transportu radonu przez wody podziemne
6.3. Zmiany stężenia 222 Rn w wodach podziemnych
6.3.2. Zmiany w przestrzeni 1. Współzmienność pomiędzy złożami
Biorąc pod uwagę oszacowane odległości transportu 222Rn wraz z wodami podziem-nymi do ujęcia (por. tab. 6.2) należy spodziewać się, że zmiany stężeń tego nuklidu będą miały indywidualny charakter dla poszczególnych ujęć, znajdujących się nawet w odległości kilkudziesięciu metrów od siebie. W związku z tym zmiany stężeń radonu w wodach podziemnych poszczególnych ujęć nie powinny być ze sobą skorelowane, jeżeli ujęcia leżą w odległości większej niż kilkadziesiąt do stu kilkudziesięciu metrów od siebie. W niektórych przypadkach, gdy objętość skał zasilających w 222Rn ujęcia wód podziemnych jest niewielka – od kilkuset do kilku tysięcy m3, zmiany stężeń radonu w wodach ujęć oddalonych nawet o kilka lub kilkanaście metrów od siebie nie powinny być ze sobą skorelowane. W celu potwierdzenia braku korelacji zmian stężenia radonu w wodach podziemnych pomiędzy poszczególnymi ujęciami przeanalizowano dostęp-ne dadostęp-ne z kilkudziesięciu ujęć w kilku miejscowościach. Autor brał pod uwagę jedynie wyniki oznaczeń stężeń radonu wykonywane dla prób pobieranych tego samego dnia, zawsze w godzinach przedpołudniowych. Obliczone współczynniki korelacji zmian stężeń
Tabela 6.5. Średnie miesięczne stężenia 222Rn, Bq·dm–3, i ich zmiany w skali roku kalendarzowego w leczniczych wodach termalnych Lądka Zdroju
Ujęcie
Miesiąc Chrobry Dąbrówka Jerzy L-2
Skłodowska-Curie Wojciech styczeń 126 140 1271 140 223 169 luty 129 140 1280 145 234 177 marzec 123 145 1284 143 227 171 kwiecień 126 142 1282 140 232 172 maj 125 143 1282 143 240 174 czerwiec 122 142 1274 140 242 170 lipiec 123 143 1270 143 254 174 sierpień 124 142 1275 142 243 175 wrzesień 126 141 1264 140 249 175 październik 124 141 1279 135 234 176 listopad 122 137 1281 137 219 175 grudzień 123 136 1274 137 219 164 minimum 122 136 1264 135 219 164 maksimum 129 145 1284 145 254 177 średnia arytmetyczna 124 141 1276 141 235 173 odchylenie standardowe 2,0 2,5 5,9 2,9 11,3 3,7
222Rn w wodach podziemnych wybranych ujęć leżących na obszarze różnych złóż wód leczniczych (Szczawno Zdrój, Świeradów Zdrój, Czerniawa Zdrój i Lądek Zdrój), oka-zały się nieistotne statystycznie. Ich wartości zmieniały się od –0,1002 (dla 120 korelo-wanych par danych) w przypadku porównywania zmian stężeń 222Rn w szczawach uję-cia Marta w Szczawnie Zdroju i szczawach ujęuję-cia Górne zbiorcze w Świeradowie Zdroju do 0,0914 (dla 333 korelowanych par danych) dla szczaw z ujęć Górne zbiorcze w Świe-radowie Zdroju i nr 4 w Czerniawie Zdroju. Dwa ostatnie ujęcia szczaw znajdują się w odległości około 2 km w linii prostej względem siebie. Uzyskane wartości współczyn-nika korelacji liniowej potwierdzają indywidualny charakter zmian stężeń radonu dla poszczególnych złóż wód leczniczych.
6.3.2.2. Współzmienność pomiędzy ujęciami
W celu niezależnego oszacowania odległości transportu radonu przez wody podziemne do ujęcia lub źródła obliczono współczynniki korelacji liniowej pomiędzy wartościami stężenia 222Rn w wodach poszczególnych ujęć leżących w obrębie jednego złoża wód leczniczych lub wystąpienia wód potencjalnie leczniczych. Niezbędne do tego celu dane odnosiły się do szczaw: Świeradowa Zdroju, Długopola Zdroju, Kudowy Zdroju i Pola-nicy Zdroju, wód radonowych: Świeradowa Zdroju i Szklarskiej Poręby oraz wód ter-malnych Lądka Zdroju i Cieplic Śląskich Zdroju. Oszacowanie tej odległości jest zara-zem oszacowaniem zasięgu wpływu czynników fizycznych mogących oddziaływać na zmiany stężenia 222Rn w wodach poszczególnych ujęć i źródeł, a przez to także warun-kujących genezę radonu rozpuszczonego w wypływających lub ujmowanych wodach podziemnych. Odległość ta określa w związku z tym także skalę, w jakiej mogą zmie-niać się w przestrzeni stężenia 222Rn rozpuszczonego w wodach podziemnych w sposób niezależny, a więc o dowolną wartość (w praktyce o kilka rzędów wielkości).
W Świeradowie Zdroju stwierdzono istotną statystycznie wartość współczynnika ko-relacji liniowej r dla zmian stężeń radonu rozpuszczonego w szczawach ujęć Górne zbior-cze, 1A i 2P leżących w odległości od kilku do około 50 m od siebie w rejonie Domu Zdrojowego. Słabą korelację dodatnią stwierdzono pomiędzy zmianami stężeń 222Rn w wodach ujęcia Górne zbiorcze i 1A oraz Górne zbiorcze i 2P, gdzie wartość r wyno-siła odpowiednio 0,2746 (dla 1661 danych) i 0,2184 (dla 973 danych). Silną korelację dodatnią stwierdzono pomiędzy zmianami stężeń 222Rn w wodach ujęcia 1A i 2P (r = 0,5294 dla 919 danych).
Podobnie silną korelację dodatnią stwierdzono pomiędzy zmianami stężeń 222Rn w szczawach ujęć Emilia i Kazimierz w Długopolu Zdroju (r = 0,6751 dla 27 danych), leżących w odległości kilku metrów od siebie. Jednak korelacji takiej nie zanotowano pomiędzy zmianami stężeń 222Rn rozpuszczonego w szczawach tych ujęć i szczawach, leżącego także w odległości kilku do kilkunastu metrów od nich, ujęcia Renata. Wyni-ka to najprawdopodobniej z loWyni-kalizacji tych ujęć względem kierunku dopływu wód podziemnych, a szczególnie składowej płytkiego krążenia, będącej źródłem radonu w ujmowanej szczawie – ujęcia Emilia i Kazimierz leżą wzdłuż drogi przepływu
skła-dowej płytkiego krążenia, podczas gdy ujęcie Renata znajduje się w niewielkim odda-leniu od niej (por. rozdz. 6.4).
Korelację dodatnią o średnim natężeniu (r = 0,4137 dla 25 danych) zanotowano tak-że w szczawach ujęć nr 2 (Moniuszko) i nr 3 (Nowy Marchlewski) w Kudowie Zdroju, które leżą w odległości około 3 metrów od siebie, a także w szczawach ujęć Pieniawa Józefa II i Wielka Pieniawa w Polanicy Zdroju (r = 0,4126 dla 25 danych), które leżą w odległości kilkudziesięciu metrów od siebie. Należy zaznaczyć, że w przypadku kilku-nastu pozostałych ujęć w tych miejscowościach zanotowano nieistotne statystycznie wartości współczynnika korelacji liniowej.
Podobnie także w wodach radonowych Świeradowa Zdroju i Szklarskiej Poręby dla większości przeprowadzonych obliczeń uzyskano nieistotne statystycznie wartości r. Je-dynie w wodach ujęć MCS-3 i MCS-4 oraz MCS-3 i MCS-6 w Świeradowie Zdroju stwierdzono korelację dodatnią o średnim natężeniu pomiędzy zmianami stężeń rozpu-szczonego 222Rn. Wartość r wynosiła odpowiednio 0,4382 (dla 25 danych) i 0,4389 (dla 25 danych). Ujęcia te leżą w odległości od kilku do kilkunastu metrów od siebie, podobnie jak i studnie nr 6 i nr 7 w Szklarskiej Porębie. W wodach tych studni stwierdzono silną korelację dodatnią pomiędzy zmianami stężeń radonu (r = 0,5700 dla 20 danych).
W Lądku Zdroju i Cieplicach Śląskich Zdroju istotne statystycznie wartości współ-czynnika korelacji liniowej r pomiędzy zmianami stężeń radonu rozpuszczonego w wodach termalnych poszczególnych źródeł i odwiertów stwierdzono dla większości ujęć oddalonych względem siebie o około 150 (Cieplice), a nawet 500 metrów (Lądek) (tab. 6.6 i 6.7). Ta największa odległość to oddalenie głębokiego odwiertu L-2 w Lądku Zdroju od pozostałych źródeł. Uzyskanie dużych wartości r w przypadku wód termal-nych jest związane z regionalną skalą ich krążenia, a przede wszystkim z brakiem wpły-wu wód płytkiego krążenia, w których stężenia radonu zmieniają się znacznie na
nie-Chrobry Chrobry 1 Dąbrówka Dąbrówka 0,5655 (703) 1 Jerzy Jerzy −0,1771 (679) −0,0491 (703) 1 L-2 L-2 0,7771 (204) 0,7322 (205) −0,2612 (263) 1 Skłodowska-Curie Skłodowska-Curie 0,4369 (718) 0,4606 (667) 0,0197 (650) 0,8222 (193) 1 Wojciech Wojciech 0,4955 (656) 0,4247 (648) −0,3338 (636) 0,7376 (188) 0,3410 (639) 1
Tabela 6.6. Wartości współczynnika korelacji liniowej r pomiędzy stężeniami radonu (222Rn) rozpuszczonego w wodach termalnych poszczególnych ujęć Lądka Zdroju. Czcionką pogrubioną, w zacieniowanych polach oznaczono wartości r istotne statystycznie na poziomie istotności α = 0,05;
wielkim nawet obszarze, o czym już wspomniano. Za takim rozumowaniem przemawia także fakt stwierdzenia większej liczby nieistotnych statystycznie wartości współczyn-nika korelacji r dla ujęć Cieplic Śląskich Zdroju, w których w kilku ujęciach zaznacza się domieszka wód płytkiego krążenia (Ciężkowski i in., 1996).
Brak prawidłowości występowania wartości r istotnych statystycznie pomiędzy zmia-nami stężeń radonu rozpuszczonego w wodach poszczególnych ujęć Cieplic Śląskich Zdroju wynika najprawdopodobniej z faktu ujmowania przez nie różnych typów che-micznych i genetycznych wód, a przede wszystkim z powodu ujmowania w jednym ujęciu wód na różnych głębokościach, znajdujących się w różnych fazach przepływu podziem-nego oraz z niejednorodnych skał zbiornikowych pod względem stopnia zmian wietrze-niowych oraz ilości i gęstości kruchych deformacji tektonicznych.
W Lądku Zdroju zaznacza się odrębny charakter zmian stężenia 222Rn w wodach ujęcia Jerzy względem wszystkich pozostałych ujęć, co wynika z jego lokalizacji w silniej spę-kanej strefie tektonicznej (rozwidlenie uskoku), powodującej znaczne zwiększenie współ-czynnika emanacji skał zbiornikowych w rejonie tego źródła (por. tab. 6.1), a także wpływającej na jego wydajność i sposób krążenia wody w strefie wypływu. Ujemne wartości r oznaczają zwiększenie stężenia radonu w wodach ujęcia Jerzy przy obniże-niu się ich w pozostałych ujęciach, dotyczy to przede wszystkim ujęcia Wojciech, dla którego wartość r oznacza korelację ujemną o średnim natężeniu, a w mniejszym stop-niu także ujęcia L-2 – słaba korelacja ujemna (por. tab. 6.6). Zjawisko to może mieć związek z opóźnieniem zmian wydajności ujęć, spowodowanej ich różną odległością
Tabela 6.7. Wartości współczynnika korelacji liniowej r pomiędzy stężeniami radonu (222Rn) rozpuszczonego w wodach termalnych poszczególnych ujęć Cieplic Śląskich Zdroju. Czcionką
pogrubioną, w zacieniowanych polach oznaczono wartości r istotne statystycznie na poziomie istotności α = 0,05; w nawiasach podano liczbę korelowanych par danych
nr 1 Marysieńska nr 1 Marysieńska 1 nr 2 Sobieski nr 2 Sobieski 0,5461 (27) 1 nr 3 Antoni-Wacław nr 3 Antoni-Wacław 0,7002 (21) 0,3789 (23) 1 nr 4 Nowe nr 4 Nowe 0,8728 (24) 0,4529 (28) 0,6403 (23) 1 nr 5 Basenowe Damskie nr 5 Basenowe Damskie −0,1258 (23) 0,1149 (29) 0,3669 (22) 0,5707 (29) 1 nr 6 Basenowe Męskie nr 6 Basenowe Męskie 0,4713 (23) 0,1680 (29) 0,5202 (22) 0,1651 (29) −0,0559 (32) 1
od obszaru zasilania (najbliżej leży ujęcie Jerzy) i, co jest z tym związane, ze zwiększe-niem ilości rozpuszczającego się radonu w związku z większą objętością skał, w jakich wody przepływają w czasie około 38 dób przed wypłynięciem w ujęciu. Opóźnienie to mogłoby powodować zwiększenie stężenia radonu w wodach ujęcia Jerzy, gdy w pozo-stałych ujęciach wypływają wciąż wody z malejącą wydajnością i mniejszą koncentracją
222Rn. Taka interpretacja nie jest sprzeczna z wynikami badań współzależności pomię-dzy wydajnościami ujęć Lądka Zdroju (Liber-Madziarz, 2001). Zanotowanie dużych, dodatnich wartości r pomiędzy zmianami stężeń 222Rn w wodach pozostałych źródeł i odwiertu L-2 wynika z faktu ich ujęcia z tej samej strefy dyslokacyjnej, jedynie na różnych głębokościach, czego wynikiem są mniejsze bezwzględne wartości stężenia tego gazu notowane w wodach odwiertu L-2.
Podsumowując, należy stwierdzić, że obliczone wartości współczynnika korelacji li-niowej r pomiędzy zmianami stężenia 222Rn w wodach podziemnych wybranych ujęć Sudetów wskazują na istnienie istotnej statystycznie zależności tych zmian pomiędzy ujęciami oddalonymi względem siebie od kilku do kilkuset metrów. Odległość ta w znacz-nym stopniu jest uzależniona od tego, czy ujęcia leżą wzdłuż drogi dopływu wód podziem-nych. Jest ona największa w przypadku zasilania wszystkich ujęć wodami płynącymi tym samym systemem hydraulicznym, co najlepiej jest spełnione w przypadku wód ter-malnych głębokiego krążenia, zwłaszcza ujętych w Lądku Zdroju. W przypadku infli-tracyjnych wód radonowych płytkiego krążenia są to odległości rzędu od kilku do kil-kunastu metrów, w przypadku ujęć szczaw odległości te wynoszą od kilku do kilku-dziesięciu metrów, a dla wód termalnych mogą sięgać nawet kilkuset metrów. Wyniki te są zgodne z oszacowanymi odległościami transportu radonu przez wody podziemne do ujęcia lub źródła (por. tab. 6.2).
Jak wynika z niezależnie prowadzonych, opisanych, szacunkowych obliczeń, skala odległości w jakiej mogą zmieniać się w przestrzeni stężenia 222Rn rozpuszczonego w wodach podziemnych w sposób niezależny, a więc o dowolną wartość (kilka rzędów wielkości) wynosi od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów, a niekiedy kilka lub kilka-set metrów. W takiej też odległości od źródła lub ujęcia działają czynniki fizyczne de-cydujące o genezie radonu rozpuszczonego w wypływających lub ujmowanych wodach podziemnych.
6.3.2.3. Zależność od budowy geologicznej obszaru występowania
Dotychczasowe wyniki pomiarów stężenia radonu w wodach podziemnych Sudetów nie pozwalają na prześledzenie ich zmian w przestrzeni z dokładnością rzędu kilkudzie-sięciu, czy nawet kilkuset metrów, jaka byłaby optymalna dla uzyskania pełnej infor-macji na temat przestrzennej zmienności. Niemniej jednak zgromadzony przez autora materiał pozwala na określenie jednostek tektonicznych wyższego rzędu oraz subregio-nów hydrogeologicznych, w których występują wody o stężeniach radonu przekracza-jących 100 Bq·dm–3 (wody radonowe – por. rozdz. 6.5), a także 1000 Bq·dm–3 (wody wysokoradonowe – por. rozdz. 6.5).
Rys. 6.7. Występowanie wód radonowych (o stężeniu 100 ≤ 222 Rn < 1 000 Bq·dm –3) i wysokradonowych (o stężeniu 1 000 ≤ 222 Rn < 10 000 Bq·dm –3)
w jednostkach tektonicznych wyższego rzędu (według Sawicki, 1966, 1995; Oberc, 1972; Stupnicka, 1989; Aleksandrowski i in., 200
0;
Kozdrój i in., 2001; Aleksandrowski & Mazur, 2002) i subregionach hydrogeologicznych Sudetów (mniejsza mapa według
Na rys. 6.7 przedstawiono jednostki tektoniczne Sudetów, w obrębie których do tej pory (uwzględniając także wyniki przedstawione w niniejszej pracy) stwierdzono wy-stępowanie wód wysokoradonowych (metamorfik izerski, granit karkonoski i metamor-fik Lądka–Śnieżnika) i radonowych (metamormetamor-fik orlicko-bystrzycki, niecka śródsudec-ka, granit Strzegom–Sobótka i strefa Niemczy). Jednocześnie na rysunku tym zazna-czono także subregiony hydrogeologiczne, w których występują stwierdzone dotych-czas wody wysokoradonowe (izersko-karkonoski i śnieżnicko-złotostocki) oraz radonowe (śródsudecki i przedsudecki subregion elewacyjny). Wymienione jednostki podziału tek-tonicznego i hydrogeologicznego Sudetów, w których występują wody wysokoradono-we, pokrywają się z wydzielonymi na podstawie zawartości 226Ra w skałach obszarami o podwyższonym potencjale radonowym (Przylibski, 2004). Wyniki te są zgodne także z rezultatami wykonywanych na niewielkich, wybranych obszarach Sudetów, w latach 50., 60. i 70. XX wieku zdjęć radiohydrogeologicznych i emanacyjnych (por. rozdz. 4.4). Obszary występowania wód wysokoradonowych w Sudetach przedstawione w ni-niejszej monografii pokrywają się całkowicie z dotychczas publikowanymi rezultatami podobnych analiz (Przylibski i in., 2004a). Należy podkreślić, że wciąż jest zbyt mało danych, aby dokonać pełnej charakterystyki przestrzennej zmienności stężenia 222Rn w wodach podziemnych Sudetów. Niemniej jednak należy stwierdzić, że największe stę-żenia radonu notowane są w wodach podziemnych wypływających w obrębie skał me-tamorficznych (głównie gnejsy) i magmowych (granity) krystaliniku karkonosko-izer-skiego oraz metamorfiku Lądka – Śnieżnika, które charakteryzują się zwiększonymi za-wartościami macierzystego nuklidu – 226Ra, a w strefach wypływu tych wód także znacz-nym stopniem spękania w obrębie stref dyslokacyjnych, a co za tym idzie zwiększoznacz-nym współczynnikiem emanacji.
6.3.2.4. Zależność od głębokości ujęcia wody podziemnej
Dopełnieniem przestrzennej charakterystyki zmienności stężenia radonu rozpuszczo-nego w wodach podziemnych Sudetów jest jej zależność od głębokości ujęcia wody podziemnej. Po raz pierwszy zwrócił uwagę na to Ciężkowski (1990) analizując wody podziemne Świeradowa Zdroju, a następnie Ciężkowski i Przylibski (1997) stwierdzili podobną prawidłowość w wodach podziemnych Lądka Zdroju, Świeradowa Zdroju i Czerniawy Zdroju, a Przylibski (1997) opisał istnienie tej zależności w wodach podziem-nych całego obszaru Sudetów. Dlatego też zależność przedstawiona na rysunku 6.8 jest jedynie kolejnym potwierdzeniem wcześniejszych obserwacji odniesionym do wód podziemnych Sudetów, w tym i wód leczniczych, które są przedmiotem niniejszego opra-cowania. Jak wynika z wykresu zależności stężenia 222Rn od głębokości ujęcia wody podziemnej (rys. 6.8) stężenie tego gazu charakteryzuje się wyraźnym zmniejszeniem wartości od powierzchni litosfery (źródła) do głębokości około 50 m p.p.t., a według danych literaturowych do około 100 m p.p.t. (Przylibski, 1997, 2002a). Poniżej tej głę-bokości stężenia radonu w wodach podziemnych nie przekraczają wartości około 150– 200 Bq·dm–3 dla 111 ujęć analizowanych w niniejszej pracy, a według danych
literatu-rowych (Przylibski, 1997, 2002a) około 500 Bq·dm–3. Jest to związane ze spadkiem war-tości współczynnika emanacji wraz ze zwiększeniem głębokości ujęcia wód podziem-nych. Mniejsze wartości tego współczynnika są efektem malejącej porowatości skał ze zwiększeniem głębokości ich zalegania, a co za tym idzie także malejącej powierzchni właściwej ziaren mineralnych w związku ze wzrostem ciśnienia nadległych skał (nad-kładu), a także zmniejszeniem wpływu działania czynników wietrzeniowych na skały (por. rozdz. 6.1).