Modelové hodnocení proudění podzemní vody v hydrogeologických rajonech Třeboňska

Transkript

1 Modelové hodnocení proudění podzemní vody v hydrogeologických rajonech Třeboňska HGR 2140 Třeboňská pánev jižní část HGR 2151 Třeboňská pánev severní část HGR 2152 Třeboňská pánev střední část Mgr. Michal Polák RNDr. Martin Milický

2 Témata prezentace: Metodika modelového hodnocení postup prací a cíle hodnocení Koncepční model Třeboňské pánve Vstupní data, sestavení hydraulického modelu Modelové simulace proudění podzemní vody stacionární, transientní a prognózní Výsledky hodnocení: bilance proudění podzemní vody, doplňování zásob ze srážkové infiltrace, drenáž podzemní vody do toků a rybníků, prostorová interpretace proudění podzemní vody.

3 Metodika modelového hodnocení cíle hodnocení Hlavní cíl: Stanovení (zpřesnění) bilance množství podzemní vody v hydrogeologických rajonech Třeboňské pánve Metodika hodnocení: Zpracování archivních dat, návrh oblastí k doplnění informací, Základní zpracování hydraulického modelu, kalibrace, Transientní simulace proudění hodnocení proudění v období let 2001 až 2010 Zpracování hydraulického modelu po doplnění informací bez odběrů a s aktuálními odběry podzemní vody Prognózní simulace proudění - vývoj odběrů podzemní vody varianta blízká perspektiva (a další)

4 Koncepční model proudění podzemní vody Proudění podzemní vody probíhá v prostoru křídových a terciérních sedimentů třeboňské pánve, v přilehlých připovrchových oblastech krystalinika a v krycí zvětralinové a kvartérní sedimentární vrstvě. Křídové a terciérní horniny jsou jílovité, prachovité a písčité sedimenty s řadou faciálních přechodů a rychlým horizontálním i vertikálním nepravidelným střídáním propustných a nepropustných poloh. V prostoru pánve nelze vymezit rozsáhlejší souvislé kolektory a izolátory. Propustnost pánevních sedimentů je dominantně průlinová. Pánevní výplň je vzhledem k čočkovitému charakteru limnické sedimentace výrazně propustnější v horizontálním směru než ve směru vertikálním.

5 Koncepční model proudění podzemní vody Zdrojem podzemní vody na území modelu je srážková infiltrace (vcez vody z toků do horninového prostředí lze zanedbat). Modelový region tvoří bilančně uzavřenou oblast. Odtok podzemní vody je realizován drenáží do říční sítě, rybníků, pramenů a odběry z jímacích objektů. Po obvodu pánve dochází v krystaliniku k sestupnému proudění po tektonice a k částečné dotaci spodních horizontů pánve. V okrajových částech pánve (s výjimkou hlavních drenážních bází kolem Lužnice a Stropnice) převažuje vertikálně sestupné proudění, tzn. dochází k infiltraci vody do hlubších horizontů. V oblastech drenáže je při režimu neovlivněném odběry předpokládáno vzestupné proudění.

6 Koncepční model proudění podzemní vody Lze rozlišit oběh podzemní vody mělký a hluboký resp. lokální a regionální. Mělký oběh v kvartéru, vrstvě zvětralin a ve svrchních partiích pánevní výplně směřuje od míst infiltrace, resp. od míst přítoků z krystalinika, do lokálních drenážních bází, které tvoří blízké povrchové vodoteče a rybníky. Podzemní voda v rámci hlubšího regionálního oběhu směřuje, po prostorovém transportu pánevní výplní (delším a pomalejším), do drenážních bází, které podle dosavadních představ reprezentují kvartérní sedimenty Lužnice a rašeliny u Třeboně (HGR2140) a blata a dolní tok Blatské stoky (HGR2151). Proudění podzemní vody v HGR2151 je ovlivňováno funkcí tzv. mažického zlomu. Zlom je považován do značné míry za nepropustný

7 Koncepční model proudění podzemní vody Infiltrace Lokální drenáž Lokální drenáž Regionální drenáž Písčité polohy Lokální proudění Připovrchová vrstva Jílovité polohy Regionální proudění

8 Hydrogeologické poměry HGR 2151 Záblatský r. Bošilecký r. Horusický r. Borkovická blata Blatská stoka Mažická blata N sandstones claystones, siltstones

9 Doplnění informací data ČHMÚ, nové vrty a profily PPP monitorovací vrty ČHMÚ vrty realizované dosud v rámci projektu Rebilance profily pro měření průtoku v rámci projektu Rebilnce s údajem o průtoku ze září 2013 prioritní MZCHÚ ve správě AOPK ČR s vazbou na podzemní vodu hranice HGR

10 Srážky roční úhrn (mm) stanice Třeboň (HGR 2140) stanice Borkovice (HGR 2151) rok měsíční úhrn srážek (mm) stanice Třeboň (HGR 2140) stanice Borkovice (HGR 2151) dvouměsíční klouzavý průměr Období 2001 až datum

11 Odběry podzemní vody

12 Odběry podzemní vody v HGR Horusice-Bukovsko B4 Nová Ves studny Sudoměřice Q [l/s] FONTEA sodovkárna Veselí n.l. MAVELA výkrmna Mazelov HELUZ cihelna D.Bukovsko Obec Sviny Q [l/s]

13 Odběry podzemní vody v HGR VaKJČ Lomnice n/luž R.A.B.Třeboň Lomnice (Frahelž) PONĚDRAŽ farma v Ponědrážce SHR Kačerovský Třeboň Přeseka JVS Lužnice VaKJČ Přeseka ZOD Kolný BEST Kaznějov Štěpánovice Obec Smržov 6 5 odběr (l/s)

14 Odběry podzemní vody v HGR 2140 Q [l/s] povodí Stropnice oblast severozápad centrální část pánve oblast Třeboň oblast Lužnice vrty ČEVAK Hamr (Majdaléna) ČEVAK Č.Velenice Q [l/s]

15 Hladiny podzemní vody režimní chod Severní část Jižní část

16 Hladiny podzemní vody ( ) HGR 2140 Mělčí horizont Hlubší horizont

17 Modelové řešení - diskretizace Modelové hranice jsou vedeny po rozvodnicích. Vertikálně je prostor modelu diskretizován do čtyř až osmi modelových vrstev podle mocnosti pánevní výplně (nejhlubší část pánve stropnický příkop je diskretizován na 8 vrstev) v v terén báze 2.v. báze 4.v. báze 6.v. báze 7.v. báze 1.v. báze 2.v. báze 5.v. báze 8.v./báze pánve 3.v. 4.v. 5.v. 6.v. 7.v. 8.v.

18 Modelové řešení - diskretizace První modelová vrstva reprezentuje vrstvu kvartér a připovrchovou vrstvu zvětralin vyšší hydraulická vodivost, nejrychlejší proudění do míst nejbližší lokální drenážní báze, zprostředkovává infiltraci a drenáž pro horniny pánve, Mocnost první vrstvy je proměnlivá, v oblasti drenážní báze severní části pánve (oblast Veselí n. L.) je mocnost nejnižší (cca 6 m), obvyklá mocnost první vrstvy je mezi 10 a 15 m, na západním okraji v oblasti krystalinika dosahuje až 50 m, Báze ostatních modelových vrstev jsou zadány vodorovnými plochami Jednotlivé vrstvy zahrnují v nižších horizontech nejen pánevní sedimenty, ale na okrajích, nebo v místě elevací podloží i horniny krystalinika (od sedimentů odlišených hydraulickými parametry) horizontálně je plocha modelu rozdělena čtvercové sítě o straně 100 m ( aktivních modelových buněk)

19 Modelové řešení okrajové podmínky Všechna voda, která je v modelovém regionu 5 (Třeboňská pánev) infiltrována, je zde i drénována a nedochází k hydraulické komunikaci s okolním horninovým prostředím - na vnější hranici modelového území je zadána homogenní okrajová podmínka druhého typu - nulového toku přes hranici. Zdrojem podzemní vody je efektivní srážková infiltrace - okrajová podmínka druhého typu. Odtok podzemní vody z modelového území probíhá prostřednictvím drenáže podzemní vody do: Říční sítě a vodních nádrží (okrajová podmínka třetího typu), Jímacích objektů (okrajová podmínka druhého typu).

20 Modelové řešení infiltrace Efektivní srážková infiltrace je dána srážkou, zmenšenou o výpar a o povrchový a hypodermický odtok. Ve stacionárním modelu byla srážková infiltrace zadána pomocí 30 zón s hodnotami v rozsahu x -11 m.s -1 až x -9 m.s -1. Průměrná infiltrace pro celou modelovou oblast je přibližně 2 l.s -1.km -2 Stacionární řešení předpokládá, že efektivní infiltrace do prostředí terciérních a křídových sedimentů dosahuje v regionálním souhrnu cca 50% této hodnoty a druhá polovina odtéká v rámci velmi rychlého připovrchového proudění do nejbližších drenážních bází celková modelová infiltrace (l/s) specifická modelová infiltrace (l/s/km 2 ) hg. rajón hg. rajón hg. rajón modelový region

21 Modelové řešení hydraulické parametry Hydraulické parametry prostředí byly odladěny při stacionárních a transientních simulacích - údaje, z dostupných hydraulických zkoušek, byly plošně interpretovány při kalibraci pomocí zón s konstantní hodnotou hydraulické vodivosti a storativity. Koeficienty horizontální hydraulické vodivosti kvartérních, terciérních a křídových sedimentů se pohybují v řádech x -6 až x -3 m.s -1, koeficienty krystalinika x -7 až x -6 m.s -1 Vertikální hydraulická vodivost se pohybuje v rozmezí x -9 až x -6 a obvykle je o jeden až dva řády nižší než vodivost horizontální. Modelové hodnoty storativity sedimentů byly stanoveny na 1.5 až 7 % pro volnou storativitu a 2e -5 až 6e -5 (bezrozměrné) pro napjatou storativitu. Pro krystalinikum byl použit koeficient napjaté storativity v řádu x -10.

22 Modelové řešení hydraulická vodivost v HGR 2151

23 Modelové řešení hydraulická vodivost v HGR 2152

24 Modelové řešení hydraulická vodivost v HGR 2140

25 Modelové řešení simulace neovlivněného režimu Z celkových zdrojů (cca 2.05 m 3.s -1 srážkové infiltrace) se proudění v křídových a terciérních sedimentech hg. rajonů 2151, 2152 a 2140 zúčastňuje cca 47% (956 l.s -1 ). 53% infiltrované vody obíhá pouze v první modelové vrstvě (kvartér a svrchní zvětralinový plášť krystalinika a křídy). Do čtvrté modelové vrstvy (orientačně přechod mezi částí pánve s mělkým a hlubokým oběhem vody) infiltruje cca 200 l.s -1 Zdroje hlubších vrstev (5. až 8.) dosahují velikosti cca 106 l.s -1 ). infiltrace drenáž ze srážek do toků odběr 1.vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva vrstva 0.0 hodnoty jsou uvedeny v l/s suma odběrů: 0.0

26 Modelové řešení simulace neovlivněného režimu

27 Modelové řešení režim s odběry na úrovni roku 2010 Odběry mění bilanci jednotlivých hloubkových úrovní pánevní výplně Z celkových zdrojů se proudění v křídových a terciérních sedimentech zúčastňuje cca 49% (1010 l.s -1 ), do čtvrté modelové vrstvy infiltruje cca 225 l.s -1 Odběry z větší hloubky mají za následek plošné zvětšování oblastí se sestupným prouděním - některé oblasti, které měly při neovlivněném stavu drenážní charakter, mění v oblasti infiltrační. Z nejhlubších částí pánve se odebírá 11 l/s, ze středních a hlubších (na severu) 115 l/s a z malých hloubek cca 80 l/a)

28 Modelové řešení režim s odběry na úrovni roku 2010

29 Modelové řešení režim s odběry na úrovni roku 2010

30 Modelové řešení transientní simulace Období hydrologických let 2001 až 2010 Odladění kapacitních parametrů Odladění režimu infiltrace podle režimu chodu hladin ve vrtech Režim infiltrace odladěný hydraulickým modelem (2001 až 2010) v severní a jižní části páve

31 Modelové řešení transientní simulace V-1011 (HGR 2152), otevřený úsek protíná první modelovou vrstvu. Režim měřené hladiny je vyznačen modře, modelová je červeně a hodnoty úrovně jsou uvedeny na ose popsané červenou barvou. Rozdíl v absolutní hodnotě měřené a modelové hladiny je dán odchylkou kalibrace stacionárního modelu. úroveň hladiny (m n.m.) V-1011 V-1011 v.1 V datum infiltrace (l/s) Modelová drenáž do toků Modelová infiltrace datum (měsíc/rok) drenáž do toků (l/s) Režim infiltrace a drenáže v hg. rajónu 2152

32 Modelové řešení transientní simulace V-20 (HGR 2151), jeho otevřený úsek protíná druhou, třetí a čtvrtou modelovou vrstvu. Měřená hladina ve vrtu vykazuje nízkou rozkolísanost s dobře patrným režimním chodem. úroveň hladiny (m n.m.) V V-20 V-20 v.4 V-20 v.3 V-20 v datum 1600 Modelová drenáž do toků 600 infiltrace (l/s) Modelová infiltrace drenáž do toků (l/s) Režim infiltrace a drenáže v hg. rajónu datum (měsíc/rok) 200

33 Modelové řešení transientní simulace Na-1 (HGR 2140), nejhlubší vrt, jeho otevřený úsek protíná čtvrtou až sedmou modelovou vrstvu. Problém kalibrace u monitorovacích vrtů, které nejsou piezometry (monitorují široké rozpětí hloubek a nikoli konkrétní úroveň) úroveň hladiny (m n.m.) Na-1 Na-1 v.7 Na-1 v.6 Na-1 v.5 Na-1 v.4 Na infiltrace (l/s) datummodelová drenáž do toků Modelová infiltrace datum (měsíc/rok) drenáž do toků (l/s) Režim infiltrace a drenáže v hg. rajónu 2140

34 Modelové řešení prognózní simulace Transientní simulace průměrného hydrologického roku. Velikosti dotace stanovena jako průměr měsíčních hodnot infiltrace odladěné v modelu pro období 2001 až Relativní infiltrace reprezentuje násobek průměrné stacionární infiltrace. Nejvyšší dotace podzemní vody vychází pro měsíce březen a duben. Nadprůměrná dotace je modelem předpokládána ještě v měsíci květnu. Nejmenší infiltrace byla odvozena pro prosinec a leden (zámrz půdy, srážky v pevném skupenství) a pro srpen a září (nižší srážkové úhrny, vysoký výpar, vysoká transpirace). 3 relativní infiltrace hgr hgr měsíc hydrologického roku

35 Modelové řešení prognózní simulace hgr infiltrace (l/s) drenáž (l/s) infiltrace (l/s) relativní infiltrace kalendářní měsíc drenáž (l/s) relativní drenáž kalendářní měsíc relativní infiltrace (násobek průměrné infiltrace) relativní drenáž (násobek průměrné drenáže)

36 Modelové řešení prognózní simulace hgr drenáž (l/s) infiltrace (l/s) infiltrace (l/s) relativní infiltrace kalendářní měsíc drenáž (l/s) relativní drenáž kalendářní měsíc relativní infiltrace (násobek průměrné infiltrace) relativní drenáž (násobek průměrné drenáže)

37 Variantní simulace vodohospodářského využití území 3 základní modelové varianty varianta blízké perspektivy - odběry na úrovni maxima dosaženého za roky 2010 až 2014 z každého registrovaného odběrného místa, celkem 216 l.s -1. varianta plošného navýšení odběru navýšení všech odběrů přesahující v roce 2010 průměr 1 l.s -1 o 15%, celkem 232 l.s -1. varianta plošného snížení odběrů - snížení všech odběrů přesahující v roce 2010 průměr 1 l.s -1 o 15%, celkem 176 l.s -1. Varianty velikosti modelového čerpání pro dva významné odběry varianta modelu odběr 2010 blízká prspektiva plošné navýšení plošné snížení odběr - skupina horusická jímací linie (H-10, H-4, H-3,V16e, V17b), hgr.2151 odběr (l/s) Poděbradka Byňov - minerální voda (Hv5, Hv7), hgr Pro HGR 2152 byla dokumentována ještě varianta navýšení na 2.5 násobek odběru z roku 2010.

38 Modelové řešení variantní simulace Blízká perspektiva Navýšení o 15%

39 Modelové řešení variantní simulace Blízká perspektiva Navýšení o 15%

40 Závěry - celkové Z hlediska celkové velikosti odběrů lze konstatovat, že zvýšení odběrů na úroveň varianty blízké perspektivy režim proudění v modelové oblasti změní pouze nepatrně. Plošné zvýšení úrovně významných odběrů o 15% ovlivní režim významněji, přesto se jedná o variantu, která je z hlediska regionálního režimu proudění podzemní vody ve struktuře (bez ohledu na možné limity dané nastavením hodnot minimálních hladin a průtoků na konkrétních vrtech a profilech toků) přijatelná. Z variant zvýšení a snížení odběrů je patrné, že na změnu čerpání je významněji citlivá hlubší část pánve, kde jsou přírodní zdroje značně omezené. Do svrchních částí sedimentární výplně se ale tyto změny promítají jen omezeně. Výsledky nezohledňují lokální situaci ani lokální vodohospodářské potřeby v jednotlivých jímacích územích a posuzují celý hydrogeologický rajón jako bilanční celek.

41 Závěry HGR 2151 Nejrozsáhlejší a největší snížení je generováno v oblasti horusické jímací linie (maximální snížení do 1m). Při odladěné hodnotě velikosti zdrojů pro celý rajón 2151 na 454 l.s -1, představuje odběr ve variantě plošného navýšení (132 l/s) cca 30% přírodních zdrojů. Pro samotné pánevní sedimenty (při odečtení přírodních zdrojů a odběrů v zóně rychlého proudění) dosahuje využití přírodních zdrojů cca 65%. Další navýšení odběrů nad hodnotu zadanou do modelové varianty plošného navýšení odběrů je možné jen o jednotky litrů.

42 Závěry HGR 2152 Největší snížení je generováno ve druhé modelové vrstvě kolem odběrů Horní Slověnice (z vrtů HV-1 až HV-3) a Kolný (HV-1), kde snížení při navýšení odběrů na 2.5 násobek dosahuje 4 až 4.5 m. Vzhledem k nižší transmisivitě vyvolává navýšení odběrů vyšší snížení, která jsou ale lokalizována pouze na bezprostřední okolí. To odpovídá generelně nižší vydatnosti vrtů. Při odladěné hodnotě velikosti zdrojů pro celý rajón 2152 na 275 l.s -1, představuje odběr ve variantě navýšení na 2.5 násobek (5 l/s) cca 2% zdrojů. Malé mocnost pánevní výplně, a tedy nižší transmisivita, snižuje vodohospodářský potenciál rajónu 2152 pro soustředěné odběry vyšší, než desetiny až první jednotky litrů.

43 Závěry HGR 2140 V oblasti mělčích odběrů - při navýšení odběrů - snížení hladiny v okolí Borovan cca 1m, v oblasti Třeboně (lázně Aurora) 0.6 m. Ve střední úrovni pánve (v oblasti stropnického příkopu) se překrývají vlivy odběrů ze svrchní i spodní části pánve a při jejich navýšení vznikne souvislá deprese, která dosahuje až k Suchdolu n. L. a v maximech dosahuje až 1.8 m. V nejhlubší části pánve (Byňov) Poděbradka minerální voda je vypočtené maximální snížení při navýšení cca 2 m. Při odladěné hodnotě přírodních zdrojů (1317 l.s -1 ) - odběr při plošném navýšení (98 l/s) cca 7.5%. Pro pánevní sedimenty (bez zdrojů a odběrů v zóně rychlého proudění) - využití cca 16.5%. Další navýšení odběrů je z regionálního pohledu na možnosti struktury možné (především v mělčích částech pánve, kde jsou přírodní zdroje relativně vysoké).

44 Děkujeme za pozornost!