Vrty pro tepelná čerpadla systému země X voda versus ochrana vodních zdrojů podzemní vody

Provádění vrtů pro tepelná čerpadla systému země x voda patří k významným rizikovým činnostem pro režim podzemních vod. To vedlo zákonodárce k tomu, že zákon č. 254/2001 Sb. O vodách a o změně některých zákonů (dále jen vodní zákon) byl doplněn o povinnost získat, kromě jiného, před provedením těchto vrtů souhlas vodoprávního orgánu dle § 17 vodního zákona. Podívejme se dnes nato, jak s tímto rizikem zápolím já, s uvážením toho, že se vše točí kolem pojmu přirozená hydrogeologická stratifikace.

 Co to je přirozená hydrogeologická stratifikace

Přirozená hydrogeologická stratifikace je jev, který definuje místa výskytu určitého významnějšího množství podzemní vody v jedné nebo ve více hloubkových úrovních, které jsou mezi sebou odděleny izolátory nebo poloizolátory. Charakterizuje tedy jednak přirozenou geometrickou pozici a vlastnosti kolektorské horniny na kterou je zvodnění vázáno a jednak pozici a vlastnosti méně propustné až nepropustné horniny, která od sebe jednotlivé akumulace podzemní vody odděluje. Tak nám vzniká jednokolektorový nebo vícekolektorový zvodněný systém, přičemž voda v jednotlivých zvodněných kolektorech se často navzájem významně liší svou jakosti, úrovní hladiny, množstvím, zranitelností  apod.  

Krystalinické struktury
Jev přirozené hydrogeologické stratifikace můžeme pozorovat na území celé naší republiky. V oblastech krystalinika, tj. především v jižní polovině naší republiky a v severních pohraničních horách, jsou rozsáhlé lokality, kde se obvykle vyskytují pouze jedna až dvě vodárensky využitelné zvodně. První, často nespojitá, omezená na menší plochy dané především morfologií terénu, ale současně zvodeň prakticky všudypřítomná v každém dílčím povodí, je vázána na kolektor, který tvoří kvartérní pokryv a mělké pásmo zvětralin či mělkého masivního připovrchového rozpojení puklin skalního podkladu. Mocnost této zvodně činí zpravidla pouze několik metrů, hladina podzemní body je volná a nachází se mělce pod povrchem terénu. Podložním (v daném případě mezilehlým) izolátorem je buď tzv. „cementační pásmo“ o mocnosti obvykle pouze několika desítek centimetrů, tj. pásmo snížené propustnosti nezpevněných kvartérních sedimentů vniklé vypadáváním některých iontů z vodního roztoku, nebo skalní prostředí, sice zvětralé či rozpukané, ale v němž jsou pro vodu propustné dutiny druhotně zatěsněné jílovitými produkty větrání matečné horniny nebo jílovitými záteky z kvartérního pokryvu.

Druhá vodárensky využitelná zvodeň v oblasti krystalinika je obecně vázaná na pásmo hlubší pásmo rozpojení puklin skalního podkladu. Je to pásmo zasahující do hloubek několika desítek metrů, někdy, především v oblastech rigidních vyvřelin, i výrazně přes sto metrů, přičemž bazální izolátor tvoří zóna, kde se pro vodu propustné pukliny svírají. Tato druhá zvodeň v oblasti krystalinika je těžko definovatelný systém dílčích subzvodní, které dohromady vytvářejí jeden zvodnělý systém charakteristický stejnou či obdobnou ustálenou úrovní hladiny podzemní vody, podobnou jakostí vody a časovým režimem tvorby podzemní vody. Činitelů, které její výskyt určují, je celá řada, avšak kromě morfologie terénu se jako klíčovou jeví litologicky charakter horniny a stupeň jejího tektonického postižení. Ve vztahu k nadložní kvartérní zvodni je na plošně velmi rozsáhlých náhorních plošinách (například prakticky celá Českomoravská vysočina) obvyklé, že ustálená hladina podzemní vody první zvodně (kvartérní) je zpravidla výše až významně výše než hladina zvodně druhé (krystalinické) a při jejich propojení hrozí ztráta vody v první zvodni. V oblasti okrajových horstev nebo obecně v členitějším terénu se často stává, že naopak druhá zvodeň má vyšší výtlačnou úroveň než zvodeň kvartérní a při jejich propojení hrozí jednak změna kvality vody v původní kvartérní zvodni (například nárůst železa nebo radonu), anebo dochází k podmáčení pozemků a v krajním, ale nikterak řídkém případě, i k trvalé umělé drenáži podzemní vody do povrchového toku.  Obě popsané zvodně se v České republice vytvářely tisíce, statisíce a mnohdy i miliony let a představují jedno z největších bohatství naší republiky.

Obr. 1   Přirozená hydrogeologická stratifikace na náhorních plošinách v krystaliniku

            Idealizovaný řez dvoukolektorovou  strukturou (Šeda 2014)

obr_1

Obr. 2   Přirozená hydrogeologická stratifikace v členitém terénu krystalinika

            Idealizovaný řez dvoukolektorovou  strukturou (Šeda 2014)         

 

obr_2

Pánevní struktury
Naše pánevní struktury, na rozdíl od krystalinika, jsou charakteristické nesrovnatelně bohatšími vodárensky využitelnými zásobami podzemní vody a vícekolektorovými zvodněnými systémy, což je činí výrazně rizikovějšímu při případném porušení přirozené hydrogeologické stratifikace. Permokarbonské pánevní struktury a především hydrogeologické rajóny české křídové pánve nebo jihočeských pánví jsou natolik vnitřně diferencované a filtračně anizotropní, že by v nich bylo možno vyčlenit snad stovky útvarů podzemní vody, které by splňovaly definice vodního útvaru nebo útvaru podzemní vody v intencích § 2, odstavců 3 a 7 vodního zákona a tyto stovky subútvarů, tvořících 174 útvarů podzemní vody ve smyslu vyhlášky č. 5/2011 Sb. jsou charakteristické specifickou formou svého výskytu, jakostí vody, jejími tlakovými poměry a formou doplňování či drenáže. Například v jednom z našich největších pánevních hydrogeologických rajónů, v rajónu 4270 Vysokomýtská synklinála s plochou cca 800 km2 a přírodními zdroji podzemní vody ve výši přes 3000 l/s, který je dle vyhlášky č. 5/2011 Sb. jedním útvarem podzemní vody, lze prokazatelně rozlišit  5 samostatných zvodněných kolektorů oddělených mezilehlými izolátory a navíc významné regionální tektonické linie člení některé kolektory do víceméně samostatných bloků, jejichž podzemní vody mezi sebou prakticky nekomunikují. Takovým typickým příkladem je jímací území Pekla v údolí Loučné, kdy například z kolektoru Cb se prostřednictvím studny S-1 s vydatností přes 100 l/s odebírá podzemní voda s volnou hladinou podzemní vody, mineralizací kolem 500 mg/l a koncentrací dusičnanů téměř  50 mg/l.  Mezilehlý izolátor Ca/Cb o mocnosti 20 - 30 metrů odděluje zvodeň kolektoru Cb od zvodně kolektoru Ca, využívané nedalekým vrtem LO-15/4 s vydatností rovněž přes 100 l/s, avšak s tlakem vody v úrovni terénu kolem 900 kPa, mineralizací cca 400 mg/l a nulovou koncentrací dusičnanů. Představa, že by někdo z neznalostí nebo z nedbalosti tyto zvodně propojil v jednom vrtu, tedy narušil zdejší přirozenou hydrogeologickou stratifikaci, by znamenalo nejen zásadní změnu tlakových poměrů a jakosti vody v jímacím území velkého skupinového vodovodu ale i obrovský technický problém dodatečného zatěsnění vysoce natlakované podzemní vody v množství nad 100 l/s zejména v případě, že by vrt svou projektovanou konstrukcí byl běžnou úzkoprofilovou „dírou“ do země. Dosah tlakového uvolnění zvodně by totiž činil více než 10 km a projevil by se poklesem hladiny podzemní vody v řadě okolních jímacích objektů centrálního zásobování. Dle současného práva, konkrétně ve smyslu vyhlášky č. 5/2011 Sb., by přesto takový vrt zastihl pouze jeden útvar podzemní vody č. 42700. Totéž platí například pro Polickou pánev, která přestože lze v jejím rámci vyčlenit několik samostatných kolektorů podzemní vody, představuje jeden vodní útvar podzemní vody č. 41100. Zmíněný případ tedy ukazuje, jak zásadní roli ve vodárenské praxi ale obecně i v ochraně přírodního prostředí hraje pojem přirozená hydrogeologická stratifikace a jeho věcně správné, tedy ne jenom legislativní chápání.     

Obr. 3  Hydrogeologická tělesa v Polické pánvi (Krásný J., 2012) 

 

obr_4

Jak postupovat v případě vrtných prací na lokalitách s vícekolektorovým zvodněným systémem

Hydrogeologická stratifikace konkrétní lokality by měla hrát zásadní roli v primárním rozhodnutí, tj. zdali lokalita je vhodná pro instalaci těchto vrtů, podmíněně vhodná či případně nevhodná pro uvažovaný záměr.  U lokalit vhodných pro deklarovaný záměr, tj. s absenci vodárensky využívaných zvodní a jednoduchými hydrogeologickými poměry, procházejí tyto vrty při běžné hloubce 100 –    200 metrů dvěma i více zvodněmi a při průměru vrtání cca 150 mm a vystrojení vrtného stvolu vertikálním kolektorem s oběžným médiem zbývá na odtěsnění jednotlivých zvodněných kolektorů prostor v mocnosti nižší desítky milimetrů a to ještě v případě, kdy je zajištěno centrické umístění kolektorů. Je-li proto předpoklad, že ve vrtném sledu budou zastiženy zvodně s výrazně odlišnými tlakovými poměry nebo s významně odlišnou jakostí vody, je třeba volit významně vyšší průměr vrtání (nad 200 mm) umožňující funkční oddělení jednotlivých zvodněných poloh;  

U lokalit podmíněně vhodných pro deklarovaný záměr, tj. vodárensky využívaných nebo lokalit  se složitějšími geologickými a hydrogeologickými poměry je třeba volit speciální technologii vrtání a vystrojení vrtů tak, aby byl vertikální pohyb vody ve vrtném stvolu mezi jednotlivými zvodněmi utlumen. To však vyžaduje jednak dobrou znalost geologického prostředí, tzn. vědět, v kterých částech horninového souboru lze přítoky tlakové podzemní vody očekávat, a potom i ovládání technologie těsnění tlakových poloh. Pokud nejsou tyto podmínky plněny, dochází k situaci, kdy vrty v podmínkách tlakových zvodní působí jako drenážní díla odvádějící podzemní vodu z hlubších kolektorů do kolektorů výše uložených, nebo dokonce až do povrchového recipientu nebo naopak jako díla drénující podzemní vodu ze svrchních zvodní do zvodní níže ležících. To vše samozřejmě skrytě, nepovoleně, často v množství desítek až stovek m3/den.

Mezi lokality nevhodné patří ty, kde se nacházejí vodárensky využívané zdroje podzemní vody a dále lokality, kde se vyskytují vysoce porézního nebo dokonce krasově nebo pseudokrasově propustné horninové prostředí. Používaná technologie příklepového vrtání se vzduchovým výplachem velmi těžko těmito horninami prochází a co je nejzávažnější, kavernový systém zůstává trvale narušen, protože je nereálné takto porušené horniny funkčně injektovat. Zde platí jediná rada: vrty v těchto podmínkách vůbec neprovádět, a pokud je to z různých důvodů nezbytné, je nutno volit technologii velkoprůměrového a zpravidla teleskopického způsobu vrtání a postupné injektáže kritických poloh horninového souboru. Do stejné kategorie patří i lokality, kde hrozí výron plynů nebo které jsou situovány v místech starých ekologických zátěží s rizikem zavlečení znečištění do hlubších poloh horninového prostředí.

Kam směřuje vývoj

Je neoddiskutovatelné, že provádění vrtů pro tepelná čerpadla systému země x voda patří k významným rizikovým činnostem ohrožujících režim podzemních vod.  A současně platí, že na provádění těchto vrtů neexistují závazné právní předpisy, normy či technologické postupy a v terénu se tak setkáváme s „lidovou tvořivostí“ nejen nerespektující, ale ani netušící, že existuje něco jako přirozená hydrogeologická stratifikace a svou neodborností nevratně ničící to, čím nás příroda obdarovala. Kroky ke zlepšení této situace nebudou jednoduché a autorovi tohoto příspěvku se jeví jako efektivní dva v praxi odzkoušené způsoby řešení: operativní a koncepční.

Operativní řešení spočívá v tom, že všude, kde existuje riziko ovlivnění vodních poměrů, tj. na lokalitách s významnějším dvou nebo vícekolektorovým zvodněným systémem, bude vodoprávní úřad k vydání souhlasu dle § 17 vodního zákona požadovat předložení vyjádření osoby s odbornou způsobilostí v hydrogeologii. Je třeba, aby součástí tohoto vyjádření byly m.j. :
-          geologický řez místa navrhovaných vrtných prací s vyznačením jednotlivých kolektorů a izolátorů a průniku navrhovaného vrtu (vrtů) do tohoto systému;
-          popis očekávaných parametrů zastižených zvodní (průtočnost zvodněného kolektoru, velikost přítoku vody do vrtu a tlakové poměry v místě vrtné sondáže);
-          ocenění území z hlediska tektonického postižení horninového souboru, možnosti výskytu vod s vysokou koncentrací CO2 , radonu nebo jiných minerálních vod;
-          posouzení případného výskytu starých ekologických zátěží, kde hrozí riziko migrace znečištění do okolního zvodněného prostředí;
-          dokumentace jímacích objektů podzemní vody do vzdálenosti minimálně 50 metrů od místa vrtných prací (situování, hloubka, stav hladiny, zastižená zvodeň, způsob využití);
-          návrh na rozsah doplňkového hydrogeologického průzkum v průběhu vrtných a vystrojovacích prací.

Pokud vodoprávní úřad obdrží takto zpracovaný podkladový materiál, bude moci v dané věci rozhodnout bez důvodné pochybnosti a bez rizika nevratného poškození vodního ekosystému.

Koncepční řešení vychází z toho, že v současnosti jediným dokumentem všeobecně akceptovaným a řešícím vodní režim území v rámci celé ČR je Plán oblasti povodí, který se pravidelně aktualizuje a jeho významnou části jsou návrhová opatření na další období. V roce 2015 zpracoval kolektiv autorů pod vedením autora tohoto příspěvku podkladový materiál pro aktualizaci Plánu oblasti povodí Horního a Středního Labe na období 2016 - 2021 s názvem „Polická pánev - pilotní projekt eliminace ohrožení nebo negativního ovlivnění režimu podzemních vod v oblasti ochranného pásma vodního zdroje II. stupně vrty pro využití GTE“. Jeho základem je dokumentace hydrogeologické stratifikace tohoto vodárensky mimořádně významného hydrogeologického rajónu doplněná hydrogeologických řezy pro více než 50 do ní zasahujících katastrálních území, tyto řezy, jakési rentgenové snímky území, jsou základem pro stanovení rizika provádění vrtů pro podzemní vody a stupni rizika odpovídají návrhové parametry vrtů, počínaje limitní hloubkou, průměry vrtání, technologickými postupy a konče rozsahem řídící a revizní činností v průběhu prací. Pro období 2016 - 2021 je do návrhu opatření začleněno zpracování obdobných odborných podkladů pro dalších 19 vodohospodářsky významných rajónů s vícekolektorovým zvodněným systémem s tím, v následných programovacích obdobích pak bude možno obdobným odborným podkladem pokrýt i další vodohospodářsky významná území ČR i mimo pilotní území Horního a Středního Labe.

Operativní a koncepční opatření mají společný cíl: zajistit koexistenci provádění a provozování vrtů pro tepelná čerpadla systému země x voda a zachování množství a jakosti podzemní vody pro zásobování obyvatelstva pitnou vodou. Se shora nám, zdá se, nikdo neporadí. Tak to zkouším zezdola. Třeba mně pomůžete, třeba ne.  Tak snad alespoň tyto řádky pomohou Vám!

Literatura:
Krásný, J.: Podzemní vody České republiky.- Česká geologická služba, 2012
Šeda, S. Podklady pro přednáškovou a metodickou  činnost.- Manuscript  OHGS s.r.o., Ústí nad Orlicí, 2014

Choceň, březen 2016                                                                       RNDr. Svatopluk Šeda