Ovlivnění vodárenského objektu vrtané studny pandemií koronaviru

1. Úvod

Zájmová oblast je z geologického a hydrogeologického hlediska zajímavá už jen tím, že se nachází na hranici podkrkonošské a české křídové pánve. Je to oblast s malým povodím, nižšími srážkami a také vyššími odběry podzemní vody, tedy ideální lokalita na problém, který přišel na přelomu roku 2020 a 2021. V obci Koberovy se v tomto období zvýšil trojnásobný odběr podzemních vod z vodárenského jímacího objektu – vrtané studny KH-3, nad rámec krytého množství podzemních vod v dané oblasti. Tím došlo k výraznému problému, který ovlivnil v této oblasti způsob nakládání s podzemními vodami. Díky zaběhnutému systému expresních čerpacích zkoušek na jímacích objektech ve správě Severočeských vodovodů a kanalizací, a.s. (dále jen SčVK) a terénních šetřeních na lokalitě byly zjištěny příčiny a navrženy řešení, které z hlediska vodárenského hydrogeologa nejsou ideální pro provozovatele vodovodů. Výsledkem bylo doporučení hydrogeologa pro nastavení režimu čerpání, čímž se měl „koupit čas“ do potřebné změny koncepce zásobování zájmové oblasti, pitnou vodou.

1.1 Přírodní poměry

Obec Koberovy se nachází na jižním okresu Jablonce nad Nisou. Zájmová lokalita se rozprostírá na dvou rozdílných geomorfologických útvarech, kdy středem obce od severu k jihu prochází hranice, která ji rozděluje. Západní část území od středu obce se nachází v okrsku tzv. Turnovské stupňovině. Jedná se o severovýchodní část Turnovské pahorkatiny. Tento okrsek má charakter vrchoviny kerné stavby na svrchnoturonských až koniackých kaolinických kvádrových pískovcích a střednoturonských písčitých slínovcích a vápnitých pískovcích. Okrsek se vyznačuje strukturně a tektonicky podmíněným reliéfem pískovcových kuest a tabulových plošin s lokálními hlubokými údolími a pískovcovými skalními městy a s tvary selektivního zvětrávání (jeskyně, výklenky, skalní brány apod. Na východ od středu obce se studované území nachází na Komárovském hřbetu, což je okrsek v severovýchodní části Kozákovského hřbetu. Jedná se o nesouměrný hrásťový až antiklinální hřbet sudetského směru při lužické poruše rázu ploché hornatiny až členité vrchoviny, složené převážně z permských melafyrů, méně jílovců, prachovců a pískovců (Demek a kol. 1987). Toto území bohaté na svoji geomorfologickou členitost je součástí širší ochrany přírody, kdy tato malá část studovaného území je chráněna zvláštními předpisy ochrany přírody, především stanovení širší oblasti CHKO Český ráj a Geopark Český ráj.

1.2 Geologie a hydrogeologie

Studovaná oblast je na hranici nejenom rozdílných geomorfologických jednotek, ale i geologických jednotek. Přičemž, větší část území spadá do České křídové pánve a hydrogeologického rajonu 4430 – Jizerská křída levobřežní, menší pak do krkonošsko-jizerského krystalinika a podkrkonošské pánve s hydrogeologickým rajónem 6414 – Krystalinikum Jizerských hor v povodí Jizery a Krkonoš.

Oblast zahrnující českou křídovou pánev v daném území je tvořena především pískovci perucko-korycanského souvrství (hydrogeologický kolektor A) a jizerského souvrství (hydrogeologický kolektor C). Oblast okolo obce Koberovy tvoří strukturně vyzdvihnutou kru, ve které se dochovalo i březenské souvrství (lokální výskyt hydrogeologický kolektoru D), tvořené pískovci, vápnitými jílovci a slínovci. Z hydrogeologického hlediska se jedná o uzavřený kolektor. Je tedy patrné, že kolektor D, který se vyskytuje na lokalitě, je dotován z atmosférických srážek (Herčík, F., Herrman, Z., Valečka, J., 1999).

Jak již bylo zmíněno výše, menší část zájmového území spadá do podkrkonošské pánve a i lužické oblasti, které jsou na horninovou skladbu velice pestré (tufy a bazaltoandezity podkrkonošské pánve, fylity a břidlice krkonošsko-jizerského krystalinika). Zájmové zemí je odvodňováno v severní části území Jizerou a v jižní části území vodním tokem Stebenka.

1.3 Způsob zásobování spotřebiště

Spotřebiště (zásobovaná oblast) je tvořeno především obcí Koberovy a jeho přidružených částí Michovka a Besedice. Celkově se jedná o spotřebiště o 1015 obyvatelích (údaj Českého statistického úřadu k 1. 1. 2022). Zásobování spotřebiště je zajištěno ze tří jímacích objektů. V roce 2019 činila výroba vody 34 064 m³, tedy cca 1,07 l/s. Na zásobování spotřebiště se podílejí vrtaná studna KH-3 (obr. 1) v obci Koberovy, jímací zářez prameniště Koberovy Besedice JZ1 a jímací zářezy prameniště Koberovy Michovka JZ1 a JZ2.

V roce 2019 bylo z vrtané studny KH-3 odebíráno v průměru 0,45 l/s, z prameniště Koberovy Besedice 0,05 l/s, a z prameniště Koberovy Michovka v průměru 0,57 l/s. Takto rozložené vodní zdroje s jímacími objekty dostatečně pokryly nároky na zásobování celého spotřebiště i přes fakt, že řada předchozích let byla na srážky chudá.

Obr. 1 Profil vrtané studny KH-3.
Fig. 1 Profile of the drilled well KH-3.

2. Současný systém provozování vrtané studny KH-3 pohledem hydrogeologa

Vrtaná studna KH-3 v obci Koberovy je řízená centrálně s nepřetržitým sledováním na dispečinku společnosti Severočeské vodovody a kanalizace, a.s. (dále jen SčVK). Kontinuálně je zaznamenána jakákoliv odchylka (výpadek elektřiny, porucha čerpadla, porušení bezpečnosti atd.). V posledních letech se postupně plošně zavádí též další prvek sledování, a to je sledování hladiny podzemní vody. Tato data mají sloužit především k online managementu odběrů vody z jímacích objektů, ve kterých je k odběru vody používáno čerpací techniky. Vzhledem k nákladnosti instalace systému sledování hladiny podzemní vody ve vrtané studni, se instalace provádí etapovitě. Na vrtané studni KH-3 bylo online sledování hladin podzemní vody plánováno na rok 2022. Sledování hladiny podzemní vody si zástupci provozní společnosti uvědomovali již delší dobu. Dalším hojně využívaným nástrojem pro sledování stavu jímacích objektů je program periodických čerpacích zkoušek.

2.1 Periodické čerpací zkoušky

Jak již bylo zmiňováno výše, systém periodických čerpacích zkoušek byl vyvinut na základě absence relevantních informací o stavu hladin podzemní vody na lokalitách provozovaných v gesci SčVK, a i v reakci na sucho. Bylo nutné vědět, jak moc kolísají hladiny a jaký to má vliv na vrtané studny. Hlavním důvodem bylo časosběrnou metodou sledovat stav jímacích objektů a jeho změny (vlivy stárnutí, poznání specifik lokality aj.).

Plošné čerpací zkoušky byly vhodným řešením, kdy kromě informací o bilančním stavu výšky hladin podzemní vody slouží i jako diagnostická pomůcka. Periodicky se opakují od roku 2017, resp. 2018 na jednotlivých objektech v horizontu dvou let, dovolí-li to provozní podmínky. Metodika periodických čerpacích zkoušek byla vyvinuta hydrogeology SčVK. Na podkladě čerpacích zkoušek jsou hydrogeology hodnoceny dva základní hydraulické parametry:

• Výška hladiny podzemní vody (statická i dynamická) v m
• Specifická vydatnost (l/s/m)

Dalším z výstupů čerpacích zkoušek je poskytnutí, nebo aktualizování popisu technického stavu („pasport“) jímacího objektu. Výsledný pasport jímacího objektu, hydraulické parametry jsou vkládány do moderní databáze, ze které lze vyexportovat report o čerpací zkoušce se základními informacemi o jímacím objektu viz. obrázek č. 2.

Základním podkladem pro stavu jímacího objektu je práce s hydraulickými parametry a také technickými parametry, ze kterých jsou stanovena tzv. „hraniční kritéria“. Stanovená hraniční kritéria vychází ze tří základních sledovaných jímacích objektů:

• Snížení 1/3 vodního sloupce
• Umístění ponorného čerpadla
• Perforace

Porovnání výsledků čerpacích zkoušek z let 2018 a 2020 bylo prvním signálem, že se blíží „problém“.

Obr. 2 Report z čerpací zkoušky.
Fig. 2 Pumping test report.

3. Změna situace

Začátek roku 2020 se lidská společnost začala potýkat s nastupující pandemií koronaviru (C-19). Vlády v různých částech přistupovali k zamezení šíření koronaviru různými způsoby. Většina zemí ale přistoupila na podobnou myšlenku, tedy omezit kontakty s lidmi a v případě možností pracovat z domova. Tato myšlenka měla i své dopady. Jeden z nich se týkal i oblasti vodárenství. Do doby před pandemií byla spotřeba ve spotřebišti vyrovnaná, kdy největší špičky (ráno – večer) dokázaly pokrýt vodní zdroje a doplňovat vodojemy pitnou vodou. Situace s pandemií, a nařízením tzv. Home Office a výuky na dálku přidalo další „špičku“ ve spotřebě pitné vody (ráno – poledne – večer). Důsledkem toho byla zvýšená spotřeba pitné vody. Vydatnost gravitačních jímacích objektů nelze nijak z vodárenského hlediska ovlivnit, tak zvýšenou spotřebu vykrývala vrtaná studna KH-3.

Čas běžel dál, měsíce plynuly a blížilo se léto, o kterém se vědělo, že bude „tropické“, neboť zimní období z roku 2019 na rok 2020 bylo dosti chudé na atmosférické srážky, čímž se nevytvořila v oblasti dostatečná sněhová pokrývka a tím se nevytvořily dostatečné zásoby vody. Provozovatel vodohospodářské infrastruktury si tento problém uvědomoval.

V roce 2020 bylo prováděno druhé kolo testování jímacích objektů v oblasti Liberce a Jablonce nad Nisou, vrtanou studnu Koberovy KH-3 nevyjímaje. Pracovník subdodavatelské společnosti, která zajišťuje technický servis (provádění) čerpacích zkoušek upozornil na výrazný pokles statické hladiny podzemní vody od posledního testování v roce 2018. Výrazný pokles statické hladiny podzemní vody činil o 11,5 m. V roce 2018 byla statická hladina podzemní vody v hloubce 3,68 m od odměrného bodu – okraj zárubnice, a v roce 2020 se statická hladina podzemní vody pohybovala v hloubce 15,18 m od odměrného bodu.

Na základě tohoto výrazného poklesu bylo v červnu 2020 provedeno místní šetření in situ u vrtané studny KH-3. Do vrtané studny KH-3 byla hydrogeology dočasně osazena tlaková sonda s elektronickým záznamem (datalogger). Z místního šetření a krátkodobého monitoringu vrtané studny KH-3 vyplynuly následující údaje:

• Prameniště Koberovy Besedice a Koberovy Michovka měly sníženou vydatnost z důvodu dlouhotrvajícího sucha.
• Z tohoto důvodu bylo zvýšeno množství čerpané vody z vrtané studny KH-3, viz obr. 3.
• Informování vodoprávního úřadu k nastalé situaci (stanovení podmínek při vydávání souhlasných / nesouhlasných stanovisek pro danou oblast).
• Informování projekce SčVK a naléhavé doporučení pro propojení vodovodní infrastruktury vodovodního řadu na skupinový vodovod (se zdrojem vodní nádrží Souš).

Obr. 3 Výroba vody z vrtané studny KH-3.
Fig. 3 Water produktion from the drilled well KH-3.

Od místního šetření poté uplynulo 6 měsíců. Ke konci roku 2020 však došlo ke snížení hladiny podzemní vody ve vrtané studni KH-3 až těsně nad úroveň ponorného čerpadla v důsledku přetížení zdroje nadměrnými odběry. Od té doby bylo spotřebiště zaváženo denně cisternami (doplňování vodojemu cisternami).

V návaznosti na mimořádnou událost bylo provedeno druhé místní šetření, ze kterého vyplynuly následující skutečnosti:

• Výtlačné potrubí ve vrtané studni KH-3 se nacházelo v hloubce 47 m.
• Hladina podzemní vody byla 19. 1. 2021 zaměřena v hloubce 45,7 m od odměrného bodu.
• Požadavek na doplnění přístrojového vybavení pro zajištění trvalého monitoringu hladiny podzemní vody.

Na podkladě doplňkových měření bylo navrženo, či konstatováno následující:

• Posunutí čerpadla blíže ke dnu problém nevyřeší, neboť problém tkví v přetěžování bilanční oblasti („vypití zásob podzemní vody“), kdy bilanční oblast se nestíhá doplňovat atmosférickými srážkami.
• Nejméně do doby, než dojde ze zlepšení situace v dotaci zásob do zdroje (jeho částečná obnova), je nezbytné provést regulaci průtoku na ponorném čerpadle, tak aby byla zachována kontinuita zásobování vodojemu a zároveň nedocházelo k přetěžování jímacího objektu KH-3, jen na 0,25 l/s.
• Nutnost urychleného řešení propojení na skupinový vodovod a zdrojovou oblast Souš.

4. Závěr

Nový rok 2021 byl bohatší na atmosférické srážky než předešlé roky, takže vydatnost pramenišť se zvýšila, hladina statické podzemní vody ve vrtané studni KH-3 se pohybovala během další periodické čerpací zkoušky v roce 2022 okolo 2 metrů od odměrného bodu, což umožnilo vodárenské společnosti fungovat v „normálním“ režimu. Spotřeba vody v obci Koberovy a jeho okolních částech nebyla již tak vysoká.

Nezbývá než dělat vše proto, aby taková mimořádná situace v této oblasti už nenastala. Z nastalé situace vyplynulo následující:

• Systém periodických čerpacích zkoušek zavedený na SčVK, se ukázal jako velmi cenným nástrojem pro včasnou diagnostiku blížícího se problému (bilančního i technickoprovozního charakteru). Jedná se o nástroj, který umožní exaktně stanovit hraniční stavy pro využití v dispečerském sytému. S ohledem na specifika každé z lokalit je nezbytná aktualizace odborných hodnocení – jejich průběžná verifikace.
• Zavedení trvalého monitoringu hladin podzemní vody s online přenosem na vodárenský dispečink umožní pružnější reakci na mimořádné události.
• Situace, ve které se téměř vyčerpaly zásoby podzemní vody dala provozovateli novou zkušenost. Ta paradoxně umožnila jiný pohled (nejen) na celou dotčenou oblast a problematiku doplňování podzemní vody.

Seznam literatury

1. Demek, J., a kol., (1987): Zeměpisný lexikon ČSR – Hory a nížiny, Academia, Praha.
2. Herčík, F., Hermann, Z., Valečka, J. (1999): Hydrogeologie české křídové pánve, Český geologický ústav, Praha.
3. Soukup, L., (2006): vyhodnocení hydrogeologického průzkumu – Koberovy p. č. 2875/2, rozšíření obecního zdroje podzemní vody.