Kvantificering af forureningsflux til et vandløb ved hjælp af Point Velocity Probes (PVP) Ph.D. studerende Ph.D. studerende Anne T. Sonne Assistant Professor Ursula S. McKnight Professor John F. Devlin Professor Poul L. Bjerg vikar@env.dtu.dk
Baggrund EU s vandrammedirektiv: krav om evaluering af vandkvalitet Forurening fra forurenede grunde kan transporteres via grundvandet til overfladevand Behov for risikovurdering af forurenede grunde Risikovurdering: koncentrations kvalitetskriterie vs. forureningsflux Udfordringer i fht. kvantificering af interaktionen mellem grundvand og overfladevand ved brug af traditionelle metoder som Darcy pga: - Usikkerhed af hydraulisk ledningsevne - Store gradienter over små afstande 2 DTU Environment, Technical University of Denmark
Formål 1. At evaluere PVPen til direkte kvantificering af porevandshastighed nær en å ved at sammenligne Darcy s lov samt temperaturprofilering. 2. At kvantificere forureningsfluxen til et å segment påvirket af en forureningsfane ved at kombinere PVP data og forureningskoncentrationer i grundvandet. 3 DTU Environment, Technical University of Denmark
Grindsted Å Vinyl chlorid VC_SW i Grindsted Å 6 5 4 VC_SW 2012 2014_April 2014_May 2014_June 2014_Aug 2014_Oct 2012 2014_April 2014_May 2014_June 2014_Aug 2014_Oct Conc. ( g/l) 3 2 1 0 10000 4 DTU 5000 Environment, 0 Technical -5000 University of Denmark Distance (m)
Formål 1. At evaluere PVPen til direkte kvantificering af porevandshastighed nær en å ved at sammenligne Darcy s lov samt temperaturprofilering. 2. At kvantificere forureningsfluxen til et å segment påvirket af en forureningsfane ved at kombinere PVP data og forureningskoncentrationer i grundvandet. 5 DTU Environment, Technical University of Denmark
Point-Velocity Probe (PVP) Terræn Brøndring Injektionsslange Isolerede wires tilsluttet en datalogger PVC rør PVP Plastik cylinder Detektorer Injektionsport Måling af grundvandshastighed og retning på centimeter skala (Labaky et al., 2007) Lave omkostninger Kræver ikke estimater af hydraulisk ledningsevne 6 DTU Environment, Technical University of Denmark J. F. Devlin University of Kansas (KU)
PVP installation 2.5 5 m.u.t. 7 DTU Environment, Technical University of Denmark
PVP porevandshastigheder og strømningsretning Genemsnit (Apr Oct 2014) SD Porevandshastighed* Vertikal vinkel Horisontal vinkel 0.1 3.0 m/d 0.1 1.3 m/d 10 >20 1 22 Mod åen 0 55? *Store rumlige variationer: PVP8: PVP9: 2.1 m/d 0.1 m/d 1.5m?? 25 m 8 DTU Environment, Technical University of Denmark
Sammenligning af PVP med andre metoder Darcy metode: Potentialet blev målt i 4 piezometre på brinken samt i 10 mini-piezometre installeret 40 og 80 cm under åbunden i hver af to transekter på tværs af åen. Temperaturprofilering: Temperaturmåling i midten af åens vandsøjle, ved åbunden samt 20 cm under åbunden. God overensstemmelse mellem de 3 metoder: - Darcy: 6 gange større hastigheder end ved PVP metoden - Temperaturprofilering: 10% mindre hastigheder end PVP metoden Forskelle kan skyldes usikkerhed i hydraulisk ledningsevne, tidslige variationer samt forskel i skala knyttet til metoderne. 9 DTU Environment, Technical University of Denmark
Formål 1. At evaluere PVPen til direkte kvantificering af porevandshastighed nær en å ved at sammenligne Darcy s lov samt temperaturprofilering. 2. At kvantificere forureningsfluxen til et å segment påvirket af en forureningsfane ved at kombinere PVP data og forureningskoncentrationer i grundvandet. 10 DTU Environment, Technical University of Denmark
PCE og vinyl chlorid i grundvandet (Maj 2014) 25 m 11 DTU Environment, Technical University of Denmark
E D F C H G 12 DTU Environment, Technical University of Denmark
Chlorerede ethener i grundvandet (okt. 2014) 13 DTU Environment, Technical University of Denmark
Forureningsflux Contaminant Å konc. (µg/l) a Kvalitets kriterie (µg/l) Forureningsflux J(PVP-metode) Yearly mass discharge: Forureningsflux b J=Q å *C mix Total chlorerede 0-4.1 PCE/TCE: Benzene: 10 0.7-1.4 kmol/y 18 kg/y 6.3 kmol/y ethener DCE: 6.8 Vinyl chloride: 37-48 kg/y Vinyl chlorid 4.1 0.05 37-48 kg/y 255 kg/y Total chlor. ethenes: 0.7-1.4 kmol/y Benzen 1.2 10 18 kg/y 76 kg/y Sulfonamider 8.2 4.6 NA 520 kg/y Barbiturater 11.5 70 NA 725 kg/y a: Højeste målte koncentration v/fuldstædig opblanding (C mix ) b: Q å er 2000 L/s April-Maj 2014 J(PVP-metode) J=Q å *C mix 14 DTU Environment, Technical University of Denmark
Kvantificering af forureningsflux: udfordringer Store rumlige variationer i porehastighed samt koncentration Manglende PVPer i forureningsfanens kerne Placeringen af PVPer kan med fordel baseres på grundvandskoncentrationer Metode for projicering af datapunkter ind på grænsefladen mellem å og akvifer anvendelse af numerisk model med partikel tracing? 15 DTU Environment, Technical University of Denmark
Konklusion PVPer kan måle porevandshastigheder nær åer med en nøjagtighed sammenlignelig med Darcy s lov samt temperaturprofilering. Forureningen er koncentreret i en smal reduceret kerne indlejret i forureningsfanen finmasket moniteringsnet er nødvendig. Fuldopblandede koncentrationer i åen peger på en underestimering af forureningsfluxen PVPen har et højt potentiale for kvantificering af forureningsflux til vandløb. 16 DTU Environment, Technical University of Denmark
Applikationer af PVPer Interaktioner mellem grundvand og overfladevand Forureningshydrologi Bioremediering (Shillig et al. 2011) Input / kalibrering / validering af model 17 DTU Environment, Technical University of Denmark
Acknowledgement Bent H. Skov, Flemming Møller, Flemming Thomsen, Jens S. Sørensen, Mikael E. Olsson, Martin B. Frederiksen, Christina Pannach, Nicola Balbarini, Louise Rosenberg and Sille L. Larsen (DTU Environment) 18 DTU Environment, Technical University of Denmark