rámci prováděných aktivit zabývajících se zabezpečením pitné vody je rámcově vyhodnocena bilance potřeby pitné vody v celorepublikovém měřítku pro SO ORP. Hlavním cílem je získání informací o kapacitách jednotlivých základních územních celků. Následně jsou analyzovány ucelené významné vodárenské celky a jejich možnosti z hlediska podpory zabezpečenosti nekapacitních lokálních zdrojů. Pro takto vyhodnocená území jsou následně hledány možné trasy propojování skupinových vodovodů s využitím plánovaných (či stávajících) dopravních liniových staveb, jako jsou dálnice a silnice I. třídy nebo případně železniční stavby.

2. Materiál a metody

Základními vstupy v rámci řešení výzkumného projektu jsou níže popsané datové sady, které jsou buď veřejně dostupné nebo byly obdrženy výhradně pro potřeby tohoto projektu.

Počet obyvatel

Za účelem definování potřeb vody byly zajištěny datové sestavy vázané na vývoj počtu obyvatel, vč. definování výhledových scénářů – prognostických odhadů vývoje počtu obyvatel. Pro potřeby prováděného výzkumu byly zajištěny datové sady pro období 2010–2020. Jelikož je vývoj počtu obyvatel pro jednotlivé lokality velice nejistý je uvažováno s variantním řešením. Počítáme s maximálním počtem obyvatel ve výhledu k roku 2050 s 11,7 miliony obyvatel což představuje nárůst o 10 % oproti roku 2020. Naopak při nejminimalističtější variantě je uvažováno s poklesem o 10 %.

Vybrané údaje majetkové evidence (VÚME) a Vybrané údaje provozní evidence (VÚPE)

VÚME a VÚPE mají povinnost každoročně předávat vlastníci na příslušné vodoprávní úřady v souladu s ustanovením § 5 odst. 3 zákona o vodovodech a kanalizacích. Následně jsou data předávána vodoprávními úřady na Ministerstvo zemědělství. Za správnost předávaných údajů zodpovídají zpracovatelé VUME, VUPE a územně příslušné vodoprávní úřady. Obdrženy byly evidence pro celé území ČR za roky 2007 až 2019. Specifická potřeba vody je vypočítána z nejnovějšího obdrženého roku VÚME a VÚPE. V rámci vyhodnocení je uvažována celková potřeba vody na obyvatele a specifická ztráta na obyvatele. Detailnějším popisem výpočtu se zabýval článek Mašek a kol. (2022).

Geografická data liniových staveb a pozemků ve správě ŘSD, Správy železnic ČR, krajů, obcí a dalších pozemků ve vlastnictví státu

Za účelem zajištění požadovaných datových zdrojů vázaných na liniové dopravní stavby byla v průběhu prvního roku řešení navázána úzká spolupráce se subjekty, v jejichž gesci je správa a aktualizace datových zdrojů zajišťována. Byla tak navázána spolupráce s Ředitelstvím silnic a dálnic ČR, Správou železnic ČR, stejně jako se samotným Ministerstvem dopravy či souvisejícími subjekty – Ministerstvem pro místní rozvoj, ČUZK atd.

Data od správců povodí

Základní vstupní data byla poskytnuta jednotlivými státními podniky Povodí. Jejich obsah byl před samotným oslovením poskytovatelů konzultován mezi řešiteli z firmy Vodohospodářský rozvoj a výstavba a.s. a Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. Ve výsledné žádosti pro státní podniky Povodí byly žádány informace z vodohospodářské bilanci za posledních pět let, všechny povrchové a podzemní odběry, koordinační souřadnice odběrových bodů, maximální povolené množství čerpané vody, celková suma odběrů uskutečněných v daném roce a způsob využití vody v jednotlivých odběrových bodech. Data byla získána od všech Podniků povodí a mohla být tedy vyhodnocena pro celé území ČR. Zároveň byla vyhotovena analýza všech odběrových míst. Datové sady bylo nutné nejprve sjednotit tak, aby vznikla jedna vstupní vrstva pro vyhodnocení všech parametrů analýzy. Touto fúzí vznikla datová sada obsahující cca 30 tisíc odběrných míst všech povodí v letech 2016–2020 se 116 sledovanými parametry. Celková databáze poté obsahuje cca 2,8 milionu vyplněných údajů vztahujících se k jednotlivým odběrům podléhajícím nutnosti vedení evidence tohoto odběru. Databáze byla následně převedena do prostředí geografického informačního systému pro možnost tvoření prostorově závislých analýz.

Zákresy vodovodních sítí

Jako základní vstupní informace o vodárenské infrastruktuře byl brán podklad Plánů rozvoje vodovodů a kanalizací území krajů (dále jen „PRVKÚK“), které byly zpracovány pro všechny kraje ČR. Zpracování těchto PRVKÚK, které vyplývá ze zákona o vodovodech a kanalizacích, zajišťovalo Ministerstvo zemědělství ve spolupráci s krajskými úřady. Pro představu je na následujícím obrázku č. 1 je zobrazena převzatá vodárenská infrastruktura z jednotlivých krajů.

Obrázek 1 Zobrazení jednotlivých PRVKUK v rámci celé ČR

Liniové dopravní stavby

Využitelné liniové dopravní stavby byly vyhodnocovány v součinnosti s Centrem dopravního výzkumu, v.v.i., kde hodnocená pozemní komunikace byla definována jako dopravní cesta určená k užití silničními a jinými vozidly a chodci, včetně pevných zařízení nutných pro zajištění tohoto užití a jeho bezpečnosti. Pro naplňování účelu tohoto projektu byly vyhodnoceny jako nejvhodnější dálnice a silnice I. třídy.

3. Bilanční scénáře potřeb pitné vody

Samotná analýza bilance potřeby vody a zdrojů je zpracována na základě vytvoření variantních scénářů na podkladě vstupních proměnných. Tento způsob byl zvolen z důvodu vědomí, že vstupní data jsou ve velké míře zatížena nejistotami při prognóze vývoje ve výhledovém roce 2050. Vstupními parametry jsou tří základní zpracované sady dat, které se dále dělí a navzájem se kombinují. Ze vstupních dat poskytnutých od státních podniků Povodí získaná sada „zdroje“, „SPO“ ze zpracovaného podkladu VUME / VUPE a „počet obyvatel“ dle ČSÚ. Tyto sady se dále dělí:

Zdroje

• současný odběr – hodnoty z roku 2020 k jednotlivým odběrným bodům
• maximální povolený odběr – hodnoty z roku 2020 k jednotlivým doběrným bodům
• maximální povolený odběr ponížený o 50 % u zdrojů do 2 l.s⁻¹ včetně, a o 15 % u zdrojů nad 2 l.s⁻¹ (suchý scénář)

Specifická potřeba

• dle reálného výpočtu z VUME / VUPE
• dle vyhlášky stanovující minimum na obyvatele 36 m³.rok⁻¹
• Počet obyvatel představuje v pěti různých scénářích vývoje (−10 %, −5 %, beze změny, 5 %, 10 %)

Kombinací všech těchto parametrů navzájem jsou stanoveny výsledné scénáře označené od čísla 1 do 30. Všechny z těchto scénářů mají jako vstupní hodnoty zvolen jeden zdroj (ze tří), jednu specifickou potřebu (ze dvou) a procentuální vývoj počtu obyvatel (pět). Rovnice pro výpočet samotné bilance je následující:

V následující tabulce je zobrazen systém kombinací a přiřazená čísla jednotlivých scénářů.

4. Bilanční oblasti

Jak vyplývá z popsaného postupu, je nutno do výpočtů zahrnout počet obyvatel. Tento počet obyvatel je potřeba vztáhnout k územnímu celku. Proto byla stanovena jako základní bilanční oblast pro ČR hranice jednotlivých SO ORP. Jelikož je zřejmé, že hranice ORP nemusí respektovat vytvořené ucelené vodárenské celky v ČR, bylo nutno v průběhu zpracování upravit bilanční oblasti spojením některých ORP. Tento fakt respektuje v současnosti vytvořené možnosti převodu vody na větší vzdálenosti. Tímto způsobem vyhodnocená bilance není ovlivněna zkreslením vlivem geografické příslušnosti významných vodních zdrojů, přiřazovaných do bilančních oblastí v závislosti na jejich poloze v bilanční oblasti. Z původního počtu 205 bilančních oblastí odpovídajícího počtu ORP je vytvořeno 80 bilančních oblastí představující převažující možné skupinové vodovody v ČR.

Obrázek 2 Porovnání bilančních oblastí ORP vlevo a scelených oblastí pro bilance vpravo

Následné bilance jsou tedy provedeny ve vytvořených oblastech v možných 30 scénářích.

Pro ukázku vzniklého výstupu jsou na následujícím obrázku č. 3 zobrazeny výsledky bilance pro scénář 8, který odpovídá kombinaci specifická potřeba dle VÚME a VÚPE, kapacita zdrojů je na úrovni maximálních povolených odběrů a vývoj počtu obyvatel se v tomto scénáři uvažuje jako neměnný, tedy roven počtu z roku 2020. Jedná se oproti aktuálnímu stavu o připojení všech obyvatel ČR a uvažování pouze větších kapacitních zdrojů podléhající povinné evidenci. Grafické výsledky analýzy je nutno brát v souvislostech vodárenské infrastruktury. I přesto, že bylo přistoupeno na k vytvoření větších bilančních celků, tak v některých případech jsou významné zdroje pro danou oblast v sousední bilanční oblasti. Nicméně lze říct, že tyto případné potřebné propoje již existují. Takovým případem je například bilanční oblast okolo Brna.

Obrázek 3 Výsledky bilance pro scénáře č. 8 (zdroje max. povolení, současný počet obyvatel a specifická potřeba)

5. Zhodnocení vhodných dopravních staveb

Na základě získaných vhodných datových sad s využitím popsané metodiky analyzující možný vývoj bilance potřeby pitné vody ve stanovených bilančních oblastech byl hodnocen potenciál pro převod vod v souběhu stávajících či výhledově tvořených koridorů dopravních staveb. Na základě získaných orientačních zákresů tras plánovaných a současných dálnic a silnic I. třídy bylo hodnoceno, zda nespojuje nebo neprochází zároveň skrz deficitní i přebytkové území. Takto byl hodnocen potenciál převodu pro každý propoj mezi bilančními oblastmi. Sumarizací těchto potenciálů propojení pro všechny uvažované scénáře je možno kategorizovat potenciály jednotlivých úseků dopravních staveb. Jedním ze závěrů této analýzy je stanovení či potvrzení potenciálu pro tři pilotní území, která splňují dostatečnou četnost potenciálu převodu vody. Jedná se o území kopírující projektovanou dálnici D3, oblast spojující silnice první třídy z Plzně do Klatov a jižní Moravu, kde existuje potenciál možnosti převodu vody ze spodní části Povodí Moravy severním směrem až do Brna. Tyto oblasti jsou ilustrativně zobrazeny na obrázku č. 4. Podrobnosti k hodnoceným koridorům a souvislosti s vlastnickými vztahy uvádí článek Hospodka a kol. (2023)

Obrázek 4 Lokalizace pilotních území vybraných pro podrobnou analýzu

6. Závěr

V rámci vyhodnocení 30 scénářů bilance potřeby vody ve vytvořených bilančních oblastech, představující možné skupinové vodovody, bylo výše uvedeným postupem v měřítku celorepublikové bilance stanoveno 5 deficitních situací. Pomineme-li těchto pět deficitních scénářů je ve zbylých scénářích průměrně 19 deficitních oblastí z celkového počtu 80. Minimální vyhodnocený deficit denního maximálního odběru se pohybuje pro danou jednu oblast přes 300 l/s. Pro případné vykrytí tohoto nejmenšího deficitu pomocí vybudování akumulací by bylo pro představu potřeba vystavět akumulace o velikosti 4 až 5 plaveckých bazénů délky 25 m a 6 dráhami. Pro největší deficity by potřebný akumulační prostor byl zapotřebí mnohonásobně větší. Vybudování a zejména trvalé udržování takto velkého objemu vody pro případné pohotové vyrovnávání odběrů není reálné. Nehledě na to, že v některých oblastech by se ani takto velké připravené akumulační prostory nemusely naplnit. Je tedy zřejmé, že případná výpomoc jiného dostatečně kapacitního zdroje v době sucha zajistí zvětšení zabezpečení zásobování pitnou vodou prostřednictvím převodů. Je vhodné toto řešení provádět komplexně s přípravou jiných strategických staveb například s využitím liniových dopravních staveb. Z počátku toto společné řešení nemusí procesně-právně/majetkově/technicky vypadat jako výhodnější, ale při uzpůsobení potřebných návazností může rozhodně z pohledu finančního i procesního dávat smysl. Z těchto důvodu je v rámci aktivit na tomto výzkumném úkolu dále poukazováno na možné a konkrétní využití tohoto synergického efektu spolu s minimalizací případných překážek, které v současnosti existují.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory Národní agentury pro zemědělský výzkum, projektu číslo QK21010310 „Vyhodnocení možností využití plánovaných liniových staveb k realizaci převodů vody mezi povodími a mezi vodárenskými systémy“.

Výsledek vznikl za podpory Ministerstva zemědělství, institucionální podpora MZE-RO0223

Seznam literatury

1. Hospodka, R., Fučík, P., Hejduk, T. (2023): Informace k výzkumnému projektu „Vyhodnocení možností využití plánovaných liniových staveb k realizaci převodů vod mezi povodími a mezi vodárenskými systémy“. Vodní hospodářství 73(10): 6-9. ISSN 1211-0760.
2. Mašek O.; Zrostlík Š.; Hejduk T.; Fučík P. Využití liniových dopravních staveb pro převody pitné vody – metodika posuzování v měřítku ČR, VODA ZLÍN 2022, p. 30–35, BŘEZEN 10.–11., Zlín, Česká republika.