Podzemní vody ve vodoprávním řízení, 24.10.2018, ČVTVHS, Novotného lávka

PROGEO, s.r.o.

Ochrana vodních zdrojů s využitím výsledků hydraulických modelů

RNDr. Martin Milický

Ing. Jan Uhlík, Ph.D.

Témata prezentace:

Hydraulické modely a ochrana vodních zdrojů

Výstupy matematických modelů (podklad rozhodování)

Sestavení a kalibrace hydraulických modelů

Příklady aplikace matematických modelů jímací území v CHKO Litovelské Pomoraví – Čerlinka, Pňovice

(optimalizace odběru, OP)

jímací území Káraný (optimalizace provozu, ochrana zdrojů, OP)

třeboňská pánev (optimalizace odběru, ohrožení jakosti, OP)

PROGEO, s.r.o.

Hydraulické modely a jímání (ochrana) podzemní vody

Využití jímacích území - trvale zajistit potřebné množství vody v požadované kvalitě (zdrojem podzemní voda)

Vodoprávní úřad – povolení k nakládání s vodami

Využití modelů: Stanovení ochranných pásem (velikost)

Optimalizace velikosti odběru

Střety s ochranou přírody (míra ovlivnění)

Reakce na: změny chemismu a výskyt kontaminace

klimatické výkyvy (suché periody)

PROGEO, s.r.o.

rozhodovací

proces

Komplexní zhodnocení

informací data monitoringu

- hladin

- chemismu

- geol. a hydrogeol.

informace

- hydrologické a

klimatické údaje

požadavky legislativy

MODELOVÁNÍ

Výstupy modelů pro rozhodovací proces I

bilance množství podzemní vody celá struktura, jednotlivá jímací území

identifikace míst infiltrace

ochrana před „přečerpáním“ struktury

prostorová interpretace úrovně hladiny podzemí vody stanovení velikosti a dosahu snížení hladiny

identifikace potenciálních míst střetů zájmů

vymezení volné, napjaté a artézské hladiny

podklad pro návrh institutu minimální hladiny

prostorová interpretace směrů a rychlosti proudění podklad pro transportní model a rozhodování otázek kvality

podklad návrhu velikosti ochranných pásem

vykreslení drah proudění a doby zdržení

PROGEO, s.r.o.

CHKO Litovelské Pomoraví x odběry podzemní vody – střet zájmů mezi ochranou přírody a vodárenským využitím

– úzká vazba chráněných ekosystémů lužních lesů údolní nivy Moravy na hloubku hladiny podzemní vody, niva budována kvartérními štěrkopísky; na části území dotace podzemní vodou z devonských vápenců (mladečsko-konický kras)

– na devonský vodní zdroj vázáno jímací území Čerlinka – jedno z nejvýznamnějších (pro skup. vodovod Olomouc),

– Další jímací území – Pňovice - Březové, Moravičany – Mohelnice, Chomoutov, v blízkosti – Černovír, Štěpánov

– Hlavní cíle modelování:

stanovení bilance podzemní vody na území CHKO LP,

návrh optimální velikosti odběrů ve vztahu ke stanovené hladině podzemní vody pro jednotlivé porosty lužních lesů,

Separátně (2005-2007) – podklad pro stanovení ochranných pásem – j.ú. Pňovice-Březové.

PROGEO, s.r.o.

PROGEO, OHGS, s.r.o.

Sestavení modelu proudění podzemní vody

• vymezení a diskretizace prostoru modelu,

• zadání okrajových podmínek (OP),

• zadání vstupních dat (parametrů).

Vymezení a diskretizace modelového území

• pokrývá širší okolí CHKO Lit. Pomoraví

• vliv odběrů není u hranic území ani u okrajových podmínek,

• 31.5 km * 29 km,

• Horizontálně: pravidelná 20 m*20m,

• Vertikálně: 2 modelové vrstvy, reprezentují zjednodušenou geologickou stavbu území,

• 1.vrstva – Q – 345 km2 (omez. HGR),

PROGEO, s.r.o.

Kalibrace základní varianty modelu

Stacionární simulace proudění – realizována pro „současný“ stav proudění s průměrnými odběry v období 2001 až 2010,

• HLADINOVÉ kritérium – porovnání měřených a modelových hladin podzemní vody, měřené hladiny do skupin podle období (do 1977, do 1992, po 1992 a současný záměr) a podle typu – jednorázové a režimně měřené,

Model kalibrován pro 3 stavy proudění podzemní vody – následují 2 HLAVNÍ PROGNÓZNÍ VARIANTY s různou velikostí odběrů

Objemové kritérium – nelze využít, velké průtoky Moravy

prům. odběry -

2001 až 2010

maximální (roční)

povolenémaximální prognózní

(l/s) (l/s) (l/s) (l/s)

- severní část CHKOBohuslavice 11.2 12 12 11

Moravičany 33.1 60 60 50

- střední část CHKOČerlinka (prameniště Litovel) 102 267 267 150

- jižní část CHKOPňovice - Březové 91.2 160.5 219 120

Štěpánov 24.4 64 64 64

Moravská Huzová 5.7 16 16 16

Chomoutov 13.5 30 40 30

Černovír 84.8 190 250 125

+ varianta neovlivněného stavu - bez odběrů podzemní vody

PROGEO, s.r.o.

Modelové hladiny podzemní vody – základní varianta

205

210

215

220

225

230

235

240

245

250

255

205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255

měřené hladiny podz.vody (m n.m.)

modelo

vé h

ladin

y p

odz.v

ody (

m n

.m.)

-6

-4

-2

0

2

4

6

210 220 230 240 250 260měřené hladiny podz.vody (m n.m.)

rozdíl

model.-

měře

né h

lad.p

.v. (m

n.m

.)

porov. 350 hladin

1. modelová vrstva

generelní směr proudění v kvartérních sedimentech je od SZ a S k J resp. JV; rel. ploché, od 257 m n.m. do 214 m n.m., strmý při okrajích kvartéru,

Ve 2.mod.vrstvě – relativně konformní s 1.mod.v., mírně napjaté, výjimečně k terénu, při okrajích – závisí na morfologii

PROGEO, s.r.o.

Bilance základní varianty simulace proudění

Celková bilance – pro

celý „model“ dohromady

Bilance modelových vrstev 1.MV : ze srážek 880 l.s-1, infiltrací z toků 213 l.s-1 a z OP 31.6 l.s-1 (S) a na SV 191 l.s-1, drenáž do toků

1345 l.s-1, 363 l.s-1 je

přítok do

modelu

odtok z

modelu

přítok do

modelu

odtok z

modelu

(l*s-1) (l*s-1) (l*s-1) (l*s-1)

infiltrace srážek 1399.7 - infiltrace 1399.7 -

ze zázemí (z okrajových pod.) 398.6 - ze zázemí (OP) 398.6 -

povrchové toky 216.6 1556.3 povrchové toky 158.3 1952.0

odběr podzemní vody - 458.5 odběr podz.vody - -

CELKEM 2014.9 2014.8 CELKEM 1956.6 1952.0

simulace režimu se "současnými" odběry podzemní vody simulace neovlivněného režimu

odčerpáváno odběry a 101 l.s-1 přetéká z 1. do 2. MV (hlubší partie kvartéru). 2.MV : přímo infiltruje 520 l.s-1 ze srážek a 176 l.s-1 přitéká v mladečském krasu z OP , převážná část této vody (493 l.s-1) přetéká do 1.MV, 211 l.s-1 je drénováno do toků a 96 l.s-1 je odčerpáváno odběry (především v j.ú. Litovel-Čerlinka).

vertikální distribuce přítoků a drenáží podzemní vody v l/s

režim při sočasných odběrech podzemní vody

infiltrace infiltrace drenáž přítok z OP

ze srážek z toků do toků drenáž

infiltrace 880.2 213.0 1345.0 do toků odběr

ze srážek 1.vrstva 1215.1 1.vrstva 363.0

519.6 100.8 493.2 211.4 222.7

2.vrstva 796.4 2.vrstva 95.4

hodnoty jsou uvedeny v l/s 176.0

suma odběrů 458.4

Snížení porovnána s reálnými z minulosti; největší snížení jsou dosažena tam, kde došlo k největšímu poklesu velikosti odběru (Černovír) resp. kde se i méně podílí influkce z toku

PROGEO, s.r.o.

Porovnání jednotlivých simulací

prům. odběry -

2001 až 2010

maximální (roční)

povolenémaximální prognózní

(l/s) (l/s) (l/s) (l/s)

- severní část CHKOBohuslavice 11.2 12 12 11

Moravičany 33.1 60 60 50

- střední část CHKOČerlinka (prameniště Litovel) 102 267 267 150

- jižní část CHKOPňovice - Březové 91.2 160.5 219 120

Štěpánov 24.4 64 64 64

Moravská Huzová 5.7 16 16 16

Chomoutov 13.5 30 40 30

Černovír 84.8 190 250 125

PROGEO, s.r.o.

Superpozice výsledků „modelu“ a lesnické části studie pokles hladin při optimalizované var. odběrů

Čerlinka

Mohelnice SEVER

PROGEO, OHGS, s.r.o.

Pňovice – Březové stanovení doby dotoku k jímacímu území při maximální velikosti odběrů bez břehové infiltrace z toků

Podklady pro stanovení ochranných pásem

PROGEO, OHGS, s.r.o.

Pro konstrukci trajektorie částeček, které aproximují hmotné body v proudící kapalině, využívá výpočet velikosti hlavních komponent rychlosti v každém bodě proudového pole z hodnot představujících výstupní data programu MODFLOW a hodnoty pórovitosti

Konstrukce dob dotoku pomocí modelu

Jímací území Káraný – optimalizace odběrů-ochrana jímacího území, stanovení OP, kontaminace NO3

– optimalizace provozu umělé infiltrace

– optimalizace provozu zdrojů břehové infiltrace se zvýšeným obsahem dusičnanů

– zemědělská činnost

Hlavní cíle modelování: přehodnocení rozložení odběrů s cílem minimalizovat nárůst

dusičnanů v jímané podzemní vodě, kvantifikace omezení

optimalizace napouštění van umělé infiltrace s cílem minimalizovat odtok mimo prostor jímacích vrtů a současně ochránit komplex před kontaminací

prognóza - jak velké množství a jak dlouho je možno čerpat bez napouštění van v komplexu

nástroj pravidelného hodnocení dat monitoringu zájmového území (hydrologická, hydrogeologická, jakostní – chemismus) PROGEO, s.r.o.

• vody z jednotlivých studní sojovického, skorkovského, kocháneckého a benáteckého řadu,

• 27 studní a vrtů monitorovacího systému

• směsné vody z 5ti jímacích řadů

• 5 studní – týdenní interval vzorkování

Sledování jakosti

vody v kvartéru :

Rozbory – NO3, ClU, NEL,

základní rozbory, stopové látky

Situace monitorovacích vrtů

Problém - předpolí skládky Sojovice (staré

vrty, málo vody)

revize, upravena odběrná délka a velikost

čerpání-zlepšení)

Pravidelné roční aktualizace modelů:

• odběry/napouštění na průměrné úrovni (upravované pro hg. roky a kalibrace),

• aktualizace infiltrace ze srážek – zvýšení nebo snížení (v roce 2014 snížena o 20%, 2015 o 15 % ),

• simulováno proudění podzemní vody v kolektoru kvartéru, středního turonu a cenomanu,

• porovnání průměrných měřených a modelových hladin v monitorovaných studnách břehové infitrace a vrtech komplexu umělé infiltrace

Modelové řešení – regionální model – detailní modely j.ř.

PROGEO s.r.o., 2016

1. Zhodnocení průměrného proudění,

rekalibrace parametrů hornin. prostředí,

2.varianta – ověření odstávky napouštění van po dobu 2 měsíců a při reálném čerpání – porovnání s prognózou

Návrh optimalizovaného provozu – útlum na úrovni 400 l/s – je v platnosti, odpovídá cca provozu v posledních hg. rocích

Modelové řešení – ochrana komplexu umělé infiltrace

- ochrana komplexu UI proti

průniku kontaminace

- zamezení zvýšené úrovně hladiny

podzemní vody pod skládkou –

- navrženo čerpání z jednotlivých

vrtů a násosek,

- snížení vydatnosti dolnosoj. řadu,

Optimalizace provozu sojovických řadů - 2 varianty

Zhoršení jakosti – především v roce 2011 – zvýšení koncentrací dusičnanů

porovnáváno s aktuálním odběrem v roce (např. 117 l/s),

Varianta 1 – 22 studní – pokles vydatnosti o cca 14 l/s,

Varianta 2 – 54 studní – pokles vydatnosti o 55 l/s

Hornosojovický řad při průměrné velikosti odběrů, šipky – 0,5 roku krátké časy mezi řekou a řadem Zázemí - 1 až 1,5 roku

Podklady pro stanovení ochranných pásem – doby dotoku

Skorkovský jímací řad při průměrné velikosti odběrů, šipky – 0,5 roku, Vliv preferovaných cest v kvartéru

Výstupy modelů pro rozhodovací proces II

bilance množství rozpuštěných látek (RL) identifikace rychlosti změn kvality ve vazbě na výskyt

kontaminace

předpověď naředění

prostorová a časová interpretace koncentrací RL průnikové čáry koncentrací RL

zhodnocení intenzity zdrojů RL

predikční schopnost modelu „CO SE STANE KDYŽ …“

všechny výše uvedené typy výstupů

reakce systému na změnu

PROGEO, s.r.o.

Třeboňská pánev - sever – optimalizace velikosti odběrů a ohrožení zdrojů podzemní vody kontaminací NO3

– ohrožení mažických a borkovických blat při velkých odběrech,

– ohrožení kvality podzemní vody z horusické jímací linie kontaminací dusičnany

– kontaminace pochází z plošného zdroje (zemědělství) a 3 bodových zdrojů

– jímací území Horusice – Bukovsko s odběry cca 100 l/s zásobující vodárenskou soustavu Dolní Bukovsko

– Hlavní cíle modelování:

hodnocení míry hydraulického ovlivnění v důsledku existujících odběrů

stanovení časově nerovnoměrného doplňování zásob podzemní vody (měsíčních hodnot infiltrace)

prognóza nárůstu koncentrací NO3

PROGEO, s.r.o.

Simulace ustáleného proudění podzemní vody

PROGEO, s.r.o.

SudoměřiceHlavatce

Želeč

Vyhnanice

Debrník

Svinky

VlastibořHodětín

Komárov

Klečaty

Zálší

Mažice

Hartmanice

Hor.Bukovsko

Dol.Bukovsko

Sviny

Borkovice

Záluží

Žíšov

Veselí.n.L.

Soběslav

Neplachov

Ševětín

Vitín

Mazelov

Lomnice.n.L.

Záblatí

Frahelž

Ponědraž

Ponědrážka

VlkovBošilec

Dynín

Horusice

-48000 -46000 -44000 -42000 -40000 -38000 -36000-58000

-56000

-54000

-52000

-50000

-48000

-46000

-44000

-42000

-40000

-38000

-36000

-34000

-32000

-30000

446.41

427.10

412.44

425.86

423.63

423.71

420.90

429.99

423.12

412.96

427.94

424.70

424.24

421.06

422.31

433.01

418.94

420.90

422.50422.32

413.69

420.93

415.20

411.94

415.43

412.85

421.08

418.36

414.63

491.25498.29

480.83

418.17

414.80

415.61414.87

423.04

424.48

419.38

415.54

415.73

414.85

414.42

424.70

415.43

413.08

414.36

415.23

415.60 415.15

426.19

415.66

415.73

416.26

417.27

413.98420.50

429.66

433.00

436.63432.27

439.50

442.37

435.00

467.00

498.00

442.00

430.90

424.70424.00

424.00

424.80

405.88409.38

438.97

458.22

459.52470.47

489.70493.60

439.20

448.22447.03

424.00

419.83

424.20

425.70

439.50

426.83

426.00

414.93432.55

425.92425.69

413.50

420.00

415.56

411.02

411.60

411.38

414.40

415.21

490.00

475.00

440.00

419.00

481.20

413.05

412.65

412.55

6.8

17.617.5

17.516.9 17.5

Horusický r.

Bošilecký r.

Záblatský r. Ponědražský r.

Krčín

Lužnic

eLužnic

e

Nežárka

Lužn

ice

Bechyňský p

.

Blatská stoka

Borkovická blata

Mažická blata

S

toky

hranice krystalinika

rozvodnice

mažický zlom

blata

lesy

obce

0 1000 2000 3000 4000

rybníky

Horusice

m

zájmové území promodelové řešení

r. Dvořiště

čerpaná množství v l/s17.5

měřené hladiny nakonci hydrol. roku 1995

405.88

hydroizohypsy414

Průměrné hodnoty infiltrace srážek

Průměrné odběry podzemní vody

•Diskretizace území : •Horizontálně – el.100*100 m •Vertikálně - 4 modelové vrstvy – geometrické dělení

Výstupy : •úrovně hladiny podzemní vody, •drenáž podzemní vody do toků, •směry proudění podzemní vody, •skutečné rychlosti proudění,

Věrohodnost modelu: - Porovnání měřených a modelových hodnot (hladiny, průtoky)

distribuce koncentrací NO3 (rok 2004)

tři oblasti bodové kontaminace:

• Vlastiboř

• Dynín (sklad umělých hnojiv),

• Mazelov, Neplachov (aplikace kejdy)

Nárůst koncentrací NO3 v objektech horusické jímací linie

H5 Mazelov 119

0

20

40

60

80

100

120

1.1

.93

1.1

.94

1.1

.95

1.1

.96

1.1

.97

1.1

.98

1.1

.99

1.1

.00

1.1

.01

1.1

.02

1.1

.03

1.1

.04

1.1

.05

mg/l

Sestavení modelu – vstupní data o kontaminaci NO3

SudoměřiceHlavatce

Želeč

Vyhnanice

Debrník

Svinky

VlastibořHodětín

Komárov

Klečaty

Zálší

Mažice

Hartmanice

Hor.Bukovsko

Dol.Bukovsko

Sviny

Borkovice

Záluží

Žíšov

Veselí.n.L.

Soběslav

Neplachov

Ševětín

Vitín

Mazelov

Lomnice.n.L.

Záblatí

Frahelž

Ponědraž

Ponědrážka

VlkovBošilec

Dynín

Horusice

-48000 -46000 -44000 -42000 -40000 -38000 -36000-58000

-56000

-54000

-52000

-50000

-48000

-46000

-44000

-42000

-40000

-38000

-36000

-34000

-32000

-30000

W21

Hj4a-Ho

Hv1-2-Brz

Hj1-Drh

W31 Ck6-8

Hv7-BCh

Hj1-Sev

Ck2a-5

Ck9-10

B12

B10

B16

B4

Hv50-53-B

Hv1-Nep

B11

V1

V18

Ch9-10

B1

DB1

H5

BS1-2

Hv1-Sud

Hv2-2a

Hv1-Har

H7

B5

V17ab

B2

B15

Hv1-Mazl

H8Hv3

H10

B6

VH1B

B18

H9a

R5

Hv1-Dyn

VH2

Ch1-3,Ck1

H4

Hj1-Dyn

Hv1-Hla

B14

Hv1

VH3

Hv9

B13

W36

Hv10

Hv1g-Svi

H1

H3

V20b

Hv11

V16abc

Hv6

Ch7-8

Hv1b-Svi

JZD-Bor

B17

W28

H2

V20

Hv1-Lho

Hv1-Vls

B22

B23

BH2

Ch4-5

Hj1-Hla

B7a

BP4

R2

B8a

B8

Ch11-12

R1

B9

R3

BH3

V24

Z1-2

Hv5

BH1

Hv4

Hv7

H6

W14

Hv1-Lom1

B3

Hj1-Zel

W18

R4

HP25

Hv8

Hv2-3-Ves

Hj1-Vsc

V3 V6-8,11

V12-13

Hj1-Ned

Hv11-Pon

S1

V21

V1

Hv1-Vsc

Hv1_3-Lom

Hj1-4-Dra

W16

Hj2-Vlk

V1015

91-Dra

Hv1-Fra

Hj1-5-Ves

VS1-4

Hv1-Dra

Hj1-Ves

HV1,2

V11

DIS1,2,3,4

DIS5

DIS6DIS7

MIS1,2

MIS11aMIS12

MIS3MIS4MIS5,6

MIS7

MIS8

MIS9,10

R6

ZA-ZT

HP26

Horusický r.

Bošilecký r.

Záblatský r. Ponědražský r.

Krčín

Lužnic

eLužnic

e

Nežárka

Lužn

ice

Bechyňský p

.

Blatská stoka

Borkovická blata

Mažická blata

S

toky

hranice krystalinika

mažický zlom

blata

lesy

obce

0 1000 2000 3000 4000

rybníky

Horusice

m

zájmové území promodelové řešení

r. Dvořiště

Hv1 hydrogeologické objekty

silnice

Oblasti kontaminace

oblast základní kontaminace

oblast zvětšenékontaminace

Dynín

Mazelov

obl. 7obl. 8obl. 9

obl. 10obl. 11obl. 12

proudnice a doby zdržení( vzdálenost po čáře mezišipkami = 10 let zdržení )

Model proudění podzemní vody – stanovení doby dotoku z kontaminovaných oblastí k jímací linii

šipky – 10 let zdržení

0

5

10

15

20

25

30

11

.69

11

.71

11

.73

11

.75

11

.77

11

.79

11

.81

11

.83

11

.85

11

.87

11

.89

11

.91

11

.93

11

.95

11

.97

11

.99

11

.01

11

.03

11

.05

11

.07

11

.09

11

.11

11

.13

11

.15

H3 Horusice

Jímací vrt H3

Porovnání modelové koncentrace (ve 4 vrstvách) s měřenou koncentrací dusičnanů (1977-2017)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1.11

.196

9

1.11

.197

1

1.11

.197

3

1.11

.197

5

1.11

.197

7

1.11

.197

9

1.11

.198

1

1.11

.198

3

1.11

.198

5

1.11

.198

7

1.11

.198

9

1.11

.199

1

1.11

.199

3

1.11

.199

5

1.11

.199

7

1.11

.199

9

1.11

.200

1

1.11

.200

3

1.11

.200

5

1.11

.200

7

1.11

.200

9

1.11

.201

1

1.11

.201

3

1.11

.201

5

H7 Pelejovice

;

DĚKUJI ZA POZORNOST

PROGEO, s.r.o.