Zámek Lány má od roku 2002 hradní studnu

Autors:  Čížek Petr, RNDr. Petr Čížek – A až Zet, Rumburská 258/11, 190 00 Praha 9. E mail: info@aazzet.cz 
           
Matouš JosefSTUTAK s.r.o., Ovčí Hájek 2175/5, 158 00 Praha 5. E mail: geof.matous@volny.cz  

Abstract: 

U zámku Lány byla ve více než stometrové hloubce objevena vysoce kvalitní podzemní voda s extrémně nízkým obsahem dusičnanů a stopových prvků. Její obsah radonu  a aktivita alfa jsou sice o něco vyšší než kolik smějí mít dodávané kojenecké vody, ale o hodně menší než je povoleno pro vody dodávané do veřejných vodovodů. Před napojením na rozvod pitné vody vyžaduje jen jednoduchou úpravu na odstranění mírně zvýšeného množství železa a manganu. Byla zachycena technicky velmi náročným 180 m hlubokým vrtem, jehož přípravu a realizaci provedli koordinovaně specialisté z několika různých českých firem. Vodní zdroj má ověřenou provozní vydatnost 173 000 litrů za den, takže se peníze vynaložené za hydrogeologický průzkum velmi rychle vrátí.

Obrazové přílohy : (obrázek přivoláte poklepáním na ikonu).
Pohled na pracoviště s vrtnou soupravou BA 15  fotografie pracoviště
Svařování anticorrových můstkových filtrů  fotografie sváření nerezových filtrů na vrtu HV2 v Lánech
"Nulový článek " na omezení galvanické koroze - upevnění PE izolace na anticorrovou zárubnici

Obsah :

 
 

Úvod

Organizace hydrogeologického průzkumu

Hydrogeologické poměry

Technické řešení vrtu HV2

Uvedení vrtu do provozu a vyhodnocení odběrových zkoušek

Výsledky laboratorních rozborů vzorků vody

Závěr

Úvod

Málokdo ví, že sídlo českého prezidenta, zámek Lány, leží v oblasti silně postižené hornickou činností, která pod ním osušila horninu do stametrové hloubky. Proto v jeho rozpočtu tvoří významnou položku platby za dodávku pitné vody, které ale nejvíce spotřebují zámecké skleníky a zámecký park. Vodárenská společnost sem dodává upravenou důlní vodu z blízkého dolu Nosek, ale blíží se jeho likvidace a už za několik let tento zdroj vody zanikne. Do té doby je potřeba zajistit nové zásobování zámku vodou a je zřejmé, že její dodávka bude ještě dražší než nyní. Proto bylo nezbytné prověřit, jestli neexistuje možnost zřídit u zámku vlastní studnu alespoň na užitkovou vodu. Správa pražského hradu se obrátila na hydrogeologa Petra Čížka a ten vyslovil předpoklad, že by na jihu zámeckého parku mohla být v podloží karbonu zastižena poměrně kvalitní voda pocházející z okolních lesů. Navrhl tam provést 180 m hluboký průzkumný vrt, proutkem vytypoval několik oblastí pro jeho umístění a doporučil prověřit jejich vztah k okolí geofyzikálním měřením.

Organizace hydrogeologického průzkumu.

Geologické koncerny, které by kdysi byly schopné doporučený hydrogeologický průzkum v celém rozsahu provést, rozprodaly po své privatizaci svá technické zařízení a propustily své kvalifikované pracovníky,  takže se na přípravě a realizaci vrtu museli koordinovaně podílet specialisté z několika různých  českých firem. Hydrogeologický průzkum zastřešila v rámci akce „Zámek Lány – zásobení užitkovou vodou“ projektová organizace Hydroprojekt a.s., která ale v jeho průběhu zanikla a předala ho firmě Hydroprojekt CZ a.s.  Akci měl na starosti ing. Stanislav Florián. Práce odpovědného řešitele průzkumu byly zadány firmě RNDr. Petr Čížek, A až Zet, která vypracovala projekt průzkumných a zeměvrtných prací, provedla přesné umístění vrtu a řídila a koordinovala provádění a vyhodnocování prací. Geofyzikální práce byly objednány u renomované firmy Geofyzika a.s., ve které provedli a vyhodnotili gravimetrická měření Josef Šrámek z Brna a geoelektrická měření pracovník pražské pobočky Josef Matouš. Ve veřejné soutěži na dodávku zeměvrtných prací zvítězila firma Vodní zdroje a.s., která vznikla ze zličínského zeměvrtného závodu a stále ještě disponuje prvotřídním technickým i lidským zázemím, takže si uchovala know-how pramenící z nepřetržité činnosti od padesátých let minulého století. Hydrogeologovy požadavky převedl do konkrétního technického řešení výrobní ředitel firmy Pavel Jůza. Pod jeho dohledem a pod vedením  provozního technika p. Vladimíra Dvořáka zhotovila úvodní část vrtu do hloubky 101 m osádka vrtné soupravy Wirth vedená vrtmistrem p. Vlastimilem Procházkou z  firmy Stavební geologie České Budějovice, s.r.o., která je dceřinnou společností firmy Vodní zdroje a.s. Spodní část vrtu vystrojenou  nerezovými filtry typu bridge slote od německé firmy Stüwa zhotovila osádka vrtné soupravy BA-15 vedená vrtmistrem p. Petrem Červinkou ze střediska Vodních zdrojů a.s. v Tuchlovicích. Tato osádka také uvedla vrt do provozu a provedla jeho odběrové zkoušky. Karotážní měření ve vrtu, nezbytná pro řízení zeměvrtných prací a pro definitivní uspořádání výstroje vrtu, provedl a vyhodnotil pracovník české firmy Penetra s.r.o. z Údolí u Lokte RNDr. Stanislav Chochlík americkou aparaturou Mineral Logging System. Vzorky čerpané vody byly ihned po odebrání odváženy do chemické laboratoře firmy Vodní zdroje a.s. v ulici Komunardů 6 v Praze 7 - Holešovicích, která provedla jejich fyzikální, chemický a bakteriologický rozbor. Radiochemické rozbory provedly subdodávkou laboratoře státního podniku Povodí Vltavy.

Hydrogeologické poměry

Zámek v Lánech náleží do širšího povodí Berounky. Nadmořská výška terénu v místě vrtu je asi 420 m.n.m. a směrem k jihu terén stoupá až na hřeben Pustá Dobrá, s nadmořskou výškou 455 m.n.m. Průměrná roční teplota je 7,5 0C, třicetiletý průměrný roční úhrn srážek (1931 - 1960) činil 552 mm. Geologicky se území nachází při jihozápadní hranici kladenské části středočeské pánve. Ta je zde vyplněna karbonským spodním šedým souvrstvím, jehož podloží tvoří proterozoické fylity. Stametrové karbonské hrubozrnné arkózové pískovce a nad nimi ležící relikty svrchněkřídových hornin byly původně významnou nádrží podzemní vody, kterou postupně odvodnila hornická činnost, takže potok, který protékal lánskými rybníky, vyschl. V roce 1997 byl pod vedením hydrogeologa Petra Čížka vyhlouben k napouštění obecního rybníka 160 m hluboký vrt HV1, umístěný do osy lokální karbonské synklinály, který pod suchým pískovcovým souvrstvím vstoupil v hloubce 115 m do artézské zvodně s výtlakem do hloubky 23 m pod terénem a byl ukončen asi jen několik metrů nad jejím proterozoickým podložím. Vrt HV2 provedený nyní v zámeckém parku, je na rozdíl od něj umístěn do jižního svahu karbonské pánve. Vrstevní sled jeho horní části odpovídá ložiskovým vrtům, které u západní hranice zámeckého parku nalezly proterozoické podloží karbonské pánve hned pod ekvivalentem uhelných slojí, v nadmořské výšce 325 m.n.m. Ta je ve vrtu HV2 v hloubce 95 m, ale vrt tam pod slojemi nalezl namísto podloží pánve jenom vrstvu křemenného písku. Pod ní pokračují od 102 m karbonské hrubozrnné arkózy, které mají dílčí jílovité polohy a v hloubce 116 m nasedají na sloj tvořenou uhelným jílovcem. Pod ním se od hloubky 120 m střídají pískovce s jílovci až k proterozoickému podloží karbonské pánve v hloubce 154,40 m. Proterozoické horniny jsou až do konečné hloubky karotážního měření 180,40 m silně rozpukané a vododajné. Artézská zvodeň jímaná v hloubce 100 až 174 m má výtlak do hloubky 52 m pod terénem.

Nejdůležitějším poznatkem z průzkumného vrtu HV2 je zjištění, že při jižním svahu středočeské pánve existuje využitelný hluboký artézský obzor s vysoce kvalitní podzemní vodou. Její složení (ryzí zemitá voda se střední mineralizací) není typické ani pro karbon, ani pro proterozoikum ze kterého nepochybně pochází. Vrt zastihl pod ekvivalentem radnického souslojí namísto bazální brekcie sedimentaci, která je anomální jak svým litologickým složením, tak i svou mocností (asi 60 m).  Domníváme se, že tu proto nejde o běžnou depresi v předkarbonském reliéfu, ale o významnější tektonickou dispozici, která představuje výraznou drenážní cestu pro podzemní vodu od jihu z Křivoklátských lesů.

Geofyzikální měření

Úkol byl řešen komplexně. Gravimetrií byl na dvou profilech ověřen průběh regionálního tíhového pole, ve kterém dominuje kladná anomálie spilitového tělesa s výchozem asi 1,5 km jižně od zámku. Na S-J profilu jsme zjistili lokální tíhové gradienty jižně od později realizovaného vrtu, které lze spojovat s poklesovou tektonikou.

Metodou VES jsme ověřovali litologické složení pánevní výplně s cílem zachytit eventuelní opěrné odporové nehomogenity, podle jejichž posunů by bylo možné soudit na významnou tektoniku. Nic takového nebylo zjištěno, potvrdila se pouze výrazná převaha pískovců v pánevní sedimentaci.

Jako hlavní metodu pro sledování tektoniky jsme zvolili odporové profilování a to dipólové odporové profilování v equatoriálním uspořádání elektrod (DOP-E), které je díky dvoumužné obsluze levné a získanými výsledky často předčí klasické, ale drahé kombinované profilování. Hloubku průzkumu jsme zvolili malou (kolem 10 m), neboť přímé indikace z hloubek očekávaného zvodnění (přes 100 m) stejně nelze získat. Naše zkušenosti přitom ukazují, že pokud je ověřena výjimečná tektonická dispozice ve výchozu, je při shodě s indikací proutku pravděpodobnost zastižení puklinové zvodně i v hloubkách 50 až 100 m poměrně vysoká.

Druhou pomocnou metodou pro sledování tektoniky byla metoda velmi dlouhých vln. Aplikace ukázala, že v terénu je extrémní přítomnost umělých vodičů (především v zemi), takže metodu jsme nakonec použili právě jen pro jejich eliminaci.

Výsledek interpretace tektoniky metodou DOP-E uvádí interpretační schéma v obr. 1. V obr. 1 je vyznačena poloha vrtu v místě napojení struktur č. 1 a 2. Projev této tektoniky v metodě DOP-E na profilu 82 (nejblíže vrtu HV-2) je na obr. 2. Celkově vyplývá z výsledku mapování tektoniky metodou DOP-E velmi výrazné tektonické porušení zájmového prostoru.

Technické řešení vrtu HV2

Vrt HV 2 byl už od počátku navržen tak, aby jímal artézskou vodu z hloubky 102 až 174 m a znemožnil její únik do osušených pískovců v jejím nadloží. Protože byl vrt hlouben bezjádrově, zachycovaly vrtné osádky v pravidelných intervalech vzorky vynášeného materiálu, aby je mohl geolog použít k operativnímu řízení prací. Kromě toho bylo provedeno troje karotážní měření ke zjištění horninového sledu a podle jeho výsledků byla konstrukce vrtu upravena. Inklinometrická měření ukázala, že vrt je prakticky svislý. V konečné měřené hloubce 180 m činila jeho čelbová odchylka jen 1,33 m k JJV.

Technické řešení vrtu je na obr. 3. Vrt je konstruován jako teleskopický. Jeho horní část má těsnící funkci a bude v ní v hloubce 93 m umístěno ponorné čerpadlo. Z pětimetrového předvrtu šapou o průměru 650 mm byla hloubena bezjádrově airliftem s hustým bentonitovým výplachem vrtnou soupravou Wirth – SK2L. Na počátku  bylo vrtáno průměrem 445 mm, ze kterého bylo v hloubce 94 m uskočeno na průměr 395 mm. Horní část vrtu je zapažena do hloubky 101 m vycentrovanou ocelovou pažnicí o průměru 273 mm. Mezikruží mezi ní a stěnou vrtu je tlakově zacementováno do výšky 26 m nad patu pažnice, nad tím je stabilizační obsyp a svrchní část mezikruží je pak znovu zacementována mezi hloubkou 2 až 6 m, aby se zabránilo průniku povrchové vody do vrtu. 

Spodní část vrtu je jímací a byla vyhloubena až do konečné hloubky 182 m za použití lehkého hlinitého výplachu zeměvrtnou soupravou BA 15, pracující s přímým výplachem. Ze spodku cementového mostu byl odebrán vzorek jádra o průměru 152 mm k posouzení kvality cementu na přechodu do rostlé horniny. Odtud bylo pokračováno bezjádrově rotačním vrtáním průměrem 246 mm. V hloubce 118 m došlo k příchvatu zátěžky na jílovitý infiltrát na SSZ stěně vrtu, ale po jeho chemickém rozložení hexametafosfátem se podařilo přichycené nářadí uvolnit, takže po několikadenním zpoždění   bylo možné v hloubení vrtu pokračovat. Jímací část vrtu je vystrojena „na ztraceno“ můstkovými filtry „bridge slote“ z nerezové oceli AC 168 mm, obsypanými vodárenským štěrčíkem 1,6/4 mm. Filtry mají štěrbinu 1 mm a otevření 9 %. „Ztracená“ AC výstroj přesahuje nahoře do 96 m, tedy asi 5 m do ocelové výstroje horní části vrtu. Aby se zmenšilo nebezpečí galvanické koroze mezi dvěma různorodými kovovými materiály, byl v horní části „ztracené výstroje“ proveden „nulový můstek“ vytvořený navléknutím izolační pažnice PE 200/11,4 mm na plnou pažnici AC. Plná AC pažnice je použita také mezi filtry v hloubce 114 až 120 m, kde slouží k odtěsnění bazální sloje a na spodu vrtu v hloubce 174 až 180 m, kde vytváří kalník. 

Uvedení vrtu do provozu a vyhodnocení odběrových zkoušek

Po instalaci „ztracené“ výstroje vyměnila vrtná četa výplach za vodu a začerpala do vrtu hexametafosfát, aby chemicky rozložil infiltrační kůrku na stěnách vrtu.  Potom zapustila airlift a postupně vzbuzovala přítok podzemní vody do vrtu, aby utáhla obsyp a vrt odpískovala. Před ukončením čerpání airliftem odebral odpovědný řešitel vzorky vody na základní fyzikální a chemický rozbor + zjištění těžkých kovů, aby bylo možné posoudit, jestli je možné vypouštět při čerpací zkoušce vodu do zámeckého rybníka, aniž by to ohrozilo ryby, čekající na podzimní výlov. Před zahájením čerpací zkoušky jsme vrt nechali 5 dní v klidu a během nich se ve vrtu ustálila hladina vody v hloubce 52 m pod terénem. Původně byla projektována čtrnáctidenní čerpací zkouška s následnou třídenní stoupací zkouškou, ale protože vydatnost vrtu byla dobrá a laboratorní rozbory vody slibné, byla čerpací zkouška prodloužena na 21 dní a před jejím ukončením byla odebrána ještě další sada vzorků vody na laboratorní rozbor, aby získané výsledky byly co nejvíce reprezentativní. Jednadvacetidenní čerpací zkouška zjistila, že vrt má provozní vydatnost 2,04 ls-1, při které se hladina podzemní vody ustálila v hloubce 87 m pod terénem. Čerpaná voda měla stálou teplotu 10,4 0C a byla odváděna od vrtu do rybníka vzdáleného asi 200 m blízkou odvodňovací strouhou. Na této přirozené trase činily ztráty mezi výtokem z měrné nádoby a výtokem z betonové trubky do rybníka asi 0,04 ls-1. Z vyhodnocení čerpací a stoupací zkoušky vyplývá pro jímaný artézský obzor :

specifická vydatnost vrtu q = 0,057 ls-1m-1

regionální index průtočnosti Y = 4,76

regionální index propustnosti ZL = 2,94 (pro délku filtrů 66 m)

T = 3,1 · 10-4 m2s-1 pro systém hlavních puklin

k = 4,7 · 10-6 m s-1 pro systém hlavních puklin

Výsledky laboratorních rozborů vzorků vody

Podle ČSN 75 7214 – Surová voda pro úpravu na pitnou vodu, se jedná o vodu kategorie B, která před napojením na rozvod pitné vody vyžaduje jednoduchou úpravu na odstranění mírně zvýšeného množství železa (1,3 mg/l) a manganu (0,15 mg/l). Chemické složení vzorků vody odebíraných při oživování vrtu a při čerpací zkoušce je vyneseno do grafu Durova (viz obr. 4). Jedná se o vodu ryze zemitou (typ Ca,Mg,HCO3) neutrální reakce (pH 7), středně tvrdou až tvrdší (2,50 mmol/l), ve které Heyerova zkouška mramorem nezjistila žádný agresivní kysličník uhličitý. Voda má celkovou mineralizaci asi 430 mg/l s obsahem rozpuštěných látek pod 300 mg/l, extrémně nízký obsah dusičnanů (desetiny mg/l) a neobsahuje ani organické sloučeniny, ani nebezpečné těžké kovy či stopové prvky. Hodnoty radiologických ukazatelů - objemová aktivita radonu 222 a celková objemová aktivita alfa jsou sice o něco vyšší než kolik dovoluje pro dodávané kojenecké a stolní vody vyhláška SÚJB č. 184/1997 Sb., ale o hodně menší než směrné hodnoty pro vody dodávané do veřejných vodovodů.  Jejich hodnoty sice v průběhu čerpání podstatně klesly, ale kvůli krátké době mezi odběry jednotlivých vzorků nelze posoudit jestli jde o přirozené krátkodobé variace, anebo o trvalý trend způsobený čerpáním.

Závěr

Hydrogeologický průzkum splnil svůj účel a umožní zásobování zámku Lány kvalitní podzemní vodou z vlastní studny. Kromě toho dokázal, že stále ještě dokážeme provádět bez zahraniční pomoci i ty nejnáročnější práce, pokud se na nich budou koordinovaně podílet specialisté z různých  českých firem a dokud jim přestárlá technika nepřestane sloužit. Zeměvrtná souprava, která vyhloubila svrchní část vrtu, byla vyrobena v roce 1964 a při cenách vrtných prací, které klesly na počátku devadesátých let a od té doby stagnují, si lze jen těžko představit, že by jí bylo možné nahradit něčím modernějším.

Literatura (výběr):

Bouček B., Kodym O. (1963): Geologie II. ČSAV, Praha.

Endel K., Milič J., Gondek H. (1989): Odvodňování lomů a dolů. SNTL.

Homola V., Klír S. (1975): Hydrogeologie ČSSR III. Academia, Praha.

Rozcestník geolog.cz            Informační web studny.info    

Kontakt info@geolog.cz

Agentura A až Zet® - RNDr. Petr Čížek. A až Zet je ochranná známka zaregistrovaná Úřadem pro ochranu průmyslového vlastnictví. © RNDr. Petr Čížek, RNDr. Josef Matouš. All rights reserved.