Fyzická geografie: Klimatologie a hydrogeografie pro učitele
Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity
RNDr. Aleš Ruda, Ph.D.

Podpovrchová voda

Přítomnost podpovrchové vody je vázána na existenci volných prostor vyskytujících se v horninách. Tyto prostory se v usazených a některých sopečných horninách, zvětralinách a půdách označují jako průliny, v pevných horninách jako pukliny. S ohledem na zaplnění těchto prostor můžeme rozlišit dva základní druhy podpovrchové vody (obr. 11.1). Pásmo blízké zemskému povrchu není zaplněno souvislou hladinou vody, označuje se jako zóna aerace (provzdušnění) a voda v ní přítomná se popisuje jako půdní vláha. Pod ní leží vrstva hornin, jejichž póry jsou zcela zaplněny vodou. Označuje se jako zóna saturace (nasycení), běžně pak zvodnělá vrstva nebo zvodeň a voda v ní se popisuje jako voda podzemní (dříve též spodní). Hranici mezi oběma zónami tvoří hladina podzemní vody. Souhrn půdní vláhy a podzemní vody je podpovrchová voda.

Uvnitř zemské kůry se z tuhnoucí žhavé hmoty uvolňují vodík a kyslík, jejichž molekuly se při vysokém tlaku a teplotě slučují. Tak vzniká ve skupenství vodní páry juvenilní voda. Ta prostupuje k zemskému povrchu a v chladnějších vrstvách zemské kůry mění své skupenství na kapalné a mísí se s vodou pronikající do podzemí ze zemského povrchu. Vetší množství jí však proniká na zemský povrch jako součást vod horkých pramenů a gejzírů v oblastech s aktivní a doznívající sopečnou činností.

Největší část podpovrchové vody se však do podzemí dostává z oběhu vody. Ta proniká do hornin z povrchu země a pohybuje se v mělkých vrstvách zemské kůry. Podle toho se označuje vadózní (mělká). Může vznikat i z vodní páry přízemní vrstvy atmosféry, která difúzí přechází do vzduchu vyplňujícího póry půdy, zvětralin, dutiny a pukliny pevných hornin a v nich ochlazováním kondenzuje i (kondenzační voda). Dále se z povrchu země dostává do podzemí vsakováním (infiltrace). Ta se již v podzemí pohybuje filtračním pohybem, a to ve směru horizontálním i vertikálním.

Půdní vláha

Podle prostředí výskytu a způsobu pohybu lze půdní vláhu rozdělit do několika druhů (obr. 11.1).

Vodní pára nacházející se ve vzduchu průlin a puklin se v hornině pohybuje podle jejího aktuálního- napětí. Vzniká výparem v prostředí o vyšší teplotě a při ochlazení může zpětně kondenzovat.

Adsorpční voda (též adhezní) tvoří na povrchu zrn nebo puklin nesouvislé nebo souvislé, blanky o tloušťce 5 až 15 molekulárních vrstev, poutané k jejich povrchu fyzikálními silami přitažlivosti (adsorpčními). Tvoří se jak z vodní páry, tak i z infiltrující a filtrující vody. Při teplotě nižší než 0 °C se může v závislosti na tloušťce blanky měnit v led. Její množství v hornině je s ohledem na nároky vegetace velmi proměnlivé. Směrem do hloubky je její množství stálejší a výrazněji se snižuje jen v obdobích dlouhotrvajícího nedostatku srážek.

Kapilární voda vyplňuje póry menší než 1 mm a pukliny menší než 0,25 mm, v nichž je k povrchu pevné hmoty poutána kapilární silou. Trvale se vyskytuje v jemnozrnných sypkých horninách nad hladinou podzemní vody, kde vytváří pásmo kapilárního zdvihu. Pásmo kapilární vody se pohybuje ve vertikálním směru s hladinou podzemní vody. Může se při vsakování srážek vytvořit i ve svrchní vrstvě půdy. Zde není ovšem její množství stálé, protože mizí výparem a transpirací. Z toho důvodu se kapilární voda označuje také jako voda zavěšená.

Vsakující voda proniká ze zemského povrchu do hlubší vrstvy půdy a dále prasklinami, trhlinami, a volnými prostory. Z povrchové vrstvy proniká účinkem gravitace do hloubky, kde se jí část zadržuje na povrchu horninových částic jako voda kapilární a adsorpční. Hloubka jejího pronikání závisí jak na množství vody, které dopadne na zemský povrch, tak na její spotřebě směrem k jiným druhům půdní vody.

Půdní led vzniká při poklesu teploty půdy pod 0 ℃. Nejdříve se tvoří jako jinovatka z vodní páry půdního vzduchu, dále je pak zdrojem vzniku větších krystalů a jejich narůstání kapilární a adsorpční voda. Vzniklý tlak v povrchové vrstvě může narušit i velmi pevné povrchy.

Podzemní voda

Výskyt podzemní vody je vázán na horniny (štěrkopísky, štěrky, sutě, pískovce, slepence, sopečné tufy, tufity aj.), které mají schopnost vodu nejen pojmout, ale i dále ji předávat. Musí tedy obsahovat póry a pukliny větší než kapilární. V horninách s malými póry, jako jsou jíly, jílovité hlíny a jílnaté písky, se však nachází jen půdní vláha. Pohyb podzemní vody je vyvolán zejména gravitační silou a přenáší hydrostatický tlak. Při vyšším hydrostatickém tlaku se podzemní voda pohybuje póry i puklinami.

Podzemní voda se může pohybovat rozličnými směry. Ve vertikálním směru se rozlišují tři pásma:

1. Pásmo svrchní s intenzívní výměnou vody povrchové a podzemní. Voda je v něm převážně sladká, slabě mineralizovaná (prosté vody, hydrokarbonátové vody).
2. Střední pásmo zpomalené výměny vody, která podmiňuje silnější mineralizaci vody při jejím dlouhém pobytu v horninovém prostředí o vyšší teplotě. Voda obsahuje často sírany (sirnaté vody – smrďavky, hořké vody – šaratice).
3. Spodní pásmo velmi zpomalená výměna vody, která podmiňuje silnou mineralizac.i Vyskytují se v něm často vody slané s vysokým obsahem chloridů.

Hranice výskytu uvedených se pásem se popisuje velmi obtížně. Závisí totiž na geologické struktuře území a na celkové podobě reliéfu. S ohledem na tuto skutečnost se rozlišují pouze mělké (intenzivní výměna vody) a hluboké zvodně. Podle druhu proudění se rozlišuje průlinová a puklinová voda.

Průlinová voda

Průlinová voda se přemísťuje v pórech hornin filtrací či filtračním prouděním. Jeho průměrná rychlost dosahuje v píscích při malém sklonu hladiny jen několika centimetrů nebo decimetrů za den, v hrubozrnných píscích či štěrcích jen několika metrů, nejvýše desítek metrů za den. Filtračním prouděním se dokonale pročišťuje (filtruje), tj. zbavuje se jak rozptýlených, tak i některých rozpuštěných látek, které se do ní mohly dostat z povrchu země a při prosakování půdní vrstvou a zónou aerace. Může však i rozpouštět některé minerální látky, jimiž se obohacuje – mineralizuje se. Vytváří souvislejší zvodně s jednotnou hladinou podzemní vody.

Výškový rozsah zvodně je ve vertikálním směru určen výškovou polohou nepropustného podloží a polohou hladiny nebo spodní plochy nepropustného nadloží. Svislá vzdálenost obou ploch je mocnost zvodně. Volná hladina podzemní vody vzniká, když se voda může volně pohybovat v nadložní propustné vrstvě zvodně. Vyskytuje-li se nad vrstvou v celém rozsahu zvodněné propustné horniny vrstva horniny nepropustné, je v ní voda obvykle pod větším tlakem. Hladina vody omezená spodní plo­chou nepropustného nadloží (nepropustné krycí vrstvy) se nemůže volně pohybovat směrem vzhůru. Jedná se o napjatou vodní hladinu. Dojde-li však k prokopání nebo provrtání krycí vrstvy, vystoupí v otvoru do vyšší polohy zvané výstupná výška (též tlačná nebo piezometrická výška). Ustálí-li se hladina pod úrovní terénu, je výstupná výška negativní, vystoupí-li však ve vrtu nad povrch terénu nebo vytéká-li voda z otvoru, je výstupná výška pozitivní.

Výškový rozdíl mezi napjatou hladinou a výstupnou výškou ukazuje na velikost hydro­statického tlaku ve zvodni. Ten je výsledkem nejen hmotnosti nadložní vrstvy horniny, ale i přenosu tlaku zvodni z míst, kde volná hladina leží ve vyšší poloze. Při přenosu tlaku dochází však ve zvodni k tlakovým ztrátám. V údolních dnech bývá zvodeň v jejich štěrkopísčité a písčité výplni často nařezána kory­tem řeky. Pak bývá mezi podzemní a říční vodou volné spojení čili hydraulické spojení a změna tlaku ve sloupci vody v řečišti se přenáší do okolní zvodně.

Vystoupí-li hladina v řece až nad úroveň spodní plochy krycí nepropustné vrstvy, stává se hladina podzemní vody napjatou a další zvyšování hladiny v řece vyvolává ve zvodni jen zvýšení hydrostatického tlaku. Nedochází tedy k zvětšování zásob podzemní vody. S rostoucí vzdále­ností od břehů řeky rostou však celkové tlakové ztráty. Je-li hladina podzemní vody volná, dochází při zvyšování vodních stavů v řece a hydrostatického tlaku k zvyšování hladiny podzemní vody, které je vyvoláno prosakováním říční vody do okolí koryta čili břehovou infiltrací.

Artéská voda je příkladem průlinové podzemní vody s napjatou hladinou, které je pod tak velkým tlakem, který v případě narušení krycího stropu – artéský strop – způsobuje výstřik vody na zemský povrch. Geomorfologické struktury, ve kterých se artéská voda vyskytuje, se označují jako artéské pánve (obr. 11.3).

Mívají velmi často stavbu pánví s mísovitě prohnutými vrstvami sedimentárních hornin rozličné propustnosti (pískovce, jíly, vápence). Území, kde vystupují propustné vrstvy na povrch, je oblastí vsakování povrchové vody do podzemí, čili oblastí napájení artéských zvodní. Území, na němž jsou zvodnělé vrstvy kryty artéským stropem a voda je pod tlakem, je tzv. oblast přetlaku. Místa poruch, jimiž vytéká voda z hloubky na povrch, jsou linie výtoku artéské vody. Příkladem rozsáhlejšího výskytu artéských pánví je Velká australská pánev.

Puklinová voda

Puklinová voda se pohybuje účinkem gravitace a vyplňuje pukliny zčásti, nebo zcela. V horninovém prostředí setrvává voda jen krátkou dobu, proto se nestačí zbavit případných nečistot, jen se nepatrně mineralizuje a bývá tak měkká. Roční amplituda teploty puklinové vody je poblíž povrchu docela velká, s rostoucí hloubkou se zmenšuje. Na minimální hodnoty blízké 0° C klesají teploty vody od počátku zimy do jara, kdy proniká do podzemí voda z tajícího sněhu, na maximální hodnoty stoupá teplota v teplejších měsících po dešťových srážkách, kdy se voda nejvíce přehřívá při styku se svrchní proteplenou vrstvou hornin. Krasové vody jsou příkladem puklinové vody a vyskytují se na územích zkrasovělých vápenců, dolomitů a jejich sutí. Voda z povrchu vtéká do podzemí nejen úzkými, vodou málo rozšířenými a často jemným materiálem zaplněnými puklinami, ale také závrty a ponory, jimiž se propadají do podzemí celé potoky. Ve krasových oblastech nevzniká jednotný systém podzemní krasové vody, ale složitý systém jednotlivých vzájemně oddělených toků, které se mohou spojovat trvale nebo jen občas.

Krasová voda vytéká na povrch jako soustředěné prameny ze svislých puklin, jako vydatné prameny ze sutí pokrytých výchozů větších podzemních prostor i jako řeky z otevřených jeskyní. Vydatnější z takových pramenů se nazývají vyvěračky. Zajímavým druhem krasových pramenů jsou občasné, periodické, zvané též hladové prameny. Voda z nich vytéká jen tehdy, když vystoupí v podzemní dutině do takové výše, že vyplní i chodbu vedoucí k výtoku.

Prameny

Přirozený výtok podzemní vody na zemský povrch může být zjevný v podobě typického pramene, ale i utajený, vytéká-li rozptýleně i větší množství vody do koryta řeky dnem a břehy. Výtok v pramenu může být soustředěný i rozptýlený. Někdy se projevuje jen trvalým zamokřením půdy na větší nebo menší ploše. Množství vody vytékající z pramene se označuje jako vydatnost pramene. Vyjadřuje se v l. s^-1, při velkých vydatnostech v m³. s^–1.

Podle trvání výronu vody lze rozlišovat prameny stálé, občasné či periodické a epizodické. Podle změn vydatností pak prameny s velmi vyrovnanou, průměrně vyrovnanou a nevyrovnanou vydatnosti. Podle způsobu výtoku vody z podzemí se rozlišují prameny sestupné a výstupné. Běžné je třídění pramenů podle vlastností horninového prostředí zvodně a jejího podloží:

1. vrstevnaté prameny jsou situované na styku propustné zvodněné a podložní nepropustné horniny,
2. puklinové prameny jsou soustředěny na výchozu pískovců, porézních láv, tufů a jiných propustných hornin prostoupe­ných svislými rozevřenými puklinami,
3. vzduté prameny vznikají tam, kde přítomnost nepropustné vrstvy působí jako přirozená překážka proudění průlinové vody a vzdouvá hladinu až do blízkosti zemského povrchu, kde dochází k přirozenému vývěru vody,
4. suťové prameny vyvěrají na svazích či při úpatí terénu pokrytého vrstvou zvětralin, sutí a balvanů.

Podle teploty vody se dále rozlišují prameny studené, jejichž průměrná teplota nepřesahuje průměrnou teplotu ovzduší daného místa, a prameny teplé (termy) s vodou přesahující teplotu 20 ℃. V rámci teplých pramenů se dále rozlišují prameny vlažné (hypotermální, do 37 ℃), teplé či teplice (termální, do 50 ℃) a vřídla (termy, přes 50 ℃).

Podle obsahu minerálních látek lze prameny rozdělit na prameny vody prosté a minerální (více jak 1 g rozpuštěných minerálních látek na 1 l). Minerální prameny dále rozdělujeme podle převládajícího obsahu minerálních látek na:

• kyselky: větší obsah CO₂,
• alkalické prameny: uhličitan sodný (př. Bílina),
• železité prameny: uhličitan železnatý (př. Kynžvart, Toušeň),
• slanice: minimálně 15 ‰ NaCl (př. Luhačovice),
• hořké prameny: síran hořečnatý (př. Šaratice),
• sirné prameny: síran sodný (př. Trenčianské Teplice).

Velmi zajímavým biotopem kombinujícím minerální prameny s doznívajícími projevy sopečné činnosti – výrony sopečných plynů (mofety) je národní přírodní rezervace SOOS u Františkových lázní. Zde lze na místě bývalého slaného jezera pokrytého silnou vrstvou křemeliny spatřit unikající CO₂ a vytékající železitou sírano-uhličitano-chloridovou sodnou kyselku.

---

Shrnutí a literatura