Využití effect-based metod
k hodnocení stavu povrchových vod
v kontextu Rámcové směrnice o vodě

Úvod O projektuŘešení projektuAktuality Výstupy

Řešení projektu

Uvedení do problematiky

Rámcová směrnice o vodě (WFD) 2000/60/EC vyžaduje integrovaný přístup k monitoringu a hodnocení kvality povrchových vod. Hodnocení stavu vod je v ČR zajišťováno podle rámcového programu monitoringu v souladu s požadavkem vyhlášky 98/2011 ve znění §21 vodního zákona a normami kvality životního prostředí (EQS) v rámci celé EU.

Současný monitoring je zaměřen na sledování vybraných regulovaných chemických látek (prioritních, prioritních nebezpečných a dalších znečišťujících látek), u kterých je známo jaké nebezpečí představují pro vodní prostředí. Jedná se o 45 prioritních látek a dalších znečišťujících látek definovaných na národní úrovni (cca 300 v celé EU, v ČR dle nařízení vlády 401/2015 Sb. a normy ČSN 75 7221). Nicméně tyto rizikové látky tvoří pouze zlomek celkové toxicity vod a informace o jejich přítomnosti v povrchových vodách dostatečně nevypovídají o skutečných účincích celkového množství chemických látek vyskytujících se ve vodním prostředí zahrnující například takzvané látky budící obavy („contaminants of emerging concern, CEC“ nebo také emergentní mikropolutanty), kam se řadí např. léčiva a kosmetické přípravky, biocidy, polární pesticidy, endokrinní disruptory, retardéry hoření, jejich metabolity a transformační produkty. Látky přítomné ve vodním prostředí navíc vytvářejí směsi, jejichž účinek není předvídatelný na základě samotné chemické analýzy.

Využití EBM monitoringu může napomoci ve stanovení důvodů nevyhovujícího ekologického stavu vod a k identifikaci dalších látek, které mohou být hrozbou pro vodní ekosystémy a lidské zdraví. Rámcová směrnice vyžaduje, aby členské státy stanovily pro každý vodní útvar ekologické cíle. Jakmile nebude tento cíl naplněn, musí být identifikována příčina, aby mohla být přijata účinná opatření. K tomuto účelu je potřeba mít vhodný systém diagnostiky, často však takovýto nástroj není dostupný. V současnosti využívá WFD metody hodnocení biologických složek, které obvykle nereagují na přítomnost toxické látky ve vodách, ale spíše na jiné typy stresorů, jako je např. pH či nízká hladina kyslíku. EBM mohou pomoci při hodnocení možných příčin nevyhovujícího stavu vod. Baterie robustních standardizovaných biotestů umožní stanovit, zdali je problém skutečně způsoben přítomností polutantů, a případně je zařadit do skupiny dle jejich mechanismu účinku. Polutanty mohou být následně identifikovány chemickou analýzou.

Vodohospodářské instituce zabývající se monitoringem povrchových vod, mohou navrhovanou metodiku využít k optimalizaci rozsahu chemických analýz a zaměřit se na kontaminanty, které riziko skutečně způsobují. Na základě nalezených znečišťujících látek lze následně navrhnout opatření pro jejich eliminaci.

Cíle projektu

Projekt má za cíl připravit metodiku hodnocení stavu vod, která umožní identifikaci několika rizikových skupin látek pomocí čtyř standardizovaných ekotoxikologických metod na základě jejich mechanismů účinku (ekotoxicita vůči producentům a destruentům, genotoxicita, endokrinní disrupce - estrogenita). Využitelnost zvolených effect-based metod bude otestována a ověřována na vybraných profilech v povodích Odry, Moravy a Labe.

Přínos projektu

Effect-based metody, především jako baterie testů založených na stanovení různých mechanismů účinků látek, mají lepší vypovídající schopnosti o stavu vod než chemický rozbor, který je omezen, v lepším případě, na několik desítek monitorovaných polutantů. Effect-based metody jsou tedy vhodným doplňkem k rutinnímu testování jakosti vod a v budoucnu by měly tvořit propojení mezi chemickým a ekologickým hodnocením stavu vod.

Připravovaná metodika zahrnující výběr standardizovaných ekotoxikologických metod umožní zpřístupnit effect-based monitoring institucím podílejících se na monitoringu povrchových vod. Zájem o tuto metodiku projevil odbor ochrany vod MŽP, a dále také státní podniky Povodí Odry a Povodí Moravy a krajský úřad Moravskoslezského kraje, jakožto instituce zabývající se kvalitou povrchových vod a procesem plánování v oblasti vod podle Rámcové směrnice o vodě. S podniky Povodí probíhá také spolupráce při vzorkování vod a součinnost při analýze fyzikálně-chemických parametrů vybraných profilů.

Předpokládané výsledky projektu

V rámci řešení projektu je plánována realizace následujících výstupů, jejichž termín dosažení je plánován na listopad roku 2023:

Metodika schválené příslušným orgánem státní správy, do jehož kompetence daná problematika spadá (nMets): Metodika hodnocení stavu povrchových vod pomocí effect-based metod. Připravovaná metodika je určena k hodnocení stavu povrchových vod effect-based metodami, která může být následně rutinně využívána v monitoringu kvality vod vodohospodářskými institucemi pro prioritizaci rizikových skupin látek jako doplněk současného monitoringu povrchových vod.
Souhrnná výzkumná zpráva (Vsouhrn): Souhrnná zpráva projektu HOPEM. Zpráva bude informovat o způsobu řešení projektu a výsledcích monitoringu effect-based metodami. Bude obsahovat tabelární a grafické znázornění výsledků hodnocení stavu vod pomocí effect-based metod ze vzorkovaných profilů na vybraných povodích. Výsledky budou dány do souvislostí s daty chemické analýzy. Zpráva doporučí další směřování výzkumu v oblasti monitoringu povrchových vod.
Článek v odborném recenzovaném periodiku (Jost): Effect-based monitoring of selected watersheds for the water quality assessment. Článek bude informovat o využití effect-based metod pro hodnocení stavu povrchových vod demonstrovaný v pilotní studii na vybraných profilech povodí Odry, Moravy a Labe.

Plánovaný postup řešení projektu

Pro hodnocení stavu povrchových vod effect-based metodami bylo vytipováno 11 lokalit ve třech povodích (povodí Odry, Moravy a Labe). Devět lokalit vykazuje dlouhodobě špatnou jakost vod, která je ve většině případů způsobena nadlimitními koncentracemi fosforu a dusíku, ale i zvýšeným výskytem některých prioritních a dalších znečišťujících látek a kovů (dle nařízení vlády č. 401/2015 Sb.). Dvě lokality byly vybrány jako referenční s prokázanou dlouhodobě dobrou jakostí vod.

Z těchto jedenácti lokalit budou odebrány prosté bodové vzorky vod, které budou zpracovány dle požadavků TNV 75 7231. V případě pozitivních výsledků v limitních zkouškách se zakoncentrovaným vzorkem bude proveden vlastní test ve vhodném koncentračním rozmezí. Vyhodnoceny budou následující parametry: ekotoxicita, genotoxicita a endokrinní disrupce.

Testy byly vybírány s ohledem na pokrytí různých mechanismů účinku toxických látek, vysoké citlivosti testů, rychlosti provedení experimentu a potřeby poměrně malého množství vzorku k provedení analýzy.

Tam kde je to relevantní, převede se výsledný efekt na bioanalytické ekvivalenty BEQ (např. EEQ – 17ß-estradiol equivalent quotient v YES testu pro hodnocení estrogenity). Tato data budou použita k hodnocení stavu vod a analýze rizik. V ostatních případech se úroveň rizika stanoví na základě ředění, ve kterém se projeví pozitivní efekt daného měřeného endpointu.

Hodnocení toxikologického stavu vod effect-based metodami bude porovnáno s vyhodnocením jakosti vod dle standardního hodnocení analýzy rizik výskytu organického a anorganického znečištění z dat poskytnutých státními podniky Povodí Odry, Moravy a Labe.

Použité metody

Zakoncentrování vzorků organického znečištění je prováděno dle TNV 75 7231. Vzorky jsou následně otestovány vybranými effect-based metodami:

Test toxicity s destruenty: Microtox test s luminiscenčními bakteriemi Aliivibrio fisheri dle normy ČSN EN ISO 11348.
Test toxicity s producenty: miniaturizovaný test inhibice růstu zelených řas dle ČSN EN ISO 8692.
Endokrinní disrupce – hodnocení estrogenity pomocí komerčního kitu využívající kvasinky Saccharomyces cerevisiae, tzv. YES test.
Genotoxicita – stanovení přímé mutagenity pomocí Amesova testu s bakteriální kulturou Salmonella typhimurium (kmeny TA 98 a TA 100) dle ISO 11350:2012.

Hodnocené profily

Pro testování byly vybrány lokality, které nevyhovovaly normám environmentální kvality (EQS) ve více než pěti parametrech. K těmto devíti vytipovaným profilům byly vybrány další dvě referenční lokality reprezentující místa s teoreticky velmi dobrou jakostí vod.

Vybrané profily pro hodnocení stavu vod pomocí effect-based metod: