PODZEMNÁ VODA
XIII 2/2007
VLIV DOLU TURÓW NA HLADINY PODZEMNÍ VODY V ČESKÉ ČÁSTI ŽITAVSKÉ PÁNVE – HYDRAULICKÝ MODEL PROUDĚNÍ PODZEMNÍCH VOD THE INFLUENCE OF OPENCAST MINE TURÓW ON GROUND WATER IN BORDER TERRITORY IN THE CZECH PART OF THE ŽITAVA BASIN – GROUND WATER FLOW MODEL On dř ej No l , Ka mi l N eš etři l , J a r o s l a v Sko ře pa , A l eš P a cl ABSTRACT Turów, a lignite opencast mine in Poland, has strongly influenced the hydrogeological condition of the Tertiary Žitava basin in the Czech Republic. The excessive pumping caused watertable drops of up to 60 m in the Czech part of the Žitava. The four-layered flow model proved that the spreading of groundwater depression is undergoing mainly within the Middle Tertiary aquifer into the Czech part of the Žitava basin. All aquifers are separated by an east-west fault on the border of Poland and the Czech Republic. The east-west fault behaves as a hydraulic barrier, except for the Middle Tertiary aquifer. The Upper Tertiary aquifer is significantly affected by direct pumping in Turów mine in the Polish area and leakage to the Middle Tertiary aquifer in the Czech area. Groundwater drops in the Tertiary aquifers lead to a decline in water levels of the Quaternary aquifers and the water losses in the brooks. KEY WORDS ground water, numerical modelling, Žitava basin, drainage KĽÚČOVÉ SLOVÁ podzemní voda, numerické modelování, žitavská pánev, odvodňování ÚVOD Těžba hnědého uhlí v povrchovém dole Turów, situovaného v těsné blízkosti české státní hranice, spolu s těžbou na území dnešní SRN postupně měnila piezometrické poměry v jižní části žitavské pánve (obr.1 a 2). Po přetěžení „poludňového“ zlomu v prostoru dolu Turów došlo k výraznému dlouhodobému ovlivnění režimu podzemních a povrchových vod na přilehlém hraničním území České republiky (Skořepa, 2005).
Obr. 1: Lokalizace dolu Turów Fig. 1: Geographic location
Do poloviny 80. let jižní část pánve pravděpodobně hydraulicky nekomunikovala se severní částí. „Poludňový“ zlom (obr. 3) se svojí hrásťovitou stavbou zde představoval hydraulickou bariéru. Za neovlivněného stavu podzemní voda v terciérních kolektorech proudila ze severu (severozápadu) na jih až k poludňovému zlomu, kde byla podzemní voda drénována Nisou a jejími přítoky. Není jasné, zda a jak se poludňový zlom jako hydraulická bariéra projevil i v nejsvrchnějším terciérním kolektoru (je možné, že podzemní voda proudila do severní části žitavské pánve). Tento stav trval až do doby, kdy došlo k rozšíření dolu Turów směrem na jih, při kterém byl „poludňový“ zlom přetěžen. Aby se zamezilo přítokům do dolu z jižní části pánve (čemuž původně bránil „poludňový“ zlom), bylo nutné začít čerpat v jižním předpolí dolu Turów, což mělo za následek pokles hladiny ve všech kolektorech. Důlní vody jsou čerpány z čerpacích stanic na dně dolu a z hydrogeologických vrtů do Nisy a jejích přítoků. Podle informací z polské strany je v průměru za posledních 20 let čerpáno celkem přibližně 600 l.s-1 vody. Polovinu čerpaného množství představují podzemní vody, z toho zhruba 100 l.s-1
Mgr. Ondřej Nol, Mgr. Kamil Nešetřil, RNDr. Jaroslav Skořepa, CSc., Ing. Aleš Pacl AQUATEST a.s., Geologická 4, 152 00 Praha,
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected]
177
PODZEMNÁ VODA tvoří přítok podzemní vody z jihu. Cílem matematického modelu je objasnit složité hydrogeologické poměry jižní části žitavské pánve, odhadnout hydraulickou funkci zlomů a posoudit vliv
Obr. 2: Podrobná situace okolí dolu Turów Fig. 2: Turów vicinity map
Obr. 3: Tektonické schéma Fig. 3: Tectonic scheme
178
XIII 2/2007 čerpání podzemních a povrchových vod v prostoru povrchového dolu Turów na pokles hladin podzemních vod v české části žitavské pánve a ztrátu vodnosti hraničního toku Lubota (Oldřichovský potok).
PODZEMNÁ VODA Vlastní model popisující vliv dolu Turów byl omezen na jižní část žitavské pánve (území jižně od „poludňového“ zlomu). Modelovanou oblast tedy tvoří jižní část žitavské pánve na severu omezenou „poludňovým“ zlomen, jinak je rozsah vázán na rozsah sedimentů jižní části žitavské pánve. HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY Hydrogeologické poměry Pro jižní část žitavské pánve je charakteristická existence čtyř hlavních kolektorů. V terciérních sedimentech jsou to spodní, střední a svrchní kolektory, které v polské terminologii můžeme ztotožnit s kolektory „podweglowy, miedzyweglowy a nadkladowy“
XIII 2/2007 a v německé části s termíny „Schicht Zittau B, Schicht Zittau C a Hauptmittel“. Čtvrtý kolektor je vázán na kvartérní sedimenty (Skořepa, 2005) (obr. 4). Rozsah a pozice terciérních kolektorů je silně ovlivněna tektonickou stavbou. Jižní část žitavské pánve je rozdělena na řadu ker, které jsou vůči sobě vertikálně posunuty, místy až o 150 m. Zlomy zhruba severo-jižního směru dělí modelovanou oblast na 3 dílčí struktury, mezi kterými je pohyb podzemní vody významně omezen (Nol in Skořepa, 2005) (obr. 3). Důl Turów leží v centrální struktuře, jejíž piezometrické poměry významně ovlivněny čerpáním (obr. 3). Pro všechny tři struktury je typický odlišný geologický vývoj. Centrální struktura je nejhlubší, kolektory zde dosahují největších
Obr. 4: Schématický hydrogeologický profil centrální strukturou hrádecké pánve Fig. 4: Schematic hydrogeologic profile via central part of the basin
mocností a je rozčleněna zlomy východo-západního směru na dílčí kry (obr. 3). Západní struktura je vůči centrální struktuře vyzdvižena místy až o 150 m podél severo-jižního zlomu, kterým se omezuje pohyb podzemní vody ve svrchním a středním terciérním kolektoru, spodní terciérní kolektor zde chybí. Na českém území ve východní struktuře se nachází vodní zdroj Uhelná. Není známo do jaké míry jsou terciérní kolektory na českém území v této struktuře ovlivněny čerpáním v dole Turów (chybí zde měřené vrty). Poklesy hladiny podzemní vody v okolí Uhelné (až 20 m) mohou být způsobeny poklesy hladiny podzemní vody v kvartérních sedimentech v centrální struktuře (severojižní zlom se zde nechová jako hydraulická bariéra). Západní struktura se nachází v německé části žitav-
ské pánve. Svrchní sloje zde dosahují největších mocností a do počátku devadesátých let byly těženy v dole Olbersdorf (v současné době je zbytková jáma dolu Olbersdorf již zatopena). Oběh podzemních vod Žitavská pánev je tektonicky a následně i hydrogeologicky velmi složitá pánevní struktura, která je navíc ovlivněna zejména ve východní části území i následky glaciální činnosti. Vytváří se jednotlivé relativně samostatné hydrogeologické struktury, které mezi sebou různě intenzivně komunikují. Oběh podzemních vod je výrazně ovlivňován plošným přetékáním mezi jednotlivými kolektory a izolační funkcí tektonických struktur.
179
PODZEMNÁ VODA
XIII 2/2007
Obr. 5: Změny hladin podzemní vody ve středním kolektoru Fig. 5: Ground water table changes in the Middle Tertiary aquifer
Proudění podzemní vody nemá jednoznačný směr k drenážnímu území, ale využívá přetékání mezi jednotlivými kolektory (obr. 4). Výsledná proudnice má pak složitý průběh a ve stejné hydrogeologické struktuře může mít i protichůdný charakter v rozdílných kolektorech. Rozdílné úrovně hladin podzemní vody v současné ovlivněné situaci nasvědčují, že hlavním kolektorem, v kterém se šíří nejrychleji a nejintensivněji poklesy tlaků zejména v centrální struktuře, je střední kolektor. Na poklesy v tomto kolektoru reagují podložní i nadložní kolektory, včetně kolektoru v glaciofluviálních sedimentech (Skořepa, 2005). Původní oběh podzemních vod v těžbou neovlivněné pánvi byl značně vyrovnanější než je dnes. V české části pánve jsou původní poměry zachovány pouze v okrajových krách při jižním okraji pánve (např. okolí vrtu H-8a) (obr. 4), které jsou tektonicky odděleny od ostatních částí pánve a mají samostatný hydrogeologický režim nezávislý na těžbě v pánvi. Odvodnění těchto ker je zřejmě k jihu mimo pánevní strukturu (Skořepa, 2005). HYDRAULICKÝ MODEL Geometrie a typ vrstev Každému kolektoru byla přiřazena jedna vrstva numerického modelu. Všechny kolektory se vyznačují častým a velmi nepravidelným střídáním písčitých a jílovitých poloh, proto je velmi obtížné vymezit jednotlivé kolektory a izolátory. Navíc každá struktura 180
má díky tektonickým posunům odlišný geologický vývoj (rozdílné geologické poměry navíc mohou komplikovat někdy odlišné interpretace geologů). Pouze uhelné sloje představují jediné vodítko, podle kterého lze jednotlivé sekvence písků a jílů oddělit. Uhelné sloje zpravidla obsahují jílovité vložky a jejich nadloží i podloží často tvoří jíly a jílovce. Proto je lze považovat za izolátory. Izolátory, oddělující kolektory nebyly do modelu zadány jako samostatné vrstvy, ale jako přetékání mezi jednotlivými vrstvami. Střed izolátoru odpovídá rozhraní mezi jednotlivými vrstvami. Nejsvrchnější modelová vrstva zahrnuje fluviální a glaciofluviální sedimenty a na polském území i redeponované terciérní sedimenty (pravděpodobně se nacházejí pouze na polském území). Německá strana neposkytla žádné údaje o významnějším výskytu kvartéru na německé části žitavské pánve, proto zde byla uvažována 5 – 8 m mocná vrstva (získaná odečtením předpokládané mocnosti od povrchu terénu). Vymezení a rozsah kolektorů byl zpracován na základě geologických řezů (Václ, 1998), vrtných profilů z Geofondu a geologické mapy 1:50 000 (Pospíšil, Domečka, 1996). V německé části pánve byla geometrie modelovaných vrstev zpracována na základě geologických profilů zpracovaných firmou G.E.O.S. (Mibus et al., 1998). Důležitým podkladem byla tektonická mapa jižní část žitavské pánve (zpracovaná Dočasnou skupinou hydrogeologických expertů, řešících vliv činnosti dolu Turów na území ČR). Vrstva odpovídající kvartérnímu kolektoru byla zadána
PODZEMNÁ VODA jako typ 1 (kolektor s volnou hladinou), ostatní vrstvy byly definovány jako typ 3 (kolektor s napjatou hladinou podzemní vody s možností přechodu na kolektor s volnou hladinou podzemní vody v případě, kdy klesne hladina pod strop vrstvy). Hladina podzemní vody v terciérních kolektorech je na většině území napjatá, pouze v okrajových částech žitavské pánve je volná (s výjimkou bazálního kolektoru, kde se předpokládá napjatá hladina podzemní vody v celém rozsahu modelované vrstvy). Hladina podzemní vody v kvartérním kolektoru je volná. Vstupní parametry Informace o hydraulických vlastnostech kolektorů jsou nerovnoměrně rozdělené. Hydrogeologický průzkum hrádecké pánve umožnil zjistit hodnoty hydraulické vodivosti všech terciérních kolektorů, pohybující se v řádu 10-6 – 10-5 m.s-1 (Kautský, 1986). Pro svrchní a střední kolektor stanovil hydraulickou vodivost 1.10-5 – 8.10-5 m.s-1 a střední v tektonicky nepostižených částech spodního kolektoru odhadl hydraulickou vodivost v řádu 10-6 m.s-1. Ve vrtech které jsou podle geologické stavby situovány ve spodním kolektoru do tektonických zón s vertikálními posuny, byla stanovena hydraulická vodivost 1.10-8 m.s-1. Od stanovených hodnot hydraulické vodivosti pro svrchní a střední kolektor se odlišuje vrt H-7a, na kterém byla odhadnuta hydraulická vodivost na přibližně 1.10-6 m.s-1 (vrt se nachází na tektonicky vyzdvižené kře, která je omezena okrajovými zlomy pánve). Hydraulická vodivost kvartérních sedimentů se pohybuje v řádu 10-3 – 10-4 m.s-1 (Kautský, 1986). Tyto hodnoty jsou přisuzovány fluviálním sedimentům, glaciofluviální sedimenty se vyznačují hydraulickými vodivostmi v řádu 10-6 – 10-4 m.s-1. Údaje o hydraulických vodivostech z polské části žitavské pánve nebyly získány. Německá strana poskytla průměrné hodnoty hydraulické vodivosti na německém území pro jednotlivé kolektory: pro kvartérní kolektor 1.10-3 m.s-1, pro svrchní kolektor 1.10-5 m.s-1, pro střední kolektor 1.10-7 m.s-1 a pro spodní kolektor 1.10-6 m.s-1. Německá část žitavské pánve se z větší části nachází v západní struktuře, která má zřejmě odlišný faciální vývoj, což se dotýká především středního kolektoru (vrstvy) s nízkou vodivostí. Pro terciérní kolektory a redeponovaný terciér byla předpokládána efektivní porosita 0,15 a pro fluviální sedimenty 0,25. Pro odhad základního odtoku na modelovaném území byly využity denní průměrné průtoky za období 1997-2004 na Vítkovském potoce, ze kterých byl Killeho metodou separován průměrný specifický základní odtok 5,18 l.s-1.km-2. Kliner (2002), který hydrologicky zhodnotil vodárenský zdroj v Uhelné, na Vítkovském potoce dospěl k průměrné hodnotě specifického odtoku 6,02 l.s-1.km-2 (Killeho metoda za
XIII 2/2007 období 1997 – 2001) a 6,16 l.s-1.km-2 (analogie s využitím poměru základního a celkového odtoku pro Jeřici za období 1971-1990). V oponentním posudku hydrologické bilance v Uhelné za polskou stranu uvedl Fiszer (Skořepa, 2005) hodnotu průměrného specifického základní odtoku 4,17 l.s-1.km-2 (stanoven na toku Medzianky za období 1982-1995). Nižší hodnotu základního odtoku lze spojit s nižšími srážkami na polském území. Kliner (2002) uvádí pro stanici Sieniawka průměrný roční úhrn 583 mm za období 1990 -1999, což je nižší hodnota než pro českou stanici Chotyně (718 mm) a německý Olbersdorf (746 mm) za období 1990-2004. Na základě uvedených informacích byla na modelovaném území předpokládána velikost průměrného specifického základní odtoku 5 l.s-1.km-2. Infiltrace byla odhadnuta na 157 mm/rok, což odpovídá přibližně 22 % průměrného ročního úhrnu v Chotyni. V současné době jsou piezometrické poměry v jižní části žitavské pánve považovány za ustálené. Pozorované hladiny od roku 2001 nevykazují významné změny hladin v porovnání s předchozími lety (obr. 5). Výjimku představuje pouze kvartérní kolektor v okolí Uhelné, kde jsou zaznamenány poklesy v řádu decimetrů za rok. Pro zjednodušení i zde byl předpokládán ustálený stav. K výpočtu hladiny podzemní vody byl použit proudový model MODFLOW (Harbaugh, McDonald, 1996). Okrajové podmínky Základní modelovací síť tvoří čtverce (o straně 100 m) nestejné mocnosti. Celkově má modelovaná oblast rozsah 13 km ve východo-západním směru a 8 km v severo-jižním směru. Podle rozsahu kolektorů byly buňky ležící mimo oblast výpočtu specifikovány jako neaktivní. Na hranici tvořené „poludňovým“ zlomem, jenž je považován za hydraulickou bariéru, a vázané na rozsah terciérních sedimentů byly zadány buňky s nulovým průtokem (přítok podzemní vody z krystalinika se neuvažuje). V kvartérním kolektoru na hranici tvořené „poludňovým“ zlomem se rovněž uvažuje nulový průtok (nejsou zde známy hladiny, nicméně zde lze předpokládat hydrogeologickou rozvodnici). Nulový průtok byl též zadán do první modelované vrstvy na západním okraji dolu Turów, kde byla postavena těsnící clona mezi Nisu a důl Turów. Na jihozápadním okraji německé části žitavské pánve, kde nebyly k dispozici žádné informace o geologických, hydrogeologických a piezometrických poměrech, byla hranice matematického modelu posunuta směrem do centra pánve a v místech se známou mocností vrstev a hladinou podzemní vody ve svrchním a středním kolektoru zadána okrajová podmínka s konstantní hladinou, která byla převzata podle mapy hydroizohyps, zpracovaných firmou G.E.O.S. (Mibus et al.,1998). V modelované oblasti byly dále definované odběry 181
PODZEMNÁ VODA v Uhelné (6 l.s-1) a v dole Turów (100 l.s-1). Do nejsvrchnější modelové vrstvy byly zadány řeky Nisa, Mandava a Václavický potok a zatopený důl Olbersdorf (s ustálenou hladinou 236,5 m n.m.). Kalibrace modelu Model byl nakalibrován pomocí 93 měřených vrtů nepravidelně rozmístěných po celé ploše modelovaného území (57 vrtů měřených v rámci česko-polské monitorovací sítě, 8 vrtů předaných německou stranou v roce 2003 a 28 vrtů bylo převzato z map hydroizohyps německé části žitavské pánve zpracované firmou G.E.O.S (Mibus et al., 1998). V první etapě numerické simulace byly měněny pouze hodnoty hydraulických vodivostí a přetékání mezi jednotlivými vrstvami pomocí autokorelačního modulu PEST (Doherty, 2000). Po dosažení přibližné shody s naměřenými údaji, byly jednotlivé vrstvy na základě tektonické mapy, geologických poznatků a map hydroizohyps všech kolektorů rozděleny do dílčích bloků s různými hodnotami hydraulické vodivosti a opět kalibrovány. V místě předpokládaných tektonických zón projevujících se jako hydraulická bariéra byla zadána hydraulická vodivost v řádu 10-8 – 10-7 m.s-1. Na ně-
XIII 2/2007 mecké části žitavské pánve byla do první vrstvy zadána jednotná hodnota hydraulické vodivosti 1.10-4 m.s-1. Hodnoty hydraulických vodivostí se pohybují v řádech udávaných pro českou část žitavské pánve. V polské části žitavské pánve průměrné přepočtené hodnoty transmisivity jednotlivých vrstev odpoví dají hodnotám modelu Fiszera, prezentovaným na 13. poradě Dočasné skupiny hydrogeologických expertů ve věci vlivu dolu Turów na území České republiky. Na německém území odpovídají simulované hydraulické vodivosti hodnotám poskytnutými německou stranou. Na kalibrovaných hodnotách hydraulické vodivosti ve středním a spodním kolektoru je patrná plošná proměnlivost, což lze spojit odlišným geologickým vývojem jednotlivých struktur a dílčích ker (obr. 6). Geologické profily (Václ, 1998) ukazují řadu synsedimentárních zlomů, které způsobily odlišný faciální vývoj jednotlivých ker. Naopak pro svrchní kolektor je v jižní části žitavské pánve charakteristický velmi podobný faciální vývoj, což se odráží na menší variabilitě hydraulické vodivosti. Vysoká variabilita hydraulické vodivosti v první vrstvě je způsobena odlišným litologickým složením. Zatímco pro fluviální sedimenty dosahují hodnot 4.10-4 m.s-1, pro špatně vytříděné glaciofluviální
Obr. 6: Plošná variabilita hydraulické vodivosti ve středním kolektoru (získáno kalibrací) Fig. 6: Horizontal variability of hydraulic conductivity of the Middle Tertiary aquifer (obtained by calibration)
sedimenty na česko-polské hranici byla zjištěna hydraulická vodivost až stonásobně nižší (podle měřených údajů hladina podzemní vody zde kopíruje terén). Přetékání bylo během kalibrace měněno na základě geologické stavby území a piezometrických poměrů. 182
V dílčích krách s větších mocností vrstev a velkým obsahem jílovitých poloh byly uvažovány nižší hodnoty přetékání, naopak v oblastech, kde měřené hladiny podzemní vody a geologické profily (Václ, 1998) prokázaly absenci izolátoru, byly zadány vysoké hodnoty přetékání. Vysoké hodnoty přetékání byly rovněž zadány na
PODZEMNÁ VODA území dolu Turów, kde byl odtěžen kvartérní a zčásti svrchní kolektor. Kalibrací bylo zjištěno, že v západní struktuře přetékání dosahuje řádově vyšších hodnot než v centrální struktuře (zřejmě zde poloizolátory nemají velký význam). Vysoká hodnota přetékání byla také předepsána mezi kvartérní a svrchní kolektor na německé části žitavské pánve, kde nejsou informace o významnějším výskytu kvartérních sedimentů a hladinách podzemní vody. Simulované hladiny podzemní vody v kvartérním kolektoru jsou totožné se simulovanými hladinami podzemní vody ve svrchním kolektoru (pokud ovšem hladiny podzemní vody v kvartérním kolektoru neklesly pod bázi vrstvy) a proto nebyly zobrazeny v mapě hydroizohyps v kvartérním kolektoru. Díky velké variabilitě ve velikosti přetékání mezi kolektory (zvláště mezi kvartérním a svrchním) nebyla uvažována plošná změna ve velikosti infiltrace. Změna čerpaného množství v dole Turów nebyla uvažována. Shodu mezi naměřenými a simulovanými hladinami v této složité struktuře lze považovat za uspokojivou (obr. 7). Rozptyl rozdílů naměřených a simulovaných hladin je 18 m2. Nejvyšší odchylky od naměřených hodnot dosahují vrty v německé části žitavské pánve (především v okolí dolu Olbersdorf), kde byl model kalibrován na hladiny z roku 1998 (zhruba jeden rok před ukončením zatápění zbytkové jámy dolu Olbersdorf) a ve vrtech podél zlomů s vertikálními posuny. Naopak velmi dobrá shoda byla dosažena v místech tektonicky nepostižených.
Obr. 7: Porovnání měřených a simulovaných hladin Fig. 7: Comparision of observed and simulated water tables
XIII 2/2007 VÝSLEDKY Hydraulický model prokázal existenci severo-jižních zlomů, přes které je proudění podzemní vody omezeno. Týká se to především německé části žitavské pánve, kde nebyl zaznamenán vliv dolu Turów. Zlomy, které byly zadány do modelu jako hydraulická bariéra, dobře korespondují se strukturně-tektonickou mapou. Výjimku představuje vyzdvižená kra na česko-polské hranici, která omezuje proudění ve svrchním kolektoru (obr. 8). Zlom západo-východního směru, který ji omezuje na severu, byl na základě měřených hladin posunut dále na sever směrem k dolu Turów (geologická stavba této oblasti není vrtně prozkoumaná). Svrchní kolektor je silně ovlivněn přímým čerpáním v dole Turów na polském i na českém území (zde vlivem přetékání do středního kolektoru) (obr. 8). Svrchní kolektor je v centrální části rozdělen tektonickými liniemi východozápadního směru (podél česko-polské hranice), která hydraulicky odděluje českou a polskou část a umožňuje vznik dvěma významným depresím. Ve středním kolektoru se tektonická linie nechová jako hydraulická bariéra, střední kolektor je tak ovlivněn v celé centrální části žitavské pánve (obr. 9). Deprese způsobená čerpáním ve středním kolektoru se šíří až do české části žitavské pánve, díky absenci izolátoru mezi středním a svrchním kolektorem způsobuje významné poklesy i ve svrchním kolektoru, které mají za následek snížení hladiny podzemní vody v kvartérním kolektoru. Matematický model prokázal na významný poloizolátor mezi kvartérem a terciérem v česko-polské části žitavské pánve, který přispívá k mnohem nižším poklesům hladin podzemní vody v kvartérním kolektoru než v terciéru. Na proudění podzemních vod ve středním kolektoru nemají vliv zlomy východo-západního směru, podle kterých jsou jednotlivé kry vůči sobě vertikálně posunuty. Spodní kolektor má nejmenší plošný rozsah ve srovnání se svrchním a středním kolektorem. Měřené hladiny podzemní vody ukazují, že intenzita a směr přetékání se plošně mění. Zatímco v české části žitavské pánve podzemní voda přetéká ze spodního do středního kolektoru, v německé části tomu je naopak. Podzemní voda zřejmě přetéká do spodního kolektoru v západní struktuře, kde izolátor mezi středním a spodním kolektorem není vyvinut, a proudí směrem k dolu Turów, kde zpět přetéká do středního kolektoru a je odčerpána. Porovnání stavu se simulovanými odběry a bez odběrů umožnilo definovat vliv dolu Turów na české části žitavské pánve. Prostřednictvím kalibrovaného modelu bez zadání odběrů bylo odhadnuty původní hladiny v okolí vodárenského zdroje Uhelná v úrovni 275 m n.m, což je přibližně hladina monitorovaná v letech 1962-1972. V terciérních kolektorech simulovaná hladina dosáhla 250 m n.m., což odpovídá zhruba 4 m nad úroveň z roku 1984 (viz obr. 5).
183
PODZEMNÁ VODA
XIII 2/2007
Obr. 8: Modelové hladiny podzemní vody ve svrchním kolektoru Fig. 8: Simulated water levels in the Upper Tertiary aquifer
Obr. 9: Modelové hladiny podzemní vody ve středním kolektoru Fig. 9: Simulated water levels in the Upper Middle aquifer
Hraniční tok Lubota (Oldřichovský potok) je v důsledku čerpání po většinu roku suchý. Podle numerické simulace se v současné době hladina podzemní vody pohybuje 5 m pod dnem toku. Předpokládaný postup těžby v centrální struktuře v dole Turów zřejmě nepovede k větším poklesům ve
184
všech kolektorech. Hladina ve středním kolektoru se na polské straně v současné době pohybuje již pod bází svrchní sloje. Při postupu těžby směrem k česko-polské hranici lze očekávat poklesy do 5 m. Případné zvýšené čerpání ve svrchním kolektoru nebude mít na hladinu podzemní vody na českém území vliv, jelikož zde není
PODZEMNÁ VODA vyvinut izolátor mezi svrchním a středním kolektorem a hladina podzemní vody je totožná s hladinou podzemní vody ve středním kolektoru. Důl Turów se bude rozšiřovat dále směrem na východ a tím dojde k přetěžení severo-jižního zlomu, který odděluje centrální a východní strukturu. Vzhledem k velmi malé geologické prozkoumanosti a na českém území absenci pozorovacích bodů (z polské strany jsou známé hladiny podzemní vody pouze od roku 1997, na českém území nejsou žádné údaje o hladině podzemní vody ve svrchním a středním kolektoru), je velmi obtížné definovat vliv čerpání dolu Turów. Pokud dojde k odtěžení svrchního kolektoru, lze očekávat větší přítoky z kvartérního kolektoru, což způsobí posun hydrogeologické rozvodnice mezi Turówem a Uhelnou a zmenšení hydrogeologického povodí pro vodárenský zdroj v Uhelné, následné poklesy hladin podzemní vody v této oblasti a ztráty vodnosti ve Václavickém potoce. ZÁVĚRY Hydraulický model umožnil popsat mechanismus poklesů hladin podzemních vod na české části žitavské pánve vlivem čerpání v dole Turów. Deprese způsobená
XIII 2/2007 čerpáním ve středním kolektoru v dole Turów se šíří až do české části žitavské pánve, díky absenci izolátoru mezi středním a svrchním kolektorem způsobuje významné poklesy i ve svrchním kolektoru, které mají za následek snížení hladiny podzemní vody v kvartérním kolektoru. Matematický model rovněž prokázal existenci významného poloizolátoru mezi kvartérem a terciérem v česko-polské části žitavské pánve, který přispívá k mnohem nižším poklesům hladin podzemní vody v kvartérním kolektoru než v terciéru. Hraniční tok Lubota je v důsledku nadměrného čerpání po většinu roku suchý. Zlomy mohou plnit různou hydraulickou funkci. Tektonické linie východo-západního směru podél česko - polské hranice ve svrchním kolektoru výrazně omezují proudění podzemní vody, zatímco ve středním kolektoru velikost proudění podzemní vody prakticky neovlivňují. Lze očekávat, že další rozšíření těžby na dole Turów směrem na východ bude mít za následek další poklesy hladin podzemní vody v oblasti Uhelné a ztráty vodnosti ve Václavickém potoce.
LITERATÚRA Doherty, J. 2000: PEST - Model-independent parameter estimation. User’s manual. Watermark Computing. Australia. 279s. Harbaugh, A. W. a McDonald, M .G. 1996: User’s documentation for MODFLOW-96. an update to the U.S. Geological Survey modular finite-difference ground-water flow model. USGS Open-File Report. 96-485. Kautský, J. 1986: Závěrečná zpráva žitavská pánev – hydrogeologie. Geoindustria, Praha. 141s. Kliner, K. 2002: Hydrologické hodnocení a bilance vodárenského odběru v Uhelné. Vodní zdroje. Praha. 12s. Mibus, H. P., Schirner, T. a Mibus, J. U. 1998: Übersichtutsbegutachtung des Grunwasserdargebots und dessen Nutzung im Zittauer Gebirge unter Berücksichtigung der Grundwassernutzungen auf tschechischen Gebeit. G.E.O.S, Dresden. 66s. Pospíšil, J., Domečka K. 1996: Geologická mapa ČR 1:50 000, list 03-13 Hrádek nad Nisou. ČGÚ. Skořepa, J. 2005: Hydrogeologický průzkum vlivu těžby uhlí v polském dole Turów na podzemní a povrchové vody ČR, PR a SRN. Závěrečná zpráva za období 2002 až 2005. AQUATEST a.s, Praha. 98s. Václ, J. 1998: Geologické řezy a strukturní geologická mapa. Aquatest Stavební geologie, akciová společnost a.s, Praha.
THE INFLUENCE OF OPENCAST MINE TURÓW ON GROUND WATER IN BORDER TERRITORY IN THE CZECH PART OF THE ŽITAVA BASIN – GROUND WATER FLOW MODEL SUMMARY Turów, a lignite opencast mine in Poland near the border with Germany and the Czech Republic, has strongly affected the hydrogeological condition of the Tertiary Žitava basin in the Czech Republic. The excessive pumping of 600 l.s-1 of ground and surface water caused watertable to drop up to 60 m in the Czech part of the Žitava. Based on data collected from existing monitoring wells (geometry of Quaternary aquifer, hydraulic heads, hydraulic conductivity), a 3D regional flow model was developed that captures the main hydrological and hydrogeological characteristics of the field site. The flow model takes into account the lithological variability as well as surface water (brooks, ditches and drains). The key hydraulic parameters - hydraulic conductivity in the tectonic zones a leakage between aquifers - were obtained by model calibration consisting of simulations conducted by varying hydraulic parameters to match hydraulic head distribution (Fig. 6). The flow model enabled to describe the mechanism of the decrease in groundwater levels in the Czech area of the Žitava basin due to direct pumping in Turów mine in the Polish area. The groundwater depression caused by pumping in Turów occurs mainly within the Middle Tertiary aquifer in the Czech area of the Žitava basin. The Upper Tertiary aquifer is strongly influenced by direct pumping in the Polish part of the Žitava basin. In the Czech part the Žitava basin groundwater falls owing to leakage to the Middle Tertiary aquifer. The Middle Tertiary 185
PODZEMNÁ VODA
XIII 2/2007
aquifer is divided by east-west faults (along the border of the Czech Republic and Poland), which hydraulically split the Czech and Polish areas and gives rise to two independent depressions (Fig. 8). However, the faults can perform a different hydraulic function in the aquifers. The east-west fault on the border of the Poland and the Czech Republic behaves as a hydraulic barrier in the Upper Tertiary aquifer, while for the Middle Tertiary aquifer groundwater flow is not limited. The pumping in Turów affects the whole central part of the domain (Fig. 9). The depression spreads into the Czech part of the Žitava basin and due to the absence of a semiaquitard between the Middle and the Upper Tertiary aquifer the decrease in the groundwater level continues to the Upper Tertiary aquifer. Subsequently the decrease in the groundwater level drops in the Tertiary aquifers lead to a decline in water levels of the Quaternary aquifers and the water losses in the brooks. The mathematical model proved an important semiaquitard between the Upper Tertiary aquifer and the Quaternary aquifers which contribute to a smaller the decrease in the groundwater level in the Quaternary aquifers. It is expected that further expansion of the Turów mine to the east will lead to a subsequent decline in water levels of the Quaternary aquifers in the Uhelná area and water losses in the Václavice brook.
186
