Możliwość zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych

Dla konieczności przeprowadzania analizy ryzyka środowiskowego związanego z możliwością zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych, wykonano obliczenia czasu przesiąkania zanieczyszczeń z powierzchni terenu oraz czasu migracji zanieczyszczeń wraz z wodą podziemną w warstwie wodonośnej.

Aby wyznaczyć czas przesiąkania zanieczyszczeń do wód podziemnych z powierzchni terenu, posłużono się metodą N. N. Bindemana zmodyfikowaną przez T. Macioszczyka. Obliczenia czasu migracji zanieczyszczeń wykonano według następujących zależności [82,165]:

L

_Æ> ? (4.1)

gdzie:

m – miąższość strefy aeracji [m], Va – prędkość przesączania [m/rok],

_ L ^s

mfi¥ X^/ 6Æ> ? (4.2)

k – współczynnik filtracji skał w trefie aeracji [m/rok], Wo – wilgotność objętościowa [-],

ω – roczna infiltracja efektywna [m/rok]

X L fi Æ> ? (4.3)

P – wysokość opadu rocznego [m/rok] w – wskaźnik opadów [-]

L ^{k fi[} e

¥ : Tfiu ;.fii

/ Æ> ? (4.4)

Do obliczeń przyjęto trzy rodzaje ośrodka skalnego[42]:

x piasek drobnoziarnisty o współczynniku filtracji k = 365 [m/rok], x piasek gliniasty o współczynniku filtracji k = 36,5 [m/rok].

Założono wilgotność objętościową równą 0,2 odpowiadającą utworom spoistym. Miąższość warstw występujących nad warstwą wodonośną przyjęto 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 m. Do obliczeń przyjęto wysokość opadu rocznego (0,6 m/rok) oraz wskaźnik opadów na poziomie 0,083 [86]. Wyniki obliczeń czasu migracji zanieczyszczeń przedstawiono w tabeli 4.26.

Tab. 4.26. Wyniki obliczeń czasu przesiąkania zanieczyszczeń do wód podziemnych z powierzchni wiertni.

Lp. Ośrodek skalny

Miąższość ośrodka skalnego [m]

5 10 15 20 25 30 40 50 Czas przesiąkania zanieczyszczeń

[dni]

1 Piasek średnioziarnisty 176 353 529 706 882 1059 1411 1764

2 Piasek drobnoziarnisty 377 754 1132 1509 1886 2263 3018 3772

3 Piasek gliniasty 806 1613 2419 3226 4032 4839 6451 8064

Jak wynika z analizy obliczeń przesiąkania zanieczyszczeń do warstwy wodonośnej, czas zależy głównie od współczynnika filtracji skał, znajdujących się nad warstwą wodonośną oraz ich miąższości. W przypadku, gdy warstwy te zbudowane są z piasków średnioziarnistych, czas przesiąkania będzie wynosił od 176 dni (miąższość 5 m) do 1764 dni (miąższość 50 m). Dla warstw wykształconych w postaci piasku drobnoziarnistego czas pionowej migracji będzie wynosił od 377 dni (miąższość 5 m) do 3772 dni (miąższość 50 m), a w przypadku piasku gliniastego od 806 dni (miąższość 5 m) do 8064 dni (miąższość 50 m). Jak wynika z analizy obliczeń czasu przesiąkania zanieczyszczeń, w przypadku wystąpienia wycieku lub rozlewu, czas na podjęcie reakcji jest wystarczający, aby nie spowodować zanieczyszczenia wód podziemnych.

W celu określenia czasu migracji zanieczyszczeń w wodach podziemnych posłużono się równaniem wynikającym z prawa Darcy'ego i założono, że substancją migrującą wraz z wodą podziemną będzie płyn pozabiegowy, który ulegnie rozpuszczeniu w wodzie podziemnej. Przekształcając równie Darcy’ego otrzymujemy wzór na prędkość migracji zanieczyszczeń w wodach podziemnych [108]:

gdzie:

V – prędkość przepływu zanieczyszczeń w porach [m/d], k – współczynnik filtracji [m/d],

I – spadek hydrauliczny [-],

Uwzględniając porowatość skał, wzór na prędkość przyjmuje postać [108]:

pxcax L ^Z_l Æ>^k_b? (4.6)

gdzie:

Vrzecz – rzeczywista prędkość zanieczyszczeń w porach [m/d], V – prędkość przepływu zanieczyszczeń w porach [m/d], n – współczynnik porowatości [-],

Czas migracji zanieczyszczeń w wodach podziemnych wyznaczony został na podstawie równania [108]:

L _Z ^P

hp[Yp Æ>^k_b? (4.7)

Gdzie:

t – czas migracji zanieczyszczeń w wodzie podziemnej [d], L – droga pokonywana przez wodę podziemną [m],

Vrzecz – rzeczywista prędkość przepływu zanieczyszczeń w porach [m/d], Do obliczeń czasu migracji przyjęto trzy rodzaje jednorodnego ośrodka skalnego [42]:

x piasek średnioziarnisty o współczynniku filtracji k = 10 [m/d], x piasek drobnoziarnisty o współczynniku filtracji k = 1 [m/d], x piasek gliniasty o współczynniku filtracji k=0,1[m/d].

Obliczenia wykonano dla odległości 5, 10, 50, 100, 250 i 1000 m od otworu poszukiwawczego. Do analizy przyjęto spadek hydrauliczny równy 0,005, natomiast współczynnik porowatości na średnim poziomie 30% [86]. Wyniki obliczeń czasu przemieszczania się zanieczyszczeń przedstawiono w tabeli 4.27.

Tab. 4.27. Wyniki obliczeń czasu migracji zanieczyszczeń wraz z wodami podziemnymi

Lp. Ośrodek skalny

Odległość od otworu [m]

5 10 50 100 250 500 1000 Czas migracji zanieczyszczeń

[dni]

1 Piasek średnioziarnisty 30 60 300 600 1500 3000 6000 2 Piasek drobnoziarnisty 300 600 3000 6000 15000 30000 60000 3 Piasek gliniasty 3000 6000 30000 60000 150000 300000 600000

Według analizy czasu migracji zanieczyszczeń wraz z wodami podziemnymi, największe ryzyko środowiskowe będzie miało miejsce, gdy warstwę wodonośną będą budować piaski średnioziarniste. Zanieczyszczenia będą migrowały z prędkością 5 m/30 dni. W przypadku gdyby jednak warstwa wodonośna zbudowana była z piasków drobnoziarnistych, czas migracji zanieczyszczeń wyniósłby 300 dni/5 m.

4.3.5. Środki ograniczające ryzyko środowiskowe

W celu zmniejszenia ryzyka środowiskowego związanego z zanieczyszczeniem wód podziemnych i powierzchniowych oraz ich nadmiernym poborem konieczne jest zastosowanie odpowiednich środków ograniczających wpływ na środowisko.

Jak wynika z przeprowadzanych analiz, pobór wód podziemnych na potrzeby prac poszukiwawczych gazu ziemnego ze złóż niekonwencjonalnych nie wpłynąłby negatywnie na zasoby dyspozycyjne w analizowanych regionach [106]. Aby jednak ograniczyć ryzyko środowiskowe związane z nadmiernym poborem wód podziemnych lub powierzchniowych zalecane jest, aby zamiast płuczki wiertniczej na bazie wody stosować płuczkę wiertniczą na bazie oleju mineralnego. Taki zabieg pozwala zaoszczędzić 3450 m³ wody na jednym otworze poszukiwawczym, co w przeliczeniu na 900 otworów wynosi w sumie 3,1 mln m3, a dla 1320 otworów 4,55 mln m3 wody. W przypadku hydraulicznego szczelinowania konieczne jest również stosowanie odzysku płynu pozabiegowego, czyli oczyszczania w napowierzchniowej instalacji i ponowne wykorzystywanie go do sporządzenia cieczy szczelinującej [77,141,167]. Oczyszczenie i ponowne użycie płynu pozabiegowego pozwoli ograniczyć zużycie wody dla jednego otworu poszukiwawczego w wysokości 10000 m3, dla 900 otworów poszukiwawczych 9 mln m3, natomiast dla 1320 otworów poszukiwawczych 13,2 mln m³ wody.

Środki ograniczające ryzyko środowiskowe związane z zanieczyszczeniem wód podziemnych i powierzchniowych są takie same jak w przypadku powierzchni ziemi tj. prawidłowa budowa placu wiertni, odpowiednie magazynowanie substancji niebezpiecznych i odpadów, wprowadzenie planu awaryjnego na wypadek wystąpienia awarii.

Szczególną uwagę należy zwrócić na wchodzące w skład płuczek wiertniczych i cieczy szczelinujących substancje lub mieszaniny niebezpieczne, mające szkodliwy wpływ na organizm ludzki i środowisko wodne [23,107,146]. Jak przedstawiono w analizie, wpływ ten jest ograniczony, gdy substancje te są już rozcieńczone w cieczy szczelinującej. Należy jednak zwrócić uwagę na ich magazynowanie na terenie wiertni przed rozpoczęciem hydraulicznego szczelinowania. Substancje lub mieszaniny niebezpieczne muszą być magazynowane zgodnie z wytycznymi zawartymi w kartach charakterystyk substancji niebezpiecznych (MSDS). W przypadku rozlewu na teren wiertni również należy postępować zgodnie z wytycznymi zawartymi w MSDS.

Jednym z najważniejszych czynników jest odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie otworu wiertniczego [49]. Środki ograniczające ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych, to przede wszystkim odpowiednie zacementowanie kolumn rur okładzinowych, które powinno być wykonywane do wierzchu [48]. Każdorazowo po wykonaniu zabiegu cementowania należy również przeprowadzić próby ciśnieniowe i badanie cementomierzem akustycznym w celu sprawdzenia poprawności wykonania tego zabiegu [157]. W przypadku wykrycia usterek, konieczne jest wykonanie zabiegów naprawczych.

Bardzo ważnym elementem jest odpowiednie zaprojektowanie monitoringu wód podziemnych podczas prac poszukiwawczych oraz eksploatacji gazu ziemnego ze złóż niekonwencjonalnych [26]. Monitoring powinien być dostosowany w zakresie i częstotliwości pomiarów do harmonogramu planowanych prac. Ważnym elementem jest uwzględnienie budowy geologicznej, warunków hydrogeologicznych i środowiskowych oraz sieci hydrograficznej, występujących w rejonie prowadzonej działalności [36]. Konieczne jest również poprawne zdefiniowanie zakresu badań tj. oznaczeń wskaźników jakości wód. Zakres badań powinien obejmować szczególnie oznaczenie wskaźników będących składnikami cieczy szczelinującej oraz charakterystycznych związków w płynie pozabiegowym.