Forurening i vores kalkmagasiner - hvad er problemet, og hvordan handler vi? 26. november 2014

Transkript

1 Forurening i vores kalkmagasiner - hvad er problemet, og hvordan handler vi? 26. november

2 Sekretariatsleder Lisbeth Verner ATV-Fonden for Jord og Grundvand Bygning Bygningstorvet - DTU 2800 Kgs. Lyngby Telefon atvlv@env.dtu.dk Forsideillustration: Foto af Stevns Klint Tryk: Rødgaard grafisk produktion

3 Indhold Side Hvor findes der forurening i kalkmagasiner på Sjælland, og 1 hvilke stoffer drejer det sig om? Civilingeniør Henriette Kerrn-Jespersen, Region Hovedstaden, og chefkonsulent Henrik Jannerup, Region Sjælland Naverland 26 - Udfordringerne for vandforsyningerne 3 Teamleder Liselotte Clausen, Krüger A/S Stoftransportprocesser i dobbelt porøse medier 5 Laboratorieleder Claus Kjøller, GEUS Kerneanalyse Laboratoriet Nitrattransport i umættet og mættet kalk 7 Ekspertisechef Jacob Birk Jensen, NIRAS A/S Metro Cityringen - metoder til undersøgelser i kalk 9 Geolog Jens Galsgaard, GEO Kalkens geologi i Region Hovedstaden 11 Seniorforsker Peter Roll Jakobsen, GEUS Innovative field investigations in limestone using a fact-flute 13 Professor Philip J. Binning, DTU Miljø et al Ølsemagle Undersøgelse og afværge i Bryozokalk 15 Geolog Peter Tyge og ekspertisechef Anders G. Christensen, NIRAS A/S Undersøgelsesmetoder i uhærdet skrivekridt 17 udfordringer ved Platanvej, Nykøbing Falster Ekspertisechef Charlotte Riis, NIRAS A/S Modelfortolkning af MTBE-transport i kalk 19 Udviklings- og projektleder Per Loll, DMR A/S Til notater 21

4

5 HVOR FINDES DER FORURENING I KALKMAGASINER PÅ SJÆLLAND, OG HVILKE STOFFER DREJER DET SIG OM? Chefkonsulent Henrik Jannerup, Region Sjælland, hej@regionsjaelland.dk Civilingeniør Henriette Kerrn-Jespersen, Region Hovedstaden, hkj@regionh.dk I dele af Region Hovedstaden og Region Sjælland træffes kalken tæt på overfladen, dvs. fra 5-15 meter under terræn. Det gælder den sydlige del af Region Hovedstaden fra København/Frederiksberg kommuner i øst, henover Vestegnen til Høje-Taastrup kommune i vest. Den terrænnære kalk fortsætter i Region Sjælland i kommunerne langs Køge Bugt og videre til Faxe i Syd. På Sydsjælland og Falster ligger kalken dybere, mens der på dele af Østlolland igen er højtliggende kalk. Det er særligt klorerede opløsningsmidler og pesticider, som findes i kalken. De klorerede opløsningsmidler findes langt overvejende i den sydvestlige del af Københavnsområdet, hvor der er mange kilder til forurening og kalken er terrænnær. Sydover på Østsjælland findes der også en del klorerede opløsningsmidler, men ikke i samme omfang som ved København. I Region Hovedstaden består pesticidfundene langt overvejende af BAM, mens fordelingen i Region Sjælland er omtrent ligelig mellem BAM og phenoxysyrer. Region Sjælland har i de senere år givet områderne med terrænnær kalk den højeste prioritet både i forhold til kortlægning og oprensning af forurening. Fokus har hidtil været rettet mod klorerede opløsningsmidler, men der forventes et øget fokus på pesticider i de kommende år. I Region Hovedstaden er kortlægningsindsatsen nu udvidet til den københavnske vestegn, hvor kalken er terrænnær. Der kan være mange potentielle forureningskilder i området på grund af tidligere stor industriel aktivitet. Derfor forventes et stigende antal sager med problematiske forureningsfaner med især klorerede opløsningsmidler i kalk i de kommende år. Den mest almindelige indsats overfor forureningsfaner i et kalkmagasin er hydraulisk fiksering ved oppumpning og rensning (P&T anlæg). Størstedelen af de to regioners P&T anlæg er beliggende i områder med terrænnær kalk. Anlæggene oppumper og renser forurenet grundvand fra det primære magasin i eller umiddelbart over kalken. Ulemperne herved er blandt andet at anlæggene ofte etableres på ubestemt tid med tilhørende langvarige driftsudgifter. Derfor er der et stort potentiale for optimering af igangværende P&T anlæg og i at råde over alternative metoder til fiksering/rensning af forurening, der allerede er spredt i kalkmagasinet. Der kendes i dag en del alternative afværgemetoder baseret på kemiske, fysiske og/eller biologiske processer, men de er endnu ikke blevet almindelig udbredte i kalkmagasiner. Region Hovedstaden har flere udviklingsprojekter, der handler om forurening i kalk. Regionen har indledt et samarbejde med DTU Miljø om at øge procesforståelsen i kalk, forbedre undersøgelsesdesign og risikovurderingsmetoder samt at bidrage til udvikling af alternative afværgemetoder i kalk. Derudover har regionen projekter, der sigter på udvikling af hurtigere og billigere undersøgelsesmetoder til kalk. 1

6 2

7 NAVERLAND 26 - UDFORDRINGERNE FOR VANDFORSYNINGERNE Teamleder Liselotte Clausen, Krüger, llc@kruger.dk Driftsleder Henrik Nicolaisen, Glostrup Forsyning, hn@glostrupforsyning.dk Chefkonsulent Karoline M. Jensen, HOFOR, kmje@hofor.dk På Naverland 26AB er der konstateret en kraftig forurening med klorerede opløsningsmidler, som stammer fra en tidligere distributør af stofferne. Beliggenheden af Naverland 26 AB, de nærliggende indvindingsboringer og kildepladser samt forureningsudbredelsen og overordnede potentialeforhold er vist på figur 1. Naverland 26 AB ligger på et grundvandskel, og forureningen spredes derfor i flere retninger jf. figur 1. Forureningen i nordøstlig retning er i dag så udbredt, at Glostrup Forsynings indvindingsboring DGU nr , som ligger 1,8 km nordøst for grunden, er påvirket af forureningen jf. figur 1. Modelberegninger har vist, at såfremt Glostrup Forsyning lukker indvindingen i Vestskoven, vil forureningsfanen fortsætte mod nord mod HOFOR s kildepladser (tidligere KE). En del af forureningsfanen strømmer imidlertid også mod syd, og forureningen truer med tiden også vandressourcen i Brøndby. Samlet set truer forureningen en indvinding på i størrelsesordenen 2-3 mio. m 3 drikkevand pr. år. For at håndtere forureningen nedsatte vandselskaberne (HOFOR.og Glostrup Forsyning) i 2006 en arbejdsgruppe med det formål, at udarbejde en strategi for beskyttelsen af grundvandsressourcen og drikkevandsinteresser i det potentielle påvirkningsområde for forureningen. På baggrund af den formulerede strategi har arbejdsgruppen gennemført en række undersøgelser bl.a.: Monitering og kortlægning af forureningsudbredelsen og potentialeforhold. Opstilling af en grundvandsmodel til beregning af afværgepumpninger i både kildeområde og forureningsfane samt til vurdering af den fremtidige indvindingsstrategi. På baggrund af modelberegningerne af afværgepumpningen i kildeområdet har Region Hovedstaden i 2008 startet et pumpeforsøg på Naverland 26AB, hvor der i en periode (foreløbig frem til 2017) oppumpes 4-5 m 3 /t fra kildeområdet. Oppumpningen har i perioden fra 2009 og frem til 2013 fjernet ca. 2,2 tons klorerede opløsningsmidler, hvilket viser, at der er tale om en af de største kendte forureninger med klorerede opløsningsmidler i Danmark. Moniteringsresultaterne fra pumpeforsøget viser, at den begrænsede oppumpning er tilstrækkelig til hydraulisk at fiksere forureningen i kildeområdet. For at håndtere forureningsfanen har vandsamarbejdet senest udført et forsøg med rensning af råvand fra indvindingsboring ved kildepladsen i Vestskoven. Forsøget viser, at det er muligt at rense vandet ved kildepladsen ved en forholdsvis enkel og økonomisk overskuelig metode. Forureningen på Naverland 26 er derfor et eksempel på, at selv en meget stor forurening kan håndteres ved et samarbejde mellem forsyninger og regioner. 3

8 Figur 1 Beliggenhed af Naverland 26AB samt de nærliggende indvindingsboringer og kildepladser. Endvidere er vist potentialeforhold og estimeret forureningsudbredelse. 4

9 STOFTRANSPORTPROCESSER I DOBBELT PORØSE MEDIER Laboratorieleder Claus Kjøller GEUS, Kerneanalyse Laboratoriet clkj@geus.dk Den hydrauliske ledningsevne af matrix i de danske kalkbjergarter er relativt lav (typisk mellem 10-8 og 10-6 m/s), hvorfor kalken kun anvendes som grundvandsmagasin, hvor der forekommer sprækker i bjergarterne. I sådanne opsprækkede bjergarter strømmer grundvandet hovedsageligt i sprækker, mens opmagasinering af vand og stoffer hovedsageligt forekommer i selve bjergarten (matrix) mellem sprækkerne. Det er foreslået, at der ved grundvandsstrømning i denne type bjergarter skelnes mellem dobbelt porøse og dobbelt permeable bjergarter. I en dobbelt porøs bjergart strømmer grundvandet praktisk taget udelukkende i sprækker, idet den hydrauliske ledningsevne i matrix er så lille, at grundvandets strømning, som følge af den hydrauliske gradient er ubetydelig. I beregninger kan det derfor antages, at grundvandet står stille i matrix. For vandopløselige stoffer, forekommer der dog i denne situation til stadighed udveksling af stof mellem sprækker og matrix ved diffusion. Den drivende kraft for stoftransporten er forskellene i koncentrationer i porevandet mellem sprækker og matrix. Hvis den hydrauliske ledningsevne i matrix er lille, men stadig er stor nok, så der ikke kan ses bort fra Darcy-strømning i matrix, kaldes bjergarten for en dobbelt permeabel bjergart. Det vil sige, at der både forekommer grundvandsstrømning i matrix og sprækker, som er styret af den hydrauliske gradient i formationen. I denne hydrauliske situation forekommer der, som for det dobbelt porøse medie, også udveksling af stof mellem sprækker og matrix ved diffusion. Så længe de stoffer, der transporteres i kalken er vandopløselige kan transporten af stofferne og fordelingen af disse mellem matrix og sprækker beskrives ved Fick s anden lov, og stoftransporten i et kalkgrundvandsmagasin kan derfor i dette tilfælde estimeres ved anvendelse af numeriske modelværktøjer. En forudsætning er dog, at der foreligger en god geologisk karakterisering af det kalkgrundvandsmagasin, der beskrives, da dette er grundlaget for selve modelopbygningen. I tilfældet, hvor det stof, der transporteres i kalkgrundvandsmagasinet, ikke er vandopløseligt, vil en række andre parametre, såsom kapillærtryk og relative permeabiliteter, påvirke transporten af stoffet i grundvandsmagasinet. I dette tilfælde kræves der - ud over den gode geologiske karakterisering - også en god beskrivelse af kalkens petrofysiske egenskaber som grundlag for numeriske simuleringer af stoftransporten. Litteratur Barker, J.A., 1993, Modelling groundwater flow and transport in the Chalk. In: Downing, R.A., Price, M. og Jones, G.P. (eds). The hydrogeology of the Chalk of North-West Europe. I, Oxford Science Publishers. Berkowitz, B., Characterizing flow and transport in fractured geological media: A review. Advances in Water Research, 25, Dake, L.P., Fundamentals of Reservoir Engineering (Developments in Petroleum Science). Elsevier. 5

10 6

11 NITRATTRANSPORT I UMÆTTET OG MÆTTET KALK Ekspertisechef Jacob Birk Jensen, NIRAS A/S jbj@niras.dk Professor Per Møldrup, Aalborg Universitet Civilingeniør Ellen Eldrup, NIRAS A/S Civilingeniør Margrethe Dalsgaard Bonnerup, Asplan Viak AS Baggrund og formål En stor del af Danmarks drikkevandsressource er placeret i kalkmagasiner. I og omkring Aalborg ligger kalken højt uden nævneværdig beskyttelse og er som følge deraf ofte meget nitratbelastet. Derfor har Aalborg Kommune de seneste år haft ambitiøse mål i forhold til beskyttelse af vandressourcen, og det første større skovrejsningsprojekt med grundvandsbeskyttelse for øje var da også i Aalborg Kommune. Overvågningsresultaterne viste terrænnært et hurtig respons på omlægningen til skov, men i de dybereliggende boringer ses endnu ikke faldende tendenser. Kalk er et dobbelt-porøst media, og der har længe været en teori om, at der i kalkmatricen mellem sprækkerne gemmer sig en stor pulje af nitrat, som først skal frigives, før et resultat kan ses i moniteringsboringer. I disse processer spiller den mættede zone helt sikkert en væsentlig rolle, men den umættede zone kan også være meget betydende i visse områder. Der er indikatorer på, at der er en betragtelig nitratpulje gemt i den umættede zone, der kun udvaskes langsomt. I den mættede zone strømmer vandet primært i sprækkerne, og stoffet diffunderer ind i matricen. I umættet zone forholder det sig anderledes. Her strømmer størstedelen af vand og nitrat sandsynligvis i kalkmatricen, afhængigt bl.a. af matricens mættede hydrauliske ledningsevne. Med en høj effektiv porøsitet i matricen betyder det, at nitrattransporten går meget langsomt.. Metode I de senere år har vi gennemført en række undersøgelser af de vand- og stoftransportmæssige egenskaber for kalk i Aalborg området. Vi har målt stofdiffusionskoefficienter i kalkmatricen (intakte prøver) og fundet, at de kan estimeres præcist ud fra Archie's Lov (med snoethedsfaktor lig matriceporøsiteten i anden potens). Vi har udført drift and pumpback forsøg til bestemmelse af porevandshastighed på forskellige lokaliteter. Senest er der udtaget intakte prøver fra gravevæggen i Aalborg Portlands kridtgrav med henblik på at bestemme nitratprofil, vandindhold, sprække- og matrice-porøsitet, samt hydraulisk ledningsevne for sprækker og matrice. Resultater Undersøgelserne i Aalborg Portlands kridtgrav gav en dybere indsigt i nitratens skæbne ned igennem den umættede zone og viste, at der gemmer sig en betydelig pulje nitrat, der endnu ikke har ramt grundvandsmagasinet. Fra intaktprøver blev der opnået estimater for selve kalkmatricens hydrauliske egenskaber på mindre skala. Konklusion og perspektivering De gennemførte studier har givet en god systemforståelse, men samtidigt tydeliggjort en række videnshuller. Vi har længe være bevidste om den komplicerede stofdynamik i mættet 7

12 zone og har med mere eller mindre held forsøgt at modellere denne. I umættet zone er dynamikken i både vand- og stoftransport endnu mere kompleks. Studierne har vist, at transporthastigheden i umættet zone i kalken formentlig er meget langsom (ca. 0,5 m/år), og at transporten i kalkmatricen samtidigt udgør en betydende del af det samlede stofkredsløb for nitrat. Vi bliver derfor nødt til at rette fokus på procesforståelsen, hvis vi i fremtiden vil gøre os forhåbninger om at modellere nitrattransport og for den sags skyld stoftransport generelt i umættet og mættet zone i kalk. 8

13 METRO CITYRINGEN - METODER TIL UNDERSØGELSER I KALK Geolog Jens Galsgaard GEO jng@geo.dk I Materialet kalksten uhærdnet veksler med hærdnet (kalk og kalksten) stærkt sprækket veksler med svagt sprækket homogen slamkalk/skrivekridt II Metoder til undersøgelser i kalk kernekartering geofysiske logs televiewer log niveauspecifik vandprøvetagning III Grænsen mellem kvartær og kalk svær at se, fordi kalken er sprækket: uegnet til tørboring uegnet til kerneboring uegnet til geofys. Logs bedst at se i udgravninger allerbedst at se i modne profilvægge meget relevant i forb. med forureningsspredning Foto: Joakim Stiel Korshøj 9

14 10

15 KALKENS GEOLOGI I REGION HOVEDSTADEN Seniorforsker Peter Roll Jakobsen GEUS prj@geus.dk Bryozokalkens sammensætning, opbygning, hærdning og fysiske egenskaber er sammenstillet og en generel viden om sprækker er beskrevet ud fra viden fra omkringliggende områder. Prækvartæroverfladen er opdateret med de nyeste boringsoplysninger. Ud fra nyere seismik er der tolket forkastninger og storskala laghældninger, og en ny konceptuel model er opstillet for den geologiske opbygning af den københavnske vestegn. Baggrund og formål Udgangspunket for denne gennemgang af kalkens geologi er at Region Hovedstaden har bedt GEUS og GEO om at lave en vidensopsamling og en typemodel for kalkens geologi på vestegnen. Formålet med den vidensopsamling af kalken i Regionhovedstaden, er at højne vidensniveauet om kalkens sammensætning og opbygning, specielt på Vestegnen, hvor flere forureningssager truer grundvandet i de overfladenære kalkmagasiner. Metode, teknik. Ud fra tilgængelig litteratur er der fortaget sammenlignende studier af nærliggende bryozokalkforekomster i Limhamn, Stevns og Karlslunde. Ud fra boringsoplysninger er prækvartæroverfladen kortlagt. Desuden er Kridt- Tertiærgrænsen stedvis fastlagt. Borehul-logs fra Gerda-databasen er ligeledes anvendt til karakterisering af kalken. Stratigrafi er et vigtigt værktøj, som kan hjælpe med at stedfæste, hvor i Danien lagpakken man befinder sig. Der er lavet en stratigrafisk analyse af en kerne fra Naverland 26, og Hove kalkgrav. Nye seismiske linjer indgår i tolkning af forkastninger, og laghældninger. Ud fra sprækkeundersøgelser i nærliggende områder er der beskrevet generelle træk for opsprækningsmønstre. Resultater Der er opstillet en ny konceptuel model for geologien mellem København og Roskilde. Der er tolket en række større forkastninger mellem Carlsberg og Roskilde Forkastningerne samt potentielle forkastninger baseret på prækvartæroverfladen. Ved at sammenligne stratigrafiske oplysninger i en overfladenær kerneboring, med dybden til Kridt-Danien grænsen fra andre boringer, ser det ud til at lagtykkelsen for Danien enhederne er konstante. Seismiske linjer viser en hældning mod vest i den østlige del af den københavnske vestegn. Ud mod Roskilde forkastningen må der således være København Kalk Formation i prækvartæroverfladen, eller en stratigrafisk ækvivalent. 11

16 Bankestrukturer i bryozokalk kan styre strømningsmønstret. Formen af bankerne ændrer sig fra nederst at være stærkt asymmetriske til at blive mere flade og med en mindre længde bredde forhold op gennem bryozokalk enheden, hvor også horisontalt lagdelt kalk forekommer. Det er derfor vigtigt at vide hvor man er i stratigrafien. Sprækker i kalken består af glacial opsprækning i den øverste del af kalken samt Vertikale og horizontale sprækker generelt i kalken. De vertikale sprækker er som regel parallel med de store forkastninger, og den dominerende sprækkeretning kan tolkes ud fra kendte forkastninger. Konklusion og perspektivering Der er opstillet en konceptuel model for udbredelsen af kalkbjergarterne på den københavnske vestegn. Specielt den vestlige del hvor København Kalk Formationen, eller en stratigrafisk ækvivalent må formodes at udgøre prækvartæroverfladen. Den litologiske sammensætning og opbygning bør undersøges nøjere her, da strømningmønstre er forskellige i København Kalk Formationen og bryozokalk. Litteraturhenvisning Galsgaard, J., Rohde, M., Jakobsen, P.R. & Jakobsen, R. 2014: Strømning og stoftransport i kalklagene på den københavnske vestegn. Geologisk og hydrologisk vidensopsamling og typemodel. GEO projekt nr , Rapport 1, pp. Figur 1. Kalkbjergarter i prækvartæroverfladen mellem København og Roskilde. Linien viser beliggenhed af profil vist til højre. 12

17 INNOVATIVE FIELD INVESTIGATIONS IN LIMESTONE USING A FACT-FLUTE Post Doc. Klaus Mosthaf, DTU Environment, klmos@env.dtu.dk MSc Mie B. Sørensen, DTU Environment Associate Professor Mette Martina Broholm, DTU Environment, mmbr@env.dtu.dk Civilingeniør Henriette Kerrn-Jespersen, Capital Region Professor Philip John Binning, DTU Environment, pjbi@env.dtu.dk Background and objective The understanding of chlorinated solvents behavior in fractured limestone aquifers is a challenging task because of the preferential flow of contaminants in fractures and the exchange with the limestone matrix. Characterization of the contaminant distribution, particularly in the matrix, is challenged by difficulties in intact sample collection (coring) for sufficiently discretized data. The characterization is important for the development of a conceptual understanding, for risk assessment and for the choice and operation of an appropriate remediation strategy. The FACT (FLUTe activated carbon technique) is an innovative monitoring technique, which allows determining the distribution of a contaminant in the surrounding of a borehole with a higher resolution than conventional monitoring methods. The FACT technique proved to be a helpful tool for characterization of contaminant distribution in the limestone aquifer at the Naverland Site (Janniche et al. 2013, Broholm et al. 2013, Kerrn-Jespersen and Broholm 2013). While the sorbed concentration of contaminant in the carbon felt is obviously related to concentrations in the formation, there is no direct relation between measured sorbed concentration (mg/g AC) and the aqueous pore water concentration (mg/l). The objective of the research presented was to develop a tool for the interpretation of FACT measurements and apply it to the Naverland dataset for comparison with concentrations in groundwater samples sampled from the Water-FLUTe multilevels (Janniche et al and 2013b) at the site. Method and technique The FLUTe Activated Carbon Technique was described by Janniche et al. (2013) and is illustrated in Figure 1. The sorption of chlorinated ethenes on activated carbon was determined in laboratory experiments as described in Sørensen et al. (2014) to obtain equilibrium sorption coefficients (Kd) for individual and mixed chlorinated ethenes on activated carbon from aqueous solution. As the uptake on FACT in limestone aquifers will depend on transport (advection and/or diffusion and retardation by sorption) in the limestone matrix and fractures as well as on the sorption to activated carbon, a modeling tool was developed (Mosthaf et al. 2014) which allows for the interpretation of field data and the analysis of the influence of various aquifer parameters. The model provides a link between sorbed concentrations on the FACT and the prevailing aqueous pore water concentrations for a range of hydraulic parameters and conditions typical for limestone aquifers. Results and outlook The sorption experiments showed very strong sorption with reasonably linear sorption isotherms over a very large concentration range for individual chlorinated ethenes. At high PCE concentrations, competition for sorption sites resulted in non-linearity and much lower sorption of the less hydrophobic compounds TCE and particularly c-dce. The model simulation results demonstrate the influence of common aquifer parameters on the observed sorbed concentrations on the FACT. The influence of the porosity and of the positioning of the FACT with respect to the flow is comparably small (factor 2-3), whereas the influence of sorption coefficients is increasing with the sorption coefficients and is particularly important 13

18 for Kd-values above 10-3 L/kg. The hydraulic conductivity has only little influence for values below 10-5 m/s, but up to orders of magnitude influence above that until diffusion within the FACT is limiting the transport processes. For given hydraulic parameters, conditions and exposure time of the FACT, a linear relation between activated carbon concentration and aqueous concentration can be established. This allows the FACT-FLUTe technology to be employed for the characterization of contaminant distribution in limestone aquifers. A comparison between the aqueous (pore water) concentrations calculated with the model from the FACT-FLUTE data with groundwater concentrations from the Water-FLUTe multilevels at the Naverland site showed good correspondence. An advantage of the FACT technique is that it provides discretized data for the matrix and is less influenced by the preferential flow in high conductive zones than multilevel water sampling. It can also be applied in a matrix with strong variation in the hardness (e.g. softer limestone with interbedded chert layers). Furthermore, DNAPL presence in hydraulically active fractures can potentially be identified by high concentration peaks on the FACT. Literature Broholm, M.M., Janniche, G.S., Fjordbøge, A.S., Jørgensen, T., Damgaard, J., Martinez, K., Grosen, B., Wealthall, G., Christensen, A.G., and Kerrn-Jespersen, H., Udvikling af konceptuel forståelse af DNAPL udbredelse i moræneler og kalk ved integreret anvendelse af direkte og indirekte karakteriseringsmetoder. ATV Vintermøde, Vingsted, 5-6. marts, Janniche, G.S., Fjordbøge, A.S., Broholm, M.M., DNAPL i moræneler og kalk. Vurdering af undersøgelsesmetoder og konceptuel modeludvikling. Naverland 26AB, Albertslund. DTU Miljø og Region Hovedstaden. Janniche, G.S., Kerrn-Jespersen, H., Christensen, A.G., Grosen, B., and Broholm, M.M., 2013b. Anvendelse af Water FLUTe multi-level vandprøvetagning til DNAPL karakterisering. Jordforurening.info 2-13, p Videncenter for Jordforurening. Kerrn-Jespersen, H., Janniche, G.S., Christensen, A.G., Grosen, B., Jørgensen, T., og Broholm, M.M., Undersøgelsesmetoder til karakterisering af DNAPL i kalk. Jordforurening.info 1-13, p Videncenter for Jordforurening. Mosthaf, K., Broholm, M.M., Binning, P., The FACT-FLUTe technology. A modeling tool for interpreting field data. DTU Miljø og Region Hovedstaden. Sørensen, M.B., Broholm, M.M., Sorption af chlorerede opløsningsmidler på FACT. DTU Miljø og Region Hovedstaden. Figure 1: (Left) NAPL-FLUTe liner (a color striped membrane) in combination with the activated carbon strip (FACT). (Right) Simulation results showing two FACTs in a borehole after an exposure time of 42 h in an aquifer with an initially uniform dissolved PCE concentration. The blue arrows mark the groundwater flow velocity. 14

19 ØLSEMAGLE UNDERSØGELSE OG AFVÆRGE I BRYOZOKALK Geolog Peter Tyge og ekspertisechef Anders G. Christensen NIRAS A/S pty@niras.dk, agc@niras.dk I september 2011 afslørede en rutinemæssig kontrol af rentvandet på et mellemstort vandværk ved Køge ( m 3 /år fra bryozokalk) forurening med tetrachlorethylen (PCE). Et dynamisk og effektivt samarbejde mellem vandværket Lyngen, Køge Kommune, Region Sjælland og NIRAS resulterede i hurtig kildeopsporing, risikovurdering og afværge. Eksponeringen af vandværkets forbrugerne blev ubetydelig og ganske kortvarig, se figur 1, men vandværkets nyeste kildeplads, med tre 60 meter dybe kalkboringer, gik tabt. I dag 3 år efter er den væsentligste del af forureningen fjernet, og forureningsfanen i kalken er under kontrol. Under kildeopsporingen i foråret 2012 med bl.a. GeoProbe og Phytoscreening (Screening by Green) viste det sig, at der siden 2007 havde været oplagt og håndteret metalskrot på bar mark ved Ølsemagle, se figur 2, kun meter opstrøms for vandværkets boringer. Den terrænnære poreluftforurening med PCE var markant (1.900 mg/m 3 ) og indeholdt også andre chlorerede opløsningsmidler samt en lang række freonstoffer. Hot-spot indeholdt i størrelsesordenen kg PCE, lokalt fri fase ( mg/kg), og selv de nærmeste store træer indeholdt PCE i saften. Den stærkt vandførende og terrænnære glacialt opknuste bryozokalk var kraftigt forurenet (5.000 µg/l), og via denne zone, og den hårde bryozokalks sprækkesystemer, var forureningen hurtigt nået til vandværkets indvindingsboringer (5-20 µg/l). I forbindelse med den senere sløjfning af vandværkets boringer viste det sig, at der manglede bagstøbning af forerør, og at terrænnært grundvand således også kunne strømme ind i boringerne. Efter målrettet opgravning af hot-spot i sommeren 2013 (1.400 ton jord), samt trinvis afværgepumpning i kalken i det kildenære område ( m 3 oppumpet frem til nu), er indholdet af PCE i den op mod 750 meter lange forureningsfane, både proximalt og distalt, nu væsentligt under 50 µg/l. Den største udfordring fremadrettet er en valid prognose for langtidseffekten af bl.a. sorption/desorption og tilbage-diffusion af PCE, som må forventes i et dobbeltporøst medie som bryozokalk; Ulykken er standset og afværget, men hvorledes vil restforureningsfanen udvikle sig i tid og sted? Foredraget fokuserer på bryozokalk og vigtigheden af gode konceptuelle modeller, opmærksomhed på massebalance og flux, se figur 3, samt robuste undersøgelses- og afværgemetoder. Et pumpestop og sporstofforsøg er netop iværksat og forventes at kunne bidrage med vigtige parametre til vurdering af porevandshastighed, respons og langtidseffekter, og hermed en sikker afslutning af sagen. Tak til Sten Henriksen, Vandværket Lyngen, Susanne R. Pedersen, Region Sjælland, Pia Ahrensberg og Peter Hegel, Køge Kommune, Mette Algreen Nielsen, Screening by Green, Louise Rosenberg og Nicola Balbarini, DTU Miljø, Gro Lilbæk og Jens Bischoff samt en lang række andre kolleger i NIRAS. 15

20 Figur 1. PCE i vandværkets rentvand i udvalgte moniteringsboringer og afværgeboringer Figur 2. Oplag af skrot 2011, poreluftforurening 2012 og PCE i bryozokalken Figur 3. Konceptuelle modeller, forureningsmasse, flux, respons og langtidseffekt 16

21 UNDERSØGELSESMETODER I UHÆRDET SKRIVEKRIDT UDFORDRINGER VED PLATANVEJ, NYKØBING FALSTER Ekspertisechef Charlotte Riis NIRAS A/S cer@niras.dk Gro Lilbæk, Anders G. Christensen, Peter Tyge, Mikael Jørgensen, NIRAS A/S, Martin Stærmose, Region Sjælland Baggrund og formål På lokaliteten Platanvej 19, Nykøbing F er der konstateret en omfattende forurening med TCE og nedbrydningsprodukter i det primære magasin. Forureningen stammer fra affedtning af metalemner i perioden Det primære magasin består af uhærdet skrivekridt og findes fra 8 m.u.t. Forureningen synes at spredes vertikalt i magasinet ved hotspot i Lunden og derfra i nordvestlig retning mod vandindvindingen i Indelukket, der tilhører Vandforsyningen Østlolland. Forureningen har spredt sig til minimum 47 m.u.t. og er endnu ikke afgrænset i dybden. Region Sjælland har i 2009 iværksat en midlertidig afværgepumpning ved lokalitetens nordlige skel, nord for Lunden, til midlertidig afskæring af forureningsspredningen mod Indelukket, mens supplerende undersøgelser pågår. Forud for beslutning om endelig afværgestrategi er der siden 2010 udført supplerende undersøgelser til afgrænsning og karakterisering af forureningen og ikke mindst til hydrogeologisk karakterisering med henblik på at fastlægge, hvilke forhold der er styrende for strømningen og stoftransporten på lokaliteten. Dette er afgørende for dels en retvisende risikovurdering, dels for en beslutning om og design af en eventuel alternativ afværgeløsning til den eksisterende afværgepumpning. Metode Der er udført følgende undersøgelser mhp. hydrogeologisk karakterisering af kalkmagasinet: kerneboringer og installation af 7-kanals CMT-filtre med Sonic Drill metode til 40 m.u.t., geologisk beskrivelse og detaljeret delprøvetagning af kerner, symmetrix-boring med 4 niveauspecifikke filtre, seismik, adskillige synkronpejlerunder udført på forskellige årstider, pseudopumpetest, kontinuert logning af vandspejl i 11 filtre vertikalt og horisontalt fordelt i kalkmagasinet, 11 HPT-sonderinger med Geoprobe-systemet ned til 47 m.u.t. med op til 19 dissipation test i hver, etablering af 6 dobbelte pejleboringer med Geoprobe-systemet i hhv. 12 og 22 m.u.t. Resultater Området består geologisk set af skrivekridt overlejret af kvartære aflejringer. Skrivekridt er et opsprækket medie, men ved udtagning af kerneprøver fremstår skrivekridtet løst, blødt og uhærdet, hvorfor sprækkerne ikke kan identificeres visuelt. Der er observeret både opadrettede og nedadrettede vertikale trykgradienter i skrivekridtet ved Lunden og vandspejlet i området er generelt fladt med meget små horisontale trykgradienter. I den øvre del af skrivekridtet (8-25 m u.t.) viser de udførte hydrogeologiske undersøgelser en højere permeabilitet end i den dybere del af skrivekridtet (25-min. 48 m u.t.). Der vurderes at ske en væsentlig horisontal strømning i den øvre del. Denne strømning foregår primært i højpermeable horisonter, som synes at være gennemgående. Pejledata fra de udførte pumpestop bekræfter tilstedeværelsen af sammenhængende horisonter, idet påvirkning af ændring i pumpeydelsen blev registreret omgående (<30 min). 17

22 De udførte HPT-sonderinger viser ligeledes et markant skift i trykgradienten omkring 25 m u.t. i hele området. Fra dette niveau falder det absolutte vandtryk generelt med dybden, hvilket indikerer en nedadrettet trykgradient. Dette bekræftes af det øgede HPT-tryk, som indikerer tykkere lag af lavpermeabelt materiale. Den primære strømning i dette niveau vil således være nedadrettet, hvilket stemmer overens med den observerede forurenings-spredning. Den nedadrettede gradient i den dybe del af skrivekridtet indikerer at der i større dybde kunne forekomme endnu en vandførende horisont, som langsomt dræner vand fra den øvre del af kridtet. Om dette eventuelt skyldes kontakt til den dybe erosionsdal, der muligvis findes mod syd kan ikke udelukkes. Resultaterne viser, at det er vanskeligt med sikkerhed at korrelere de højpermeable horisonter, som observeres på HPT-sonderingerne og dermed vanskeligt at identificere samhørende pejlehorisonter. Hele lagserien i skrivekridtet er under signifikant hydraulisk overtryk og kan således karakteriseres som et spændt magasin. Trykændringer i magasinet forplanter sig meget hurtigt over selv større afstande. Konklusion og perspektivering HPT-sonderingerne har vist sig som et stærkt værktøj til belysning af den vertikale variation i den hydrauliske ledningsevne og til identifikation af strømningshorisonter og vertikale trykgradienter. Kombinationen af HPT-logs og efterfølgende filtersatte boringer eller niveauspecifik vandprøvetagning tillader målrettet filtersætning i relevante strømningshorisonter. I den aktuelle geologi har det været muligt at nå en maksimal sonderingsdybde på 47 m med HPTlogs og niveauspecifik vandprøvetagning. Denne undersøgelsesmetodik er langt billigere end etablering af filtersatte boringer og muliggør målrettet filtersætning samt vandprøvetagning i langt flere niveauer. De udførte undersøgelser har som ventet ikke givet direkte informationer om tilstedeværelsen eller frekvensen af sprækker i skrivekridtet, men ud fra indirekte indikationer på hydraulisk respons fra HPT logs og dissipation tests og fra generelt kendskab til skrivekridt, vurderes det fortsat at der er tale om et dobbeltporøst, opsprækket medie. Den store transiente variabilitet i trykniveauerne forårsaget af indvindingsstrategien på Østlollands Vandforsyning sammenholdt med det relativt flade vandspejl, har betonet vigtigheden af, at synkronpejlerunder udføres inden for et meget snævert tidsrum. Udførelse af kontinuerte pejlinger i specifikke dybder har medvirket til at belyse den vertikale variabilitet i trykforplantningen i de enkelte strømningshorisonter. De detaljerede undersøgelser ved HPT-sonderinger, kerneprøver og niveauspecifikke filtre har illustreret muligheden for at vandskellet kan have en forskellig placering i forskellige dybder/vandførende horisonter. Denne erkendelse udfordrer den gængse konceptuelle forståelse af vandskel og overordnede strømningsforhold og kan have en væsentlig betydning på den aktuelle lokalitet. 18

23 MODELFORTOLKNING AF MTBE-TRANSPORT I KALK Udviklings- og projektleder Per Loll, DMR A/S, pl@dmr.dk Civilingeniør, kvalitetschef Claus Larsen, DMR A/S Hydrogeolog Laila Bruun, DMR A/S (nu Rambøll) Projektchef Anders Riiber Høj, Oliebranchens Miljøpulje (nu Metroselskabet I/S) Baggrund og formål DMR har for Oliebranchens Miljøpulje gennemført en undersøgelse og monitering på en MTBE-fane fra en tidligere servicestation i Ølstykke. Ejendommen er beliggende i et område med særlige drikkevandsinteresser og i en afstand af ca. 1,3 km fra den nærmeste indvindingsboring tilhørende Ølstykke Vandværk. Der er pt. konstateret ca. 2 gange grundvandskriteriet i en afstand af 550 meter fra kilden. Der er konstateret faldende koncentrationer i faneområdet og i et kildenært tværsnit har der været faldende masseflux siden kilden er under udtømning. I forlængelse af undersøgelserne, der bl.a. omfatter mere end 12 års moniteringsdata for de mest kildenære boringer i det primære magasin, er der udført modelberegninger til vurdering af den nuværende og forventede fremtidige udbredelse MTBE-fanen. Modellering af forureningstransport i et dobbeltporøst medie er i sig selv en kompliceret opgave, og dertil er der (som altid, fristes man til at sige) tale om komplicerede hydrogeologiske forhold på lokaliteten. I stedet for at gå i større detaljeringsgrad, for at imødekomme de komplekse forhold, har vi valgt at anvende en forholdsvis simpel model til opgaven. Metode og teknik DTU's REMTEC-model (1D sprækkemodel) er kalibreret og valideret til MTBE-koncentrationerne i et center-center profil ned igennem fanen og der er udført modelberegninger til vurdering af den forventede fremtidige udvikling af MTBE-fanen (længde og koncentrationer) under hensyntagen til tilbagediffusion af MTBE fra kalkmatricen. Resultater Udover en præsentation af selve sagen og modellen, samt resultaterne af modelleringen, vil vi, via det konkrete projekt, præsentere vores tanker omkring modelvalg og runde nogle af de vanskelige valg man bliver nødt til at træffe når man skal tilpasse en kompliceret sag fra den virkelige verden til en simpel model. Konklusion og perspektivering I det konkrete tilfælde er modellen i stand til at simulere de dynamiske forhold i fanen med et troværdigt udfald og der er gennemført prædiktive modelberegninger over fanens fremadrettede længde og koncentrationsforløb, som en fremadrettet monitering kan holdes op imod. Litteraturhenvisning A risk assesment tool for contaminated sites in low-permeability fractured media. J. C. Chambon, P. J. Binning, P. R. Jørgensen, P. L. Bjerg. Journal of Contaminant Hydrology 124 (2011). DTU V1D Excel-model og manual. 19

24 Flux [g MTBE/år] Tværsnit A Tværsnit B Tværsnit C

25 Notater 21

26 Notater 22