Geologie 4. přednáška Přírodní zdroje cíl: orientace v oblasti využití přírodních zdrojů a dopady na územněplánovací záměr přírodní zdroje (ve smyslu zákona 17/1991 Sb. 7 jsou definovány ): jsou ty části živé nebo neživé přírody, které člověk využívá nebo může využívat k uspokojování svých potřeb nerostné suroviny voda v povrchových recipientech podzemní voda úrodné půdy Cíl územního plánování : racionální využití krajiny - výstavba (urbanizace) doprava zemědělské a lesnické hospodaření rozvoj a ochrana těžby nerostných surovin, vodních a energetických zdrojů vodní hospodářství rekreační hodnota přírody ochrana přírody a krajiny Územněplánovací záměr musí vycházet z předpokládaného odhadu vlivu na jednotlivé složky životního prostředí / obyvatelstvo, živočichy, rostliny, ekosystémy, půdu, horninové prostředí, vodu, ovzduší, klima, krajinu, přírodní zdroje, hmotný majetek a kulturní památky/ viz zákon 100/2001 Sb. o posuzování vlivů na životní prostředí. (EIA) Nerostné suroviny Podle horního zákona č.44/1988 Sb. ve znění dalších změn jsou taxativně vyjmenovány ty části zemské kůry, které se za nerosty nepovažují. nerostné suroviny se podle zákona dělí na vyhrazené a nevyhrazené nerosty. Vyhrazené nerosty jsou opět v zákoně definovány ( např. sem patří dekorační kameny). Nahromaděním nerostů vzniká ložisko nerostů ( ložiskem se může stát např. i odval, odkaliště obsahují-li nerosty). Ložiska vyhrazených nerostů tvoří výhradní ložiska, ty jsou ve vlastnictví státu. Ložisko nevyhrazeného nerostu je ve vlastnictví majitele pozemku. Ložiska nerost.surovin jsou u nás znázorněna v mapách ložisek nerostných surovin. v měř. 1:50 000 (www.geology.cz ), v mapových podkladech ( www.geofond.cz ) jsou navíc zakreslena CHLÚ, dobývací prostory, poddolovaná území). Před listopadem 1989 byl kladen velký důraz na surovinovou soběstačnost zemí socialistického bloku, a proto byly vynakládány velké finanční prostředky na průzkum ložisek nerostných surovin. V současné době nemáme využitelné zásoby rud, máme omezené zásoby paliv a dostatečné zásoby nerudních a stavebních surovin, jejichž životnost dosahuje řádově desítek i stovek roků. Zásoby nerostných surovin lze třídit podle míry jejich prozkoumanosti na průmyslové - prozkoumané (dříve označované jako kategorie A,B,C1) a vyhledané (kategorie C2). Ne všechny průzkumem zjištěné geologické zásoby se dají vytěžit. Geologické bilanční zásoby zmenšené o ztráty v důsledku konkrétní dobývací metody se označují jako zásoby vytěžitelné. Základní podmínkou pro stanovení minimálního množství zásob nerostu na ložisku je J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 1
respektování celkových nákladů na vyhledání a průzkum ložiska, přípravu, otvírku a dobývání ložiska, likvidaci následků dobývání ( sanace, rekultivace, důlní škody), zahrnutí všech úhrad a poplatků vyplývajících z právních předpisů, včetně daní, odvodů a cla a očekávané výši zisku s podnikání a to po celou dobu činnosti na ložisku. Je třeba přihlédnout i k očekávanému ekonomickému vývoji v období přepokládané těžby. Podle hospodářského významu podmínek využitelnosti se dělí zásoby na bilanční a nebilanční (z nějakého důvodu by současná těžba byla neefektivní). K nebilančním zásobám patří prognózní zdroje vymezené na základě znalostí geologické stavby (kategorie P pro vyhrazené nerosty, kategorie R pro nevyhrazené nerosty) Prognózní zdroje se považují za předpokládaná ložiska nerostů pro účely jejich ochrany při územním plánování. Podle přípustnosti těžby lze geologické zásoby třídit na zásoby volné ( lze je bez překážek těžit) a vázané (nelze je těžit, protože by mohlo dojít např. k devastaci staveb na povrchu. Jejich převedení do zásob volných je spjato se značnými náklady (přesun staré zástavby Mostu). Výpočet stávajících zásob (pohyb zásob) výhradních ložisek odesílá organizace vždy koncem roku na Ministerstvo průmyslu a obchodu a na obvodní báňský úřad.( ložiska vedená v Bilanci zásob) Další databáze zásob je v Evidenci zásob (ložiska nevyhrazených zásob) a v Evidenci prognózních zdrojů Odpisem zásob výhradních ložisek se rozumí jejich vynětí z evidence zásob nebo jejich převod ze zásob bilančních do zásob nebilančních. ( viz 14 a horního zákona). Návrh na odpis může kromě těžební organizace podat i příslušný orgán státní správy na úseku životního prostředí. Chráněné ložiskové území (CHLÚ) je ochranou výhradního ložiska proti znemožnění nebo ztížení jeho dobývání, což je nutné respektovat při zpracovávání územně plánovací dokumentace. CHLÚ stanovuje a eviduje MŽP. Dobývací prostor (DP) stanoví příslušný obvodní báňský úřad na základě zpracovaného vlivu těžby na životní prostředí je to rozhodnutí i o využití území v rozsahu jeho vymezení na povrchu. Bez tohoto stanovení nelze zahájit těžbu. U povrchových lomů je třeba stanovit dostřelovou zónu lomů. Surovinová politika územní plánování Surovinová politika v území je jedním z podkladů pro zpracování územně plánovací dokumentace vycházející z principu udržitelného rozvoje (řeší vyvážený vztah mezi ekonomikou sociální politikou a enviromentální politikou) Vymezení území s ohledem na zákonem chráněné zájmy Stanovení časové posloupnosti využívání NS v území Řešení střetů zájmů, posuzování dopadů na ŽP (dostřelová zóna lomů, doprava, prašnost hluk) Stanovení podmínek pro revitalizaci území těžby Voda v povrchových recipientech Voda v krajině je nenahraditelné bohatství přírody, které určuje její mnohotvárnost, druhovou rozmanitost i ekologickou stabilitu. Přirozeným odvodňovacím systémem každého území je hydrografická síť, jejíž hustota a stav určuje charakter vodního režimu daného území. Odbornou správu a ochranu vodních toků vykonávají společnosti Povodí a.s. (Povodí Labe, J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 2
Vltavy, Ohře, Odry a Moravy). Další specializované instituce jsou Výzkumný ústav vodohospodářský TGM ( www.vuv.cz ), Český hydrometeorologický ústav (www chmi. cz) a dále Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, Výzkumný ústav rybářský a hydrobiologický Vodňany. Voda patří mezi obnovitelné přírodní zdroje díky neustálému oběhu v přírodním prostředí ( srážky výpar povrchový odtok infiltrace tvorba podzemní vody odtok podzemní vody do povrchového toku (základní odtok). Do tohoto přirozeného systému zasahuje oběh vody v uživatelském systému ( odběr vody vypouštění odpadní vody), a proto je vedle kvalitativní ochrany (jakosti )povrchové i podzemní vody důležitá i ochrana kvantitativní (zásob), dále ochrana před půdní erozí (snížení splavenin), před povodněmi. Do systému speciální ochrany bylo na území ČR vyhlášeno 18 chráněných oblastí přirozené akumulace vod (CHOPAV) a dále ochrana vodárenských toků určené k jejich hromadnému zásobování obyvatelstva pitnou vodou. Byl vytvořen informační systém HEIS (Hydroekologický informační systém) s těmito údaji. (www.heis.vuv.cz).projekt DIBAVOD digitální báze vodohospodářských dat (www. vuv.cz) poskytuje mapy záplavových území v měř. 1 : 10 000. Informace o příslušném hydrologickém povodí zájmového území jeho číslo pořadí a o vodohospodářských objektech jsou zaznamenány v měř. 1 : 50 000 mapy vodohospodářské. Ve stejném měřítku byly zpracovány mapy geochemie povrchových vod. Hydrologické (orografické) povodí je území kolem povrchového toku, jehož hranici určuje rozvodnice čára vedoucí po vrcholových partiích území. Srážky spadlé v ploše tohoto povodí jsou povrchovým odtokem odvedeny do povrchového toku. Většinou je toto povodí využíváno i pro bilanci podzemní vody v puklinově propustných horninách, kdy není možné vymezit hydrogeologické povodí. Hydrogeologické povodí je možné vymezit pouze v případě vrstevnatých zvodněných vrstev ( viz obr.) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Podzemní voda je podle vodního zákona přednostně určena k pitnému účelu a to ze zdravotních důvodů, neboť oproti vodě povrchové má rozmanitější chemické složení s optimálním obsahem stopových kovů důležitých pro lidský organismus a navíc jakost není ovlivněna sezónními změnami. Přibližně polovinu využívaných vodních zdrojů v ČR tvoří voda podzemní, druhou polovinu voda povrchová. Kvantitativní a kvalitativní ochrana vodních zdrojů podzemní vody určených k hromadnému zásobování je zajištěna speciální ochranou stanovením ochranných pásem (OP 1. a 2. stupně). Pro stanovení vodohospodářské bilance je naše území rozčleněno do hydrogeologických rajónů. (www.vuv.cz). Výskyt podzemní vody v hydrogeologických mapách v měř. 1: 50 000 lze předpokládat nepřímo jen z dokumentace výskytů pramenů a pomocí porozity hornin, která je jedním z předpokladů možné akumulace podzemní vody. V účelových hydrogeologických mapách bývá výskyt podzemní vody znázorněn hydroizohypsami vrstevnice hladiny podzemní vody, ze kterých je patrný i směr proudění podzemní vody. Podzemní voda je voda v pórech a puklinách hornin schopná pohybu vlivem hydraulického gradientu. Proudění podzemní vody je ovlivněno porozitou hornin i infiltrací (dotace) a úrovní odvodnění drenážní bází, kterou představuje povrchový tok v území. V hlubokých uzavřených systémech horninového prostředí, kde nedochází k této výměně, je voda stagnující ( fosilní voda), pro J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 3
kterou je typický vysoký obsah rozpuštěných látek ( až v prvních desítkách gramu v litru vody). Koloběh vody v přírodě = hydrologický cyklus vyjádřený zjednodušenou rovnicí hydrologické bilance Srážky (H s ) evapotranspirace (H et ) celkový odtok (H oc) H s = H et + H oc je přesto složitý proces proto, že její výpočet závisí na mnoha jevech, které nelze vždy přesně stanovit. Lze změřit výšku srážek, která ale nemusí být stejná pro vymezené území. Stanovit veškeré složky výparu (H et ) je velice obtížné, změnou hladiny podzemní můžeme vyjádřit dotaci vody (H a ), na které se podílí část srážek, které prostoupily až k hladině (H p ) sníženou o výpar a následný podzemní odtok H z. V měrném profilu na toku lze změřit celkový odtok z povodí, vyčlenění základního odtoku (odtoku podzemní vody) opět není jednoznačné. Oběh podzemní vody tvoří : Oblast infiltrace, / hydrogeologické a hydrologické(orografické) povodí, pásmo aerace,, pásmo podepřené kapilární třásně, hladina podzemní vody HPV- pásmo saturace (viz obr.) Oblast akumulace a proudění - umožňuje porozita horninového prostředí - kolektor s porozitou podle typu hornin - průlinová, puklinová, krasová, kombinovaná kolektor - hornina propustná, izolátor hornina nepropustná zvodněný kolektor část kolektoru nasyceného vodou zvodeň voda v kolektoru HPV hladina podzemní vody volná může se v kolektoru pohybovat ve směru vzhůru - napjatá stoupání hladiny je znemožněno nadložním izolátorem pozitivní a negativní napjatost se určuje vzhledem k morfologii terénu, - piezometrická - tlak vody se vyrovná s tlakem atmosférickým - dynamická hladina ovlivněná hydraulickým zásahem odběrem statická hladina před odběrem - neustálená - dynamická hladina vykazující měřitelný pokles ustálená dynamická hladina nevykazující měřitelný pohyb Horniny s průlinovou porozitou - propustností typická pro úlomkovité nezpevněné sedimenty většina úlomkovitých( klastických) zpevněných sedimentů Horniny s puklinovou porozitou - propustností- (oblast krystalinika) vyvřeliny, metamorfity a některé zpevněné sedimenty Horniny s krasovou porozitou - propustností /puklinovo-krasová/ rozpustné horniny - vápence,dolomity a horniny s extrémně rozevřenými puklinami J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 4
Oblast odvodnění přirozená : pramenní vývěry typ pramenů je možné určit při znalosti geologických poměrů na základě delší doby sledování teploty, vydatnosti a chemismu - umělá odběry vody, důlní činnost, dědičná štola trvale samospádem odvodňuje ložisko Tvorbu chemismu podzemní vody ovlivňují : - geografické a klimatické poměry - chemismus infiltrovaných vod : - srážková voda - povrchová voda - horninové prostředí, hloubka HPV, propustnost - doba interakce - biochemické faktory - antropogenní faktory Podle obsahu rozpuštěných látek ve vodě bylo dříve používáno členění na : Podzemní vody prosté x minerální vody, hranicí byl obsah 1 g/l označení pro kyselky pak 1 g/l CO 2 Kromě tohoto kritéria byly minerální vody klasifikovány podle teploty, nebo podle zvýšených obsahů některých iontů. V současné době je jako přírodní minerální voda označována voda, která má původní čistotu, má stabilní složení a není znečištěna. Podle jejího obsahu rozpuštěných látek RL (vyhláška č. 423/2001 Sb.) se dělí na : velmi slabě mineralizovanou ( RL do 50 mg/l slabě mineralizovanou ( RL 50 500 mg/l středně mineralizovanou ( RL 500 1 500 mg/l) silně mineralizovanou ( RL 1 500 5 000 mg/l) velmi silně mineralizovanou ( RL více než 5 000mg/l Chemismus prosté podzemní vody určuje zastoupení těchto hlavních iontů v sestupném trendu: Hlavní kationty v podzemní vodě : Ca 2+ Mg 2+ Na 2+ K 2+, Hlavní anionty v podzemní vodě : HCO 3 - SO 4 2- Cl - Běžně se vyskytující ionty v podzemní vodě : Mn 2+ Fe celk. NH 4 +. NO 3 -. jejich obsah max. do 15 mg/l je kritériem pro použití vody pro kojeneckou stravu. ph má vliv na obsah CO 2, teplota podzemní vody je převážně konstantní (8 12 o C) podle hloubky zvodněného kolektoru. Přestože voda z veřejné vodovodní sítě musí splňovat hygienické limity vyhlášky č. 252/2004 Sb. na pitnou vodu, začala od 90. let 20.století nebývalá distribuce balených vod, Nepřehlednou nabídku těchto vod sjednotila vyhláška č. 275/2004 Sb., která upravuje požadavky na balené vody : balená kojenecká voda - vhodná pro přípravu kojenecké stravy musí být z chráněného podzemní zdroje s původním přírodním složení s obsahem RL do 500 mg/l. Zakázána je jakákoli úprava měnící její složení balená pramenitá voda, dříve označená jako stolní, voda z chráněného podzemního zdroje s obsahem RL do 1 000 mg/l. Voda může být upravována vyjmenovanými fyzikálními způsoby. Do vody nelze přidávat žádné látky s výjimkou CO 2.. J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 5
balená přírodní minerální voda - voda z chráněného podzemního zdroje přírodní minerální vody schváleného MZdr.. Vodu lze upravovat uvedenými fyzikálními způsoby a nelze do ní přidávat jiné látky než CO 2. Obsah RL není stanoven ( viz 423/2001 Sb.) Na etiketách těchto balených vod musí být uveden název zdroje, ze kterého je voda čerpána a jeho lokalita. Pokud jsou poslední dvě balené vody označeny vhodná pro přípravu kojenecké stravy - poskytuje na rozdíl od kojenecké vody trochu nižší záruku stabilní jakosti, neboť prošla nějakou úpravou. Balená pitná voda - musí splňovat požadavky na pitnou vodu a lze ji získávat z jakéhokoliv vodárenského zdroje a upravovat ji jako vodovodní vodu. Většinou je z vodovodní vody stáčena a může být rovněž uměle doplňována minerálními látkami označení uměle obohaceno o. Požadavky na balené léčivé vody nejsou stanoveny, existují však požadavky mikrobiologickou jakost. Specifické požadavky na jakost vody existují i pro chov dobytka a drůbeže, pro chov ryb a pro závlahu. Přestože pitná voda musí splňovat limity vyhlášky MZdr.č 252/2004 Sb. jsou v přednášce uvedeny doporučené optimální hodnoty minerálních látek v pitné vodě, doporučované SZÚ (st.zdravotnický ústav) Podzemní voda může obsahovat zvýšené obsahy jednotlivých iontů, které mohou být způsobeny horninovým prostředím, např. zrudněním, nebo jejich původ pochází z kontaminace horninového prostředí Látky ovlivňující změnu jakosti podzemní vody : přirozené x antropogenní Mikrobiologické a biologické ukazatele - fekální koliformní bakterie, enterokoky, koliformní bakterie, - vliv fekálního znečištění mezofilní a psychrolfilní bakterie, - organogenní znečištění živé a mrtvé organismy - přítok povrchové vody Fyzikální a chemické ukazatele : Zdravotně významné - anorganické : Sb, As, Be, B, Cr, Cd, Cu, Pb, Mn, Hg, Ni, Se, Ag, kyanidy, fluoridy, dusičnany, dusitany, bromičnany Zdravotně významné organické : - těkavé ( TOL) : BTEX, chlorované uhlovodíky, - obtížně těkavé PAU, PCB, ostatní RU - pesticidy (TOL těkavé organické látky, BTEX benzen,toulen,ethylbenzen,xylen, PAU polyaromatické uhlovodíky, polychlorované bifenyly, RU ropné uhlovodíky) Ukazatele, jejichž zvýšené hodnoty mohou negativně ovlivnit jakost pitné vody: rozpuštěné látky nad 1 g/l, chloridy, sírany, Fe, Al, Na, NH 4, ChSK Mn, barva, zákal, chuť, pach, ph, NEL nepolární extrahovatelné látky (CHSK chemická spotřeba kyslíku manganem ) Tvrdost vody : způsobují zvýšené obsahy Ca, Mg, které mohou být vázány na anionty: - HCO 3 přechodná (karbonátová) dá se odstranit varem ( kotelní kámen) - SO 4, Cl -, NO 3 - trvalá (nekarbonátová ) součet těchto tvrdostí je tvrdost celková tvrdost se udává v analýzách v mmol/l lze ji přepočíst stupně o N J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 6
karbonátová tvrdost ( mmol/l) = KNK 4,5 : 2 = HCO 3 : 2 celková tvrdost (mmol/l) = Ca 2+ + Mg 2+ ( mmol/l) přepočet: karbonátová tvrdost ( o N) = HCO 3 (mmol/l) x 2,8 celková tvrdost ( o N) = Ca 2+ + Mg 2+ ( mmol/l) x 5,6 Možnost antropogenní kontaminace podzemní vody v horninovém prostředí, zvláště v kolektorech s volnou hladinou podzemní vody vytváří tlak na dodržování tzv. obecné ochrany. U vodohospodářsky významných vodních zdrojů - studní pak je tato ochrana legislativně ošetřena ve vodním zákoně vyhlášením ochranných pásem vodního zdroje 1. a 2. stupně. Agresivitu vody na betonové konstrukce způsobuje : - nízký obsah rozpuštěných látek (= nízká tvrdost = hladové vody) - nízké ph - agresivní CO 2 - zvýšený obsah SO 4 2- - zvýšený obsah Mg 2+ - zvýšený obsah NH 4 + - některé druhy odpadních vod je třeba zároveň posoudit propustnost horninového prostředí, odolnost použitého betonu ---------------------------------------------------------------------- Podzemní voda je přednostně určena k zásobování obyvatel pitnou vodou. V územích s nedostatečnými zásobami podzemní vody (oblasti krystalinika) se zásobování obyvatel zabezpečuje napojením na vodárenské soustavy dopravující vodu z podzemních zdrojů ze vzdálenějších jímacích území nebo vodu z povrchových vodárenských nádrží. Zabezpečení dostatečného množství pitné vody limituje rozvoj území. Individuální zásobování pitnou vodou je další možné řešení tam, kde není vybudována vodovodní síť za předpokladu, že hydrogeologické poměry území jsou vhodné pro vyhloubení domovních studní. Zajištění vodního zdroje studny je podkladem pro vydání stavebního povolení pro stavbu podle 5 odst.3 vodního zákona, neboť stavebník je povinen zabezpečit jeho zásobování vodou. Kvalita pitné vody musí splňovat požadavky dané vyhláškou MZdr.č 252/2004 Sb., a proto voda dodávána spotřebitelům z veřejné vodovodní sítě je ze zákona pravidelně kontrolována odběrem vzorků na chemický a bakteriologický rozbor. Protože příslušná legislativa se nevztahuje na domovní studny, zůstává na vlastníkovi studny, zda si, kromě rozboru vody pro kolaudaci stavby, opakovaně sleduje její jakost kontrolními rozbory vody. Při nevhodném složení používané pitné vody zde vzniká zdravotní riziko. jsou-li těla silného, barvy svěží,bez vadných nohou a bez zanícených očí, je tím nejlépe prokázána dobrá kvalita pramene Marcus Vitruvius Pollio Deset knih o architektuře kniha8. kap.4 úrodné půdy - ochrana půdního fondu skrývka ornice mapy půdní a půdně interpretační v měř. 1 : 50 000 J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 7
zemědělské hospodaření - představuje ale možnost plošného a bodového znečištění vodních zdrojů J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT Geologie pro obor architektura 8