Uzavřený koloběh vody a přírodní předpoklady

Přirozený koloběh pohybu vody funguje podle přísně stanovených pravidel, která platí od počátku světa. Voda se vypařuje z povrchu půdy, z potoků, koryt řek a moře a vytváří mraky v horních vrstvách atmosféry. Ochlazení vodní páry vytváří srážky, které nasáknou půdu. Voda pak prosakuje povrchovými propustnými vrstvami a vytváří podzemní jezera, řeky a potoky. Přes nepropustné vrstvy, přes póry a trhliny, voda opět vyvěrá na povrch a vytváří prameny, které nakonec proudí zpět do větších vodních mas, čímž se cyklus uzavírá.

Je všeobecně známo, že vodní zdroje nejsou rozděleny rovnoměrně. Zatímco oblasti s bohatými prameny přetékají, jsou zde rozlehlé pouštní rozlohy zcela bez vegetace. Historicky největší lidská sídla vznikala výhradně tam, kde byly trvale pevné dodávky pitné vody. Aby bylo možné reagovat na potřeby obyvatel v sušších oblastech, byla vyvinuta hydrogeologie — vědní obor, který studuje faktory výskytu a pohybu podzemních vod. Do prohlubní se často vkládají barviva, aby bylo možné přesně určit, kde stejná voda opět vystupuje na povrch.

Geomorfologické entity a specifika reliéfu

Odborníci, kteří proutkají v terénu, musí mít solidní geologické zázemí, aby věděli, jaký půdní profil mohou očekávat. Analýzou typických tvarů terénu lze pozorovat tři charakteristické geomorfologické jednotky, které jasně ilustrují různé podmínky zásobování vodou:

• Rovinaté oblasti a říční pláně: Jsou složeny převážně z jílovitých, písčitých a štěrkových usazenin. Vzhledem k vysoké propustnosti vody je výskyt vod velmi rozšířený a hladina podzemních vod přímo závisí na výšce hladiny hlavních říčních toků v území. Výzvou je přesné umístění živé tekoucí vody místo stojatých „bazének“ a také nebezpečí rašeliny, která může výsledné vodě propůjčit nepoužitelný zápach hniloby.
• Kopcovité oblasti a horské svahy: Byly vybudovány z neogenních sedimentů, převážně jílovitých a vápencových opuků s občasným pískem. Voda v těchto slínových (nepropustných) substrátech není stálá a závisí pouze na četnosti srážek a sklonu terénu, proto jsou tyto oblasti považovány v geologii za krajně nepříznivé pro vyhledávání pitných toků.
• Diluviální říční terasy: Spočívají na opukových nánosech a jsou budovány převážně z hlíny s křemennými oblázky a občasnými vrstvami písku. Hydrogeologické podmínky jsou zde mnohem příznivější, protože jílovitá povrchová vrstva s pískem funguje jako přirozená zásobárna vody, která stéká gravitačně dolů, v důsledku čehož je šance na nalezení žíly podzemní vody mnohem vyšší.

Výzkumy v nepropustných horninách (Laporci)

Přestože obecná geologie naznačuje, že opuky a podobné horniny (jako pískovec a dolomit) jsou nepříznivé, praxe ukazuje, že nalezení vody je možné, i když extrémně složité. V takových substrátech se voda nepohybuje samotnými vrstvami, ale výhradně úzkými tektonickými trhlinami a zlomy vzniklými následným pohybem půdy.

Tyto podzemní toky mají zřídka vysokou vydatnost (obvykle mezi 1 a 3 litry za minutu). Největším problémem při pracích je přesnost samotného vrtání. Pokud je v hloubce 20 až 30 metrů vodní žíla široká jen 5 až 10 centimetrů, vede i sebemenší odchylka vrtáku k poruše. Odchylka jen o jeden stupeň ve vertikále znamená v hloubce 10 metrů chybu 24 centimetrů, v hloubce 20 metrů dokonce 48 centimetrů, proto stroj snadno projede těsně vedle vody. V praxi však byly zaznamenány vynikající výsledky; v některých termálních lázních se na takových terénech podařilo pod tlakem přečerpat artéskou vodu až do hloubky 30 metrů, v některých venkovských sídlech se vytvořil silný vodní paprsek, který je plně zásobován místním vodovodem.

Výpočet kapacity studny a zásobování vodou

Hladina vody ve studních a vrtech podléhá neustálým oscilacím; stoupá v důsledku vydatných srážek a klesá během suchých období. Při určování místa je třeba brát odhadovaný průtok vody (například 2 litry za minutu, což je 120 litrů za hodinu nebo 2,88 metrů krychlových za den) s určitou technickou rezervou.

Tento výpočet je správný pouze v případě, že kapacita samotné studny, od dna až po potrubí hydrostatického tlaku, dokáže pojmout celý tento objem, nebo pokud je sací potrubí umístěno hluboko pod hydrostatickou úrovní. Objem studny se vypočítá podle klasického vzorce pro objem válce (plocha základny vynásobená výškou vodního sloupce). Zcela zásadní roli při tvorbě vodní zásoby hraje vnitřní průměr potrubí.

Tabulka: Objem vody na jeden metr výšky studny (1,00 m)

Z výše uvedených údajů jednoznačně vyplývá následující závěr: pokud voda ve studni vystoupí hydrostatickým tlakem 3 metry ode dna, pojme studna o průměru 1 metr impozantních 2 355 litrů vody, zatímco úzká trubka o průměru 0,30 metru pojme sotva 213 litrů, a to i přes úplně stejný přítok z podzemní žíly. To podrobně vysvětluje, proč obyvatelé venkova kopají výhradně široké studny, aby zajistili bezpečné a dostatečné množství vody pro celou domácnost a hospodářská zvířata.

Moderní instalace úzkých potrubí s vodními čerpadly se doporučují pouze do prostorných rovinatých ploch s vysokým stupněm vydatnosti, zatímco na kopcovitém a nerovném terénu je tato varianta velmi často neproveditelná. Obecným doporučením profese je, že studna pro chaty by neměla mít průměr menší než 60 centimetrů, zatímco pro velké zemědělské podniky tento průměr musí být alespoň jeden metr. Také je třeba přísně dbát na to, aby dvě studny nebyly nikdy vykopány příliš blízko stejného vodního útvaru, aby se vzájemně nedobrovolně nevyčerpaly zásoby.