Inženýrské sítě – eliminace drenážního efektu

Kanalizace představují antropogenní privilegovanou cestu proudění podzemní vody. Vznik privilegované cesty proudění podzemní vody má zásadní dopad na hydrogeologické poměry v širokém okolí kanalizace.

Úvod

Cílem projektu bude zpracovat vhodný technologický postup budování stokových sítí tak, aby na jedné straně byly splněny technologické požadavky na zásyp výkopu (stabilita, hutnitelnost, únosnost) a na druhé straně byly splněny legislativní a environmentální požadavky, tedy zajistit stabilitu stávajících hydrogeologických poměrů oblasti výstavby kanalizace, což je v souladu s požadavkem na omezování dopadu změny klimatu na krajinu. Cílem výzkumu bude optimalizovat provádění zpětných zásypů tak, aby nedocházelo ke vzniku drenážní funkce výkopu kanalizace.

Představení projektu

Předložený článek reprezentuje projekt TAČR č. TA04021081 s názvem „Zpracování technologického postupu eliminace drenážního efektu kanalizací“. Tento projekt je řešen Vysokým učením technickým v Brně, firmami GEOtest a.s. a AQUA PROCON s.r.o. v rámci programu ALFA Technologické agentury České republiky v letech 2014 až 2017. Činnosti v rámci tohoto projektu:

• návrh těsnících vrstev, volba materiálu;
• návrh laboratorního měření navržených těsnících vrstev;
• výběr lokalit pro měření a testování;
• návrh in-situ měření a systému monitoringu HPV v oblasti kanalizační sítě;
• laboratorní měření těsnících vrstev, vyhodnocení měření;
• instrumentace prvků monitoringu, měření na polygonu, vyhodnocení měření;
• zpracování a testování technologického postupu.

Současný stav poznání

Kanalizace představují antropogenní privilegovanou cestu proudění podzemní vody. Vznik privilegované cesty proudění podzemní vody má zásadní dopad na hydrogeologické poměry v širokém okolí kanalizace. Dojde ke snížení hladiny podzemní vody v horninovém prostředí, které se projeví v blízkých zdrojích podzemní vody (většinou domovních studních viz obr. 1), ale zásadní dopad má na vlhkostní poměry území. Snížení hladiny podzemní vody vede ke změně dosahu kapilární třásně, čímž se sníží dostupnost vody pro vegetaci. Jde vždy o rychlou změnu, takže se vegetace nedokáže přizpůsobit.

Dalším velmi negativním dopadem drenážního efektu budování kanalizací je zrychlení odtoku podzemní vody a vody hypotermického odtoku z dotčeného území. Zrychlení podzemního odtoku vede v období s vysokými srážkovými úhrny k mírnému zvyšování rizika povodní. Podstatně závažnější dopad má zrychlení odtoku podzemní vody pro suché periody, tedy v období hydrologického sucha (extrémního a dlouhodobého nedostatku srážek). V důsledku drenážního efektu kanalizace odtéká podzemní voda (nebo voda hypodermického odtoku) rychleji, a tím se sníží její zásoby na suché období, v kterém jsou podzemní vody jediným zdrojem vody na území České republiky. Při prognóze vývoje klimatu, která předpokládá prodlužování period sucha a zvyšování jejich četnosti, nabývá tento negativní důsledek budování kanalizací na významu. Zrychlení odtoku podzemní vody z krajiny tedy vede v době zvýšených srážek k zvyšování rizika povodní. V době deficitu srážek, v době meteorologického sucha, přispívá drenážní efekt kanalizace k narůstání zemědělského a hydrologického sucha.

Drenáž podzemní vody vede ke změně základových poměrů v důsledku konsolidace horninového prostředí. Při nepravidelném sedání pak dochází k poškození staveb v dosahu snížení hladiny podzemní vody.

Drenážní efekt kanalizace se projevuje v horninovém prostředí jak s průlinovou tak s puklinovou propustností. Ve vysoce propustném prostředí (např. ve štěrcích) se projevuje i efekt zkrácení proudu podzemní vody ve výkopu.

Základní aspekty pro zamezení negativních vlivů realizace stavby na hydrogeologické poměry zájmové oblasti

Aby bylo zamezeno negativním vlivům realizace stavby na hydrogeologické poměry zájmové oblasti je nutné, aby při realizaci výkopových prací byly z hydrogeologického hlediska dodrženy následující aspekty:

• Materiál sekundárně použitý při výkopových pracích – podsyp a obsyp potrubí, event. zásyp, by měl být z hlediska svých hydraulických vlastností (koeficient filtrace) nejblíže přírodnímu prostředí, ve kterém je výkop realizován či by měl mít hodnotu koeficientu filtrace mírně nižší, než okolní horninové prostředí.
• Realizací výkopových prací, resp. použitou zpětnou výplní nesmí dojít ke zvýšení hydraulického gradientu oproti okolnímu horninovému prostředí. Je žádoucí návrat k původnímu stavu prostřednictvím provedení příčných jílovitých či jiných (betonových) přepážek.

• Realizací výkopových prací nesmí dojít k propojení jednotlivých hydrogeologických kolektorů (z hlediska jejich geologické geneze).

Výběr lokality pro měření a testování

Pro realizaci našeho projektu je uvažováno s lokalitami, na kterých se v roce 2015 začíná budovat splašková kanalizace. Konkrétně se jedná o obce Šerkovice a Sentice, nacházející se v okrese Brno-venkov. Ke konci roku 2014 již proběhla předběžná jednání s investorem staveb Svazkem vodovodů a kanalizací Tišnovsko o možnosti realizace našeho projektu TAČR na těchto stavbách. Ze strany investora staveb byla spolupráce přislíbena.

Závěr

Realizace stokových sítí a na ně navazujících čistíren odpadních vod je nezbytnou nutností z hlediska ochrany kvality povrchových vod. V současnosti jsou vlastní kanalizační potrubí prováděna jako těsná a nedochází k únikům odpadní vody do horninového prostředí a z téhož důvodu nevznikají při zvýšení hladiny podzemní vody nad úroveň položení potrubí balastní vody, kdy porušené potrubí odvádí podzemní vodu. Zásadní problém negativních dopadů budování kanalizací na režim podzemních vod ale zůstává. A to proto, že při budování kanalizací jsou vytváření antropogenní privilegované cesty proudění podzemní vody.

Pohyb podzemní vody v horninovém prostředí se neděje v ploše, ale přednostně privilegovanými cestami. Obecně lze uvést, že k pohybu vody dochází v celém zvodněném kolektoru – v závislosti na typu propustnosti horniny tedy v průlinách, puklinách nebo krasových dutinách. Vymezené zóny přednostního pohybu podzemní vody – privilegované cesty – jsou charakterizovány rychlejším prouděním pozemní vody. V sousedícím horninové prostředí saturované zóny pak podzemní voda proudí pomaleji. Stejná situace je i v případě pohybu infiltrované srážkové vody. Nejrychleji se infiltrující voda pohybuje právě privilegovanými cestami, které mohou mít např. i biogenní původ.

V případě kanalizačního výkopu má charakter hydrogeologického kolektoru jednak podsyp potrubí a také vlastní zemina zásypu. Drenážní účinek kanalizačního výkopu bývá v zvodněném horninovém prostředí velmi často zvyšován drenáží, kterou je v rámci stavby odváděna voda z výkopu.

Legislativní oporu pro řešení problematiky zamezení drenážního efektu budovaných kanalizací lze nalézt ve dvou stěžejních zákonech, a to:

• č. 274/2001 Sb. zákon o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu v platném znění;
• č. 254/2001 Sb. zákon o vodách v platném znění.

Pokud se v rámci stavby kanalizace neeliminuje drenážní účinek kanalizačního výkupu, dochází tak k:

• Negativnímu ovlivnění zdrojů podzemní vody;
• Dopadům na vegetaci;
• Negativnímu ovlivnění základových poměrů;
• Zrychlení odtoku podzemní vody z horninového prostředí.

Z těchto důvodů byl podán a přijat projekt TAČR, který se komplexně zabývá uvedenou problematikou. Výstupem projektu bude užitný vzor pro systém utěsnění rýhy pro kanalizační potrubí.

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LOI408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie"podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I".