MASARYKOVA UNIVERZITA

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd Ondřej TESAŘ MOŽNOST EXPLOATACE PODZEMNÍ VODY PRO REKREAČNÍ AREÁL V OBCI MORAVEC Diplomová práce Vedoucí práce: Mgr. Tomáš Kuchovský, Ph.D. Odborný konzultant: Mgr. Adam Říčka, Ph.D.

2 2010 Ondřej Tesař Všechna práva vyhrazena

3 Jméno a příjmení autora: Název diplomové práce: Název v angličtině: Studijní program: Studijní obor: Vedoucí diplomové práce: Odborný konzultant: Bibliografické informace Ondřej Tesař Možnost exploatace podzemní vody pro rekreační areál v obci Moravec Exploitation of groundwater for the recreational centre in the Moravec village Geologie Geologie Rok obhajoby: 2010 Mgr. Tomáš Kuchovský, Ph.D. Mgr. Adam Říčka, Ph.D. Anotace v češtině Tato práce je zaměřena na vodohospodářské zásobování v rekreačním areálu Moravec na Českomoravské vrchovině. Na základě vyhodnocení výsledků hydrodynamických zkoušek a následném počítačovém modelování jsou stanoveny zásoby podzemní vody a je navrženo ochranné pásmo jímacího objektu. Anotace v angličtině This work is focused on water supply in the recreation area Morava, which is situated in Czech-Moravian Highland. Based on the evaluation of the results of hydrodynamic tests and subsequent computer modeling are provided supplies of underground water and is designed catchment facility protection zone. Klíčová slova v češtině: Exploatace, zásoba, kolektor, ochranné pásmo Klíčová slova v angličtině: Exploitation, ground water storage, aquifer, protection zone of potable water

4

5 Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně pod vedením Mgr. Tomáše Kuchovského, Ph.D. Veškerou literaturu a ostatní prameny, z nichž jsem při přípravě práce čerpal, řádně cituji a uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím se zapůjčováním práce v knihovně PřF MU... V Brně Ondřej Tesař

6 Poděkování Rád bych poděkoval Mgr. Tomáši Kuchovskému, Ph.D. za odborné vedení a trpělivost při psaní této diplomové práce a Mgr. Adamu Říčkovi za konzultace a pomoc při numerickém modelování, za doplnění dat a nezbytné literatury. Děkuji Mgr. Zdenku Vavříčkovi z firmy Aqua Enviro, s.r.o. za poskytnutí podkladů ke studovanému areálu. Dále bych rád poděkoval rodičům a rodině za podporu a všem v blízkém okolí.

7 Obsah 1. ÚVOD CHARAKTERISTIKA ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ Geografie území Geomorfologie území Geologie území Geologie Strážeckého moldanubika Hydrogeologie oblasti Krystalinikum Českomoravské vrchoviny Hydrogeologická charakteristika rajónů Hydraulická charakteristika rajónů Chemismus podzemích vod v rajónech Vodárenský význam rajónů a ochrana podzemních vod Hydrogeologie Průlinově-puklinová propustnost Čerpací zkoušky Výpočet zásob podzemních vod Specifická vydatnost studny Změny chemického složení podzemních vod Ochrana podzemní vody METODIKA Čerpací a stoupací zkoušky Metodika vyhodnocení čerpacích zkoušek Jacobova metoda Numerický model proudění Základní parametry Okrajové podmínky Horizontální a vertikální vodivost Efektivní pórovitost Efektivní infiltrace Hydraulická vodivost dnových sedimentů... 31

8 4. VÝSLEDKY Hydrodynamické zkoušky Numerický model proudění Stanovení statických a dynamických zásob Určení maximálního a optimálního čerpaného množství Vytýčení ochranného pásma DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY PŘÍLOHY Příloha 1 - Mapa srážek a teplot ČR Příloha 2 - Fotogalerie Příloha 3 - Základní data z hydrodynamických zkoušek Příloha 4 - Vstupní data z pramene PB0189 Strážek

9 1. ÚVOD Téma diplomové práce Možnost exploatace podzemní vody pro rekreační areál v obci Moravec bylo zadáno po konzultaci s Mgr. Tomášem Kuchovským, Ph.D. ústavem geologických věd Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně v říjnu Tato práce se zaměřuje na vodohospodářské zásobování školícího a rekreačního areálu v obci Moravec, který má v současnosti nevyhovující zásobování pitnou i užitkovou vodou. V areálu byl vyhlouben nový hydrogeologický vrt, který má nedostatek ve vodohospodářském zásobování odstranit. Kolektor na lokalitě je budovaný horninami krystalinika, je slabě propustný, což komplikuje možnost jeho vodárenské exploatace. V práci jsou zhodnoceny hydrogeologické poměry lokality. Na základě vyhodnocení hydrodynamických zkoušek byly určeny hydraulické parametry zvodněných hornin. S využitím numerického počítačového modelování bylo následně navrženo maximální a optimální čerpané množství, stanoveny statické a dynamické zásoby podzemních vod a navrženo ochranné pásmo jímacího objektu. 9

10 2. CHARAKTERISTIKA ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ 2.1. Geografie území Obec Moravec leží na Českomoravské vrchovině přibližně 15 km jz. od města Bystřice nad Pernštejnem na náhorní plošině v nadmořské výšce m n.m. na mapovém listě 1: M 24-13, list Bystřice nad Pernštejnem. V okolí obce, která leží uprostřed polí a jehličnatých lesů, je velké množství rybníků, které jsou v závislosti na morfologii terénu a síti stávajících vodotečí propojené umělými kanály. Jedním z velkých rybníků v této oblasti je nádrž Piknusek, která leží 1,5 km ssz. od obce Moravec. U ní je situováno zájmové území školící a rekreační středisko české pošty (Obr. 1). Obr. 1 Rekreační areál u vodní nádrže Piknusek. (2009) Vysvětlivky: poloha rekreačního areálu. Studovaná lokalita je srážkově chudá, roční množství srážek je asi 600 mm. Podnebí je drsnější, průměrná roční teplota je 7 C (Příloha 1). Povrchově je odvodňována potokem Bobrůvka, která se v Dolních Loučkách slévá s potokem Libochovka a v Předklášteří vlévá do Svratky. Území patří do povodí Černého moře. 10

11 2.2. Geomorfologie území Rekreační středisko leží ve velké geomorfologické jednotce Českomoravská vrchovina, která tvoří jv. část České vysočiny (Demek 1965). Nejvyššími body studovaného terénu jsou vrchol Kosova hora (593 m n.m.), která leží jz. od areálu a vrch Baršovice (543 m n.m.) na jv. Samotný objekt se pak nachází mezi těmito vrcholy a má průměrnou nadmořskou výšku 510 m n.m (Obr. 2). Od studované oblasti reliéf klesá směrem k severu. Snižování reliéfu je pozvolné a stupňovité. Přirozenou hranicí studované oblasti jsou uměle vyhloubené vodní kanály spojující rybníky a vodní nádrže v okolí. Obr. 2 Morfologie terénu v okolí rekreačního areálu (Digitalizováno podle topografické mapy ČÚZK v měřítku 1:5 000) Geologie území Podle Kodyma (1948) patří území do části moravského moldanubika zvané žďárskostrážecká větev. Hlavní horniny této oblasti jsou biotitické pararuly, které jsou na SV migmatitizovány. Migmatitizace přibývá od JZ k SV, takže je nejsilnější při svratecké antiklinále (Svoboda 1955). Zóna silně migmatitizovaných biotitických pararul je na SZ asi 6 km široká, k JV se zužuje. Horniny této zóny jsou šedé a světle proužkované. Světlého ortomateriálu je v nich přibližně dvakrát více než tmavého paramateriálu. Místy jsou tyto ruly plástevné, jinde perlové. Rovněž je tato okrajová zóna moldanubika bohatá na vložky různých krystalických břidlic, z nichž nejvýznamnější jsou amfibolity, 11

12 doprovázené místy konformně uloženými granulity, vápenci a erlány. Amfibolity tvoří většinou úzké pruhy v rulách všech typů nebo jsou spojeny se serpentinity a pyroxenovci. Jsou to většinou ortoamfibolity, kde jsou sdružené s erlány. Průběh amfibolitových pruhů s ostatními vložkami konformně uložených v rulách ukazuje zároveň generální směry vrstev v tomto krystaliniku (Kalášek in Svoboda 1962) Geologie Strážeckého moldanubika Strážecké moldanubikum (Obr. 3) se rozkládá s. od třebíčského masivu. Na S je vůči kutnohorsko-svratecké oblasti z části omezeno železnohorským zlomem při okraji labské zóny. Jinak je tento styk z větší části překryt křídovými sedimenty Dlouhé meze. Nejkomplikovanější je hranice na V. Vůči svrateckému krystaliniku je podle Kaláška a Weisse (1957) hranice vedena pruhem biotitických okrajových rul. Jižně od tišnovského tektonického uzlu se strážecké moldanubikum stýká podél moravskoslezského zlomového pásma bítýšským zlomem přímo s j. částí svratecké klenby moravika. Jižní hranici strážeckého moldanubika tvoří v suprakrustálních částech zemské kůry okraj třebíčského masivu (Mísař 1983). Téměř celá oblast (až po Přibyslav) náleží pestré skupině moldanubika. Jednotvárná skupina buduje pouze úzký pruh při východním okraji centrálního masivu. V jejím nadloží je uložena granulitová formace, která vystupuje zejména jv. od třebíčského masivu (Mísař 1983). Strážecké moldanubikum je rozděleno na dvě dílčí kry křidelským zlomem, probíhajícím zhruba v linii Bystřice nad Pernštejnem Nové Město na Moravě Poříčí. Podle něho je s. kra strážeckého moldanubika přesmyknutá k J a vykazuje v četnosti a distribuci ultrabazitů zřetelné diference ve srovnání s krou jižní. Pro v. část kry je charakteristická vyšší četnost ultrabazických těles, včetně drobných uzavřenin xenolitů (Mísař 1983). 12

13 Obr. 3 Geologická mapa strážeckého moldanubika (Mísař 1983, podle generální geologické mapy ČSSR a materiálů Uranového průmyslu Nové Město na Moravě upravil Dudek). Vysvětlivky: 1 křída Dlouhé meze 11 amfibolity pestré skupiny 2 třebíčský masiv 12 amfibolity granulitové formace 3 ranský masiv 13 granulity 4 hlinská zóna 14 serpentinity 5 moravikum 15 přibyslavský hlubinný zlom (mylonity) 6 svratecké krystalinikum 16 zlomy a moravskoslezská zlomová zóna 7 muskovitické ortoruly (bítýšský zlom) 8 světlé biotitické ortoruly (gföhlské) přibližná poloha rekreačního areálu 9 silně migmatitizované pararuly 10 silimaniticko-biotitické pararuly, místy okaté, migmatitizované 13

14 2.4. Hydrogeologie oblasti Krystalinikum Českomoravské vrchoviny Krystalinikum Českomoravské vrchoviny je vzhledem k charakteru oběhu podzemních vod a s ohledem na potřeby vodohospodářské bilance hydrologickými metodami rozděleno na hydrologické rajóny (Obr. 4) podle povodí hlavních toků, které územím protékají: rajón 654 krystalinikum v povodí Dyje, rajón 655 krystalinikum v povodí Jihlavy a rajón 656 krystalinikum v povodí Svratky. Západní omezení hydrogeologického rajónu je dáno hlavní rozvodnicí povodí Dunaje a Labe, jižním omezením je státní hranice s Rakouskem. Severní a východní hranice je dána geologickým rozhraním krystalinika se sedimenty svrchní křídy jv. výběžku orlickoústecké synklinály a velkoopatovické křídy rajónu 423 a 428, s permokarbonskými sedimenty boskovické brázdy rajónu 522 a s neogenními uloženinami jz. okraje karpatské předhlubně rajónu 224 (Michlíček a kol. 1986). Obr. 4 Přehled hydrogeologických rajónu ČR s vyznačeným rajónem 656. mapy.geology.cz (2010) Vysvětlivky: Rajón v terciérních a křídových pánevních sedimentech Rajón v karpatském paleogénu a křídě Rajón v sedimentech permokarbonu Rajón v horninách krystalinika, proterozoika a paleozoika Rajón v sedimentech svrchní křídy 14

15 Hydrogeologická charakteristika rajónů V oblasti hydrogeologických rajónů 654, 655, 656 krystalinika Českomoravské vrchoviny lze vymezit svrchní zvodeň, vázanou především na kvartérní pokryv, zónu zvětrávání a podpovrchové rozpojení hornin a spodní zvodeň, vázanou na propustné tektonické zóny v hlubších částech krystalinika. Hloubka oběhu podzemních vod je dána úrovní místní erozní báze. Hladina podzemní vody mělké zvodně (Obr. 5) je převážně volná a sleduje konformně terén. K infiltraci dochází prakticky v celé ploše rozšíření hornin krystalinika, v závislosti na míře propustnosti kvartérního pokryvu a zvětralinového pláště. Nejčastějším způsobem odvodnění mělkého oběhu podzemních vod je skrytý příron do uloženin údolních niv, případně do vodotečí, méně časté jsou suťové eventuálně puklinové vývěry v úrovni a nad úrovní místních erozních bází. Zřetelný pokles stanovených hodnot specifického podzemního odtoku (střední, nízký až velmi nízký) (Obr. 6) je možné sledovat z vrcholových partií Českomoravské vrchoviny k jihozápadu v celém území jihozápadní Moravy (Krásný a kol. 1982). Průlinově-puklinový oběh podzemních vod je silně rozkolísaný a nepravidelný, s lokální závislostí na petrografickém složení, tektonické predisponovanosti a charakteru čtvrtohorních pokryvných útvarů (Michlíček a kol. 1986). Vysvětlivky: Pararuly, migmatitické ruly až migmatity Amfibolity až amfibolické ruly Voda II.kategorie Symbol kritické složky lokálně zhoršující o stupeň vymezenou kvalitu pod.vody Hranice území s různou velikostí transmisivity Hranice litologických jednotek Předpokládaný směr prodění podzemní vody Poloha rekreačního areálu Obr. 5 Výřez z hydrogeologické mapy oblasti v měřítku 1: Čurda (1996) 15

16 Vysvětlivky: Výše specifického odtoku podzemní vody l.s -1.km -2 Velmi nízký Nízký Střední Přibližná poloha rekreačního areálu Izolinie koeficientu odtoku podzemní vody Hranice oblastí s různou velikostí specifického odtoku nebo oblastí, v nichž je stupeň věrohodnosti spec. odtoku různý Jednokolektorový zvodněný systém tvořený nespojitým kolektorem přípovrchové zóny zvětralin a rozevřených puklin krystalinických hornin nebo zpevněných sedimentů Vícekolektorový zvodněný systém tvořený nepravidelným střídáním většího množství vrstvových kolektorů a izolátorů Obr. 6 Výřez z mapy odtoků podzemní vody ČSSR 1: Krásný (1981) Hydraulická charakteristika rajónů V roce 1982 se Michlíček zabýval statistickou analýzou transmisivity hornin ve východní části Českomoravské vrchoviny. Průměrná hodnota indexu transmisivity Y v souboru kopaných studní (x = 4,86) odpovídá specifické vydatnosti q 0,07 l.s -1.m -1 a odhadu průměrného součinitele transmisivity T m 2.s -1. V souboru vrtů odpovídá průměrná hodnota indexu Y (x = 4,79) specifické vydatnosti q 0,06 l.s -1.m -1 a odhadu průměrného součinitele transmisivity T m 2.s -1. Příznivější hodnoty vycházely v souboru vrtů v údolních nivách významnějších toků, kde průměrná hodnota indexu Y (x = 5,22) odpovídá specifické vydatnosti q 0,16 l.s -1.m -1 a odhadu průměrného součinitele transmisivity T m 2.s -1. Z uvedených údajů vyplývá, že nejpříznivější podmínky pro oběh podzemích vod jsou ve fluviálních uloženinách významnějších toků. Ze statistické analýzy výběrových souborů vymezených podle regionálně-geologické příslušnosti vyplývá, že hodnoty průtočnosti kvartérního pokryvu nejsou ovlivňovány regionálně geologickým začleněním hornin, což je v souladu s obdobným charakterem kvartérního pokryvu v jednotlivých celcích hodnoceného území. 16

17 Objekty situované v deluviofluviálních uloženinách drobných toků, ve dnech depresí a erozních zářezech jsou pro zajištění zdrojů podzemní vody podstatně nadějnější než hydrogeologické objekty situované ve svazích údolí, na vrcholech a plošinách (Michlíček a kol. 1986) Chemismus podzemích vod v rajónech Mělké podzemní vody krystalinika hodnocených rajónů jsou převážně kalcium hydrogenuhličitanového nebo kalcium sulfátového typu. Při jižním okraji území je častý typ magnezium hydrogenuhličitanový, který je vázán především na serpentinitová tělesa. Celková mineralizace podzemních vod v severní a východní části území je velmi nízká a pohybuje se nejčastěji v hodnotách 0,1 0,3 g/l, zatímco ve střední a j. části je relativně vyšší (0,3 0,6 g/l) (Michlíček a kol. 1986) Vodárenský význam rajónů a ochrana podzemních vod Z vodárenského hlediska lze skupinu hydrogeologických rajónů krystalinika považovat za deficitní. Zdroje podzemních vod jsou v této oblasti zajišťovány většinou kopanými studněmi a jímacími zářezy, vázanými na zvodně mělkých podzemních vod kvartérního pokryvu a zvětralinového pláště krystalinika. Z posouzení vlivu hloubky vrtů na jejich využitelnou vydatnost (Michlíček 1982) vyplývá, že bez ohledu na petrografický charakter horninového prostředí je možno v příznivých případech ověřit u vrtů do hloubky 10 m vydatnost 1 l.s -1, u vrtů do hloubky 20 m až několikalitrovou vydatnost (při celkové převaze využitelné vydatnosti v rozmezí 0,01 0,4 l.s -1 ). Méně časté jsou pro místní zásobování též využívány vydatnější suťové případně puklinové prameny, podchycené pramenními jímkami. Vzhledem k nedostatků zdrojů podzemní vody, jejichž využitelná vydatnost většinou nepřesahuje 1 l.s -1, je krytí stále rostoucí potřeby pitné a užitkové vody řešeno odběrem z povrchových toků a vodárenských nádrží (Michlíček a kol. 1986). 17

18 2.5. Hydrogeologie Průlinově-puklinová propustnost Z hydrogeologické charakteristiky území vyplývá, že horninové prostředí je typické průlinově-puklinovým oběhem podzemních vod, který podmiňuje soustava průlin a síť puklin samostatně i mezi sebou spojitý prostor. Vodní kapacita puklinové sítě bývá zpravidla menší než kapacita soustavy průlin, avšak pohyblivost vody v puklinové síti je mnohem lepší. Nestejnoměrné rozevření puklin, trhlin a proměnlivá, jejich původní i druhotná výplň, znemožňují stejnoměrné prostorové proudění. Voda na puklinách a trhlinách proudí spíše určitými promytými lineárními cestami, nicméně zůstávají pukliny a trhliny drenáží průlomové vody. Nejpropustnější jsou uzlové křižovatky puklin a trhlin různých orientací. Voda soustavou proudí pomalu, tím pomaleji, čím těsnější jsou průtokové cesty. Průměrná rychlost přírodního proudění průlomových vod je od 0,5 m do několika metrů za den, u puklinových je podstatně větší a velmi nestejná (Hynie 1961) Čerpací zkoušky Před trvalým využíváním zdrojů podzemních vod z vertikálních jímacích objektů se provádějí čerpací a stoupací zkoušky, které mají prokázat vhodnost objektů pro jímání podzemní vody, případně ověřit podmínky, za nichž se může odběr vody uskutečnit. Čerpací zkouška je soubor činností, které souvisí se zkušebním čerpáním vody ze sledovaného objektu. Přitom rozlišujeme čerpací zkoušky při ustáleném a neustáleném proudění podzemní vody ve zvodněném horninovém prostředí. V prvním případě je cílem dosažení rovnovážného stavu mezi odběrem vody a přítokem k danému objektu. Při této zkoušce se udržuje konstantní snížení hladiny podzemní vody a zjišťuje se jemu odpovídající přítok vody. V situaci neustáleného proudění podzemní vody má čerpací zkouška postihnout změnu přítoku ke zkoušenému objektu v čase, přičemž se buď zachovává konstantní čerpané množství vody a sleduje se snížení hladiny v objektu nebo se měří změny vydatnosti při neměnném snížení hladiny (Kříž 1983). Další možností, jak dělit čerpací zkoušky, je z hlediska doby trvání a účelu: ověřovací, krátkodobé, dlouhodobé a poloprovozní. Ověřovací zkoušky se provádějí pouze na průzkumných objektech. Na základě výsledků se rozhodne o dalším postupu prací, zejména o vystrojení vrtu, dalším čerpání, atd. 18

19 Z krátkodobé čerpací zkoušky, která by měla trvat podle ČSN do 3 dnů, se stanovují hydraulické parametry zvodněného prostředí a ověřují se účinnosti objektu a jeho využitelnosti. Dlouhodobé zkoušení trvá od 4 do 21 dní, delší zkoušky se označují jako poloprovozní. Obě tyto zkoušky slouží k detailnějšímu a přesnějšímu stanovení hydromechanických charakteristik, využitelnosti a navíc i chemických, fyzikálních a bakteriologických vlastností vody. Liší se nejen délkou trvání, ale i účelem. Poloprovozní čerpání napodobuje do jisté míry budoucí trvalé využívání zdrojů a je zaměřena více na zjištění využitelné vydatnosti zdrojů (Kříž 1983). Zkušební čerpání je zpravidla ukončeno stoupací zkouškou, u které se sleduje vzestup hladiny podzemní vody v čerpané v jednom či více objektech a to i dojde-li v průběhu čerpání k přerušení. Délka trvání této zkoušky odpovídá druhu čerpací zkoušky. Čerpací zkoušky se provádějí ve vertikálních jímacích objektech. Z hlediska způsobu hloubení rozlišujeme objekty na vrty, spouštěné a kopané studny. Podle způsobu zahloubení do propustných vrstev hornin rozeznáváme studny hydraulicky úplné, které procházejí kolektorem v celém jeho rozsahu a jsou ukončeny v nepropustném podloží, a studny hydraulicky neúplné končící již v propustných horninách a nezasahují tak do nepropustného podkladu. Výsledkem každé čerpací zkoušky jsou informace nejen o hydraulických parametrech zvodněného prostředí, ale i o jeho využitelnosti z hlediska vydatnosti a jakosti vody. Základní charakteristikou zjišťovanou při čerpacích zkouškách v režimu ustáleného proudění je vydatnost zjištěná při různých sníženích hladiny podzemní vody, jejichž vztah se znázorňuje graficky čárou vydatnosti. Podíl vydatnosti a příslušného snížení hladiny v čerpaném objektu se označuje jako specifická vydatnost a udává se v l.s -1.m -1 nebo m 3.s -1.m -1. Mimo to se ještě určuje tzv. jednotková vydatnost jímacího zařízení, která je představována čerpaným množstvím vody při snížení proti přirozenému stavu hladiny o 1 m a udává se v l.s -1 (Kříž 1983). V čerpacích zkouškách v režimu neustáleného proudění nebo při zkoušce stoupací se určují zejména základní hydraulické parametry kolektoru, tedy transmisivita, hydraulická vodivost, případně i storativita. 19

20 Výpočet zásob podzemních vod Výpočet zásob podzemních vod se dělí do čtyř kategorií, které se liší stupněm prozkoumanosti. Tyto kategorie označujeme C2, C1, B a A (Tesařík a kol 1984). Do kategorie C2 se řadí ty zásoby podzemních vod, které jsou vypočtené na základě komplexního hodnocení archivních materiálů doplněných kontrolním měřením a mapováním v terénu. Do kategorie C1 řadíme zásoby vypočtené na základě archivních i nových informací vycházejících alespoň z dvouletých režimních měření a dostatečně přesných údajů o hydraulických vlastnostech hornin.vlastní výpočet musí být doplněn stanovením míst pro jímání vody, údaji o fyzikálních vlastnostech a chemismu podzemních vod, výčtem současných jímacích objektů s udáním jímaného množství a návrhem ochrany podzemních vod. Do kategorie B patří zásoby vypočtené hydrologickými a hydraulickými metodami na základě znalostí režimu podzemích vod a hydraulických parametrů hornin včetně okrajových podmínek. Z výpočtů musí být možno vyprojektovat definitivní jímací objekty a technologii úpravy jímané vody. Do kategorie A se převádějí zásoby ověřené alespoň poloprovozním čerpáním s dlouhodobým režimním měřením. Musí být také ověřena technologie úpravy vody a stanovena pásma hygienické ochrany 1. a 2.stupně. Součástí výpočtů musí být i dlouhodobá prognóza vydatnosti jímacích objektů a chemického složení vody (Tesařík a kol 1984). Zásoby podzemích vod lze stanovit hydrologickými metodami, které vycházejí z celkové bilance vod, z poznání procesu i tvorby podzemních vod a podzemního odtoku. Tyto metody ovšem neuvažují způsob jímání a vedou ke stanovení přírodních zásob podzemních vod, které se aktivně účastí oběhu. Druhou metodou jak stanovit zásoby jsou výpočty hydraulickými metodami, které vycházejí ze zákonitostí pohybu podzemních vod v horninách s průlinovou propustností a ze znalostí o jejich hydraulických parametrech jako jsou hydraulická vodivost, storativita, transmisivita, dále pak okrajových podmínek a způsobu jímání. Při výpočtech je třeba využití obou metod, protože vycházejí z velmi rozdílných podkladů, ale musí vést ke stejným výsledkům. Zásoby stanovené hydraulickými metodami jsou většinou menší než zásoby vypočtené hydrologickou metodou, pokud při snížení hladin při odčerpávání podzemních vod nedojde k vyvolané břehové infiltraci povrchových vod (Tesařík a kol 1984). 20

21 Specifická vydatnost studny V roce 1882 zavedl A.Theim pojem specifické vydatnosti studny q. Je to přítok vody ke studni na 1 m snížení hladiny, vypočtený z celkového přítoku (konstantního čerpaného množství) Q při snížení s. Vyjadřuje se zpravidla v l.s -1. U artéských a puklinových vod s lineární závislostí vydatnosti Q na snížení hladiny s je specifická vydatnost studny: Q q = s (1) Při filtrační propustnosti nádrži s volnou hladinou, s parabolickým průběhem čáry vydatnosti, je Q(2H 1) q = (2H s) s (2) Pro tento typ podzemní vody se mění specifická vydatnost q s hloubkou snížení s (Hynie 1961) Změny chemického složení podzemních vod Změny chemismu oproti přirozenému stavu jsou nepřímo úměrné rychlosti proudění vody vrty (Kessl 1975). Tyto změny však může ovlivnit několik činitelů. Během odběru vzorků vody může dojít k ovlivnění chemismu, které souvisí přímo s čerpáním. Dochází k tomu v důsledku například změn tlaku v okolí čerpadla i v potrubí, vlivem elektromagnetického pole motorů čerpadel, příp. vnikáním mazacích látek, apod. Změny teplot hrají také důležitou úlohu. Při teplotním měření v Polické pánvi byla prokázána skutečnost, že ve vrtech dochází k ročním výkyvům teplot do hloubky 5 až 7 m v závislosti na vystrojení vrtu (ocel, kamenina), a tím tepelné vodivosti zárubnic. Při dně vrtu dochází ke zvýšení teploty o 0,5 až 1 C, které je způsobené patrně rozkladem organické hmoty, která ve vrtu vzniká (plísně, bakterie). Chemismus vody může být i ovlivněn materiálem zárubnic, kterými je vrt vystrojen. Při rychlostech koroze ocelových zárubnic -50 až 100 µm/rok, dochází k obohacování vody Fe 2+ a k jejich elektrické polarizaci (Kessl 1975). Z hlediska chemické netečnosti jsou výhodnější zárubnice z kamene, kde však hrozí možnost uvolňování alkálií do roztoků a vliv má i vysoká sorpční schopnost. Dalšími typy, které prakticky 21

22 chemismus vody neovlivní, jsou zárubnice plastové nebo z překližky, impregnované epoxidem. V nečerpaném vrtu může podstatně změnit chemické složení jeho bezprostřední okolí a to především průsak vody z povrchu, které přináší značné množství látek. To způsobuje obohacení vody o další látky nebo reakci s původními komponentami, např. vysrážením. Přínos látek, které prosakují povrchovou vodou, závisí na typu půdy. Nejhojnější látkou jsou dusičnany. Z půdy však bývají vyplavovány i chloridy, sírany, vápník, hořčík, draslík a sodík (Kessl 1975) Ochrana podzemní vody K ochraně vydatnosti, jakosti a zdravotní nezávadnosti se zřizují u zdrojů, které jsou určené k hromadnému využití pitnou vodou, ochranná pásma nebo se vyhlašují vodárenské toky. Ochranná pásma se pak podle potřeby dělí na jednotlivé stupně: a) jímací pásmo u povrchových i podzemních vod (ochranné pásmo 1) b) užší ochranné pásmo u povrchových vod (ochranné pásmo 2) u podzemních (ochranné pásmo 2a) c) širší ochranné pásmo u povrchových vod (ochranné pásmo 3) u podzemních (ochranné pásmo 2b) Jímací pásmo zabezpečuje ochranu jímacího zařízení před jeho ohrožením či ovlivněním. Užší ochranné pásmo zabezpečuje ochranu zdroje před znečištěním, především bakteriálním. Širší ochranné pásmo zahrnuje většinou celé povodí zdroje. Při stanovení ochranného pásma a jeho stupňů je vhodné také respektovat jiné přirozené nebo umělé hranice jako jsou komunikace, zemědělské hony, les nebo vodoteče (Chalupa 1975). Podzemní vody mohou být kvantitativně či kvalitativně ohroženy dočasně nebo trvale. Kvantitativní ohrožení představují umělé zásahy do přírodních podmínek tvorby a oběhu podzemních vod, jejichž důsledkem dojde ke zmenšení nebo úplnému zamezení infiltrace, přerušení oběhu nebo jeho rozptýlení. K této skupině řadíme narušení stropu artéských vod, nadměrné odběry, kterými se nepříznivě ovlivňují hydraulické, případně i petrografické a filtrační podmínky zvodnělé vrstvy a melioračními práce (Chalupa 1975). 22

23 Kvalitativní ohrožení lze dělit na - bakteriologické a biologické viry, bakterie, vyšší mikroorganismy - chemické organické a anorganické (postřiky, umělá hnojiva, ropné látky, tenzory, barviva, toxické látky např. As, Pb, Cr, kyanidy) a látky radioaktivní - fyzikální např. teplota Zdrojem ohrožení kvality vod mohou být zejména těžba, výroba, skladování a zpracování či přeprava škodlivých a radioaktivních látek, osídlení, letiště, zařízení pro dopravu, hřbitovy, hnojení a pastva, zátopy odpadními a závadnými vodami, a v neposlední řadě stará a opuštěná důlní díla, studny, kanály, atd. Aby byla zajištěna ochrana zdrojů podzemních vod, stanovujeme tzv. ochranná pásma. Při jejich vymezení a je v jejich jednotlivých stupních vždy nutné vždy posoudit všechny faktory: hydrogeologické poměry (povodí zdroje, druh oběhu podzemní vody, vlastnosti zvodněné vrstvy nebo souvrství a jejich poloha, povaha nepropustného stropu, způsob proudění a jeho rychlost), morfologii území, vlastnosti půdního pokryvu, jakost povrchové vody, zvláště v případě přirozené nebo umělé infiltrace, odběr vody, možnosti ohrožení zdroje pitné vody a další (Chalupa 1975). Základním hlediskem pro stanovení rozsahu ochranného pásma je posouzení čistící schopnosti prostředí, jímž prochází znečištění ve směru k místu odběru. Čistící schopnost prostředí je určena dobou setrvání látky ve zvodněném prostředí a dalšími pochody (fyzikálně-chemické). Převážná část pochodu probíhá v oživení půdní vrstvě, v hlubších vrstvách se uplatňují hlavně fyzikální a chemické pochody. Podle potřeby stanovení užšího ochranného pásma rozlišujeme: vyhovující čistící schopnost, středně vyhovující čistící schopnost a nevyhovující čistící schopnost. Vyhovující čistící schopnost je u zvodněné vrstvy překryté propustnou vrstvou s dobrým nebo špatně propustnou až nepropustnou vrstvou. Za propustnou vrstvu s dobrým čistícím účinkem se považuje vrstva písčitého jílu, jemného písku nebo jiné zeminy, jejíž hydraulická vodivost není vyšší než u středně zrnitého písku o mocnosti 4 m. Za špatně propustnou až nepropustnou se považuje krycí vrstva hlíny, jílovité hlíny, jílu, písčitého jílu nebo jiné zeminy jejíž koeficient propustnosti je obdobný jako u hlíny nebo jílovité hlíny, souvislé mocnosti nejméně 1 m (Chalupa 1975). 23

24 3. METODIKA Studovaná oblast byla rekognoskována. Současně s ní byla pořízena fotodokumentace areálu (Příloha 2), nového vrtu a využívaných studní (Obr. 7). Vstupní hodnoty z hydrodynamických zkoušek (Příloha 3) byly poskytnuty pracovníkem firmy AQUA ENVIRO s.r.o. Pro stanovení hydraulických parametrů hornin bylo vycházeno z Jacobovy metody, pro stanovení dosahu deprese z empirického vzorce podle Sichardta. Nashromážděné informace o terénu, vypočítané parametry a data poskytnutá ČHMÚ (Příloha 4) byla použita při numerickém modelování v počítačovém programu Processing Modflow Pro. Vysvětlivky: Obr. 7 Rekreační areál s polohami vrtu a studní (Upraveno podle Vavříčka 2008) Areál rekreačního zařízení HV1 Nový vodní zdroj vrtaná studna Rozvodné potrubí (vodovodní řád) StM 2-5 Stávající vodní zdroj kopaná studna využívaná Rozvodná šachta Úpravna vody StM 6 Stávající vodní zdroj kopaná studna nevyužívaná 24

25 3.1. Čerpací a stoupací zkoušky Pro stanovení hydrodynamických vlastností zvodněného kolektoru byly provedeny na stávajících využívaných kopaných studních StM2 StM5, na kopané studni StM6, která je mimo provoz a na nové vrtané studni HV1 čerpací a stoupací zkoušky. Čerpací zkoušky byly prováděny v režimu ustáleného proudění podzemní vody s konstantním odběrem bez pozorovacího objektu. Stoupací zkoušky probíhali po ukončení čerpacích zkoušek, kde se sledovalo zbytkové snížení. Přehled o základních hodnotách z hydrodynamických zkoušek na jednotlivých studních je vypsán v následující tabulce (Tab. 1). Hodnoty byly následně vyneseny do logaritmického grafu, kde x znázorňuje časovou osu a y osu hladiny podzemní vody. Hodnota snížení byla odečtena v jednom logaritmickém cyklu. Vzhledem k absenci pozorovacího vrtu byl z čerpacích zkoušek zjištěn pouze koeficient průtočnosti (transmisivita), nikoliv i storativita. Z výsledků byla rovněž stanovena hydraulická vodivost a dosah depresního kužele. Tab. 1 Základní hodnoty z hydrodynamických zkoušek Objekt Čerpané množství při zkouškách [l.s -1 ] Počáteční hladina podzemní vody [m] Doba čerpací zkoušky [min] Doba stoupací zkoušky [min] Celková doba zkoušek [min] HV1 1 2, StM1 2 3, StM2 2 5, StM3 2 3, StM4 2 7, StM5 2 4, StM6 2 2,83 7, , Metodika vyhodnocení čerpacích zkoušek Podmínkou pro možnost vyhodnocení hydraulických parametrů kolektoru je podle teorie ustáleného proudění vytvoření rovnovážného stavu mezi přirozeným přítokem podzemní vody do vrtu a čerpaným množstvím. Tohoto stavu je možno dosáhnout pouze za předpokladu, že přítok vody do vrtu je větší než odčerpávané množství. 25

26 Základním vztahem pro vyjádření podmínek ustáleného prodění je rovnice Dupuita pro úplnou studnu s volnou hladinou:. k( H Q = π ln 2 R r h 2 ) (3) neboli k = R 0,73. Q.log r s(2h s) (4) s napjatou hladinou 0,366. Q.log k = m. s R r (5) kde Q čerpané množství (m 3. s -1 ) k koeficient filtrace (m.s -1 ) H mocnost zvodněného obzoru h výška vodního sloupce ve studni (m) s snížení hladiny ve studni (m) m mocnost zvodněného napjatého obzoru (m) R poloměr dosahu deprese (m) r aktivní poloměr studny (m) Grafickým vyjádřením rovnice Dupuita pro volnou hladinu je parabola druhého stupně s vrcholem v ose x, pro napjatou hladinu je přímka. Přesnějších hodnot při stanovení hydraulické vodivosti, které nejsou zatíženy chybou v důsledku obtížného stanovení dosahu deprese, je možno docílit zavedením pozorování při čerpací zkoušce na blízkém pozorovacím bodě (vrt, nevyužívaná studna apod.) (Horák 1975). Pro stanovení dosahu deprese bez pozorovacího vrtu existují pouze empirické vzorce: Sichardt: R = 3000 s k (m) platí pro k v řádu 10-3 nebo 10-4 m.s -1 Kusakin: R = 575 s m. k (m) napjatá hladina Pro výpočet je nutno použít přibližovací metody. Kurilenko: R = 650 Q. s (m) napjatá hladina 26

27 Základem pro vyhodnocení hydraulických parametrů zvodněných obzorů s napjatou hladinou je při teorii neustáleného proudění podzemní vody k odběrovému vrtu Theisova rovnice: T = Q. W ( u) 4π. s (6) 4. u. T = r t S 2 (7) kde T koeficient průtočnosti k.m (m 2. s -1 ) (transmisivita) S koeficient jímavosti (storativita) Q čerpané množství (m 3. s -1 ) s snížení v pozorovacím bodě v čase t od začátku čerpání (m) r vzdálenost pozorovacího bodu od jímací studny (m) W(u) studňová funkce u argument studňové funkce (u = r 2 S/4Tt) 3.3. Jacobova metoda Tato metoda vychází z Theisovy rovnice pro neustálené proudění podzemní vody. Její platnost je však omezena pro hodnoty u < 0,01, což znamená malé hodnoty r a velké hodnoty t. U obzorů s napjatou hladinou postačuje k vytvoření přímkového vztahu, v grafu snížení s v závislosti na logaritmu času t, doba cca 1 hod. U obzorů s volnou hladinou (při vynášení redukovaného snížení) i několik hodin. Je ji tedy možno použít pro vyhodnocení čerpacích a stoupacích zkoušek na jímacím vrtu po určité době od začátku čerpání. Zjednodušeným výpočtem je pak možno psát: T = 2,3. Q 4π. s (8) S = 2,25. T. t r 2 0 (9) 27

28 Vyloučení vzdálenosti pozorovacího bodu vede k tomu, že stanovení S je nepřesné. Jako hodnostu r je nutno brát efektivní poloměr vrtu (vrtaný). Subjektivní proložení přímky grafem znamená minimální rozkyv hodnot T, ale řádové rozdíly v hodnotách S (Horák 1975) Numerický model proudění Pro určení směru proudění podzemní vody (konstrukce hydroizohyps), pro stanovení dynamických zásob, určení maximálního čerpaného množství a pro vytýčení ochranného pásma byl vytvořen koncepční model proudění podzemních vod v dané oblasti v programu Processing Modflow Pro, verze (Chiang and Kinzelbach 2001) Základní parametry Model obsahuje dvě vrstvy. První vrstva má volnou zvodeň, druhá volnou-napjatou zvodeň. Základní rozměr jedné cely je 1 x 1 m, přičemž v místě areálu je mřížka pro přesnější modelování zahuštěná na 0,3 x 0,3 m. Model obsahuje celkem 178 řádků a 178 sloupců (Obr. 8), celkem tedy cel. Z profilu vrtu HV1, který byl nově vyhlouben, byla nastavena mocnost první vrstvy na 14 m, kde se nachází kvartérní pokryv a silně rozvětralé eluvium skalních hornin (štěrky, písky). Druhá vrstva obsahuje nezvětralou biotit-amfibolitickou rulu, kde mocnost končí na zvolené bázi 450 m n. m. Jako podklad pro určení povrchu první vrstvy byla použita topografická mapa, která byla následně digitalizována celkem 2575 body podle vrstevnic v intervalu 10 m v nástroji Digitizér programu Processing Modflow Pro. Jako hlavní časová jednotky byla nastavena 1 s Okrajové podmínky Vzhledem k tomu, že se studovaná oblast nachází na náhorní plošině, byly okrajové podmínky (Obr. 9) modelu vytvořeny dle přírodních podmínek, tedy vodními nádržemi a kanály, které je spojují. V jz. části modelované oblasti tuto hranici tvoří rozvodnice vrcholu U Babky a U lesa, která spojuje jednotlivé toky. 28

29 Obr. 8 Mřížka modelu s podkladovou mapou Obr. 9 Okrajové podmínky modelu 29

30 Horizontální a vertikální vodivost Hodnota hydraulické vodivosti, která byla následně zadána do modelu, byla vypočtena z průměrné hodnoty transmisivity při mocnosti zvodně x m podle vztahu: T k = b (10) kde T transmisivita b mocnost vrstvy Efektivní pórovitost Efektivní pórovitost byla odvozena podle hodnot efektivní pórovitosti hornin z tabulky hodnot propustnosti a hydraulické vodivosti sedimentů podle Freeze a Cherry (1979). Modelovaný kolektor je v průlinově-puklinovém prostředí, nicméně jeho spodní část je již v čistě puklinovém prostředí Efektivní infiltrace Hodnota efektivní infiltrace byla určena z výsledků dlouhodobého měření ( ) vydatnosti pramene PB0189 ČHMÚ - Strážek, V Černém lese, která leží cca 3 km od obce Moravec a má téměř totožné horninové složení, podle Mailletovy rovnice (Maillet 1905), ze které vyplývá, že recese vydatnosti pramene nebo řeky může být reprezentována exponenciálním tvarem poukazujícím na lineární vztah mezi hladinou podzemích vod a průtokem (Říčka a Kuchovský 2009). Tato rovnice vychází z Boussinesquovy rovnice (Boussinesq 1904): Q t = Q e 0 ( αt ) (11) kde Q t vydatnost v recesní době v čase t Q 0 vydatnost v čase t=0 α Mailletův recesní koeficient exponenciálního modelu Recesní koeficient může být vypočten z rovnice: α = lnq lnq 0 t (12) 30

31 Efektivní infiltrace a objem vody V se následně vypočítá z Mijativiceho rovnice (1970): Q V = α Rozdíl zásob ve zvodni mezi dvěma píky na hydrografu vydatnosti pramene udává dynamickou zásobu. Tato zásoba spolu s objemem vody, která odteče během recese, odpovídá efektivní infiltraci (Říčka a Kuchovský 2009). (13) Hydraulická vodivost dnových sedimentů Hydraulická vodivost dnových sedimentů řeky byla určena ze vztahu (Chiang a Kinzelbach 2001): K. LW. C riv = M (14) kde K vertikální vodivost L délka toku v cele W šířka toku M mocnost dnových sedimentů Do modelu byly rovněž zakresleny vrty, jejichž původní hodnoty čerpaného množství byly nastaveny dle výsledků hydrodynamických zkoušek. K navržení ochranného pásma (vykreslení proudnic) bylo použito advekčně transportní modul PMPATH. 31

32 4. VÝSLEDKY 4.1. Hydrodynamické zkoušky Na všech studních, HV1 a StM1-StM6, byly hydraulické parametry kolektoru, tedy transmisivita a hydraulická vodivost, zjištěny z čerpací zkoušky. Dále byl stanoven dosah depresního kužele. Ze stoupací zkoušky byla vyhodnocena transmisivita pouze z nové vrtané studny HV1. Na ostatních studních byly stanovené hodnoty zkresleny betonovou skruží. Hydrodynamické zkoušky probíhaly bez pozorovacího vrtu. Výsledky hydrodynamických zkoušek na jednotlivých studních jsou rozepsány níže. HV1 nová vrtaná studna Čerpací zkouškou (Obr. 10) na vrtané studni HV1 byla stanovena hodnota transmisivity zvodněného prostředí 1, [m 2 s -1 ]. Při stoupací zkoušce (Obr. 11) se hodnota transmisivity zvýšila na 3, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti byla vyhodnocena na 1, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele je 68,42 [m]. Čerpací zkouška - HV1 4,0 Čas [min] 0, ,0 Hladina [m] 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Obr. 10 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky HV1 32

33 Stoupací zkouška - HV1 Čas [min] Hladina [m] 0, ,0001 0,001 0,01 0,1 1 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Obr. 11 Graf vyhodnocení stoupací zkoušky - HV1 StM1 využívaná kopaná studna Na využívané kopané studni StM1 byla čerpací zkouškou (Obr. 12) stanovena hodnota transmisivity zvodněného prostředí na 3, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti je 2, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele je 13,72 [m]. Čerpací zkouška - StM1 3,0 Čas [min] 0, ,0 Hladina [m] 5,0 6,0 7,0 8,0 Obr. 12 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky - StM1 33

34 StM2 využívaná kopaná studna Na studni StM2 byla hodnota transmisivity zvodněného prostředí 1, [m 2 s -1 ] (Obr. 13). Hodnota hydraulické vodivosti 1, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele je 35,19 [m]. Čerpací zkouška - StM2 4,0 Čas [min] 0, ,0 Hloubka [m] 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Obr. 13 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky - StM2 StM3 využívaná kopaná studna Nejvyšší hodnota transmisivity zvodněného prostředí byla čerpací zkouškou stanovena na studni StM3 s hodnotou 5, [m 2 s -1 ] (Obr. 14). Hodnota hydraulické vodivosti je 3, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele StM3 53,76 [m]. Čerpací zkouška - StM3 Čas [min] 0, ,5 3,0 3,5 Hloubka [m] 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Obr. 14 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky - StM3 34

35 StM4 využívaná kopaná studna Čerpací zkouškou na stávající kopané studni StM4 (Obr. 15) byla stanovena hodnota transmisivity zvodněného prostředí 2, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti je 1, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele StM4 je 47,21 [m]. Čerpací zkouška - StM4 Čas [min] 0, ,5 7,0 7,5 8,0 Hloubka [m] 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 Obr. 15 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky StM4 StM5 využívaná kopaná studna U další využívané kopané studni StM5 (Obr. 16) byla stanovena hodnota transmisivity zvodněného prostředí 2, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti je 1, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele StM5 je 40,82 [m]. Čerpací zkouška - StM5 Hloubka [m] Čas [min] 0, ,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 Obr. 16 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky - StM5 35

36 StM6 nevyužívaná kopaná studna Stanovení hodnot proběhlo i na již nevyužívané kopané studni StM6 (Obr. 17), kde byla hodnota transmisivity zvodněného prostředí 6, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti je 4, [ms -1 ]. Dosah depresního kužele StM6 je 11,89 [m]. Čerpací zkouška - StM6 Čas [min] 0, ,8 2,9 3,0 Hloubka [m] 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Obr. 17 Graf vyhodnocení čerpací zkoušky - StM6 Na základě výsledků stanovených hodnot transmisivity byla vypočítána průměrná hodnota transmisivity kolektoru na 2, [m 2 s -1 ] Numerický model proudění Pro simulaci proudění vod v okolí areálu, pro stanovení zásob a vytýčení ochranného pásma byl pomocí programu Processing Modflow Pro vytvořen dvouvrstvý model, jehož vstupní parametry jsou uvedeny v následující tabulce (Tab. 2). Výsledkem modelování jsou zkonstruované hydroizohypsy, které spojují stejnou volnou výšku hladiny podzemní vody. Na jejich základě model určil, v advekčně transportním modulu PMPATH, směr proudění podzemní vody a stanovil mapu rychlostních vektorů (Obr. 18). V první části numerického modelování byla oblast modelována bez lidského zásahu, tedy bez vrtů. V obrázku první vrstvy (Obr. 19) je sytě zelenou barvou znázorněno vysušení oblasti. Z morfologického hlediska se jedná o kopce, kde je hladina podzemní vody mnohem hlouběji. Ve druhé vrstvě (Obr. 20) se izolinie zobrazují bez vysušení. 36

37 Tab. 2 Přehled vstupních parametrů použitých při modelování Vstupní parametr Hodnota Časová jednotka sekundy Délková jednotka metry Počet simulačních period 1 Počet řádků 178 Počet sloupců 178 Počet vrstev 2 Velikost cely 1 x 1 (0,3 x 0,3) Okrajové podmínky 1: aktivní cela 0: neaktivní cela 1: H = konst. řeka Délka toku v cele 1,2 Šířka toku v cele 0,2 Mocnost dnových sedimentů 0,1 C riv 0,0001 [m 2.s -1 ] Vstupní parametr 1.vrstva 2.vrstva Typ vrstvy volná volná napjatá Mocnost 14 m m Efektivní pórovitost 0,1% 0,01% Horizontální hydraulická vodivost 1, [m.s -1 ] 9, [m.s -1 ] Vertikální hydraulická vodivost 1, [m.s -1 ] 9, [m.s -1 ] Efektivní infiltrace 2, , Obr. 18 Mapa rychlostních vektorů s výřezem v oblasti areálu 37

38 Obr. 19 Zkonstruované hydroizohypsy 1.vrstvy bez vrtů Obr. 20 Zkonstruované hydroizohypsy 2.vrstvy bez vrtů 38

39 Ve druhé části modelování se již pracovalo s vrty, jejichž hodnota čerpání byla do modelu zadána z hydrodynamických zkoušek, viz tabulka 1 uvedená v metodice. V obrázku první vrstvy (Obr. 21) je rovněž sytě zelenou barvou znázorněno vysušení oblasti. Obr. 21 Zkonstruované hydroizohypsy 1.vrstvy s vrty V advekčně transportním modulu PMPATH byl vykreslen směr proudění podzemní vody, který byl stejně jako u konstrukce hydroizohyps modelován nejprve bez vrtů (Obr. 22) a po té s vrty (Obr. 23). Výsledky u obou obrázků dokládají jednoznačnou komunikaci vodní nádrže Piknusek a vodních kanálů se studněmi, které areál zásobují. 39

40 Obr. 22 Směr proudění podzemní vody bez vrtů Obr. 23 Směr proudění podzemní vody s vrty 40

41 Stanovení statických a dynamických zásob Dynamické zásoby byly vypočítány na základě aplikace Water Budget v programu Processing Modflow Pro. Výsledná hodnota dynamických zásob podzemní vody ve vytyčené oblasti (Obr. 24) je 5,22 m 3. Statické zásoby podzemních vod byly stanoveny z minimálních hladin získaných z modelu bez efektivní infiltrace podle výpočtu: minimální hladina vynásobená plochou modelovaného území (stejná jako u dynamických zásob) vynásobeno efektivní pórovitostí. Výsledek pak reprezentuje statické zásoby podzemní vody v kolektoru, jejichž hodnota je m 3. Obr. 24 Vyznačené pole při výpočtu dynamických zásob modelováním Určení maximálního a optimálního čerpaného množství Určení maximálního a optimálního čerpaného množství vycházelo z výsledků modelování. Z bilance vodních zásob v modelované oblasti byla hodnota maximálního množství určena tak, aby nedocházelo k osychání kolektoru v těsné blízkosti vrtu a rovněž k úbytku podzemní vody ze statických zásob a následnému poklesu hladiny 41

42 podzemní vody. Výsledné maximální čerpané množství je 3,25 l.s -1. Vzhledem k tomu, že dynamické zásoby kolektoru jsou dostatečné (5,22 m 3 ), může být hodnota optimálního množství stanovena na 3,25 l.s -1, tedy stejné množství jako je maximální Vytýčení ochranného pásma Rozsah vytýčeného pásma byl navržen na základě předešlého modelování v advekčně transportním modulu PMPATH, který vycházel z výsledků numerického modelu proudění. Z obrázku 25 je patrné, že jsou studně dotovány převážně z vodní nádrže Piknusek, která leží v těsné blízkosti areálu a spojujících vodních kanálů. Do vytýčené ochranné zóny 1.stupně bylo tedy navrženo i toto vodní dílo (Obr. 26). Protože by při kontaminaci povrchových vod mohlo dojít i k ohrožení a kontaminace vodního zdroje, bylo určeno za jak dlouho by k tomu mohlo dojít. K případné kontaminaci studně HV1, která leží vodní nádrže nejblíže, dojde za cca 1,6 dne. Obr. 25 Vytýčení ochranného pásma z advekčního modelu PMPATH 42

43 Obr. 26 Návrh ochranného pásma 1.stupně 43

44 5. DISKUZE Zájmové území se nachází na náhorní plošině Českomoravské vrchoviny. Z výsledků hydrodynamických zkoušek je patrný vliv kvartéru a prvních metrů pod úrovní země, které reprezentují písky, štěrky a zvětralé eluvium hornin krystalinika, na hodnoty transmisivity zvodnělého kolektoru. Tyto hodnoty ve studovaném území byly vyhodnoceny v řádu Běžné hodnoty transmisivity uvádí v oblasti místních hydrogeologických rajónů 654, 655, 656 Michlíček a kol. (1986) v řádu Přesto, že bylo na všech studních provedeno vyhodnocení čerpacích a stoupacích zkoušek, výsledky u stoupacích zkoušek byly, až na výjimku u nové vrtané studny HV1, zkresleny betonovou skruží a neodpovídaly ideálnímu stavu pro stanovení hydraulických parametrů. Ačkoliv nebyly k dispozici data z měření hladin podzemní vody či měření průtoků v tocích, vstupní data pro modelování v programu Processing Modflow Pro nebyla odhadnuta, ale vypočítána z výsledků hydrodynamických zkoušek a z poskytnutých dat vydatnosti pramene Strážek, V Černém lese měřený ČHMÚ. Správnost modelu tedy vychází z vlastních výsledků a vzhledem k výše zmíněným faktům nedošlo ke kalibraci modelu. Během vlastního modelování došlo v některých vyšších částí modelované oblasti k vysušení, což se dalo předpokládat z výrazné geomorfologie terénu. Hladina podzemní vody je tedy v těchto místech mnohem níž. Nový vrt, který byl ve studované oblasti vyhlouben, měl zajistit zásoby podzemní vody. Z hydrodynamických zkoušek a z výsledků modelování se ukázalo, že tato vrtaná studna je schopna pomoci při zásobení užitkovou i pitnou vodou. Nesmí se ovšem překročit maximální čerpané množství, aby nedošlo k vysušení kolektoru a úbytku ve statických zásobách. Vrtaná studna je převážně dotována podzemní vodou z vodní nádrže Piknusek, která k ní leží nejblíže. Jasně se tak prokázala komunikace podzemní vody s vodními nádržemi a jejich kanály a to nejen s touto studní, ale i s ostatními, které leží o pár metrů dál. Tento fakt byl zahrnut i při vytyčování ochranného pásma prvního stupně a proto tuto nádrž nedoporučuji k rekreačnímu využití. 44

45 6. ZÁVĚR Tato diplomová práce se zaměřila na vodohospodářské zásobování školícího a rekreačního areálu v obci Moravec, který má problém s kolektorem, budovaný horninami krystalinika, spojený s nevyhovujícím zásobováním vodou. Ke stávajícím studním byla vyhloubena nová vrtaná studna. Na základě zhodnocení hydrogeologických poměrů lokality, vlastní rekognoskace terénu a výsledků hydrodynamických zkoušek, provedených na všech objektech, byly určeny hydraulické parametry kolektoru. Průměrná hodnota transmisivity má hodnotu 2, [m 2 s -1 ]. Hodnota hydraulické vodivosti se pohybuje v řádu Pomocí numerického počítačového modelování byl následně určen směr proudění podzemní vody, stanoveny statické a dynamické zásoby, které dokazují i přes krystalinický kolektor, budovaný biotit-amfibolitickou rulou, vhodné využití zásobování pro tento areál. Množství dynamických zásob je 5,22 m 3, statických m 3. Aby nedošlo k vysušení kolektoru a blízkého okolí studovaného území bylo navrženo maximální a optimální a čerpané množství s hodnotou 3,25 l.s -1. Z těchto výsledků vyplývá, že nová studna je schopna pomoci při zásobování pitnou i užitkovou vodou. Posledním cílem této práce bylo navržení ochranného jímacího pásma, v tomto případě 1.stupně. Z výsledků advekčního modelování PMPATH je zřejmá dotace studní z nádrže Piknusek, která leží v jeho těsné blízkosti, proto není vhodné tuto vodní plochu využívat k rekreačnímu účelům. V případě kontaminace povrchových vod byla ještě vypočítána doba, za kterou by mohl být tento zdroj znečištěn na cca 1,6 dne. 45

46 7. SEZNAM LITERATURY BOUSSINESQ, J. (1904): Recherches the oriques sur l e coulement des nappes d eau infiltre es dans le sol etsur le de bit des sources.- J. Math. Pure Appl., Nr. 10: DEMEK, J. a kol. (1965): Geomorfologie českých zemí.- Geografický ústav ČSAV, Praha. FREEZE, R.A., CHERRY, J.A. (1979): Groundwater.- Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. HORÁK, J. (1975): Vyhodnocení čerpacích zkoušek vodních zdrojů malé vydatnosti.- In Výpočty využitelného množství vod, Sekce I Hydraulické metody výpočtů, Brno. HYNIE, O. (1961): Hydrogeologie ČSSR. I, Prosté vody. 1. vyd.- ČSAV, 21 a 220, Praha. CHALUPA, M. (1975): Ochrana využitelných vod ve vodním hospodářství ČSR.- In Výpočty využitelného množství podzemních vod, Sekce III Kvalitativní oceňování podzemních vod, Brno. CHIANG, W-H., KINZELBACH, W. (2001): 3D Geoundwater Modeling with PMWIN A Simulation System for Modeling Groundwater Flow and Pollution.- Springer. KALÁŠEK, J., WEISS, J.(1957): Zpráva o přehledném geologickém mapování svratecké antiklinály pro generální mapu list Česká Třebová. Listy spec. Mapy Polička 4156 a Velké Meziříčí Zprávy o geologických výzkumech v roce 1956,- ÚÚG, Praha. KESSL, J. (1975): Změny chemického složení podzemních vod za přirozeného stavu a za čerpání.- In Výpočty využitelného množství podzemních vod, Sekce III Kvalitativní oceňování podzemních vod, Brno. KODYM, O. (1948): Přednášky z geologie Českého masivu.- Skripta AVOPK, Praha. 46

47 KRÁSNÝ, J., KNĚŽEK, M., ŠUBOVÁ, A., DAŇKOVÁ, H., MATUŠKA, M., HANZEL, V. (1982): Odtok podzemní vody na území Československa.- ČHMÚ, 23, Praha. KŘÍŽ, H. (1983): Hydrologie podzemních vod.- AKADEMIA, , Praha. MAILLET, E. (1905): Essais d hydraulique souterraine et fluviale.- Librairie Sci, A.Hermann, Paris. MIJATOVIC, B. (1970): A method of studying the hydrodynamic regime of karst aquifers by analysis of the discharge curve and level fluctuation during recession.- Institute for Geological andgeophysical research, Beograd. MÍSAŘ, Z., DUDEK, A., HAVLENA, V., WEISS, J. (1983): Geologie ČSSR I. Český masiv.- SPN, 72-79, Praha. MICHLÍČEK, E. (1982): Statistické analýzy transmisivity hornin východní části Českomoravské vrchoviny.- Sbor.geol.věd, Hydrogeol,inž.Geol., 13, , Praha. MICHLÍČEK, E. a kol. (1986): Hydrogeologické rajóny ČSR, Svazek 2, Povodí Moravy a Odry.- GEO test, , Brno. ŘÍČKA, A., KUCHOVSKÝ, T. (2009): Určení efektivní infiltrace a její prostorová a časová proměnlivost v ložiskové oblasti Rožná, Česká republika.- In Rapantová, N., Grmela, A. (eds): 10. Česko-Slovenský mezinárodní hydrogeologický kongres, , Ostrava: VŠB Technická univerzita Ostrava, od s , 310 s. SVOBODA, J.F. (1955): Mapovací zpráva o výzkumu devonu v okolí Ludmírova na Drahanské vysočině.- Zpr.geol.výzk. v r. 1954, , Praha. SVOBODA, J., BENEŠ, K., BERNARD, J., CICHA, I., DORNIČ, J., DVOŘÁK, Ja., DVOŘÁK, Jo., HAVLENA, V., HORNÝ, R., CHALOUPECKÝ, J., CHLUPÁČ, I., KALÁŠEK, J., KETTNER, R., MALECHA, A., MÍSAŘ, Z., PACOVSKÁ, E., PETRÁNEK, J., ŘEZÁČ, B., SOUKUP, J., VODIČKA, J., ZOUBEK, V., ZRŮSTEK, V. (1962): Vysvětlivky k přehledné geologické 47

48 mapě ČSSR 1: M 33 XXII.- GEOFOND v nakl. ČSAV, 20-32, Praha. TESAŘÍK, I., PELIKÁN, V., VOSTRČIL, J. (1984): Vodárenství I Jímání a úprava podzemních vod.- Ediční středisko VUT, 29-32, Brno. THEIM, A. (1882): Zur Wirkungsweise von Schachtbrunnen.- Wochenschr. D. VDI., Berlin. VAVŘÍČEK, Z. (2008): Hydrogeologický průzkum pro ověření kvality a kvantity podzemní vody na pozemku p.č. 303/2 za účelem posílení zdroje pitné vody pro školící a rekreační zařízení České pošty, s.p. - k.ú. Moravec, Jemnice u Moravce.- MS AQUAENVIRO s.r.o., Brno. MAPY ČURDA, J., ed. (1996): Hydrogeologická mapa ČR 1:50 000, list Bystřice nad Pernštejnem.- ČGÚ, Praha. KRÁSNÝ, J., ed. (1981): Mapa odtoku podzemní vody ČSSR 1: ČHMÚ, Praha. INTERNETOVÉ ODKAZY (2009) (2010) (2010) (2010) NORMY ČSN : Zkoušky zdrojů podzemní vody 48

49 8. PŘÍLOHY 8.1. Příloha 1 - Mapa srážek a teplot ČR Obr. 27 Normály ročních srážkových úhrnů [mm] (2010) Obr. 28 Průměrná roční teplota vzduchu [ C] (2010) 49

50 8.2. Příloha 2 - Fotogalerie Obr. 29 Nová vrtaná studna HV1 Obr. 30 Stávající využívaná studna HV3 Obr. 31 Stávající využívaná studna StM1 Obr. 32 Stávající využívaná studna StM2 Obr. 33 Nevyužívaná studna StM6 Obr. 34 Vodní nádrž Piknusek 50