Důlní podniky SM regionu ve vztahu k vodohospodářské soustavě v povodí Odry

Povodí Odry

Postavení vodohospodářské soustavy v povodí Odry jakožto subsystému vodohospodářské soustavy v České republice podává obr. 1.1 (viz).

Vodohospodářská soustava v povodí Odry územně zahrnuje jednu z nejprůmyslovějších a nejlidnatějších oblastí České republiky. Její vývoj až do dnešní podoby byl podmíněn historickým vývojem této oblasti, odvíjející se především od jejích uhelných zásob, objevu těchto zásob a jejich exploataci, bez vody zhola nemožné. Značný nárůst obyvatelstva vyžadoval znásobení kapacit dodavatelů pitné vody. Proto patří vodohospodářská soustava v povodí Odry v České republice k nejrozsáhlejším, nejrozvinutějším, ale i nejsložitějším a nejsložitěji udržovatelným, jak ukázaly např. povodně v roce 1997. 

Závažným aspektem, který se dotýká vodohospodářských funkcí této soustavy je extrémní poddolovanost velké části území a značné (přitom nepravidelné v místě i čase) vertikální pohyby zemského povrchu ([26]). Ve výzkumných a vědeckých pracích, na kterých se autor podílel, jsou ukázány oblasti s až třicetimetrovým poklesem v průběhu let 1950 - 1992. Jako příklad je možno uvést dobývací prostor dolu ČSA v oblasti Karviné se známým kostelem, kde deprese dosahuje 35 metrů při současném náklonu přední části kostela s věží.

Z vodohospodářského hlediska je soustava v povodí Odry vodohospodářskou soustavou s nádržemi. Taková soustava se už sama o sobě podstatným způsobem podílí na změně přirozených průtokových režimů a vlastnostech vod. Podle [1] je "míra ovlivnění dána hlavně relativní velikostí a účelem nádrží, hydrologickým režimem průtoků na tocích, na nichž jsou nádrže vybudovány, podmínkami odběru vody, vlastnostmi přitékající vody, vlivem okolí na nádrž a dalšími faktory". V povodí Odry se nádrže budovaly především ke dvěma účelům: jako zdroj průmyslové vody (např. Žermanice), a jako zdroj pitné vody pro oblast Ostravska (např. Kružberk) a Těšínska (např. Morávka). V případech neomezujících tento prvotní účel byly později upraveny i pro účely rekreace, sportu apod. V současné době pro rekreační a jiné využití na vodní plochy rekultivují i rozsáhlé části terénu poškozené důlní činností. Lze říci, že toto dvojí využití nádrží rozkládá vodohospodářský systém v povodí Odry na dva překrývající se subsystémy: první obsahující nádrže Morávka, Šance, Kružberk a Slezská Harta tvoří jeden, ostatní druhý subsystém.

Rozvojem průmyslové, zvláště podpovrchové důlní činnosti hlavně v letech 1950 - 1989 však v regionu nejenom vznikl, ale bohužel se plně integroval do vodohospodářské soustavy se všemi svými negativními dopady třetí typ nádrží, tzv. odkalovací nádrže velkých důlních podniků. Ty dosáhly své největší plošné velikosti koncem osmdesátých let. Přestože podmínky pro jejich výstavbu a provozování byly a jsou velmi přísné, díky obecně známé situaci let minulých mnohé z nich nesplňovaly kriteria ani při zahájení, natož po letech provozu. Do této kategorie lze formálně zařadit i mnohé ze značně rozsáhlých čistíren odpadních vod, provozovaných důlními podniky (nebo naopak: odkalovací nádrže lze chápat jako jeden z typů ČOV).

Specifikem důlní činnosti ve značných hloubkách jsou průsaky podzemních vod. Tyto vody - označované jako důlní vody a obsahující většinou velké koncentrace solí - je nutno odčerpávat. Většinou bez úpravy se pak vypouští do povrchových toků a z hlediska vodohospodářských soustav se tak jeví jako bodové zdroje vod.

Odkalovací nádrže a podnikové ČOV jsou provozovány konkrétními hospodářskými subjekty. Rovněž zdroj důlní vody spadá do katastru konkrétního podniku. To vše spolu s transportními cestami, které je spojují s provozními místy podniků a s místy vypouštění do povrchových toků tvoří celkem kompaktní vodohospodářský subsystém v systému v povodí Odry. Postavení tohoto subsystému v celém systému naprosto není zanedbatelné, a to ze dvou důvodů:

• do tohoto subsystému vstupuje z ostatních prvků systému značné množství vody a okolo 90% tohoto množství se tam opět vrátí;

• výstupy z tohoto subsystému do ostatních prvků systému obsahují enormní množství znečišťujících látek.

Důlní podniky ostravsko - karvinské průmyslové aglomerace

Z důvodů uvedených v závěru předchozího odstavce je zřejmé, že zmíněný subsystém zahrnující podnikové ČOV, odkalovací nádrže a zdroje důlních vod je nejen vhodné, ale i relativně snadné přesně definovat.

Zpracovávaný vodohospodářský subsystém se týká důlních podniků (včetně důlních podniků v útlumu) a podniků s nimi úzce provázanými (dceřinné společnosti, účelové organizace). Jde o následující podniky, z nichž většina má právní subjektivitu (jsou uvedeny rovněž dvouciferné kódy, které používají vodohospodáři těchto podniků); tabulka vyjadřuje stav k 30.6.2000:

Tab. 4.1: Důlní podniky Severní Moravy (převzato z Obchodního rejstříku)

Vodohospodářský subsystém je doplněn dále o tři podniky resp. organizační místa se zřejmým významem:

Tab. 4.2: Doplnění o navazující podniky a organizace

Rozmístění podniků na území Severní Moravy podávají následující orientační mapky (na druhé z nich jsou zakresleny oproti tabulce shora ještě lokality 10 - Heřmanice, 11 - Odra a 12 - Šverma, které organizačně patří dolu Odra, středisku Ostrava, ale jejichž vodní hospodářství tvoří relativně samostatný subsystém):

Obr. 4.1: Lokalizace sledované oblasti na území severní Moravy

Obr. 4.2: Lokalizace důlních podniků ve vztahu k povodí Odry

Je zřejmé, že všechny důlní podniky náleží do vodohospodářského systému v povodí Odry. Vazby mezi jednotlivými podniky vyjadřuje incidenční matice znázorněná následující tabulkou. Podniky, jejichž kódy tvoří záhlaví řádků, jsou zdrojovými místy - dodavatelé vod. Podniky, jejichž kódy tvoří záhlaví sloupců, jsou cílovými místy - odběratelé vod. Je-li v i-tém řádku j-tém sloupci znak X, pak podnik v i-tém řádku je dodavatelem vod do podniku v j-tém sloupci.

Tab. 4.3: Vodohospodářské vazby podniků

Interakce subsystému se systémem

Teoreticky a pouze teoreticky tvoří vodohospodářský subsystém důlních podniků vzhledem k vodohospodářskému systému v povodí Odry souvisle silnou komponentu, tj. uzavřený systém definovatelný pouze svými vstupy a výstupy. Ve skutečnosti vlivem technologického provedení jednotlivých komponent subsystému dochází k interakci s ostatními prvky nadřazeného systému v tolika místech, které mnohonásobně převyšují počet definovaných vstupních a výstupních uzlů subsystému. Navíc dochází k (většinou nežádoucí) interakci s přírodou jako takovou.

Uzlová místa subsystému je možno kategorizovat následovně:

• Vstupní uzly subsystému. Patří sem místa, odkud je do subsystému odebírána voda např. z povrchových toků, přírodních nebo umělých nádrží apod. Evidentní interakce se systémem nemá negativních dopadů kromě (často však značného) úbytku vody v systému. Chování systému i subsystému v tomto uzlu však lze systematicky definovat.

• Vnitřní počáteční uzly subsystému typu studní, zdrojů podzemních vod apod. O chování subsystému platí stejné jako v předchozím.

• Výstupní uzly subsystému. Jde o místa, odkud je voda ze subsystému vypouštěna do ostatních prvků systému. Protože jde často o znečištěnou vody, jsou negativní dopady značné. O chování subsystému však platí stejné jako v předchozím.

• Provozní uzly podniků. Sem se obecně zařadí ta místa, ve kterých podnik svou činností vodu použije a v naprosté většině případů tím změní její kvalitu a (nebo) množství. Chování subsystému v těchto místech lze systematicky definovat jen v některých případech (např. v níže uvedeném příkladu vodního mlýna). Zatímco však míra změny kvality lze určit v mnoha případech relativně přesně nejen teoreticky, ale i prakticky (chemické rozbory všech vstupů a všech výstupů), změna množství je velmi často pouze odhadnutelná. Problémem je zde obtížná (a v kontinuálním případě velmi nákladná) měřitelnost objemů v případech, kdy transportním zařízením není např. uzavřené potrubí, ale kanalizace nebo dokonce v zemi vyhloubená stružka. Pro některé činnosti se dokonce musí použít diferenciálního stanovení objemu na výstupu, protože nelze stanovit objem spotřebovaný při činnosti (např. odpar při chlazení). Uvážíme-li, že v provozních místech jsou dále nejrůznější nekontrolované a nekontrolovatelné úniky kamkoliv mimo provozní místo, je nedeterminovanost chování v těchto uzlech a nepřeberné možnosti převážně škodlivé interakce s okolním prostředím evidentní. Příklady na možnosti nakládání s vodou uvádí následující tabulka:

 

Příklady provozních míst, v nichž:	Změní se množství	Nezmění se množství
Nezmění se kvalita	Chlazení průmyslovými vodami	Řídká zařízení typu vodní mlýn
Zhorší se kvalita	Praní uhlí	Sociální účely (koupání)
Zlepší se kvalita	Velkoplošná čistírna odpadních vod	Úpravna říční vody na užitkovou

Tab. 4.4: Příklady provozních míst

• Průchozí uzly subsystému. Jde o místa, kde se spojuje nebo rozvětvuje transportní technologie (např. podnikové napojení na vodovodní řad podniku Vodovody a Kanalizace, spojení dvou větví podnikové kanalizace a pokračování jako jediný kanalizační sběrač apod. Interakce s okolním systémem není, negativní dopady (pomineme-li poruchu technologie nebo opravitelnou nekvalitní montáž) nejsou, chování subsystému v tomto uzlu je plně Kirchoffovým vztahem pro uzel.

Obdobně, avšak daleko obecněji, lze kategorizovat i transportní cesty, kterými je v rámci subsytému voda vedena mezi jednotlivými uzly:

• Většinou uzavřená, proti ztrátám a interakci s okolím zabezpečená vedení typu potrubí. Interakce není, kvalita se nemění, negativní dopady nejsou, chování subsystému je zde plně definované: objem vstupující do vedení se rovná objemu, který z vedení vystupuje. V odůvodněných případech lze do této kategorie zahrnout i některé otevřené kanalizační sběrače apod. Podmínkou je jejich zabezpečení proti průsakům a to, že eventuální zvětšení objemu např. srážkami je vzhledem k vlastnímu průtoku zanedbatelné.

• Ostatní transportní cesty, které nepatří do předchozí kategorie. Jsou tedy např. otevřená s malým vlastním průtokem, který se znatelně zvětšuje srážkovou činností, nejsou kvalitně vypracované a dochází k průsakům do podloží, mají nepravidelný, často přírodní nebo do půdy vyhloubený profil apod. Interakce bývá častá, nekontrolovatelná, někdy i náhodná, změna objemů (kladná i záporná) je evidentní a obtížně hodnotitelná i prognozovatelná, negativní působení zvláště u odpadních vod značné. Chování subsystému je zde stochastické.

To vše vede k poznání, že modelování dynamického subsystému s vazbami na celý systém s akceptovatelnými statistickými chybami je nesmírně obtížné. Autor této práce si dovoluje tvrdit, že dokonce v současných podmínkách hospodářských, ekonomických i jiných reálně neproveditelné. Lze však uvažovat alespoň o modelu statickém (nebo o modelu pracujícího se statickými časovými snímky), s velmi omezeným okruhem použití oproti systému dynamickému, ale přesto poskytujícím poměrně cenné informace. Právě o sestavení a použití takového modelu se tato práce pokouší.

Rizika znečištění akviferu v povodí Odry

V [14] rozebral autor této práce metody hodnocení rizik znečištění akviferu; jako demonstrační příklad bylo uvedeno hodnocení právě oblasti Ostravska podle následující mapky (celá jihovýchodní čtvrtina oblasti je právě oblast působení důlních podniků); souřadný systém je pracovní, odvozený ze souřadnic JTSK pomocí [5]:

Obr. 4.3: Oblast zkoumaná na hodnocení rizik znečištění akviferu

Předmětem hodnocení bylo riziko zasažení podzemní vody polutanty. Výchozí situaci znázorňuje obr. 4.4:

Obr. 4.4: Úvodní schéma k hodnocení rizik

Popisovaná metoda uvažuje 7 faktorů, které mají logicky vliv na riziko průniku kontaminace až k hladině podzemní vody ([1]): typ půdy, sklon terénu atd. Každému faktoru je přiřazena váha faktoru. Dále: každý element terénu nabývá jisté hodnoty daného faktoru. Všechny možné hodnoty daného faktoru jsou rozděleny do tříd a každé třídě je pak přiřazena váha třídy. Riziko pak vyjadřuje index zranitelnosti zjištěný způsobem dle následujícího obrázku:

Obr. 4.5: K výpočtu indexu zranitelnosti

Významným faktorem působícím na riziko znečištění je hladina podzemní vody. Čím více se  hladina podzemní vody blíží k povrchu terénu, tím více se - při shora popsané interakci vodohospodářského subsystému důlních podniků s okolím - zvětšuje možnost infiltrace vod uniklých ze subsystému do vod podzemních. Pro orientaci ukazuje následující obrázek polohu hladiny podzemní vody na území Ostravska vyjádřené již vahami jednotlivých tříd od 1 do 10; zdrojem byla data použitá s ohledem na [21]:

Obr. 4.6: Hladina podzemní vody v hodnocené oblasti

Rozdělení do tříd a přiřazení vah je přitom dáno tabulkou:

 Tab. 4.5.: Příklad rozdělení do tříd

Po zahrnutí všech sedmi faktorů je mapa rizik zranitelnosti následující:

Obr. 4.7: Výsledné riziko vyjádřené třídami indexu zranitelnosti

Uvedené hodnocení přitom nezahrnuje vlivy popisovaného vodohospodářského subsystému. Je zde uváděno především proto, že - jak je uvedeno v následujících kapitolách - informační systém udržuje hodnoty koncentrací jednotlivých látek v jednotlivých částech vodohospodářského systému, udržuje resp. vypočítává ztráty při transportu vod a bylo by tedy teoreticky možno zahrnout úniky z vodohospodářského subsystému jako další faktor do předloženého systému hodnocení rizik.