Aplikace hydraulických modelů

Transkript

1 Aplikace hydraulických modelů pro řešení úkolů ve vodárensképraxi RNDr. Martin Milický Podzemní vody ve vodárenské praxi, , Dolní Morava

2 Témata prezentace: modelování a vodárenská praxe výstupy matematických modelů(podklad rozhodování) příklady aplikace matematických modelů jímacíúzemív CHKO LitovelskéPomoraví Čerlinka, Pňovice (optimalizace odběru) třeboňská pánev (optimalizace odběru, ohrožení jakosti) jímací území Káraný (optimalizace provozu, ochrana zdrojů, OP) budějovická pánev (optimalizace odběru) Diskuse

3 Modelování a vodárenská praxe Trvale zajistit potřebné množství vody v požadované kvalitě(zdrojem podzemní voda) rozhodovací proces utřídění a zhodnocení informací povolení k odběru (optimalizace) stanovení ochranných pásem (velikost) střety s ochranou přírody (míra ovlivnění) reakce na: změny chemismu a výskyt kontaminace klimatické výkyvy (suché periody) požadavky legislativy data monitoringu - hladin - chemismu - geol. a hydrogeol. informace - hydrologické a klimatické údaje MODELOVÁNÍ

4 Výstupy modelů pro rozhodovací proces I bilance množství podzemní vody celá struktura, jednotlivá jímací území identifikace míst infiltrace ochrana před přečerpáním struktury prostorová interpretace úrovně hladiny podzemí vody stanovení velikosti a dosahu snížení hladiny identifikace potenciálních míst střetů zájmů vymezení volné, napjaté a artézské hladiny podklad pro návrh institutu minimálníhladiny prostorová interpretace směrů a rychlosti proudění podklad pro transportní model a rozhodování otázek kvality podklad návrhu velikosti ochranných pásem vykreslení drah proudění a doby zdržení

5 Výstupy modelů pro rozhodovací proces II bilance množství rozpuštěných látek (RL) identifikace rychlosti změn kvality ve vazběna výskyt kontaminace předpověď naředění prostorová a časová interpretace koncentrací RL průnikové čáry koncentrací RL zhodnocení intenzity zdrojů RL predikční schopnost modelu CO SE STANE KDYŽ všechny výše uvedené typy výstupů reakce systému na změnu

6 CHKO Litovelské Pomoraví x odběry podzemní vody střet zájmůmezi ochranou přírody a vodárenským využitím úzkávazba chráněných ekosystémůlužních lesůúdolnínivy Moravy na hloubku hladiny podzemnívody, niva budována kvartérními štěrkopísky; na části území dotace podzemní vodou z devonských vápenců(mladečsko-konický kras) na devonský vodnízdroj vázáno jímacíúzemíčerlinka jedno z nejvýznamnějších (pro skup. vodovod Olomouc), Dalšíjímacíúzemí Pňovice -Březové, Moravičany Mohelnice, Chomoutov, v blízkosti Černovír, Štěpánov Hlavní cíle modelování: stanovení bilance podzemní vody na území CHKO LP, návrh optimální velikosti odběrů ve vztahu ke stanovené hladině podzemní vody pro jednotlivé porosty lužních lesů.

7 Sestavení modelu proudění podzemní vody vymezenía diskret. prostoru modelu, zadáníokrajových podmínek (OP), zadánívstupních dat (parametrů). Vymezenía diskretizace pokrýváširšíokolíchko modelového území. LP, 1610 j.ú. Bohuslavice j.ú. Moravičany - Mohelnice vliv odběrůneníu hranic územíani u okrajových podmínek, 31.5 km * 29 km, Horizontálně:pravidelná 20 m*20m, Vertikálně: 2 modelovévrstvy, reprezentujízjednodušenou geologickou stavbu území, 1.vrstva Q 345 km 2 (omez. HGR), II. ETAPA 2010 I.ETAPA j.ú. Čerlinka j.ú. Březové Hydrogeologické rajóny Kvartér Horní Moravy Pliopleistocén Hornomoravského úvalu - severní část Pliopleistocén Hornomoravského úvalu - jižní část Pliopleistocén Blaty (část) Hornomoravský úval PROGEO, OHGS, s.r.o j.ú. Senice na Hané j.ú. Brníčko j.ú. Pňovice III. ETAPA j.ú. Štěpánov j.ú. Mor.Hůzová 1621 j.ú. Chomoutov j.ú. Černovír 1622

8 Modelové hladiny podzemní vody základní varianta 1. modelovávrstva generelnísměr prouděnív kvartérních sedimentech je od SZ a S k J resp. JV; rel. ploché, od 257 m n.m. do 214 m n.m., strmý při okrajích kvartéru, Ve 2.mod.vrstvě relativněkonformnís 1.mod.v., mírněnapjaté, výjimečněk terénu, při okrajích závisína morfologii modelové hladiny podz.vody (m n.m.) měřené hladiny podz.vody (m n.m.) rozdíl model.-měřené hlad.p.v. (m n.m.) měřené hladiny podz.vody (m n.m.) 222 porov. 350 hladin 222

9 Bilance základní varianty simulace proudění Celkovábilance pro celý model dohromady simulace režimu se "současnými" odběry podzemní vody přítok do modelu odtok z modelu simulace neovlivněného režimu přítok do modelu odtok z modelu (l*s -1 ) (l*s -1 ) (l*s -1 ) (l*s -1 ) infiltrace srážek infiltrace ze zázemí (z okrajových pod.) ze zázemí (OP) povrchové toky povrchové toky odběr podzemní vody odběr podz.vody - - CELKEM CELKEM Bilance modelových vrstev 1.MV : ze srážek 880 l.s -1, infiltracíztoků213 l.s -1 a zop 31.6 l.s -1 (S) a na SV 191 l.s -1, drenáždo toků vertikální distribuce přítoků a drenáží podzemní vody v l/s režim při sočasných odběrech podzemní vody infiltrace infiltrace drenáž přítok z OP ze srážek z toků do toků drenáž infiltrace do toků odběr ze srážek 1.vrstva vrstva vrstva vrstva 95.4 hodnoty jsou uvedeny v l/s l.s -1, 363 l.s -1 suma odběrů je odčerpáváno odběry a 101 l.s -1 přetékáz1. do 2. MV (hlubšípartie kvartéru). 2.MV : přímo infiltruje 520 l.s -1 ze srážek a 176 l.s -1 přitékávmladečském krasu zop, převážnáčást této vody (493 l.s -1 ) přetékádo 1.MV, 211 l.s -1 je drénováno do tokůa 96 l.s -1 je odčerpáváno odběry (především vj.ú. Litovel-Čerlinka).

10 Kalibrace základní varianty modelu Stacionárnísimulace proudění realizována pro současný stav prouděnís průměrnými odběry v období2001 až2010, HLADINOVÉkritérium porovnáníměřených a modelových hladin podzemnívody, měřenéhladiny do skupin podle období(do 1977, do 1992, po 1992 a současný záměr) a podle typu jednorázovéa režimněměřené, Model kalibrován pro 3 stavy prouděnípodzemnívody následují2 HLAVNÍ PROGNÓZNÍ VARIANTY s různou velikostí odběrů prům. odběry až 2010 maximální (roční) povolené maximální prognózní (l/s) (l/s) (l/s) (l/s) - severní část CHKO Bohuslavice Moravičany střední část CHKO Čerlinka (prameniště Litovel) jižní část CHKO Pňovice - Březové Štěpánov Moravská Huzová Chomoutov Černovír varianta neovlivněného stavu -bez odběrůpodzemnívody

11 -3-0,5 Porovnání jednotlivých simulací -0,1 prům. odběry až 2010 maximální (roční) povolené maximální prognózní (l/s) (l/s) (l/s) (l/s) - severní část CHKO Bohuslavice Moravičany střední část CHKO Čerlinka (prameniště Litovel) ,5-0,25 - jižní část CHKO Pňovice - Březové Štěpánov Moravská Huzová Chomoutov Černovír , ,5-0,25-0,1-0,1-0,1-0,1-0,1-0,25-0,25-0,5-1,5-2 -1,25-0,25-0,1 Sníženíporovnána s reálnými z minul.; největšísníženíjsou dosažena tam, kde došlo k největšímu poklesu velikosti odběru (Černovír) resp. kde se i méně podílí influkce z toku -0,5

12 -0,1 Výslednávarianta prognózních odběrůpodzemnívody pokles hladin při optimalizovanévar. odběrůoproti současným odběrům -0,1 superpozice výsledků HG a lesnickéčásti bilanční studie - vytvořeny mapy znázorňující stupeň ohrožení lesních porostů změnou stavu hladiny podzemní vody při variantních velikostech odběru vody, při odběrech cca 570 l/s se do zóny možného ohrožení dostává necelých 500 ha lesa, pokud je kritériem jejich stanoviště, nebo něco přes 200 ha lesa při kritériu věková a druhová skladba. -0,1-0,1-0,5-0,75-0,25-0,1-0,1 Porovnáním s celkovou plochou hodnocených lesních porostů na území CHKO Litovelské Pomoraví, tj. přibližně ha to představuje množství v rozmezí od cca 4 19 %. PROGEO, OHGS, s.r.o.

13 Superpozice výsledků modelu a lesnickéčásti studie Mohelnice SEVER pokles hladin přioptimalizovanévar. odběrů Čerlinka

14 Třeboňskápánev -sever optimalizace velikosti odběrůa ohroženízdrojůkontaminacíno 3 ohroženímažických a borkovických blat při velkých odběrech, ohroženíkvality podzemnívody z horusickéjímacílinie kontaminací dusičnany kontaminace pocházíz plošného zdroje (zemědělství) a 3 bodových zdrojů jímacíúzemíhorusice Bukovsko a NováVes s odběry cca 100 a 15 l/s zásobujívodárenskou soustavu DolníBukovsko, Hlavní cíle modelování: hodnocenímíry hydraulického ovlivněnív důsledku existujících odběrů stanoveníčasověnerovnoměrného doplňovánízásob podzemní vody (měsíčních hodnot infiltrace) prognózanárůstu koncentracíno 3

15 Vitín Ševětín Sudoměřice Hodětín Hartmanice Hor.Bukovsko Dol.Bukovsko Klečaty Neplachov Komárov Zálší Vyhnanice Mažice Mazelov Dynín Svinky Hlavatce Mažická b lata Blatská stoka Sviny Bošilec Debrník Vlastiboř Borkovice Želeč Záluží Borkovická blata Krč ín r. Dvořiště Bošilecký r. Záblatský r. Horusice Záblatí Žíšov Ponědrážka Ponědraž Lomnice.n.L Bechyňský p. Horusický r. Lužnice Ponědražsk ý r. Soběslav Veselí.n.L Vlkov Lužnice Luž nice Frahelž Ne žá rka toky S hranice krystalinika zájmové území pro modelové řešení mažický zlom rozvodnice rybníky blata lesy Horusice obce měřené hladiny na konci hydrol. roku 1995 hydroizohypsy čerpaná množství v l/s m Simulace ustáleného proudění podzemní vody Průměrné hodnoty infiltrace srážek Průměrné odběry podzemní vody Diskretizace území: Horizontálně el.100*100 m Vertikálně- 4 modelové vrstvy geometrické dělení Výstupy : úrovně hladiny podzemní vody, drenáž podzemní vody do toků, směry proudění podzemní vody, skutečné rychlosti proudění, Věrohodnost modelu: -Porovnáníměřených a modelových hodnot (hladiny, průtoky)

16 Snížení hladin podzemní vody vlivem odběrů hodnocení jejich velikosti stacionární simulace proudění 2.modelová vrstva stanovenímaximálního dosahu deprese, průměrná srážková infiltrace, Simulovanéodběry : horusickálinie rozsah modelovaného čerpáníod 95 l/s aždo 125 l/s ( výsledná 105 l/s) 17 l/s NováVes V oblasti odběrů dochází při odběru 105 l/s k poklesu hladin podzemní vody o 4.5 m

17 Transientní simulace proudění podzemní vody (od roku 1972) Hv6 Sviny Výstupy : hladiny p. v. průtoky v tocích časový průběh bilance zásob

18 Sestavení modelu vstupní data o kontaminaci NO 3 distribuce koncentracíno 3 (rok 2004) tři oblasti bodové kontaminace: Vlastiboř Dynín (sklad umělých hnojiv), Mazelov, Neplachov (aplikace kejdy) 120 H5 Mazelov mg/l Nárůst koncentracíno 3 v objektech horusické jímací linie

19 Simulacekontaminace NO 3 Modelovádistribuce NO 3 v podzemních vodách rok 2000 Stav po 30 letech plošné kontaminace a kontaminace z lokálních zdrojů

20 H7 Pelejovice Simulace transportu kontaminace NO 3 Prognóza vývoje koncentrací NO 3 do roku 2015 Na základě transientní simulace proudění podzemnívody Věrohodnost simulace : Porovnáníměřených a modelových koncentracív současnosti H5 Mazelov ; ;

21 Posouzení možnosti odběru z nových zdrojů Posouzení možnosti zvýšení odběru pro krizové zásobování čerpání160 l/s ze 4 vrtůpo omezenou donu 90 dní Hodětín B4 16 Hartmanice Hor.Bukovsko Klečaty Komárov Zálší B Mažice Svinky Debrník Vlastiboř BH2 Borkovice 65 BH3 55 Záluží Žíšov Soběslav snížení hladin [ m ] modelová vrstva v oblasti zvýšeného odběrů dochází ke zvětšení deprese hladin podzemní vody o 1.5 m až 3 m na konci odběru pro krizové zásobování 1.modelová vrstva snížení 0.1 až 0.6 m Dol.Bukovsko V 17b 23.9 H H Sviny Hor usice H3 V Veselí.n.L po 1 roce od ukončení odběru je zbytkové snížení způsobené zvýšeným odběrem zanedbatelné

22 JímacíúzemíKáraný optimalizace odběrů-ochrana jímacího území, stanoveníop, kontaminace NO 3 optimalizace provozu umělé infiltrace optimalizace provozu zdrojůbřehovéinfiltrace se zvýšeným obsahem dusičnanů zemědělská činnost Hlavní cíle modelování: přehodnocenírozloženíodběrůs cílem minimalizovat nárůst dusičnanů v jímané podzemní vodě, kvantifikace omezení optimalizace napouštěnívan uměléinfiltrace s cílem minimalizovat odtok mimo prostor jímacích vrtů a současně ochránit komplex před kontaminací prognóza -jak velkémnožstvía jak dlouho je možno čerpat bez napouštění van v komplexu nástroj pravidelného hodnocenídat monitoringu zájmového území(hydrologická, hydrogeologická, jakostní chemismus)

23 srážky hladiny vody v tocích hladiny podzemní vody odběry podzemní vody napouštění vody do infiltračních van jakost podzemní vody Monitoring vybrané studny týdenní interval vzorkování monitorovací systém (29 objektů) 2* ročně (jaro, podzim) všechny studny (ve 4 jímacích řadech) 1* ročně

24 Situace monitorovacích vrtů Sledování jakosti vody v kvartéru : vody z jednotlivých studnísojovického, skorkovského, kocháneckého a benáteckého řadu, 27 studní a vrtů monitorovacího systému směsné vody z 5ti jímacích řadů 5 studní týdenní interval vzorkování Rozbory NO 3, ClU, NEL, základní rozbory, stopové látky Problém - předpolí skládky Sojovice (staré vrty, málo vody) revize, upravena odběrná délka a velikost čerpání-zlepšení)

25 Zdroje podzemnívody Odběr celkem l/s, klasickézdroje studny 500 l/s, vrty (stř.tur.+artésko) 90 l/s, UI 400 až450 l/s prům.ěrný odběr (l/s) hg. 0 roky komplex UI Největší odběry (l/s) Dolnolabsko (162), Sojovické (117), Kochánecký (104) průměrný odběr (l/s) hg.roky napouštění van, odběry podz.vody (l/s) vrty-turon+cenoman jímací řady-břehová inf Maximální vydatnost území cca dvojnásobná Komplex UI ( l/s) napouštění FV1+FV2 l/s čerpání vrtů R11 až R39 hydrologické roky 1994 až 2013 roční průměry

26 Hladiny podzemnívody komplex UI UIV839 UIV840 UIV841 UIV842 UIV843 U VN5 UIV845 UIV846 UIV847 hydrologický rok 2013 hladina podzemní vody (m n.m.) odstávka všech centrálníčást komplexu UI nejvíce využívaná vana VN5 (71 l/s) Při odstávce UI pokles hladin o 7 m Vrty v těsnéblízkosti van rozkyv hladin až6.5 m, vrt 804 k obci Sojovice pokles o 3-4 m hladina před zahájením provozu UI útlum provozu napouštění VN-2 hg.rok

27 Modelovéřešení-hydrologický rok aktualizace 1. Zhodnocení průměrného proudění, rekalibrace parametrůhornin. prostředí, 2.varianta ověření odstávky napouštění van po dobu 2 měsícůa při reálném čerpání porovnání s prognózou Návrh optimalizovaného provozu útlum na úrovni 400 l/s je v platnosti, odpovídá cca provozu v posledních hg. rocích - ochrana komplexu UI proti průniku kontaminace - zamezení zvýšené úrovně hladiny podzemní vody pod skládkou - navrženo čerpání z jednotlivých vrtů a násosek, - snížení vydatnosti dolnosoj. řadu,

28 Jakost podzemní vody a koncentrace dusičnanů Sojovické jímacířady koncentrace dusičnanů (mg/l) st.86 Dolnosojovický řad * 2004* st.130 st.136 st.144 jižní část Hornosojovický řad í vzdálenost od studny č.86 (m) st.180 st.189 obec Sojovice st.191 st.201 severní část st.219 podélný profil v grafu vybrané roky s nejnižší, nejvyšší, minulý a současný rok MAX - březen, duben 2011 Dá se předpokládat, že v říjnu byly koncentrace vyšší (až o 20 mg/l), * vybrané roky - s minimálními (2004) a dosud maximálními (2006, 2011) koncentracemi NO 3 90 měřené koncentrace 80 polynomická spojnice trendu koncentrací NO směsný vzorek koncentrace NO 3 (mg/l) hg. rok

29 Optimalizace provozu sojovických řadů - 2 varianty Zhoršení jakosti v roce 2011 zvýšení koncentrací dusičnanů porovnáváno s aktuálním odběrem v roce (např. 117 l/s), Varianta 1 22 studní pokles vydatnosti o cca 14 l/s, Varianta 2 54 studní pokles vydatnosti o 55 l/s

30 DĚKUJI ZA POZORNOST