Chování krasových pramenů ve Svatém Janu pod Skalou během mimořádných srážkových událostí v květnu a červnu 1995 a nový občasný ponor v údolí Propadlé vody

The response of karstic springs in the Svatý Jan pod Skalou (Bohemian Karst, Czech Republic) to large precipitation events during May-June 1995 and a new periodic ponor in the valley of Propadlé vody

Karel Žák, Renáta Kadlecová, Jaroslav Kadlec, Michal Kolčava

(Český kras 22; str.41—47; Beroun 1996)

 

0. Abstract

The well-known outflow of karstic waters in Svatý Jan pod Skalou represents one of the largest karstic springs in the Bohemian Karst. Starting from November 1, 1994 the spring discharge and temperature were measured. During May and June, 1995, several extraordinary precipitation events (up to 59,1 mm of precipitation during tess than 12 hours) caused local flood of this area. The discharge response (Fig.1) shows that the spring infiltration area comprises a smaller part with a rapid direct karstio-type infiltration (area about 1 sq.km) and a much larger part with slow infiltratíon and slow response.

During the large precipitation event a new periodic ponor (sinking stream in a swallow hole) was discovered in the spring infiltration area. A simple trace tests using NaCl as a tracer showed that the ponor has a direct connection with the outflow in Svatý Jan pod Skalou and enabled rough estimation of total discharge of the karstic system and a calculation of the aquifer volume.

 

1. Úvod

Známý pramen ve Svatém Janu pod Skalou patří k největším stálým krasovým vývěrům v Českém krasu. Navzdory dříve provedeným výzkumným pracem (Skořepa a Včíslová 1973, Včíslová 1980, Chalupa 1984) včetně stopovacích zkoušek, však zůstávají podzemní cesty krasových vod v této oblasti nejasné.

Z krasové vody vyvěrající ve Svatém Janu pod Skalou se sráží pórovitý pramenný vápenec nazývaný též pěnovec. V klimaticky příznivých podmínkách ve druhé polovině holocénu (před zhruba 8000—2500 lety) vznikla u vývěru mohutná kupa pramenných vápenců o mocnosti místy až 13 m. Vrstevní sled, který je dnes ve Svatém Janu odkryt, představuje jeden z nejdůležitějších profilů pro stratigrafii holocénu v České republice (Ložek 1967, Kovanda 1971). Krasový pramen v současné době vystupuje v několika větvích u paty pěnovcové kupy. K ukládání pěnovce nyní vzhledem k umělému zachycení pramene a jeho bezprostřednímu zavedení do toku Kačáku téměř nedochází.

V současné době provádějí studium pramenných vápenců a sledování krasových pramenů pracovníci Českého geologického ústavu a Geologického ústavu AV ČR. Cílem výzkumu je rekonstrukce klimatických změn, ke kterým docházelo během holocénu. Informace o těchto změnách jsou uloženy v jednotlivých vrstvách pěnovce a lze je získat pomocí geochemických (sledování změn obsahu stabilních izotopů uhlíku a kyslíku) a biostratigrafických (malakozoologie) metod. Studium tohoto fosilního klimatického záznamu je doplněno nezbytným sledováním současného krasového pramene. Další menší projekt je zaměřen na sledování vývoje znečištění krasových vod a původ znečišťujících látek, Výzkumné projekty jsou financovány Grantovou agenturou ČR, Mezinárodní agenturou pro atomovou energii ve Vídni (IAEA), Českým geologickým ústavem a Geologickým ústavem AV ČR.

 

2. Svatojanský pramen

Vývěr krasových vod ve Svatém Janu se v pěnovcové kupě dělí do několika větví. Nejvydatnější a hlavní část vývěru nazývaná pramen Ivanka protéká šachticí pod pozemkem bývalé sodovkárny, kde byla krasová vody za první republiky jímána pro výrobu sodové vody. Druhá dílčí část vývěru vystupuje v objektu kostela a je známá pod jménem Ivan. Jeho vydatnost a teplotu dlouhodobě sleduje Český hydrometeorologický ústav na přepadu umístěném pod cestou u jižní strany kostela. Oba hlavní prameny se spojují v zaklenuté štole, která v minulosti sloužila jako náhon pro malou vodní elektrárnu, a z této štoly odtékají společně do toku Kačáku. Zde byl ve druhé polovině roku 1994 vybudován nový měrný profil, který umožňuje přesné měření vydatnosti pramenů Ivanka + Ivan s chybou nepřesahující 1 %. Dalším zachyceným a sledovaným pramenem v areálu kláštera ve Svatém Janu pod Skalou (dnes Vyšší pedagogická škola) je vývěr v kotelně uvnitř objektu, průběžně odčerpávaný do místní kanalizační sítě. Pravidelné sledování pramenů bylo zahájeno na začátku hydrologického roku dne 1.listopadu 1994 s intervalem měření 3,5 dne. V období mimořádných srážkových událostí je interval měření podle potřeby zkracován.

Během sledovaného období od 1.11.1994 do srpna 1995 kolísala vydatnost Ivanky od 10,1 do 23,7 l.s−1. Pramen Ivan měl vydatnost 3,9 až 5,3 l.s−1. V pramenu v kotelně vyvěralo 0,8 až 1,8 l.s−1 vody. Kromě těchto tří sledovaných pramenů vytéká ještě několik menších větví krasového vývěru o vydatnosti okolo jedné až dvou desetin l.s−1 přímo do toku Kačáku. Je pravděpodobné, že určitý podíl vody z vývěru protéká deluviofluviálními sedimenty pod pěnovci do koryta Kačáku. Z šachtice pramene Ivanka vede odběrové potrubí pravděpodobně do sklepů bývalého objektu sodovkárny, kterým také určitý podíl vody odtéká mimo měrný profil. Na základě výsledků stopovací zkoušky dne 15.6.1995 (viz níže) byla odhadnuta celková aktuální vydatnost Svatojanského krasového pramene na nejvýše 39,6 l.s−1 (při průtoku 25 l.s−1 na novém měrném profilu). Ze stopovací zkoušky vyplynulo, že voda, která protéká přes nový měrný profil (při ústí štoly do Kačáku) představuje minimálně 70 % veškeré krasové vody, vyvěrající v prostoru pěnovcové kupy.

Na obrázku 1 jsou shrnuta data měření vydatnosti pramenů, teploty krasové vody a znázorněny jsou velké srážkové události s úhrnem nad 20 mm. Z grafu je patrné, že množství vody vyvěrající v Ivance + Ivanovi neklesá pod 15 l.s−1 ani během delších suchých období bez vydatnějších srážek. Tento jev společně se stálou a poměrně vysokou teplotou pramenů (v rozmezí 11,4 až 11,6 °C) svědčí o tom, že voda pochází z kolektoru s hlubokým oběhem, který vznikl v jz. části holyňsko-hostímské synklinály díky specifické geologické a tektonické situaci. Povodí svatojanského pramene je pravděpodobně značně plošně rozsáhlé a daleko přesahuje plochu klasického geografického povodí, jehož rozsah je zhruba 1 km2 (viz údaje Včíslové 1980 a Skořepy a Včíslové 1973 o specifických podzemních odtocích v této oblasti s průměrem okolo 2,8 l.s−1.km2). Do hydrogeologického povodí je pravděpodobně třeba zahrnout obě křídla synklinální struktury tvořené devonskými a silurskými vápenci a také část území nekrasových srbských vrstev. Plocha území, odkud část srážkových vod infiltruje do kolektoru v jz. části holyňsko-hostímské synklinály, může pak přesahovat i 10 km2.

Zbývá vysvětlit, proč krasová voda vyvěrá právě ve Sv. Janu pod Skalou. Je to s největší pravděpodobností způsobeno tektonickou situací v okolí pramene v kombinaci s morfologií, charakterizovanou zejména hluboce zaříznutým údolím Kačáku. Jihozápadně od Sv. Jana je v devonských vápencích velký směrný zlom (Svoboda a Prantl 1953, Havlíček a kol. 1993). Jeho pokračování k SV předurčilo vznik údolí Propadlé vody a pravděpodobně také vytvoření podzemních cest krasových vod v sz. křídle synklinální struktury. Vertikální pohyby na příčných zlomech mají na svědomí výzdvih malé kry silurských vápenců a hlavně diabasů, které dnes vystupují ve spodní části ostrohu na pravém břehu Kačáku naproti klášteru. Tím byla vytvořena nekrasová bariéra a voda hlubokého oběhu vystupuje podél plochy tohoto směrného zlomu, případně na jeho křížení s příčnými poruchami.

 

3. Reakce vývěrů krasových vod na mimořádné srážkové události v květnu a červnu 1995

Měsíce květen a červen roku 1995 byly srážkově výrazně nadprůměrné. Mimořádná srážková událost se odehrála v noci z 1. na 2.6.1995. Do srážkoměru ČGÚ ve Sv. Janu napršelo během této srážkové události 59,1 mm vody, srážkoměr Výzkumné stanice vinařské v Karlštejně zaznamenal za 1.6.1995 44,1 mm srážek. Průměrný měsíční srážkový úhrn za období 1930—1960 na stanici Karlštejn činí 65 mm (květen), 80 mm (červen) a 88 mm (červenec). Z výčtu úhrnů srážek je patrné, že déšť z 1. na 2.6. představuje více jak 68 % měsíčního úhrnu srážek. Výrazně deštivé byly i dny 13. a 14.5.1995 (obr.1).

 

Obr.1:

Vydatnost a teplota pramenů Ivanka + Ivan v období duben – červenec 1995. Znázorněn je i minimální zjištěný průtok během podzimu 1994, stabilizovaná teplota pramenů během zimy 1994/5 a časová pozice a celkový úhrn největších jednorázových srážkových událostí.

 

 

Krasové systémy s aktivním podzemním tokem obvykle reagují při velkých srážkových událostech nárůstem vydatnosti na několikanásobek průměrného stavu. Ve Sv. Janu je zvýšení vydatnosti pramenů po mimořádných srážkových událostech doprovázeno silným zakalením vody, které nastává brzy po srážkové události (nejpozději do 20 hodin). Po mimořádně deštivé noci z 1. na 2.6. vydatnost pramenů Ivanka a Ivan vzrostla zhruba na dvojnásobek (obr.1), zakalení vody nastalo po méně než 15 hodinách od začátku deště a bylo doprovázeno zřetelným poklesem teploty (teplota srážek byla jen okolo 10 °C). Tyto skutečnosti svědčí o tom, že zvýšení vydatnosti je způsobeno vodou mělkého oběhu z poměrně malého území. Jedná se s největší pravděpodobností pouze o údolí Propadlé vody s přilehlými svahy (geografické povodí), kde je několik drobných závrtů, které fungují jako hltače při silných deštích. Dlouhodobé zvýšení vydatnosti pramenů však souvisí s podzemními vodami hlubokého oběhu, jejichž infiltrační území je podstatně větší a jejichž vliv se projeví teprve po delším čase.

Pro vytvoření hydrologického modelu krasového systému budou velmi důležitá data ze sledování izotopického složení kyslíku ve vyvěrající vodě i srážkách. Izotopické složení kyslíku vody jednotlivých srážkových událostí se liší a během roku má určitý typický chod. Izotopické složení kyslíku (poměr stabilních izotopů 18O/16O) ve srážkách i pramenech je pravidelně sledováno od 1.11.1994.

 

4. Nový občasný ponor v údolí Propadlé vody

Mimořádné srážkové události uvedly do činnosti četné občasné ponory v údolí Propadlé vody. Podstatně se také zvýšil průtok v Bubovickém potoce (odhadem první m3.s−1) a jeho rozbouřené vody erodovaly na stupních Bubovických vodopádů akumulace pramenných vápenců mocné až 40 cm.

Po nezvykle deštivé noci z 1. na 2.června začal po dně údolí Propadlé vody proudit vodní tok. Srážková voda se na nekrasových srbských vrstvách nestačila vsakovat a začaly se vytvářet drobné toky, které stékaly po vápencových svazích ve v. části údolí a ve dně nebo v jeho blízkosti se propadaly do podzemí (obr.2). V uzávěru údolí Propadlé vody se otevřel závrt č. 111, do kterého proudil tok o vydatnosti zhruba 0,5—1,0 l.s−1 a ztrácel se mezi vápencovými bloky.

 

Obr.2:

Lokalizace nového občasného ponoru a jeskyně Arnika v údolí Propadlé vody a situace povrchových toků po mimořádné srážkové události 1.—2.6.1995.

 

 

Objevit v Českém krasu jeskyni s aktivním vodním tokem se nepoštěstí každý den. Proto hned 4.června začaly v závrtu č.111 průzkumné a výkopové práce. Jeskyňka pod závrtem, ve které mizel vodní tok, byla pojmenována Arnika.

V prvních dnech probíhaly práce značným tempem. Brzy byla uvolněna cesta mezi vápencovými bloky do malé dutiny s úzkou puklinou ve dně. Pokračování pod puklinou se otevřelo 9.června. Přes obtížnou úžinu se však podařilo proniknout hlouběji až 17.června. Do jeskyně v té době stále ještě tekl potůček. Pod úžinou je 2 m hluboká vodou tvarovaná propástka oválného průřezu o rozměrech 2×1 m. Pod ní směrem do hloubky pokračuje svislá puklina směru JJV—SSZ se šikmým dnem tvořeným hlinitými sedimenty z povrchu. V hlíně byly nalezeny úlomky nádoby staré zhruba 50 let. Počátkem září byla puklina vyčištěna až na skalní dno. Ve vzdálenosti 3 m od propástky se výška pukliny snižuje na pouhých 15 cm. Šířka v tomto místě je 3 m. Nízká a široká prostora pokračuje šikmo do hloubky po mezivrstevní ploše (obr.3).

V současné době (konec září 1995) je hloubka Arniky 7 m a vzhledem k rozměrům úžiny na konci jeskyně nelze očekávat v nejbližší době žádné ohromující objevy. Denivelace mezi dnem Arniky a vývěry ve Sv. Janu pod Skalou činí 127 m.

Na lokalitě pracují členové 1-05 ČSS Geospeleos ve spolupráci se společností Barbora (Společnost pro zachování důlních a průmyslových památek).

 

Obr.3:

Občasný ponor – jeskyně Arnika.

 

 

5. Stopovací zkouška mezi ponorem Arnika a vývěry Ivanka a Ivan ve Sv. Janu pod Skalou

Vznik nového občasného ponoru v povodí krasového systému protékaného vodami vývěrů Ivanka a Ivan a malý potůček, který se v ponoru propadal, byly bezprostředně využity pro stopovací zkoušku. Vývěr ve Sv. Janu je využíván jako zdroj pitné vody, proto nepřipadalo v úvahu použití radioizotopových stopovačů, jenž vyžaduje složité povolovací řízení a časově náročnou přípravu testu. Jako stopovací látka byl využit chlorid sodný (kuchyňská sůl). Původním záměrem bylo sledovat koncentrace Cl−, který se chová konzervativně, tzn. že nedochází k podstatným sorpcím na jílové minerály a je běžně používán ke stopovacím zkouškám a k určování průtoků v povrchových tocích (viz např. Florkowski 1991). Vzhledem k opožděnému příchodu signálu a velmi vysokému zředění však bylo nutno použít koncentrací Na+. Sodík má ve vodách sledovaného krasového systému nižší koncentraci než chlór (hodnoty přirozeného pozadí jsou zhruba 6 mg.l−1 Na+ a 30 mg.l−1 Cl−) a použitá analytická metoda (AAS) má podstatně menší chybu stanovení než dostupná metoda pro stanovení chlóru (HPLC). U sodíku však může dojít ke ztrátě části stopovače sorpcí na jílové minerály nebo iontovou výměnou za K+.

Test byl proveden ve dnech 14.6. až 16.6.1995. Vydatnost potůčku vtékajícího do ponoru Arnika byla v té době okolo 0,3 l.s−1. Velmi zředěný roztok NaCl byl dávkován do hltače v časovém intervalu 10 minut (od 10:00 do 10:10 dne 14.6.) přítokem 0,3 l.s−1 a poté prudce spláchnut cca 1000 l vody. Sledovány byly tři prameny Ivanka, Ivan a vývěr v kotelně v klášteře. Výsledky testu jsou shrnuty v obr.4.

 

Obr.4:

Výsledky stopovací zkoušky mezi ponorem Arnika a vývěry krasových vod ve Svatém Janu pod Skalou ve dnech 14.—16.6.1995.

 

 

V době testu byla vydatnost Ivanky + Ivana (měřená na novém měrném profilu) 24,5 l.s−1. Signál nastoupil mezi 19 a 20 hodinou od začátku stopovací zkoušky. Vrcholil po 26 hodinách a vyzněl do rozmezí analytické chyby od počáteční hodnoty po 37 hodinách. Odezva na pramenech Ivanka a Ivan byla podobná, odezva na prameni v kotelně byla asi 3× nižší (obr.4).

Za předpokladu konzervativního chování a tedy nulové ztráty stopovače v systému lze spočítat celkovou maximální vydatnost systému Ivanka a Ivan v době trvání testu, tj. včetně těch větví, které vytékají mimo měrné profily. Vzhledem k tomu, že ztráta části stopovače v systému je pravděpodobná, představuje tento výpočet pouze odhad maximálního možného průtoku celého systému. Spočítaná celková maximální možná vydatnost svatojanského vývěru v době realizace testu (podle běžného postupu uváděného např. v práci Florkowského 1991) činí 36,9 l.s−1. Skutečné množství vody protékající podzemním systémem je hodnota mezi touto maximální spočtenou vydatností a průtokem měřeným přímo na měrném profilu (24,5 l.s−1).

Obdobně lze vyčíslit objem částí podzemního systému vyplněných vodou mezi ponorem Arnika a vývěry ve Sv. Janu (přímá vzdálenost mezi oběma místy je 1050 m, denivelace 127 m). Odhad minimálního objemu těchto dutin činí 1680 m3, maximální odhad je pak 2530 m3. Stopovací zkouška jednoznačně prokázala spojení a vzájemnou komunikaci mezi ponorem Arnika a vývěry ve Svatém Janu pod Skalou.

 


Literatura: