Studie změny volné hladiny ve zbytkovém jezeru bývalého odkaliště

Historické odkaliště Fučík, kam byl v minulosti plaven popílek z uhelné elektrárny Ledvice, překrývá v současnosti vodní hladina zbytkového jezera o přibližné rozloze 8,5 ha. Plán budoucí rekultivace je převážně hydrický, doplněný o přidruženou krajinářskou rekultivaci.

V souvislosti s touto rekultivací, při které má vzniknout jezero o vodní ploše cca 35 ha, bylo přistoupeno k ročnímu experimentálnímu vypouštění a napouštění soudobého jezera a monitoringu celé oblasti s cílem prozkoumat blíže dopad zamýšleného zvětšení jezera na chod lokality z hydrologického a hydrogeologického hlediska. Experiment je k datu vydání tohoto textu téměř v polovině své zamýšlené délky.

Projekty sanací a rekultivací prostorů bývalých odkališť se pro svůj dopad na krajinotvorbu obvykle těší zájmu nejen obyvatel nejbližších obcí, ale široké veřejnosti obecně. Nejinak je tomu u bývalého odkaliště Fučík, které se nachází v těsném sousedství města Duchcov – možná o to spíše, že se jedná o krajinu ovlivňovanou těžbou a dalšími lidskými zásahy po dobu delší než sto let (obr. 1).

Místní geologické a hydrogeologické poměry jsou i vzhledem k výše zmíněným vlivům lidské činnosti značně složité. Proto bylo rozhodnuto o vytvoření speciální monitorovací sítě nad rámec probíhajícího standardního kontrolního sledování bývalého odkaliště a přilehlých staveb zemních těles z vedlejších energetických produktů.

Monitoring bude zaznamenávat průtoky, hladinu podzemní vody, chemismus, srážkové úhrny a výpar v průběhu pokusného napouštění, respektive vypouštění tak, aby po skončení výzkumného období (v trvání jednoho roku) bylo možné vyhodnotit celkovou vodní bilanci současného zbytkového jezera a určit ztráty vsakem, vyhodnotit chemismus zastižených povrchových a podzemních vod a odvodit vztahy mezi změnami hydrogeologických poměrů oblasti a výškou volné hladiny v jezeře.

Na základě dosažených výstupů právě prováděných prací bude možné upřesnit predikci dopadu celého připravovaného vodohospodářského systému na hydrologické a hydrogeologické fungování širší předmětné lokality (obr. 2).

Charakteristika a historie území

Zájmové území se nachází při západním okraji bývalého vyuhleného lomu Fučík a je situováno mezi obcemi Duchcov a Ledvice.

Duchcovsko spadá dle regionálního geomorfologického členění území do mariánsko-radčické části severočeské hnědouhelné pánve. Vyskytují se zde miocenní sedimenty zastoupené nadložním souvrstvím jílů a písků, souvrstvím uhelných slojí a podložním souvrstvím jílů a písků. Miocenní sedimenty zde končí tzv. vulkanickou sérii, která přesahuje až do oligocénu. Jedná se o tufy, tufity a příkrovy výlevných hornin, převážně čedičového a znělcového typu.

Báňská činnost probíhala v duchcovské oblasti již od 15. století, kdy bylo uhlí těženo na výchozech pro výrobu skalice, kamence. První zprávy o těžbě pro zdroj tepla jsou z druhé poloviny 18. století.
Důl Julius Fučík byl založen přibližně v roce 1900 jako hlubinný důl pod jménem Aspern.

Povrchové dolování začalo v roce 1907. O 11 let později byl důl přejmenován na důl Konkordia a v roce 1947 na důl Julius Fučík. Mocnost nadloží se pohybovala v průměru mezi 55 a 60 m, jihozápadním směrem dosahovala až 70 m. Průměrná mocnost kvalitní jednotné sloje činila zhruba 21 m (obr. 3).

Hranice lomu Fučík kopírovala do roku 1965 původní silnici Hostomice – Duchcov. Lom se generelně rozvíjel severozápadním směrem, ale po jistou dobu postupoval i jihozápadním směrem až k demarkaci s bílinským lomem Emerán.

Později mohl postupovat již jen západním směrem do drážního pilíře původní trati ČSD Duchcov–Most, který byl uvolněn k těžbě až po přeložce trati Duchcov–Bílina–Most po roce 1968. V závěrečné fázi těžby i skrývky v letech 1969 až 1977 postoupil lom Fučík na demarkaci dobývaného pole Pokrok. V roce 1974 byla ukončena těžba skrývky a v roce 1977 i těžba uhlí.

Zbytková jáma byla dále využívána jako výsypný prostor sousedního povrchového lomu Velkolom Maxim Gorkij (dnes důl Bílina). Vnitřní výsypka zde byla budována přibližně do roku 1977. Hráz odkaliště byla nasypána v letech 1978 až 1980, v současné době slouží toto výsypkové těleso jako základní hráz bývalého odkaliště.

Vyvýšený povrch výsypkového tělesa vytvořil hřbet mezi severním svahem jámy a prostorem následně provozovaného odkaliště. V prostoru u paty severního svahu bývalého dolu tak vznikla protáhlá deprese, která byla v rámci příprav pro stavbu těles tzv. „koridorů“ (místní název pro rekultivaci zájmové oblasti ukládáním vedlejších energetických produktů – VEP) vyplněna plaveným popelem.

Prostor odkaliště Fučík je na severu a severovýchodě ohraničen stávajícími závěrnými svahy vedoucími až k městu Duchcov. Na jihu byla v roce 1976 báňským způsobem zřízena dělicí hráz A (tzv. základní hráz) s kótou koruny na úrovni 200 m n. m. Od kóty 185 m n. m. byl návodní líc hráze opatřen foliovým těsněním.

Na východě a severovýchodě bylo odkaliště Fučík ohrazeno uzavírací hrází C, rostlým terénem a tělesem potrubní trasy. Plavení do zájmové oblasti bylo zahájeno v roce 1981. V době největšího provozu odkaliště se sem ročně ukládalo 650 až 700 tis. tun VEP.

Od roku 1983 byly z potrubí na hrázi A plaveny také uhelné kaly z úpravny uhlí dolu Bílina. Plavení bylo ukončeno v roce 1996. Podle odhadu elektrárny Ledvice bylo do té doby uloženo 678 tis. tun uhelných kalů, které pravděpodobně vytvořily při základní hrázi polohu, jejíž podstatná část byla promísena s plaveným popelem.

V zájmové oblasti na severu a severovýchodě bylo odkaliště v roce 1992 zmenšeno vybudováním hráze potrubní trasy B, situované na elevaci povrchu vnitřní výsypky, s úpravou popelové pláně vně zmenšeného odkaliště (překrytí povrchu výsypkovou zeminou proti prášení). Koruna hráze byla na kótě 190 m n. m.

Prostor mezi severním svahem zbytkové jámy a hrází B byl po výstavbě odsíření elektrárny Ledvice využit pro vybudování zemního tělesa koridoru ze stabilizátu. Následně bylo zahájeno ukládání stabilizátu z elektrárny Ledvice na povrch doplaveného popílku opatřeného geotextilií.

V roce 1998 bylo rozhodnuto o hydraulické dopravě systémem GEHO, která probíhala až do poloviny roku 2019. Celkem byla vybudována čtyři tělesa označená jako Koridor I, II, III a IV, přičemž tato tělesa jsou již zrekultivována (překryta geotextilií a ornicí se zatravněním).

Před zahájením ukládání VEP byla v zájmovém prostoru provedena drenážní opatření. Před výstavbou koridorů I a II byla odvodněna pata severního svahu bývalého lomu Fučík. Odvodňovací systémy jsou zaústěny do jímací šachty, odtud jsou drenážní vody odvedeny gravitačně svodným drénem do bývalého odkaliště Fučík. Do tohoto drénu jsou zaústěny drenážní větve odvodnění podloží Koridoru III (plošně vytvořena distanční vrstva strusky).

Také stavba Koridoru IV byla vybavena drenážním systémem. Vnitřní drenážní systém v tělese koridorů byl postupně budován společně se zvyšovacími hrázkami.

Z hlediska vodotečí lokality je zapotřebí zmínit přeložku Oseckého potoka, která může tvořit jeden z významných zdrojů vody pro navrhované jezero. Přeložka obtéká jezero ze západní strany a v půlce své obtokové trasy se větví na rameno směřující do Ledvického potoka a na rameno směřující do jezera Fučík.

Oddělení je vybaveno rozdělovacím ovladatelným objektem, pomocí kterého lze regulovat množství vod směřujících do jednotlivých ramen.

Experiment

Cílem experimentu je zjistit závislost mezi odezvou hydrogeologického systému a zvyšováním, respektive snižováním úrovně vodní hladiny v jezeře. V případě nárůstu hladiny lze vysledované trendy extrapolovat až na zvyšování na plánovanou provozní hladinu budoucího zvětšeného jezera a s jistou mírou pravděpodobnosti predikovat budoucí chování oblasti.

Za běžného provozu je hladina vody v přítomném vodním díle udržována kolem výšky 190 m n. m., budoucí jezero má plánovanou provozní hladinu ve výšce 197 m n. m. Hlavní časový úsek výzkumu je věnován stoupání hladiny. Nicméně, vzhledem k současnému umístění provozních staveb (například čerpací stanice), není při pokusném zvyšování možné překročit kótu 192,5 m n. m.

Nynější část experimentu se naopak snaží udržovat pomocí čerpání hladinu co nejvíce zakleslou. Rozdělovací objekt přeložky pouští vodu pouze obtokovou cestou do Ledvického potoka, šoupě na rameni směřujícím do jezera je zcela uzavřeno. Zároveň je spouštěno co nejčastěji přečerpávání vod z jezera do Ledvického potoka.

Smyslem tohoto počínání je odhalit a měřit co nejvíce přítoků z drénů, které jsou za obvyklé hladiny (a tedy i za hladiny vyšší) pod úrovní vodní hladiny v jezeře. Určení přítoků je zásadní z hlediska budoucího sestavení vodohospodářské bilance. Limitací pro zaklesávání hladiny je umístění čerpadel pod pontonem a nevhodnost jejich dosedávání do dnových vrstev (obr. 4).

Monitorovací systém

Speciální monitorovací síť se sestává z hydrogeologických vrtů, srážkoměru, výparoměru, měřidel tlaku vody, průtokoměrů a je doplněna periodickým odběrem vzorků vod pro rozbor chemismu.

Celkem 27 ze 49 hydrogeologických sond je osazeno měřičem pórového tlaku a stanicí pro automatický bezdrátový přenos dat. Odečet se u těchto vrtů provádí jedenkrát denně a stejně často se i odesílají data. Hladina podzemní vody u ostatních sond je měřena ručně jednou měsíčně.

Záznam hydrologických údajů zajišťuje „stanice Jezero“, která se skládá z člunkového srážkoměru, stacionárního výparoměru (vybaveného automatickým udržováním konstantní úrovně hladiny vody ve výparoměrném zařízení) a měřidla tlaku vody uloženého na dně jezera, které zaznamenává aktuální výšku hladiny. Výšky hladiny jsou redundantně denně odečítány z limnigrafické latě.

Měřidla tlaku vody jsou osazena ve čtyřech šachtách drenážního systému staveb koridorů a jsou vybavena automatickým bezdrátovým odesíláním dat, stejně jako průtokoměry. Na lokalitě jsou instalovány čtyři průtokoměry.

V korytě obtokového ramena přeložky Oseckého potoka je instalován ostrohranný měrný přeliv s lichoběžníkovým otvorem. Ve druhém rameni přeložky, která vede z rozdělovacího objektu do jezera, je osazen výtok ze zatrubněné části přelivem s trojúhelníkovým otvorem (obr. 5).

Dále jsou osazeny měrnými žlaby dva výtoky z drenážního systému do jezera. V rámci monitoringu jsou každý měsíc odebírány vzorky vody pro chemickou analýzu z jedenácti míst. Jedná se o šest vrtů, kde je prováděn dynamický odběr, a pět míst se statickým odběrem.

Statický odběr se provádí přímo z jezera, z výtoku drenážního potrubí, z přeložky Oseckého potoka v místě před rozdělovacím objektem, z přeložky Oseckého potoka před napojením do Ledvického potoka a z Ledvického potoka.

Zhodnocení dosavadního průběhu

Dosavadní záporná změna výšky hladiny vody v jezeře se projevila dle předpokladů nejvíce v hydrogeologických sondách nejblíže k jezeru. Znatelné snížení ale bylo zaznamenáno i v odlehlejších sondách, u kterých doposud panovala pochybnost o propojenosti s vodním dílem.

Průtokoměr osazený na jihozápadním vývodu drenáže zůstává nehledě na srážkové poměry téměř suchý, což poukazuje na zanesení a částečnou nefunkčnost drenážního systému. Průtokoměr osazený na výtoku severozápadního potrubí vykazuje cyklické narůstání a klesání průtoku v průběhu dne, poukazující na dosud netušený antropogenní vliv na průtok tímto potrubím.

Z hlediska chemismu nedochází zatím k žádným anomáliím, v jezeře je sledováno předpokládané zvýšení koncentrací některých vybraných prvků v důsledku úbytku množství vody.

Závěr

Monitoring experimentu probíhá zatím úspěšně, je vyhodnocována první (zaklesávající) část. Monitorovací prvky byly osazeny na vybraná místa a vyjma jednoho případu poškození, které způsobilo krátký výpadek odesílání dat, fungují zcela spolehlivě.

TEXT: Ing. Jan Štícha, Mgr. Petr Černoch,
Ing. Jiří Košťál, Ph.D.
FOTO: INSET s.r.o. (pokud není uvedeno jinak)

Jiří Košťál a Jan Štícha působí ve společnosti INSET s.r.o., Divize Energetika. Petr Černoch pracuje ve společnosti ČEZ Energetické produkty s.r.o., propachtovaná část INSET s.r.o., Divize Energetika.