Interpretacja wyników

Na obszarze badań wykonane zostały w 1993 roku oznaczenia znacznikowe z wykorzystaniem izotopów trytu oraz sztucznie wprowadzonych jonów chlorkowych (Bury, 1994).

W celu oznaczenia zawartości trytu w przesiąkających wodach w ramach badań Burego w 1993 roku dokonano opróbowania lessowej strefy aeracji. Miejscem poboru próbek wód infiltracyjnych był otwór wiertniczy wykonany na terenie ujęcia wód podziemnych dla Huty Arcelor Mittal w rejonie hałdy odpadów pohutniczych. Badania trytowe wykonano celem określenia możliwości przenikania zanieczyszczeń konserwatywnych przez kompleks lessowy, stanowiący barierę ochronną dla Głównego Zbiornika Wód Podziemnych (GZWP 450). Metoda zastosowana została w takich warunkach hydrogeologicznych, gdzie zwierciadło wód podziemnych znajdowało się poniżej spągu lessów i sprzyjało naturalnemu przesączaniu się wód opadowych do warstwy wodonośnej. Na pik trytowy (104 T.U.) pochodzący z lat 1960 - 1963 natrafiono na głębokości ok. 10 m ppt (rys. 23). Średnia prędkość migracji wód infiltrujących poprzez strefę aeracji wyznaczona na tej podstawie wynosiła 0.34 m/rok (Bury, 1994).

Do realizacji badań migracji zanieczyszczeń konserwatywnych przez lessową strefę aeracji wykorzystano metodę sztucznej iniekcji i detekcji znacznika w postaci jonu chlorkowego (Bury, 1994). Badania prowadzono na trzech poletkach doświadczalnych o pow. 60 m² każdy, znajdujących się na terenie ujęcia wód podziemnych dla Huty Arcelor Mittal. Iniekcja znacznika w postaci roztworu NaCl odbyła się poprzez deszczowanie. W okresie 5 lat raz lub dwa razy do roku wiercono ręcznie otwory badawcze i pobierano próby lessów odcinkami po 0.2 m do głębokości 3 m. Oznaczenia jonu chlorkowego wykonywano w wyciągach wodnych z gruntu. Wyniki badań laboratoryjnych zinterpretowano z użyciem programu CXTFiT i uzyskano średnią prędkość migracji jonu chlorkowego przez lessy równą 0.31 m/rok (Bury, 1994).

Na podstawie obserwacji migracji znaczników: trytu oraz jonów chlorkowych przeprowadzonych w latach 1988 – 1992 przez Burego wyznaczono prędkość migracji na 0.31 – 0.34 m/rok (Bury [w] Kleczkowski, 1999).

Tryt [TU] 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 120 g łę b o k o ść [m ] 2003 1993

Rys. 23. Zawartość trytu w wodach porowych lessów w latach 1993 i 2003: 1 – w profilu strefy aeracji studni S-11A

2 – w profilu strefy aeracji ujęcia wody w rejonie hałdy (Bury, 1994)

Przyjmując wyznaczoną przez Burego średnią prędkość przesączania za reprezentatywną dla całej strefy aeracji badanego obszaru można określić przypuszczalne położenie piku trytowego dla dowolnego czasu. Zgodnie z tymi założeniami stan na koniec roku 2002 (od opróbowania Burego minęło 10 lat co stanowi 0.8 okresu półrozpadu trytu) przedstawia się następująco: pik trytowy z 1963 roku powinien znajdować się około 13.5 m ppt i mieć wartość ok. 80 T.U (Karpińska-Rzepa, 2005b).

Opróbowany 21 października 2002 roku profil lessowej strefy aeracji studni S-11A miał miąższość poniżej 12 metrów, co nie pozwoliło na stwierdzenie obecności piku trytowego. Pik ten przekroczył już granicę pomiędzy górną lessową i dolną piaszczystą częścią strefy aeracji i został rozmyty w strefie saturacji, która znajdowała się od 14.4 m ppt.

Z braku możliwości uchwycenia piku trytowego zdecydowano się na pośrednią i przybliżoną metodę wyznaczenia średniego czasu infiltracji wód opadowych poprzez strefę aeracji opartą na znajomości czasu połowicznego rozpadu trytu.

Oznaczone w końcu 2002 roku zawartości trytu rosną wraz z głębokością i na 11 m ppt osiągają najwyższa wartość w profilu równą 18.8 T.U (rys.23). W roku 1993 (0.8 okresu półrozpadu trytu wcześniej) woda ta miałaby około 23.8 T.U. W profilu Burego z 1993 roku wartość taka odpowiada wodzie porowej pobranej ok. 1 metr spod powierzchni terenu. Tak więc w ciągu 10 lat woda infiltracyjna wraz z zawartym w niej trytem pokonała 10 m strefy aeracji.

U_t = t l = lat 10 m 10 = 1.0 m/rok

Taką samą wartość uzyskano stosując odwrotny tok rozumowania: w roku 1993 na głębokości ok. 0.5 m stężenie trytu wynosiło 21 T.U. Od tego czasu minęło 10 lat, co odpowiada 0.8 okresu półrozpadu. Omawiana woda infiltracyjna w końcu roku 2002 miała stężenia trytu na poziomie 18.5 T.U. W wynikach badań przeprowadzonych w studni S-11A woda o takim stężeniu znajdowała się na głębokości ok. 10.6 m. Oznacza to, że w trakcie 10 lat woda pokonała 10 m profilu. Uzyskana prędkość przesączania pionowego wynosi 1 m/rok.

Traktując lessową strefę aeracji ponad częścią piaszczystą za jednorodną można uznać, że średnia prędkość infiltracji wód poprzez strefę aeracji w rejonie studni S-11A wynosi 1.0 m/rok. Jest to wartość 3-krotnie większa, niż prędkość uzyskana przez Burego na podstawie opróbowania otworu wiertniczego S-5A w rejonie hałdy. Lokalizacja wymienionych studni pokazana została na rys. 6. Różnica w uzyskanych wartościach średniego czasu przesączania wynika prawdopodobnie z lokalnych różnic w litologii osadów budujących strefę aeracji (szczególnie w odniesieniu do stopnia zailenia osadów). Proces analizy zawartości trytu w wodach porowych przeprowadzono w oparciu o tą samą metodykę w laboratorium Zakładu Fizyki i Techniki Jądrowej AGH.

W wodach porowych odzyskanych ze strefy aeracji studni S-11A, zarówno w procesie destylacji, jak i wirowania, oznaczono izotopy stabilne. Najczęstsze wykorzystanie tego typu danych prowadzi do wyznaczenia sposobu zasilania zbiornika wód podziemnych oraz położenia wysokościowego strefy zasilania. Wody w małych zlewniach w płytkich studniach mogą być dobrze datowane za pomocą zmian sezonowych δ¹⁸O i δD w opadach (Zuber i in., 2007). Zmiany te, mimo stopniowego wytłumiania w wodach podziemnych, są często mierzalne w wypływach dla średniego czasu przepływu, wynoszącego kilka lat, przy czym zazwyczaj mierzy się tylko zmiany δ¹⁸O (Małoszewski i in., 1983; McGuire i in., 2002). Obserwacje zmian sezonowych w lizymetrach mogą być wykorzystane w badaniach wielkości infiltracji oraz do określania parametrów migracji zanieczyszczeń zachowawczych przez strefę aeracji (Małoszewski i in., 2006).

W przypadku studni S-11A oznaczone izotopy stabilne pozwoliły oszacować z pewnym przybliżeniem średnią prędkość przesączania się wód infiltracyjnych z powierzchni poprzez strefę aeracji. Wykorzystano wspomnianą powyżej sezonową zmienność stężeń izotopów stabilnych do wyznaczenia średniego czasu przesączania. W tym celu porównano odległości pomiędzy kolejnymi zarejestrowanymi maksimami na krzywych rozkładu głębokościowego stężeń izotopów (rys. 24).

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

bezwzględne wartości oznaczonych izotopów stabilnych wodoru w profilu studni S-11A

g łę b o k o ś ć [ m p p t]

izotopy stabilne wodoru z destylacji izotopy stabilne wodoru z wirowania

0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

bezwzględne wartości oznaczonych izotopów stabilnych tlenu w profilu studni S-11A

g łę b o k o ś ć [ m p p t]

izotopy stabilne tlenu z destylacji izotopy stabilne tlenu z wirowania

Rys. 24. Krzywe sezonowych zmienności bezwzględnych wartości izotopów stabilnych uzyskanych metodą wirowania i destylacji.

Dysponowano czterema krzywymi z oznaczeń izotopów stabilnych tlenu i wodoru uzyskanych z destylacji oraz odwirowania wody porowej z próbek gruntów. Wzięto pod uwagę jedynie bezwzględne różnice w zawartościach izotopów w wodach porowych. Różnice w bezpośrednich wynikach analiz izotopów stabilnych wynikają z różnic w metodyce odzysku wód porowych. Założono, że odstęp czasowy pomiędzy kolejnymi pikami wynosi 1 rok. W ten sposób uzyskano szereg prędkości odpowiadających infiltracji w ciągu jednego roku kalendarzowego (tab. 8).

Krzywa izotopów stabilnych tlenu (z destylacji) Krzywa izotopów stabilnych tlenu (z wirowania) Krzywa izotopów stabilnych wodoru (z destylacji) Krzywa izotopów stabilnych wodoru (z wirowania)

Odległość pomiędzy kolejnymi pikami [m]

2.2 2.1 1.2 1.7

1.6 1.4 1.1 2.3

1.7 1.0

1.0 1.2

0.9 1.2

ŚRED8IA PRĘDKOŚĆ PRZESĄCZA8IA = 1.47 m/rok

Tab. 8. Średni czas przesiąkania wyznaczony na podstawie krzywych zmienności zawartości izotopów stabilnych

Wyznaczone wartości odległości pomiędzy kolejnymi pikami są jedynie przybliżone i obarczone błędami odczytu z wykresu. Poszczególne odległości [m] odczytywane dla kolejnych lat z czterech wykreślonych linii są od siebie różne. Zawierają się w przedziale 0.9 – 2.3 m. Prawdopodobnie jest to spowodowane m. in. zmiennością intensywności opadów, spływem powierzchniowym do zagłębień terenu oraz przewarstwieniami materiału ilastego w lessowym profilu strefy aeracji, co powodowało chwilowe zmniejszenie prędkości infiltracji wód w głąb systemu. Ponadto po infiltracji wody opadowe po około dwóch latach ustalają swój skład izotopowy i zanikają wyraźne wahania sezonowe (Ciężkowski, Kryza, 1993). Wody w profilu do głębokości ponad 11 metrów pochodzą zdecydowanie z okresu kilkakrotnie dłuższego niż przytoczony powyżej okres 2 lat, w którym zmiany sezonowe powinny być obserwowane.

Niemniej jednak zastosowana metoda pozwoliła określić średnią wartość prędkości reprezentatywną dla wielolecia równą 1.47 m/rok. Jest to wartość prawie 2-krotnie większa niż uzyskana z metody trytowej. Ze względu na dużą niepewność metody uzyskany wynik nie był brany pod uwagę w dalszych rozważaniach. Autorka oparła się ostatecznie na wynikach uznanych za bardziej wiarygodne.