Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Stopovací zkoušky jako účinný nástroj pro odhalení potenciálních zdrojů kontaminace vodárenských objektů

Stopovací zkoušky (indikační či indikátorové zkoušky, využití značkovačů) jsou klíčovou technikou pro určení preferenčních drah proudění a vymezení povodí v krasu. Hojně se používají i pro ověření proudění a určení transportních charakteristik na kontaminovaných lokalitách. Článek takto sleduje a popisuje vybrané lokality.

1. Úvod

Stopovací zkoušky umožňují určit nejen rychlost proudění, ale při změření průtoku systémem i objem mobilní vody mezi objekty a též kolik % stopovače dorazilo do sledovaných objektů, a tedy i kolik stopovače naopak míří neznámým směrem do nesledovaných/neznámých míst. V České republice se dosud obvykle prováděly stopovací zkoušky především s NaCl, zejména ve spojení s vodárenskými objekty. V USA a okolních státech Evropy je přitom již po desítky let nejběžněji používaným stopovačem sodná sůl fluoresceinu (dále Na-fluorescein) a další fluorescentní stopovače, jelikož jejich pozaďové koncentrace v přírodě jsou většinou nulové a moderní fluorimetry umožňují detekci stopovače v koncentracích obvykle v desetinách μg/l, což umožňuje injektáž velmi malého množství stopovače v porovnání s NaCl, hluboko pod viditelností pouhým okem. Na-fluorescein je konzervativní, dobře rozpustný, netoxický. Analýza spočívá buď v přímém měření fluorescence terénními fluorimetry nebo v odběru vzorků a laboratorní analýze na laboratorním fluorimetru.

Obr. 1 Vývoj sebeorganizované sítě kanálů, barva ukazuje poloměr kanálu (upraveno podle Borghi et al., 2016). Fig. 1 Evolution of self-organised network of conduits, colour shows radius of conduit (Borghi et al., 2016 – adapted).
Obr. 1 Vývoj sebeorganizované sítě kanálů, barva ukazuje poloměr kanálu (upraveno podle Borghi et al., 2016).
Fig. 1 Evolution of self-organised network of conduits, colour shows radius of conduit (Borghi et al., 2016 – adapted).

Termín kras obvykle odkazuje na charakteristickou povrchovou morfologii s vysoce rozpustným podložím, ale není žádná široce přijímaná definice, co tvoří krasový (nebo zkrasovělý) kolektor. Definice může být užší nebo širší. Atkinson a Smart (1981) nabízejí užší definici: „Neexistuje žádná obecně přijímaná definice krasového proudění podzemní vody, ale podle našeho názoru by tento pojem měl být omezen na rozpuštěné kanály, ve kterých nastává turbulentní tok.“ Toto kontrastuje s širší definicí od Huntoona (1995): „Kras je geologické prostředí, které obsahuje rozpustné horniny, kde dominuje propustnost spojenými kanály, rozpuštěnými v okolních horninách, které jsou organizovány tak, aby usnadnily oběh tekutin směrem dolů, a kde se propustná struktura vytvořila v důsledku rozpuštění horniny tekutinami.“ V tom případě můžeme definovat krasový kolektor jako kolektor sebeorganizovaný (obr. 1), s vysokou propustností formovaný pozitivní zpětnou vazbou mezi rozpouštěním a průtokem (Worthington a Ford, 2009). Sebeorganizace systému nastává ve chvíli, kdy se v daném systému začínají vyskytovat určité vzory, které se opakují (Ortoleva et al. 1987).

Podle širší definice je většina karbonátových kolektorů krasová, což je důležité kvůli uvědomění si, že voda proudí skrz organizovanou síť kanálů s rychlostí proudění často přesahující 100 m/den (Worthington a Ford, 2009). Karbonáty jsou široce rozšířeny a jsou na ně vázány značné zásoby pitné vody. Předpokládá se, že přibližně pětina lidí na světě je částečně nebo úplně závislá na vodě z karbonátových kolektorů. Je to kvůli jejich rozšíření a také kvůli velké propustnosti v regionálním měřítku (Worthington, 2014), která je způsobena přítomností krasových kanálů. Vznik kanálů se obecně nazývá krasovění (Worthington, 2009). Tvorba sebeorganizovaných kanálů, které vznikly chemickými procesy, odlišují krasové kolektory od kolektorů s puklinovou propustností, kde záleží pouze na tektonickém porušení horniny (Worthington a Ford, 2009).

Karbonáty jsou většinou středně rozpustné a podzemní vody v nich mají koncentraci rozpuštěných pevných látek obvykle ve stovkách mg/l, což z nich činí ideální pitnou vodu (Worthington a Ford, 2009). Proces tvorby rozpuštěných kanálů byl pochopen poměrně nedávno. V 70. letech došlo k zásadnímu průlomu v pochopení kinetiky rozpouštění u vápenců. To odstartovalo studie o vývoji kolektorů za použití empirických, fyzikálních a numerických modelů. Srážková voda napájející karbonátové kolektory obvykle rozpouští 100 až 300 mg/l kalcitu nebo dolomitu. Klíčovou otázkou je, kde toto rozpouštění probíhá. Laboratorní experimenty ukazují, že dochází k strmému poklesu v míře rozpouštění vápence, když se přiblíží nasycení roztoku ke kalcitu, takže rozpouštění probíhá po mnohem delší dobu, než by se dalo odhadnout z intenzity rozpouštění málo nasyceného roztoku. Je to tím, že při nasycení kolem 80 % se mění řád reakce z kinetiky 1. řádu na 4. řád, čímž dojde k výraznému zpomalení intenzity rozpouštění (Morse a Arvidson, 2002). Při rozpouštění kalcitu tak k plnému nasycení prakticky nedochází a je tedy možné rozpouštění podél trhlin hluboko v hornině. Modelování ukazuje, že nárůst průtoku způsobuje zvýšení intenzity rozpouštění, což vede k zvětšování kanálů podél podzemní dráhy proudění. Nakonec je dosaženo „průniku“, což je definováno jako okamžik, kdy se kanál zvětší natolik, aby mohlo dojít k turbulentnímu proudění v celé jeho délce (Worthington a Ford, 2009). Nedarcyovské proudění nastává v kanálech větších než cca 1 cm. Tato hranice je také považována za přechod mezi puklinovým prouděním a krasovým (White, 2002). Po průniku dochází k přínosu méně nasycené vody a tím rychlému zvětšení průměru kanálů, což vede k poklesu hladiny v kanálu a jeho okolí. To způsobuje reorientaci proudění, takže podzemní voda proudí směrem ke kanálu a vytváří se síť přítokových kanálů. Tento proces pokračuje a tvoří se velký počet propojených kanálů. To znamená, že v propustnosti kolektoru začíná dominovat dendritická (stromovitá) sebeorganizovaná síť kanálů vytvářející podobný systém jako povrchové říční toky (Worthington, 2014; obr. 1). Pochopení tohoto mechanismu způsobilo revoluci v chápání rozpouštění v karbonátových kolektorech (Worthington a Ford, 2009).

Karbonátové kolektory se těžko charakterizují, protože voda proudí jak v matrix, tak i v rozpuštěných kanálech. Ale propustnost matrix je obyčejně o mnoho řádů menší než kolektoru jako celku (Worthington, 2014), proto většina vody proudí v rozpuštěných kanálech, kde je rychlé turbulentní proudění (Field a Leij, 2012). Vysoká hydraulická vodivost kanálů v karbonátových kolektorech umožňuje vysoce koncentrovaný průtok s nízkým hydraulickým gradientem. Z toho se dá očekávat, že karbonátové kolektory budou vykazovat (1) rychlý tok podzemní vody (zjištěno ze stopovacích rychlostí), (2) hojný výskyt pramenů, zejména velkých a (3) vysokou četnost biologické kontaminace, včetně střevních mikroorganismů (Worthington a Ford, 2009).

Stopovací zkoušky jsou nejúčinnější nástroje pro určení cest podzemní vody, propojení kanálů a vymezení povodí (Einsiedl et al., 2010). Spočívají v injektování známého množství stopovače do místa, u kterého se předpokládá napojení na podzemní kanály, a poté odběru vzorků vod v místech, kde se předpokládá spojení s místem injektáže (Aquilanti et al., 2016). Stopovací zkoušky jsou používané ve všech hydrologických a hydrogeologických prostředích pro zjištění pohybu vody a kontaminantů, původně však byly vymyšleny pro kras (Goldscheider et al., 2008). Slouží k určení sítě kanálů, kde dochází k rychlému proudění podzemní vody a mohou být prováděny pro určení cest až na vzdálenost několika desítek kilometrů (Worthington, 2014). Poskytují informace o povodí, proudových cestách, době zdržení a průměrné rychlosti. V případě analýzy kvantitativních testů dostaneme z průnikové křivky i informace o disperzi a retardaci (Lauber et al., 2014).

Injektáž by měla spočívat ve zředění stopovače vodou a jeho vylití do ponorného toku. V případě injektáže do závrtu je potřeba zalít stopovač několika metry krychlovými vody pro spláchnutí do podzemí skrz nesaturovanou zónu. Průtok by ale neměl být výrazně ovlivněn, aby nedošlo k aktivaci nezaplavených kanálů (Goldscheider et al., 2008). Stopovač je obvykle odebírán ve vzorcích vody v pramenech (Lauber et al., 2014). Je vhodné odebrat pár vzorků před stopovací zkouškou, abychom určili pozaďové koncentrace stopovače ve vodě. Na začátku by intervaly odebírání měly být krátké a postupem času se mohou prodlužovat (Goldscheider et al., 2008). Použitím automatických odběráků vzorků, kontinuálních terénních filtrových fluorimetrů, fluorimetrů s optickým vláknem a spektrofluorimetrů se nutnost pobytu v terénu minimalizuje (Field, 1999). Moderní fluorimetry dokážou analyzovat až tři barviva najednou. (Goldscheider et al., 2008). Vzorky fluorescenčních barviv jsou odebírány do skleněných lahviček a analyzovány pomocí spektrofluorimetru (Goldscheider et al., 2008).

Nejdůležitějším stopovačem jsou fluorescenční barviva (Goldscheider et al., 2008). Jsou to organické molekuly skládající se z atomů C, H, O a N s alespoň jednou iontovou funkční skupinou (Geyer et al., 2007). Funkční skupiny polárního charakteru zajišťují, že molekula stopovače je v běžných podmínkách ve formě aniontu, což způsobuje nízkou sorpci (Field a Leij, 2014). Za normálních pH podmínek se na kladně nabité vápence nejméně sorbuje sodný fluorescein (sodná sůl fluoresceinu, uranin), takže se dá proto považovat za konzervativní stopovač (Geyer et al., 2007). Fluorescenční barviva absorbují světlo o specifické vlnové délce a emitují světlo o jiné vlnové délce. To vede k velmi nízkým detekčním limitům (Goldscheider et al., 2008). Nejčastěji používané barvivo je sodný fluorescein. Jde o preferovaný stopovač, protože je konzervativní, dobře rozpustný, netoxický a má velmi nízký detekční limit. Další používané fluorescenční stopovače jsou eosin, rhodaminy, sodiumnaphthionate a tinopal CBS-X. Napthionate a tinopal se používají zejména v místech, kde je potřeba omezit zabarvení vody při relativně vysokých použitých koncentracích. Nevýhoda fluorescenčních barviv je, že na světle degradují (Goldscheider et al., 2008). V češtině je tato problematika popsána např. v práci Mareše (2017).

2. Studované lokality

2.1 Bubovice

Obec Bubovice se nachází v Českém krasu 4 km severně od Karlštejna. Prostředí je tvořeno horninami spodního až středního devonu. Ve spodním devonu docházelo k sedimentaci karbonátů, ve středním devonu vlivem variské orogeneze sedimentovaly flyšové horniny. Bubovický potok pramení nad obcí Bubovice v srbském souvrství středního devonu, které je tvořeno prachovci s vložkami pískovců. Pod obcí Bubovice protíná antiklinálu Doutnáče a dostává se do lochkovského souvrství spodního devonu. Toto souvrství je vysoce zkrasovatělé a tvoří hlavní kolektor v Českém krasu (Bruthans a Zeman, 2000). V těchto místech byly správou CHKO v roce 2018 vybudovány tůně a mokřady. Při běžných průtocích, které jsou do 10 l/s, zde dochází ke ztrátě veškeré vody. Pouze po výjimečných srážkových událostech, kdy průtok překračuje i 100 l/s, pokračuje v korytě Bubovického potoka voda až do Berounky (Herza, 2021).

2.2 Chýnov

Obec Chýnov leží 11 km východně od Tábora. Nedaleko obce se nachází Chýnovský kras, což je označení pro čočky krystalických vápenců chýnovsko – ledečského pruhu pestré skupiny moldanubika (Hromas a Bílková, 1998). Krasovějící horninu tvoří 10 m mocná vložka krystalického vápence s obsahem CaCO3 okolo 98 % v asi 100 m mocném tělese amfiboliticko – karbonátových hornin, jejichž okolí tvoří svory a pararuly moldanubika (Cajz, 1987). Zcela zde chybí povrchové krasové jevy. Doposud zmapovaná délka Chýnovské jeskyně překračuje 1400 metrů. Ve spodní části protéká tok o průměrné vydatnosti 5–13 l/s (Bruthans a Krejča, 2016).

3. Metody

Všechny stopovací zkoušky byly prováděny pomocí sodného fluoresceinu (CAS: 518-47-8, CI: 45350; synonymum „uranin“; termín pochází ze žluto-zelené fluorescence připomínající fluorescenci uranového skla). Odebrané vzorky byly analyzovány pomocí laboratorního fluorimetru Perkin-Elmer LS 55. U obou lokalit byly stopovací zkoušky prováděny do vodárenských objektů, tudíž byly zapotřebí souhlasy krajských hygienických stanic. Z důvodu zvláštní ochrany přírody byly získány souhlasy z příslušných agentur, v případě Bubovic od Správy CHKO Český kras a v případě Chýnova od Správy Chýnovských jeskyní a vyjádření vodoprávního úřadu. Aby byly koncentrace fluoresceinu na odběrových místech, především ve vodárenských objektech, drženy blízko detekčního limitu, bylo využito opakovaných injektáží, kdy se množství fluoresceinu zvyšovalo v následných injektážích zhruba o řád. V závislosti na vodních stavech a výsledcích z předchozích injektáží se injektáže opakovaly.

3.1 Bubovice

Pro zjištění spojení ponoru u Bubovic s vývěry bylo provedeno pět injektáží stopovače. První injektáž dne 20. 4. 2021 v 13:10 spočívala v injektování 101 g sodného fluoresceinu těsně pod tůní na Bubovickém potoce pod obcí Bubovice. Celý tok se ztrácel v systému koryt a mokřadů do sedimentů. Hltnost ponoru nešla změřit a byla jen odhadnuta na 2 l/s. Druhá injektáž byla prováděna za vyššího vodního stavu dne 4. 5. 2021 v 20:00, kdy do toku Bubovického potoka pod mokřadem bylo injektováno 97 g. Hltnost ponoru pod mokřadem byla 2,2 l/s. Dne 20. 5. 2021 v 21:14 bylo pod mokřadem injektováno 1000 g sodného fluoresceinu (obr. 2). Hltnost ponoru byla 8,6 l/s. Čtvrtá stopovací zkouška dne 27. 5. 2021 v 21:25 byla provedena pomocí 206 g sodného fluoresceinu opět pod mokřadem. Hltnost ponoru byla 1,9 l/s. Poslední injektáž 510 g do toku pod mokřadem byla provedena 27. 6. 2021 v 6:17. Hltnost ponoru v té době byla 5,6 l/s. Pomocí automatického odběráku s krokem odběru vzorků po 6 hodinách byla vzorkována vodárna v Srbsku (obr. 2). V přibližně denních intervalech byl ručně vzorkován pramen Ivan ve Svatém Janu pod Skalou dobrovolníky z obce. V nepravidelných intervalech byl ručně vzorkován Bubovický potok v místě Bubovických vodopádů, pramen u Kubrychtovy boudy a pramen V Nivě mezi Svatým Janem a Hostimí. Dva vzorky byly odebrány z jeskyně Arnoldka a jeden z jeskyně Čeřinka. Patrony s aktivním uhlím pro kvalitativní stanovení přítomnosti stopovače byly umístěny do Bubovického potoka nad Bubovické vodopády a do Loděnice mezi Svatým Janem a Hostimí.

Obr. 2a První injektáž stopovače do Bubovického potoka. Fig. 2a First tracer release into Bubovice stream.
Obr. 2b Automatický odběrák vzorků ve vodárně Srbsko. Fig. 2b Automatic sampler in Srbsko water supply facility.

Obr. 2 První injektáž stopovače do Bubovického potoka (vlevo). Automatický odběrák vzorků ve vodárně Srbsko (vpravo).
Fig. 2 First tracer release into Bubovice stream (left). Automatic sampler in Srbsko water supply facility (right).

3.2 Chýnov

Pro ověření spojení podzemního toku v Chýnovských jeskyních s pramenem Rutice byly provedeny čtyři injektáže s postupným navyšováním množství injektovaného stopovače. První injektáž dne 7. 12. 2021 byla v množství 30 g, druhá dne 12. 1. 2022 300 g, třetí dne 22. 2. 2022 1 kg a čtvrtá 11. 3. 2022 3 kg fluoresceinu. Pramen Rutice byl vzorkován pomocí automatického odběráku s krokem měření 6 hodin a pomocí terénního fluorimetru GGUN FL24 (Albillia) s krokem měření 10, později 15 minut. Ruční odběry vzorků v nepravidelných intervalech byly prováděny v prameni ve Velmovicích, ve vodovodu v Chýnově, ve vrtu u bývalého hostince Pod Pacovou horou a v potocích v širším okolí.

4. Výsledky a diskuse

4.1 Bubovice

První stopovací zkouška neprokázala spojení s žádným ze sledovaných objektů. Bylo to pravděpodobně zapříčiněno nízkými vodními stavy. Stopovač se velmi rozptýleně vsakoval do náplavů a zbylý byl v mokřadu po dlouhou dobu vystaven intenzivnímu slunečnímu svitu. To vede ke značnému rozpadu (Käss et al., 1998). Skutečné množství stopovače, které se dostalo do podzemí, je tudíž výrazně nižší. Zřejmě jen nepatrná část dosáhla krasového kanálu.

Nepravidelné vzorkování pramene V Nivě po druhé injektáži odhalilo spojení s ponorem, pravidelné vzorkování nebylo možné kvůli povodňovým stavům Kačáku, který bylo nutné brodit. Z tohoto důvodu byl zkrácen interval odběru po třetí a páté injektáži. Třetí injektáž ukazuje, že k prvnímu objevení došlo již před prvním odběrem vzorku, což bylo po 47 hodinách od injektáže (Obr. 3). V této době již dochází k poklesu. Pátá injektáž zachytila celou průnikovou křivku. K prvnímu objevení stopovače dochází po 38 h a vrcholu po 43 hodinách. Maximální rychlost je 90 m/hod a průměrná 78 m/hod. Tento pramen vytéká částečně přímo do koryta Kačáku, tudíž není možné změřit průtok. Ten byl pouze odhadnut na 10–15 l/s. Při tomto průtoku vychází návratnost přibližně 9–13 %. Přímá vzdálenost od ponoru je 2,2 km. Vzhledem k neznámé proudové cestě dochází ke korekci na skutečnou délku proudové trasy, která se v krasu používá × 1,5, což přibližně odpovídá většině zmapovaných jeskyní, kde se prováděly stopovací zkoušky.

Obr. 3 Průniková křivka stopovače v prameni V Nivě. Plné symboly ukazují prokázanou přítomnost stopovače, prázdné vzorky, kde fluorescein je pod mezí detekce. Fig. 3 Breakthrough curve of tracer in V Nivě spring. Full symbols show fluorescein concentration, open symbols samples where fluorescein was below detection limit.
Obr. 3 Průniková křivka stopovače v prameni V Nivě. Plné symboly ukazují prokázanou přítomnost stopovače, prázdné vzorky, kde fluorescein je pod mezí detekce.
Fig. 3 Breakthrough curve of tracer in V Nivě spring. Full symbols show fluorescein concentration, open symbols samples where fluorescein was below detection limit.

Do prameniště ve Svatém Janu pod Skalou (prameny Ivan, Ivanka a V kotelně) dorazil stopovač z druhé až páté injektáže (obr. 4). U těchto čtyř injektáží jsou výsledky velmi podobné, první objevení je po 45 hodinách, což při upravené vzdálenosti 3 km je maximální rychlost 66 m/hod. V případě poslední injektáže byla prvním vzorkem po 48 h již zachycena maximální koncentrace stopovače, tudíž maximální rychlost byla mírně vyšší než u předchozích zkoušek. Vrcholu průniková křivka dosáhne po 68 hodinách. Střední doba zdržení je 118 hod (tab. 1). Celková návratnost prameniště ve Sv. Janu pod Skalou je pouze 5–8 %. Celkově je ve vodě velmi nízká koncentrace stopovače, která je na hranici detekce fluorimetru.

Obr. 4 Průniková křivka stopovače v prameništi ve Svatém Janu pod Skalou. Fig. 4 Breakthrough curve of tracer in springs in Svatý Jan pod Skalou.
Obr. 4 Průniková křivka stopovače v prameništi ve Svatém Janu pod Skalou.
Fig. 4 Breakthrough curve of tracer in springs in Svatý Jan pod Skalou.
Tab. 1 Zjištěné parametry ze stopovací zkoušky Bubovice – údolí Kačáku
Tab. 1 Measured parameters from tracer test Bubovice – Kačák valley
Injektáž5. injektáž4. injektáž
sledovánípramen V Nivěprameniště Sv. Jan
hltnost ponoru (l/s)5,71,9
průtok pramene (l/s) ODHAD10–1525
vzdálenost opravená (× 1,5) (m)33903000
čas prvního objevení (hod)37,745,2
čas max koncentrace (hod)4368,1
střední doba zdržení (hod)104,6117,8
maximální koncentrace (μg/l)17,31,3
maximální rychlost proudění (m/den)21601593,8
střední rychlost proudění (m/den)779611,3
disperzní koeficient (m2/s)1,241,04
podélná disperzivita (m)138147
Pecletovo číslo ()2520
objem zatopené části krasového kanálu (m3)2150–570010600
průměrná plocha zatopeného profilu (m2)0,6–1,73,5
návratnost stopovače9–13 %5 %

Stopovací zkouška vyloučila spojení s vodárnou v Srbsku a také podzemní spojení ponorů Bubovického potoka s vodou objevující se nad Bubovickými vodopády a pramenem u Kubrychtovy boudy. Negativní také byly všechny vzorky z jeskyní Arnoldka a Čeřinka. Potvrdila naopak spojení s pramenem V Nivě a prameny ve Svatém Janu pod Skalou. Mezi místem ponoru a vývěru se nachází hostímsko-holyňská synklinála s okolo 400 m mocnou výplní málo propustného srbského souvrství. Voda zřejmě zkrasovělými vápenci sestupuje do hloubek mnoha set metrů a rychlé proudění ukazuje, že i v těchto hloubkách jsou vyvinuté krasové kanály s rychlým oběhem vody.

4.2 Chýnov

Z prvních tří injektáží stopovač do žádného ze sledovaných objektů nedorazil nebo dorazil v koncentracích nižších než detekční limit přístrojů. Až po čtvrté injektáži došlo k zachycení stopovače, a v druhé polovině března v prameni Rutice (obr. 5). Stopovací zkouška tudíž sice potvrdila spojení toku v Chýnovské jeskyni s pramenem Rutice, ale charakter průnikové křivky je zcela jiný, než jak naznačovaly výsledky zkoušek z 60. let minulého století (Skřivánek 1964; Rybařík 1967), kdy se měl stopovač během několika dní objevit a poměrně rychle vyznít. Nová stopovací zkouška prokázala extrémní ředění stopovače a extrémně dlouhé doby zdržení. Je zřejmé že mezi místem injektáže v Chýnovské jeskyni a pramenem Rutice se nachází extrémně velký zatopený objem, snad prostor vyplněných sedimenty.

Obr. 5 Průniková křivka stopovače a turbidita v prameni Rutice z terénního fluorimetru. Fig. 5 Breakthrough curve of tracer and turbidity in Rutice spring from field fluorimeter.
Obr. 5 Průniková křivka stopovače a turbidita v prameni Rutice z terénního fluorimetru.
Fig. 5 Breakthrough curve of tracer and turbidity in Rutice spring from field fluorimeter.

Závěr

Stopovací zkoušky jsou účinný nástroj pro studium proudění vody v krasových kolektorech, kde je velké riziko kontaminace jímacích objektů pitné vody. Sodný fluorescein je pro tato měření vhodný, neboť se jedná o konzervativní stopovač s velmi nízkým detekčním limitem, který není toxický a neovlivňuje kvalitu vody a je široce využívaný v řadě západních zemí.

Ze stopovací zkoušky na Bubovickém potoce je patrné, že voda neproudí podél údolí směrem k jímacímu objektu vodárny Srbsko, ale skrz hostímsko-holyňskou synklinálu po údolí Kačáku, kde vyvěrá na dvou místech. Jedním je prameniště ve Svatém Janu pod Skalou (prameny Ivan, Ivanka a V kotelně), kam stopovač dorazí za 50 hodin od injektáže, maximální rychlostí 60 m/hod. Návratnost stopovače je 8 %. Druhý vývěr se nachází v pramení V Nivě. Tam stopovač dorazí za 38 hodin maximální rychlostí 87 m/hod. Návratnost se pohybovala kolem 6 %. Zbylý stopovač se zřejmě rozptýlil v sedimentech v oblasti ponorů. Tato stopovací zkouška prokázala rychlé spojení ponorů pod Bubovicemi s prameny ve Svatém Janu pod Skalou, které byly uvažovány jako záložní zdroj pitné vody. Výsledky ovšem ukazují, že tato voda je pro zachycení nevhodná, neboť zde dochází k velmi krátké době zdržení, což představuje značné riziko kontaminace bakteriemi nebo jinými kontaminanty z ČOV pod Bubovicemi.

V Chýnově zkouška prokázala naprosto jinou průnikovou křivku, než z 60 let starých stopovacích zkoušek. Detailnější vyhodnocení bude teprve provedeno.

Stopovací zkoušky fluoresceinem do vodárenských objektů mohou být prováděny bez nutnosti přerušení provozu, neboť koncentrace stopovače v jímané vodě lze postupně zvyšovanými injektážemi udržet na úrovni prvních μg/l, a fluorescein je tak rozložen chlorací/ozonizací vody.

Poděkování

Poděkování patří všem, kteří přispěli k těmto stopovacím zkouškám. Za pomoc s přípravou a povolením zkoušky RNDr. Peterovi Malíkovi CSc., RNDr. K. Žákovi CSc., RNDr. F. Pojerovi a kolegům z SCHKO, J. Gregovské z KHS a Ing. P. Paškové. Za pomoc s odběrem vzorků a dalšími pracemi děkujeme F. Vycpálkovi, M. Kolčavovi, Z. Menglerovi, M. Šedivému, A. Buchtové, E. Šedivé, A. Ševčíkové, I. Pierce, E. Janouškovi, p. Červenkovi a dalším. J. Kukačkovi, I. Zárubovi patří poděkování za zkonstruování automatického odběráku vzorků a Františku Krejčovi za organizaci a odběr vzorků z Chýnova a okolí.

Seznam literatury

  1. Aquilanti L., Clementi F., Nanni T., Palpacelli S., Tazioli A., Vivalda P. M., 2016: DNA and fluorescein tracer tests to study the recharge, groundwater flowpath and hydraulic contact of aquifers in the Umbria-Marche limestone ridge (central Apennines, Italy). Environ Eatth sci 75:626.
  2. Atkinson T. C., Smart P. L., 1981: Artificial tracers in hydrogeology. Survey of British Hydrogeology. London: Royal Society, 173–190.
  3. Borghi A., Renard P., Cornaton F., 2016: Can one identify karst conduit networks geometry and properties from hydraulic and tracer test data? Advances in Water Resources 90, 99–115.
  4. Bruthans J., Zeman O., 2000: Nové poznatky o hydrogeologii Českého krasu. Český kras. Beroun: Muzeum Českého krasu, 25(26), 41–49. ISSN 1211-1643.
  5. Cajz J., 1987: Strukturně geologické poměry Chýnovského krasu. – Československý kras, 122–125. Academia.
  6. Bruthans J., Krejča F., 2016: Poznámky k hydrogeologii a vývoji Chýnovského krasu. Acta speleologica 7, 48–55.
  7. Field M. S., 1999: The QTRACER Program for Tracer-Breakthrough Curve Analysis for Karst and Fractured Rock Aquifers. National Center for Environmental Assessment–Washington Office Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency Washington, DC 20460, EPA/600/R-98/156a.
  8. Field M. S., Leij F. J., 2014: Combined physical and chemical nonequilibrium transport model for solution conduits. Journal of Contaminant Hydrology 157, 37–46.
  9. Herza T., 2021: Hydrologie a hydrogeologie Bubovického potoka. Bakalářská práce, PřF UK, Praha.
  10. Hromas J. A Bílková D., 1998: Jeskyně a krasová území České republiky mapa 1:500 000. – AOPK a Kartografie Praha.
  11. Geyer T., Birk S., Licha T., Liedl R., Sauter M., 2007: Multitracer Test Approach to Characterize Reactive Transport in Karst Aquifers. GROUND WATER 45, No. 1, 36–45.
  12. Goldscheider N., Meiman J., Pronk M., Smart C., 2008: Tracer tests in karst hydrogeology and speleology. International Journal of Speleology, 37 (1), 27–40. Bologna (Italy).
  13. Huntoon R. B., 1995: Is it appropriate to apply porous media groundwater circulation models to karstic aquifers? In Groundwater Models for Resources Analysis and Management, A.I. El-Kadi, Boca Raton, Florida Lewis Publishers, 339–358.
  14. Käss W., Behrens H., Himmelsbach Th., Hötzl H., Hunkeler D., Leibundgut C. H., Moser H., Rossi P., Schultz H. D., Stober I. A Werner A., 1998: Tracer technique in geohydrology. Balkema, Rotterdam, 581 p.
  15. Lauber U., Ufrecht W., Goldscheider N., 2014: Spatially resolved information on karst conduit flow from in-cave dye tracing. Hydrology and Earth System Science 18, 435–445.
  16. Mareš J., 2017: Stopovací zkoušky v krasu s přihlédnutím k novějším výzkumům. Bakalářská práce, PřF UK, Praha.
  17. Morse J. W., Arvidson R. S., 2002: The dissolution kinetics of major sedimentary carbonate minerals. Earth-Science Reviews 58, 51–84.
  18. Ortoleva P., Merino E., Moore C., Chadam J., 1987: Geochemical Self-organization I: Reaction-Transport Feedbacks and Modelling Approach. Americal Journal of Science, 287, Indiana, 979–1007.
  19. Rybařík V., 1971: Závěrečná zpráva úkolu Pacova hora. 50 str. MS-Geoindustria národní podnik Praha, závod Jihlava, P22715.
  20. Skřivánek F., 1964: K stoletému výročí objevu Chýnovské jeskyně. Československý kras 15, 146–149. Praha.
  21. White W. B., 2002: Karst hydrology: recent developments and open questions. Engineering Geology 65, 85–105.
  22. Worthington S. R. H., 2014: Characteristics of channel networks in unconfined carbonate aquifers. Geological Society of America Bulletin 127; no. 5/6, 759–769.
  23. Worthington S. R. H., Ford D. C., 2009: Self-Organized Permeability in Carbonate Aquifers. GROUND WATER 47, no. 3, 326–336.
English Synopsis
Tracer Tests – an Effective Tool for Revealing Potential Sources of Contamination of Water Supply Facilities

Tracer tests (indicative or indicator tests, use of markers) are a key technique for determining preferential flow paths and delineating watersheds in karst. They are also widely used to verify flow and determine transport characteristics at contaminated sites. They consist of injecting a known amount of tracer into a sinkhole or well and taking water samples at the locations where tracer is expected to reappear. Tracer tests make it possible to determine not only the flow velocity, but also the volume of mobile water between objects when discharge is measured, and also how many % of the tracer has arrived at the monitored objects, and thus also how many % of the tracer, on the other hand, is heading to unmonitored/unknown places. In the Czech Republic, tracer tests were so far usually carried out mainly with NaCl, especially in connection with water supply facilities. In the USA and neighboring European countries, the most commonly used tracer for decades has been the sodium salt of fluorescein (hereinafter Na-fluorescein) and other fluorescent tracers, as their background concentrations in nature are mostly zero and modern fluorimeters enable to detect tracer concentrations usually in tenths of μg/l, which allows the injection of a very small amount of tracer compared to NaCl, well below visibility with the naked eye. Na-fluorescein is conservative, well soluble, non-toxic. Analysis consists of either direct measurement of fluorescence with field fluorimeters or sampling and laboratory analysis on a laboratory fluorimeter. A tracer test with Na-fluorescein in 2021 demonstrated the rapid flow of water from the Bubovický stream sink in the Český Kras to the springs in Sv. Jan pod Skalou and the surrounding area, and on the contrary refuted the possibility that the water from the sink is connected with the water supply well in Srbsko. The tracer test with Na-fluorescein carried out in 2022 in the Chýnov cave aimed to more accurately characterize the connection of the underground flow with the spring Rutice – drinking water supply for Chýnov town. A positive statement was obtained from the regional public health authorities to carry out the above-mentioned tracer tests. Tracer tests with Na-fluorescein can now be used in the Czech Republic in the same way as in neighboring countries. In conclusion, it can be stated that tracer tests are an effective tool for monitoring groundwater flow not only in karst environments. They can be used to confirm or disprove the rapid connection of sinks, streams, and other objects with drinking water supplies, thereby targeting measures to prevent the possible contamination.