Vandforsyningsteknik 52

Transkript

1

2 Vandforsyningsteknik 52 Dansk Vand- og Spildevandsforening 3

3 Udgiver: Dansk Vand- og Spildevandsforening VANDHUSET, Danmarksvej Skanderborg Tlf Fax Web Udgivelsesår: 2003 Titel: Vandforsyningsteknik 52 Redaktionen afsluttet: Juli 2003 ISSN: ISBN: Tryk: Djurs Gruppen Grafisk Support, Auning 4

4 Indhold Forord Mængde og kvalitet af grundvandsdannelsen under nye og etablerede skove Af Ulla Lyngs Ladekarl Vandbalanceligning Vandbalancen for etableret skov Vandbalancen under skovrejsning Grundvandsdannelsen under skov Kvaliteten af grundvandsdannelsen Konklusion og perspektivering Referencer Renovering af boringer Af John Bastrup Baggrund Formål med projektet Projektforløb Årsager til problemer med boringerne Undersøgelsesmetoder Regenereringsmetoder Renoveringsmetoder Erfaringer med metoder ved terræn Erfaring med metoder under terræn Overboring Sløjfning af boringer Konklusion Nikkelfrigivelse ved pyritoxidation - processer der forårsager nikkelproblemer i grundvandet Af Thorkild Feldthusen Jensen, Claus Kjøller og Flemming Larsen Indledning

5 Hvilke kemiske reaktioner kan frigive nikkel til grundvandet?.. 44 Den fysiske gasstrømning ved atmosfæriske lufttryksvariationer barometerånding Kemiske følgevirkninger for luft, jord og grundvand Kan gamle boringer renoveres og driften indrettes, så nikkelproblemer forhindres? Etablering og drift af nye boringer i områder med risiko for nikkelproblemer Afsluttende vurderinger og kommentarer Referencer Håndtering af BAM-forurening på vandværker Af Marianne Marcher Juhl og Lars Elkjær Indledning Udredningsprojekt om BAM-forurening Projektets betydning for vandværkerne BAM-fund på vandværket hvad så? Reaktion på fund af BAM Konstatering af forurening Undersøgelse af forureningsomfang Undersøgelser ved magasinforurening Undersøgelse af lækager i boringer Afværgemuligheder Fremtidig vandforsyning Referencer Pesticidforurenet vand i små vandforsyningsanlæg Af Walter Brüsch Baggrund Formål Analyseprogram Resultater og diskussion Grundvandsovervågning og vandværkernes boringskontrol Pesticider fundet i de små private vandforsyningsanlæg Diskussion og fremtid Referencer Den gemte fauna

6 Detailkortlægning af Solhøj Kildeplads opland Af Allan Pratt, John Flyvbjerg, Mads Terkelsen, Bjarne Persson, Ole Frimodt Pedersen, Susanne Hartelius, Per Schiffhauer og Ann-Katrin Pedersen Indledning Solhøj indvindingsopland Historisk udvikling i vandkvaliteten på Solhøj Kildeplads Vurdering af den fremtidige udvikling i grundvandskvaliteten Konklusion Referencer Kortlægning af vandressourcer i en digital tid Af Susie Mielby Indledning Borgerens fremtidige behov Nye dataopgaver i en ny tid Indsamling af viden er en fælles opgave Synkronisering af viden Adgang til viden Reference Anvendelse af grundvandsmodeller ved indsatsplanlægning Af Anders Korsgaard Baggrund Formål Indledning Fastlæggelse af indvindingsoplande Anvendelse ved vurdering af sårbarhed Simulering af grundvandets alder Anvendelse ved udarbejdelse af indsatsplaner Beregning af omkostninger Sammenfatning Grundvandsbeskyttelse og ekspropriation Af Michael Tophøj Sørensen 7

7 Kvalitetssikring af drikkevand med HACCP Af Erik Arvin og Rasmus Boe-Hansen Indledning HACCP Erfaringer med brug af HACCP Løser HACCP alle problemerne? Afsluttende bemærkninger Referencer Hurtiganalyser Af Claus Jørgensen Indledning Semikvantitative tests Analyser der kan håndteres af alle og kun kræver et begrænset udstyr Analyser der kræver nogen erfaring Hurtige laboratorieanalyser Hurtiganalyser og Online-målinger Af Adam Brun Indledning Anvendelighed af Online-målinger Valg af Online-udstyr Drift Tolkning af data fra Online-målinger Økonomi Fremtid Beregning af lækagefordeling i ledningsnettet Af Anders Hahn Kristensen Indledning Beregningsprogrammet 7SEAS Modelkalibrering med 7SEAS Lækagefordeling med 7SEAS Yderligere muligheder med 7SEAS Konklusion

8 Langsigtet strategisk planlægning af distributionssystemet Af Jesper Hall-Pedersen Indledning Udviklings- og renoveringsplan Udarbejdelse af formål og implementering af strategi hos Århus Kommunale Værker Implementering af strategi mod forurening på ledningsnettet Katalytisk afjerning på Slangerupværket Af Peter Borch Nielsen Indledning Afjerning Forsøgsanlæg Forsøgsresultater Videre arbejde Bakteriel forurening i Århus Af Lars Schrøder Indledning Vandforsyningen i Århus Kommune Optakten Beredskabet træder i kraft Kogeanbefaling til forbrugere Nødvandforsyning Vandanalyser Kogeanbefalingen ophæves Information Evaluering Annoncefortegnelse

9

10 Forord Årskursus nr. 52 i regi af vor forening, der nu hedder Dansk Vand- og Spildevandsforening, blev afholdt på Århus Universitet i januar Denne bog indeholder i skriftlig form de foredrag, der blev afholdt på kurset. Ved foreningens årskursus forelægges og drøftes tidens mest aktuelle emner inden for vandforsyningen. Foreningens medlemmer og gæster til dette arrangement får herved kontant viden til brug i deres daglige arbejde i dansk vandforsyning. Overskrifterne for dette års emner var: Grundvandsbeskyttelse: Grundvandsdannelse under skov, nikkelproblemer, pesticider i små private vandværker, indsatsplanlægningen og den digitale forvaltning, anvendelse af grundvandsmodeller ved indsatsplanlægningen, ekspropriation, boringsrenovering og kildepladskortlægning. Vandkvalitet og vandbehandling: Håndtering af BAM-forurening på vandværker, kvalitetssikring af drikkevandet, hurtiganalyser og onlinemålinger, afjerning ved katalyse, samt den bakterielle forurening af drikkevandet i Århus. Distribution: Beregning af lækagefordeling i ledningsnettet, samt strategi for distribution. Håndbogen er den eneste samlede oversigt over det nyeste inden for vandforsyningsteknik i Danmark. Vandforsyningstekniske emner der ikke er behandlet i denne udgave, kan med stor sandsynlighed findes i tidligere udgaver i denne serie. DANVA ønsker medlemmer og andre læsere god fornøjelse med Vandforsyningsteknik 52. UDDANNELSESUDVALGET 11

11 12

12 Mængde og kvalitet af grundvandsdannelsen under nye og etablerede skove Af geolog, Ph.D. Ulla Lyngs Ladekarl, WaterTech a/s Der er mange gode grunde til at øge skovarealet i Danmark. Befolkningen vil gerne have flere rekreative arealer, CO 2 -udslippet reduceres, træproduktionen øges og grundvandet beskyttes. Der er dog visse konsekvenser ved skovrejsning som bør tages højde for. For eksempel kan grundvandsdannelsen under skov være mindre end under lav vegetation, og i de første år efter plantning kan både kvælstof og tungmetaller mobiliseres, når skovrejsningen foregår på tidligere landbrugsjord. Vandbalanceligning Grundvandsdannelsen i løbet af skovrejsningen er ikke undersøgt i Danmark. Der er enkelte forsøg i gang, men endnu foreligger der ingen resultater. Derimod findes der flere undersøgelser af grundvandsdannelsen under ældre skove. Det vil sige, at grundvandsdannelsen er bestemt som et restled i vandbalancen, fordi grundvandsdannelsen ikke måles direkte, men bestemmes ud fra målinger af nedbør og modelsimuleringer af fordampningen. Man bliver altså nødt til at kende komponenterne i vandbalanceligningen godt for at kunne vurdere grundvandsdannelsen. I vandbalanceligningen (ligning 1) vist herunder består afstrømningen af både grundvandsdannelse, overfladisk og underjordisk (sideværts) 13

13 afstrømning. I skov er overfladisk afstrømning meget lille og kan ofte udelades, mens sideværts afstrømning mellem jordoverfladen og grundvandsspejlet ses i f.eks. lerjorde, hvor grøftning er nødvendig. N = E A + G + ΔR + O + U (ligning 1) hvor N er nedbør (mm), EA er aktuel fordampning (mm), G er grundvandsdannelse (mm), R er ændring i jordvandsreservoir (mm), O er overfladisk afstrømning (mm) og U er underjordisk afstrømning (mm). Nedbøren og ændringen i jordvandsreservoiret måles direkte, mens fordampningen og afstrømningen beregnes med modeller. Fordampningen deles ofte op i 3 led, et interceptionstab (fordampning fra våde blade, I, mm), transpiration (rodoptag, T, mm) og fordampning fra jordoverflade (E J, mm) (ligning 2) E A = I + E J + T (ligning 2) Interceptionstabet kan måles, men de to øvrige led bruger man modeller til at bestemme. Fordampningen fra skov antages ofte at være større end fra lav vegetation, og dermed er grundvandsdannelsen mindre. Forskelle i bladareal har en betyd-ning, men også forskelle i højden er vigtig. Bladarealet er således højt for nåleskov, og da nålene sidder hele året, er fordampningen herfra også høj. Løvtræer har lavere bladareal end nåletræer, og dermed har løvtræerne også mindre fordampning. Sammenlignet med landbrugsafgrøder har løvtræer næsten samme bladareal, men da vækstsæsonen er længere end for landbrugsafgrøder, kan vandforbruget blive højere for løvtræer. Når det regner, bliver skovens højde vigtig, fordi der over en høj skov er større atmosfærisk turbulens end over en ensartet lav vegetation. Luftudskifningen er derfor stor over skov, og muligheden for at vandet på bladene kan fordampe direkte til atmosfæren er større for skov end for den lave vegetation. 14

14 Vandbalancen for etableret skov Vandbalancer for nåleskov er undersøgt ved flere lejligheder i Danmark, specielt i Vestjylland, i forbindelse med undersøgelser af forsuring og skovdød (bl.a. Pedersen, 1993, Schelde, 1995, Beier, 1998, Gundersen et al., 1999). Enkelte undersøgelser af ege- og bøgeskov har også fundet sted (bl.a. Holstener-Jørgensen, 1959, Holst og Kristensen, 1981, Ladekarl, 1998, Gundersen et al. 1999, Ladekarl, 2001). En undersøgelse af fordampningens komponenter viser, at transpirationen for de forskellige lokaliteter varierer relativt lidt, ca. 150 mm/år (figur 1). I figuren indgår flest jyske lokaliteter, idet kun bøgeskoven ved Sorø og sitkaskoven ved Fredensborg stammer fra Sjælland. Fælles for de jyske undersøgelser er, at de får næsten lige meget nedbør og udgangsmaterialet er sandjord. På Sjælland er nedbøren lavere og referencefordampningen højere. Kun bøgeskoven ved Sorø ligger på Figur 1. Transpiration fra forskellige semi-naturlige vegetationer. Lokaliteter uden mærke er fra Ladekarl (2001). * Pedersen( 1993) #Schelde (1995) Beier (1998). 15

15 lerjord. Bladarealindekset stiger fra venstre mod højre i figuren, idet bladarealindekset er ca. 2,5 for hede, maksimalt 4,5 for løvskov og ca. 6 for nåleskov. Der ses ikke nogen sammenhæng mellem transpirationen og bladareal, roddybde eller geologisk udgangsmateriale. Der kunne dog godt se ud til at være mindre transpiration fra nåleskovene end fra andre vegetationer. Det kan skyldes, at nåletræer traditionelt plantes på dårlige jorder, eller at de er gode til at styre vandforbruget ved at lukke bladenes spalteåbninger, når luften bliver for tør. Til gengæld stiger interceptionstabet med bladarealet og vegetationshøjden, figur 2. De lave vegetationer, hederne, viser stort set samme interceptionstab, mm/år, mens løvskove har et lidt større tab på ca mm/år og granplantager har et tab på over 200 mm/år. Sitkaplantagen på Hjelm Hede er i denne sammenhæng ekstrem med et interceptionstab på ca. 650 mm/år. Lokaliteten er ekstremt vindeksponeret mod vest, og det kan ikke udelukkes, at der er en Figur 2. Interceptionstab for de samme lokaliteter som vist i figur 1. 16

16 Figur 3. Den samlede vandbalance for lokaliteterne vist i figur 1 og 2. betydelig randeffekt (Ladekarl, 2001). Den samlede fordampning fra granplantager ligger tæt på referencefordampningen, som er omkring 550 mm/år. Afstrømningen er et restled i vandbalancen og er stærkt korreleret med nedbøren. I figur 3 ses den samlede vandbalance for lokaliteterne vist i figur 1 og 2. Kun i enkelte tilfælde, heden på Hjelm Hede og egeskoven ved Hald Ege, er afstrømningen bestemt ved andre metoder end med vandbalancemodeller (Ladekarl, 2001). På de to lokaliteter er vist, at al afstrømning kan regnes for grundvandsdannelse. Men også mange af de øvrige lokaliteter ligger på sandjord, hvor det kan formodes at afstrømningen er vertikal og derfor lig med grundvandsdannelsen. Ud fra figur 3 kan man se, at afstrømningen (grundvandsdannelse og sideværts afstrømning over og i jorden) under de forskellige 17

17 vegetationstyper er størst i den vestlige del af landet med mest nedbør og mindst mod øst. En mere grundig sammenligning af vandbalancens komponenter for de forskellige skovtyper, betydningen af lokalitetens placering, og sammenligning med lave vegetationer er svær at foretage. En af årsagerne er, at variationen i nedbør kan være stor fra det ene år til det andet, og man derfor behøver vandbalancebestemmelser for en længere årrække for generelt at kunne vurdere størrelsen af vandbalancens komponenter. En anden årsag er, at der udover forskelle i nedbør fra den ene lokalitet til den anden også er forskel på energitilførslen fra atmosfæren og udgangsmaterialet, som kan give forskellige vækstbetingelser. Undersøgelser fra andre lande kan i visse tilfælde være brugbare, men her spiller klimaforskelle en stor rolle. Vandbalancen for skove i kontinentale områder er langt mere styret af jordvandsindhold og solindstråling end vandbalancen for skove placerede i områder med stor udskiftning i luftmasserne, hvor interceptionstabet kan være stort. I Danmark er fordampningen styret af begge mekanismer, og i nogle år vil transpirationen være afgørende og i andre interceptionstabet. Figur 4. Udvikling i fordampningen afhængig af vegetationens alder for russiske skove (efter Reynolds og Thompson, 1988). 18

18 Vandbalancen under skovrejsning Ved nyrejst skov gør andre forhold sig gældende. Fordampningen ændrer sig med træernes alder som vist i figur 4. I det første år vil fordampningen ligne fordampningen fra bar jord, men allerede efter måske 5 år vil kronetaget være nogenlunde tæt, og transpirationen vil være stor. Derimod vil interceptionstabet først ligne interceptionstabet fra skov, når træerne er blevet høje. Når træerne har opnået deres optimale højde, aftager transpirationen og interceptionstabet. Det ses på kurven ved, at den samlede fordampning aftager efter år. Tallene i figur 4 er fra Rusland, hvor træarterne, jordbunden og klimaforholdene og dermed også transpirationen og interceptionstabet er anderledes end i Danmark. Udviklingen i fordampningen kan dog godt antages at foregå på samme måde under danske forhold. I figur 5 ses eksempler på, hvor stor fordampningen er i forhold til træalder for fire danske bøgeskove. Ud fra figur 4 skulle der ikke være Figur 5. Fordampning i forhold til træalder for danske bøgeskove og en egeskov sammenlignet med fordampningen for landbrugsjorde i Vejle Amt. 19

19 forskel på udviklingen for løvskov og granskov, og det er da også muligt, at med flere undersøgelser ville tendenserne se anderledes ud. I figur 5 er ligeledes vist, hvor stor fordampningen fra landbrugsafgrøder kan være afhængig af jordtype. Det ses, at kun i grovsand er fordampningen entydig lavere for landbrugsafgrøder end for løvskov. På mere lerede jorder er fordampningen fra landbrugsafgrøder sammenlignelig med fordampningen fra løvskove, og det ser altså ikke ud til, at man på sådan en jord på langt sigt får mindre grundvand ved at rejse løvskov på sin mark. En simulering af vedvarende græs giver en mindre fordampning på mm/år i forhold til almindelige landbrugsafgrøder, og dermed har græs på også de mere lerede jorder en lavere fordampning end løvskov. Grundvandsdannelsen under skov Ud fra figur 3 kan man som sagt se, at afstrømningen (sideværts strømning og grundvandsdannelse) under skov og hede er størst i den vestlige del af landet med mest nedbør og mindst mod øst. Med visse forbehold gør det samme sig gældende for landbrug. Dyrkede, lerede jorder er ofte drænede, og drænafstrømningen kan nemt være op til Vestdanmark Østdanmark lav vegetation/landbrug mm mm løvskov mm mm granplantager mm mm Tabel 1. Grov estimering af årlig afstrømning fra forskellige vegetationstyper. Evt. overfladisk afstrømning og dræn/grøftafstrømning skal fratrækkes for at kunne bestemme grundvandsdannelsen. 20

20 50% af afstrømningen. For landbrug er det derfor vigtigt at skelne mellem jordtyperne. Nogle skovtyper er også drænede, eller grøftede, f.eks. bøgeskove på jorder med højt grundvandsspejl. Andelen af afstrømning i grøfter i skove kendes ikke, men det kan nok antages at grøftafstrømningen er mindre end drænafstrømning på en tilsvarende landbrugsjord, fordi grøfterne er anlagt med større afstand. I tabel 1 er der gjort et forsøg på at kvantificere afstrømningen afhængig af geografisk beliggenhed og arealanvendelse. Her er ikke taget hensyn til, at nogle jordtyper er drænede. Kvaliteten af grundvandsdannelsen Den kemiske sammensætning af det nedsivende vand er bestemmende for den kemiske sammensætning af det vand som bliver til grundvand. Jordbunden vil i høj grad binde de stoffer, som vegetationen filtrerer ud Figur 6. Indholdet af kvælstof i jordvandet under landbrug, skovrejsning og skov. Fra Skov og Naturstyrelsen og Forskningscentret for Skov og Landskab (2000). 21

21 Figur 7. Udvikling i kvælstofkoncentrationen i jordvand under skov. Fra Skov og Naturstyrelsen og Forskningscentret for Forskningscentret for Skov og Landskab (2000). af atmosfæren, men pga. den forsuring som vegetationen også skaber, kan der også frigives stoffer fra jordbunden, som tidligere har været bundet til den faste fase. Skov er i høj grad i stand til at forbruge den kvælstof der tilføres med atmosfæren, og udvaskningen af kvælstof er derfor lav. I figur 6 ses en sammenligning af kvælstofindholdet i jordvæsken under landbrug, skovrejsning og skov. Under vækstfasen, f.eks. ved skovrejsning på tidligere landbrugsjord, er kvælstofforbruget stort i de første 5-20 år efter plantning (figur 7). Men før planterne er kommet i vækst, kan nedsivningen af kvælstof være stort, fordi der en stor tilgængelighed af kvælstof i jordbunden. 22

22 Den svage stigning i nitratkoncentration efter ca. 20 år skyldes dels faldende væksthastighed efter ca. 20 år, og dels en øget kvælstoftilførsel gennem atmosfærisk deposition. Depositionen stiger, efterhånden som skoven vokser op, grundet øget bladareal. Plantning af nåleskov på tidligere landbrugsjord kan også på grund af den forsurende effekt have konsekvenser for udvaskning af miljøfarlige stoffer som f.eks. cadmium, som er tilført med gødning og mobiliseres ved lav ph i jordbunden (ph under ca. 5). I figur 8 ses undersøgelser af ph med dybden under tre lokaliteter, Hald Ege, Hjelm Hede og Hjelm Hede, sitka (Ladekarl et al. 2001), som også er vist i figur 1, 2 og 3. Alle tre lokaliteter ligger på sandjord, og sitkaplantagen er plantet på tidligere hedejord. I egeskoven ses, at forsuringen kun er nået ca. Figur 8. ph i jordvæsken under egeskov, hede og sitkaplantager. Fra Ladekarl et al. (2001). 23

23 Tabel 2. Transport (kg/ha/år) af aluminium, nitrat og sulfat under eg, hede og gran. Fra Ladekarl et al. (2001) 1 meter under rodzonen. Under heden er forsuringen nået ned til 6 meters dybde, og man kan forestille sig, at forsuringen er nået endnu dybere under sitkaplantagen, fordi de øverste jordlag er ekstremt sure i sitkaskoven. Ved ph tæt på 3 er mange tungmetaller mobile, og selv stoffer som sidder bundet i sandkornene kan opløses. Det ses i tabel 2, hvor man kan se, at koncentrationen af aluminium i jordvæsken under rodzonen er meget høj. I tabel 2 ses også, at under hede og eg er også koncentrationerne af sulfat og kvælstof lave i forhold til sitkaplantagen. Sitkaplantagen er ikke i stand til at forbruge de stoffer den filtrerer ud af atmosfæren, blandt andet fordi den er gammel, består af ensaldrede træer og ikke har nogen undervegetation. Konklusion og perspektivering Generelt er grundvandsdannelsen højest under lave vegetationer og mindst under høje stedsegrønne vegetationer. Især har bladarealet betydning for grundvandsdannelsen, idet et stort bladareal tillader en stor mængde nedbør at fordampe direkte til atmosfæren. Forskellene mellem høj og lav vegetation er størst i Vestdanmark og mindst i Østdanmark pga. en større nedbørsmængde i Vestdanmark. Forskel- 24

24 lene mellem landbrug og løvskov er små, især på lerede jorde. På sandjord er grundvandsdannelsen størst under landbrug. En omlægning af landbrug til vedvarende græs kan øge grundvandsdannelsen. Udvaskningen af kvælstof i skov er generelt lav, men i visse tilfælde, hvor depositionen er høj, træerne er gamle og der ingen undervegetation er, som f.eks. i ældre nåleplantager, kan udvaskningen være høj. Ved rejsning af nåleskov på tidligere landbrugsjord kan forsuringen være et problem, når ph når ned under ph 5, hvor især cadmium bliver mobilt. Konsekvensen af skovrejsning på grundvandsdannelsen er stadig meget tvetydig, fordi der er mange huller i vores viden. Et sådant hul er for eksempel, hvor meget vand der strømmer af i dræn og grøfter, både på landbrugsjord og i skov på de mere lerede jorder. Et andet hul er, om der er forskel på fordampningen, når skoven ligger på enten sandjord eller lerjord. Flere undersøgelser kan være løsningen, men det er også vigtigt, at der fokuseres på hele vandkredsløbet fra over trækronerne og måske helt ned til grundvandsspejlet for rigtig at få styr på vandbalancen. Referencer Beier, C,1998. Water and element fluxes calculated in a sandy forest soil taking spatial variability into account. Forest Ecology and Management, 101, Gundersen, P, Bille-Hansen, J og Ladekarl, UL, Grundvandsdannelse under skove. Videnblad, Skovbrug, Holst, KA og KJ Kristensen, Fordampning fra løvskov, Dansk Komité for Hydrologi, Rapport nr. Suså H 2/3. 25

25 Holstener-Jørgensen, H Undersøgelser af rodsystemer hos eg, bøg og rødgran på grundvandpåvirket morænejord. Ladekarl, UL1998, Estimation of the components of soil water balance in a Danish oak stand from measurements of soil moisture using TDR. Forest Ecology and Management, 104, Ladekarl, UL, Hansen, B og Mossin, L, Hvad betyder skov for grundvandsdannelse og vandkvalitet? Virkemidler i grundvandsbeskyttelsen, ATV, Jord og Grundvand, Ladekarl, UL, Ph.D. Thesis, University of Aarhus, Denmark. Pedersen, LB, Stofkredsløb i sitkagran, rødgran og bøgebevoksninger i Danmark. Landbrugsministeriet, Forskningscentret for skov og Landskab. Undervisningsministeriet, Den Kgl. Veterinær og Landbohøjskole. Forskningsserien Nr. 1. Reynolds, ERC and Thompson, FB, Forests, Climate and Hydrology, Regional Impacts. United Nations University Press, Japan. 227 p Schelde, K, Modelling the forest energy and water balance. Series paper 62, ISVA, DTU, Lyngby. 214 pp. Skov og Naturstyrelsen og Forskningscentret for Skov og Landskab, De nye skove Viden om skovrejsning. 26

26 Renovering af boringer Af civilingeniør John Bastrup, GEO Baggrund Nærværende foredrag beskriver resultaterne af arbejdet fra projektet Metoder til renovering af boringer, som er udarbejdet for Miljøstyrelsen i perioden fra efteråret 2001 til primo Projektet blev udbudt af Miljøstyrelsen på vegne af Vandrådet og indeholder resultatet af et udredningsarbejde om årsager til boringsforringelser, deres diagnosticering og metoder til renovering af boringer. Projektet er udført af en projektgruppe bestående af RAMBØLL (tidligere HOH Vand & Miljø A/S) og GEO. Projektet har været fulgt af en styregruppe bestående af Miljøstyrelsen, Kommunernes Landsforening, Danske Vandværkers Forening (nu DANVA) samt Foreningen af Vandværker i Danmark. Formål med projektet Projektets overordnede formål har været at fastlægge, hvilke metoder til renovering af indvindingsboringer der er afprøvet i Danmark, samt at beskrive metodernes anvendelighed, fordele og ulemper. Det har været målet at foretage: - en grundig beskrivelse af symptomerne på behov for boringsrenovering - en beskrivelse af hvordan symptomerne opdages - en beskrivelse af hvordan renoveringsbehovet fastlægges på grundlag af diagnosticeringsværktøjer og symptomer 27

27 - beskrivelse af erfaringer/udbytte ved gennemførte renoveringer - forebyggende vedligeholdelse - anbefalinger vedr. boringsudbygninger til sikring mod defekter ved etablering af nye boringer Med henblik på opfyldelse af målsætningen har der været gennemført erfaringsopsamling hos brøndborere, rådgivere og vandforsyninger. Projektforløb Der blev først rettet en telefonisk henvendelse for at undersøge, om der var basis for et interview. I tilfælde heraf blev der sendt et spørgeskema ud, så det på forhånd var muligt at finde materiale frem til mødet. Strategien var oprindeligt at lave et indledende møde og derefter foretage en sammenskrivning af resultaterne heraf. Det viste sig dog, at der blev behov for en ekstra runde med firmaer, udvalgt på baggrund af den første runde. De indledende telefoniske henvendelser viste hurtigt, at det er hos brøndborerne at erfaringen ligger, idet det i praksis ofte er dem der udfører renoveringen, mens såvel rådgivere som vandforsyninger er dem der rekvirerer at få renoveringen udført. Besøgene viste, at der ikke var nogen der førte egentlig statistik eller optegnelser over, hvor mange renoveringer eller regenereringer der blev udført. De tal der fremkom, var baseret på brøndborerens skøn over, hvor mange de årligt lavede. En del af diskussionen omhandlede, hvordan renoveringerne og regenereringerne blev udført. Årsager til problemer med boringerne Årsager til behov for regenerering er typisk, at der registreres forandringer i boringen. Der kan være tale om ændringer af fysiske, biolo- 28

28 giske eller kemiske forhold, som resulterer i belægninger på fx filterrør, eksempelvis: - Boringens ydelse og kapacitet falder - Pumpen tager luft - Pumpens energiforbrug pr. m 3 oppumpet vand er tiltaget - Der registreres okker eller kalkaflejringer som symptom på ændring af redoxforholdene Årsager til behov for renovering er typisk, at der registreres forandringer i boringen. Der kan være tale om ændringer af fysiske eller kemiske forhold, eksempelvis: - Boringen giver sand og finstof (efter at have været filterstabil) - Boringens ydelse og kapacitet falder - Der registreres miljøfremmede stoffer - Der registreres forhøjet kimtal eller andre indikatorparametre for terrænnær påvirkning - Der registreres okker eller kalkaflejringer som symptom på ændring af redoxforholdene - Der registreres fejlbehæftede eller udslidte boringskonstruktioner, som ønskes givet en forebyggende renovering, selv om der ikke ses akutte problemer Ovenstående kan være tegn på forandringer i anlægget, som skyldes en eller anden form for defekt. Det er vigtigt at sikre sig, at der ikke er tale om en magasinbetinget forandring, men at der er tale om forandringer som følge af boringskonstruktionen. Defekter som følge af fejl, mangler eller slid på boringskonstruktionen kan resultere i behov for renovering af boringer. Fejl og skader kan opstå som følge af benyttede procedurer under borearbejdet, som levetidsbetingede årsager på grund af materialevalg mv., eller på grund af egentlige designmæssige problemer der opstår som følge 29

29 af måden boringen udbygges på. I Miljøstyrelsens projekt Pesticider og Vandværker, delrapport 1, som kan hentes på nettet, er der en fyldestgørende beskrivelse af lækagerisici som følge af defekte boringskonstruktioner. Undersøgelsesmetoder Før man undersøger boringskonstruktionerne, kan man uden undtagelse med fordel gennemgå eksisterende data, idet man derved får vigtig viden om boringernes potentielle tilstand, bl.a. om der er tegn på boringsbetinget lækage, og/eller om der er sandsynlighed for kortslutninger mv. Som et tjek på risikoen for nedsivning af forurening fra toppen af boringen bør foretages en tilstandskontrol af indvindingsanlægget, hvor der indgår en lokalisering, besigtigelse og fysiske undersøgelse af boringernes forerørsafslutning og overbygning. Boringsundersøgelser under terræn kan ikke sammensættes som en samlet pakke, men nærmere som et katalog over mulige undersøgelsesmetoder, hvor programmet sammensættes efter den viden som er opnået ved den indledende gennemgang og besigtigelse. Der er erfaring med følgende relevante undersøgelser overfor regenereringsbehov: - Funktionskontrol (kort pumpeforsøg, kapacitet og vandets visuelle renhed) - Prøvepumpning før og efter regenerering (for undersøgelse af degenerering og afhjælpning af problem) - Visuel inspektion af pumpe mv. (for undersøgelse af tilclogning) - Analyser af volumenprøve (bestemmelse af ændring af vandkvalitet evt. i forbindelse med funktionskontrol) 30

30 - Undersøgelser af ændring i smag og udseende (ændring af vandkvalitet) - Videoinspektion (for undersøgelse af behov for regenerering) Der er erfaring med følgende relevante undersøgelser overfor renoveringsbehov (med angivne overslagsmæssige 2003-prisintervaller for en normal indvindingsboring på ca. 50 m s dybde): - (Indledende granskning af eksisterende oplysninger kr (Tilstandsvurdering incl. funktionskontrol) kr Prøvepumpning / kapacitetstests (3. trins pumpetest) kr Videoinspektion (for undersøgelse af utætheder) kr Trykprøvning med højt tryk (for undersøgelse af utætheder) kr Trykprøvning med lavt tryk (for undersøgelse af utætheder) kr Akustisk og optisk televiewer (for undersøgelse af utætheder og indstrømningszoner) kr Optisk televiewer (for undersøgelse af utætheder) kr Borehulslogging (for registrering af risiko for skorstenseffekt) kr Indsivningstest (for registrering af betydning af utætte samlinger og/eller afslutning) kr Delstrømstest (for registrering af betydning af utætte samlinger og/eller afslutning ) kr Niveauspecifik vandprøvetagning med flere pumper og flowlog (for registrering af utætheder, indstrømning samt evt. skorstenseffekt) kr Niveauspecifik vandprøvetagning med pakker (for registrering af utætheder, indstrømning samt evt. skorstenseffekt) kr Niveauspecifik vandprøvetagning med flere pumper 31

31 og heat pulse (for registrering af utætheder, indstrømning samt evt. skorstenseffekt) kr Tracertest (for skorstenseffekt og indstrømning) kr Indblæsningstest (for skorstenseffekt langs forerør) kr Datering pr. prøve (for skorstenseffekt og indstrømning) kr Sammensætningen af det fysiske undersøgelsesprogram under terræn er afhængig af resultaterne af de indledende undersøgelser. Derfor skal nedennævnte undersøgelser ikke opfattes som en samlet pakke, men nærmere som et katalog over mulige undersøgelsesmetoder, hvor programmet sammensættes efter behovet som følge af resultaterne af den indledende granskning. En nærmere beskrivelse af undersøgelsesmetoderne findes som bilag i den færdige projektrapport. Regenereringsmetoder Ved regenereringsmetoder skelnes der imellem kemiske metoder og fysiske metoder til at oparbejde filteret eller det åbne hul i en boring. Ved de kemiske metoder tilsættes der et stof, således at der opstår en kemisk reaktion der skal fjerne en belægning ved opløsning eller fjerne bakterier ved desinfektion, hvorimod den fysiske regenerering består i en mekanisk påvirkning til fjernelse af belægninger. De kemiske metoder der anvendes, består i at der tilsættes et reagensmiddel med det formål at fjerne belægninger, der er afsat ved udfældning eller vækst enten i boringens filter, gruskastning eller i formationen. For åbne kalkboringer er det i selve formationen, specielt i sprækkerne. Det kan også være bakterier der skal fjernes, eller det kan være flokkulering af partikler. Herunder er angivet regenereringsmetoder med prisoverslag: - Flowsyring eller tryksyring kr

32 - Oparbejdning med andre midler (Herli Rapid, Hexameterforsfat, Carella mv.) kr Desinfektion ved kloring kr Højtryksspuling med luft og vand kr Blæsning med luft kr Spuling med vand kr Blanding af kemiske og mekaniske metoder Der udføres ca syringer og kloringer på årsbasis i danske indvindingsboringer. Renoveringsmetoder Der er set eksempler på, at en forkert hypotese om defektens art har ført til forkerte og nytteløse renoveringer. Derfor er det vigtigt at få kortlagt problemets omfang før tiltag foretages. Allerførst skal det fastslås, at der kun skal gøres noget, hvis de registrerede defekter reelt resulterer i egentlige indvindings- eller vandkvalitetsmæssige problemer. Herudover skal det afhængig af situationen alvorligt overvejes, om ressourcer der sættes af til boringsrenoveringer er givet godt ud i forhold til at sløjfe og plombere boringen og erstatte den med en ny og tidssvarende boring. Vælger man at renovere boringskonstruktionerne, er der forskellige muligheder, som afhænger af lækagens art og placering. Inden igangsætning af renoveringsarbejdet bør der udarbejdes udførlige arbejdsbeskrivelser for, hvorledes evt. reparation og renovering af boringerne udføres, incl. opfølgning for resultatforbedringer og effekt af tiltagene (undersøge om problemet er løst). Dette er ikke kutyme, men et must i fremtiden for at få et bedre evalueringsgrundlag på renoveringsmetoderne. 33

33 Erfaringer med metoder ved terræn Afhængig af tilstanden kan det komme på tale at renovere boringerne ved terræn. Mindre reparationer ved overbygning kan fx være følgende: Udbedring af utæt dæksel Fjerne mulighed for indløb til tørbrønd ved terræn Tætne tørbrønd ved kabelindføringer Tætne brøndringe, stige mv. Etablering af fast bund Forlænge forerør Tætne forerørsafslutning og bøsningsrør mv. Sikre udluftning af tørbrønd Stoppe udluftning af forerørsafslutning. Større renoveringer i forbindelse med overbygning kan være følgende: Injicering med bentonit i opfyld omkring tørbrønd Udskiftning af tørbrønd med overjordisk råvandsstation Alle nævnte reparationer udføres som standard i Danmark. Erfaring med metoder under terræn Indvendig udforing er den mest almindelige renoveringsmetode under terræn. Indvendig udforing er udført rutinemæssigt på en del lokaliteter, i forbindelse med udbedring af utætte forerør. Metoden kræver, at dimensionen af det eksisterende rør er af en sådan størrelse, at der kan sættes et indvendigt rør med mindre dimension, således at der er plads til en pumpe i boringen. Metoden er skitseret på figur 1. Ved metoden sættes et nyt forerør, og der afproppes mellem det nye og det gamle rør med en bentonitblanding eller betonstabiliseret 34

34 Filterboring Åben boring Filterboring Åben boring Filterboring Åben boring Oprindelig boring med lækage Indvendig rør sættes Afpropning Figur 1. Indvendig udforing med eller uden filter. bentonitblanding. I forbindelse med afpropningen placeres i åbne boringer en packer i bunden af forerøret, men almindeligvis placeres samtidig et filter i boringen. I almindelige gruskastede boringer placeres et slidserør under det nye forerør, som gruskastes før der tætnes. En mere udbygget form er udboring af boringen til større dybde med efterfølgende indvendig udforing af et indvendigt forerør til større dybde end det oprindelige. Herved fås også sikret boringens nederste del (den større dybde) for nedsivning i boresporet (skorstenseffekt). Der er skønsmæssigt i alt udført ca indvendige udforinger til dato. Erfaringerne med metoden har været gode for nogle renoveringsårsager og dårlige for andre. Herunder er succesraterne vist for forskellige defekter: - Forebyggende foranstaltning, succesrate % svarende til at boringen ikke er kollapset ved renoveringen - Sand i boring, succesrate % 35

35 Filterboring Åben boring Åben boring Filterboring Åben boring Oprindelig boring med lækage Overboring foretages Afpropning og gruskastning Figur 2. Overboring. - Overfladenære parametre og bakterier, succesrate % - BAM eller andre miljøfremmede stoffer, succesrate % Prisen på en indvendig udforing på 50 m vil ligge på ca. kr Overboring Ved overboring eller udvendig opboring forstås, at der bores udenom den eksisterende boring, normalt med skylleboringsteknik, i en større dimension end den eksisterende boring, således at der rimes op i intakt aflejring. Metoden er skitseret på figur 2. Ved etablering af en overboring skal man sikre sig, at den udvendige opboring udføres med et arbejdsrør, der har en størrelse der sikrer, at man kommer helt ud til den oprindelig boringsvæg, så der ikke findes en fortsat mulighed for skorstenseffekt. 36

36 Metoden kan tages i anvendelse i tilfælde af, at der er konstateret skorstenseffekt med lækage langs forerør. Ved udførelse af overboringen skal man sikre sig, at det eksisterende forerør ikke kollapser som følge af belastning fra boremudder mv. Derfor er det ofte en fordel at stabilisere det gamle forerør indvendigt inden opboringen. Når man har omkringboret det eksisterende forerør, kan det herefter tages op i bidder, som skæres over i passende længder, og der kan fortages en ny udbygning og filtersætning. Metoden kan desuden benyttes ved sløjfning og plombering af boring hvor der findes skorstenseffekt. Der er i alt ca eksempler på overboringer med henblik på renovering af boringen. En overboring af en 50 m boring beløber sig til ca. kr afhængig af dimension mv. Andre afprøvede renoveringsmetoder er følgende: Bagstøbning (Bentonitinjicering for forerørstætning) - Nedføring af flere jordspyd fordelt rundt i boresporet fra toppen og injektion under tryk i forskellige niveauer - Injektion af bentonit/betonstabiliseret bentonit fra bunden af forerøret i åbne boringer under tryk Relining (defekte forerør) Delvis udstøbning (plombering i bunden af boringen mod optrængning) Forerørscracking (defekte forerør) Hermetisk tætning af afslutning og nedsætning af indvendigt forerør til under pumpevandspejl (undgå tilclogning og evt. kritiske parametre som nikkel mv.) Bagstøbning af en boring fra bunden af forerøret i åbne boringer (type IV og V boringer) ved injektion af bentonit/betonstabiliseret bentonit under tryk er en metode som er afprøvet med mere held end førstnævnte metode. Metoden er primært taget i anvendelse, hvor man 37

37 ved indblæsning af trykluft (pustning) i forbindelse med tryksyring har kunnet konstatere et gennembrud bag forerørene. Ved at injicere forseglingsmateriale under tryk, efter der er sat en pakker i toppen af det åbne hul, kan man afvente at materialet kommer til syne ved terræn. Er det ikke tilfældet at tætningsmaterialet kommer til syne ved renoveringen, kan det være svært at styre processen. Problemet er at de mest permeable lag i kalken ofte er de øvre opknuste zoner. Man kan derfor risikere en uheldig effekt med efterfølgende dårligere kapacitet i boringen. Det er derfor i disse tilfælde en fordel at støtte sig til fx flowlogs for at se hvor indstrømningszonerne findes, og placere pakkeren/pakkerne ud fra disse oplysninger. Metoden kan desuden benyttes som normal procedure ved etablering af nye åbne boringer. I disse tilfælde bliver forerørstætningen etableret, før der bores færdig i selve indvindingsmagasinet, og man kan derfor lettere styre processen, idet man ikke behøver at placere pakker i bunden af borerørene, men kan benytte de naturlige aflejringer. Der er eksempler på at man kan kombinere indvendig udforing og bagstøbning i åbne boringer. Dette vil kræve, at der i forbindelse med nedsætning af det nye forerør injiceres bentonit under tryk samtidig med at der er afskærmet mod borevæggen og det nye forerør. Formålet med også at sætte et nyt rør ned er primært som en forebyggende foranstaltning hvor der er konstateret tærede og udslidte forerør. Relining er en metode, som benyttes i forbindelse med No-Dig renovering af forsyningsrør og kloakrør. Som noget nyt eksperimenteres der for tiden med udforing af utætte boringer med denne metode. Ved metoden placeres en PVC-strømpe, som afhærdnes ud mod det defekte forerørs sider. Der er set eksempler på, at man borer dybe boringer uden at have styr på, om der er fordele ved det. Det gælder specielt for mange åbne kalkboringer, hvor det er let at bore nogle flere meter, nu hvor 38

38 processen kører godt. Det har ud over økonomien dog nogle gange den betydning, at det kan gå ud over vandkvaliteten. Derfor er der en del eksempler på, at boringer er renoveret ved at plombere boringens nederste stykke. Forerørscracking er en metode til at punktere det defekte forerør i forbindelse med renovering eller sløjfning af boringer med skorstenseffekt. Ved efterfølgende at injicere bentonit under tryk med det formål at få anbragt en tætning i boresporet bag forerøret og derved undgå at skulle opbore hele det gamle forerør, kan der opnås besparelser. Forerørscracking kan ligeledes anvendes i forbindelse med sløjfning af gamle boringer, hvor der er risiko for skorstenseffekt. Der kan være tale om, at man gentagne gange konstaterer tilclogning af boring og/eller pumpe og derfor meget tit må foretage oparbejdning af boringen. Dette kan, ud over en uheldig kemisk vandkvalitet, have sin årsag i at boringen er designet og udbygget dårligt i forhold til vandspejl og geologi. I nogle tilfælde kan man derfor med held foretage reparationer og teknisk renovering af boringen, så regenereringshyppigheden kan nedsættes. Hovedproblemet er normalt, at der foregår en iltning af området omkring boringen. Dette vil meget ofte forårsage okker-, mangan- og kalkproblemer, og vil i visse tilfælde i kalkboringer ligeledes kunne medføre stigning i blandt andet nikkelindhold. Ved at tætne forerørsafslutningen hermetisk slipper man for udveksling med atmosfærens luft fra toppen. Det vil kræve noget mere, hvis der er tale om, at slidserørene er placeret så der delvist er umættede forhold, eller at der genereres frie forhold omkring filterrøret når pumpen er i drift. Det er vigtigt, at røret føres så langt ned, at der hele tiden er vandfyldt over pumpeindtag, og at den umættede zone spærres af konstruktionen. Det er for mange eksterne forureninger vigtigt at få en sikker konstatering af, om det er en boringsbetinget eller magasinbetinget forurening 39

39 der er tale om. I tilfælde af en magasinbetinget forurening, kombineret eller ubetydelig defekt nytter renoveringer som regel intet. Herudover kan sløjfning og erstatning med ny fejlfri boring i yderste konsekvens være den rigtige løsning, hvor der er usikkerhed om effekten af reparationer og renoveringer. Sløjfning af boringer Det er ofte vanskeligt at drage de rigtige konklusioner ud fra undersøgelserne, og dermed være sikker på at boringsrenoveringen kan udføres med efterfølgende succes for nedbringelse af eventuelle forureningskoncentrationer. Derfor kan den bedste løsning i nogle tilfælde være at lukke og plombere boringen, og om nødvendigt lave en boringsnær erstatningsboring. I tilfælde af at det besluttes at sløjfe en boring, skal man sikre sig mod fremtidige lækager langs den sløjfede boring, herunder skorstenseffekt. Ved en sløjfning af en boring skal man ifølge Brøndborerbekendtgørelsen sikre sig følgende: Sløjfning af boringer og brønde skal foretages således, at der gennem anlægget ikke kan ske forurening af grundvandet eller udveksling af vand mellem forskellige grundvandsmagasiner. Hvordan boringen sløjfes afhænger således af boringens tilstand. Boringens udbygning er afgørende for hvad der skal til for at opfylde kravene i Brøndborerbekendtgørelsen. Boringerne kan grupperes som følger: - Boringer med tilstrækkelig bentonittætning Nyere filterboringer - Boringer uden tilstrækkelig bentonittætning 40

40 Filterboringer uden tilstrækkelig bentonittætning Åbne kalkboringer uden bagstøbning Boringer med borerør efterladt som forerør - Korte boringer (mindre end 6 m) Boringer med tilstrækkelig bentonittætning skal blot sikres mod nedsivning i forerøret, mens de øvrige skal sikres på ydersiden af forerøret i kritiske områder. Dette gøres ved at overbore boringen, eller ved at cracke forerøret før plomberingen. I boringer med tilstrækkelig tætning har man tidligere kun benyttet max 2 m tætning, men erfaringerne fra i dag er, at flere vandforsyninger nu vælger at plombere hele boringen. Korte boringer under 6 m er ikke kritiske i samme omfang, på grund af de naturlige permeable forhold der hersker terrænnært. Der sløjfes ca. 400 vandforsyningsboringer om året (der etableres ca nye!). Konklusion I stikordsform kan drages følgende konklusioner vedrørende den øjeblikkelige status for boringsrenoveringer: Det har været en svær proces at fremvise erfaringer om renoveringer, primært fordi der ikke har været fulgt op på dem, men også fordi der ikke er lavet så mange. Der findes alligevel en del eksempler på mislykkede renoveringer, enten på grund af forkert hypotese eller forkert udførelse. Der er mange defekte boringer, både nye og gamle. Derfor skønnes der at være et behov for gode boringsrenoveringer. Boringer med efterladte borerør som forerør og et pakningsstykke til et separat filterrør bør ikke etableres i fremtiden, da de er problematiske med hensyn til utætheder. 41