| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

GEOPROC - edb program til vurdering af geokemiske processer

3 Kom i gang med GEOPROC

3.1 Installation og start af programmet

3.1.1 Systemkrav

Windows 98 (Second Edition), Windows Me, Windows NT (SP3 eller højere), Windows 2000 eller Windows XP. Det anbefales at bruge Windows 2000 eller Windows XP.

PC med Pentium eller kompatible processor. Pentium II eller højere anbefales.

Minimum 64 MB RAM på PC'er med windows 98 og Windows Me operativsystemer og minimum 128 MB RAM på Windows 2000 og Windows XP PC'er.

3.1.2 Installation

Således installerer du programmet GEOPROC.

Programmets installationsfil GEOPROC.MSI gemmes på harddisken f.eks. ved at hente vha. Internettet via link på Miljøstyrelsens hjemmeside eller kopiere fra CD eller andet medie.

Dobbeltklik på ikonet for GEOPROC.MSI for at starte installationen og følg herefter installationsprogrammets instruktioner. Bemærk: Under Windows 98 kan det være nødvendigt at hente programmet Windows Installer som ikke er standard i Windows 98. Windows Installer kunne ved redaktionens afslutning hentes på flg. adresse:

http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;da;292539.

Når installationen er tilendebragt og GEOPROC er installeret på computeren findes programmet i menuen Start/Alle programmer/GEOPROC.

Det er muligt at fjerne GEOPROC igen ved at køre installationsprogrammet igen og under installationen vælge optionen ”remove”.

3.1.3 Start af program

Programmet GEOPROC findes på computeren under menuen Start /Alle programmer/GEOPROC.

3.2 GEOPROC i et overblik

GEOPROCs funktioner kan inddeles i tre hovedgrupper (se Figur 4 ):

• Inddata og kvalitetskontrol Her indtaster man data om lokalitet, grundvandskemi og forurening. Man kan lave kvalitetskontrol og programmet vurderer grundvandstyperne og opblandingsforhold.
• Geokemisk modellering Her kan man simulere de biogeokemiske processer der forløber ud fra ændringer i grundvandskemien. Programmet anvender som defaultværdi Redoxmetoden og indeholder supplerende grafik og tabeller som værktøj til at analysere de biogekemiske processers fingeraftryk. Redoxmetoden er populærnavn for vurdering af omsætning af organisk stof ud fra ændring af indholdet af elektronacceptorer.
• 1. ordens model for nedbrydning Her udregnes observerede 1. ordens nedbrydningskonstanter for de miljøfremmede stoffer som man har indtastet. Programmet udregner også konstanter der er korrigeret for fortynding hvis der er meningsfuldt.
• Printfacilitet Her er det muligt at printe alle eller udvalgte dele af de funktioner som vises på skærmen

Figur 4. Overblik over GEOPROCs funktioner

3.3 I gang med et eksempel fra det virkelige liv

For at illustrere de mulige funktioner i GEOPROC er der i det følgende en gennemgang af programmet med tal fra et projekt udført under Teknologiudviklingsprogrammet for Jord og Grundvandsforurening. Projektet beskæftigede sig med at vurdere naturlig nedbrydning af oliekomponenter og klorerede opløsningsmidler i grundvandet på lokaliteten Drejøgade 3 – 5, København Ø (se Figur 5).

I Figur 6 er der et skærmdump fra GEOPROC. Anvend den som datagrundlag for at lære GEOPROC at kende, hvis du ikke har datasæt lige ved hånden som du hellere vil bruge. Den følgende gennemgang forudsætter at disse data er indtastet når der vises billeder af GEOPROCs funktionalitet.

De anvendte data er hovedsageligt taget fra /3/ suppleret med data der velvilligt er stillet til rådighed af Charlotte Riis fra hendes afgangsprojekt fra DTU. MST-rapporten der indeholder væsentligt flere data og oversigtkort kan downloades på adressen http://www.mst.dk/udgiv/Publikationer/2000/87-7944-151-3/pdf/87-7944-152-1.pdf

Bemærk at der i skærmdumpet i Figur 6 er anvendt en anden fortolkning af hvilke boringer der kan anvendes som uforurenet grundvand (opstrøm) end den der er indikeret med den stiplede pil på Figur 5 (grundvandets strømningsretning).

Klik her for at se Figur 5.

Figur 6. Grundvandskemi og vurdering af hydraulik fra projekt ved Drejøgade 3-5, København /3/.

3.4 Start et nyt projekt

3.4.1 Start menu

Når man har startet programmet (ved f.eks. at vælge genvejen i startmenuen/programmer/geoproc) åbner GEOPROC en startside (se Figur 7), hvor man kan vælge at hente allerede indtastede data, indtaste nye eller fortryde og afslutte. Vi er jo lige startet så derfor vælger vi knappen ”Nye data”

Figur 7. GEOPROCs startbillede hvor man kan vælge at hente allerede indtastede data, indtaste nye eller fortryde og afslutte.

3.4.2 Fanebladet ”prøveoplysninger”

Herefter åbnes fanebladet ”Prøveoplysninger”. Som det fremgår af Figur 8, kan man her indtaste oplysninger om lokaliteten, hvornår data er indtastede, om de enkelte boringer, vandkemi osv. Man bevæger sig rundt på fanebladet med piletasterne og mus (cursor)

Figur 8. Fanebladet ”Prøveoplysninger” hvor man indtaster kendte data

Øverst på fanebladet findes felter hvor det er muligt at gemme helt overordnede stamoplysninger om lokalitet og brugeren af GEOPROC.

Under dette felt findes 5 kolonner der er beregnet til indtastning af de oplysninger man har om maksimalt 5 boringer. De 5 kolonner er inddelt i to grupper:

• Boringskontrol
• Forureningskomponenter

Boringskontrol er jo en standard analysepakke som anvendes ved kontrol af grundvand på danske vandværker /2/. Det anbefales at man ved anvendelsen af GEOPROC arbejder med en analysepakke af et tilsvarende omfang, hvilket giver det maksimale udbytte af programmets muligheder.

Forureningskomponenter er felter der er reserveret til at beskrive navne og koncentrationer af de forureningskomponenter der vurderes vigtige (maksimalt 5 forskellige komponenter). Disse oplysninger er som regel tilstede efter udførelse af forureningsundersøgelser.

Der skal mindst indtastes oplysninger i 2 kolonner og der skal mindst indtastes de oplysninger som der er vist på Figur 8 (”boringsnavn”, ”hydraulisk placering”, ”temperatur”, ”pH”, ”calcium” og ”bikarbonat”). Disse oplysninger er GEOPROCs mindstekrav for at kunne udføre de beregninger mht. ligevægt overfor kalkspat som er et af de grundlæggende elementer i GEOPROC. Hvis du kun har data fra én boring er det ikke muligt at lave geokemisk modellering – derfor skal der mindst to boringer til. Hvis du ønsker at lave vurderinger af ligevægtsforholdene i en enkelt boring kan man stadig bruge GEOPROC – men du må altså snyde ved f.eks. at indtaste en spøgelsesboring (f.eks. de samme data en gang til).

3.4.3 Indtast oplysninger om boringernes placering

Boringsnavnet er det trivialnavn man anvender for de enkelte undersøgelses boringer og filtre.

Hydraulisk placering er en mulighed for at indskrive den hydrogeologiske vurdering af hvor boringen er placeret i forhold til forureningskilde og forureningsfane (opstrøm, forureningsfane, hotspot osv.). Man kan kun anvende et tekststreng en gang dvs. samme boring vist to gange må have ekstra karakterer for at programmet kan skelne dem fra hinanden – det samme gælder den hydrauliske placering. Det er altså ikke nok at skrive en anden prøvetagningsdato – programmet bruger ikke datodata til noget, men opbevarer dem blot for dig.

På grundlag af de tilgængelige oplysninger i /3/ har jeg anvendt MB3 som baggrundsværdi for opstrøms vandkvalitet og MB7 som hotspot (jf. Figur 6). MB3 er ikke umiddelbart et logisk valg når man ser på Figur 5, men husk at ”opstrøm” egentlig er baggrundsværdien. Vi forestiller os at forureningsfanen svømmer i et hav af uforurenet grundvand – dvs. en sideværts boring kan være ganske udmærket som ”opstrøm”. En nærmere granskning af grundvandskemien i de boringer der tilsyneladende ligger hydraulisk opstrøm afslører at disse også er svagt forureningspåvirket og dermed ikke er så velegnede for vores videre beregninger med GEOPROC.

3.4.4 Indtast oplysninger om grundvandskemien

Oplysningerne om grundvandskvaliteten ved den udvalgte forureningssag på Drejøgade i København er gengivet i Figur 6 hvor det også fremgår hvilke forureningskomponenter der er medtaget. For at indtaste navnene på de forureningskomponenter man har udvalgt klikker man bare i navnefelterne (kulbrinte 1 – 5) og overskriver med det aktuelle navn. Værdier under detektionsgrænsen indskrives evt. med et 0.

På Figur 6 kan du se hvorledes at denne forfatter har vurderet de enkelte boringer er placeret i langs en strømningslinie (parameteren afstand/tid). Det er denne parameter der indgår i beregningen af 1. ordens nedbrydningskonstanter. I dette tilfælde har jeg lagt en linie gennem hotspot langs grundvandets formodede strømningsretning som svarer til den strømningspil forfatterne til /3/ har vurderet på Figur 5 og derefter har jeg boringernes position projiceret vinkelret ind på koordinataksen.

3.4.5 Før du går videre bør du gemme data

Før du går videre bør du gemme de indtastede data - hvilket man gør ved at vælge knappen ”afslut” hvorefter skærmbilledet ”afslut redigering” vises (Figur 9). I dette tilfælde bør du altså anvende knappen ”gem alt og forsæt redigering”. Herved åbner en standard windows kontrol, hvor der er mulighed for at gemme data under et nyt navn med fil ekstension .geo eller overskrive en eksisterende fil.

Figur 9. Skærmbilledet "afslut redigering" hvor man kan gemme data og returnere til dataredigering

Nu har vi gemt vores inddata og er nu klar til at anvende GEOPROCs funktioner. Det første du er nødt til at gøre er at udføre en kvalitetskontrol – programmets øvrige funktioner er låste indtil du har gennemført dette trin.

3.5 Udfør en kvalitetskontrol af data

3.5.1 Kvalitetskontrol og så kan du navigere

Kvalitetskontrollen gennemføres ved at trykke på knappen ”Kvalitetskontrol”. Programmet vil i forbindelse med gennemførelse af denne rutine undersøge om der mangler nogle data som der er brug for – prøv f.eks. at slette en pH værdi eller et boringsnavn. Hvis du har anvendt de data der er stillet til rådighed i Figur 6, så vil det nye skærmbillede se nogenlunde sådan ud (se figur 10).

Bemærk at der ude til højre er kommet en række nye knapper der viser at du kan udnytte GEOPROCs andre funktioner. Du kan komme tilbage til ”Prøveoplysninger” ved at trykke på knappen eller fanebladstitlen ude til højre med samme tekst. Vi vender tilbage til de andre funktioner nedenfor – men lad os lige gennemgå de informationer der vises på dette faneblad.

Figur 10. Fanebladet "Kvalitetskontrol og simulering", hvor ladningsbalance og beregnede parametre vises.

3.5.2 Vigtige parametre

3.5.2.1 Ionstyrke og ladningsbalance

I den øverste linie vises den beregnede ionstyrke som er et udtryk for hvor meget opløst stof (på ionform) der er i grundvandet. Denne parameter anvendes først og fremmest til de korrektioner programmet anvender ved beregning af ligevægte.

I de næste linier vises summen af kationer og anioners ladninger og endelige en ladningsbalance. Denne ladningsbalance som utrykker afvigelsen imellem de positive og negative ladninger bør være så lille som muligt og helst bør afvigelsen være mindre end ± 5 %. I dette tilfælde ser vi at en data fra en enkelt boring ligger udenfor dette interval – men vi accepterer dette fordi alternativet er at droppe boringen eller starte forfra med analysearbejdet.

Nødtvungent kan man vel acceptere afvigelser op til 10 % - især i bløde vandtyper med ringe indhold af calcium og bikarbonat, men man bør analysere hvilke fejlkilder dette kan introducere i ens databearbejdning. Forurenet grundvand indeholder ofte så mange opløste komponenter, at analysearbejdet kan blive generet af såkaldte matrixeffekter – altså indvirkning på analyseresultater fra de andre stoffer som er i vandprøven.

3.5.2.2 Uorganisk kulstof

På grundlag af de indtastede oplysninger udregner programmet indholdet af opløst CO₂, det tilsvarende CO₂-partialtryk samt det totale indhold af uorganisk kulstof (TUC = CO₂ + H₂CO₃ + HCO₃^- + CO₃^2-). Bemærk at opløst CO₂ ikke må forveksles med aggressiv CO₂ som er en regneteknisk størrelse – formentlig er der ikke aggressiv kulsyre i disse prøver jf. diskussionen i næste afsnit.

3.5.2.3 Mætningsindeks og pH ved kalkligevægt

GEOPROC udregner det såkaldte mætningsindeks for karbonatmineralerne kalkspat (CaCO₃) og siderit (FeCO₃) – mætningsindeksene er defineret i afsnit 4.3.1. Der vises her logaritmen til mætningsindeks hvor værdien 0 svarer til ligevægt, positive værdier viser overmætningen og negative værdier undermætning. Overmætning mht. kalkspat kan kun forekomme kortvarigt hvorimod der tidligere er observeret at der er overmætning overfor siderit i situationer hvor der intensive biogeokemiske reaktioner der forløber (log(IAPS/KS) op til +0,5).

Det fremgår at grundvandet generelt er overmættet mht. siderit, hvorimod der næsten er ligevægt med kalkspat. De små afvigelser der ses fra ligevægt kan skyldes fejlmåling af pH der er en meget følsom parameter i beregningen af ligevægtsforholdene i kulsyresystemet.

Hvis grundvandet skulle være i ligevægt med kalkspat (hvilket er en god tilnærmelse) så skulle pH have den værdi som står i linien ”pH værdi ved kalkligevægt”. Det er muligt at over føre disse værdier til inddata og overskrive de originale data (se nedenfor afsnit 3.5.4)

3.5.2.4 Blandingsforhold hotspot/baggrund og grundvandskemisk placering

Disse parameter beregnes ud fra det tidligere definerede redoxindeks (ligning(13) i afsnit 2.4) samt alkalinitets ændringer (ligning(20) i afsnit 2.6).

Den grundvandskemiske karakterisering er ordnet med legender hvor opstrøm er den mest oxiderede vandkvalitet og hotspot den mest reducerede. Nedstrøm1, nedstrøm², og nedstrøm³ bliver gradvist mere oxiderede i denne rækkefølge på grundlag af redoxindekset. (se illustration i appendiks A)

Opblandingsforholdene er som beskrevet ovenfor vurderet ud fra alkalinitetsændringer, der er ganske betydelige i dette tilfælde. Baggrundsværdien er ca. 360 mg HCO₃/l i boring MB3 og stiger næsten til det tredobbelte i hotspot (MB7; 980 mg HCO₃/l) De øvrige boringer viser betydelige alkalinitets stigninger indenfor dette interval.

Programmets beregnede grundvandskemiske karakterisering er fuldstændig enig med den hydrauliske karakterisering, men dette er mere undtagelsen end reglen.

3.5.3 Vis Grundvandstype

Hvis man nu ikke ønsker at stille sig tilfreds med det beregnede 1-dimensionelle redoxindeks kan man få en mere konventionel karakterisering af de optrædende grundvandstyper ved at trykke på knappen ”Vis grundvandstype”.

Det fremgår af Figur 11 at bortset fra MB7 og MB14 så er vandtyperne blandinger af reduceret grundvand med væsentlige indhold af jern og mere oxiderede vandtyper med nitrat. Det kan derfor være vanskeligt at placere en bestemt biogeokemisk proces som den dominerende.

Der er således tale om at grundvandets sammensætning som det afspejles i grundvandsprøverne også her er under indflydelse af den naturlige lagdeling af grundvandet jf. Figur 2. I dette tilfælde er der oven i købet en meget mere detaljeret filtersætning i forskellige dybder sammenlignet med hvad der er normalt i forureningsundersøgelser og blandt disse filtre er udvalgt netop de til denne analyse undersøgelse hvor der kan forventes den største entydighed. De oprindelige data findes i /3/ bilag 2.

Figur 11. Skærmbilledet grundvandstyper der følger GEUS' anbefalinger i /4/

3.5.4 Justering af inddata: pH-værdi fejl

Som beskrevet ovenfor synes grundvandet stort set at være i ligevægt med kalkspat og formentlig skyldes de små afvigelser fejl i pH målingerne. Særligt viser MB14 en kraftig overmætning mht. kalkspat der normalt ikke ville forekomme. Mest sandsynlig er prøvehåndteringen årsag til tab af CO₂ i forbindelse med målingen af pH, hvilket vil få pH til at stige og forårsage den tilsyneladende overmætning.

Det er muligt at få programmet til automatisk at indlæse pH værdier (svarende til pH værdi ved kalkligevægt), der vil korrigere for dette forhold. Dette gøres ved at trykke på knappen ”Justering af inddata pH til kalkligevægt”.

Da disse data overskriver de originale data skal man være opmærksom på at hvis man gemmer data på et senere tidspunkt f.eks. ved afslutning af programmet så vil de originale pH værdier være overskrevet af programmets beregnede værdier.

Imidlertid kan fejlagtige pH målinger også have en stor betydning for de senere vurderinger af de biogeokemiske processers fingeraftryk – så det er væsentligt at have en bevidst holdning til denne mulighed og under alle omstændigheder huske at dokumentere hvad man har gjort.

3.6 1. ordens model for nedbrydning

3.6.1 Hvad er en 1. ordens model for nedbrydning

En 1. ordens model for nedbrydning er en simpel model der på grundlag af simpel antagelse om at nedbrydningshastigheden af en forureningskomponent er ligefrem proportionel med koncentrationen. Mange biogeokemiske processer kan beskrives med god tilnærmelse med en sådan model. Ved at anvende ligning(21) (se afsnit 2.6) på en situation, hvor en vandpartikel bevæger sig fra hotspot ud i forureningsfanen, kan man udlede flg. simple udtryk til bestemmelse af 1. ordens nedbrydningskonstanten:

(22) k₁ = [ln(C/ C_HOT)]/Δt hvor

C Målt forureningskoncentration på prøvested
C_HOT Målt forureningskoncentration i hotspot
Δt Tid for vandpartikel at strømme fra hotspot til prøvested (dag eller år)
k₁ 1. ordens nedbrydningskonstant (dag^-1 eller år^-1)

Ligning (22) kan også anvendes hvor man anvender afstand (målt som meter) som variabel, hvor konstanten k₁ så får enheden m^-1. Denne enhed er praktisk ved ekstrapolation af resultaterne af modelberegninger til grafiske afbildninger forureningsfanes formodede udbredelse på den forurenede lokalitet (se også Figur 12).

3.6.2 Skærmbilledet 1. ordens model for nedbrydning

Vælg knappen ”1. ordens model for nedbrydning” hvorefter der startes et skærmbillede som vist på Figur 12. På skærmbilledet er der vist beregnede 1. ordens nedbrydningskonstanter både tilsyneladende (beregnet direkte) samt korrigerede værdier (for fortynding). Der er desuden vist nogle af de parametre der indgår i beregningerne (afstand og fortyndingskorrektion).

Som defaultværdi vil programmet placere den boring der har den mest reducerede grundvandstype (laveste redoxindeks R) som hotspot – dvs. programmet antager at de øvrige boringer er placeret nedstrøm herfor. Programmet kan rumme inddata fra 5 samtidige boringer hvoraf en boring er hotspot og en boring er opstrøm. Derfor er der tre boringer tilbage (nedstrøm1 – 3) hvor der kan beregnes nedbrydningskonstanter og de er pr. default ordnet efter det beregnede redoxindeks R.

I dette tilfælde anvendes afstanden imellem boringerne som variabel i udregningen af nedbrydningskonstanterne. Da MB5 faktisk ligger opstrøm i forhold til den forventede strømningsretning bliver ”afstand/tid” variablen negativ og fortegnet på nedbrydningskonstanten skifter tilsvarende til positiv selvom der reelt er et koncentrationsfald når man sammenligner MB7 og MB5.

Ønsker man at skifte til enheden dage kan afstande ændres til tid ved at anvende tid = afstand/strømningshastighed. Hvis man ønsker at sammenligne med de konstanter der er beregnet i /3/ kan man anvende en strømningshastighed på 50 m/år = 0,14 m/dag til at omregne til en ny afstand/tid parameter. De nye data indtastes som tidligere på fanebladet ”prøveoplysninger” og derefter aktiveres knappen ”1. ordens model for nedbrydning” igen.

Bemærk, at fortyndingskorrektionen ændrer den tilsyneladende nedbrydning af benzen og PCE mellem MB7 og MB11 til faktisk ikke at være nedbrydning.

Figur 12. Skærmbilledet 1. ordens model for nedbrydning. I øverste linie er der lister hvor man kan vælge udgangspunktet for beregningerne (hotspot) og hvilke prøvesteder der i øvrigt skal indgå. I linien fortynding findes programmets beregning af evt. fortyndingskorrektioner. I linien afstand/tid er der en beregnet afstand mellem hotspot og de forskellige boringer – et tal som indgår i beregningen af nedbrydningskonstanten. De nederste 5 linier indeholder resultaterne af beregningerne.

3.6.3 Ændring af defaultværdier

De anvendte defaultværdier kan ændres ved at man i 1. linies lister vælger nogle andre boringer. Man kan vælge et nyt hotspot - dvs. den boring og dermed koncentration som indgår i beregningen med ligning(22).

Man kan også vælge andre boringer til at stå i de tilgængelige ”nedstrøm” kolonner. Fortyndingskorrektionerne vil dog hele tiden følge den maskinudregnede værdi fastlagt med den grundvandskemiske karakterisering ved hjælp af redoxindeks samt alkalinitets ændringerne jf. fanebladet ”kvalitetskontrol og simulering”.

3.7 Geokemisk modellering

3.7.1 Hvad er det vi skal modellere

Funktionen ”Geokemisk modellering” giver dig mulighed for at undersøge ændringerne i grundvandets sammensætning langs en strømlinie, opstille hypoteser om væsentlige biogeokemiske processer samt sammenligne hypotese og de målte ændringer under forskellige randbetingelser. Det er specielt de biogeokemiske processers fingeraftryk på kulsyresystemet som der er mulighed for at afprøve – men også betydningen af ionbytning, udfældning af siderit, pyritoxidation og ammoniumfrigivelse og –iltning kan afprøves.

Og hvorfor skal du gøre det ? Det er en god ide at afprøve om de hypoteser man opstiller om f.eks. sulfatreduktion eller methanogenese rent faktisk kan føre til de observerede ændringer i grundvandets sammensætning – på den måde kan du opdage et behov for at ændre hypotesen – ja du kan se hvis den er direkte fejlagtig.

For at anvende denne facilitet skal man have udført ”kvalitetskontrol af data” – herefter kan man trykke på knappen ”geokemisk modellering”.

3.7.2 Vælg boringer der skal indgå i modellen

Indledningsvist åbnes fanebladet ”Modellering af nedstrøm vandkvalitet” (se Figur 13). På dette faneblad har man mulighed for at vælge de to boringer der skal indgå i modelbeskrivelsen. Som default indlæser programmet de to første kolonner fra fanebladet ”Prøveoplysninger” men du kan selv vælge de boringer du ønsker. Det ville jo være naturligt at starte med at beskrive udviklingen i grundvandskemien fra ”opstrøm” til ”hotspot”. Boringerne vælges ud fra den identifikation du selv har givet som hydraulisk placering. Når du har valgt en boring oplyses programmets maskinudregnede ”grundvandskemisk karakterisering” samt boringsnavn.

Figur 13. Fanebladet "modellering af nedstrøm vandkvalitet". Første kolonne indeholder udgangspunktet for modelbeskrivelsen (baggrundsværdien). Anden kolonne indeholder målværdien – dvs. den grundvandstype som modellen skal simulere. Tredje kolonne give modellens bud på en vandkvalitet der svarer til målværdien

I den første kolonne skal du vælge den boring der skal danne udgangspunktet for modelbeskrivelsen (baggrundsværdien). I den anden kolonne vælger du den boring som modellen skal simulere. Fanebladets tredje kolonne er modelresultatet og du vil se at modellen allerede er aktiv og har beregnet den første simulering når du har valgt dine forslag til boringer.

3.7.3 Fanebladet ”geokemiske processer”

Modellen forudsætter altså at du har valgt to boringer der står langs en strømlinie. Modellen vil som default forsøge at beskrive de ændringer der sker fra boringen i første kolonne til boringen i anden kolonne. Det vil modellen gøre ud fra de ændringer der tilsyneladende sker i grundvandets indhold af redox aktive komponenter (ilt, metan, jern, mangan, sulfat og nitrat) – denne metode kaldes også redox metoden. Desuden vil programmet vurdere de ændringer der sker i indholdet af klorid og natrium og forsøge at beskrive dette som tilsætning af saltholdigt grundvand og ionbytning mellem natrium og calcium.

Imidlertid vil modellen beregne konsekvensen af disse ændringer på kulsyresystemet og ligevægtsforholdende overfor kalkspat og siderit.

Figur 14. "Fanebladet "geokemiske processer". Defaultværdier, for de forskellige redoxprocesser der er vist, er beregnet ud fra "redox metoden". Desuden har programmet beregnet at der er tilsat salt og der er foregået ionbytning. Endelig har programmet beregnet mængden af udfældet kalkspat (negativ opløsning), samt produceret CO₂ fra de forskellige redoxprocesser. Som grundlag for beregningerne har programmet anvendt acetone som default værdi, hvor acetones indhold af kulstof og det gennemsnitlige iltningstrin for kulstof er anført.

Alle disse koblede ændringer af grundvandskemien kan du se, hvis du vælger fanebladet ”geokemiske processer” (Figur 14). Ved at anvende redox metoden anvendes differencen i indholdet af de redox aktive komponenter til at vurdere hvor stor omfanget af de enkelte redoxprocesser er.

Disse processer producerer alkalinitet og CO₂ afhængigt af hvilken type redoxreaktion og organisk stof der indgår i processen. Default værdi er acetone men det er også mulig at vælge andre kulbrinter fra en liste eller selv at indtaste de nødvendige oplysninger. De oplysninger programkoden har brug for er forbindelsens indhold af kulstof (i vægt %) og det gennemsnitlige iltningstrin for kulstof.

Der er også en række processer hvor der programmet ikke beregner defaultværdier. Det er imidlertid muligt for brugeren at indlæse forslag til disse processer eller at overskrive programmets forslag til defaultværdier (mere om det nedenfor)

3.7.4 Vælg kalkligevægt eller ej

Programmet gennemfører på grundlag af de indtastede oplysninger og de beregnede defaultværdier for de forskellige geokemiske processer en beregning af ligevægtsforholdene i kulsyresystemet – herunder ligevægts pH, samt en beregning af ligevægt i forhold til kalkspat.

Programmet giver to muligheder: beregning med eller uden tvungen kalkligevægt.

Beregninger uden tvungen kalkligevægt kan være aktuelle for lokaliteter hvor der ikke er kalk i undergrunden f.eks. i Vestjylland eller i særlige opfyld. Hvis opløselighedsproduktet overskrides pga. de øvrige biogeokemiske processer vil programmet imidlertid automatisk forudsætte ligevægt med kalkspat.

I dette tilfælde som er vist på Figur 14 er det ligegyldigt om man vælger den ene eller den anden mulighed – begge giver det samme resultat: Overmætning – der fører til udfældning af ca. 70 mg CaCO₃/l.

3.7.5 Vurdering af de geokemiske processer

3.7.5.1 Valg af modelstof

Vi skal nu vurdere programmets første forslag til en model. Da der er tale om en kombinationsforurening med oliestoffer som den drivende kraft bag de reducerede forhold i grundvandsmagasinet vælges toluen som modelstof – det gøres øverst på fanebladet ”geokemiske processer”.

Herefter trykkes på knappen ”Geokemisk modellering med tvungen kalkligevægt” – fordi lokaliteten ligger i København og fordi der næsten er ligevægt med kalkspat i begge boringer. Det kan man se nederst på fanebladet ”Modellering af nedstrøm vandkvalitet”, hvor den logaritmiske værdi af mætningsindekset for kalkspat ligger tæt ved 0 svarende til ligevægt.

De nye betingelser viser sig først og fremmest i mængden af produceret CO₂ samt til dels i udfældningen af kalkspat.

3.7.5.2 Grafisk afbildning

Vi kan nu vurdere de udførte beregninger grafisk og det gør vi ved at trykke på knappen ”grafisk afbilning” hvorefter fanebladet ”Total uorganisk kulstof ” vises (Figur 15). Grafen er et søjlediagram som sammenligner ændringerne i grundvandets indhold af total uorganisk kulstof (TUC målt som mmol/l) med fire kategorier:

• Beregnet produktion af TUC
• Beregnet forbrug af TUC
• Beregnet samlet ændring (produktion – forbrug)
• Målt ændring af TUC

Det fremgår af grafen at der er en slående misforhold mellem hvad modellen foreslår og konsekvensen for grundvandets indhold af TUC.

Ved at trykke på fanebladet ”Alkalinitet” fremkaldes en tilsvarende grafisk afbildning (søjlediagram) som sammenligner ændringerne i grundvandets alkalinitet (ALK målt som mekv/l) med tilsvarende kategorier (se Figur 16).

På begge figurer ses at ”forbrug” skyldes udfældning af kalkspat og også mht. alkalinitet er den beregnede ændring væsentlig mindre end det man kan måle.

Figur 15. Fanebladet "Total uorganisk kulstof". Med grafisk sammenligning af beregnede og målte ændringer i grundvandets indhold af uorganisk kulstof. Legenderne er beskrevet med værdien under grafen – hvis man klikker med musen på legenden fremhæves værdien på grafen.

Figur 16. Fanebladet "alkalinitet". Med grafisk sammenligning af beregnede og målte ændringer i grundvandets alkalinitet. Legenderne er beskrevet med værdien under grafen – hvis man klikker med musen på legenden fremhæves værdien på grafen.

3.7.5.3 Mellemregning

Ved at trykke dig tilbage (knappen ”geokemisk modellering”) og derefter vælge knappen ”Mellemregning” åbnes et skærmbillede (Figur 17), hvor de biogeokemiske processer sammenlignes bl.a. med hensyn til ændringer af redoxparametre, alkalinitet, total uorganisk kulstof (TUC) og omsat modelstof.

Du kan altså her sammenligne den relative betydning af de forskellige processer mht. fjernelse af forureningen. Alle beregninger normeres til mg/liter (eller gram/m³), dvs pr. liter der strømmer langs en strømlinie fra den ene boring (baggrundsværdi) til den anden boring (målværdi).

For at lave en massebalance er det derfor nødvendigt at gange med massestrømmen af grundvand igennem et tværsnit ved lokaliteten, hvor du anser de anvendte boringer (og dermed koncentrationer) for repræsentative.

Figur 17. Skærmbilledet "mellemregning". Her kan den relative betydning af de geokemiske processer sammenlignes mht. ændringer af alkalinitet, uorganisk kulstof (TUC) og omsat modelstof.

3.7.5.4 Kontroller programmets forslag til geokemiske processer

Det er muligt at udlede flere oplysninger ved at sammenligne indholdet af enkeltstoffer som f.eks. calcium (se f.eks. Figur 13). Modellen foreslår et calcium indhold under 70 mg/l, hvilket står i skærende kontrast til den målte værdi på 146 mg/l. Tilsvarende giver modellen en pH værdi på over 7,1, hvor der reelt er målt en pH-værdi omkring 6,6. Dette skyldes primært de stigende indhold af alkalinitet og TUC, som får modellen til at forudsige udfældning af kalkspat og en pH stigning.

Andre processer som f.eks. ionbytning har også direkte indflydelse calciumindholdet (ca. 9 mg calcium pr. 10 mg natrium ) og indirekte på pH værdien. Du har i GEOPROC mulighed for at ændre på denne parameter for at undersøge betydningen (se næste afsnit).

3.7.5.5 Ændring af en geokemisk proces

Gå tilbage til geokemiske modellering og vælg fanebladet ”geokemiske processer”

Her indtastes den ny værdi 0 i linien ”Ionbytning Na for Ca” i kolonnen med overskriften ”nyt forslag”. Herefter kan man beregne det nye modelresultat ved at trykke på knappen ”Geokemisk modellering med tvungen kalkligevægt”. Ved at gå til fanebladet ”Modellering af nedstrøm vandkvalitet” kan man se effekten på indholdet af calcium og pH.

Indholdet af calcium er steget til lidt over 100 og pH værdien faldet til knapt 7,0 men ændringen er altså ikke nok til at kompensere for effekten af udfældningen af kalkspat og pH stigningen

3.7.5.6 Genberegning af defaultværdier for geokemisk processer

Man kan vende tilbage den program.beregnede værdi ved at slette det ny forslag til ionbytning og trykke på beregningsknappen igen. Herved vises og anvendes default værdien til de følgende beregninger.

3.7.5.7 Løsning af problemer med for lille indhold af TUC

Det problem der observerede her ses ofte i tilsvarende sammenhænge under danske forhold og skyldes biogeokemiske processer i umættet zone. Som omtalt i afsnit 2.3 vil omsætning af organisk kulstof i den umættede zone give et højt CO₂ tryk og forhøjet alkalinitet i grundvandet.

Et check på CO₂-trykket i hotspot (se f.eks. fanebladet ”modellering af nedstrøm vandkvalitet”) viser et CO₂ tryk på næsten 0,2 atm (20 vol. %). Dette skyldes formentlig aerob omsætning i den umættede zone, men det kan ikke udelukkes at methanogenese også har væsentlig betydning. Et endeligt valg kræver i virkeligheden målinger af poreluftsammensætningen og er en praktisk opfølgning af disse beregninger som bør være en naturlig udgang.

Ved omsætning af redox komponenter i den umættede zone ser vi ikke omsætning afspejlet som et fald eller stigning i koncentrationen af hhv. ilt og metan. Vi må derfor gætte os frem i ryk og ser hvad effekten bliver på grundvandskemien.

Et gæt der fungerer godt i dette tilfælde at ilt reduktion er på ca. 500 mg/l, hvilket indskrives i kolonnen ”nyt forslag” i linien for iltreduktion. Det er vigtigt at anvende knappen ”Geokemisk beregning med kalkligevægt”, fordi der nu opstår undermætning mht. kalkspat ved den store CO₂ produktion (og vi ved jo at grundvandet er næsten i kalkligevægt).

Den resulterende alkalinitet bliver lidt for lille, pH lidt for lav og indholdet af calcium lidt for stort. Men stort set er der givet en tilfredsstillende overens.stemmelse mellem den fundne og modellerede vandkvalitet. Man kan argumentere for at fjernelsen af calcium ionbytningen måske er lidt større – dvs. at der fjernes mere calcium end forudset med disse beregninger. Dette skyldes at grundvandet i hotspot også er markant forøget mht. magnesium, som formentlig er blevet ionbyttet ud i opløsning i stedet for en del af det calcium der produceres fra kalkopløsningen:

(23) H₂CO₃ + CaCO₃ ↔ Ca²⁺ + 2HCO₃^-

(24) 2X-Na⁺ + Ca²⁺ ↔ X=Ca²⁺ + 2Na⁺

(25) X=Mg²⁺ + Ca²⁺ ↔ X=Ca²⁺ + Mg²⁺ hvor

X-, X= overfladeplads ledig for ionbytning (f.eks. på lermineraler)

Sådanne mere præcise beskrivelser hører hjemme i mere generelle programmer modelprogrammer som f.eks. PHREEQC der har flere frihedsgrader. Her er pointen at vi kan se at vi er på rette spor, selvom vi ikke har lavet en hel dækkende beskrivelse – vi kan heller ikke forvente andet med den type data, det er indsamlet i denne forureningsundersøgelse.

Ved at klikke på knappen ”mellemregning” er det også åbenbart at iltreduktion i umættet zone står for 160 ud godt 200 mg modelstof pr. liter – altså ca. 80 % af omsætningen af oliekomponenterne – et vigtigt resultat der ikke havde kunnet visualiseres uden modelberegningerne.

3.7.6 Mere om de geokemiske processer

Det er muligt at gennemføre en mere omfattende modelbeskrivelse ved at anvende de øvrige muligheder for biogeokemiske processer. Dette gælder f.eks. frigivelse af ammonium i forbindelse med lossepladser og evt. efterfølgende iltning til nitrat. En anden sådan mulighed er udfældning af siderit der dog tilsyneladende ikke har væsentlig betydning for massebalancen i de fleste tilfælde.

Der er indarbejdet mulighed for at arbejde med pyritoxidation jf. afsnit 4.3.2 som ofte spiller en væsentlig rolle i de øverste dele af grundvandsmagasinerne. I en del tilfælde vil man kunne observere tilsyneladende nitratreduktion med samtidige stigninger i indholdet af sulfat. I de tilfælde kan det være en fejl at antage nitratreduktion og samtidigt ignorere sulfatindholdet fordi det ikke rigtigt passer sammen – du ville kunne risikere at overvurdere nedbrydning af forureningskomponenterne.

Fejlen med nitrat/sulfat kan opstå hvor undersøgelsesboringer er filtersat omkring grundvandsmagasinets naturlige redox front. Den ligger ofte tæt ved vandspejlet hvor grundvandsforureninger med f.eks. olie/benzin stoffer også gerne udbreder sig. Programmet har nogle indbyggede rutiner der sikrer at du ikke bruger mere sulfat eller nitrat til omsætning af forureningsstofferne, hvis du eksperimenterer med disse processer(se også afsnit om Radsted)

3.8 Print

Ved at aktivere knappen ”printmenu” startes printmenuen der giver mulighed for udskrive enkelte eller alle skærmbilleder i et printervenligt format. Dette er også den bedste måde at dokumentere de udførte modelbeskrivelser – f.eks. nye forslag til omfanget af de geokemiske processer som afviger fra default værdierne.

3.9 Organisering af data

Det anbefales at organisere sine data med beskrivende filnavne.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 November 2003, © Miljøstyrelsen.