Rizika spojená s prováděním vrtů pro tepelná čerpadla

Úvod

Postupně se ve správních řízeních přistupuje k tomu, že vrty pro tepelná čerpadla systém voda/voda i země/voda jsou považovány za vodní díla, s jejich povolováním je vydáváno i povolení k nakládání s vodami ve smyslu zákona číslo 254/2001 Sb. o vodách. V případě vrtů systému země/voda se povolení uděluje dle § 8, odstavec 1, písmeno b, bod 5 (jiné nakládání s podzemními vodami), u vrtů systému voda/voda ve smyslu § 8, odstavec 1, písmeno d (čerpání povrchových nebo podzemních vod a jejich následné vypouštění do těchto vod za účelem získání tepelné energie).

Vydání povolení k nakládání s vodami je ve smyslu § 9 zákona č. 254/2001 Sb. vázáno na vyjádření osoby s odbornou způsobilostí v oboru hydrogeologie, pokud vodoprávní úřad ve výjimečných případech nerozhodne jinak. Jestliže schvalovací proces proběhne uvedeným způsobem, měla by osoba oprávněná být dostatečnou zárukou pro nekolizní průběh vrtných prací, neboť svým vyjádřením má možnost ovlivnit situování vrtů, jejich hloubku, konstrukci, technologii hloubení a vystrojení a v neposlední řadě rozsah monitoringu v průběhu vrtných prací, pokud se ukáže být s ohledem na místní geologické a hydrogeologické podmínky nezbytný.

Proč je dobré tento postup dodržovat, se pokusím vysvětlit na prezentaci některých rizik, která při provádění vrtů pro tepelná čerpadla mohou způsobit nejen závažná narušení stavu vodních útvarů podzemní vody, ale i ovlivnění na vodu vázaných ekosystémů, základové půdy pod stavbami apod.

Co je to vodní útvar a jaká přímá rizika pro něj představují vrty pro tepelná čerpadla

V smyslu zákona o vodách je vodní útvar vymezené významné soustředění podzemních nebo povrchových vod, charakterizované společnou formou jejich výskytu nebo společnými vlastnostmi vod a znaky hydrologického režimu. Podzemní vody jsou přitom vody přirozeně se vyskytující pod zemským povrchem v pásmu nasycení v přímém styku s horninami. První specifikum oproti vodám povrchovým je to, že vodních útvarů podzemní vody může být několik pod sebou, druhým specifikem je to, že pozorování jejich stavu je možné provádět jenom prostřednictvím obecně řídké sítě vrtů, studní a pramenů. Nezastupitelnou roli při zkoumání vodních útvarů podzemí vody tak sehrává hydrogeolog, který musí na základě povrchové prospekce a lokálních objektů zasahujících pod zemský povrch definovat vodní útvar, v jehož rámci mají být prováděny vrty pro tepelné čerpadlo z hlediska jeho geometrie, rozuměj plošného a hloubkového rozsahu, z hlediska jeho vlastností, tj. stavu hladiny podzemní vody ve vodním útvaru, jejího sklonu, rychlosti proudění a jakosti vody, dále z hlediska dosavadního nakládání s vodami tohoto vodního útvaru, tj. kdo, kde a kolik vody z vodního útvaru odebírá a z hlediska prognózního vlivu existence vrtů pro tepelné čerpadlo ať již na stav hladiny podzemní vody, nebo její množství či jakost. Na obrázku č. 1 je uveden idealizovaný řez hydrogeologickou strukturou se třemi různými útvary podzemní vody, které se liší svou mocností, hloubkou uložení pod povrchem terénu, stavem hladiny podzemní vody i jakostí vody. Takovýto soubor nad sebou ležících vodních útvarů podzemní vody je v podstatě běžný v celé severní polovině Čech s výjimkou okrajových horstev. Chceme-li v tomto prostředí navrhovat vrty pro tepelné čerpadlo, musíme vycházet ze základního geologického pravidla: v jednom vrtu hydraulicky nepropojovat jednotlivé vodní útvary, ať se již jedná o vrty systému země/voda nebo voda/voda. Druhé pravidlo pak zní: technologii vrtání a vystrojování vrtů přizpůsobit geologickému prostředí a stavům hladiny podzemní vody v jednotlivých vodních útvarech.

Vraťme se k obrázku č. 1. Provádí-li se vrty V-1A a V-1B, zasahující do prostředí pouze jednoho vodního útvaru, je jejich hloubení ať již pro systém země/voda nebo voda/voda nekolizní a platí pouze jediný požadavek: svrchní část zaplášťového prostoru vrtů upravit tak, aby po jejich plášti nemohlo dojít k vniknutí povrchové splachové vody do vodního útvaru. Pozor však na případ, kdy v dosahu vrtů pro TČ, tj. řádově do vzdálenosti desítek metrů, se nachází zdroj vody (na obrázku č. 1 označen jako S). V tom případě hrozí v průběhu vrtání např. zakalení vody a jedná-li se o vrty systému voda/voda, může dojít i k ovlivnění stavu hladiny vody v tomto zdroji. Pomoc je jednoduchá: v průběhu vrtných prací provádět monitoring stavu hladiny vody v tomto zdroji, sledovat případný zákal vody a dle výsledků stanovit podmínky koexistence stávajícího zdroje vody a nových vrtů pro TČ.

Složitější je případ hloubení vrtů do druhého vodního útvaru (vrt V-2 na obrázku č. 1). Hladina vody v tomto druhém vodním útvaru je napjatá, leží výše než v prvním vodním útvaru a pokud by byl vrt v celém profilu otevřený, přetékala by voda z druhého (spodního) útvaru do útvaru prvního (horního). A protože např. v určitých podmínkách vykazuje druhý útvar vody zvýšenou koncentraci železa, docházelo by ke znečišťování vody prvního útvaru, což by mohlo mít v případě některých lokalit katastrofální dopad na vodovodní zásobování obyvatel. Existuje jediné řešení těchto vrtů, ať již jde o systém země/voda nebo voda/voda: minimálně jeden z úseku vrtu v odlišném vodním útvaru zaplášťově zatěsnit. Upozorňuji, že parametry vrtů, zejména jejich průměr, musí instalaci funkčního zaplášťového těsnění umožnit.

Obr. 1

Nejrizikovější případ představuje provádění vrtů do nejhlubšího vodního útvaru (případ vrtu V-3 na obrázku č. 1). Jeho hladina vody je napjatá, má pozitivní výtlačnou úroveň a kromě rizika negativního ovlivnění jakosti vody v nadložních vodních útvarech zde hrozí riziko přelivu vody na terén. Dovolím si upozornit, že již byly zaznamenány případy nekontrolovatelného přelivu vody v množství stovek m³/den a náprava takového stavu je technicky i finančně velmi náročná. Řešení je obdobné jako v předchozím případě, nezbytné však je zaplášťově odtěsnit minimálně dva ze třech vodních útvarů. Opět je to tedy otázka parametrů vrtů, především jejich průměru a technologie odtěsňování zvodnělých horninových poloh.

Posledním problémem je případ vrtů systému voda/voda, kdy je voda odebírána např. z nejhlubšího vodního útvaru (vrt V-3) a zasakována do prvního nebo druhého vodního útvaru (vrty V-2 nebo V-1). Zde je nutno posoudit nejenom riziko ovlivnění jakosti vody, ale i vzestup hladiny vody v dotovaném vodním útvaru, který by mohl způsobit např. podmáčení a nestabilitu svahů, ovlivnění vegetace nebo existujících staveb apod. Řešení je nasnadě: formou dlouhodobé hydrodynamické zkoušky simulovat budoucí stav jak odběru vody, tak jejího zasakování a stanovit limity těchto hydraulických zásahů do konkrétních vodních útvarů.

Rizika pro stavby, zařízení

Rizika ovlivnění staveb (studní) určených k jímání podzemní vody byla již komentována, ale přestože případy jejich negativního ovlivnění jsou nejčastější, nejsou to díla jediná, která mohou být výstavbou vrtů systému země/voda nebo voda/voda ohrožena. Nebezpečí negativního ovlivnění ostatních děl a zařízení je dáno především možnou změnou vlastností základové půdy v jejich podloží.

Příčin může být několik. První příčinou související se změnou vodního režimu je odvodnění základové půdy. K tomu dochází tak, že vrty přeruší mezilehlý izolátor mezi svrchní zvodní a zvodní níže ležící, hladina vody poklesne, svrchní zvodeň vyschne a kapilární voda původně sytící podzákladí se vytratí. Tím dojde k vyschnutí základové půdy, což může vyvolat pokles stavebního objektu a jeho destrukci. Dalším případem tohoto typu je stav, kdy v průběhu vrtných prací v důsledku nestability vrtné stěny, většinou v kombinaci s podzemní vodou, dochází k vytváření kaveren, což v určitých případech opět může vést k sedání stavebních objektů a poruchám jejich statiky. Posledním případem odchylným od předchozích je vlastní funkce vrtů systému země/voda, kdy dochází k promrzání základové půdy a související pohyby mohou ovlivnit statiku objektů.

Všechny tyto případy jsou typické pro vrty situované v blízkosti stavebních objektů, což je bohužel jev dosti častý. Podrobná znalost především svrchní části horninového prostředí a jeho vodního režimu je proto nezbytným předpokladem pro předcházení poruch staveb a zařízení jak z hlediska situování vrtů, tak z hlediska technologie jejich hloubení a vystrojování. Vše toto spadá do kompetence vyjádření osoby s odbornou způsobilostí ve smyslu § 9 vodního zákona a převezme-li stavební (v daném případě vodoprávní) úřad pro účely stavebního povolení jeho závěry, jsou pak tyto zohledněny jako ochranné prvky v prováděcí technické dokumentaci vrtů.

Rizika pro ekosystémy vázané na vodu

Tato rizika sice obecně představují okrajovou část problémů při provádění vrtů systému země/voda nebo voda/voda, v ojedinělých předem neodhalených rizikových případech však mohou být předmětem značných obtíží. Mechanismus jejich ovlivnění je dán především ztrátou nebo významným úbytkem vody vyvěrající na povrch nebo do blízkosti povrchu terénu nebo naopak zamokřením území při nevhodném návrhu zasakovacích prvků systému voda/voda.

Preventivní ochranná opatření by v ideové rovině mělo opět řešit vyjádření osoby s odbornou způsobilosti (viz § 9 zákona č. 254/2001 Sb.), v technické rovině pak prováděcí technická dokumentace vrtů.