MTBE. Undersøgelse af grundvandet nedstrømsidriftværende og tidligere benzinstationer
Bilag H1 Forureningstransport i moræneler
Forureningstransport i moræneler har op gennem 1990’erne været under-kastet intens forskning, blandt andet i forbindelse med pesticidforskningen /2, 3/. Grunden til dette er, at moræneler før i tiden var betragtet som en god barriere mod nedsivning af forurening til underliggende grundvands-magasiner. Denne evne som grundvandsbeskytter har været genstand for megen diskussion de senere år, hvor man har erkendt tilstedeværelsen af makroporer (sprækker, rodgange og gravegange), og efterhånden er man kommet tættere på forståelsen af transportmekanismerne.
De efterfølgende betragtninger bygger således på resultaterne af en række forsøg med intakte blokke af moræneler /1/. Der er udført 23 hydrauliske forsøg med blokke af moræneler med en diameter på 0,5 m og en højde på 0,5-1,0 m. Blokkene er udtaget på 8 forskellige lokaliteter, der skønnes at repræsentere variationen af normal moræneler i Danmark. Morænerne har et lerindhold på mellem 10% og 22%, og det øverste vandspejl varierer mellem 0 og 1,5 m under terræn i vinterperioden og mellem 2 og 4 m under terræn i sommerperioden.
På alle lokaliteter er de øverste 3-7 m af profilerne præget af synlige makroporer. I den oxiderede zone, som udgør de øverste 3-4,5 m er forekomsten af makroporer meget høj (indtil flere hundrede pr. m²), mens makroporer i den reducerede zone forekommer spredt i grupper med en afstand på mere end 10 m.
Der er målt høje hydrauliske ledningsevner i de øverste par meter af profilerne, jf. fig. 1. I den oxiderede zone aftager den hydrauliske ledningsevne typisk fra 10-5 m/s nær terræn til 10-7 m/s ved overgangen til den reducerede zone, hvor ledningsevnen aftager yderligere med dybden til ca. 10-9 m/s i 6-7 meters dybde.
Fig. 1. Bulk hydraulisk ledningsevne
X-akse: Hydraulisk ledningsevne (m/s)
Y-akse: Dybde (m)
Fig. 2 Beregnet sprækkeapertur
X-akse: Beregnet spækkeapertur (mm)
Y-akse: Dybde (m)
Figurer fra /1/
Ved hjælp af kendskab til antallet af sprækker kan sprækkernes åbning (sprækkeaperturen) beregnes som vist på fig. 2. Heraf ses det, at åbningen aftager med dybden fra 60-90 mm nærmest terræn til 7-16 mm i 6-7 meters dybde. Konsekvensen af de mange og store makroporer nær terræn er, at strømning i alt væsentligt foregår i makroporerne. Af fig. 3 ses at typisk 96-99 % af strømningen i de øverste 3-4 m foregår i makroporerne, mens denne andel falder til ca. 60 % i 6-7 meters dybde. Da makroporerne trods det høje antal i den øverste zone kun udgør en lille del af totalvoluminet, idet makroporeporøsiteten er typisk mindre end 0,1 %, se fig. 4, kan strømningshastighederne i de øvre morænelerslag - afhængig af gradienten - blive op til 10-100 m/døgn.
Fig. 3. Vandstrømning i matrix i % af totalflow
X-akse: Vandstrømning i % af totalflow
Y-akse: Dybde (m)
Fig. 4. Makropore porøsitet
X-akse: Makroporeporøsitet (-)
Y-akse: Dybde (m)
Figurer fra /1/
Sammenlignet med strømningshastigheden vil transporten af opløste stoffer i makroporerne normalt være langsommere. Dette skyldes molekylær diffusion af stofferne ind i lermatricen omkring makroporerne. Hertil kommer tilbageholdelse og nedbrydning af stofferne ved kemiske og biologiske processer. Forsøg med konservative tracere som klorid og bromid, viser at transporthastigheden af disse stoffer er en faktor ca. 40 lavere end strømningshastigheden /4/.
Samlet set er betydningen af disse forhold, at i vinterperioden, hvor grundvandsstanden er høj og makroporerne i den øvre, højpermeable del af moræneleret er vandmættede, er der risiko for hurtig, lateral spredning af forurening, mens den vertikale forureningsspredning er begrænset af den hurtigt aftagende hydrauliske ledningsevne under 6-7 meters dybde. Den laterale strømning kan til gengæld føre til forureningsspredning til dræn, vandløb og eventuelle "vinduer" af sand i morænen. I sommer-perioden, hvor grundvandsstanden er lav og makroporerne i den øvre, højpermeable del af moræneleret ikke er vandmættede er risikoen for vertikal forureningsspredning selvsagt lille.
Som eksempel kan betragtes en øvre moræne med en hydraulisk ledningsevne på 1x10-6 m/s, en makroporeporøsitet på mellem 1 % og 0,1 % og en vandspejlsgradient på 1 %. Den laterale strømningshastighed vil under disse forhold være mellem 30 og 300 m/år, og den tilsvarende stoftransporthastighed af en konservativ tracer vil være mellem 1 og 10 m/år. Hertil kommer betydningen af nedbrydning. Den lodrette strømningshastighed vil i 10 meters dybde formentlig være mindre end 0,1 m pr. år, idet strømningen her må antages at forekomme som strømning gennem lermatrix.
Referencer
/1/ Jørgensen, P. R., Baumann, Jens, Helstrup, T., Urup, J., Butzbach, K.: Hydraulik i sprækket ler- karakteristik af 8 danske morænelerslokaliteter. Geologisk Nyt 2/98.
/2/ ATV-vintermøde 2006. Knud Erik Klint, Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse. Karakterisering og forureningstransport i moræneler.
/3/ Jørgensen, P.R., m.fl. Point and non-point source leaching of pesticides in a till groundwater catchment. Bekæmpelsesmiddelforskning fra Miljøstyrelsen no.52. 2000.
/4/ Jørgensen, P.R., m.fl. Evaluation of chloride and pesticide transport in a fractured clayey till using large undisturbed columns and numerical modeling. Water Resours. Res., 34, no. 4, 1998, 539-553.
Version 1.0 Marts 2007, © Miljøstyrelsen.