Charakter proudění a střední doba zdržení vody v nesaturované zóně nad Ochozskou jeskyní (Moravský kras)

• Název práce v češtině: Charakter proudění a střední doba zdržení vody v nesaturované zóně nad Ochozskou jeskyní (Moravský kras)
• Název v anglickém jazyce: Flow and mean residence time in karst unsaturated zone (Ochoz Cave, Moravian Karst)
• Klíčová slova: střední doba zdržení, nesaturovaná zóna, epikras, skapové vody, Moravský kras, Ochozská jeskyně, environmentální stopovač
• Klíčová slova anglicky: mean residence time, unsaturated zone, epikarst seepage water, Moravian Karst, Ochoz cave, environmental tracer
• Akademický rok vypsání: 2004/2005
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Ústav hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky (31-450)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 13.04.2010
• Datum zadání: 05.06.2012
• Datum potvrzení stud. oddělením: 05.06.2012
• Datum odevzdání elektronické podoby: 05.06.2012
• Datum proběhlé obhajoby: 07.09.2012
• Oponenti: Ing. František Buzek, CSc.

Předběžná náplň práce

Na příkladu Ochozské jeskyně v jižní části Moravského krasu jsem studovala proudění a dobu zdržení vody v epikrasu a nesaturované zóně.
Pomocí kombinace metod (dlouhodobý monitoring konduktivity a průtoku skapových a infiltrovaných srážkových vod, užití environmentálních stopovačů - ¹⁸O, ³H, CFC and SF₆, sledování přítoků do půdy, detailní vzorkování při výjimečných srážkových událostech) jsem studovala různé složky proudění s odlišnými dobami zdržení, jež se v nesaturované zóně uplatňují, vliv půdy a epikrasu na složení a dobu zdržení skapových vod.
Z dalších lokalit v nesaturované zóně Moravského krasu jsem studovala středni dobu zdržení u skapů Kašna v Rudickém propadání a Mapa Republiky v jeskyni Býčí skála.
Pro srovnání jsem modelovala dobu zdržení i v saturované zóně, a to u pramene Kaprálka nedaleko Ochozské jeskyně, na Staré řece v Rudickém propadání a Konstantním přítoku v Amatérské jeskyni. Střední doba zdržení vody v nesaturované zóně nad Ochozskou jeskyní dosahuje 7 – 20 let, zatímco v půdě se pohybuje v řádu měsíců (1 – 8 měsíců, v závislosti na hloubce). U Kašny a je střední doba zdržení srovnatelná s Ochozskou jeskyní (18 - 20 let), u Mapy republiky, kde jsou výjimečné podmínky činí až 150 let. Doby zdržení v řádu 10-20 let jsou v souladu s hodnotami storativity (průměrně 0,6 %), stanovené na základě současného poklesu hladin ve vrtech v nesaturované zóně a průtoku pramene v oblasti.
Střední doba zdržení u vývěrů ze saturované zóny v Moravském krasu, jež drénují nesaturovanou i saturovanou zónu, dosahuje 5 – 23 let. Hlavní rezervoár vody v Moravském krasu tedy leží zřejmě nad regionální hladinou podzemní vody.
I za výrazných infiltračních událostí je z epikrasu přednostně vytlačována voda, jež zde byla akumulována již před událostí, podíl nově infiltrované vody nepřesáhl 20 %, jak ukázalo sledování konduktivity a složení δ¹⁸O skapových vod.
Nesaturovaná zóna představuje objemný rezervoár vody. I přes výraznou hydraulickou reakci, jež se šíří rychlostí v řádu desítek hodin až prvních dní po srážce či tání, se hodnoty δ¹⁸O, konduktivity a tím i chemických složek na odtoku z epikrasu v podstatě nemění.
Z hlediska množství akumulované vody je mnohem významnějším rezervoárem epikras a nenasycená zóna než půdní zóna. Na základě získaných dat jsem sestavila konceptuální model nesaturované zóny krasu a proudění a míšení vod. Model sestává ze 4 zón: Půdní zóny, epikrasu, nižší části nesaturované zóny a zavěšené zvodně v tahových trhlinách ve stropu jeskyně.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Flow and mean residence time in epikarst and unsaturated zone was studied above the Ochoz cave in the Moravian Karst.
I studied various flow components with different residence time in unsaturated zone and the influence of soil and epikarst on seepage composition and residence time by means of several methods (longterm monitoring of conductivity, flowrate of seepage and soil water, use of environmental tracers - ¹⁸O, ³H, CFC and SF₆, flow into the soil and detailed sampling during intesive rain events). Seepage sites Kašna in the Rudické propadání cave system and Mapa Republiky in Býčí skála were reference localities in unsaturated zone. For comparison I modeled residence time in saturated zone: at Kaprálka outlet close to the Ochoz cave, at Stará řeka (Rudické propadání) and Konstantní přítok (Amatérská cave). Mean residence time in unsaturated zone above the Ochoz cave reaches 7 – 20 years, while it is only few months in the soil (1 – 8 months, depending on the depth). At Kašna seepage site, the reasidence time is similar to the Ochoz cave - about 18 – 20 years, at Mapa republiky seepage site, it reaches 150s year due to unusual geological settings. Mean residence time in order of 10 – 20 years corresponds to storativity values (0.6 % in average) calculated from parallel water level recession in boreholes in unsaturated zone and flowrate decrease of a local spring. Mean residence time in outlets from saturated zone, which drain water both from unsaturated and saturated zone, is 5 – 23 years. The main water storage in unsaturated zone of the Moravian karst is apparently placed above the regional water level.
Even during intensive infiltration events, pre-event water prevails in the epikarst. Monitoring of seepage conductivity and δ¹⁸O composition prooved that freshly infiltrated water component doesn´t exceed 20 %.
Unsaturated zone represents a huge water reservoir. Despite significant hydraulic reaction (which spreads in tens of hours or first days after rain or snowmelting), δ¹⁸O and conductivity values don´t change substantially.
Epikarst and unsaturated zone are more important reserviors for water accumulation than soil.
Based on all data a conceptual model of water flow and mixing in karst unsaturated zone was created. This model consists of four storage zones: soil reservoir, epikarst, lower unsaturated zone and perched aquifer in fissures above the cave ceiling.