Prameny, poklady zemské kůry (1941)
Uvidíme-li někdy horský potok utíkat přes kameny nebo křišťálové tůně pramenů, napadne nás málokdy, jakými podivuhodnými cestami musí voda procházeti, než se ze šedých mraků změní ve vlnky v nějakém romantickém horském údolí. Málokdo si také uvědomí, jak vzácný může být takový pramen, ne sice u nás, ale v zemích, kde život a voda jsou pojmy totožné. Nyní několik slov o tom, jak takový pramen vzniká.
Podmínkou je srážková voda, která vsákla do země a pronikla póry propustných hornin. Nasáklivost hornin je tím větší, čím je hornina pórovitější. Podle provedených zkoušek klesá pórovitost s klesající velikostí zrna. To však neplatí absolutně, neboť horniny s velkou pórovitostí a malinkými póry jsou skoro nepropustné, neboť se v nich uplatňují kapilární síly, na př. jíl, který má pórovitost 50% je zcela nepropustný, kdežto hrubý písek s pórovitostí jen 30% se napije jako houba, neboť jeho póry se snadno zavodní. Má-li však takový písek v sobě droboučkou hlínu, jeho filtrační schopnoust se zmenšuje, neboť drobné částečky hlíny zaplňují póry původního hrubšího materiálu.
Těchto schopností písku se užívá k filtraci znečištěné vody; čím je kalnější, tím jemnějšího písku se užívá. Nečistoty chemické nebo bakteriologické takový filtr neodstraní, to dovede jen filtr přírodní, kterým voda prosakuje na obrovské vzdálenosti a po dlouhou dobu.
Ta část srážkové vody, která vnikla do propustné vrstvy, vsakuje tak dlouho, až narazí na nepropustnou horninu. Tam se zastaví a hromadí se na nepropustné vrstvě až do určité výše, kterou nazýváme hladinou spodní vody! Je-li mezi nepropustnou vrstvou a hladinou spodní vody pórovitá hornina dokonale napjatá - říkáme, že je vrstva zvodnělá nebo vodonosná. V případě, že je vodonosná vrstva nerovná, pak voda zvodnělé vrstvy zatéká do jejich depresí a hladina spodní vody se jen částečně přizpůsobí jejím nerovnostem, jak ukazuje první obrázek.
Do pórů propustné vrstvy, která vychází až na povrch, vsakuje voda, pronikající až na povrch nepropustné vrstvy n. Na spodu zvodnělé vrstvy z hromadí se spodní voda sv, která má hladinu hl. Nepropustná vrstva je nerovná a jejímu nepravidelnému povrchu se poněkud přizpůsobuje i hladina spodní vody. Přes to však nerovnost této vrstvy způsobuje, že studně vyhloubené v místě 1 má více vody, než studna 2.
Všimněme si nyní několika zjevů, velmi důležitých pro zásobování pitnou a užitkovou vodou. Máme velké reservoiry spodní vody, které jsou v úplném klidu, neboť nemají přirozených odtoků. Takovým reservoirem je na př, rovina, která není porušena žádným údolím nebo roklí. Začneme-li zde kopat studnu, dostaneme se brzy propustným pískem, ten začne vlhnouti, až se nakonec voda objeví na dně. V té chvíli stojí voda ve studni na př. 2 m vody. Spustíme-li dostatečně silné čerpadlo, začne při čerpání voda klesat a někdy se studna, po určité době, zcela vyprázdní. Čerpání se zastaví a tu se ve studni objeví voda, která po jisté době znovu stoupne do původní výše. Z doby, potřebné k naplnění studně, můžeme vypočítat přítok vody, na př. v litrech za minutu. Tomuto přítoku říkáme vydatnost studně a to je hodnota velmi důležitá. Je-li na př. vydatnost studně 3 litry za minutu, znamená to, že bychom mohli čerpati vodu nepřetržitě. Jestliže máme čerpadlo výkonnější, musíme po vyčerpání provoz studně zastavit a čekat, až se studně naplní. Potřebujeme-li však pro nějakou výrobu stálý přítok vody 9 litrů za minutu po dobu 8 hodin, nemohla by nám to tato studna poskytnouti přímým čerpáním. Kdybychom však zastavili reservoir a do něho čerpali nepřetržitě 3 litry za minutu, stačila by je jedna studna dodat a vody by se nahromadilo tolik, že by potřebných 9 l/min. mohlo z něho vytékat po dobu 8 hodin.
Co se děje ve zvodnělé vrstvě, když čerpáme silnou pumpou? Voda se stahuje a hladina spodní vody se začne kruhovitě propadat, až se utváří kolem studny nálevkovitý prostor, ve kterém byla voda - deprese hladiy spodní vody, neboli depresní kužel, jak ukazuje obrázek č.II.
Průměr depresního kužele studny (na obrázku) ukazuje také její akční radius, t. j. oblast jejího vlivu na spodní vodu. To je velmi důležité pro případ zakládání dalších studní, neboť je nutné, aby jejich depresní kužele se nekřížily.
Když není nablízku pramen a vodní horizont je na kopanou studnu příliš hluboko, musíme studní vrtat. To ovšem znamená čerpání vody ze značné hloubky a tedy zdražení provozu. Proto hledáme zdroje vody napjaté neboli artéské, která má tu vlastnost, že po navrtání studně voda někdy sama vytéká jako z vodojemu. Napjatá voda vzniká ve vodonosné vrstvě, uložené mezi dvěma vrstvami nepropustnými a sice pod hydrostatickým tlakem. Lehce napjatou vodu dostaneme i v pískovci, který má jílovité vložky vhodně složené, jako na př. na tomto obrázku č. III.
Pískovec, který má jílovité podloží a vystupuje na povrch, obsahuje jílovitou vložku V čočkovitého tvaru. Srážková voda prosauje pískovcem, zadržuje se na podloží, vyplní zcela póry pískovce mezi podložím a jílovou čočkou, přes její okraj přepadá a vytváří tak druhou hladinu spodní vody. Proto je voda v lévé části profilu (mezi čočkou a podložím) pod značným hydrostatickým tlakem. Vrtem 1. byl zastižen nejprve slabý vodní horizont v nadloží jílovité vložky a po provrtání této vložky, t. zv. artéského stropu,vnikl vrt do zvodnělých pískovců, kde byla voda pod tlakem. Stoupla proto nejen na povrch, ale i tryskla do výše. Voda prostě stoupá podle principu spojitých nádob teoreticky až do výše spodní vrstvy vody, prakticky o něco méně. Výšce vody artéského vrtu říkáme piedzomerická niveau a to positivní, leží-li pod povrchem zemským, a negativní, leží-li pod zemí a voda vrtu stoupne k němu. Takový případ je vrt 2, v němž stoupla voda těsně pod povrch, takže lze proto tuto vodu čerpat z malé hloubky. Naproti tomu vrt 3 je ze všech nejhlubší, zastihl vodu nenapjatou ve volné hladině a proto bylo třeba čerpati nákladně a z velké hloubky. Všechny tři studně tohoto obrázku těží vodu z téhož horizontu, ale následkem úložných poměrů a vhodné volby místa vrtání studně teče voda v případě 1. zadarmo sama, v 2. ji čerpají z malé hloubky a v 3. ji čerpají nákladně z velké hloubky. Zakládáme-li tedy významnější studni nebo vrt na vodu, je důležité, abychom uvažovali, jak je voda v zemi uložená.
V tercierních pánvích roviny uherské se setkáváme celkem s trojí podzemní vodou (jak ukazuje obrázek č. IV): nejvýše vodu v říčních náplavech, která není dobrá a často hygienicky závadná, neupotřebitelná a má teplotu blízkou teplotě vzduchu: v létě je teplá a v zimě velmi studená. Dále je prvý artéský horizont s menším přetlakem a druhý horizont s přetlakem větším (vrt 2.). Oba poskytují vodu čistou, hygienicky nezávadnou, chutnou a o teplotě blízké střední roční temperauře kraje, t. j. asi 10- 12°C. Voda vytéká ze studně bez čerpání.
Již z celkového přehledného popisu celé soustavy vodních zdrojů artéských vyplývá, že nejsou nevyčerpatelné, a že se proto má s reservoiry jejich vod šetřiti a hospodárně z nich těžiti. Význam toho zná dobře maďarský a slovenský zákon, který povoluje novou artéskou střechu jen po vyjádření geologického ústavu, že tu není nebezpečí poškození artéské pánve, a že to je požadavek rozumný, uzná každý, kdo si uvědomí podobné případy jako je historie Kalifornie.
Kalifornie má na jihu kotlinu, obklopenou obloukem vysokého pohoří, které ji odděluje od bezútěšných pouští. Uprostřed kotliny leží Los Angeles se 12 městy v okolí, obklopenými zahradami, plnými nádherného ovoce a kvetoucími farmami. A tento nejbohatší kraj Spojených států nemá delších řek, ani kloudných vodních toků a má středních vodních srážek poměrně málo. Zabírá plochu 10.000 km čtverečných, ale z toho nejméně 4.000 km čtverečných je skalnaté, sice romantické, ale neobydlené území. Rozmach kraje nastal náhodným navrtáním výborné artéské vody, která umožňovala překonání pravidelných suchých ročních období. Začal ruch zemědělský, vyrostlo nevyrovnatelné ovocnářství, artéské vody se těžilo více a více, odběr se nekontroloval a studní přibývalo. Již v roce 1890 bylo artéskou vodou zásobováno stále a vytrvale území o rozloze 815 km čtverečných. Na počátku dvacátého století stoupl počet vrtaných studní přes 2.500 a nikdo si neuvědomoval, že nelze ani nejbohatší artéskou pánev rozvrtat jako cedník a beztrestně odebírat neomezené množství vody. Katastrofa se dostavila. Zásob vody ubývalo, hladina vody klesala pod povrch, přetlak se zmenšil, voda se musela čerpat stále z větší a větší hloubky, póry zvodněných vrstev se vyprazdňovaly a nastávalo zabořování artéského stropu.
Studně jedna po druhé vysychaly. Roku 1930 v celém nasáklém kraji dávalo vodu jen 22 studní. Na bohaté obyvatelstvo, které dovedlo celá desetiletí tak plýtvat vodou, padla hrůza. Nastal zoufalý boj: studny byly prohlubovány, dešťová voda zachycována nákladnými jamkami a zaváděna k východům vodonosných pískovců, které byly obnaženy, rozryty a upraveny tak, aby vsakování bylo minimální. Ale srážky nestačily uhradit spotřebu. Vypočetli, že spotřebují v budoucnu1357 milionů m krychlových vody ročně a viděli, že toto množství nemůže poskytnout žádná jiná řeka než Colorado. Ale Colorado je odtud vzdáleno 500 km a odděleno pouští od žíznivé Kalifornie. Zprvu se to pokládalo za nemožné - ale nouze láme železo. Roku 1932 začali provádět obrovský projekt, rozpočtený na 220 milionů dolarů, což v té době bylo 7 miliard korun našich.
Přehrada Parker vzdula řeku Colorado a odtud 550 km dlouhým potrubím se přivádí voda do žíznivé kotliny. Energii k tomu dodá největší elektrárna USA Boulder Dam. Potrubí vyúsťuje do nádrže Cejalco, která má obsah 278 milionů metrů krychlových a leží na východ tak, aby voda se odtud rozváděla gravitačně do celého okolí potrubím 400 km dlouhým. Voda se čerpá do výše 500 m soustavou čerpacích stanic, aby se získal dostatečný tlak pro dopravu vody gravitací na dlouhé trati. Přesto není podnik dosud zaručen. potrubí totiž prochází mezi San Jacinto a San Bernardino, zemětřesné pásmo, známé velkou aktivitou. Užili zde zvláštního pružného potrubí, složeného z krátkých kusů, ale přes to není jisté, zdali jednou tato drahocenná voda nepohrčí plným proudem do rozsedliny, která hravě přetrhne tuto šňůru, na které závisí blahobyt a štěstí lehkomyslné Kalifornie.
Tento příklad nejlépe dokazuje, že vodní zdroje představují statek, s nímž je třeba účelně hospodařit, tak jako s jiným bohatstvím, z něhož žijeme. Hospodaření podzemní vodou znamená využití kvalitních a vydatných zdrojů a ochranu jejich pramenišť člověkem, který tak zasahuje do koloběhu vody na zemi. Zásah člověka do rovnovážného stavu v přírodě je úspěšný jen tehdy, děje-li se v souladu s tendencí přírodních sil, které může lidstvo poněkud usměrniti, ale nemůže přímo proti nim bojovati.