Bedřich Musílek (ZO ČSS 6–11 Královopolská)

Úvod

„ZO ČSS 6-11 se od roku 1987 do současnosti věnuje jako jednomu ze zajímavých výzkumných problémů otázce infiltrace srážkových vod do vápenců Moravského krasu a změnám kvality a kvantity těchto vod v krasové struktuře.“ Takto uvádí Himmel a Dráb (1994) svůj článek o použití automatické měřící stanice skapu v Ochozské jeskyni. Píše se rok 2025 a v Ochozské jeskyni stále voda kape přes měřící aparaturu.

Měřící ústředny

Přístroje, které L. Dráb zkonstruoval, sloužily v jeskyni úctyhodných 30 let. Samozřejmě se jednalo o několik vývojových fází. Nejdéle fungujícím zařízením byla ústředna s rokem výroby 2003. Bohužel, nic netrvá věčně. Ústředny se během přelomu let 2023 a 2024 odebraly na onen svět jedniček a nul.

Obr. 1 Skapové místo E v Ochozské jeskyni s nově nainstalovanou aparaturou U-1.0 a U-2.0
(foto B. Musílek).

Na sklonku životnosti ústředen byl započat vývoj a stavba nových. Prototypové ústředny byly na míru vyrobené desky plošných spojů na platformě Arduino, což mělo značné výhody, ale i svá úskalí. Tato konstrukce zajišťovala velmi kompaktní rozměr, nízkou spotřebu, avšak znemožňovala úpravy hardwaru pro nepředvídatelné a extrémně působící prostředí na elektroniku. V průběhu roku 2024 se tedy podařilo nainstalovat a odzkoušet prototypovou řadu Cavelogger 1.1 a 1.2 a získat z něj první data pro další zpracování. Bohužel, testování stěžovaly časté záplavy Ochozské jeskyně a nemožnost ústředny kontrolovat a doladit jejich vývoj v potřebném rozsahu. V důsledku přechodu na novou technologii a absenci staré, došlo k drobným přerušením v kontinuálním měření, které však za oněch 38 let nejsou ničím výjimečným. V minulosti došlo k několika selháním, ať z důvodu elektroniky, či lidské chyby. Vysoké povodňové stavy na Hostěnickém potoce, potažmo v Ochozské jeskyni, vedly i ke zničení dvou ústředen Cavelogger 1.1, neboť se při instalaci nepočítalo s takovým mohutným proudem a povodňovým materiálem. Přes všechny překážky byl nakonec vývoj prototypové ústředny Cavelogger dokončen a ústředny nasazeny do plného provozu. Chyby a přešlapy prototypové řady nakonec vykrystalizovaly začátkem roku 2025 do finální verze pod označením “Cavelogger U-#*”. Tedy # označuje typ přístroje a * stupeň vývoje. Instalovaná aktuální řada se ubírá modulovým systémem nad klasickým Arduino Uno či Mega s DataLogger-Shieldem s dalšími modulárními komponenty. Bylo totiž usouzeno, že kompaktní tvar a nízká spotřeba není prioritou a bude důležitější udržet kompatibilitu s dostupnými externími moduly.

Nový projekt na měření kvantity a chemismu vod se skládá ze čtyř pilířů:

• Cavelogger U-1.0: ústředna pro sledování kvantity skapových vod a dvou teplot (vzduchu a vody)

• Cavelogger U-2.0: ústředna pro sledování chemismu skapových vod. Přístroj zaznamenává pH, vodivost a teplotu vody.

• Cavelogger U-3.0: ústředna pro sledování říčních vod. Přístroj je konstruován k měření průtoků na Thomsonově přelivu, teploty (voda, vzduch) a vodivosti vody.

• Cavelogger DB: Interní databázová aplikace, která seskupuje dříve posbírané informace s daty novými a tvoří jeden informační celek, který bude sloužit k analýze dat za posledních 31 let elektronického záznamu.

Hardware a software obecně

Arduino: je open-source platforma, která se skládá z hardwaru (programovatelné desky) a softwaru (vývojového prostředí). Je určena pro snadné vytváření interaktivních elektronických zařízení. Arduino desky jsou relativně levné a snadno se používají, což je činí populárními mezi nadšenci, studenty, ale i profesionály.

DataLogger-Shield: je rozšiřující modul pro Arduino, který umožňuje ukládat data na SD kartu. Klíčovou vlastností je i Real-time clock (RTC): Zajišťující přesné časové značky pro zaznamenávané údaje. To je velmi užitečné pro projekty, kde je potřeba zaznamenávat údaje ze senzorů, z prostředí nebo jakékoliv jiné informace v průběhu času.

Gravity systém: moduly od DFRobot jsou vhodným řešením pro vestavěné systémy používané v automatizaci budov, robotech, průmyslových aplikacích a monitorování ekologických parametrů prostředí. Z těchto produktů jsou využity moduly pH a TDS (vodivost).

Termistor: jedná se o rezistory, které v závislosti na teplotě mění svůj odpor podle přesně definované charakteristiky. Jednotlivé varianty termistoru PTC či NTC jsou tedy využívány k měření teplot.

Skapo-metr: Pro měření kvantity skapu je použito nejběžnějšího meteorologického srážkového kolébkového čidla MS-WH-SP-RG. Je založeno na principu Hallova jevu.
Elektronický Thomsonův přeliv: Klasický véčkový 90° přeliv osazený ponornými čidly, zaznamenávajícími hodnoty určitého průtoku, za využití elektrických vlastností vody (okruhem protéká/neprotéká elektrický proud).

Databáze: Pro analýzu získaných dat je využíván standardní Microsoft Excel s na míru vytvořenými doplňky ve VBA (Visual Basic for Applications). Automaticky seskupuje informace z desítek CSV (Comma-separated values, hodnoty oddělené čárkami) souborů a kombinuje je pro získání potřebných dat.

Obr. 2 Obrázkové schéma konstrukce aparatur (foto B. Musílek a Google Gemini).

Praktický dopad výzkumu infiltrace srážkových vod v brzké době

V Ochozské jeskyni byl koncem listopadu 2024 spuštěn experiment přírůstu krápníkové hmoty v čase. V jeskyni bylo vytypováno 6 skapových míst, v minulosti podrobně zkoumaných z pohledu chemismu pod označením Had (můstek v chodbě Hadice), Zkamenělé srdce, skapové místo C, skapové místo E, Kužel a Smuteční vrba. Na každé toto místo byla instalována nádobka s držákem 4 sklíček, na která se bude usazovat sintrový povlak. Tato sklíčka budou v průběhu času vážena a bude zkoumán přírůstek či úbytek váhy na nich. Mimo hmotnostní test, jenž bude stěžejní, bude každá nádobka podrobována periodickému měření pH a vodivosti, jakožto dvou významných ukazatelů krasovění. Na referenčním místě E budou tyto hodnoty pH a vodivosti zapisovány nepřetržitě v hodinových intervalech. Bude tedy velmi zajímavé sledovat přírůst krápníkové hmoty ve srovnání s průtoky a měnícím se chemismem vody.

Závěr

Za podpory Heidelberg Materials CZ, a.s. pokračuje letitý výzkum infiltrace autochtonních vod do krasového masivu, jenž je díky dostupnějším technologiím obohacen o permanentní monitoring pH a vodivosti, což v minulosti nebylo možné. Analýzou letitých dat ve spojení s řadou experimentů, jako je běžící “přírůst krápníkové hmoty v čase”, budeme moci nahlédnout do procesů krasovění, dějících se v tichosti a mlčky kolem nás.

Použitá a doporučená literatura

HIMMEL, Jan, DRÁB, L., 1994. Použití automatické registrace skapu v Ochozské jeskyni. In: Speleofórum ‚94. Brno: Česká speleologická společnost. s. 34–36.
HIMMEL, Jan, 2000a. Výzkum hydrauliky infiltrace srážek do vápenců Moravského krasu hodnocením čar vyprazdňování. In: Speleofórum 2000. Praha: Česká speleologická společnost. s. 14–17.
HIMMEL, Jan, 2000d. Efektivnost infiltrace atmosférických srážek do podzemních vod v podmínkách Moravského krasu. Speleo. Praha: Česká speleologická společnost. 30, s. 19–25.
HIMMEL, Jan, 2007b. Vztahy ve skapovém spektru a skapová arytmie v Ochozské jeskyni. In: Speleofórum 2007. Praha: Česká speleologická společnost. s. 74–76.
MUSÍLEK, Bedřich, 2024. Přírůst krápníkové hmoty v čase. Česká speleologická společnost ZO 6-11 Královopolská [online]. Dostupné z: https://csszo6-11.cz/2024/12/03/prirust-krapnikove-hmoty-v-case/