PODZEMNÍ VODA

Hydrosféra je jedním z vnějších obalů Země. Zahrnuje vodu atmosféry, vodu na zemském povrchu, vodu obsaženou v organizmech i vodu podzemní. Vědní obor, který se zabývá studiem původu, výskytu a vlastností vody se nazývá hydrologie.

Ze základních pojmů z hydrologie se uvádějí nejdůležitější:

Původ podzemní vody

Podzemní voda zahrnuje veškerou vodu, která se vyskytuje pod zemským povrchem. Podle původu může být juvenilní a vadózní.

Juvenilní podzemní voda vystupuje k povrchu z nitra Země. Vyskytuje se např. ve vulkanických oblastech nebo v blízkosti hlubokých zlomových struktur. Tvoří poměrně malou část podzemní vody.

Vadózní podzemní voda vzniká průsakem srážkové vody pod zemský povrch. Část této vody může být po dlouhá geologická období uzavřena mezi nepropustnými vrstvami a tuto podzemní vodu pak označujeme jako fosilní.

Některá podzemní voda může být i organického původu, např. naftové vody.

Pro stavební praxi mají význam především podzemní vody vadózní. Podle toho, jak voda prosakuje s povrchu horninovým prostředím, rozlišujeme podle stupně nasycení tato pásma:

Pásmo kapilární třásně je charakteristické vzlínáním vody ze spodního zvodnělého pásma. Voda v pórech vyvozuje sání (má negativní pórový tlak) a nemůže být jímána.

Podle toho, jak je voda vázána a jak se pohybuje rozeznáváme vodu hygroskopickou, kapilární a gravitační.

Hygroskopická voda je forma vody, která vzniká v hornině při pohlcování par , jedná se o kategorii vody adsorpční. Adsorpční voda je pevně poutána adsorpčními silami povrchu zrn, v kapalném stavu je prakticky nepohyblivá. Vyskytuje se v horninách jen při velmi nízké vlhkosti. Kapilární voda je voda, jejíž pohyb je ovlivňován převážně kapilárními silami. Gravitační voda je voda, jejíž pohyb je určován gravitačními silami.

Propustnost horninového prostředí

PROPUSTNOST je schopnost pórovitého prostředí propouštět vodu pod vlivem hydraulického gradientu. Jako absolutní propustnost se vyjadřuje koeficientem propustnosti (p). Jako relativní propustnost se označuje propustnost pro určitou tekutinu při společném proudění směsi o několika fázích (např. voda a plyn). Je-li propustnost vztažena k proudění kapaliny o určitých vlastnostech (podzemní voda), vyjadřuje se pomocí koeficientu filtrace (k). V přírodě neexistuje hornina, která by byla absolutně nepropustná. Některé horniny však mají tak malou propustnost, že se považují za nepropustné (např. mastné jíly).

Na vodu v horninovém prostředí působí gravitace, tlak plynů, osmotické napětí jako výsledek vod různého chemizmu, hygroskopické síly na povrchu zrn a kapilární síly v dutinkách. Jestliže tyto síly jsou v rovnováze, voda se nepohybuje. Při nerovnovážném stavu se voda dává do pohybu a začíná na ni působit tření. Pokud voda prostupuje horninovým prostředím stejnoměrně, je propustnost vlastností vody i horniny, pokud však voda prostupuje pouze dutinami, je propustnost vlastností dutin. Propustnost může být různá v různém směru.

Jako kolektor označujeme horninové prostředí, jehož propustnost je ve srovnání se sousedící horninou o tolik větší, že gravitační voda se jím může snadněji pohybovat.

Jako izolátor označujeme horninové prostředí, jehož propustnost je ve srovnání se sousedící horninou o tolik menší, že se jím za stejných podmínek gravitační voda pohybuje nesnadněji.


Obr. 35 Příklady hodnot koeficientu filtrace pro různé zeminy.

Ukazatelem propustnosti podzemní vody je výše zmíněný koeficient filtrace. Příklady hodnot pro různé zeminy jsou v obr. 35.

Propustnost horninového prostředí se snižuje s obsahem jemné pelitické frakce. Tak např. přidáním 1 % kaolinitu se sníží až o 24 %, přidáním 1 % montmorillonitu až o 80 %. Toho se využívá ve stavební praxi k těsnění propustného horninového prostředí.

Propustnost některých zemin lze stanovit z křivky zrnitosti podle průměru zrn, odpovídajícímu 10 % hmoty vzorku. Příklad je uveden v tabulce 5.

Tab. 5 Koeficient propustnosti podle.














Laboratorně se stanovuje propustnost propustoměrem, ve vrtech lze stanovit propustnost hydrodynamickými zkouškami. Patří k nim čerpací zkoušky, kdy se měří množství vody čerpané za sekundu a snížení hladiny vody ve vrtu v závislosti na čase.

Podle toho jak podzemní voda prostupuje horninami, rozeznává se propustnost puklinová, průlinová, propustnost podle dutin a propustnost krasová.

Některé jílovité a slínité zeminy považujeme za nepropustné izolátory, avšak jsou zpravidla propustné podle vrstevních ploch nebo puklin a proto mohou někdy vést i značné množství vody.

Hladina podzemní vody

Zvodnělé horninové prostředí se označuje jako zvodeň. Horní povrch zvodně tvoří hladinu podzemní vody.

Podle tlaku na hladině rozeznáváme hladinu volnou (tlak je roven tlaku atmosférickému) a hladinu napjatou (tlak je vyšší než tlak atmosférický).

Vody s napjatou hladinou se označují v inženýrské praxi jako vody artéské. Název je odvozen z názvu hrabství Artois ve Francii, odkud byly takové vody poprvé popsány. Jestliže navrtáme horizont podzemní vody s napjatou hladinou, voda vystupuje k povrchu. Jestliže dosáhne nad povrch, označuje se jako artéská +, jestliže vystoupí, ale nedosáhne až na povrch území, jako artéská -. Výstupná výška se označuje jako výška piezometrická.

Svislá vzdálenost hladiny podzemní vody od povrchu vyjadřuje hloubku podzemní vody. Hloubka slabě napjatých hladin se zpravidla ustálí až po určité době. Proto při průzkumu staveniště zaznamenáváme:

Prameny

Prameny jsou přirozené vývěry podzemní vody na zemský povrch. Soustředěný výskyt pramenů se označuje jako prameniště. Prameny se charakterizují vydatností, což je množství vody vyvěrající za jednotku času. Zpravidla se vyjadřuje v litrech za minutu nebo sekundu.

Podle trvalosti se prameny dělí na permanentní - trvalé, občasné (intermitentní) a periodické.

Podle směru pohybu a výstupu na povrch se dělí na prameny sestupné a vzestupné.

K sestupným pramenům počítáme

K výstupným pramenům počítáme prameny

V krasových oblastech vznikají prameny roklinové a vyvěračky, v území synklinál prameny přetékavé. Typy pramenů jsou znázorněny na obr. 36 a 37.


Obr. 36 Důležitější typy pramenů: vrstevný - polohy - izolátory. a, suťový - b, přetékavý - c, vzestupný podle zlomu - d. Tečkované polohy - kolektory, šrafované

Obr. 37 Artéská pánev - nepropustné vrstvy jsou hustě šrafované.

 

Fyzikální a chemické vlastnosti podzemní vody

Patří k nim teplota, tlak, měrná hmotnost, elektrická vodivost pH, oxidačně-redukční potenciál - Eh, obsah anorganických látek, obsah organických látek, tvrdost.

Podrobné rozvedení této kapitoly patří do učební látky z hydrogeologie, která se probírá ve 3. ročníku.

Agresivita podzemní vody

Útočnost neboli agresivita je jednou z nejdůležitějších vlastností podzemní vody s ohledem na stavební činnost. Může být síranová, uhličitá nebo se může jednat o vodu hladovou. Rovněž pH ovlivňuje agresivitu vody.

Síranovou agresivitu mohou způsobovat různé minerály obsažené v horninách. Patří k nim zejména sírany (sádrovec CaSO4.2H2O, anhydrit CaSO4) nebo sulfidy (pyrit FeS2, pyrhotin FeS). Síranová agresivita se velmi často vyskytuje v neogenních slínech celé střední Moravy.

Uhličitá agresivita vzniká rozkladem organogenní příměsi v aluviálních sedimentech a dále je častá v oblastech vývěru pramenů minerálních vod, bohatých na CO2.

Hladová voda neobsahuje rozpuštěné soli (je v podstatě destilovanou vodou), která vyluhuje soli z okolního horninového i stavebního (např. betonu) prostředí.

Podzemní voda s vysokým i velmi nízkým pH působí agresivně na své okolí.

Podle ČSN 73 1215 "Klasifikácia agresívnych prostredí" se rozlišuje prostředí:

Opatření proti podzemní vodě na staveništi

Nejjednodušším způsobem kontroly podzemní vody v základové jámě je snížení její hladiny čerpáním. Ve složitějších případech se provádí injektáž, chemické zpevňování a ochrana stavební jámy štětovými stěnami. U důležitých inženýrských staveb se provádí zmrazování. Volba a vhodnost jednotlivých metod záleží na zrnitosti zemin a stabilitě stěn výkopu.

Kontrolní otázky

  1. Jak se dělí podzemní voda podle původu?
  2. Jaká může být hladina podzemní vody?
  3. Co je to zvodeň?
  4. Co je to kolektor a izolátor?
  5. Jaká může být propustnost horninového prostředí?
  6. Jakou propustnost má krystalinikum?
  7. Co je to kapilární třáseň?
  8. Co je to voda artéská?
  9. Jak hluboko může být hladina podzemní vody v kulmu?
  10. Která regionální oblast je zdrojem nejkvalitnější pitné vody?
  11. Charakterizujte hydrogeologické podmínky ve flyši.
  12. Co způsobuje agresivitu podzemní vody a její typy?
  13. Jak se mezinárodně označují stupně agresivity podzemní vody?
  14. Jaký je rozdíl mezi naraženou a ustálenou hladinou podzemní vody?