Autor
Svatopluk Šeda
Hydrogeologický kongres, který proběhl loni v září v kampusu UJEP Ústí nad Labem, byl v několika bodech přelomový. Jednalo se o nejrozsáhlejší dosud pořádaný kongres co do počtu účastníků i přednášejících, doplněný navíc důležitou diskusí a rozhodnutími o budoucím směru vývoje české hydrogeologie a inženýrské geologie.
Hydrogeologie je vědní obor zabývající se podzemními vodami, tedy složkou přírodního prostředí, která je zpravidla neviditelná našemu přímému pozorování. Snad právě proto činnost hydrogeologická patří mezi druhy lidských profesí, kterou zajišťuje ve srovnání s jinými obory společností málo viditelná skupina odborníků. Hydrogeologie má v praxi svůj nezastupitelný význam, neboť na výsledky prací v tomto oboru navazují obory další, především stavitelství, zemědělství, lesnictví, péče o krajinu a její ekosystémy apod. Závěry hydrogeologických prací musí být nejenom věrohodné a srozumitelné pro navazující činnosti a státní správu, ale především pro zákazníky z řad odborné i laické veřejnosti. Při začleňování výsledků hydrogeologických prací do procesů lidské aktivity je také nutno dodržovat široký právní rámec, který nám současné české, ale i evropské právo určuje. Jeho znalost a začlenění do výstupu prací následně potvrzuje věrohodnost práce hydrogeologů. Dnešní hydrogeologie je tedy hraniční mezioborovou disciplínou, která se pohybuje na pomezí geologického a báňského práva, stavebního a vodohospodářského práva, práva zabývajícího se ochranu přírody a krajiny, a současně se rozkročuje mezi několik souvisejících technických a přírodovědných disciplín. Mezi ně patří například vrtná a sondážní technika, měřicí a registrační technika, čerpací technika, výroba a provoz úpraven vody, laboratorní práce, modelování přírodních procesů a další. A protože se tyto odborné disciplíny v čase rozvíjejí, prohlubují a mění, vyvíjejí se i s nimi spojené právní úpravy, metodika a míra celkového poznání. Z tohoto důvodu je pro hydrogeology klíčovým úkolem jak primární profesní vzdělání, tak navazující celoživotní doplňování odborné kvalifikace. A jednou z cest, jak tohoto stavu docílit, je právě pravidelné profesní setkávání na hydrogeologickém kongresu.
Setkání po pěti letech
O všech výše uvedených aspektech se v nebývalé šíři mnoha desítek přednášek hovořilo na XVI. hydrogeologickém a IV. inženýrskogeologickém kongresu, který se ve dnech 6. až 9. září 2022 konal v moderním prostředí kampusu Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem. Odborná veřejnost z celé České republiky z firem, výzkumných institucí, vysokých škol i orgánů státní správy a samosprávy se opět sešla po 5 letech od posledního setkání v Brně v roce 2017. Cílem největšího letošního odborně – společenského setkání v oborech aplikované geologie bylo zhodnotit vývoj aplikované geologie za uplynulé roky a prodiskutovat její budoucí směřování.
O velikosti akce svědčí pár čísel: během dvoudenního jednání bylo prezentováno celkem 119 příspěvků (98 ústních a 21 posterových příspěvků) ve 14 sekcích, na paralelních jednáních ve 3 sálech, za účasti více než 340 odborníků z Česka a Slovenska. Součástí programu bylo i předání profesních ocenění za celoživotní přínos oborům. V inženýrské geologii je to Cena akademika Quida Záruby, kterou v tomto ročníku obdržely Anna Abramčuková a Jitka Dvořáková. V hydrogeologii se uděluje Cena profesora Oty Hynie, kterou získali Zbyněk Hrkal, Vojtěch Kněžek, František Pastuszek, Josef Slavík a Daniel Smutek.
Co na kongresu zaznělo
Hydrogeologie, inženýrská geologie a další aplikované geologické obory řeší celospolečensky velmi důležité úkoly, které bohužel nejsou vždy ve společnosti viditelně akcentovány a dostatečně ceněny. Mezi ty nejdůležitější patří zajišťování zdrojů pitné vody, řešení znečištění životního prostředí, průzkumy pro pozemní, liniové i podzemní stavby, řešení svahových pohybů a stability svahů, adaptační opatření na klimatické změny, odstraňování následků důlní činnosti, průzkumy pro hlubinná úložiště radioaktivního odpadu aj. Již zmíněná šíře prezentací sama o sobě hovoří o tom, jak dramaticky se obor hydrogeologický pod tlakem trhu vyvíjí. Během uplynulých třech desetiletí, od listopadové revoluce roku 1989, se významná část hydrogeologů věnovala sanaci znečištění podzemních vod, která za dob normalizace, pobytu „spřátelených“ armád, intenzivního zemědělství, ale také obecné neúcty k podzemní vodě (jež byla k dispozici skoro zadarmo), dostala zabrat. Hlavní ohniska znečištění podzemních vod byla sice podchycena, dle mnohaletý průzkum tří stovek kontaminovaných lokalit vyčíslil zbývající škodu ve výši minimálně několika desítek miliard korun. S postupným rozvojem společnosti a s opět vzrůstající potřebou vody, v kombinaci se suchou periodou let 2014–2018, však byli hydrogeologové nuceni se rychle přeorientovat ze sanační hydrogeologie na hydrogeologii vodárenskou. Ta se zabývá zajištěním náhradních nebo nových zdrojů podzemní vody, která z téměř 50 % slouží k zásobování obyvatelstva pitnou vodou. Ale nejenom to, přišla složitá doba pandemie Covidu, konflikt na Ukrajině a související problematika inflace a drahých energií. Ty před hydrogeology postavily nové akutní úkoly: řešit expanzi tisíců individuálních studní a vrtů pro tepelná čerpadla, často divoké konstrukce, dělající z naší země ementál, masivní vsakování odpadních vod do půdní vrstvy, i když ještě v nedávné době to bylo ze zákona výjimečným řešením, apod. Naštěstí nám tato doba přinesla pro hydrogeologii i mnoho nového a užitečného: vyvíjejí se nové průzkumné, detekční a vizualizační metody, online přenosy značně urychlují jednání bez nutnosti najíždět stovky kilometrů a příkladů hydrogeologických prací celospolečensky prospěšných narůstá.
Kongresové hydrogeologické příspěvky byly rozděleny do pěti sekcí s názvy:
- Regionální hydrogeologický průzkum a dopady klimatické změny na vodní zdroje;
- Metodika a technika hydrologického a hydrogeologického výzkumu a průzkumu, standardizace průzkumných prací;
- Využívání a ochrana zdrojů podzemních vod, vodárenství, jakost a úprava vod, komunální hydrogeologie;
- Kontaminace vod a horninového prostředí, analýza rizik, sanační zásahy, transportní modely;
- Využívání geotermální energie, termální a minerální vody.
V kombinaci s inženýrsko-geologickými tématy pak byly hydrogeologické příspěvky začleněny do čtyřech sekcí s názvy:
- Využití metod užité geofyziky, dálkového průzkumu a dalších moderních metod v hydrogeologii a inženýrské geologii;
- Úkoly hydrogeologie a inženýrské geologie při těžbě nerostných surovin a odstraňování následků důlní činnosti, podzemní voda a stavby;
- Výzkum a průzkum hlubinných úložišť radioaktivního odpadu z pohledu IG a HG;
- Profesní samospráva, etika v odborné práci a podnikání, výuka aplikované geologie na středních a vysokých školách, celoživotní vzdělávání.
Některé příspěvky se již v uplynulém roce objevily na stránkách Vodního hospodářství, z těch ostatních alespoň krátký souhrn dvou příspěvků, které mohou být inspirací pro čtenáře tohoto časopisu:
Příspěvek 1. Jan Baier, Martin Milický: Historie, současnost a budoucnost monitoringu podzemních vod v jihočeských pánvích, vyhodnocení suché periody 2015–2020
Všechny tři jihočeské pánve (JP) jsou významné svou zásobou podzemních vod, která je využívána jako zdroj pitné vody, nebo i pro komerční účely (pivovary, balená voda). Pravidelný monitoring hladin podzemní vody byl v souvislosti s nárůstem odběrů a prokazatelnému ovlivnění proudění zahájen v 70. letech. V 80. letech byl v souvislosti se zjištěnou zhoršenou kvalitou podzemní vody (vysoké koncentrace dusičnanů) zahájen pravidelný monitoring jakosti podzemní vody. V devadesátých letech došlo k privatizaci vodárenských i hydrogeologických společností. Vlastnictví čerpacích vrtů zpravidla přešlo na soukromé společnosti, provozující odběry podzemní vody (vodárenské společnosti, pivovary, nemocnice, balená voda atp.). Převzetí monitorovacích vrtů a zejména jejich následná údržba ale pro menší soukromé společnosti nebo obce představovala významné náklady, a proto byl provozován pouze základní monitoring hladin a jakosti podzemní vody. V průběhu devadesátých let došlo v souvislosti s nárůstem odběrů na úrovně jejich povolených maxim k dalšímu významnému ovlivnění poměrů proudění podzemní vody i její jakosti. V severní třeboňské pánvi došlo k významnému ovlivnění ekosystémů blat vázaných na podzemní vodu a vzhledem k rozsáhlému poklesu hladin v hlubší části pánve byla negativně ovlivněna i její jakost přetokem ze svrchních partií pánve ovlivněných intenzivním zemědělstvím. V centrální části budějovické pánve docházelo k významnému vzájemnému ovlivňování jednotlivých odběratelů soustředěných do prostoru nejhlubší části pánve v prostoru Českých Budějovic (nemocnice, Budvar n.p., pivovar Samson, vodárenské odběry atp.). V jižní části třeboňské pánve byly poměry významně ovlivněny v souvislosti s realizovanými maximálními povolenými odběry pro balenou vodu v Byňově (dříve Dobrá voda, aktuálně Mattoni 1873 a.s.). Odběry vyvolaly významné poklesy hladin i v přípovrchové vrstvě (ovlivnění domovních studní) a poklesla drenáž do Stropnického a Svinenského potoka. Ukázalo se, že stanovená maximální povolená množství pro jednotlivé odběry neodpovídala reálnému využitelnému množství podzemní vody z celé pánevní struktury. Ze strany odběratelů, správce povodí a vodoprávních úřadů tak sílil tlak na provoz společného monitoringu hladin a jakosti podzemní vody v JP a jeho každoročního komplexního hodnocení, které bude sloužit všem uživatelům i správci podzemních vod v jihočeských pánvích.
Na základě několikaletého úsilí správce povodí (Povodí Vltavy s.p.), okresního úřadu České Budějovice a jihočeského vodárenského svazu bylo v roce 2000 založeno při okresním úřadu České Budějovice (následně při Krajském úřadu Jihočeského kraje) první sdružení: významných odběratelů podzemní vody, správce povodí (Povodí Vltavy a.s.), ČHMÚ, firmy PROGEO s.r.o. a okresního úřadu České Budějovice. Hlavním účelem sdružení od jeho počátku bylo: „…prostřednictvím pravidelného měření hladin podzemních vod a prováděním bilance zásob a jakosti podzemních vod v Jihočeských pánvích a jejich hydrologických povodích, zajistit účastníkům sdružení dostatečné množství informací a podkladů potřebných pro zabezpečení optimálního využívání vodních zdrojů“. Sdružení v obdobném složení funguje do současnosti (na smluvních principech mezi jednotlivými subjekty) a postupně dochází k jeho rozšiřování o nové významné odběratele podzemní vody.
Všechna monitorovaná data jsou každoročně pro správce podzemních vod (Povodí Vltavy s.p.) syntetizována do komplexního bilančního hodnocení, které pro konkrétní hydrologický rok zahrnuje analýzu vývoje klimatických podmínek (teploty, srážky), hladin a jakosti podzemních vod a odběrů, včetně analýzy jejich vlivu na poměry proudění a bilanci podzemní vody. Některá data jsou hodně zajímavá, dokumentuje obrázek 1.
Obr. 1. Vývoj průměrných ročních teplot v jihočeských pánvích
Součástí hodnocení je aplikace modelů proudění podzemní vody, ve kterých dochází k syntéze všech dostupných informací a následnému modelovému hodnocení jednotlivých hydrologických let i k realizaci krátkodobých predikcí. Modely proudění podzemní vody jsou zároveň využívány při hodnocení nových odběrů, nebo požadovaných změn povolených odběrů.
Komentář Svatopluka Šedy: K tomu si dovoluji dodat, že regionální monitoring stavů hladin podzemní vody a její jakosti probíhá i v jiných významných hydrogeologických strukturách, ale s ohledem na diverzifikaci především pánevních struktur v oblasti severočeské a východočeské křídy se při monitoringu jen málokde překračuje rámec působnosti jednotlivých vodárenských společností. Příklad jihočeských pánví je proto výzvou pro nás všechny, kdo můžeme svými znalostmi a zkušenostmi přispět ke vzniku obdobných sdružení. Hodnověrnost predikce budoucího vývoje stavu zásob podzemní vody a její jakosti ve větších územích tím zásadně stoupne.
Příspěvek 2. Daniel Kahuda, Pavel Pech: Regenerace vrtů ultrazvukem a hodnocení úspěšnosti snížení dodatečných odporů
Regenerace ultrazvukem je účinná v oblasti za výstrojí vrtu a je šetrná pro staré a do určité míry poškozené konstrukce. Limitující je hloubka průniku ultrazvukové vlny napříč prostředím nepřímo úměrně dané frekvenci a přímo úměrně výkonu. Pro pažnici a štěrkový obsyp se v praxi jedná o cca 25–35 cm, což odpovídá vzdálenosti, za kterou poklesne v daném prostředí vlnová amplituda na polovinu původní hodnoty. Kinetická energie je v principu méně pohlcována v kapalinách a v pevných látkách. Účinek ultrazvuku je mechanický a termický na anorganické i organické materiály, vlnění indukuje vibrace na molekulární úrovni a tím i rychlé změny tlaku. V organickém materiálu dochází ke změnám vlastností buněčných membrán (fyzikálně-chemický účinek), štěpení vysokomolekulárních látek a zahřívání absorpcí mechanické energie (chemicko-biologický účinek). Z hlediska hydrauliky podzemní vody je cílem regenerací snížení proměnlivé složky velikosti dodatečných odporů (skin efektu) vrtu a jeho nejbližšího okolí. Pojmem dodatečné odpory lze označit souhrn jevů, jejichž vlivem dochází k rozdílům měřených hodnot úrovně dynamické hladiny podzemní vody v případě „reálného“ vrtu, oproti hodnotám teoretickým za předpokladu tzv. „ideálního“ modelu proudění vody k vrtu. Vzrůst dodatečných odporů doprovází postupnou ztrátu jímací kapacity, a to hlavně za přičinění mechanických a oxidačních procesů. Vyhodnocení dodatečných odporů jímacích vrtů a srovnání výsledných hodnot před a po provedení regenerace je nástroj, který lze používat jako jeden z indikátorů úspěšnosti regeneračních prací. Postup lze uplatnit ve formě rozšíření standardně prováděných vyhodnocení hydrodynamických zkoušek dle Cooper/Jacobovy, popř. Thiemovy metody o zavedení koeficientu dodatečných odporů W.
V roce 2021 došlo k experimentálnímu nasazení regenerace ultrazvukem celkem na třech vodárenských jímacích vrtech: Všetaty HV-5, Vlastislav MO-4 a Lišany R-3. Práce byly zahájeny odčerpáním sedimentu hydropneumatickým (mamutovým) čerpadlem za účelem zprůchodnění vnitřního prostoru výstroje vrtu a odtěžení napadávky v kalníku vč. odstranění cizích předmětů ze dna. Následně byla aplikována technologie ultrazvuku s cílem otevření maximálního množství perforačních otvorů, které jsou v současnosti vlivem pokročilé kolmatace vrtu zaneseny, a rovněž zprůchodnění obsypu vrtu v prostoru za pláštěm výstroje. Vrty byly vystaveny působení ultrazvukové vlny s celkovým výkonem 7,5 kW po průměrnou dobu 10 min/1 m perforovaného úseku výstroje při simultánním odčerpávání uvolněného sedimentu. Před zahájením a po regeneraci byla provedena TV kontrola technického stavu výstroje vrtu a ověřovací hydrodynamická zkouška (t=30 min). Úroveň hladiny podzemní vody byla měřena pomocí automatické tlakové sondy (v časovém intervalu 1 s) a s referenčním měřením pomocí ručního hladinoměru. V rámci provedených experimentálních regenerací vrtů metodou ultrazvuku došlo k úspěšnému nasazení této technologie na všech testovaných lokalitách a zvýšení všech sledovaných parametrů.
Obr. 2.Ultrazvuková sonda při zátěžovém testu
Ultrazvuková metoda čištění vrtů je vhodným doplňkem spektra metod pro regeneraci vrtů. Její účinnost spočívá zejména v degradaci kolmatujících nárůstů anorganického i organického původu při dosahu působení do prostoru za výstroj a vně pláště vrtu. Metoda nevyžaduje aplikaci chemických látek, ani sama o sobě nezpůsobuje žádné chemické reakce, čímž je šetrná k životnímu prostředí. Ultrazvuková metoda je nedestruktivní pro konstrukční materiály jímacích objektů (PVC, PE, keramické, dřevěné, ocelové, štěrková síta spojená pryskyřicí, vinutá drátěná). Metoda nezatěžuje výstroj vrtu, obsyp a jeho okolí, umožňuje tedy prodloužit provozní životnost jímacích objektů. Účinek ultrazvuku je okamžitý, efektivní a jeho aplikací lze významně zkrátit nutnou dobu pro provádění regeneračních prací.
Komentář Svatopluka Šedy: K tomu lze dodat, že se stále častěji setkáváme s potřebou regenerovat několik desítek let staré vrty vystrojené umělohmotnými materiály (PVC, HDPE, překližka s tvrzeným pryskyřičným povrchem, aj.). Použití nedestruktivních metod bez chemických látek může být proto vhodnou variantou jiných dnes běžně používaných „razantnějších“ metod.
V příštím pokračování článku se detailněji zaměříme na úkoly, které pro odbornou veřejnost proběhlý hydrogeologický a inženýrskogeologický kongres vytýčil.
RNDr. Svatopluk Šeda
Fingeo, s.r.o.
seda()fingeo.cz
