Vliv štěrkoven na stav hladiny a jakost podzemních vod Z materiálu firmy OHGS s.r.o. Ústí nad Orlicí sestavil RNDr. Svatopluk Šeda

Přednáška je zaměřena na štěrkovny (obecně dobývací prostory pro těžbu písků a štěrkopísků), které byly nebo mají být založeny v místech výskytu pleistocenních, případně pliopleistocenních fluviálních sedimentů.

Jedná se tedy o prostory s výskytem průlinově dobře až velmi dobře propustných sedimentů, které se nacházejí buď nad úrovní místní erozivní základny nebo v její úrovni.

Z hlediska hydrogeologické stratifikace jsou tak štěrkopískové sedimenty buď součástí zóny aerace nebo saturace.

Vždy jsou však prostředím oběhu podzemní vody, tedy v závislosti na jejich poloze buď oblastí její tvorby nebo ve druhém případě oblastí její akumulace. Proto mají štěrkovny zpravidla významný vliv na stav hladiny podzemní vody i její jakost. O některých aspektech tohoto vlivu si nyní blíže povíme.

Štěrkovny situované nad hladinou podzemní vody

Geneze těchto štěrkoven souvisí s paleogeografickým vývojem říční sítě, v jehož průběhu se měnila niveleta říčního dna a tím došlo ke vzniku říčních teras zachovaných v mocnosti jednotek a výjimečně až nižších desítek metrů nad úrovní dnešní erozivní základny.

Vývoj říčních teras

Příkladem mohou být štěrkovny v povodí Orlice, řeky ve Východních Čechách, jejíž terasy se nacházejí v 7 základních výškových úrovních, přičemž nejstarší se nachází kolem 100 m nad úrovní dnešní řeky

Štěrkovny jsou zde založeny na křídových sedimentech, které zpravidla představují podložní izolátor nebo poloiolátor Štěrkovny jsou tak místem vsaku srážkových vod a ta ve směru gravitace velmi rychle prosakuje směrem k podloží.

Existují dvě varianty hydrogeologické pozice štěrkoven: - těžba probíhá nad hladinou podzemní vody; - těžba probíhá i pod hladinou podzemní vody.

Pokud těžba probíhá pouze nad hladinou podzemní vody, vliv těžby na vodní režim je zpravidla následující:

- těžbou dochází k urychlení odtoku podzemní vody z území, chybí tzv - těžbou dochází k urychlení odtoku podzemní vody z území, chybí tzv. průsakové zpoždění a zvýrazňuje se vliv „suchých“ a „mokrých“ period; - dochází k úbytku filtračního efektu nadložních vrstev a zvyšuje se míra ohrožení jakosti podzemní vody.

- jestliže se v dosahu štěrkoven nacházejí místa odběru podzemní vody, je pravděpodobné, že se amplituda rozkyvu hladin v závislosti na atmosférických srážkách mírně zvětší; - současně se v důsledku kratšího průsaku mírně mění i jakost vody ale především stoupá riziko havarijního znečištění vody vlivem těžby a dopravy.

Doporučení? - Prostorově a časově vhodně nastavený monitoring vodních stavů a jakosti podzemní vody ve vazbě na objekty přirozeného pozadí; - průběžný sled, řízení a vyhodnocování monitorovacích prací optimálně formou ročních zpráv.

Pokud by těžba zasáhla i pod hladinu podzemní vody, v důsledku morfologické pozice štěrkoven se tyto odvodňují většinou gravitačně. Vliv těžby na vodní režim je potom zpravidla následující:

- vlivem umělého snížení hladiny podzemní vody vlivem odvodnění štěrkovny dochází v dosahu hydraulického účinku tohoto snížení k poklesu hladiny vody v okolí štěrkovny s vazbou na vodní a na vodu vázané ekosystémy; - vypouštěné vody které jsou vodami důlními mohou ovlivňovat v případě jejich znečištění povrchový recipient.

Doporučení? - Prostorově a časově vhodně nastavený monitoring podzemních i povrchových vod a jakosti vody ve vazbě na objekty přirozeného pozadí;

průběžný sled, řízení a vyhodnocování monitorovacích prací optimálně formou ročních zpráv; - v případě nepříznivých trendů přijetí vhodného návrhu nápravných opatření (úprava režimu odvodnění štěrkovny, přijetí nápravných opatření v místě negativního vlivu těžby, apod.

Štěrkovny situované pod hladinou podzemní vody

Tyto štěrkovny se nacházejí zpravidla v nejnižších terasových stupních našich řek, jejich mocnost často přesahuje 10 m a těžba z větší části probíhá pod hladinou podzemní vody, aniž by se tato uměle snižovala. Štěrkovny tohoto typu se nacházejí především o oblasti větších řek, Labe, Moravy, aj.

V důsledku této pozice a granulometrického složení se zpravidla jedná o štěrkopískové sedimenty, které tvoří významné hydrogeologické kolektory, samostatné hydrogeologické rajóny, resp. útvary podzemních vod stanovené vyhláškou č. 5/2011 Sb.

Vodohospodářský význam je zpravidla dán začleněním těchto rajónů do CHOPAV, kde je tento význam zvýrazněn tím, že pokud není udělena výjimka, lze souvislou hladinu podzemní vody odkrýt pouze tehdy, když časový postup a technologie těžby jsou přizpůsobeny následnému vodohospodářskému využití prostoru ložiska.

Jaký je v případě těžby štěrkopísků pod hladinou podzemní vody vliv na vodní režim? Prvním faktorem změny vodních poměrů je deficit hmoty způsobený vytěžením suroviny. To je obecně doprovázeno poklesem hladiny vody řádově až o desítky centimetrů.

Druhým faktorem je „narovnání“ otevřené hladiny podzemní vody způsobené ztrátou odporů. To se na návodní (přítokové) straně štěrkovny projeví jejím poklesem a na výtokové straně jejím vzestupem.

Třetím faktorem je postupný vliv kolmatace boků štěrkovny vedoucí k vytvoření částečné hydraulické bariery pro proudění podzemní vody zvodněným kolektorem.

Čtvrtým faktorem je změna dotačních podmínek zvodně srážkovou vodou, provázených především zvýšeným výparem.

Méně známým je vliv štěrkoven na jakost podzemní vody Méně známým je vliv štěrkoven na jakost podzemní vody. V tomto smyslu jsme v minulosti prováděli podrobný průzkum v oblasti rajonu 1160 Kvartérní sedimenty urbanické brány v oblasti někdejšího přehloubeného koryta Labe.

Výsledky jsou následující: - dominantní vliv na jakost vody ve štěrkovně má nové ustanovení vápenato-uhličité rovnováhy a s ní související vylučování uhličitanu vápenatého; - původní slabě kyselá voda se postupně mění na alkalickou až silně alkalickou. Důvodem je především fotosyntetická asimilace zelených rostlin, kdy především v létě za slunných dnů je zde odčerpáván CO2;

- klesá koncentrace hydrogeonuhličitanů a vznikající nerozpustné uhličitany klesající ke dnu. Spolu s úbytkem vápníku dochází ke snížení celkové mineralizace; - vzhledem k nárůstu pH, slunečnímu svitu a k následné produkci kyslíku zelenými organismy dojde k oxidaci dvojmocných forem železa a manganu, k vylučování jejich málo rozpustných oxidů a k k jejich ukládání na dně a stěnách štěrkovny;

- vzhledem k nárůstu pH, slunečnímu svitu a k následné produkci kyslíku zelenými organismy dojde k oxidaci dvojmocných forem železa a manganu, k vylučování jejich málo rozpustných oxidů a k k jejich ukládání na dně a stěnách štěrkovny; - naopak jako rizikové se ukázaly být zvýšené koncentrace ropných látek, především vlivem imisního zatížení z dopravy a nárůst hodnoty CHSK Mn.

Některé hodnoty z chemických rozborů vody vně a uvnitř zkoumané štěrkovny jsou následující: vody vně štěrkovny vody ve štěrkovně pH 6,7 8,4 konduktivita (mS/m) 100 66 Na ( mg/l) 40 25 Ca (mg/l) 160 100 HCO3 ( mg/l) 280 40 NO3 ( mg/l) 64 6 SiO2 ( mg/l) 5,7 1,6 Fe (mg/l) 0,1 0,08 Mn (mg/l) 0,4 0,2 CHSk Mn (mg/l) 0,7 1,9

Jak je tedy zřejmé, štěrkovny mohou mít zásadní vliv na jakost podzemní vody a jsou oblasti (například v zemědělsky využívaných lokalitách s převahou orné půdy nebo v oblastech přírodních drenáží podzemní vody s redukčním prostředím), kdy štěrkovny mají významný pozitivní vliv na jakost vod, představují jakousi „přírodní úpravnu vody“ a vodárensky je výhodné jejich vodu využívat. Samozřejmě při možnosti eliminace rizik plynoucích z existence otevřené hladiny podzemní vody.

Štěrkovny však současně znamenají významný zásah do pozemku, v jejich okolí proto vznikají určité limity využití území a ty je nutno před provedením otvírky ložiska často detailně zkoumat. Jedním z možných vlivů kterým jsme v nedávné minulosti zabývali je těžba přibližující se do místa protipovodňové hráze na lokalitě TOVAČOV

Jaké jsou tedy závěry průzkumu Jaké jsou tedy závěry průzkumu? Z proudového modelu proudění podzemní vody vyplývá, že při přiblížení se hrany těžebního prostoru ke Skašovské hrázi dojde při povodňových situacích dochází až k šestinásobnému zvýšení rychlosti proudění.

Změna geometrie řezu se při normálních vodních stavech neprojeví na hodnotách pórového tlaku, který je rozhodující pro stabilitu hráze. Při povodňových průtocích se s postupující těžbou hodnota pórového tlaku bude snižovat, což je způsobeno zkrácením průsakové vzdálenosti a snížením odporů celé soustavy.

Z uvedeného vyplynulo, že přiblížením se těžebního prostoru ke Skašovské hrázi a tedy k toku Moravy se stabilita hráze nenaruší, samozřejmě za podmínky dostatečné stability závěrného svahu. Rozšíření těžebního prostoru tedy bylo doporučeno.

Existují však i mnohem prozaičtější případy, kdy může těžba štěrkopísků má vliv na své okolí. Příkladem budiž jedna těžebna ve východních Čechách, kde vlivem těžby poklesla hladina podzemní vody těsně pod bází sprašových hlín, přerušila se tak kapilarita a „vyschla“ základová půda.

Na závěr jedna provokativní otázka: Je voda ve štěrkovnách založených v úrovní místní erozivní základy podzemní nebo povrchová? V odstavci (1), § 2 vodního zákona se říká, že Povrchovými vodami jsou vody přirozeně se vyskytující na zemském povrchu: tento charakter neztrácejí, protékají-li přechodně zakrytými úseky, přirozenými dutinami pod zemským povrchem nebo v nadzemních vedeních. V odstavci (2), § 2 vodního zákona se říká, že Podzemními vodami jsou vody přirozeně se vyskytující pod zemským povrchem v pásmu nasycení v přímém styku s horninami; za podzemní vody se považují též vody protékající podzemními drenážními systémy a vody ve studních

Doporučení ČAH Podzemními vodami jsou vody přirozeně se vyskytující pod zemským povrchem v pásmu nasycení v přímém styku s horninami. Tento charakter neztrácejí, protékají-li přechodně úseky s odkrytou hladinou podzemní vody, umělými či přirozenými dutinami pod zemským povrchem, podzemními drenážními systémy a studnami či jinými vodními díly.

Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne. Svatopluk Šeda seda@ohgs Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne! Svatopluk Šeda seda@ohgs.cz