Tvorba geodynamického modelu vybraného území v oblasti s povrchovou a hlubinnou těžbou ložisek nerostných surovin

Ing. Josef Kalát, CSc., Ing. Stanislav Volf
Báňské projekty Teplice a.s.
Kollárova 11
415 36 Teplice
E – mail: kalat@bpt.cz, volf@bpt.cz

Ing. Lena Halounová, CSc.,

Katedra mapování a kartografie

Fakulta stavební, ČVUT Praha

Thákurova 7

166 29 Praha 6

E – mail: halounov@fsv.cvut.cz

1. Úvod

V roce 2001 Grantová agentura ČR udělila grant číslo 205/01/0982 kolektivu pracovníků z Báňských projektů Teplice a katedry mapování Fakulty stavební ČVUT Praha. Grant nese název Vývoj metodiky sledování změn zemského povrchu v oblastech s intenzivní hlubinnou a povrchovou těžbou ložisek nerostných surovin.

Návrh projektu vycházel ze snahy využít již zpracované podklady z předchozích období. Významným podkladem, který bude použit pro řešení grantu je technická zpráva „Vyhodnocení úložných poměrů hnědouhelné sloje v oblasti dolů Dukla, Barbora, Nelson, 1. máj, Pokrok, Gottwald“ Báňských projektů Teplice, jehož autory jsou Leden T., Růžička J. z května 1963 [1], dále pak Územní plán obce Jeníkov [2] a Územní studie Barbora [3] a projekty rekultivací teplické oblasti. [4]

Cílem projektu je vytvoření geodynamického modelu území v oblasti Severočeské hnědouhelné pánve. V této oblasti probíhala nejprve hlubinná a později i povrchová těžba hnědého uhlí. Podrobná dokumentace o jednotlivých fázích vývoje bude zpracovávána v prostředí geografických informačních systémů a bude vyhodnocena v časových krocích deseti let mezi lety 1945 a současností. Na základě takto určených stavů pak bude vytvořen geodynamický model popisující daný vývoj v oblasti. Projekt je soustředěn na oblast na vybraném mapovém listu č. 02-32-12 měřítka 1 : 10 000 s přesností tohoto měřítka. Projekt bude pilotním projektem pro sledování, vyhodnocení a posouzení celé oblasti Severočeské hnědouhelné pánve, která je místem, kde dochází k řadě nepříznivých geodynamických jevů právě v důsledku rozsáhlé těžební činnosti, např. k sesuvům, poklesům půdy apod.

Účelem projektu je mimo jiné shromáždit a zpracovat různé typy dat z oblasti, kde v minulosti probíhala intenzivní hlubinná i povrchová těžba nerostných surovin. Následující kapitola přináší podrobný přehled dat, která jsou v současné době již vybrána pro tvorbu vlastního modelu. Data se v současné době převádějí do digitální podoby, pokud existovala dosud pouze v analogové formě.

2. Podklady

2.1 Podklady topografické

Mapa Vojenského zeměpisného ústavu v Praze, Praha 1934

Z hlediska historického vývoje byla za nejstarší mapu použita topografická mapa Vojenského zeměpisného ústavu v Praze z roku 1934. Jedná se o mapový list TEPLICE-ŠANOV a MOST v měřítku 1:75000. Mapa zachycuje stav ke dni 22.2.1934. Nevýhodou této mapy je její malé měřítko, na druhou stranu mapa je pro nás mimořádně cenná, protože obsahuje dnes již obtížně dostupné informace o zmizelé krajině.

Tato mapa neobsahovala vrstevnice s přesným označením výškových poměrů, ty zde byly znázorněny pouze šrafováním a bodově zde byly popsány vrcholy významných bodů v oblasti.

Papírová mapa byla barevně skenována s hustotou 150 dpi do formátu TIFF 6.0. Vznikl tak rastrový soubor o velikosti přibližně 42 MB. Tento rastr byl v programu TopoL umístěn a transformován pro použití v programu ARC/INFO. Takovýmto způsobem byl získán soubor HIST1934.TIF, který představuje zhruba území okresů Teplice a Most a zachycuje území na asi 80 mapových listech ZM 1:10000.

Vzhledem k tomu, že zájmové území zvolené pro účely grantu bylo mnohem menší a také pro lepší manipulovatelnost s rastrem, byl v programu TopoL proveden výřez rastru tak, aby nový rastr 1934COUP.TIF obsahoval území na cca 9 mapových listech ZM 1:10000, tj. list 02-32-12 a osm sousedních listů. Vzniklý soubor měl mnohem přijatelnější velikost kolem 3 MB.

Aby transformace rastru byla pokud možno co nejlepší, byla provedena transformace poté ještě jednou a to menšího z obou popisovaných rastrových souborů. Byly přidány další identické body, když pro umístění zdrojových bodů byl použit polohopis báze dat ZABAGED 2, která odpovídá měřítku 1:10000. Výsledky afinní transformace jsou dokumentovány v tabulce č. 1 vzniklé úpravou standardní transformační tabulky programu TopoL. Pro dosažení co nejmenších odchylek ve zvoleném území m.l. 02-32-12 byly použity váhy jednotlivých bodů, kde pro vzdálenější body byly použity menší váhy. Vzniklý rastrový soubor má název 1934TR.TIF.

Č.	Označení místa	Y	X	Odchylka Y	Odchylka X	Váha
1	křižovatka Hudcov	779582.5616	976372.8624	-14.2554	25.7366	1.00
2	kostel Dubí	778138.0260	970967.9070	17.2845	5.1635	0.90
3	křižovatka Mlýny	782485.1150	972654.6780	-17.2987	50.1058	1.00
4	klášter Osek	785656.5500	976928.9090	43.6316	-25.2949	0.90
5	křižovatka Dvojhradí	779755.6980	972499.2780	13.8439	-47.6887	0.90
6	křižovatka Jeníkov	781519.1401	976746.6497	14.7536	-18.3810	1.00
7	kaple Křižanov	783733.8420	973798.4576	-49.5588	19.3160	1.00
8	křížek Hudcov-Řetenice	778971.9420	976564.1230	40.9393	-13.3128	0.90
9	kaplička Štěrbina	778525.2830	979006.8560	-37.7701	47.7153	1.00

Tabulka č. 1. Vybrané vlícovací body pro afinní transformaci ve dvourozměrném prostoru

V roce 2001 byl posledně jmenovaný rastrový soubor použit jako podklad pro vektorizaci několika obecných témat. V prostředí programu TopoL bylo postupně vytvořeno 10 bloků, o kterých se předpokládá, že budou použity k práci na grantu v příštích dvou letech. Blok je organizační jednotkou dat v TopoLu, jež je obdobná pojmu vrstva v ostatních geografických informačních systémech. Má zpravidla topologii v různých kombinacích.

Vznikly následující bloky:

ALTI1934.BLK

CEST1934.BLK

DOLY1934.BLK

LANO1934.BLK

LESY1934.BLK

OBCE1934.BLK

SILN1934.BLK

TOKY1934.BLK

VODY1934.BLK

ZELE1934.BLK.

Blok ALTI1934.BLK představuje údaje o nadmořské výšce obsažené na skenované mapě. Má bodovou topologii, kde ke každému z 18 bodů je připojen atribut udávající nadmořskou výšku.

Blok CEST1934.BLK představuje síť cest v rozsahu m.l. 02-32-12 a jeho nejbližšího okolí, jak byly znázorněny na zmíněné mapě. Blok je zatím bez topologie, linie nemají žádný atribut.

Blok DOLY1934.BLK má bodovou topologii. U většiny z 19 bodů, které tvoří blok, je přiřazeno jméno dolu, jak bylo napsáno na mapě.

Blok LANO1934.BLK je tvořen jedinou linií představující na mapě visutou dráhu mezi železniční tratí a dolem Svornost. Blok je bez topologie.

Blok LESY1934.BLK má polygonovou topologii, kde jednotlivé polygony představují hranice zeleně, tj. lesa nebo křoví, jak jsou zobrazeny na mapě. Polygony jsou bez atributů.

Blok OBCE1934.BLK je tvořen liniemi představujícími hranice lidských sídel nebo skupin budov. Předpokládá se, že blok bude mít polygonovou topologii. K polygonům budou přiřazena jména obcí.

Blok SILN1934.BLK reprezentuje silnice, které se nacházely v daném území v roce 1934. Blok má liniovou topologii. K liniím jsou zatím připojeny jenom systémové atributy vyjadřující číslo a délku linie.

Blok TOKY1934.BLK má liniovou topologii. K liniím představujícím vektorizované potoky je připojen vedle systémových atributů (číslo, délka linie) uživatelský atribut s názvem příslušného potoka zapsaným na použité mapě.

Blok VODY1934.BLK má polygonovou topologii. Každý polygon reprezentující vodní plochu zobrazenou na mapě má vedle systémových atributů (číslo, plocha v ha) i uživatelský atribut NAZEV, kde je ve dvou případech uložen název vodní plochy odvozený ze současných map většího měřítka.

Blok ZELE1934.BLK je tvořen vektorizovanými liniemi představujícími na použité mapě železniční tratě a vlečky. Blok je zatím bez topologie, linie nemají žádný atribut.

Základní mapy v měřítku 1 : 10 000 a Státní mapy odvozené v měřítku 1 : 5000

Další topografickou mapou byla základní mapa v měřítku 1 : 10 000 – mapový list 02-32-12 vydaná roku 1997 se stavem k roku 1996.

Základní vektorizace topografie území bude prováděna na Státních mapách odvozených v měřítku 1 : 5000 – na listech TP 1-6, 1-7, 1-8, 2-6, 2-7, 2-8, 3-6, 3-7, 3-8. Přehled těchto map je v tabulce 2.

Mapa	Kód	Stav k roku	Copyright	Rok vydání mapy
TP 1-6	02-05-16	1991	ČÚGK	1992
TP 1-7	02-05-17	1986	ČÚGK	1987
TP 1-8	02-05-18	1997	ČÚZK	1998
TP 2-6	02-05-26	1992	ČÚZK	1993
TP 2-7	02-05-27	1997	ČÚZK	1998
TP 2-8	02-05-28	1997	ČÚZK	1998
TP 3-6	02-05-36	1997	ČÚZK	1998
TP 3-7	02-05-37	1997	ČÚZK	1998
TP 3-8	02-05-38	1990	ČÚGK	1991

Tabulka č. 2. Přehled použitých map SMO

2.2. Tematické podklady

Technická zpráva z roku 1963

Vstupním podkladem pro všechny dále popisované činnosti při sběru, zpracování a ukládání dat byla technická zpráva "Vyhodnocení úložných poměrů hnědouhelné sloje v oblasti dolů Dukla, Barbora, Nelson, 1. máj, Pokrok, Gottwald" Báňských projektů Teplice, jejímiž autory jsou Ing. T. Leden a Ing. J. Růžička z května roku 1963 [1].

Autoři ve zprávě popisují přípravné a konstrukční práce, použití existujících důlních map a způsob, jakým vytvářeli podélné a příčné konstrukční profily. Výsledkem jejich práce na vyhodnocení morfologie ložiska byly mimo jiné:

· Stratoisohypsy počvy uhelného souvrství (vrstevnice paty)

· Stratoisohypsy stropu uhelného souvrství (vrstevnice hlavy)

· Isopachyty nadloží (isolinie mocnosti nadloží)

· Isopachyty uhelné sloje (isolinie mocnosti sloje)

· Absolutní hloubka počvy sloje pod povrchem

Tyto i další výsledky zakreslili autoři zprávy do souboru účelových map v měřítku 1:5000 s názvem "Vyhodnocení úložných poměrů uhelné sloje III. oblasti (důl 1. máj, Barbora a Dukla)". Mapy měly následující názvy, zachycovaly stav k červnu 1962 a byly součástí zprávy:

· Hlava sloje

· Izolinie mocností štěrku

· Kvalita uhelné sloje

· Mocnost nadloží

· Mocnost sloje

· Pata sloje

· Generalizované vrstevnice paty štěrků

· Situace a dolování

Tyto mapy zobrazují území, které se z převážné části překrývá se zvoleným zájmovým územím odpovídajícím listu základní mapy 02-32-12.

Účelová geologická mapa

Účelová geologická mapa se rozpadá do tří složek – geologická mapa, hydrogeologická mapa a kvartérní pokryv. Zájmové území je zobrazeno na 8 sekcích map SMO 1:5000. (Teplice 1-6, 1-7, 2-6, 2-7, 2-8, 3-6, 3-7 a 3-8, list Teplice 1-8 v souboru není z důvodu absence uhelné sloje).

Byly zvoleny následující třídy:

· Geologie,

· Zlomy,

· Hydrogeologie,

· Toky,

· Kvartér,

· Skály.

Uvedené názvy stručně charakterizují obsah jednotlivých tříd. Třídy geologie a zlomy byly zpracovány z geologické mapy, hydrogeologie a toky z mapy hydrogeologické. Kvartér a skály z mapy kvartérního pokryvu.

K jednotlivým třídám je uveden jejich podrobnější popis, tedy přehled jejich atributů v rámci budovaného datového modelu

Třída GEOLOGIE

Třída obsahuje polygony s plošnou topologií, k nimž se do databáze doplnily níže uvedené atributy:

ATRIBUT HORNINA

ortorula leukokratní rula hybridní pararula jemnozrnná pararula kvarcitická ryolit teplický porfyr žulový čedič tufy nerozlišené bazální křemencový slepenec křemenec, křemitý pískovec, pískovec slín, slínovec, jílovec

rula středně zrnitá ortorula středně zrnitá křemenná žíla podloží uhelné sloje - písčité podloží uhelné sloje - jílovité uhelné souvrství vypálené jíly nadloží sloje písčité nadložní jíly

ATRIBUT PERIODA

krystalinikum

neovulkanity

paleovulkanity

svrchní křída

terciér

Odkrytou geologickou mapu potom bude možno nakreslit dle zastoupení hornin, případně dle atributu perioda (tj. stáří jednotlivých hornin). Takovýto odhad prací byl proveden na základě legendy dané mapy.

Třída KVARTER

V rámci této třídy jsou sestrojeny plochy, k nimž se opět do databáze doplní atributy. Těmito atributy jsou

· Perioda,

· Hornina,

· Navazka,

· Prekryv,

· Valouny,

· Balvany.

Prvé dvě položky jsou znakové s vypsanou „periodou“ (dobou resp. způsobem) uložení kvartérního sedimentu, a hornina, která se v daném místě a čase nachází. Vzhledem k tomu, že řešené území prošlo intenzivní sedimentační a antropogenní činností, jsou doplněny i další atributy - Navážka (0 nebo 1), Překryv (0 nebo 1), Valouny (0 nebo 1) a Balvany (0 nebo 1), které charakterizují – blíže specifikují – zda se na příslušné ploše uskutečnila nějaká antropogenní činnost, nebo zda se v dané kvartérní vrstvě nacházejí valouny nebo balvany (dle specifikace IGR map valouny nad 25 cm – tzv. balvanité štěrky).

ATRIBUT PERIODA

antropogen

deluvium

deluvium-fluvium

eolit

ATRIBUT HORNINA

balvany hlinité náplavy hlinité náplavy+štěrky 3-5 hlinité náplavy+štěrky 5-10 hlíny jílovité hlíny jílovité hlíny+hlíny deluvia jílovité hlíny+štěrky 1-3 jílovité hlíny+štěrky 3-5 jílovité náplavy jílovité náplavy+štěrky 1-3 jílovité náplavy+štěrky 3-5 kamenné moře kvarter odstraněn opuštěné jámy písčité náplavy písčité náplavy+štěrky 1-3

sesuvy spraše spraše+štěrky 1-3 štěrky 1-3 štěrky 1-3+jílovité hlíny štěrky 1-3+jílovité náplavy štěrky 1-3+sutě deluvia štěrky 10-15 štěrky 15-20 štěrky 3-5 štěrky 3-5+jílovité náplavy šterky 5-10 sutě sutě s balvany vnější výsypka vnitřní výsypka výchoz předkvarté

Třída HYDROGEOLOGIE

Zájmové území je zpracováno podle situace hydrogeologické mapy. Do polygonové třídy jsou doplněny dva atributy. Těmi jsou PERIODA a HORNINA, obdobně jako tomu bylo v předchozích případech. Atribut „perioda“ má pouze dvě hodnoty. Hodnota „antropogen“ je uložena tam, kde se prováděla na zemském povrchu lidská činnost spojená především s těžbou. Hodnota „kvarter“ tohoto atributu je uložena tam, kde povrch (kvartérní uloženiny) nebyl lidskou činností narušen. Atribut „hornina“ obsahuje zejména mocnost kvartérní zvodně, případně poznámky, zda se v dané ploše jedná o rekultivaci, případně zda tam nebylo provedeno vyhodnocení nebo zda je kvartérní zvodeň nevyvinuta.

ATRIBUT PERIODA

antropogen

kvarter

ATRIBUT HORNINA

antropogen, rekultivace

nevyhodnoceno

vodní plocha

zvodeň 0-1

zvodeň 1-3

zvodeň 3-5

zvodeň 5-10

zvodeň nevyvinuta

Kromě těchto témat je ještě vytvořena třída SKALY, která obsahuje body, kde na povrch vystupuje krystalinikum (zpravidla). Dalšími třídami modelu jsou ZLOMY a TOKY. Obě třídy mají liniovou topologii. Třída ZLOMY obsahuje zlomy v zájmové oblasti, třída TOKY naznačuje průběh toků. Třída TOKY navíc má jednoduchou polygonovou topologii s obsahem mokřadních ploch. Pro informaci jsou uvedeny i atributy příslušející oběma vrstvám.

Třída ZLOMY

Vrstva s liniovou topologií představuje zlomy nakreslené v odkryté geologické mapě. Z níže uvedených položek jsou podstatné atributy NAZEV, VYSKA-M a ZNALOST.

Field	Field Name	Type	Width
1	CISLO	Numeric	10
2	NAZEV	Character	30
3	VYSKA-M	Numeric	3
4	ZNALOST	Character	20

Tabulka č. 3. Atributy pro třídu zlomy

V zájmovém území se nacházejí následující zlomy: Barborský zlom, Dolingerský zlom, Jeníkovský zlom, Verneřický zlom, Viktorinsko-gizelský zlom, Domaslavický zlom, severni (oldřichovský) zlom, Severní zlom a zlom Lesní Brána.

V položce VYSKA-M je obsažena výšku skoku (tam, kde je v mapě uvedena), položka ZNALOST má pouze dvě hodnoty – „předpokládaný“ a „ověřený“ podle stavu vědomostí o řešeném území v době vzniku mapy (kolem roku 1990).

Třída TOKY

Třída doplní mapu hydrogeologie o stávající a zrušené toky a dále plochy „mokřin a bažin“. Důležitým atributem je TYP_TOKU, který obsahuje následující hodnoty:

ATRIBUT TYP_TOKU

betonová regulace

periodický tok

umělé koryto

vodárenské pásmo

volné břehy

zatrubněný tok

zrušený tok

Na základě tohoto atributu lze vrstvu TOKY kreslit.

2.3. Letecké měřické snímky

V rámci projektu budou použity letecké měřické snímky. Snímky jsou barevné a černobílé – černobílé z let 1968 a 1982 a barevné z roku 1999. Dané území není v současné době těmito snímky zcela pokryto. Systém bude v příštím roce doplněn o další snímky, aby bylo pokrytí úplné. Tyto snímky pocházejí z projektu GA ČR č. 103/97/0669 Modely detekce půdních sesuvů s využitím dat dálkového průzkumu země a jsou součástí zpráv tohoto projektu, např. [4].

2.4. Pozemní snímky

V souvislosti se sběrem dat o studovaném území byly skenovány i staré fotografie zájmového území. Tyto fotografie zachycují stav území asi v šedesátých letech, ale především projevy hlubinného dobývání hnědouhelné sloje. Zejména jsou patrné nespojité deformace – pinky – vzniklé zavalením vyrubaných mělko uložených komor. Projevy nespojitých deformací jsou místy patrné i dnes, zejména při výchozech sloje. V místech, kde se porubní fronty hlubinné těžby přiblížily zástavbě obcí, sloužily (a mnohdy ještě slouží) pinky jako černé skládky komunálního i zahradního odpadu.

Na dalších fotografiích jsou vidět svahové deformace dnes již zavřeného a rekultivovaného lomu Barbora. Jedná se o sesuvy částí svahu ve větší či menší míře. V tomto konkrétním případě (lomu Barbora) jsou sesuvy patrné na dobývací straně především v kvartérních usazeninách, částečně i v jílovitém nadloží sloje. Významný je skluz svahu pod hřbitovní zdí za obcí Košťany. Na výsypkách sesuvy v takových rozsazích zaznamenány nebyly, přitom velké svahové pohyby v SHP jsou známy právě na výsypkách. Je možné, že na větší stabilitu výsypek lomu Barbora měla vliv použitá technologie zakládání i poměrně malá výška sypání.

Spojité deformace povrchu po hlubinném dobývání fotograficky zachyceny nejsou, podobně jako sedání povrchu výsypek dané konsolidací založených nadložních hmot. Předpokládáme, že budou provedeny pochůzky v terénu v prostoru očekávaných spojitých deformací s cílem lokalizovat alespoň některé jejich důsledky.

3. Závěr

První rok projektu byl věnován sběru dat a přípravě datového modelu. Výše uvedená data budou ještě doplněna o topografická data ze Základní mapy v měřítku 1 : 10 000 z předchozích mapování, aby byla vytvořena co nejucelenější časová řada. Geologické podklady se použijí v té šíři, kterou uvádí tento materiál. Zároveň budou pořízeny a skenovány archivní snímky z období, která dosud nejsou k dispozici, případně z míst, která na dostupných snímcích nejsou.

Druhý rok projektu je věnován dokončení sběru dostupných dat, pochůzkám v zájmovém území a zahájení analýz pořízených dat.

Literatura

1. Leden, T., Růžička, J.: Vyhodnocení úložných poměrů hnědouhelné sloje v oblasti dolů Dukla, Barbora, Nelson, 1. máj, Pokrok, Gottwald, Báňské projekty Teplice, 1963

2. Územní plán obce Jeníkov, Báňské projekty Teplice a.s., 2000

3. Územní studie Barbora, Báňské projekty Teplice a.s., 2000

4. Projekty rekultivací teplické oblasti, SD Doly Bílina a.s., 2001

5. Halounová, L., Pravda, L. Modely detekce půdních sesuvů s využitím dat dálkového průzkumu Země a nástrojů GIS, REAT, s.r.o, Praha 1999