Renesance vodárenské hydrogeologie

Obor hydrogeologie v ČR čeká s největší pravděpodobností v blízké budoucnosti významná změna. Počátkem 90. let 20. století nastal významný odklon od zajišťování zdrojů pitné vody k environmentálním problémům a sanačním pracím v souvislosti s řešením starých ekologických zátěží. Jejich podíl však nyní postupně klesá a hydrogeologie se dostává do standardní situace obdobné jiným evropským zemím. Lze očekávat významný nárůst poptávky v oblasti vodárenské hydrogeologie, která by mohla vykrýt očekávaný útlum enviromentálních projektů. Hydrogeolog je přirozeným nejbližším spolupracovníkem vodárenských společností, které využívají zdroje podzemních vod. Bude záležet na znalostech, zkušenostech a odborné kompetenci každého hydrogeologa, do jaké míry se opravdu stane užitečným spolupracovníkem vodárenských odborníků v oblasti zajišťování nových vodních zdrojů, obnovy zdrojů stávajících, optimalizace provozu jímacích území, zajišťování jejich ochrany, navrhování správné konstrukce jímacích, průzkumných i monitorovacích objektů a jejich výstavby pro hromadné i individuální zásobování.

Úvod

Hydrogeologie a vodárenství k sobě nerozlučně patří, neboť přibližně polovina vody ve vodárenských soustavách pochází ze zdrojů podzemní vody. A prostředí, kde se tato voda tvoří, akumuluje, jímá a chrání, patří k nejdůležitější části hydrogeologického řemesla. Lidé zpravidla dobře dělají to, čemu rozumí. Základem našeho konání, vodárenství a hydrogeologii nevyjímaje, proto musí být vědění, poznání. My však již od počátku 90. let minulého století žijeme v období jisté nehybnosti, kdy potřeba vody dramaticky klesla, zdrojů je až na výjimky dostatek, úpravárenské procesy si s primární jakostí surové vody obvykle nějak poradí a ekonomika vodárenských společnosti je nastavena v důsledku regulované ceny vody zdánlivě udržitelně.

Úloha hydrogeologů v procesu využívání zdrojů podzemní vody

Česká republika, nacházející se v samém středu Evropy, má z hlediska tvorby zdrojů podzemní vody dvě pozoruhodnosti. První vyplyne na povrch, podíváme-li se na geologickou mapu Evropy. Většina zemí je znázorněna jednou nebo dvěma barvami, naznačujícími, že v dané zemi se nachází pouze jedna či dvě geologické jednotky. Polohu České republiky i bez hranic snadno poznáme díky tomu, že se zde stýká celá paleta barev naznačujících, že u nás se nachází mnoho geologických jednotek od nejstarších prahor až po nejmladší kvartér a tyty geologické jednotky samozřejmě vytvářejí různá prostředí pro vznik a oběh podzemních vod. Druhá pozoruhodnost vyplývá z polohy naší republiky na pomyslné střeše Evropy. Téměř nic k nám z okolních států nepřiteče, a tak si musíme vystačit s tím, co nám „spadne“ z nebe, s vědomím, že pouze malá část toho se zúčastní podzemního oběhu, tedy přemění se na podzemní vodu. Je toho málo, ale přesto díky poloze naší republiky v mírném pásmu dost na to, abychom nedostatkem podzemní vody netrpěli. Podmínka je s vodou dobře hospodařit, od regulace odtoku podzemní vody z krajiny, zachování přirozené hydrogeologické stratifikace horninového souboru a regulace činností ovlivňujících vodní režim, až po uvážlivě využívání a ochranu zdrojů podzemní vody. Tam je pole působnosti hydrogeologie, malého multidisciplinárního oboru v tržním prostředí těžko prosazovaného, protože většina závěrů hydrogeologů je pouze pravděpodobnostní a tvrdá ekonomika tržního systému se neumí s něčím nejasně definovaným dost dobře vyrovnat. Snad právě proto je státní podpora sektoru hydrogeologie omezená, ročně vycházející absolventi se dají spočítat na prstech od rukou.

Časy se snad pomalu mění. Tak například před rokem 2000 nebyla v našem stěžejním „Vodním zákoně“ a v prováděcích vyhláškách jediná zmínka o hydrogeologii, zatím co dnes se, například v aktualizované vyhlášce č. 432/2001 Sb., o dokladech žádosti o rozhodnutí nebo vyjádření o hydrogeologii, mluví prakticky na každé stránce a pojem hydrogeolog či hydrogeologie se objevuje i v několika paragrafech vodního zákona. Nejen to! Po téměř 30 letech byl znovu otevřen záměr státu na bilancování zásob podzemních vod a světlo světa spatřila mnoha set milionová zakázka Rebilance zásob podzemní vody, která přes řadu problémů posunula míru poznání přírodního procesu tvorby podzemní vody na cca třetině území ČR dále kupředu. A pracovníci vodárenských společností? Ti dobře vědí, jak je výhodné mít po ruce dobrého hydrogeologa, který jim kdykoliv poradí při řešení drobných provozních problémů i velkých koncepčních záměrů.

Jedním z potřebných schopností dobrého hydrogeologa, má-li rozhodnout konkrétní vodárenský problém, musí být sestavení koncepčního hydrogeologického modelu lokality či území. Znamená to vědět, v které části území se podzemní voda tvoří, jak je velké a jaké vlastnosti má území infiltrace, kolik se zde podzemní vody vytváří, kudy podzemní voda v horninovém prostředí proudí, jak a v jaké míře je proud podzemní vody na své cestě dotován jinými zdroji vody nebo naopak, kde a jakým mechanismem o část vody přichází, jaká je interakce mezi podzemní vodou a okolním horninovým prostředím, kde se podzemní voda ve významné míře akumuluje a kde dochází k její přírodní nebo umělé drenáži. Jedná se tedy o modifikaci v malém toho, co je obecný koloběh vody v přírodě. Tolik přírodní proces. Do tohoto procesu zasahuje svými vlivy člověk. V případě podzemních vod je to především, pokud pomineme globální vlivy, zásah do podmínek infiltrace srážek do podzemí, nasycení svrchní průsakové části půdy nejrůznějšími imisními látkami škodlivými pro podzemní vodu, porušení hydrogeologické stratifikace horninového souboru a odběr vody nerespektující bilanční možnosti hydrogeologické struktury či jiné zájmy, jako jsou ochrana vodních a na vodu vázaných ekosystémů. Toto všechno by měl hydrogeolog o daném území nejdříve vědět a teprve pak může za různým účelem do oběhu podzemní vody zasahovat. Existují dva případy: hydrogeolog má ke své práci k dispozici dostatečná data o režimu podzemních vod s potřebnou mírou spolehlivosti, a pak může navrhovat různá řešení, stavby, vodní díla a při konkrétním řešení tyto prvotní poznatky verifikovat, případně modifikovat. Anebo data s potřebnou mírou spolehlivosti nemá, pak řešení praktického úkolu musí nutně předcházet hydrogeologický průzkum. To je důvod, proč část hydrogeologických úkolů probíhá v režimu staveb („víme“, a proto můžeme rovnou projektovat a stavět) a část v režimu průzkumných prací („nevíme“, a proto nezbytná základní data musíme teprve získat průzkumem). Hydrogeologie, na rozdíl od ostatních vědních disciplín, je trochu zvláštní tím, že oba postupy často kombinuje. Průzkum se často provádí tak, že průzkumné dílo, jsou-li výsledky průzkumu příznivé, má obvykle takové parametry, že ho lze jen s minimálními úpravami využít i jako budoucí stavbu. Týká se to především studen, ale i jiných typů prací, jako je vsakování dešťových či odpadních vod do vod podzemních prostřednictvím půdních vrstev, vrtů pro tepelná čerpadla systému země–voda či voda–voda apod.

Podívejme se nyní blíže na některé charakteristiky koncepčních hydrogeologických modelů pro jednotlivé typy hydrogeologických struktur. Pro základní rozdělení lze vyčlenit dva typy hydrogeologických struktur: jednokolektorové (pomineme-li existenci v podstatě všudypřítomného kvartérního kolektoru) a vícekolektorové. Jednokolektorové hydrogeologické struktury se nacházejí přibližně na polovině území naší republiky především v oblasti krystalinických hornin a v místech výskytu nejstarších sedimentárních komplexů především prvohorního stáří. Co je jejich podstatou?

• infiltrační oblasti se nacházejí v území s vyššími srážkami, menší je i výpar a spotřeba vody rostlinstvem, pak se někdy až polovina vody může zúčastnit odtoku, především povrchového, se specifiky často až 20 l/s/km2, ale významná část se účastní i odtoku podzemního se specifiky až ve vyšších jednotkách l/s/km2.
• dílčí hydrogeologické struktury jsou většinou malé, zpravidla pouze několik km2, větší struktury jsou spíše výjimečné;
• vsak srážkových vod do půdní vrstvy a jejich průsak až k hladině podzemní vody je obvykle velmi rychlý, hladina podzemní vody se nachází zpravidla mělce pod povrchem terénu, mocnost zvodně činí jednotky až desítky metrů a báze zvodnělé vrstvy, byť vnitřně diferencované, zasahuje do hloubek desítek metrů, výjimečně až do 100–200 m. Oběh podzemní vody je zpravidla rychlý a časový režim podzemních vod je obvykle jednoduchý. Mimo vegetační období hladiny podzemní vody stoupají, protože se struktura naplňuje vodou, ve vegetačním období se struktura vyprazdňuje a hladiny klesají;
• rychlý oběh podzemní vody ve skalním prostředí tvrdých hornin se projevuje zpravidla nízkým obsahem látek rozpuštěných ve vodě;
• k přírodní drenáži podzemních vod dochází v důsledku členitosti terénu formou pramenních vývěrů nebo skrytých příronů do vodotečí. Umělá drenáž formou jímacích objektů je ve srovnání s přírodní drenáží zanedbatelně malá a celková vydatnost využívaných zdrojů podzemní vody tak činí zpravidla pouze malý zlomek přírodních, tedy permanentně se doplňujících zdrojů. Důvodů je několik, především prostorová diferenciace vodních zdrojů, ale nepochybně i menší poptávka po vodě v méně osídlených územích.

Vícekolektorové systémy jsou pro hydrogeology podstatně větším oříškem. Pochopit, jaké je prostorové rozložení kolektorů, jak a kde se do nich voda dostává a jimi proudí, jak je na své cestě nabohacována nebo naopak ochuzována z hlediska množství i jakosti vody a jak ji lze efektivně využívat a chránit, to dokáží úspěšně řešit jen ti nejlepší, přičemž ještě musejí mít mimořádnou intuici a alespoň trochu „štěstí“. Přesto jsou některé zákonitosti časoprostorového režimu podzemních vod ve vícekolektorových zvodněných systémech známé:

• struktury se nacházejí především v pánevních oblastech sedimentárních komplexů, především v české křídové pánvi, jihočeských pánvích, permokarbonských rajonech v Podkrkonoší, na Slánsku, Plzeňsku či Boskovicku a dále ve významné části moravských úvalů;
• ve srovnání s jednokolektorovými strukturami se jedná o struktury podstatně rozsáhlejší, o ploše desítek až stovek km2;
• ke vsaku srážkových vod dochází v plošně velmi rozsáhlých infiltračních oblastech a na tvorbě podzemní vody se často ve značné míře podílejí i přírony podzemní vody z okolních výše položených struktur;
• oběh podzemní vody je zpravidla komplikovaný, proudění podzemní vody obecně velmi pomalé (řádově centimetry až decimetry za den), avšak jednotlivé horninové bloky jsou protkány vnitřními strukturami (heterogenitami) různého původu, představujícími jednak vnitřní bariéry, na kterých se podzemní voda vzdouvá, nebo naopak zóny priveligovaného proudění podzemní vody s rychlostí proudění metry, desítky a výjimečně i stovky m/den. Mocnost jednotlivých kolektorů pánevních struktur je proměnlivá a pohybuje se od několika metrů po nižší stovky metrů. Ve velkých strukturách tak stáří vody může být značné, stovky i tisíce let. Velmi proměnlivá bývá i jakost podzemní vody v jednotlivých kolektorech, což může být klíčové pro jejich vodárenské využití;
• snad nejsložitější je pochopit proces vzájemné komunikace mezi jednotlivými zvodněmi a objasnit způsob přírodní drenáže podzemní vody. Pramenní vývěry jsou obecně méně časté a, pokud vznikají, mají charakter velkých pramenních okrsků nebo linií. Mnohem častější je plynulý příron do vodotečí prostřednictvím kvartérních štěrkopískových náplavů. Umělé odvodnění struktur formou jímacích objektů je podstatně častější než u jednokolektorových hydrogeologických struktur a jsou rajony, kde využití přírodních zdrojů podzemní vody přesahuje 50 % (např. ve východočeské křídě).

Máme-li tedy jednoduše a stručně odpovědět na otázku, jaká je úloha hydrogeologů v procesu využívání zdrojů podzemní vody, odpověď je nasnadě. Vždy domyslet, co předpokládaný zásah do horninového prostředí a podzemní vody způsobí, konat podle toho a investora přesvědčit, že víme, co máme dělat a proč je daný postup (často dražší, než dělat pouhé co nejlacinější díry do země) nezbytný. Investor, především vodárenské společnosti, by se měly na hony vyhýbat „odborníkům“, kteří jsou schopni pro krátkodobý zisk nevratně ničit to, co nám příroda v naší republice dala do vínku. Úloha vodárenských společností je o to závažnější, že kromě svých aktivit by stejně kvalifikovaně měly posuzovat i práce jiných, kteří v jejich rajonech působí, neboť jim ničí předmět jejich obživy, podzemní vodu. Přitom státní správa se často o kontrolu řádného chodu věcí nepostará.

Stav jímacích objektů podzemní vody a optimalizace jímacích území

Současný stav jímacích objektů v České republice je výslednicí procesu, který můžeme sledovat po celou druhou polovinu 20. století až do současnosti. Procesu, kdy zdroje podzemní vody kolem roku 1960 byly využívány ve výši kolem 200 mil. m3/rok, kolem roku 1990 ve výši přes 400 mil. m3/rok a v roce 2010 ve výši cca 350 mil. m3/rok. Prudký nárůst potřeby zdrojů podzemní vody především v 70. a 80. letech minulého století vyvolal nebývalou potřebu budování nových zdrojů podzemní vody, převážně velkoprůměrových vrtaných studen. Ty byly situovány přednostně v místech našich nejvýznamnějších hydrogeologických struktur, vázaných především na permokarbonské, svrchnokřídové a pliopleistocénní sedimenty. Většina těchto objektů měla vrtné průměry v rozmezí 500–1000 mm, výstroj vrtaných studen, zpravidla ocelová, měla minimální průměry kolem 300 mm. Stáří těchto děl se tak pohybuje v rozmezí 30–50 let a není proto divu, že stále častěji se objevují problémy plynoucí ze zanášení a případně i z destrukce výstroje, klesá jímací schopnost vrtaných studen, v důsledku poruch těsnících vrstev na plášti výstroje se zhoršuje jakost surové vody, mnohdy havarijně, data získávaná z fyzicky i morálně zastaralých objektů nedávají objektivní představu ani o tak základních údajích, jako je stav hladiny podzemní vody při čerpání a velikost čerpaného množství z jednotlivých jímacích objektů. Nedořešena je otázka revize ochranných pásem korespondujících se současnými právními předpisy (nemluvě o jejich aktuálnosti) apod. Protože však počet dříve vybudovaných zdrojů byl větší než počet zdrojů potřebných, bylo během minulých cca 25 let zpravidla kam sáhnout, pokud vznikly někde problémy. Uvážíme-li navíc, že potřeba vody klesala, vodárenské společnosti v podstatě nic nenutilo se o svou zdrojovou základnu více a systematicky starat.

Jenomže stav minimální nebo (v tom lepším případě) omezené péče o jímací objekty podzemní vody se časem musí někde projevit. Reálně se tak již mnohde děje. Vodárenské společnosti jsou tak nuceny se postupně stavem jímacích objektů ve větším rozsahu zabývat, mělo by se tak ale dít na základě systémového přístupu. Je tedy na čase se zastavit, udělat minimálně v nově bilancovaných oblastech objektivní prověrku stavu jímacích objektů, respektive celých jímacích území, vyhodnotit jakost jímané podzemní vody a její změny v čase, přehodnotit způsob využití a ochrany vodních zdrojů a stanovit podmínky dalšího, pokud možno nekolizního, provozu jímacích území. To vše je skryto pod pojmem optimalizace jímacích území a ta, jak vyplývá z následujícího textu, nemá alternativu.

Prostorový režim podzemní vod v jímacích oblastech totiž má své jasně dané zákonitosti. Mezi hlavní fenomény podmiňující soustředěný výskyt podzemní vody v prameništích jsou geologické a morfologické poměry. Zjednodušeně lze říci, že horninové prostředí musí být dostatečně propustné tak, aby byl umožněn živý oběh podzemní vody, jímací území musí mít dostatečně velké infiltrační zázemí a morfologie prostředí musí umožnit akumulaci podzemní vody. Obecně lze horninový soubor, ve kterém podzemní voda proudí a akumuluje, označit za prostředí heterogenní a filtračně anizotropní. Heterogenita způsobuje to, že se propustnost horninového prostředí místo od místa liší, střídají se horninové bloky minimálně propustné, kterými voda stěží prosakuje, s puklinovými a průlinovými zónami, kterými podzemní voda proudí až o několik řádů rychleji než v kompaktních horninových blocích. Filtrační anizotropie pak vyjadřuje to, že voda v některých směrech proudí horninovým prostředím podstatně rychleji a ve větším množství než ve směrech jiných. Běžně je to pochopitelné u horninového souboru puklinově, případně krasově či pseudokrasově propustného, ve kterém je na první pohled zřejmé, že v otevřené puklině proudí voda podstatně rychleji než v puklině sevřené nebo vyplněné například jílovitými produkty větrání okolní horniny. Méně známé je to, že i v průlinovém prostředí jsou některé zóny nebo polohy ve srovnání se svým okolím významněji propustné, což souvisí například s granulometrií nezpevněných sedimentů u svahových pohybů, s paleogeografickým vývojem říčních koryt a usazujících se štěrkopískových sedimentů v závislosti na rychlosti proudění vody v někdejším říčním toku apod.

Vžijme se nyní do role našich vodárenských předchůdců, kteří pomocí měření, mapování, sledování vegetačního pokryvu, za využití virgule a jiných postupů či indicií hledali místa pro budování centrálních zdrojů vody. Není těžká odpověď na otázku: kde asi. Primárně jistě tam, kde podzemní voda vyvěrala na povrch, v místech narušení horninového masivu ať již tříštivou tektonikou nebo zvětrávacími pochody, v místech propustných hornin typu písků, štěrků, pískovců či slepenců, v kombinaci s jejich pánvovitým uložením apod. Jinými slovy, ta nejlepší místa již byla v minulosti vybrána. Když dnes je třeba vytipovat nové jímací území, tak jsme nuceni „paběrkovat“ a snažíme se najít jiná, stejně kvalitní místa jako naši předchůdci. Jenomže to nejde vždy a všude. Jímací objekt situovaný v absolutně nejpropustnější části horninového masivu a navíc v příznivé morfologické pozici, v místě, kde voda po tisíciletí vymývá výstupovou cestu podzemní vody k povrchu a snižuje tak tření na horninových stěnách či horninových zrnech, je unikátem, který musíme respektovat. Nesnažme se tedy slepě a často marně hledat srovnatelné alternativy současných jímacích území, ale využijme rozumu a zkušeností našich předchůdců a neopouštějme ta nejlepší, praxí ověřená místa pro budování či dnes spíše pro obnovu jímacích objektů podzemní vody. Ukažme si, jak v tomto směru postupovat.

Prvním a základním krokem musí být vždy pasport současného jímacího území a podrobné vyšetření geneze vody, protože množství a jakost vody jsou na ní bytostně závislé. Uvedu tři typové případy:

Jestliže pochopíme a s dostatečnou věrohodností ověříme genezi podzemní vody v jímacím území a výsledek této analýzy je z hlediska našich budoucích potřeb příznivý (což znamená, že jímací území je v důsledku místních hydrogeologických poměrů, infiltračního zázemí a reálných podmínek ochrany vodního zdroje schopno poskytnout požadované množství podzemní vody vyhovující jakosti, byť se třeba vydatnost prameniště s ohledem na stav jímacích objektů snižuje pod hranici potřeby nebo se zhoršuje jakost vody), neváhejme, nehledejme jiné řešení, začněme pracovat na optimalizaci jímacího území a považujme to za postup nejlepší, dlouhodobě nezvratný. Znamená to regenerovat, případně přebudovat stávající jímací objekty, vyřešit jejich účinnou ochranu. Pokud to bude třeba, vyprojektujme místo po dílčí doplňkový vodárenský zdroj nejprve v místech podrobně prozkoumaných (geofyzika, karotáž, úzkoprofilová sondáž, hydrometrování apod.). Teprve poté optimalizujme celé jímací území.

V případě, že výsledek analýzy je příznivý pouze částečně, tzn. že sice není naplněna celková celoroční potřeba vody nebo její jakost, ale jímací území větší část roku funguje, což je případ většiny gravitačních pramenišť, další využití tohoto zdroje právě v intencích udržitelného rozvoje je žádoucí. Znamená to opět regenerovat, případně přebudovat nebo i dobudovat stávající jímací objekty, využívat je na maximum možného a příliš nezkoumat výši okamžitých investic. Budoucnost vašemu rozhodnutí požehná.

Teprve v případech, kdy analýza geneze vody a možnosti jejího dalšího využití nepřinese příznivý výsledek, je třeba hledat novou variantu řešení. Ta by měla mít tyto kroky:

• ověřit možnost lokálního řešení (nový jímací objekt v blízkosti spotřebiště);
• ověřit možnost centrálního řešení (napojení na některý z blízkých jímacích objektů nebo vodovodních systémů);
• realizace připojení spotřebiště na nový zdroj či vodovodní systém;
• zrušení původního vodního díla a jeho fyzická likvidace.

Podzemní voda, její výskyt v přírodě a zákonitosti jejího časově prostorového režimu jsou a zůstanou vždy mimo naše přímé pozorování. Základním nástrojem pro zkoumání podzemní vody je empirie (zkušenost), zatímco exaktnost zatím zůstává jen pomocnou berličkou, byť mnohdy velmi důležitou. Dejme proto na zkušenost, neopouštějme zdrojová místa podzemní vody dlouhodobě ověřená svým vodárenským potenciálem a upravme, obnovme, přestavějme a případně doplňme historická jímací území a objekty zde vybudované. Nehleďme na momentální náklady, na časovou náročnost, na mnohdy zdánlivě neefektivní ruční práci. Využití těch nejlepších míst, které nám příroda nabízí, opravdu nemá alternativu.

Rizikové činnosti ovlivňující vodárenské využívání podzemní vod

Tak jako je pro pracovníky vodárenských společností nejdůležitější voda a infrastruktura, pomocí které lze vodu jímat, upravit a dopravit ke spotřebiteli, tak je pro hydrogeology nejdůležitější voda a místo jejího výskytu v přírodě. Klíčová věc, místo jejího výskytu, je funkcí jevu, kterému říkáme přirozená hydrogeologická stratifikace. Je to soubor vlastností zvodněného horninového prostředí, které mají právní vyjádření v § 2, odstavci 3 zákona č. 254/2001 Sb. (dále jen vodní zákon), ve kterém se říká, že „vodním útvarem je vymezené významné soustředění povrchových nebo podzemních vod v určitém prostředí charakterizované společnou formou jejich výskytu nebo společnými vlastnostmi vod a znaky hydrologického režimu“ a v odstavci 7, že „útvar podzemní vody je vymezené soustředění podzemní vody v příslušném kolektoru nebo kolektorech; kolektorem se rozumí horninová vrstva nebo souvrství hornin s dostatečnou propustností, umožňující významnou spojitou akumulaci podzemní vody nebo její proudění či odběr“.

Jev, kterému říkáme přirozená hydrogeologická stratifikace, můžeme pozorovat v celé ČR. V oblastech krystalinika, tj. především v jižní polovině naší republiky, jsou rozsáhlé lokality, kde se vyskytují pouze dvě základní zvodně. První je vázána na kolektor, který tvoří kvartérní pokryv a mělké pásmo připovrchového rozpojení puklin skalního podkladu, druhá na hlubší puklinový systém krystalinických hornin. V oblastech pánevních struktur potom k prakticky všudypřítomné kvartérní zvodni přistupuje většinou několik dalších zvodní, uložených ve vertikálním sledu pod sebou. Od sebe se odlišují tím, co říká již zmíněný § 2 vodního zákona. Jedná se o významné soustředění podzemní vody charakteristické společnou formou jejich výskytu a zpravidla společnými vlastnostmi vod a jejich režimu. V praxi to znamená, že každá z těchto zvodní se vytváří v jiném prostředí s odlišnými geometrickými vlastnostmi, tzn. že například první zvodeň má rozlohu 2 km2 a její mocnost je max. 10 m, zatímco druhá zvodeň má rozlohu 3 km2, ale její mocnost je téměř 100 m, první zvodeň má vodu tvrdou s vysokým obsahem železa, zatímco druhá zvodeň má vodu jen s nízkou koncentrací železa, propustnost horninového prostředí první zvodně je dvojnásobná oproti propustnosti druhé zvodně atd. Tyto charakteristické prvky horninového prostředí v České republice se vytvářely tisíce, statisíce a mnohdy i miliony let a představují jedno z největších bohatství naší republiky. Je především na profesi hydrogeologické, aby dokázala toto nenahraditelné bohatství chránit před nevratnými antropogenními zásahy. Podívejme se nyní na dva nejvýznamnější zásahy, které ohrožují přirozenou hydrogeologickou stratifikaci.

Studny

Studny jsou zařízení určená k jímání podzemní vody a je proto logické, že do zvodněného prostředí zasahují. Zpravidla je předem známé potřebné množství vody a požadované jakostní parametry. Hydrogeolog, pokud je schopen sestavit koncepční hydrogeologický model území, pochopí, která z dostupných zvodní je pro něj prioritní a zda požadavek na konkrétní zdroj vody je splnitelný. Přitom musí, respektive by měl respektovat, prioritní hydrogeologický axiom: v jednom jímacím objektu je možno využívat pouze jeden zvodněný kolektor. Má-li první zvodeň požadované kvantitativní a kvalitativní parametry, problém dodržení přírodní hydrogeologické stratifikace odpadá, protože jímací objekt zasáhne pouze do jednoho zvodnělého kolektoru a je třeba ho zajistit pouze v přípovrchové části proti pronikání povrchových a mělkých hypodermických vod. I to má však své požadavky dané ČSN 755115 Jímání podzemní vody, v jejímž smyslu je nezbytné, aby minimální přípustná tloušťka zaplášťového těsnění do hloubky 3 m pod povrch terénu byla alespoň 30 mm. U vodních úvarů s napjatou hladinou podzemní vody s pozitivní výtlačnou úrovní je tatáž tloušťka požadována minimálně do hloubky 5 m. Těsnění přitom musí vždy navazovat na nenarušenou okolní horninu a vyplňovat celý prostor mezi zárubnicí a stěnou vrtu.

Podstatně složitější je však situace v případech, kdy první zvodeň pod terénem potřebnou vydatnost nebo jakost vody nemá. Pak platí, že jestliže studna, zpravidla vrtaná, zastihuje ve svém sledu více zvodní, respektive vodních útvarů podzemní vody v intencích odstavce 7 § 2 vodního zákona, je nutné provést vzájemné hydraulické oddělení těch zvodněných kolektorů, na které jsou vázány rozdílné útvary podzemní vody, a do studny lze „pustit“ podzemní vodu pouze jednoho zvodněného kolektoru. To je základní princip zachování přirozené hydrogeologické stratifikace horninového souboru. Samozřejmě že platí, že v jednom jímacím území je možno využívat několik různých zvodní, které se potom mohou při přípravě vyrobené vody míchat. Vždy však platí, že v jednom jímacím objektu by měl být otevřený pouze jeden přítokový úsek, a to v oboru jedné zvodně, resp. zvodněného kolektoru.

Všichni víme, že největší riziko pro přirozenou hydrogeologickou stratifikaci horninového prostředí představují studny individuálních spotřebitelů. Jejich počet stoupá se stoupající cenou vodného a stočného a s klesající cenou těchto studen. Že tyto studny, často nemající ani ty nejzákladnější konstrukční parametry, významně ovlivňují vodní režim, není třeba zmiňovat. Co však je třeba hlasitě říci, je to, že „výrobci“ těchto studen zásadně a nevratně poškozují životní prostředí a jsou pravými škůdci hydrogeologie a vodárenství bez jakéhokoliv postihu. I když se vodní a stavební právo snaží dostihnout realitu a výjimečně se mu to daří, zůstává skutečností, že minimálně polovina individuálních studen vzniká mimo správní proces, tedy „na černo“.

Vrty pro tepelná čerpadla

Největším rizikem této novodobé a dynamicky se rozvíjející aktivity pro vodní režim podzemních vod je skutečnost, že instalace tepelných čerpadel systému země-voda a voda-voda byly ve velkém zahájeny při totální absenci právního statutu těchto vrtů, technologie jejich provádění zohledňující mimořádnou složitost geologických a hydrogeologických poměrů v ČR a s nulovou zkušeností při řešení havarijních stavů, které zcela logicky při subtilnosti těch děl nastanou, ať již porušením přirozené hydrogeologické stratifikace horninového souboru nebo únikem oběžných medií s příměsemi aditiv s nejasnými riziky pro vodní ekosystém.

a) Vrty pro tepelná čerpadla systému voda–voda
Tyto vrty jsou v podstatě identické se studnami, s tím rozdílem, že jímací vrty vodu jímají a vsakovací vrty tuto zasakují zpět do horninového prostředí. Vodní zákon je v tomto případě mimořádně benevolentní, když v § 8 odstavci 1 obecně připouští čerpání povrchových nebo podzemních vod a jejich následné vypouštění do těchto vod za účelem získání tepelné energie. Legální je tedy kombinovat vody v procesu využití její tepelné energie, tzn. například odebírat podzemní vodu a vypouštět ji do vody povrchové nebo odebírat povrchovou vodu a po „projití“ výměníkem tepelného čerpadla tuto vypouštět do vody podzemní, právě tak jako je možno odebírat vodu z jedné zvodně a vypouštět ji do druhé zvodně a naopak. Naštěstí platí ustanovení § 9, odstavec 1 vodního zákona, kdy se k nakládání s pozemní vodou musí vyjádřit osoba s odbornou způsobilostí a je povinností hydrogeologů benevolenci zákona regulovat dle místních podmínek. Kvalifikovaný hydrogeolog pak má povinnost zajistit prostřednictvím svého vyjádření fungování těchto vrtů tak, aby vodní režim konkrétní lokality, obzvláště jímacích území podzemní vody, nebyl negativně ovlivněn

b) Vrty pro tepelná čerpadla systému země–voda
Tyto vrty jsou dnes nejrozšířenějším způsobem zásahu do vodního režimu území. S ohledem na počet těchto vrtů, jejich hloubku, subtilní parametry a způsob jejich provádění, velmi často bez účasti kvalifikovaného hydrogeologa, jsou skutečnou hrozbou pro vodárensky využívané zdroje podzemní vody. Proč? Protože při své hloubce 100–250 m procházejí až několika zvodněnými kolektory a minimální průměr vrtů (kolem 150 mm) spolu s nedostatečnou zkušeností řady vrtných firem a s absencí potřebné techniky zejména při naražení podzemní vody s napjatou hladinou jsou tak často pouhými „dírami“ do země, zásadně narušující přirozenou hydrogeologickou stratifikací horninového souboru. Jediným funkčním řešením, chránícím vodárensky využívané zdroje podzemní vody, se zdá být zpracování analýz rizik pro nejvýznamnější hydrogeologické rajóny, které by směřovaly k eliminace ohrožení nebo negativního ovlivnění režimu podzemních vod formou limitů (prostorových, hloubkových a technických) při povolování a provádění těchto vrtů. Vhodnou platformou pro tyto analýzy rizik mohou být Plány oblasti povodí, případně územní plány vyšších celků.

Závěr

V blízké budoucnosti lze očekávat renesanci vodárenské hydrogeologie, tedy té části hydrogeologie, která se zabývá tzv. „čistou vodou“. V uplynulých desetiletích došlo k významnému podfinancování vodárenské infrastruktury v ČR, řada zařízení včetně jímacích objektů a celých jímacích území fyzicky i morálně zastarala a čeká nás jejich obnova. Tyto práce budou z pohledu hydrogeologie zahrnovat opravy a rekonstrukce stávajících jímacích objektů, výstavbu náhradních i cela nových studní, vzniká zde poptávka po optimalizaci odběrů a celého režimu jímacích území (i v souvislosti s nároky na úpravu surové vody na vodu pitnou), vážné problémy čekají řešení i v oblasti zajištění dostatečné ochrany vodárenských zdrojů a jímacích území pro kvalitativní i kvantitativní stránce, včetně řešení dopadů klimatické změny.

Tam, kde se podaří nastavit účinnou spolupráci vodárenských odborníků a hydrogeologů, obě strany z toho budou mít významný benefit. Lze si jen přát, abychom se na všech stranách setkávali jen s kompetentními a na slovo vzatými odborníky, kteří budou přínosem pro zvyšování odborné úrovně oborů vodárenství i hydrogeologie. Hydrogeologie a vodárenství k sobě nerozlučně patří. Přejme si, ať období renesance vodárenské hydrogeologie se stane trvalou součástí vodárenství, nepoplatné pouze současným výkyvům odtokového procesu.

RNDr. Svatopluk Šeda
FINGEO s.r.o.
Litomyšlská 1622
537 01 Choceň
seda()fingeo.cz
603 538 605