Erfaringsopsamling for reduktiv deklorering som afværgeteknologi i moræneler 3 Geologi og Hydrogeologi
I det følgende afsnit er den regionale og lokale geologi på lokaliteterne beskrevet. Analysen er udført med henblik på at belyse, hvordan den geologiske sammensætning vurderes og karakteriseres. Det vil endvidere blive undersøgt om alt tilgængeligt information er inddraget i beskrivelsen af vand- og stoftransporten i og mellem de geologiske lag. Lokaliteterne fra gruppe 2 og 3, samt Vadsbyvej er inddraget. 3.1 Regional geologiPå flere lokaliteter er den regionale geologi ikke beskrevet (Svendborg, Hellestedvej), eller også er den beskrevet meget overordnet (Flensborggade, Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade og Sortebrovej). De overordnede beskrivelser er ofte lavet ud fra geologiske basisdatakort (DGU, 1989), hvorfra den prækvartære lagtykkelse og dybden, hvor de kvartære aflejringer findes i, er beskrevet. På Tværvej og Vasbyvej er en mere detaljeret beskrivelse af den regionale geologi lavet med henblik på en vurdering af dannelsesmiljøet for sedimenterne. På Tværvej er denne beskrivelse dog ikke inddraget i den videre karakterisering af de geologiske forhold. 3.2 Lokal geologiDen lokale geologi er af stor betydning i forhold til transporten af forureningskomponenterne i undergrunden. I det følgende vil geologiske tolkninger på lokaliteterne blive beskrevet og diskuteret, med henblik på benyttede metoder og detaljeringsgrad. Analysen er lavet ud fra tilgængelige data fra undersøgelser på lokaliteterne (Bilag A og B) i kombination med information indhentet i nærværende undersøgelse (Bilag C). 3.2.1 Geologisk lagfølgeFælles for lokaliteterne er, at der overvejende findes moræneler oven på et vandførende lag. På de sjællandske lokaliteter er det primære, vandførende lag kalk, hvor det på Fyn udgøres af sandlag (figur 3). På lokaliteter, hvor det primære magasin findes i sand, findes der ofte et større antal undersøgelsesboringer til det primære magasin uafhængigt af, hvilken dybde det findes i. På lokaliteter, hvor det primære magasin findes i kalk, findes der færre boringer, selv om kalken er forholdsvis terrænnær (fra ca. 8 m.u.t.). En faktor, der kan spille ind, er, at det er forholdsvis omkostningstungt at lave boringer i kalk, samt at den primære transport i kalken sker i den øverste mere opsprækkede del af kalken. På alle lokaliteterne er borearbejdet udført af flere omgange. Der kan derfor være variationer/usikkerheder i den anførte lithologi, da forskellige personer har lavet jordprøvebeskrivelserne. Endvidere er ældre borejournaler typisk mindre detaljerede end nyere borejournaler. Der findes derfor en række usikkerheder i forbindelse med den geologiske tolkning på basis af borejournalerne, samt en vidensbegrænsning ved ældre boringer. Figur 3: Geologisk model på v) en sjællandsk og h) en fynsk lokalitet. På alle lokaliteter er den geologiske sammensætning tolket ved at genfinde lagfølger i udførte boringer. Lagene i de geologiske tolkninger er beskrevet med overordnede glaciale betegnelser (moræneler, kalk, smeltevandssand etc.). Der ses stor variation i antallet af profiler og inddragede boringer. Almindeligvis laves der minimum to 2D vertikale profiler på hver lokalitet. Den generelle længde for et profil er ca. 60 m, og detaljeringsgraden i dybden er afhængig af dybderne og antallet af tilgængelige boringer. Profilerne synes meget forenklede, og indeholder ikke al information fra borejournalerne: redoxgrænse, tilstedeværelsen af sprækker, sandlinser og – slirer. Disse parametre har stor betydning for vand- og stoftransporten gennem moræneleret. Deres betydning og forslag til, hvordan disse bedre kan inddrages, vil derfor blive belyst i de følgende afsnit. 3.2.2 RedoxgrænseRedoxgrænsen kan beskrives som grænsen mellem det oxiderede (forvitrede) og reducerede (uforvitrede) sediment. I moræneler er sedimentet i den mættede zone oftest reduceret. Redoxgrænsen træffes derfor ofte sammen med det laveste vandspejl om sommeren. Ved at betragte borejournalerne kan der opnås kendskab til, hvor redoxgrænsen findes, da sedimentet skifter farve fra at være brunt under oxiderede forhold til gråligt under mere reducerede forhold. Indtil redoxgrænsen kan det forventes, at der findes et tæt netværk af små irregulære rodhuller og frakturer, der er skabt på grund af plantevækst og årstidsændringer (frost og tø) eller subglacial tektoniske bevægelser. Årstidsvariationerne har ofte forårsaget dannelsen af et større antal horisontale sprækker omkring redoxgrænsen. Disse kan forårsage en større horisontal forureningsudbredelse omkring redoxgrænsen. Under redoxgrænsen træffes der overvejende subhorisontale og subvertikale sprækker dannet sub-glacialt under isens bevægelser. Redoxgrænsen kan derved som tommelfingerregel bruges til at vurdere, hvilken dybde det kan forventes overvejende at finde glaciale og neotektoniske frakturer (Videncenter for Jordforurening, 2008). Redoxgrænsen er kun inkluderet i tolkningen af geologien på Vasbyvej, hvor denne tydeligt blev identificeret ved en udgravning. For de resterende lokaliteter er redoxgrænsen fundet i nærværende erfaringsopsamling ved at betragte den noterede sedimentfarve i borejournalerne. Redoxgrænsen findes på de fleste lokaliteter i ca. 3-6 m.u.t. Dette er i god overensstemmelse med, hvad der forventes ved sammenligning med andre danske lokaliteter (Christiansen og Wood, 2006). Kun Tværvej skiller sig ud fra de andre lokaliteter med en redoxgrænse i 1-3 m.u.t. 3.2.3 Sandslirer og linserI denne rapport beskriver sandslirer, sandlinser og sandlag sandindslag der er henholdsvis mm, cm og >10 cm tykke. Advektiv transport vil være styrende i sandslirer og linser på grund af deres høje permeabilitet i forhold til moræneleret. Sandslirer er generelt ikke inddraget i den geologiske tolkning, selv om der synes at være en tendens til, at moræneleret indeholder adskillige større og mindre sandslirer (ved betragtning af nyere borejournaler). Sandlinser er oftere inddraget som mere eller mindre sammenhængende sandlag. Sandslirerne så vel som sandlinser og sandlag bør inddrages i den geologiske tolkning, da de er af stor betydning i forbindelse med både horisontal og vertikal advektiv transport. Boremetoden kan være afgørende for muligheden for at inddrage sandslirer. Der benyttes forskellige metoder for eksempel i forhold til om filtersætningen ønskes i kalk, sand eller ler. Ved nogle metoder blandes sedimentet mere sammen, hvilket gør det svært at identificere eventuelle sandslirer og tyndere linser. Gode metoder til at vurdere tilstedeværelsen af sandslirer, linser og eventuelt sprækker er at benytte et kopbor eller udtage kerner. Kerner er endvidere anvendelige til beskrivelse af forureningsspredningen, da specifikke moræne- og sandlinseprøver kan udtages til analyse for forureningsstoffer (diskuteres yderligere i afsnit 4.1.2 Jordforurening). På Sortebrovej, hvor injiceret donor og bakterier i høj grad forventes fordelt i morænelerssedimentet via sandslirer, er der i de nyere borejounaler gjort meget ud af at vurdere placering/antal af vandførende sandslirer over dybden. På Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade, Rugårdsvej ML og Sortebrovej er der udtaget kerneprøver primært til beskrivelse af spredning og effekt af tilsætningen af donor og bakterier ved forundersøgelserne forud for oprensningen. Ved analysen af kernerne er en detaljeret beskrivelse af sedimentet, tilstedeværelsen af sprækker, sandslirer og -linser lavet. Den detaljerede beskrivelse kan inddrages i en klassificering af sedimentet i området (beskrives og diskuteres yderligere i afsnit 3.3 Supplerende geologisk karakterisering). I de nyere rapporter fra Tværvej og Sortebrovej er sandslirerne inddraget i den geologiske tolkning. Dette, sammen med den stigende detaljeringsgrad i borejournalerne, kan antyde, at der er en stigende opmærksom på transport i moræneleret. 3.2.4 SprækkerDer fokuseres generelt ikke på sprækker, men de er af stor betydning i forbindelse med transport. På én lokalitet er sprækkerne optalt i moræneler (Vasbyvej) og på én lokalitet er sprækkerne optalt i kalken (Hellestedvej). Der er benyttet forskellige metoder på de to lokaliteter. På Vasbyvej er sprækkerne analyseret og optalt i forbindelse med en udgravning (Christiansen og Wood, 2006). En udgravning kan bruges til at lave en detaljeret beskrivelse af både matrix og makroporefordelingen. Der er dog visse begrænsninger i forhold til at lave en udgravning. For at den rette viden indhentes fra en udgravning, er det nødvendigt, at tolkeren har et vist vidensniveau inden for karakterisering og optælling af sprækker og frakturer. Endvidere bør udgravningen laves i en vis afstand til forureningen eller med rette sikkerhedsudstyr, så tolkeren ikke udsættes for forureningspåvirkning. Arealanvendelse og befæstet areal kan begrænse muligheden for at lave en udgravning (Klint, 2008). En af begrænsningerne ved en udgravning er endvidere dybden. En udgravning vil typisk være op til 5 m dyb pga. sikkerhedskrav til ustøttede væghøjder samt pladsbegrænsning. Det betyder at det stort set kun er sprækkefordelingen over redoxgrænsen, der undersøges. De dyberegående glaciale sprækker undersøges således ikke. På Hellestedvej er sprækkerne i bryozokalken optalt ud fra kerneprøver, for at belyse den horisontale transport i det primære magasin. Tilsvarende optælling kan laves ud fra kerneprøver i moræneler. Dog vil det forventes, at resultatet vil være meget lokalt. Endvidere findes der i moræneler fortrinsvis vertikale sprækker, der kan være svære at ramme/bestemme ud fra kerneprøvetagning. Der opnås heller ikke noget kendskab til sprækkefrekvensen for vertikale sprækker ved brug af kerneprøver. 3.3 Supplerende geologisk karakteriseringGenerelt er både regionale og lokale geologiske beskrivelser meget overordnede på de til erfaringsopsamlingen udvalgte lokaliteter. Der er ikke fokus på at bestemme tilstedeværelsen af sandslirer, -linser og sprækker. Denne viden er nødvendig for at opnå kendskab til, hvordan vandet transporteres, og hvilke processer der er styrende i moræneleret. For at opnå bedre kendskab til tilstedeværelsen af sandlinser, -slirer og sprækker på udvalgte lokaliteter (Sortebrovej, Rugårdsvej, Hellestedvej og de fire lokaliteter på Vesterbro), er en geologisk karakterisering lavet. Den geologiske karakterisering er lavet ved at undersøge dannelsesmiljøet og den geologiske sammensætning i området. Analysen laves med henblik på at klassificere sedimentet for derfra at kunne få bedre kendskab til fordelingen af sandslirer, -linser og sprækker. Undersøgelsen er lavet i samarbejde med geolog Knud Erik Klint, De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland - GEUS. Undersøgelsen er lavet ud fra tilgængelige data i GEUS’ boringsdatabase, Jupiter, undersøgelsesrapporter og andre sedimentkarakteriseringer, der er fundet relevante. En kort beskrivelse af dannelsesmiljøet og karakteriseringen af sedimentet kan ses i tabel 2. Analysen for de udvalgte lokaliteter kan ses i Bilag C. I tabel 3 er det beskrevet, hvordan sprækkedannelsen kan forventes at være i de forskellige till typer. Till er en betegnelse for de isaflejrede sedimenter, hvor moræne er et morfologisk begreb der beskriver karakteristiske aflejringslandskaber. Tabellen kan bruges til at få en ide om, hvilke sprækker man kan forvente at finde. For at få et mere detaljeret kendskab til sprækkefrekvensen og -aperturer, er det nødvendigt med udgravninger, eller undersøgelser af for eksempel nærtliggende grusgrave. Det forventes på alle lokaliteterne at de øverste meter indtil redoxgrænsen vil være mere opsprækkede. Af tabel 2 ses det at Sortebrovej adskiller sig ved at have ca. 14 m flow till (flyde till), hvor der på de andre lokaliteter findes basal till. Dette har endvidere indflydelse på sprækkedannelsen på denne lokalitet (tabel 3). I figur 4 ses sammenhængen mellem sprækketætheden, sprækkedybden og dræningstilstanden på 13 danske lokaliteter. Lokaliteterne inddraget i nærværende analyses forventes at indgå i dræningstilstand 2 eller 3, hvorfor det kan forventes, at sprækketætheden over dybden vil følge en tilsvarende kurve, som vist i figur 4. For lokaliteterne på Vesterbro, hvor kalken findes i ca. 8-9 m.u.t., kan der derved forventes at findes gennemgående sprækkerne i moræneleret med en afstand fra 1 til 2,5 meter ved overfladen af kalken. Den videre sammenhæng dybere end 8 m.u.t. mangler der stadig kendskab til. Der kan derfor ikke siges noget om sprækketætheden fra ca. 8 m.u.t. indtil det underliggende vandførende lag på Sortebrovej, Rugårdsvej og Hellestedvej. Dette vil være interessant at opnå kendskab til, så det i fremtiden kan undersøges, hvilken betydning disse sprækker har på vand- og stoftransporten. Tabel 2: Dannelsesmiljø og sedimentkarakterisering på lokaliteterne. Nærmere beskrivelse findes i Bilag C.
Tabel 3: Till type og de forventede sprækker ud fra Klint (2001).
Figur 4: Den kumulative sprækkeafstand (repræsenterer den gennemsnitlige afstand mellem alle sprækker) over dybden på 23 danske morænelerslokaliteter. Fra Videnscenter for Jordforurening (2008). 3.4 HydrogeologiI de hydrogeologiske afsnit beskrives sekundære og primære magasiner samt deres egenskaber. Som nævnt ovenfor behandles transporten i de lavpermeable lag stort set ikke i det gennemgåede materiale, hvorfor der kun er lagt vægt på de vandførende lag i dette afsnit. Afsnittet er lavet på basis af de hydrogeologiske parametre, der er fundet og/eller antaget ved feltundersøgelser. 3.4.1 MagasinerPå flere af lokaliteterne er de vandførende lag inddelt i adskillige øvre, mellem og nedre sekundære og primære magasiner, som hver er tildelt forskellige egenskaber (Rugårdsvej, Sortebrovej og Tværvej). Den tilgængelige datamængde, der beskriver de sekundære magasiner, findes ofte større end datamængden for det primære magasin. Mængden af tilgængelige boringer findes dog også overvejende i lagene over det primære magasin, som beskrevet ovenfor (afsnit 3.2.1 Geologisk lagfølge). Detaljeringsgraden i den hydrogeologiske beskrivelse af magasinerne afhænger også af, hvor indsatsområdet for oprensning er valgt. På lokaliteterne, hvor moræneleret er indsatsområde for oprensningen, er der overvejende information om de sekundære magasiner (Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade og Sortebrovej), og på lokaliteterne, hvor det underliggende vandførende lag er valgt som indsatsområde, findes der overvejende data fra det primære magasin (Hellestedvej, Gl. Kongevej 33 og Svendborg). Ud fra den geologiske tolkning og synkronpejlinger af magasinet kan det undersøges, om der findes et forholdsvis sammenhængende magasin, eller om magasinet findes i mere eller mindre sammenhængende sandslirer og -linser. Hvis magasinet findes i mindre sammenhængende sandslirer og -linser, kan det være nødvendigt at få bedre kendskab til transporten derimellem, inden der tilsættes elektrondonor og bakterier. Den sammenhængende udbredelse af det sekundære magasin er undersøgt på Rugårdsvej, og sammenhængen mellem det sekundære og primære magasin er undersøgt på Vasbyvej. Begge metoder baseres på at måle det hydrauliske trykniveau i forskellige situationer for eksempel ved pumpning eller naturlige variationer over tiden. På Rugårdsvej blev magasinsammenhængen undersøgt ved at pumpe i én boring og følge påvirkningen i 7 nærtliggende (3,7-11m) boringer. Resultaterne viste, at sandlaget, der blev pumpet fra, var meget lidt ydende, når fyldlaget var tømt, hvilket tyder på en begrænset udbredelse. Dette bekræftes af, at det kun var boringerne inden for en radius på 3-4, meter der var berørt af pumpeforsøget. På Vasbyvej er sammenhængen mellem det sekundære og primære magasin undersøgt ved at logge trykniveauet gennem en måned i begge magasiner. Da trykniveauet viser synkrone forløb, kan det forventes, at der er en sammenhæng mellem magasinerne. Begge metoder bygger på at følge ændringer i trykniveauet. En fordel ved at lave pumpeforsøg er, at der hurtigt kommer resultater, samt at resultaterne kan bruges til at bestemme andre hydrauliske parametre for magasinet, hvori der pumpes. En ulempe ved pumpeforsøg er at vandtilstrømningen til boringer i moræneler er begrænset, samt at det kan kræve, at det oppumpede vand bliver renset, hvilket kan være omkostningstungt. Sammenhængen mellem de sekundære og primære magasiner vurderes at være af væsentlig betydning i forbindelse med forureningsspredningen. Metoderne til at vurdere sammenhængene synes forholdsvis simple, og det kan derfor anbefales, at lægge mere vægt på dette ved karakteriseringen af lokaliteterne. 3.4.2 StrømningsretningDen horisontale og vertikale strømningsretning i og mellem magasinerne er vurderet ud fra synkronpejlinger i eksisterende boringer. 3.4.2.1 Horisontal strømning Den horisontale strømningsretning i sekundære magasiner er i flere tilfælde (Flensborggade, Vesterbrogade, Gl. Kongevej 39 og Vasbyvej) vurderet til at variere mellem pejlerunderne. Dette kan skyldes den komplekse geologi, hvor vandet strømmer i mere eller mindre sammenhængende sandslirer og linser, sammen med varierende nedbørsmængder under de forskellige målerunder. Den overordnede strømningsretning er i flere tilfælde sporet via forureningsspredningen, når den ikke kan fastslås ved pejlinger. Problemerne med at kortlægge den horisontale strømning i de sekundære magasiner kan ses i den hydrauliske gradient, der på Tværvej, Aarup varierer ved målinger i forskellige pejlerunder. Dette kan skyldes årstidsvariationer. Ligeledes ændrer strømningsretningen sig. For eksempel er strømningsretningen på Gl. Kongevej 39 et år vurderet til at være østlig, derefter sydvestlig, sydøstlig og til sidst sydvestlig igen. Ved at betragte forureningsspredningen på lokaliteten, findes den lokale strømningsretning overvejende at være sydvestlig. Den horisontale strømning i det primære magasin er forholdsvis godt beskrevet på lokaliteterne, hvor indsatsområdet er det primære magasin (Hellestedvej og Gl. Kongevej 33). På lokaliteterne, hvor indsatsområdet er moræneleret, er den horisontale strømning i det primære magasin beskrevet ud fra regionale potentialekort (Svendborg og Vasbyvej) og ud fra få pejlinger i det primære magasin (Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade, Rugårdsvej og Sortebrovej). 3.4.2.2 Vertikal strømning Den vertikale strømning mellem sekundære og primære magasiner beskrives på alle lokaliteter ved at belyse de vertikale gradientforhold. På alle lokaliteter er potentialet i de sekundære magasiner højere end i det primære, hvorfor der er en nedadrettet gradient fra de sekundære til det primære magasin. Der beskrives, som nævnt ovenfor, ikke, hvilke processer der er styrende for den vertikale transport mellem magasinerne. De seneste resultater fra Gl. Kongevej 39 indikerer, at subvertikale/subhorisontale sprækker/sandslirer har bevirket ikke blot en spredning af DNAPL, men også opløst stof til toppen af kalken, vinkelret på og opstrøms strømningsretningen i sekundært og primært grundvandsmagasin. Dette er kun muligt, hvis det hydrauliske trykniveau i det sekundære magasin er højere end, eller det samme som i det primære magasin. Transportvejen af klorerede opløsningsmidler på Gl. Kongevej 39 og Vasbyvej er i nogen grad afspejlet i forureningsspredningen. Det kan derfor anbefales at inddrage resultater fra undersøgelserne af forureningsspredningen for at lave en bedre vurdering af strømningen i og mellem magasinerne. 3.4.3 StrømningshastighedFor at opnå kendskab til strømningshastigheden er det nødvendigt at have kendskab til den hydrauliske ledningsevne og den effektive porøsitet. Hvis der ikke er opnået kendskab til værdierne ved feltundersøgelser antages disse. 3.4.3.1 Hydraulisk ledningsevne En parameter, der på flere lokaliteter er bestemt ud fra feltundersøgelser, er den hydrauliske ledningsevne. Hvis resultaterne fra Vasbyvej betragtes, findes en volumenpumpning at give en ledningsevne, der er en faktor 10 højere end resultatet fra 2 slugtests. Dette kan skyldes, at slugtests giver et mere lokalt resultat, hvor pumpeforsøg giver en gennemsnit over et lidt større område. Ved bestemmelse af den hydrauliske ledningsevne i moræneler, påvirkes værdien af tilstedeværelsen af sandslirer, -linser og sprækker. Det er derfor en bulk-hydraulisk ledningsevne, der findes i moræneler ved ovennævnte metoder. Den bulk-hydrauliske ledningsevne vil variere efter tilstedeværelsen af sandslirer, -linser og sprækker. Værdien er derfor ofte højere i den oxiderede zone, hvor der findes et større antal sprækker, end i den reducerede zone. 3.4.3.2 Effektiv porøsitet En parameter der på alle lokaliteter er antaget er den effektive porøsitet. De antagne værdier varierer fra 0,15 på Vesterbrogade og Gl. Kongevej 39 til 0,25 på Tværvej. Der er ikke nogen nærmere begrundelse for værdierne. 3.4.3.3 Horisontal strømningshastighed Den horisontale strømningshastighed i magasinerne beregnes som advektiv transport ud fra Darcy’s lov om strømning i et mættet medie. Beregningerne er på alle lokaliteter lavet ud fra en række antagelser. Ofte er det antagelser lavet uden beskrivelse og begrundelse for valg af antagne værdier. For eksempel er strømningen i det sekundære magasin på Vesterbrogade og Gl. Kongevej 39 udelukkende baseret på antagelser, hvorfor det må forventes, at dette er et meget groft estimat af den virkelige situation. 3.5 OpsummeringDer ses en tendens til at geologiske profiler er meget grove, og at de laves uden at inddrage al tilgængelig information. I de fleste rapporter tages der ikke stilling til sandslirer og sprækker, der er af stor betydning i forbindelse med både horisontal og vertikal transport af forureningskomponenter. Det anbefales, at der i højere grad lægges vægt på at inddrage sådan information i den geologiske tolkning, for at opnå en bedre forståelse for de styrende transportmekanismer i de geologiske lag. Den horisontale strømning i de vandførende lag baseres på mange antagelser, hovedsageligt med fokus på det valgte indsatsområde (sekundære eller primære magasin). For at få et bedre billede af transporten, bør der tilstræbes at opnå et bedre billede af strømningsforholdene i både de sekundære og primære magasiner. Derved vil det være nemmere at vurdere vand- og stoffluxen herimellem og at få et bedre billede af forureningsfluxen ud af området. Den vertikale strømning beskrives kun ved gradientforholdene. Den vertikale strømningshastighed betragtes derfor heller ikke. De manglende beskrivelser af den vertikale transport indikerer, at der mangler viden/beregningsværktøjer inden for dette emne. Strømningen mellem sekundære og primære magasiner kan undersøges ved at inddrage resultater fra undersøgelsen af forureningsspredningen. Ud fra den geologiske karakterisering kan den geologiske model udvides med den indhentede viden (figur 5). Den detaljerede geologiske model danner et godt grundlag for den videre hydrogeologiske analyse. I dag findes der ikke en særlig god kobling mellem den geologiske og hydrogeologiske beskrivelse. Denne kobling kan forbedres ved at den hydrogeologiske analyse tager udgangspunkt i at beskrive transporten i hver af de geologiske enheder. Herved kan man få kendskab til, hvilke transportprocesser der er dominerende i enhederne. Figur 5: Konceptuel geologisk model og den geologiske karakterisering af de geologiske enheder.
|