GEORADAR OG CHLOREREDE OPLØSNINGSMIDLER

Transkript

1 GEORADAR OG CHLOREREDE OPLØSNINGSMIDLER Civilingeniør, hydrogeolog Jesper Albinus Grontmij Carl Bro A/S ATV MØDE VINTERMØDE OM JORD- OG GRUNDVANDSFORURENING VINGSTEDCENTRET marts 2007

2

3 RESUMÉ Ved kortlægning af forureninger med chlorerede opløsningsmidler, som ofte er forårsaget af spild af fri fase på jorden, må der tages hensyn til, at spredningsvejene for stoffer, der er tungere end vand, er anderledes end for andre, lettere stoffer som eksempelvis olie og også anderledes end forurening, der er opløst i vand. Eksempelvis har overfladen af et lerlag under terræn en stor betydning for den horisontale spredning i jorden. Carl Bro har i samarbejde med Flemming Barlach anvendt georadar ved flere undersøgelser, hvor der er moræneler under et lag fyldjord. Det konkluderes, at når leroverfladen fastlægges ved georadar, kan antallet af boringer reduceres og spredningen af forureningen belyses bedre. Endvidere kan risikoen for en fejlslagen afværgeindsats reduceres. Resultatet er dermed også en bedre sagsøkonomi. CHLOREREDE OPLØSNINGMIDLER Hvor der handles, der spildes Gennem tiden har chlorerede opløsningsmidler været almindeligt anvendt til affedtning, eksempelvis ved metalforarbejdning, autoværksteder, garverier og ved renserier. På alle disse typer virksomheder har der potentielt kunnet forekomme spild på jorden og udsivning fra beholdere eller kloakledninger, og amternes kortlægning har vist, at det snarere er reglen end undtagelsen at anvendelse og spild hører tæt sammen. Mens der i dag ofte kun ses opløst forurening, kan årsagen til den nuværende forurening godt være spild af fri fase, der er foregået årtier tidligere. Mens en undersøgelse umiddelbart efter spildtidspunktet ville vise en kraftig forurening umiddelbart under jordoverfladen, ser vi i dag i stedet typisk en opløst forurening i større dybde. Ofte er de øverste 1-2 m af jorden næsten helt udvasket, mens der i større dybde ses både jordforurening og opløst forurening i grundvandet. I poreluften kan der også være en væsentlig forurening, men det er en anden spredningsvej, der ikke behandles i denne artikel. Spild og spredningsveje Ved spild af tunge, vanduopløselige væsker på jordoverfladen vil der ske en nedsivning gennem de øverste jordlag, som ofte består af muld eller sandet fyld, der er forholdsvis let gennemtrængeligt i både vertikal og horisontal retning. Den følgende beskrivelse forudsætter, at permeabiliteten af det terrænnære lag er væsentligt højere end det underliggende lag. Hvis der er tale om en tilstrækkelig mængde væske, eventuelt akkumulerede spild på samme sted gennem nogle år, vil jordens evne til at tilbageholde væsken være utilstrækkelig til at hindre den videre transport af den fri fase. I områder, hvor der under et relativt permeabelt fyldlag findes moræneler, vil lerets overflade i starten virke som en tæt membran, som er styrende for den tunge væskes spredning, nøjagtig som membranen under en kontrolleret losseplads. Betydningen af vertikal spredning gennem

4 sprækker i moræneler omtales ikke i denne sammenhæng, men må naturligvis inddrages i den samlede beskrivelse. Uafhængigt af grundvandets beliggenhed vil væsken søge derhen, hvor leret ligger dybest; det kan være i bunden af et sekundært grundvandsmagasin, eller det kan være i bunden af en umættet zone oven på leret. Hvis leret overordnet har en horisontal overflade, vil der altid være nogle naturlige lunker eller fordybninger, hvor væsken kan samles. Hvis lerets overflade hælder, vil væsken, hvis der er nok af den, kunne strømme ganske langt oven på leroverfladen, før den samler sig i fordybningerne, se fig. 1. Figur 1. Eksempel på fri fase forurening med chlorerede stoffer Først når den fri fase ikke spreder sig længere i horisontal retning, sker den væsentligste nedsivning i leret fra de fordybninger, den har samlet sig i. Det er disse steder, vi ønsker at kende, også for at undgå en fejlplaceret dyb boring som på fig. 1. Det er vigtigt at være opmærksom på, at i områder med et planerende fyldlag er beliggenheden af disse fordybninger helt uafhængig af fordybningerne i den nuværende terrænoverflade. Forureningskortlægning Kortlægning af forurening med chlorerede kulbrinter sker som regel ved hjælp af poreluftmålinger og boringer. Herved fås et begrænset antal punktinformationer, som i bedste fald kan korreleres til en rumlig forståelse, men i værste fald ikke kan sammensættes på en meningsfuld måde. Hvis punkterne kunne placeres optimalt fra start, ville det forøge chancen for en korrekt fortolkning af forureningens beliggenhed og spredningsveje. En optimal placering betyder bl.a. at punkterne placeres tættest nær kilden og at der bores dybest, hvor forureningen må formodes at være trængt dybest ned, eller umiddelbart nedstrøms for.

5 Georadaren er et nyttigt hjælpemiddel til at få placeret poreluftpunkter og boringer optimalt. Ud fra antagelsen om, at der er sket spild med fri fase, og at der er et lavpermeabelt lag under det øverste lag af fyld og muld, vil kortlægning med georadar i mange tilfælde kunne vise, hvor der skal bores. Formålet med georadaren er blot at kortlægge overfladen af det øverste lavpermeable lag, hvorefter man - i forbindelse med udførelse af poreluftmålinger eller boringer - sørger for, at der bliver boret i lunkerne, fordybningerne i leroverfladen. Georadaren kan således spare boringer, tid og penge, idet der umiddelbart kan vise sig nogle sammenhænge, som ellers først ville kunne udledes efter udførelse af et større antal boringer. Det siger sig selv, at lunker i selve terrænoverfladen også har betydning for hvor nedsivningen fra terræn har fundet sted, specielt i de tilfælde, hvor der er tale om en forholdsvis tæt terrænoverflade. Her kan mønsteret under overfladen dog også have betydning for spredningsretningen. FLADEKORTLÆGNING VED GEORADAR Virkemåde Den georadar, der har været anvendt i de her omtalte undersøgelser, er et elektromagnetisk apparat på størrelse med en støvsuger, udstyret med en antenne samt en forbindelse til en bærbar computer, der betjenes af operatøren. Antennen vælges således, at signalet passer bedst muligt til geologien og det, der søges kortlagt. Det samme gælder beliggenheden af profilerne, som ikke bør ligge for langt fra hinanden; eksempelvis kan 1-2 m være passende ved kortlægning af en morænelersoverflade 1-2 m under terræn, dette afhænger dog noget af overfladens udseende. Signalerne, der udsendes, er elektromagnetiske Figur 2. Georadarer med forskellige antenner radiobølger, typisk i frekvensområdet MHz. I jorden dæmpes signalerne afhængigt af jordtypens elektriske resistivitet; således er indtrængningen mindre jo lavere resistivitet. Dermed er der mindst dæmpning og størst indtrængningsevne i tørt sand og størst dæmpning i smeltevandsler. I moræneler når signalerne typisk højst 3-4 m ned, dybest ved lave frekvenser, /2/. I den aktuelle sammenhæng er den begrænsede indtrængningsdybde ikke et problem, da de interessante forhold findes inden for få meters dybde. De bedste data fås, hvor der er god kontrast mellem fyldlaget og moræneleret, dvs. der vil ofte fås nyttige informationer hvor der er sandet umættet fyld overlejret på fed moræneler.

6 Der opmåles typisk i linieprofiler, der på forhånd er målt ind eller afmærket for efterfølgende indmåling i planen. I kuperet terræn må overfladen nivelleres, således at eksempelvis toppe i terrænet ikke fejlfortolkes som lunker i det underliggende lag. Efter dataindsamling kontureres profilerne samlet og der kan evt. i forbindelse med de løbende datacheck under arbejdet laves ekstra profiler, hvor der ses væsentlige anomalier. Der findes flere mulige måde at præsentere resultaterne på, hver med sine fordele. Operatøren, som har kendskab til de rå data, vil udføre fortolkninger på såkaldte radargrammer. Ud fra de karakteristika, operatøren identificerer, kan der derefter eksempelvis laves en konturering på et kort, f.eks. af dybden til moræneleret eller af tykkelsen af et givet lag. Et grid kan farvekontureres og vises i illustrativt 3D perspektiv. Med sådanne figurer skal man huske, at der er tale om en fortolkning, dvs. der er gjort nogle antagelser ved den efterfølgende databehandling. Endelig er der også mulighed for at lave filmsekvenser, eksempelvis af tætliggende snit i stadig større dybde. En sådan præsentation kan laves på CD, men forudsætter en vis forståelse af radargrammer. Muligheder og fordele Kortlægning med georadar har den umiddelbare fordel, at der på kort tid kan udføres en detaljeret fladeopmåling på et stort område som supplement til punktoplysninger i form af boringer. Som hovedregel kan der udføres opmåling, blot adgangsforholdene tillader at man kan bevæge sig rundt på området. I forbindelse med kortlægningen vil det være muligt at opdage andet, som sandsynligvis ikke vil blive truffet ved borearbejde, eksempelvis eventuel nedgravet emballage. rørføringer af betydning for spredningen tanke tidligere rørgrave m. sandopfyld Der kan endvidere suppleres med indendørs profiler, hvor der er behov for det, hvis pladsen tillader det. Efter kortlægningen er overfladen intakt og der er ingen spor eller behov for retablering af overfladen. Vanskeligheder og begrænsninger Ved manglende kontrast mellem fyldjorden og den underliggende naturlige jord vil kortlægning af den naturlige overflade være vanskelig. Da ler dæmper signalerne meget, kan man ikke påregne at få informationer fra større dybde end 3-4 m, når der måles i områder med moræneler. Elektrisk ledende sedimenter (elektrisk modstand mindre end 100 ohm-m) kan ikke gennemtrænges af georadaren.

7 I bakket terræn skal der korrigeres for varierende terrænniveau, dvs. indmåling i planen skal suppleres med en z-koordinat. Ydre forhold kan være begrænsende for indsamling af profiler, eksempelvis trafik, regn og blæst, bevoksning, tuegræs, vandhuller, slagger o. lign. CASES Vasbyvej ved Sengeløse Formålet med undersøgelsen var at belyse forholdene på et ubefæstet areal med hensyn til beliggenheden af morænelerets overflade. På lokaliteten er der ovenpå morænen et fyldlag, som i sin tid er udlagt for at planere og stabilisere området. I perioden blev der på ejendommen drevet en kemikaliefordelingscentral, og her blev der bl.a. håndteret og spildt chlorerede opløsningsmidler. Kortlægningen af moræneoverfladen blev udført på en dag og skulle vise, om der kunne identificeres områder på grunden, hvor sandsynligheden for nedsivning i moræneleret var større end andre steder på Figur 3. Dybde til moræneler, m u.t. grunden. Undersøgelsen blev udført med en 500 MHz skærmet antenne. Da undergrunden har et højt indhold af ler, var gennemtrængningsevnen som forventet begrænset. Der var områder, hvor der ikke kunne udstikkes radarprofiler, da der lå klart vand efter afsmeltning af sne. Beliggenheden af profilerne blev således mere bestemt af mulighederne end af ønskerne. Resultat Nord for bygningen og mellem den og vejen ses et område hvor radargrammerne viser at fyldlaget er tykkere, og da terrænet er plant, betyder det, at der er et trug eller en lunke i det underliggende moræneler. Hældningen af morænelerets overflade hen mod fordybningen kan skønsmæssigt bestemmes til mellem 2 og 8 %.

8 I overensstemmelse med boringerne kunne der også på størstedelen af georadarprofilerne ses sten ned til ca. 2 m dybde. Dette viser indirekte, at moræneleret er relativt permeabelt, fordi signalerne ikke ville trænge ned i den dybde i kompakt, tæt moræneler. Dataene indikerer altså, at der kan være risiko for nedsivning gennem moræneleret. Vandprøver fra moræneleret fra m u.t. bekræftede, at langt de højeste koncentrationer fandtes i grundvandet under fordybningen, repræsenteret ved boring B2 (Stiplet område på fig. 4). I jordprøver fra boringen var der meget kraftige PID-udslag 1 fra omkring 1 m u.t. (svarende til bund af fyldlag) til bund af boringen. Der er ikke i dag tegn Figur 4. Samme område som i figur 2, afbildet i 3D på fri fase i jorden, men vandet indeholder omkring mg/l chlorerede stoffer, domineret af nedbrydningsproduktet dichlorethylen. Der fandtes omtrent lige så kraftig forurening i B102 lige vest for B2, mens alle øvrige boringer udviste et væsentligt lavere forureningsniveau. Spildene kan have fundet sted nord for bygningen, hvor der er en port, og det er en mulighed, at spildvæskerne i årenes løb har samlet sig i fordybningen nær bygningens nordvestlige hjørne, hvorefter gennemsivning af moræneleret er sket over en årrække. Virksomhed i Høje Tåstrup Formålet med undersøgelsen var at belyse forholdene i undergrunden indenfor et begrænset og befæstet område med hensyn til struktur af lag og eftersøgning af rørledninger. På lokaliteten er der ovenpå morænen et gruset fyldlag og ovenpå dette er to bygninger opført. Mellem bygningerne er der asfalteret. I 90 erne blev der ved et uheld spildt et par hundrede liter 1,1,1- TCA (trichlorethan) ved gavlen af den vestlige bygning, hvor det kunne sive gennem et lag af singels. På en enkelt dag blev der indsamlet profildata både udenfor på fliser og asfalt samt indendørs værkstedsrum. 1 PID: Photo Ionization Detector: Indikativ måling af flygtige stoffer i en jordprøve

9 Spild 5 Profiler 11 Profiler nord-syd Fig. 5. Dybde til moræneler ( lag B ), m. Bygninger vist med fede linier. Kortlægningen af moræneoverfladen viste en øst-hældende morænelersflade, dvs. at gennemsivning af moræneleret sandsynligvis var sket et sted øst for spildstedet (mod højre på fig. 5). Bygn.1 Spild Bygn.2 konc/m u.t. Fig. 6 Udbredelse af TCA forurening i grundvandet 8-10 m u.t. i moræneleret. Konturer for 5000, 500 og 50 µg/l er optegnet. Ved efterfølgende boringer og udtagning af vandprøver fra moræneleret blev det bekræftet, at de højeste koncentrationer ned gennem leret ikke var under selve spildstedet ved den vestlige bygning, men derimod i de boringer, der var tættest på den østlige bygning (op til µg/l). Fig. 6 viser grundvandets indhold af 1,1,1-TCA ca. 10 m u.t. i moræneleret. Der kan også være høje koncentrationer inde under den østlige bygning, men der kunne ikke udføres boringer der.

10 Resultaterne indikerer således, at væsken har sivet gennem fyldlaget direkte ned på morænelerets overflade, hvorefter den har bevæget sig mod øst ovenpå moræneleret før gennemsivning. Stoffet TCA krævede i øvrigt, at jordprøver blev målt med MIMS 2 i stedet for PID, da TCA ikke kan ses med de almindelige PID-lamper. Da MIMS viser de enkelte stoffer, blev der opnået en god beskrivelse af TCA og DCA i jorden ned igennem moræneleret. DISKUSSION Georadar er en hurtig kortlægningsmetode, som er et godt supplement til undersøgelser i byområder, hvor der ligger sandede fyldlag ovenpå moræneler, og hvor der er sket spild med fri fase tunge stoffer, som chlorerede opløsningsmidler. Der kan spares boringer og der kan sikres en optimal placering af de boringer, som nødvendigvis må udføres. Georadaren bør inddrages tidligt i undersøgelsen, og prisen vil oftest være mindre end prisen for 1-2 fejlplacerede boringer. Metodens værdi vil dog afhænge af, hvordan spild(ene) er forekommet og hvor store de er. Nedenstående referencer giver nogle udmærkede beskrivelser af georadarens virkemåde. REFERENCER /1/ 2 D GPR Data Processing: Tutorial. Flemming Barlarch, /2/ Georadars indtrængningsdybde, Ingelise Møller, GEUS, og Lars Nielsen, KU, /geologisk_ nyt_3_2005 _p10-14.pdf 2 MIMS: Membrane Inlet Massespektrometri. Metoden kan specifikt vise afdampningen af de enkelte flygtige stoffer i en jordprøve.