NAKLÁDÁNÍ S VODAMI na o. z. TÚU Stráž pod Ralskem

NAKLÁDÁNÍ S VODAMI na o. z. TÚU Stráž pod Ralskem

Josef Fait DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, vedoucí referátu hydrogeologie,

Máchova 201, 471 27 Stráž pod Ralskem fait@diamo.cz

Vladimír Ekert DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, hydrogeolog,

Vladimír Wasserbauer DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, hydrogeologie-modelování,

Abstrakt

Zpracovaný příspěvek předkládá nástin historie, současnou situaci a výhled do roku 2010 v nakládání s vodami na o. z. TÚU Stráž pod Ralskem. Nakládání s vodami má v období sanace stěžejní význam pro zahlazování následků znečištění cenomanského a turonského zvodněného kolektoru po chemické těžbě uranu. Představuje základní článek pro plánování celkové doby sanace a finančních nákladů k dosažení cílových parametrů sanace a tím zamezení rizika ohrožení vodohospodářsky významného turonského kolektoru.

Úvod

Uranová ruda byla těžena na ložisku Hamr (Důl Hamr I), ložisku Břevniště (Důl Křižany) a na ložisku Stráž (Důl chemické těžby). Uranové zrudnění se nachází na bázi zvodněných cenomanských pískovců. Pro těžbu uranu byly zvoleny dvě odlišné metody. Metoda hlubinného dobývání, která vyžaduje osušený dobývací prostor, byla použita na Dole Hamr I (DH I) a Dole Křižany (DK I). Metoda loužení in situ zředěnou kyselinou sírovou, která vyžaduje co nejvyšší hladiny pro větší efektivitu čerpán, byla použita na Dole chemické těžby (DCHT). Tak vznikl hydraulický dipól, kdy na vyluhovacích polích chemické těžby byla hladina cenomanské zvodně více než o 100 m výše než na 2,5 km vzdáleném Dole Hamr I. Z vyluhovacích polí chemické těžby docházelo k únikům kyselých technologických roztoků směrem k centrální depresi na DH I. K omezení průniků kyselých roztoků do Dolu Hamr I byla vybudována hydraulická bariéra Stráž. Vláčením vody do linie vrtů se mezi VP a DH I vytvořilo v cenomanské zvodni tlakové rozvodí. K zachycení uniklých kyselých roztoků v jz. předpolí DH I byl v podloží vyražen systém drenážních překopů s dovrchními vrty zachytávajícími kyselé roztoky. Koexistence dvou odlišných dobývacích metod si vyžádala složité technické a hydraulické zásahy a způsobila velké ovlivnění kvality podzemních vod a životního prostředí.

Textové pole:

Obrázek č. 1: Situační schéma oblasti

Nakládání s důlními a podzemními vodami

Nakládání s vodami v oblasti bývalé hlubinné a chemické těžby uranu v severní části české křídové tabule se datuje od přípravy ložisek Hamr, Stráž a Břevniště k těžbě od poloviny 60-tých a začátku 70-tých let.

Čerpání, vtláčení, čištění a vypouštění vod dosáhlo velkých objemů a ovlivnilo hydraulicky celý strážský blok a hydrochemicky oblast Dolu chemické těžby a blízkého okolí.

Bilance nakládání s důlními a podzemními vodami od roku 1996 do roku 2003

Pro ilustraci vývoje nakládání s důlními a podzemními vodami na o. z. TÚU bylo zvoleno období od roku 1996, kdy byla zahájena likvidace chemické těžby a zahájen zkušební provoz SLKR I. Mezi roky 1996 a 2000 nedošlo k podstatným změnám v nakládání s vodami. Nejvýraznější změny v nakládání s důlními vodami v oblasti nastaly v roce 2001 v souvislosti se zahájením zatápění DH I. Do té doby byla centrální část dolového pole DH I na ploše cca 2,5 km² relativně osušena

Objem čerpaných důlních vod před zahájením zatápění dosahoval ze 4. patra 6 m³.min^-1 a z 5. patra 10 m³.min^-1. Důlní čerpací stanice na 4. a 5. patře byly odstaveny koncem dubna 2001. Na přechodnou dobu bylo v provozu náhradní čerpání pomocí vrtů z povrchu, čerpání neutrálních důlních vod ze 4. patra bylo ukončeno koncem července 2001, čerpání kyselých důlních z 5. patra bylo ukončeno 19.5.2003.

Bilance čerpání, vtláčení, čištění a vypouštění důlních a podzemních vod na o. z. TÚU se provádí z denních dat měsíčně, čtvrtletně, pololetně a ročně formou Odebírkového protokolu o. z. TÚU - Nakládání s vodami.

Tab. č.1: Přehled o nakládání s vodami v roce 1996, 2000 až 2003 [ m³ .min^-1 ]

	rok	1996	2000	2001	2002	2003
Čerpání
Cenoman	NDV, KDV	34,69	27,27	12,37	3,33	1,02
	KCV	19,86	14,76	13,73	13,98	13,86
Turon	NTV	6,07	3,10	3,80	2,45	2,29
	KTV	1,36	0,99	5,00	5,16	5,66
Jiné vody	Odkaliště, odval	1,96	2,37	4,21	6,06	2,17
	Celkem čerpání	63,94	48,49	39,11	30,98	25,00
Vtláčení	VP, HB	40,18	29,98	28,86	26,60	20,76
Čištění	NDS 6, 10, SLKR I, NS P	22,37	18,93	8,52	3,81	3,64
Vypouštění	do vod povrchových	23,86	19,70	8,92	4,08	3,86
Bilance	VP DCHT	-0,13	-0,73	-1,08	-1,14	-1,24
Bilance	cenomanská zvodeň	-14,65	-12,04	2,76	9,29	5,88
Bilance	turonská zvodeň	-7,43	-4,19	-8,80	-7,61	-7,95

NDV	neutrální důlní vody čerpané z Dolu Hamr I a Hamr II
KDV	kyselé důlní vody čerpané z Dolu Hamr I
KCV	čerpané kontaminované podzemní vody z vrtů na VP a v ploše "rozptylu"
"rozptyl"	kontaminované roztoky v cenomanské zvodni kolem vnější kontury VP
NTV	čerpané nekontaminované podzemní vody turonské zvodně
KTV	čerpané kontaminované podzemní vody turonské zvodně v ploše VP
jiné vody	čerpané jiné vody (z odkaliště, z odvalu DH I)
HB	hydraulické bariéry Stráž a Svébořice
NDS 6, 10	neutralizační a dekontaminační stanice
NS P	neutralizační stanice Pustý
SLKR I	stanice likvidace kontaminovaných roztoků
VP DCHT	Vyluhovací pole Dolu chemické těžby

Komentář k tabulce č. 1:

Ø výrazný pokles čerpání důlních vod od roku 2001 souvisí s ukončením čerpání na DH I;

Ø pokles čerpání NTV a nárůst čerpání KTV z turonské zvodně souvisí se zahájením aktivní sanace turonské zvodně na VP v roce 1998 a náhradou KDV za KTV pro vtláčení do HB Stráž;

Ø čerpání vod z odkaliště na centrální dekontaminační stanici bylo ukončeno v červenci 2001, v srpnu bylo zahájeno vtláčení upravené odkalištní vody do DH I (od srpna 2001 do konce roku 2003 bylo přečerpáno a vtlačeno 4 720 828 m³);

Ø výrazně poklesl objem vtláčených vod (hlavně do hydraulických bariér);

Ø čištění důlních vod a vypouštění spolu přímo souvisí, v roce 2001 a 2002 nastalo snížení „skokem“, od roku 2002 se objem vyčištěných a vypuštěných vod stabilizoval;

Ø bilance VP DCHT se stanovuje pouze pro cenomanskou zvodeň v kontuře VP a představuje úbytek kontaminované podzemní vody vyvedené na SLKR I jako destilát a roztoků po sorpci vyčištěných na NDS 6, zhoršujícím faktorem bilance je vtláčení provozní vody z chemických stanic do cenomanské zvodně a sanace KTV vtláčením do VP;

Ø celková bilance pro cenomanskou zvodeň na o. z. TÚU představuje rozdíl mezi vtláčením do zvodně a čerpáním ze zvodně, do roku 2000 má zápornou hodnotu (ve zvodni byl každoročně významný úbytek vody); v roce 2001 se celková bilance „obrátila“ ve prospěch vtláčení (ve zvodni začala přibývat voda);

Ø celková bilance pro turonskou zvodeň odpovídá čerpání z turonské zvodně na o. z. TÚU, nezahrnuje odběry SčVK, z domovních studní a jiné.

Kvalita podzemních vod

Ke změnám v chemizmu podzemních vod cenomanského a turonského kolektoru došlo vlivem chemické těžby uranu v důsledku dlouholetých aplikací chemikálií do cenomanského kolektoru při podzemním loužení. Hranice hydrochemických změn v cenomanské zvodni je na obrázku č. 1 dána izolinií obsahu SO₄^2- v úrovni 80 mg/l pro hranici rozptylu. Podle kvality podzemních vod se rozhoduje o způsobu nakládání.

Tab. č. 2: Orientační složení podzemních vod v roce 2004 ovlivněných chemickou těžbou

parametr	jednotky	VP DCHT	rozptyl	KTV
pH	[ 1 ]	1,60	2,70	4,00
RL	[ g/l ]	60,00	25,00	1,80
SO₄^2-	[ g/l ]	40,00	15,00	1,00
NH₄⁺	[ g/l ]	1,00	0,30	0,02
NO₃^-	[ g/l ]	0,60	0,30	0,02
PO₄^3-	[ g/l ]	0,30	0,10	0,01
Cl^-	[ g/l ]	0,10	0,01	0,01
F^-	[ g/l ]	0,10	0,01	0,01
H₂SO₄	[ g/l ]	9,00	2,00	0,00
Al³⁺	[ g/l ]	5,00	2,00	0,05
Fe celkové	[ g/l ]	1,00	0,50	0,05
Ca²⁺	[ g/l ]	0,25	0,05	0,02
Mg²⁺	[ g/l ]	0,10	0,03	0,01
Mn²⁺	[ g/l ]	0,02	0,01	0,01
Na⁺	[ g/l ]	0,02	0,01	0,01
K⁺	[ g/l ]	0,06	0,03	0,02
U celkový	[ g/l ]	5,00	1,00	0,01
Ra²²⁶	[ Bq/l ]	80,00	20,00	2,00
Zn²⁺	[ g/l ]	0,04	0,02	0,00
Ni²⁺	[ g/l ]	0,02	0,01	0,00

Hydraulická situace ve strážském bloku od roku 2004 do roku 2010

Hydraulická situace se bude měnit hlavně v cenomanském zvodněném kolektoru v celém strážském bloku a v části turonského kolektoru na VP. Bude pokračovat nástup hladiny cenomanské zvodně v prostoru zatápění DH I a v okolí s posunem centra zaplňující se deprese směrem k SV. Po zvýšení podbilance v prostoru VP DCHT se zde bude postupně rozšiřovat nová centrální deprese.

A/ Turonská zvodeň

V turonské zvodni nedojde k podstatným změnám v úrovni hladiny podzemní vody. Dopad sanačního čerpání na změnu hladiny turonské zvodně bude pouze lokální v ploše sanace turonské zvodně na VP, v jednotlivých čerpaných vrtech a jejich bezprostředním okolí.

B/ Cenomanská zvodeň

V průběhu zatápění Dolu Hamr I se postupně změní proudění podzemní vody cenomanské zvodně ve strážském bloku. Nárůst hladiny podzemní vody v oblasti zatápěného Dolu Hamr I umožní postupně snižovat vtláčení do HB Stráž. V roce 2006 může být vtláčení do HB Stráž sníženo na 2,5 m³.min^-1 a do HB Svébořice na 1,0 m³.min^-1.

V ploše VP DCHT bude vliv těchto změn omezen aktivními zásahy v režimech čerpání a nárůstem zpracovaných objemů roztoků provozem sanačních technologií. V prostoru VP se vytvoří nová centrální deprese, která převezme řídící funkci nové hydraulické situace.

V ploše rozptylu bude provozováno čerpání z nových sanačních vrtů jihovýchodně od jižního úseku HB Stráž případně i z vybraných vrtů HB Stráž, které umožní postupné odčerpání části roztoků, které unikly mimo plochu vyluhovacích polí. Objem roztoků ze sanačního čerpání v ploše rozptylu bude kvalitativně vyhovovat zpracování na NDS (obsah SO₄^2- 10 až 20 g/l).

Bilance nakládání s důlními a podzemními vodami v roce 2004, 2007 a 2010

V aktualizaci technického projektu likvidace, který bude zpracován na o. z. TÚU ve 2. pololetí 2004, bude upřesněn postup sanace. Předpoklad nakládání s vodami uvedený v tabulce č. 3 není do té doby závazný a může doznat určité změny.

Tab. č. 3: Předpoklad nakládání s vodami v roce 2004, 2007 a 2010 [ m³. min^-1 ]

	rok	2004	2007	2010
Čerpání
Cenoman	KCV	13,0	13,5	15,0
Turon	NTV	2,1	1,8	1,7
	KTV	6,0	4,9	3,1
jiné vody	Odkaliště, odval	2,3	2,0	1,9
	Celkem čerpání	23,4	22,2	21,2
Vtláčení	HB, VP	17,7	12,0	10,5
Čištění	NDS 6, 10, SLKR I, NS P	4,9	11,9	16,6
Vypouštění	do vod povrchových	5,3	9,8	11,0
Bilance	VP DCHT	-1,6	-3,7	-4,7
Bilance	cenomanská zvodeň	4,7	-1,5	-4,7
Bilance	turonská zvodeň	-8,1	-6,9	-5,0

Komentář k tabulce č. 3:

Ø čerpání kontaminovaných cenomanských vod z VP bude stabilizované, nárůst představuje čerpání z nových sanačních vrtů v ploše rozptylu jv. od jižního úseku HB Stráž od roku 2005, případně z vybraných dalších vrtů v linii HB Stráž po roce 2008;

Ø pokles čerpání KTV souvisí se snižováním vtláčení tohoto média do HB Stráž; sanační čerpání nejvíce kontaminovaných vod (obsah SO₄^2->1g/l pracovně označených jako čočky) bude ukončeno do roku 2006, kontinuálně bude pokračovat čerpání a čištění méně kontaminovaných vod;

Ø výrazný nárůst objemů kontaminovaných vod na čištění, na SLKR I budou v provozu trvale dvě odparky, kapacita NDS 6 bude rozšířena ze 3 na 6 m³.min^-1, do provozu bude uvedena NDS 10;

Ø výrazný nárůst objemů vyčištěných vod vypouštěných do vod povrchových toku Ploučnice,

Ø podstatně se zvýší podbilance v cenomanské zvodni v prostoru VP;

Ø výrazná změna bilance v cenomanské zvodni je způsobena vyváděním většího objemu kontaminovaných roztoků na čištění a ukončením zpětného vtláčení matečních louhů ze SLKR I v roce 2008.

V období do roku 2007 bude proudění podzemní vody cenomanské zvodně přibližně odpovídat stavu z dubna 2004. Postupně se ve zvodni na VP začne vytvářet dílčí deprese, která bude oddělena od deprese na DH I elevací na HB Stráž. Na jihozápadní a jižní hranici VP bude proudit podzemní voda cenomanské zvodně směrem do plochy VP tak, že bude vyloučen pohyb technologických roztoků za hranice VP. Současně se v tomto období zpomalí nástup hladiny na DH I. Rychlost stoupání hladiny cenomanské zvodně v prostoru Dolu Hamr I bude asi 1,5 m/rok. Volný prostor depresního kužele zatápěného dolu se bude postupně vyplňovat dalších asi 10 až 15 let. Po celou tuto dobu bude přítok podzemní vody do oblasti VP DCHT z východního směru nižší proti přirozenému přítoku. Vtláčení do HB Stráž bude možno ukončit kolem roku 2008, vtláčení do HB Svébořice bude možno ukončit kolem roku 2010.

V období po roce 2008 se změní směr proudění podzemní vody cenomanské zvodně v prostoru mezi HB Stráž a prostorem Dolu Hamr I z východního směru na proudění jihozápadním směrem. V ploše VP se vytvoří samostatný depresní kužel. Výška hladiny podzemní vody cenomanské zvodně v centru deprese na VP bude ovlivněna celkovým objemem sanačního čerpání a zpětného vtláčení roztoků.

Obrázek č. 2: Modelový stav cenomanské zvodně k 31.12.2010

Při výpočtech pro modelový stav k 31.12.2010 se předpokládá, že v roce 2010 bude: celková podbilance v ploše VP DCHT 4,7 m³.min^-1, celkové vtláčení do vybraných vrtů HB Stráž (sliv z NDS 10) a na VP 10,3 m³.min^-1, vtláčení do vrtů HB Svébořice 1,0 m³.min^-1, čerpání ze sanačních vrtů v ploše rozptylu jv. od HB Stráž a vybraných vrtů v linii HB Stráž 2,5 m³.min^-1.

Na modelovém stavu k 31.12.2010 je patrný nárůst úrovně hladiny cenomanské zvodně v prostoru DH I, posun deprese na DH I směrem na SV ke strážskému zlomu, vytváření nově centrální deprese v prostoru vyluhovacích polí, dílčí deprese kolem sanačních vrtů v ploše rozptylu a dílčí elevace kolem HB Svébořice.

Monitoring podzemních vod

Nedílnou součást celého procesu sanace a nakládání s vodami představuje měření úrovně hladin všech zvodní v oblasti, hydrochemický monitoring a pravidelné vyhodnocování monitoringu. Postupně budou všechny monitorovací sítě modifikovány případně i doplňovány podle potřeb a postupu sanace.

Závěr

1. V nakládání s podzemními vodami má stěžejní význam pro celý strážský blok zatápění DH I, kde se postupně zaplňuje centrální deprese, která je řídícím prvkem pro současný hydraulický stav. Na základě modelové situace cenomanské zvodně lze předpokládat zaplnění deprese v prostoru DH I do roku 2008 do té míry, kdy se vyrovná úroveň hladiny s prostorem VP.

2. V prostoru VP se podle předpokládaného nakládání s vodami od roku 2004 do roku 2010 postupně vytvoří nová centrální deprese.

3. V období let 2004 až 2010 se v důsledku sanačního čerpání z cenomanské zvodně na VP a v ploše rozptylu zásadně změní celková bilance cenomanské zvodně.

4. Na základě měsíčních bilancí nakládání s vodami bude měsíčně vyhodnocováno vyvádění určených hlavních kontaminantů z turonské a cenomanské zvodně při sanaci následků chemické těžby.

5. Podle výsledku výzkumných a ověřovacích prací je třeba nejpozději do roku 2010 stanovit pomocí matematického modelu definitivní cílové parametry sanace, tzn. množství a koncentrace látek, které mohou zůstat v turonském a cenomanském zvodněném kolektoru po ukončení sanace.

Ve Stráži pod Ralskem 24.6.2004.