MASARYKOVA UNIVERSITA. Přírodovědecká fakulta

MASARYKOVA UNIVERSITA Přírodovědecká fakulta Ondřej Borovský Hydraulické parametry kolektoru kvartérních hornin v části města Brna Bakalářská práce Vedoucí práce: Mgr. Tomáš Kuchovský, Ph.D. Brno 2010-1 -

2010 Ondřej Borovský Všechna práva vyhrazena

Jméno a příjmení autora: Název bakalářské práce: Název v angličtině: Studijní program: Studijní obor: Vedoucí bakalářské práce: Ondřej Borovský Hydraulické parametry kolektoru kvartérních hornin v části města Brna Hydraulic parameters of the selected aquifer in the Brno city Bakalářský Geologie Mgr. Tomáš Kuchovský, Ph.D. Rok obhajoby: 2010 Anotace v češtině: V bakalářské práci byly vyhodnoceny výsledky hydrodynamických zkoušek ze šesti vrtů, u kterých byly realizovány jak zkoušky čerpací tak stoupací. Byly stanoveny hydraulické parametry kolektoru a vyhodnocena variabilita kolektoru vzhledem k litologické stavbě na svahu Červeného kopce v oblasti Kamenná čtvrť. Anotace v angličtině: This bachelor thesis deals with the hydrodynamic tests made at six hydrogeological boreholes. The tests include both, pumping and recovery tests. Hydraulic parameters and the variability of the aquifer were determined according to the lithological structure and aquifer characteristics of the slope of the Červený kopec in the Kamenná čtvrť. Klíčová slova v češtině: hydraulické parametry čerpací zkouška stoupací zkouška transmisivita storativita hydraulická vodivost kolektor Klíčová slova v angličtině: hydraulic parameters pumping test recovery test transmissivity storativity hydraulic conductivity - aquifer

Prohlašuji, ţe tuto práci jsem vypracoval samostatně. Veškerou literaturu a ostatní prameny, z nichţ jsem při přípravě práce čerpal, řádně cituji a uvádím v seznamu pouţité literatury. Souhlasím s veřejným půjčováním práce.. Ondřej Borovský

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval svému školiteli Mgr. Tomáši Kuchovskému, Ph.D. za cenné připomínky, rady, trpělivost a za odborné vedení bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat firmám Aqua Enviro s.r.o. a Lidařík, s.r.o. za poskytnutí dokumentace a celé mojí rodině, bez jejíţ podpory by tato bakalářská práce nemohla vzniknout.

Obsah: 1. ÚVOD A CÍL PRÁCE 8 2. PŘÍRODNÍ POMĚRY 8 2.1 Lokalizace 8 2.2 Geomorfologie 9 2.3 Klimatické poměry 9 2.4 Geologické poměry 9 2.5 Hydrologické poměry 14 2.6 Hydrogeologické poměry 14 3. METODIKA 16 3.1 Hydrodynamické zkoušky 16 3.2 Hydraulické parametry 18 3.3 Pracovní postup 19 4. VÝSLEDKY 20 5. DISKUSE 24 6. ZÁVĚR 25 7. POUŽITÁ LITERATURA 26 8. PŘÍLOHY 28

1. ÚVOD A CÍL PRÁCE Tématem bakalářské práce jsou hydraulické parametry kolektoru kvartérních hornin v části města Brna na svazích Červeného kopce v oblasti Kamenná čtvrť. V roce 2006 bylo v tomto prostoru vyhloubeno několik hydrogeologických vrtů, na kterých byly realizovány hydrodynamické zkoušky. Cílem práce bylo vyhodnotit výsledky hydrodynamických zkoušek a stanovit hydraulické parametry kolektoru. Dalším dílčím cílem bylo zhodnotit variabilitu hydraulických parametrů ve vztahu k litologické charakteristice hornin budujících kolektor. 2. PŘÍRODNÍ POMĚRY 2.1 Lokalizace Oblast studovaného území města Brna se nachází v městské části Brno střed v katastrálním území Štýřice na svazích Červeného kopce v k. ú. Kamenná čtvrť v blízkosti řeky Svratky (obr. 1). S Obr. 1: Fotografie zájmového území (2009 GEODIS Brno) - 8 -

2.2 Geomorfologie Město Brno patří do Bobravské vrchoviny, která je částí Brněnské vrchoviny. Reliéf města Brna je tvořen protáhlými hřbety, hrástěmi, protáhlými sníţeninami a prolomy o rozloze 371 km 2. Brno jako město samotné dosahuje průměrné nadmořské výšky okolo 316,7 m se středním sklonem 5º17'. Vrchovina je tvořena brněnským plutonem. Křídové, neogenní a kvartérní usazeniny se nacházejí ve sníţeninách. Hřbety Bobravské vrchoviny jsou proraţeny průlomovými údolími. V ţulách vznikly tvary zvětrávání a odnosu izolované skály, balvany, skalní mísy, ţlábkové škrapy. Největší bod v Brně je Kopeček 479 m n m. Morfologii terénu v brněnské aglomeraci značně ovlivnil člověk (Demek et al. 2006). 2.3 Klimatické poměry Zájmová oblast leţí podle Quitta (1971), na základě jeho klimatického rozdělení, do mírně teplé oblasti třídy MT11. Pro tuto klimatickou oblast je příznačných 350 400 mm sráţek ve vegetačním období. Nejteplejším měsícem v roce je červenec s průměrnou teplotou 17-18 C a nejchladnějším měsícem v roce je leden s průměrnou teplotou 2-3 C. 2.4 Geologické poměry Z regionálně-geologického hlediska náleţí území Brno Štýřice do jednotky brunovistulika, které je budováno metamorfovanými komplexy a rozsáhlým brněnským plutonem (Mísař 1983). Území Brna a jeho okolí po geologické stránce prodělali za 600 miliónů let velice pestrý vývoj. Nejstarší jednotkou je brunovistulikum, které zaznamenalo největší vývoj v období od svrchního proterozoika do svrchního paleozoika. V období svrchního paleozoika došlo k vyvrcholení variského vrásnění a brunovistulikum pak bylo v průběhu tohoto vrásnění konsolidováno a přičleněno k v. okraji Českého masivu jako jeho součást. V dnešní době je brunovistulikum z větší části překryto mladšími jednotkami a na povrch vystupuje jen jeho významná součást - brněnský masiv, který je ve své jiţní části tvořen magmatickými horninami, především granodiority (Müller et al. 2000). V období paleogénu došlo na území Brna k proniknutí moře z oblasti Karpat nesvačilským příkopem, který je dnes pokryt mioceními a kvarterními sedimenty. V důsledku přítomnosti moře v eggenburgu a jeho následné regrese došlo k denudaci eggenburgských sedimentů mezi něţ patří jíly zjištěné ve vápnitých píscích opuštěného lomu v Brně-Líšni. - 9 -

Patří zde i komplex zelenošedých slabě vápnitých jílů a petromiktních slepenců nacházejících se na Hádech v nadloţí jury o mocnosti 9 m (Müller et al. 2000). V ottnangu sedimenty štěrků, písků a jílů vystupují v Brně v okolí Nového Lískovce, Starého Lískovce a Bohunic v podobě drobných denudačních zbytků bez větších mocností. Na j. svahu Kamenného vrchu od Bosonoh, při j. okraji Pisárecké kotliny, v Líšni a s. od Kníniček nabývají tyto sedimenty největšího plošného rozsahu i mocnosti. K ottnangu řadíme také zrnitostně špatně vytříděné růţově zelené, silně jílovité, hrubě zrnité písky se špatně zaoblenými zrny, vyplňující prohlubně na horninách krystalinika brněnského masivu, které se nacházejí v oblasti mezi bohunickou nemocnicí a pravým břehem Svratky, při v. okraji Střelic a na Kamenném vrchu (Müller et al. 2000). V karpatu se sedimenty objevují v podobě drobných denudačních reliktů v podobě mořských vápnitých jílů s polohami písků s šedou aţ béţově hnědošedou, okrově šedou a ţlutavě hnědozelenou barvou. Vápnité písky bývají zbarveny do světle šeda nebo ţluto šeda. Proměnlivě písčité vrstevnaté jíly, tzv. šlíry, nacházející se u bohunické nemocnice a na j. svahu Kamenného vrchu mají šedé aţ zelenavě šedé zabarvení. Mocnost karpatu na území Brna se pohybuje do 100 m (Müller et al. 2000). Mezi nejrozšířenější sedimenty, které spadají do období spodního badenu a jsou neogenního stáří, patří bazální klastika, označované jako brněnské písky. Bazální klastika mají ţlutošedou, hnědošedou aţ hnědoţlutou barvu a jsou lokálně vyvíjeny do nadloţí pozvolným litologickým přechodem v pelitovou facii například ve Střelicích a na Kamenném kopci. V jejich nadloţí se nachází vápnité jíly tégly a v ojedinělém případě rudohnědý půdní horizont, který dokládá regresi spodnobadenského moře a lokální přerušení sedimentace. Spodnobadenské bazální písky a štěrky vystupují v Králově poli, kde jsou součástí výplně řečkovicko-kuřimského prolomu. Největší mocnost 10 m byla prokázána v hloubce 160 m, provedeným vrtem v prostoru podniku Lachema. Mezi významné výskyty dále patří Lesná, Obřany, Komín, oblast mezi Hybešovou horou, Černovicemi, Brněnskými Ivanovicemi a Holáskami. Polohy písčitých a štěrkovitých sedimentů v podobě denudačních reliktů se nacházejí na j. svahu Kamenného kopce, u Veselky, Střelic, Ţidenic, Černovic, Ostopovic a v Pisárecké kotlině. Valounový materiál štěrků je tvořen křemenem a tmavošedými vápenci. Zelenavě šedé vápnité jíly jsou proloţeny psefity a psamity. Vápnité a prachovité jíly s vloţkami písků a štěrků, které patří tzv. pelitické facii tvoří významný komplex spodnobadenských sedimentů. Vyznačují se modravě šedou, světle šedou aţ šedou, místy nazelenalou aţ nahnědlou barvou. Sedimenty spodního badenu nabývají velkých - 10 -

mocností. Mocnost 192,5 m v Brně-Řečkovicích byla ověřena v prostoru podniku Lachema vrtem HV-105 (Müller et al. 2000). Říční sedimenty miocénu představují denudační zbytky systémů, které se vytvořily po ústupu spodnomiocenních a středomiocenních moří. V nadmořské výšce 290-310 m n. m o mocnosti do 3 m vystupují říční sedimenty v podobě písčitých a středně zrnitých štěrků s. od Obřan a na jv. okraji Líšně. Fluviální písčité štěrky vystupují v úrovni 310-350 m n. m (Müller et al. 2000). Říční štěrky v pliocénu, představující drobné relikty, vyskytující se v 280-290 m n.m. na Vinohradech, v. od Obřan, jz. od Líšně a v. od továrny Zetor jsou označovány jako líšeňská terasa. Významnou sloţkou štěrků je křemen. V centrální a j. části Brna se vyskytují fluviální písčité štěrky stránské terasy (Müller et al. 2000). Morfologie Brna je po kvartérní stránce velmi členitá. Velmi významné jsou sprašové komplexy s půdními horizonty v Modřicích, v Ţidenicích a zejména pak na Červeném kopci, který zaujímá klíčové postavení ve stratigrafii kvartéru střední Evropy (Müller et al. 2000). Na Červeném kopci je zachován jediný nejúplnější profil spraší a fosilních půdních komplexů. V zachování glaciálních a interglaciálních období je Červený kopec primátem v superpozici na jedné lokalitě. Jedná se o jedinečný odkryv neporušeného vývoje svrchního, středního a z části i spodního pleistocénu. Nejstarší studovaný půdní komplex je označován jako PK XI. Silně vyvinutému rubifikovanému braunlehmu odpovídají další fosilní půdy, nacházející se pod tímto půdním komplexem. Díky výskytu sprašových pokryvů, fosilních půd a říčních teras lze studovat jejich vzájemný vztah v průběhu téměř celého pleistocénu. Na Červeném kopci bylo stanoveno 11 kompletních glaciálních cyklů. Do interglaciálu dömnitz je řazen PK V. Do holsteinu PK VI. Na bázi PK X leţí hranice Brunhens/Matuyama. 3-4 teplé klimatické výkyvy charakteru interglaciálu jsou patrné u cromeru. Zde se vytvořil typ půdy terra rossa. Ze skupiny půd terrae calcis z mladších interglaciálů, známe jen terra fuscu. Půdy typu braunlehm nebo rotlehm ve spraších odpovídají časově půdám typu ferreto na fluviálních štěrcích. Všechny studované půdy jsou polygenetického charakteru (Musil, 1993). Geologie čtvrti Kamenná kolonie: V Kamenné kolonii je v mnoha opuštěných lomech odkryté defilé v červenofialových pískovcích a slepencích, řazených k bazálním devonským klastikám o mocnosti přesahující 100 m. Rozšíření devonských bazálních klastik v prostoru Kamenné kolonie ukazuje obr. 2. Svou rudohnědou barvou a jejich sedimentárním texturám jsou usazeniny interpretovány jako zvětraliny splachované do pánve během semiaridních aţ aridních klimatických poměrů. - 11 -

V minulém století byly tyto sedimenty označeny za obdobu facie old red, známé z Velké Británie. Jedná se o sedimenty terestrické, v jejichţ nadloţí jsou vyvinuta bazální devonská klastika typu sensu stricto (Müller et al. 2000). V pliocénu a spodním pleistocénu podél toku řek Svratky, Svitavy a Litavy vznikly fluviální akumulace písčitých štěrků označována jako stránská terasa s bází 36-48 m nad současným povrchem nivy Svratky a Svitavy. Maximální mocnost dosahuje 10-14 m. Stránská terasa v širším regionu odpovídá Dyjsko-svrateckému úvalu tzv. staršímu štěrkopískovému pokryvu. Na zájmovém území se tyto štěrky petromiktního charakteru vyskytují na sv. svahu Červeného kopce a z. od Modřic. Jedná se o rezavě hnědé, zahliněné fluviální písčité štěrky s průměrem valounů aţ 10 cm. Ve sloţení převládá křemen, červený granodiorit, granit, diorit a diabas. Ekvivalentem této terasy jsou spraše a písky v Líšni. Stáří je datováno na 2,5 mil. let a jejich mocnost dosahuje aţ 10 m. Ze spodního pleistocénu se zachovaly fluviální akumulace s relativní výškou báze 17-35 m označované jako tuřanská terasa odpovídající rovněţ staršímu štěrkopískovému pokryvu. Výskyty sedimentů této terasy v podobě hrubých, rezavě hnědých, lokálně silně zahliněných bazálních štěrků s valouny o průměru 25 cm se nachází v blízkosti Brněnské přehrady. Ve středním pleistocénu vznikaly říční terasy tvořeny šedohnědými, hrubě zrnitými fluviálními písky a písčitými štěrky, v relativní výšce 16-24 m. Valouny jsou sloţeny z ruly, křemene, pískovce a droby permu. Terasy středního pleistocénu jsou často překryty 8 m mocnými spraši a vyskytují se v. a j. od Brněnské přehrady, v okolí Husovic, v. od nádraţí Brno-Maloměřice, v okolí Obřan a při v. okraji Řečkovic. Ve středním pleistocénu pokračovala sprašová a smíšená sedimentace, vznik svahových pokryvů pouze s přerušením sedimentace, které dokládají kryogenní jevy, mrazové klíny, soliflukce a zejména fosilní půdy uvnitř sprašových souvrství. Údolní nivy jsou vyplněny nejmladšími petromiktními říčními písčitými štěrky datovanými do období svrchního pleistocénu. Jedná se o šedé aţ šedohnědé zahliněné petromiktní fluviální písčité štěrky s valouny o mocnosti 4-5 m s relativní bází -4 aţ -14 m. Štěrky Svratky jsou sloţeny z ţilného křemene, granodioritu, granitu, aplitu, atd. Vyplňují široké údolní dno Ponávky. Ve svrchním pleistocénu dále pokračovala svahová sedimentace přerušovaná tvorbou fosilních půd. V průběhu holocénu se tvořily deluviofluviální sedimenty vyplňující dna údolí. Při přívalech dešťů a tání sněhu docházelo ke vzniku ronových sedimentů. Vznikají i antropogenní sedimenty v důsledku činnosti člověka, které patří k nejmladším (Müller et al. 2000). - 12 -

S Obr. 2: Výřez z geologické mapy Brna a okolí 1:50 000 (upraveno podle Hanţl et al. 1999). - 13 -

2.5 Hydrologické poměry Z hlediska povrchových vod náleţí Brno do povodí Moravy, z nichţ většina ústí do Svratky. Svou činností vytváří hlavní erozní bázi pro zájmové území. Pravostranným přítokem Svratky jsou Veverka, Vrbovec, Leskava a Bobrava. Levostranným přítokem Svratky jsou Svitava, Besének, Lubě a Kuřimka. V Brně Komárově přitéká do Svratky Ponávka, která je díky svému zatrubnění vyuţitelná pro odvod odpadních vod. Svitava je největším levostranným přítokem s průměrným průtokem při ústí 5,1 m 3.s -1 a vytváří s.-j. osu povrchové vodní sítě celého zájmového území a podílí se na odvodnění jeho s. a centrální části. V Brně-Kníničkách je odtokový reţim prováděn manipulací s hladinou na přehradě. Jako vodohospodářské dílo I. kategorie slouţí přehrada pro hydroenergetické, rekreační účely a také reguluje průtoky na dolním toku Svratky. Ve směru od SSZ k JJV klesá hodnota dlouhodobého specifického odtoku podzemní vody. Ve směru údolí Svratky a do jv. okolí Brna klesá hodnota podzemního odtoku na 0,5 aţ 1 l.s -1.km -2. Dlouhodobý koeficient odtoku podzemní vody osciluje kolem 5% a lze jej přisuzovat podprůměrnému sráţkovému úhrnu a relativně vysokým průměrným ročním teplotám vzduchu zvyšující výpar vody (Müller et al. 2000). 2.6 Hydrogeologické poměry Hydrogeologické poměry panující na Brněnsku jsou velice pestré. V neogénu jsou sedimenty charakteristické litofaciálními změnami ve vertikálním i horizontálním směru. Z hydrogeologického hlediska vytvářejí nepravidelný systém izolátorů tvořených jíly a průlinových vrstvových kolektorů sloţených z písků a štěrků. V závislosti na morfologii předneogenního reliéfu podloţí, mocnost tohoto komplexu značně kolísá. Velký význam mají relikty neogenních štěrků, písků a jílů uloţených na Brněnském masivu. U těchto reliktů jsou časté změny zrnitosti ve vertikálním i horizontálním směru, coţ způsobuje vysoké hodnoty směrodatných odchylek transmisivity Y. Většina těchto struktur je charakteristická dosti silnou aţ mírnou propustností. Bazální klastika uloţená v pokleslých částech brněnského masivu, přecházejí do eluvií krystalinika v podloţí. Vytvářejí významné kolektory, jejichţ báze sahá hluboko pod erozní základnu. Nesoudrţné písčité štěrky a písky jsou mírně aţ silně propustné. Kolektorské polohy bazálních klastik přecházejí směrem na Lískovec a Bohunice do centrální části Brna. Významný kolektor bazálních klastik je situován v centrální části Brna (Dornych, Křenová ulice). Ţabovřeská kotlina s mocnostmi kolektorů - 14 -

bazálních klastik od 12 do 21 m v podloţí a aţ 45 m mocných jílů v nadloţí vytváří samostatný hydrogeologický reţim. Hlavním zdrojem tohoto kolektoru je přítok infiltrované podzemní vody z okolních rozvětraných hornin společně s podzemní vodou z v. okolí Brněnské přehrady. V centrální části Brna mezi Zvonařkou, Komárovem, Černovicemi, Brněnskými Ivanovicemi, Horními Heršpicemi a Štýřicemi se nacházejí atraktivní kolektory tvořené bazálními klastiky. Specifická vydatnost vrtů závisí na faciálním vývoji. Tyto sedimenty mají nepropustné podloţí pro nadloţní průlinové kolektory v kvartérních sedimentech a nepropustný stropní izolátor. Zásadní význam pro dotaci klastik má údolí Svitavy, údolí Říčky u Podolí a Líšně. Spodnobadenská klastika nacházející se v centrální části Brna jsou středně aţ silně propustná, vytvářejí průlinové kolektory s vysokou transmisivitou a jsou vodárensky vyuţitelné. Většina průlinových kolektorů neogenních sedimentů má střední hodnoty transmisivity a lze je vyuţít k odběru podzemních vod soustřednými odběry regionálního dosahu, pokud splňují podmínku, kterou je existence artéského stropu. (Müller et al. 2000). V kvartéru vytváří sedimenty nejsvrchnější hydrogeologický subsystém s relativně samostatným reţimem, pokrývající většinu povrchu v j. okolí Brna. Jedná se především o pleistocenní a holocení fluviální sedimenty. Průlinové kolektory jsou hydrogeologicky nejvýznamnější v krystaliniku a kulmu. Zvodněné prostředí je tvořeno hrubozrnnými štěrky pleistocenního aţ holocenního stáří. V j. části zájmového území v údolí dolního toku řeky Svratky je systém průlinových kolektorů ve fluviálních sedimentech údolních niv a terasových stupňů vyvinut ve velké ploše. Spraší a sprašovými hlínami je překryta část těchto teras s maximální mocností do 10 m. Ve většině případů jsou neogenní sedimenty litologickým sloţením výchozové části (písčité a vápnité jíly) počevního izolátoru kolektorů v kvartérních sedimentech. Zvodnění teras závisí na výškové poloze vůči erozním bázím. Nejvhodnější jsou z hlediska vyuţitelnosti terasy středního a nejniţšího stupně. Spolu s údolními nivami vytvářejí hydrogeologický subsystém. Povrchové toky jsou v přímé hydraulické spojitosti s kolektory údolních niv. V tomto důsledku kolísá hladina podzemní vody v závislosti na velikosti průtoku. Mocnost souvrství povodňových hlín v údolních nivách je 2 aţ 8 m. Tyto sedimenty jsou slabě propustné a tvoří stropní izolátor podloţního kolektoru vyvinutého v hrubozrnných píscích a štěrcích, kde v podloţí leţí nepropustné vápnité jíly spodního badenu. U dolních toků v údolních nivách Svratky a Svitavy byla zjištěna transmisivita s vysokými hodnotami jejího indexu. Z vodohospodářského hlediska vytváří tato vysoká transmisivita moţnost pro soustředné odběry menšího regionálního významu (Müller et al. 2000). - 15 -

3. METODIKA 3.1 Hydrodynamické zkoušky Základní informace o fyzikálně hydrogeologických parametrech zvodně získaných přímo in situ lze interpretovat pomocí odběrových, stoupacích, nálevových a jiných hydrodynamických zkoušek. Tyto zkoušky jsou přímým odrazem hydraulických vlastností zvodněného kolektoru, které tak můţeme jejím vyhodnocením získat. Prostřednictvím hydrodynamických zkoušek jsou objasněny vzájemné hydraulické vztahy mezi jednotlivými objekty, dokáţe se zjistit maximálního moţného vyuţití objektů, poznat okrajové podmínky, kvalitu jímané vody, atd. Vyhodnocení hydrodynamických zkoušek vychází z poznatků a zákonů podzemní hydrauliky. Pro čerpací zkoušky platí ČSN 73 6614. Pro přetokové a stoupací zkoušky lze tuto normu pouţít, pokud se jedná o testování okrajových podmínek, jejich úplnosti a dokonalosti, a dále o testování vztahů mezi objekty a zvodněnými vrstvami. Pokud jsou však čerpací zkoušky realizovány na podzemních vodách proplyněných, termálních a vícefázových - norma neplatí. V normě jsou uvedeny názvosloví, technické poţadavky, druhy čerpacích zkoušek, odběry vzorků a podmínky provozu čerpacího zařízení (Bujok a Grmela 1992). Hydrodynamické zkoušky a jejich podmínky, za kterých probíhají a jsou rovněţ rozhodující pro stanovení postupu zkoušek a pro volbu příslušné interpretační metody lze rozdělit do 4 základních skupin ukazatelů: 1) podmínky ustálenosti proudění (ustálenost proudění dosaţená během zkoušky) 2) podmínky spojené s rozměry, konstrukcí a účinkem zkušebního objektu, ve kterém daná zkouška probíhá 3) přírodní hydrogeologické podmínky 4) podmínky uspořádání zkoušky a systému pozorování (Jetel 1982). I. Přítokové zkoušky U těchto zkoušek dochází k přítoku podzemní tekutiny (podzemní vody, ropy, plynu) do zkušebního objektu (vrtu, studně, šachty apod.). V této práci jsou pouţity odběrové (čerpací a přetokové) a stoupací zkoušky (Jetel 1982). A. Odběrové zkoušky Ze zkušebního objektu se odebírá po určitou dobu určité konstantní nebo proměnlivé mnoţství (vydatnost) podzemní tekutiny při určité konstantní nebo proměnlivé úrovni hladiny nebo tlaku ve zkušebním objektu. - 16 -

1. Čerpací zkoušky Tekutina je ze zkušebního objektu odebírána čerpáním. Ustálené proudění u čerpacích zkoušek se v dnešní době pouţívá méně a tak mají význam spíše z historického hlediska. Spočívají v čerpání vody z vrtu aţ do času, kdy nedochází k dalšímu sníţení hladiny. Neustálené proudění se projevuje tak, ţe voda je v době trvání zkoušky v neustáleném reţimu a je uvolňována ze zásobnosti kolektoru. 2. Přetokové (přelivové) zkoušky Tekutina je odebírána ze zkušebního objektu vypouštěním samovolného přetoku. B. Stoupací zkoušky Pozoruje se průběh vzestupu hladiny nebo tlaku ve zkušebním objektu po zastavení odběru. Stoupací zkouška se obvykle provádí po skončení zkoušky čerpací. Hladina tekutiny (v našem případě vody ve vrtu) v pozorovaném objektu stoupá stejně jako v původně čerpaném vrtu. Nástup hladiny odpovídá stavu, kdy do objektu bylo naléváno stejné mnoţství vody jako mnoţství vody čerpané. Podle rovnice je zde vyjádřeno zbytkové sníţení sˈ, s 0,183 Q log T t p (1) kde Q je známý konstantní průtok z čerpací zkoušky, T je transmisivita zkoumaného kolektoru, t je délka trvání odběru před stoupací zkouškou a t je p čas od začátku stoupací zkoušky (Jetel 1982). t t C. Diferenční zkoušky Sledovány jsou změny tlaku či hladiny po změně odebíraného mnoţství bez přerušení odběru. - 17 -

D. Trubkové zkoušky Prováděny pomocí testeru zapuštěného do vrtu na vrtných trubkách. II. Nálevové zkoušky Sleduje se závislost mezi stavem hladiny ve zkušebním objektu (vrtu, studni, šachtici) nebo v jeho okolí a mnoţstvím vody nalévaným do objektu (Jetel 1982). III. Vtlačovací zkoušky Sleduje se závislost mezi tlakem ve vrtu (popřípadě tlakem nebo hladinou v okolí vrtu) a mnoţstvím tekutiny vtlačované do vrtu přetlakem vyvozovaným na ústí vrtu (Jetel 1982). IV. Expresní zkoušky Jedná se o zkoušky charakterizované velmi krátkou dobou trvání. Takovými mohou být zkoušky prováděné pomocí jednorázového odběru či jednorázového nálevu určitého objemu kapaliny, velmi krátké odběrové, nálevové nebo stoupací zkoušky se zjednodušeným způsobem vyhodnocení (Jetel 1982). V. Jiné speciální zkoušky Metoda filtrační explozní vlny, metoda periodických tlakových impulzů, metoda filtračních harmonických vln (Jetel 1982). 3.2 Hydraulické parametry Hydraulické charakteristiky zvodněných formací dělíme na charakteristiky odporové, kapacitní a kapacitně-odporové charakteristiky. Odporové charakteristiky charakterizují schopnost formace propouštět kapaliny, kapacitní charakteristiky vyjadřují schopnost kapaliny akumulovat a uvolňovat a kapacitně-odporové charakteristiky popisují rychlost šíření hydraulických vzruchů ve zvodněných formacích (Šráček a Kuchovský 2003). Mezi základní odporové charakteristiky patří hydraulická vodivost, která se dá vyjádřit jako podíl hodnoty transmisivity a mocnosti kolektoru, T k (2) b - 18 -

kde k je hydraulická vodivost, T je známá hodnota transmisivity a b je mocnost zvodněného kolektoru v metrech (Šráček a Kuchovský 2003). K základním kapacitním charakteristikám patří zásobnost S neboli storativita. Jedná se o objem vody, který je uvolněn z hranolu jednotkového objemu kolektoru o jednotkové základně při jednotkovém sníţení hydraulické výšky. Je to bezrozměrný parametr (objem/objem). Pruţná zásobnost Sp se pak vztahuje k napjaté zvodni, u které dochází při sníţení hydraulické výšky k přeskupení zrn pevné fáze a k zvětšení objemu vody. U volných zvodní se hodnota storativity blíţí hodnotě drenáţní pórovitosti. Z důvodu absence pozorovacího vrtu, nemohla být storativita v této bakalářské práci vypočítána (Šráček a Kuchovský 2003). Posledním jmenovaným parametrem v této bakalářské práci, který se pouţívá k popisu zvodněných formací je transmisivita T (L/T, běţně v m/s). Ta je součinem hydraulické vodivosti a saturované mocnosti kolektoru, T k. b (3) kde b je mocnost kolektoru v metrech. Tento parametr zohledňuje vliv mocnosti formace na průtok, protoţe při stejné hodnotě hydraulické vodivosti protéká větší objem kapaliny formací o vyšší mocnosti (Šráček a Kuchovský 2003). V našem případě je transmisivita vypočítána podle následujícího vztahu: T 2,303. Q 4.. s (4) kde Q je známý průtok a s zbytkové sníţení (Šráček a Kuchovský 2003). 3.3 Pracovní postup Firmy Lidařík, s.r.o. a Aquaenviro s.r.o provedly hydrodynamické zkoušky na 6 vrtech (PV- 20, PV-21, PV-31, PV 41, PV-46 a PV-51), u kterých byly realizovány zkoušky čerpací a zkoušky stoupací. U vrtu PV- 20 a PV-21 byly hydrodynamické zkoušky provedeny firmou - 19 -

Lidařík, s.r.o. U zbylých vrtů pak byly hydrodynamické zkoušky provedeny firmou Aquaenviro s.r.o. Z důvodu absence pozorovacího vrtu byly výsledky interpretovány pomocí zkoušek stoupacích a vyhodnocení bylo provedeno podle Theisovy metody. Firma Lidařík, s.r.o. provedla měření hydrodynamických zkoušek způsobem, kdy časový průběh měření čerpací zkoušky převyšuje časový průběh měření zkoušky stoupací. Firma Aquaenviro s.r.o. pak u zbylých vrtů vyhodnotila hydrodynamické zkoušky způsobem, kdy časový průběh měření u čerpací zkoušky je kratší neţ u zkoušky stoupací. Po odečtení zbytkového sníţení v jednotlivých časech u stoupací zkoušky - ze známé hladiny u zkoušky čerpací byly tyto hodnoty zaneseny do grafů, kde osa y symbolizuje vzestup hladin u zkoušky stoupací a osa x na sobě nese hodnoty časů upravených do logaritmické podoby. Pouţitým programem pro tvorbu těchto grafů a následný výpočet hydraulických parametrů se stal program Microsoft Excel. Z vynesených hodnot do grafů (viz obr. 3, 4, 5, 6, 7 a 8) a následné proloţení těchto hodnot přímkou bylo vypočítáno zbytkové sníţení. Kde bod, v němţ proloţená přímka protíná jeden logaritmický úsek času, určuje tuto hodnotu zbytkového sníţení. Po dosazení zbytkového sníţení byla vypočítána transmisivita podle vzorce (4). Tímto způsobem byly sestrojeny grafy všech vrtů a také byly vypočítány hydraulické parametry. Závěrečnou fází bylo vypočítání hydraulické vodivosti. Z profilů vrtů v přílohách 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6 a 8.7 byla u vrtů PV-20, PV-21, PV-31, PV-41, PV-46 a PV-51 (viz. příloha 8.1: Mapa s pozicí vrtů realizace hydrodynamických zkoušek) stanovena mocnost zvodněné vrstvy a poté vypočítána hydraulická vodivost podle vzorce (2). 4. VÝSLEDKY V tabulce (tab. 1) pod grafy (obr. 3, 4, 5, 6, 7 a 8) jsou (pro větší přehled) pro jednotlivé vrty uvedeny výsledky hydraulických parametrů z vyhodnocených stoupacích zkoušek. Tabulka obsahuje pro jednotlivé vrty informace o konstantním průtoku Q zjištěném při průběhu čerpací zkoušky, rozdílu sníţení s, mocnosti zvodně b, hodnotách transmisivity T vypočítané podle vzorce (4) a hydraulické vodivosti k vypočítané podle vzorce (2). Na Grafech osa y představuje sníţení hladiny s a osa x poměr času probíhajícího k času celkové stoupací zkoušky t/t. Vynesené body byly do grafu proloţeny přímkou v úseku grafu, který odpovídá nástupu hladin ke konci stoupací zkoušky. Následně pak bylo zjištěn rozdíl sníţení s. - 20 -

s (m) s (m) Výsledná transmisivita vrtu PV-20 byla vypočtena na 1E-02 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 5,8 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-20 vyšla na 1,65E-03 m 2. s 1. 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 Graf stoupací zkoušky u vrtu PV-20 t/t' 0.001 0.010 0.100 1.000 Obr. 3: Stoupací zkouška PV-20 Výsledná transmisivita vrtu PV-21 byla vypočtena na 2E-03 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 5,5 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-21 vyšla na 2E-03 m 2. s -1. Graf stoupací zkoušky u vrtu PV-21 t/t' 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.001 0.010 0.100 1.000 Obr. 4: Stoupací zkouška PV-21-21 -

s (m) s (m) Výsledná transmisivita vrtu PV-31 byla vypočtena na 1,746E-06 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 17,3 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-31 vyšla na 1,009E-07 m 2. s -1. Graf stoupací zkoušky u vrtu PV-31 t/t' 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 0.010 0.100 1.000 Obr. 5: Stoupací zkouška PV-31 Výsledná transmisivita vrtu PV-41 byla vypočtena na 2,197E-06 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 18 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-41 vyšla na 1,221E-07 m 2. s -1. Graf Stoupací zkoušky u vrtu PV-41 t/t' 0.010 0.100 1.000 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 Obr. 6: Stoupací zkouška PV-41-22 -

s (m) s (m) Výsledná transmisivita vrtu PV-46 byla vypočtena na 1,998E-06 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 9,1 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-46 vyšla na 2,195E-07 m 2. s -1. Graf stoupací zkoušky u vrtu PV-46 t/t' 0.00 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 2.40 2.70 3.00 3.30 3.60 3.90 4.20 4.50 4.80 5.10 5.40 5.70 6.00 0.100 1.000 Obr. 7: Stoupací zkouška PV-46 Výsledná transmisivita vrtu PV-51 byla vypočtena na 1,834E-05 m 2. s -1. Hodnota mocnosti zvodněné vrstvy byla zjištěna z dodané dokumentace k vrtu na 18 m a tímto číslem byla vydělena vypočtená transmisivita. Hydraulická vodivost vrtu PV-51 vyšla na 1,019E-06 m 2. s -1. Graf stoupací zkoušky u vrtu PV-51 t/t' 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 0.010 0.100 1.000 Obr. 8: Stoupací zkouška PV-51-23 -

Tab. 1. : Vypočítané hodnoty hydraulických parametrů Označení vrtu PV-20 PV-21 PV-31 PV-41 PV-46 PV-51 Q [m 3.s -1 ] 2,19E-03 0,71E-03 0,04E-03 0,06E-03 0,06E-03 0,1E-03 s [m] 0,037 0,08 4,2 5 5,5 1 b [m] 5,8 5,5 17,3 18 9,1 18 T [m 2.s -1 ] 1E-02 2E-03 1,746E-06 2,197E-06 1,998E-06 1,834E-05 k [m 2.s -1 ] 1,65E-03 2E-03 1,009E-07 1,221E-07 2,195E-07 1,019E-06 5. DISKUZE Vypočítaná transmisivita a hydraulická vodivost jakoţto hydraulické parametry vyhodnocené hydrodynamickými zkouškami nabývají zcela rozdílných hodnot u vrtů PV-20 a PV-21 neţli je tomu u vrtů PV-31, PV-41, PV-46 a PV-51. Vzhledem k lokalizaci vrtů PV-20 a PV-21 (viz příloha 8.1) v blízkosti řeky Svratky, se v geologických profilech těchto vrtů téměř vůbec neobjevují v podloţí bazální devonská klastika ale jíly. Na těchto vrtech se projevilo proudění kolektorem písčitých fluviálních štěrků, který je nejpropustnějším kolektorem na lokalitě a pozitivně ovlivňuje propustnost podzemní vody. Vrty PV-20 a PV-21 mají do značné míry silnou propustnost (tab. 2). Vzhledem k litologické stavbě Červeného kopce se objevují bazální devonská klastika spíše ve svahu dále od řeky Svratky a dosahují mocnosti na této lokalitě přes 100 m. Kvartérní pokryv na svahu Červeného kopce a v celé oblasti Kamenné čtvrti je homogenní. Ve svrchních partiích je zde tvořen především různými typy štěrků, písků a naváţky o mocnostech pohybujících se do 10 metrů. Tab.2 Propustnost hornin podle Jetela (1973) Vrt Hydraulická Vodivost [m 2.s -1 ] Koeficient propustnosti Třída propustnosti Označení hornin podle stupně propustnosti PV-20 1,65E-03 1.10-10 II silně propustné PV-21 2E-03 1.10-10 II silně propustné PV-31 1,009E-07 1.10-14 VI slabě propustné PV-41 1,221E-07 1.10-14 VI slabě propustné PV-46 2,195E-07 1.10-14 VI slabě propustné PV-51 1,019E-06 1.10-13 V dosti slabě propustné - 24 -

6. ZÁVĚR Výpočty bylo dokázáno, ţe výsledná hodnota transmisivity u vrtu PV-20 je rovna 1E-02 m 2.s -1 a u vrtu PV-21 je rovna 2E-03 m 2.s -1. Tyto hodnoty jsou poměrně vysoké. Narozdíl od vrtů PV-31, kde jsou hodnoty transmisivity rovny 1,746E-06 m 2.s -1, PV-41 2,197E-06 m 2.s -1, PV-46 1,998E-06 m 2.s -1 a PV-51 1,834E-05 m 2.s -1 a jsou poměrně nízké, je dokázáno, ţe u vrtů PV-20 a PV-21 je dobrý vliv mocnosti zvodně na průtok. Pomocí Jetelovy klasifikace je dle vypočtených hodnot hydraulické vodivosti přiřazeno jednotlivým vrtům označení hornin podle propustnosti, které je u vrtů PV-20 a PV-21 silně propustné. U zbylých vrtů jsou tyto horniny klasifikovány jako slabě propustné a dosti slabě propustné. - 25 -

7. POUŽITÁ LITERATURA Archiv Aqua Enviro s.r.o. Archiv Lidařík, s.r.o. Bujok, P. Grmela, A. (1992): Hydrodynamické zkoušky a výzkum sond. katedra geologického inţenýrství HGV, VŠB Ostrava. Demek, J. Mackovčin, P. Balatka, B. Buček, A. Cibulková, P. Culek, M. Čermák, P. Dobiáš, D. Havlíček, M. Hrádek, M. Kirchner, K. Lacina, J. Pánek, T. Slavík, P. Vašátko, J. (2006): Zeměpisný lexikon ČR: Hory a níţiny. Agentura ochrany přírody a krajiny, Brno. GEODIS BRNO, s.r.o (2009): Fotomapa. Dostupné na www.googlemaps.cz, 22.12.2009. Hanţl, P. Krejci, Z. Vit, J. Otava, J. Novak, Z. & Stranik, Z. (1999): Geologická mapa Brna a okolí 1:50 000 Český geologický ústav. Praha. Jetel, J. (1982): Určování hydraulických parametrů hornin hydrodynamickými zkouškami ve vrtech. Vyd. 1. Academia, nakladatelství Československé akademie věd, 246 s. Praha. Mísař, M. Dudek, A. Havlena, V. Weiss, J. (1983): Geologie ČSSR I. Český masív, Státní nakladatelství, Praha. Müller, P. - Novák, Z. - Bubík, M. Buriánková, K. Čurda,J. Eliáš, M. Gilíková, H. Gregerová, M. Grym, V. Hanák, J. Hanţl, P. Havlíček, P. Hrádek, M. Kadlec, J. Krejčí, O. Květoňová, E. Melichar, R. Müller, V. - M üllerová, H. Novák, M. Otava, J. Pálenský, P. Petrová, P. Píše, J. Sedlák, J. Šmerdová, B. Valoch, K. Vít, J. (2000): Geologie Brna a okolí. ČGÚ, Praha. - 26 -

Musil, R. 1993: Geologický vývoj Moravy a Slezska v kvartéru. - In: Přichystal, A. - Obstová, V. - Suk, M. (eds.) 1993: Geologie Moravy a Slezska, 133-155. Moravské zemské muzeum a Sekce geologických věd Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Brno. Quitt, E. (1971): Klimatické oblasti Československa Československá akademie věd - geografický ústav Brno. Brno. Šráček, O. Kuchovský, T. (2003): Základy hydrogeologie. MU, Brno. - 27 -

8. PŘÍLOHY seznam příloh: 8.1: Mapa s pozicí vrtů realizace hydrodynamických zkoušek 8.2: Geologický profil vrtu PV 20 8.3: Geologický profil vrtu PV 21 8.4: Geologický profil vrtu PV 31 8.5: Geologický profil vrtu PV 41 8.6: Geologický profil vrtu PV 46 8.7: Geologický profil vrtu PV 51-28 -

8.1: Mapa s pozicí vrtů realizace hydrodynamických zkoušek - 29 -

8.2: Geologický profil vrtu PV 20-30 -