|
Undersøgelsesprogram for grundvandsforurening 2 Undersøgelsesstrategi
I nærværende kapitel er det søgt at beskrive principperne bag de opstillede undersøgelsesstrategier. Principperne er baseret dels på erfaringsopsamlingen ud fra eksisterende kortlægnings- og forureningsundersøgelser på en lang række benzinstationer (se beskrivelse i bilag 1), dels på de foretagne modelsimuleringer (se beskrivelse af forudsætninger i bilag 2), samt endelig på statistisk baserede beregninger af sandsynligheder for at finde faner af givne udstrækninger, givet en række forudsætninger og den generelle viden om benzinstationers indretning og logistik i øvrigt. Man kan sige, at det for en stor del drejer sig om almindelig sund fornuft baseret på en systematisk bearbejdning af foreliggende viden om forureningssituationer, stofegenskaber, geologisk variation m.v. En gennemgang af principperne bag undersøgelsesprogrammerne foretages i dette kapitel, mens en mere kogebogsagtig beskrivelse af selve fremgangsmåden gives i næste kapitel (kapitel 3). 2.1 StrategiprincipperFormålet med undersøgelsesprogrammet er at kunne identificere grundvandsforurening på og omkring en lokalitet med stor sandsynlighed, eksemplificeret ved forureninger ved benzinstationer. Indsamling af viden om forureningsniveauet i et evt. kildeområde sker således alene med henblik på at kunne vurdere, om der forekommer en grundvandsforurening, og det er ikke formålet med sikkerhed at fastslå, hvad der er den præcise kilde til forureningen. Endvidere er det formålet at kunne afgøre, om forureningen har spredt sig uden for grundgrænsen, hvor og ca. i hvilket omfang. Der er lagt vægt på, at undersøgelserne af tilstedeværelsen af en grundvandsforurening kan udføres udenfor lokaliteternes, i dette tilfælde benzinstationernes, areal. Dette er betinget af, at der kan være flere situationer, hvor det ikke er muligt at foretage undersøgelser tæt på forureningskilderne, f.eks.
Det foreslåede undersøgelsesprogram er eksemplificeret ved forureninger ved benzinstationer og er bygget op omkring identifikation af grundvandsforureninger med MTBE, da disse ikke nødvendigvis vil blive identificeret i forbindelse med undersøgelser, der fokuserer på identifikation og afgrænsning af forureninger med kulbrinter på en benzinstation. Endvidere vil sådanne grundvandsforureninger p.g.a. MTBE’s egenskaber ofte nå en udbredelse i grundvandet, der er større end en grundvandsforurening med BTEX/totalkulbrinter, inden de opdages (se f.eks. API, 1998). Men undersøgelseskonceptet kan principielt bruges til at vurdere andre typer af forureninger; blot vil dette kræve et kendskab til den forventelige størrelse af en forureningsfane med den pågældende spildtype og forureningskomponent samt forholdet mellem grænseværdien for det pågældende stof og den forventelige (eller målte) koncentration i kildeområdet. Det er ikke formålet at foretage en afgrænsning af hverken jord- eller grundvandsforureninger med henblik på f.eks. design af evt. afværgeforanstaltninger. 2.2 Relevante scenarierOpstillingen af scenarier for grundvandsforurening baserer sig på variationer af to hovedelementer:
2.2.1 KildetyperFra gennemgangen af erfaringsopsamlingen fra Fyns Amt fremgår det, at der er væsentlig forskel på grundvandsforureningens karakteristika afhængigt af, om det drejer sig om:
Disse 2 typer af spild er i det følgende benævnt ”kortvarigt større spild” og ”længerevarende mindre spild”. En konkret undersøgelse vil typisk tage udgangspunkt i én af to følgende situationer: 1) Viden om forekomsten af en potentiel lækage baseret på f.eks. oplysninger om væsentlige mankoer mellem leveret og solgt benzinmængde. I dette tilfælde vil man kunne tage udgangspunkt direkte i det scenarium, der vedrører lækage. 2) Der foreligger ingen viden om konkrete spild , men undersøgelsen kan være en del af en generel kortlægningsindsats eller en på anden måde prioriteret undersøgelsesindsats. 2.2.2 HydrogeologityperSpredningen af en opstået grundvandsforurening afhænger af strømningsforholdene i det overfladenære sekundære grundvandsmagasin, såfremt sådanne forefindes, og af udvekslingen mellem det sekundære og det primære grundvandsmagasin. Strømningsforholdene bestemmes af den geologiske sammensætning af materialet og af den hydrauliske gradient. Endvidere vil transporten af forskellige forureningskomponenter påvirkes af de geokemiske og biologiske forhold i akviferen. På en benzinstation vil geologien i de øverste meter typisk være præget af fyldmaterialer af varierende art og, bortset fra hedeslette områder, som fx Vestjylland, af varierende lag af moræne med større eller mindre indhold af sand, grus og sten med indlejrede striber af smeltevandssand af større eller mindre mægtighed. Ud fra de indsamlede erfaringer (primært fra Fyns Amt) synes geologiske variationer i de overfladenære lag ikke at have nogen væsentlig indflydelse på sandsynligheden for registrering af forurening nær relevante tanke. Faneudbredelsen synes heller ikke at afhænge væsentligt af den geologiske sammensætning i de vandførende lag (hvilket skulle forventes). Dette skyldes til dels, at jordlagenes sammensætning ikke varierer meget i de foreliggende sager, dels at der ikke altid er oplysninger om total faneudbredelse (i længderetningen), og endelig at det samlede antal sager er begrænset. Generelt vil et koncept, der baserer sig på skøn over forventelige længder og bredder af en forureningsfane, som udbreder sig i en relativt entydig retning, kræve at forureningsfanen er forholdsvist sammenhængende, og udbredelsesretningen forholdsvist ens over tid. Dette vil igen afhænge af, at der findes et rimeligt sammenhængende grundvandsmagasin, samt at gradienten på grundvandsspejlet ikke er alt for lille eller meget påvirket af tidsmæssigt varierende hændelser (f.eks. varierende pumperater i nærliggende pumpeboringer). De geologiske scenarier, som er opstillet i modelsimuleringerne spænder over hydrauliske ledningsevner fra 10-5 – 10-3 (m/s) og hydrauliske gradienter fra 1 ‰ til 5 ‰. Når der tages højde for, hvilke kombinationer af ovenstående, der er realistisk, svarer dette til porevandshastigheder mellem 1 og knap 300 m pr. år med en porøsitet på 0,3. Anbefalingerne omkring inddragelse af den potentielle geologiske variation i de øvre jordlag i undersøgelserne er baseret på en kombination af resultaterne af de foretagne modelsimuleringer og erfaringsopsamlingens oplysninger. I konceptafprøvningen i (GEO, 2006) er der konstateret moræneler over det øvre sammenhængende grundvandsspejl i flere af sagerne. Der er derfor i bilag H.1 til GEO’s rapport resumeret foreliggende viden om forureningstransport i moræneler. 2.3 Opstillede scenarierI dette afsnit er givet en sammenfatning af de typiske data for de 2 kildescenarier: ”kortvarigt større spild” (Scenarie I) og ”længerevarende mindre spild” (Scenarie II) baseret på erfaringsdata samt de beregninger, der er foretaget af kildestørrelser og varighed i forbindelse med de udførte modelsimuleringer. Nærmere beskrivelser fremgår af bilag 1 og 2. Der er generelt et større erfaringsmateriale til rådighed for vurdering af faneudbredelse ved ”kortvarigt større spild” end ved ”længerevarende mindre spild”, og disse kan derfor inddrages i de i kapitel 3 opstillede anbefalinger. Erfaringsgrundlaget for ”længerevarende mindre spild” omfatter ofte kun data for én boring, hvorfor de skønnede faneudbredelser i højere grad er baseret på modelberegningerne. 2.3.1 Scenarie I "kortvarigt større spild"Et ”kortvarigt større spild” er defineret som et væsentligt udslip forårsaget af et brud i rørføringer m.m. tilknyttet tanksystemet, standerne m.m. Et sådant udslip vurderes kun at kunne forløbe over en vis tid, inden det opdages, f.eks. via den løbende opgørelse af påfyldt contra solgt mængde. I bilag 1 er gengivet de beregninger og forudsætninger, der er anvendt for at opgøre størrelse og varighed af et sådant spild afhængigt af det konkrete omfang af benzinsalget (antal og størrelse af tankene). I de udførte modelberegninger (se bilag 2) er det på denne baggrund forudsat, at et spildet kan forløbe i ca. 15 uger, før det opdages og standses, mens der kan gå yderligere i størrelsesordenen et år, før undersøgelse og ikke mindst oprensning af fanen påbegyndes. Erfaringsopsamlingens data (hvor der ikke foreligger oplysninger om, hvor længe spildet kan have varet) viser, at en fane fra et ”kortvarigt større spild” kan blive op til 70 m lang og op til 30 – 40 m bred (se bilag 1), og at dette ikke, inden for den variation der er i jordart og gradient, varierer entydigt med nogen af disse parametre. Dog synes længdeudbredelsen at blive større, såfremt det drejer sig om udbredelse i mere usammenhængende magasiner (koncentrationsforskellene er så tilsvarende større og mindre entydigt aftagende i en given retning). 2.3.2 Scenarie II "længerevarende mindre spild"Et ”længerevarende mindre spild” vil typisk fremkomme ved mindre utætheder i det afløbssystem, der opsamler overfladevand fra de befæstede arealer omkring stander- og påfyldningsarealer. I bilag 2 er foretaget beregninger af det typiske omfang på årsbasis. Der foreligger som nævnt ikke data i erfaringsopsamlingen for egentlig afgrænsede ”længerevarende mindre spild”, men kun mere spredte boringer eller kun én karakteriseringsboring. De sager, hvor de observerede koncentrationer ikke overskrider 100 – 200 mg/l, vurderes som sager, hvor forureningen med stor sandsynlighed er forårsaget af udsivning fra afløbssystemet, altså et såkaldt ”længerevarende mindre spild”. I bilag 2 er foretaget en beregning af sandsynlig størrelsesorden for et sådant ”længerevarende mindre spild”. Det må forventes, at et ”længerevarende mindre spild” kan forløbe i ganske mange år uden at blive opdaget. Da MTBE er væsentlig i vurderingen af grundvandsforureningerne i denne sammenhæng, er det i modelberegningerne forudsat, at spildet har forløbet i 15 år svarende til indførelsen af MTBE. De udførte modelberegninger viser, at forureningen med MTBE teoretisk kan have spredt sig fra 30 til over 100 m afhængigt af jordart og gradient, mens en BTEX-fane vil kunne have spredt sig mellem 10 og 70 m og en fane af højere kulbrinter mellem 10 og 30 m. Disse spredninger harmonerer med de spredninger , der er konstateret ved en række større amerikanske undersøgelser (bl.a. Newell & Connor, 1998; Lavis & Rehman, 2000). En nærmere beskrivelse af de udførte modelberegninger samt de afprøvninger, der er foretaget af variationen i forskellige parametre er gengivet i bilag 2. 2.4 Statistisk grundlag for vurdering af boringsantal, -placering og-filtersætningUd fra erfaringsopsamlingen (se bilag 1) ses det, at der er stor sandsynlighed for at finde et MTBE-indhold på over 5 mg/l på en benzinstation (65 %). Samtidig kan man af de foretagne afgrænsningsundersøgelser se, at de fundne MTBE-faner dækker mellem 15 og 45 % af benzinstationsarealet (se bilag 1). Dette medfører, at der – i modsætning til mange andre typer af forureninger – ikke skal et meget stort antal boringer til for at finde en MTBE-forurening (defineret som en koncentration af MTBE på over 5 mg/l). Vurdering af tilstrækkeligt boringsantal på benzinstationen. Ved anvendelse af ”hot-spot” statistik (se bilag 3) kan man ud fra erfaringsopsamlingens oplysninger udregne, at der inden for et areal, der dækker et typisk tankgravsområde samt en bræmme på 1,5 m omkring denne, skal 1 til 2 boringer til for at finde en forurening med MTBE med over 95 % sandsynlighed, såfremt der er en forurening. Her er der ikke taget stilling til, om den fundne forurening er forårsaget af ”kortvarigt større spild” eller af et ”længerevarende mindre spild”, idet de sandsynligheder, der kan beregnes ud fra erfaringsopsamlingen ikke giver grundlag for dette. En nærmere beskrivelse af den anvendte statistik fås f.eks. i Kjeldsen et al (1991) eller Centre for Research into the Built Environment (1994). For at indhente yderligere oplysninger til brug for vurderingen af kildetypen, samt for at opnå viden om afstrømningsretningen af en evt. fane, er det nødvendigt at placere endnu et antal boringer på grunden. Det kan udregnes (se bilag 3), at der skal 5 til 6 boringer i en omkreds på 5 m fra en tank til for at finde en forurening med en sandsynlighed på over 90 %, såfremt der er en forurening. Dette antal (5-6) er fastsat under forudsætning af, at der er lige stor sandsynlighed for, at forureningen findes i alle retninger fra tanken. Hvis man har kendskab til afstrømningsretningen, kan antallet af boringer indsnævres væsentligt, da dette jo vil have betydning for sandsynligheden for at finde forurening i de forskellige retninger. Hvis det forudsættes, at fanen med meget stor sandsynlighed vil bevæge sig i en bestemt retning, der udgør 25 % af omkredsen eller mindre, vil boringsantallet kunne reduceres til 1 til 3 i denne retning. Som nævnt er der i erfaringsmaterialets sandsynligheder for fund ikke grundlag for at skelne mellem forureninger forårsaget af egentlige ”kortvarigt større spild” eller af ”længerevarende mindre spild”. Datamaterialet indikerer dog, at der er væsentlig forskel på de fundne forureningsniveauer i de 2 tilfælde. Dette må derfor benyttes som grundlag for en beslutning om den videre fremgangsmåde for undersøgelsen. Placeres en boring opstrøms fra tankene, vil en forurening i denne pege på én af to muligheder:
Hvilken der er relevant, må ses ud af den konkrete situation. Ved at placere en opstrøms boring, opnås endvidere en nærmere bestemmelse af afstrømningsretningen. Ved vurdering af muligheden for skeloverskridende forurening kan statistiske betragtninger vedrørende sporingssandsynlighed som funktion af mulig fanebredde, afstand til kilden og forholdet mellem den ønskede sporingsgrænse og kildekoncentration (kontrasten) anvendes. Tilsvarende betragtninger er f.eks. foretaget i Amternes Videncenter for Jordforurening (1999) vedr. design af grundvandsmonitering ved lossepladser. For benzinstationer vil forholdet mellem den ønskede sporingsgrænse, f.eks. grænseværdien, og kildekoncentration, også kaldet kontrasten, typisk være som angivet i tabel 2.1. Dette forhold vil afhænge af kildetypen. Tabel 2.1. Typiske kontraster for de forskellige kildetyper og stofgrupper.
Tallene i parentes angiver kontrasten i forhold til almindeligt forekommende detektionsgrænser. Sandsynligheden for at opdage en forurening falder meget hurtigt med stigende kontrast. Der vil derfor være væsentligt større sandsynlighed – alt andet lige – for at opdage en MTBE- og/eller BTEX-fane end en fane af højere kulbrinter. Samtidigt vil sandsynligheden, for at fanen har overskredet skel, falde fra MTBE mod de højere kulbrinter, da nedbrydning og sorption vil reducere fanens udbredelse meget væsentligt. Af modelberegningerne ses det, at med en typisk grundstørrelse på 50 x 60 m, vil der såfremt tankene eller en anden væsentlig forureningskilde er placeret blot nogenlunde centralt på grunden i forhold til afstrømningsretningen, være begrænset sandsynlighed for at en fane af højere kulbrinter (C ³ 6) når udenfor skel. Anvendes de i modellerne anvendte stofsprednings- og strømningsscenarier (se bilag 2 for forudsætninger vedr. nedbrydning) som input til en statistisk beregning, vil sandsynligheden for at finde en fane ved skel (defineret som en koncentration over detektionsgrænsen) kunne beregnes, såfremt man kender den overordnede strømningsretning. Sandsynligheden vil være en funktion af boringsafstanden og afstanden til skel fra den formodede kilde. Det kan således beregnes, at sandsynligheden for at finde fanen ved skel vil variere mellem 80 og 100 % ved en boringsafstand på 10 m og en afstand fra kilden til skel på 20 til 30 m. Øges boringsafstand til 20 m, vil sandsynligheden falde til under 50 %. Hvis boringsafstanden bibeholdes på 10 m, og man i stedet ønsker at finde en fane, hvor koncentrationen er over 2 mg/l (svarende til det niveau MTBE så vidt muligt bør holdes under), ligger sporingssandsynligheden mellem 70 og 80 %. Da sandsynligheden for at fange fanen stiger med faldende kontrast, kan det altså være en fordel, at have som sit mål, når man skal lokalisere fanen i og uden for skel, at definere denne som koncentrationer, der overstiger detektionsgrænsen. Dette vil således være relevant i nærværende undersøgelsessammenhæng, hvor formålet primært er, at få fastlagt om der er en fane uden for selve benzinstationsgrunden. Sporingssandsynligheden vil alt andet lige øges med afstanden fra kilden. Hvis boringen f.eks. placeres 40 m fra kilden, vil sandsynligheden med en boringsafstand på 10 m i stedet være over 90 % og med en afstand på 20 ca. 60 %. Dette forudsætter selvfølgelig, at boringerne er placeret fornuftigt i forhold til strømningsretningen og filtersat, således at filteret fanger fanen. Placeringen af filteret har især betydning ved placering af boringerne uden for grunden og i skel, altså i større afstand fra en kilde. Dette skyldes, at infiltrationen medføre en dykning af fanen. Hvor meget fanen dykker vil afhænge af forholdet mellem strømningshastigheden og nettoinfiltrationen og være størst, hvor der er stor nedsivning og lille horisontal strømningshastighed. Størrelsen af nettoinfiltrationen vil afhænge af overfladens beskaffenhed, f.eks. vil der være meget lille infiltration ved asfaltbelægning, mens infiltrationen kan øges betragteligt, hvis fanen kommer ind under en græsoverflade. I (GEO, 2006) er i bilag H.2 givet et forslag til vurdering af en eventuel fanetrykning. Hertil kommer betydningen af inhomogeniteter i de jordlag, hvorigennem grundvandet (og forureningen) strømmer, hvilket kan øge spredningen af stof også i vertikal retning. Hvis der med sikkerhed kan konstateres adskilte grundvandsførende lag, kan det være hensigtsmæssigt at placere adskilte filtre (og boringer) i hvert lag for at kunne bestemme, hvor den faktiske afstrømning foregår. Hvis kontrasten, som i dette tilfælde numerisk er relativt lille (stor forskel på forventelig kildekoncentration og grænseværdien), øger det sandsynligheden for at fange en fane. En øgning af filterlængden (hvis muligt) giver alt andet lige en større sporingssandsynlighed end et mindre filter placeret i yderkanten af fanens vertikale udbredelse. Det er således af væsentlig betydning for sandsynligheden for at fange fanen både vertikalt og horisontalt at have viden om geologi, hydrogeologi og kildestørrelse, inden boringer i skel og uden for grunden placeres og filtersættes. Som tidligere nævnt vil en anvendelse af det beskrevne koncept ikke være meningsfyldt, medmindre der findes et forholdsvist sammenhængende grundvandsmagasin og en relativt entydig afstrømningsretning.
|