Index of /rozprawy2/10627

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej. Krążenie wód podziemnych zanieczyszczonych tri- i tetrachloroetylenem w warunkach eksploatacji ujęcia Nowa Dęba. EWA KRET Promotor: prof. dr hab. inż. Grzegorz Malina. Kraków, marzec 2013.

(2) Składam serdeczne podziękowania wszystkim, którzy przyczynili się do powstania tej pracy, w szczególności promotorowi, Tadeuszowi i Oli, za ich pomoc, cenne wskazówki i rady.. Dziękuję również Zbigniewowi i Łukaszowi za okazane wsparcie i pomoc.. Strona | 2.

(3) Spis treści 1. WSTĘP ............................................................................................................. 6 2. TRICHLOROETYLEN (TCE) I TETRACHLOROETYLEN (PCE) W WODACH PODZIEMNYCH ................................................................... 8 2.1. Właściwości fizykochemiczne TCE i PCE .................................................................. 8 2.2. Toksyczność TCE i PCE .............................................................................................. 9 2.3. Dopuszczalne stężenia TCE i PCE w wodach podziemnych .................................... 9 2.4. Migracja TCE i PCE w środowisku gruntowo–wodnym ....................................... 10. 3. TEZY, CEL I ZAKRES PRACY ................................................................. 14 4. CHARAKTERYSTYKA REJONU BADAŃ ............................................. 17 4.1. Lokalizacja .................................................................................................................. 17 4.2. Morfologia, klimat i hydrografia .............................................................................. 17 4.3. Zagospodarowanie terenu.......................................................................................... 20 4.4. Budowa geologiczna ................................................................................................... 20 4.5. Warunki hydrogeologiczne ........................................................................................ 24 4.5.1. Regionalizacja hydrogeologiczna ....................................................................... 24 4.5.2. Charakterystyka czwartorzędowego piętra wodonośnego .................................. 28 4.6. Opis ujęcia wód podziemnych w Nowej Dębie......................................................... 33. 5. BADANIA TERENOWE.............................................................................. 37 5.1. Metodyka badań ......................................................................................................... 37 5.2. Wyniki badań .............................................................................................................. 38 5.2.1. Charakterystyka jakości wód powierzchniowych ............................................... 38 5.2.2. Charakterystyka jakości wód podziemnych ........................................................ 39 5.3. Zanieczyszczenie wód podziemnych TCE i PCE na ujęciu w Nowej Dębie .......... 46. 6. BADANIA LABORATORYJNE PARAMETRÓW MIGRACJI TCE I PCE W WODACH PODZIEMNYCH ............................................ 51 6.1. Metodyka badań ......................................................................................................... 53 6.1.1. Charakterystyka materiałów użytych do badań .................................................. 53 Strona | 3.

(4) 6.1.2. Testy statyczne (batch)........................................................................................ 54 6.1.3. Badania kolumnowe ............................................................................................ 56 6.2. Wyniki i interpretacja badań .................................................................................... 59. 7. BADANIA MODELOWE DYNAMIKI WÓD PODZIEMNYCH W REJONIE UJĘCIA W NOWEJ DĘBIE ................................................ 65 7.1. Model koncepcyjny obszaru badań .......................................................................... 66 7.2. Konstrukcja modelu hydrodynamicznego ............................................................... 67 7.2.1. Podział na bloki obliczeniowe ............................................................................ 67 7.2.2. Podział na warstwy ............................................................................................. 71 7.2.3. Parametry filtracyjne ........................................................................................... 72 7.2.4. Warunki brzegowe .............................................................................................. 72 7.2.5. Zasilanie infiltracyjne ......................................................................................... 74 7.2.6. Wydajność studni ujęcia ..................................................................................... 74 7.2.7. Określenie warunków symulacji ......................................................................... 75 7.3. Kalibracja i weryfikacja modelu hydrodynamicznego ........................................... 76 7.3.1. Uwagi ogólne ...................................................................................................... 76 7.3.2. Stan dopasowania pola hydrodynamicznego ...................................................... 77 7.3.3. Bilans wodny obszaru badań modelowych ......................................................... 78 7.4. Krążenie wód podziemnych w rejonie ujęcia w Nowej Dębie w świetle badań modelowych ..................................................................................... 80 7.4.1. Symulacja na modelu poboru wód podziemnych dla stanu średniego na 2010 rok (wariant 1) ....................................................................................... 80 7.4.2. Symulacja na modelu poboru wód podziemnych według zatwierdzonych zasobów eksploatacyjnych ujęcia (wariant 2) ..................................................... 82 7.4.3. Symulacja na modelu warunków bez eksploatacji ujęcia (stan pseudo-naturalny) (wariant 3) .................................................................... 85. 8. MODELOWANIE MIGRACJI TCE I PCE W WODACH PODZIEMNYCH W REJONIE UJĘCIA W NOWEJ DĘBIE ................ 88 8.1. Założenia modelu transportu mas ............................................................................ 89 8.1.1. Warunki początkowe i brzegowe ........................................................................ 89 8.1.2. Parametry migracji przyjęte do obliczeń ............................................................ 91 8.1.3. Określenie warunków symulacji ......................................................................... 92 8.2. Migracja TCE i PCE – pobór wody wg stanu średniego eksploatacji ujęcia na 2010 rok .................................................................................................................. 93 Strona | 4.

(5) 8.3. Migracja TCE i PCE – pobór wody wg zatwierdzonych zasobów eksploatacyjnych ujęcia .............................................................................. 94 8.4. Migracja TCE i PCE – warunki bez eksploatacji ujęcia (warunki pseudo-naturalne) ...................................................................................... 95 8.5. Ocena zagrożenia zanieczyszczeniem TCE i PCE poszczególnych studni ujęcia (wariant 1 i 2) .............................................................................................................. 95. 9. PODSUMOWANIE ...................................................................................... 98 10. WNIOSKI .................................................................................................. 102. LITERATURA ................................................................................................ 104 SPIS RYSUNKÓW/TABEL ZAMIESZCZONYCH W TEKŚCIE ........... 110. Strona | 5.

(6) 1. WSTĘP Po wejściu do Unii Europejskiej i implementacji Ramowej Dyrektywy Wodnej [1] i Dyrektywy Wód Podziemnych [2] do prawodawstwa polskiego zaostrzyły się kryteria dotyczące jakości wód podziemnych przeznaczonych do spożycia. Wprowadzono obowiązek badania nowych rodzajów zanieczyszczeń, w tym trichloroetylenu (TCE) i tetrachloroetylenu (PCE) (nazewnictwo według IUPAC) w wodach podziemnych. Spowodowało to wykrycie zanieczyszczenia wód podziemnych tymi substancjami, m.in. w rejonie kieleckiego ujęcia komunalnego w Białogonie, Tarnowskich Gór, Gryfina, Gołdapi, Srebrnej Góry, Stoszowic, Budzowa, Ząbkowic, Poniatowej, Łomianek, Nowej Dęby. Ostatni wymieniony przypadek stanowi jedno z największych udokumentowanych skażeń wód podziemnych TCE i PCE w Polsce, określony w 2010 roku mianem „bomby ekologicznej” [3]. Problem zanieczyszczenia wód podziemnych TCE i PCE będzie najprawdopodobniej w dalszym ciągu narastał, tak jak to miało miejsce w innych krajach UE w latach 80 i 90-tych po zaostrzeniu przepisów dotyczących jakości wód podziemnych. Zanieczyszczenia te stwierdzono m. in. w Wielkiej Brytanii (np. Coventry, Luton i Dunstable), Włoszech (np. Mediolan, Brindisi), Niemczech (np. Sindelfingen k. Stuttgartu, Bitterfeld). Problem zanieczyszczenia wód. podziemnych. chlorowanymi. rozpuszczalnikami. stwierdzono. także. w. USA. (np. w Connecticut, Duluth i Savannah River Site) [4]. Nowe regulacje prawne i stwierdzone zanieczyszczenia spowodowały konieczność podjęcia nie tylko działań zapobiegawczych ale także naprawczych, tj. remediacji wód podziemnych. Pierwszym etapem tych działań powinna być dokładna charakterystyka strumienia wód podziemnych (w pionie i poziomie) zanieczyszczonego TCE i PCE oraz analiza procesów i mechanizmów odpowiedzialnych za ich migrację. Istotne znaczenie w. rozwiązywaniu. problematyki. zanieczyszczenia. środowiska. gruntowo–wodnego. ma modelowanie matematyczne. Pozwala ono na prognozowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, zwłaszcza w obszarach spływu wód do ujęcia, co ma istotne znaczenie dla oceny stopnia zagrożenia ujęć, a także weryfikacji proponowanych metod likwidacji tego zagrożenia. Problem zanieczyszczenia wód podziemnych TCE i PCE jest nowy w skali kraju, przede wszystkim ze względu na brak obowiązku badania TCE i PCE w wodach podziemnych do roku 2008. Ponadto niejednoznaczne dane literaturowe w tym zakresie (szeroki zakres wartości kluczowych parametrów migracji, brak zintegrowanej metodyki. Strona | 6.

(7) postępowania w rozwiązywaniu tego typu problemów) dodatkowo przemawiają za potrzebą podjęcia tej tematyki badawczej.. Strona | 7.

(8) 2. TRICHLOROETYLEN (TCE) I TETRACHLOROETYLEN (PCE) W WODACH PODZIEMNYCH 2.1.Właściwości fizykochemiczne TCE i PCE TCE i PCE należą do grupy chlorowanych etenów stosowanych głównie jako rozpuszczalniki przemysłowe już od lat 20–30-tych ubiegłego wieku [5,6]. Zarówno TCE (synonimy:. trichlorek. etylenu,. 1,1,2. trichloroetylen),. jak. i. PCE. (synonimy:. czterochloroetylen, tetrachloroeten, perchloroetylen) są bezbarwnymi cieczami o gęstości większej od wody (Tab. 2.1). Ponadto charakteryzują się wysoką lotnością, co powinno zostać uwzględnione w przypadku opróbowania wód podziemnych [7-9]. Tabela 2.1. Niektóre właściwości fizykochemiczne TCE i PCE (na podstawie kart charakterystyki substancji/preparatu POCH S.A. [10,11]) Parametr. TCE. PCE. wzór chemiczny. C2HCl3. C2Cl4. wzór strukturalny ciężar cząsteczkowy. 131,39. 165,82. gęstość, g/cm (20 C). 1,46/1,557 (25 C). 1,62. prężność par, mbar (20 C). 77. 18. 3. o. o. o. lepkość dynamiczna, mPa ∙ s. 0,55 (25 C). ∼ 0,9 (20oC). rozpuszczalność - w wodzie, mg/dm3 (20oC) - w rozp. organicznych: log P(w/o):. 1000/1100 2,29 (etanol). 150/160/200 3,4 (etanol, eter). temperatura, oC - topnienia - wrzenia - samozapłonu. -86 87,2 (rozkład > 110) 410. -22 121,2 (rozkład > 150) -. o. TCE może reagować z metalami lekkimi, alkalicznymi i ziem alkalicznych, sproszkowanymi metalami, tlenkami azotu, wodorotlenkami i amidami alkalicznymi, kwasem nadchlorowym, tlenem, silnymi utleniaczami oraz tworzywami sztucznymi. PCE natomiast może wchodzić w reakcje z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych, sproszkowanymi metalami, alkalicznymi wodorotlenkami, tlenem, NOx i tworzywami sztucznymi.. Strona | 8.

(9) 2.2. Toksyczność TCE i PCE Przy wdychaniu TCE powoduje podrażnienie błon śluzowych, kaszel, duszności, a także podrażnienia w przypadku kontaktu ze skórą i oczami. Spożycie prowadzi do mdłości i wymiotów, a absorpcja powoduje: podniecenie, skurcze i senność. Przy długotrwałym spożyciu wody zanieczyszczonej TCE mogą wystąpić zaburzenia w centralnym układzie nerwowym, uszkodzenie wątroby i serca. Według Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (IARC) TCE jest sklasyfikowany w 3 kategorii pod względem mutagenności i zaliczany do kategorii czynników prawdopodobnie rakotwórczych dla człowieka (Grupa 2a) [12]. Późniejsze badania IARC określają TCE jako czynnik rakotwórczy da ludzi [13]. Szczegółowy opis wpływu TCE na zdrowie człowieka można znaleźć w monografiach IARC [13,14] oraz na stronach internetowych US EPA [15]. TCE jest również toksyczny dla organizmów wodnych (ryby, Daphnia magma, algi, bakterie). Został oceniony wg zwrotów ryzyka (ang. R-phrases) jako „działający szkodliwie na organizmy wodne” oraz „mogący powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku gruntowo – wodnym” (symbol zwrotu – R52/53) [16]. Podobnie PCE przy wdychaniu wywołuje podrażnienie błon śluzowych, a ostre podrażnienia przy kontakcie z skórą i oczami, z możliwymi objawami zapalenia skóry. W przypadku absorpcji występują: bole głowy, nudności, wymioty, możliwość uszkodzenia wątroby i nerek. Jest zakwalifikowany do 3 kategorii pod względem rakotwórczości, z tym że domniemane działanie kancerogenne wymaga dalszych badań [13,14]. PCE jest również trudno biodegradowalny, a wartość współczynnika podziału woda/oktanol log p(w/o) = 3,4 wskazuje na możliwą znaczną bioakumulację. PCE jest także toksyczny dla organizmów wodnych i należy do substancji mogących powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym (symbol zwrotu – R52/53) [13-16]. Z uwagi na wymienione zagrożenia nie należy dopuszczać do przedostania się TCE i PCE do ujęć wody pitnej, gleby i ścieków. 2.3. Dopuszczalne stężenia TCE i PCE w wodach podziemnych Dopuszczalne stężenia TCE i PCE w wodach podziemnych różnią się w zależności od regulacji prawnych ustanowionych w poszczególnych państwach. Zestawienie dopuszczalnych wartości granicznych w Polsce, zgodnie z zapisami Komisji Europejskiej [17] oraz Rozporządzeniami Ministra Środowiska [18] i Ministra Zdrowia [19] na tle wybranych państw, przedstawiono w tabeli 3.2. Ponadnormatywne stężenia traktowane są jako zanieczyszczenie wód podziemnych wymagające, zgodnie z zapisami Ramowej Strona | 9.

(10) Dyrektywy Wodnej [1], nie tylko działań zapobiegawczych ale również naprawczych (remediacji wód podziemnych). Tabela 2.2. Dopuszczalne stężenia TCE i PCE w wodach podziemnych w Polsce na tle wybranych państw [17-20] Państwo Belgia Czechy Francja Niemcy Irlandia Włochy Litwa Polska Słowacja Hiszpania Wielka Brytania USA 1) 2). Wartość dopuszczalna w wodach podziemnych [µg/L] TCE PCE 10 10 10 10 10 10 10 7,5 1,5 1,1 10-40 501) 501) 102) 5,5 5,5 5-10 5-10 7,5 7,5 5 5. wartość graniczna dla dobrego stanu wód podziemnych [18] wartość dopuszczalna dla wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi [19]. 2.4. Migracja TCE i PCE w środowisku gruntowo–wodnym Migracja chlorowanych etenów w środowisku gruntowo-wodnym jest procesem złożonym, zależnym od właściwości fizykochemicznych substancji zanieczyszczającej oraz warunków krążenia wód podziemnych, parametrów hydrogeologicznych i geometrii warstw wodonośnych, a także właściwości powierzchni granicznej pomiędzy fazą organiczną i wodną [21,22]. Transport TCE i/lub PCE w wodach podziemnych zachodzi w oparciu o liczne czynniki i procesy [23-26], z których najważniejsze to (Rys. 2.1): • adwekcja (konwekcja) – podstawowy proces migracji związany z transportem substancji zanieczyszczającej przez proste unoszenie/przenoszenie wraz z płynącą wodą podziemną, • dyfuzja – proces wyrównywania się stężeń składników w mieszaninie; odpowiada za transport substancji zanieczyszczającej rozpuszczonej w wodzie od miejsc o stężeniu wyższym do miejsc, gdzie stężenie substancji jest niższe, • dyspersja hydrodynamiczna – zjawisko rozpraszania substancji zanieczyszczającej, wskutek zróżnicowanej prędkości w kanalikach porowych i poszczególnych punktach przestrzeni porowej; rozpraszanie może odbywać się wzdłuż linii przepływu roztworu Strona | 10.

(11) (dyspersja podłużna) oraz prostopadle do przepływu strumienia (dyspersja poprzeczna); na szybkość przepływu i długość dróg filtracji bezpośredni wpływ mają kształty i rozmiary porów, przez które migrują substancje zanieczyszczające (Rys. 2.2), • sorpcja – gromadzenie się cząsteczek substancji rozpuszczonej na powierzchni fazy stałej lub koloidalnej (adsorpcja) oraz desorpcja, czyli odłączenie (uwolnienie) od sorbentów uprzednio zatrzymanych cząstek; procesy sorpcyjne można podzielić na (Rys. 2.3.): (1) adsorpcję – substancja chemiczna gromadzi się na powierzchni fazy stałej, (2) absorpcja – substancja jest pochłaniana do środka fazy stałej, (3) wymiana jonowa – zastępowanie jednej substancji drugą. W przebiegu procesów sorpcyjnych istotną rolę odgrywają warunki środowiska oraz skład mineralogiczny materiału warstwy wodonośnej. Szczególnie ważna w przypadku sorpcji TCE i PCE jest obecność minerałów ilastych oraz substancji organicznej, które wpływają na wielkość sorpcji obu zanieczyszczeń [30-34], • biodegradacja – rozkład biochemiczny związków organicznych na prostsze składniki pod wpływem enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy.. Rys. 2.1. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w jednowymiarowym strumieniu zanieczyszczeń [26]. Strona | 11.

(12) Rys. 2.2. Czynniki powodujące dyspersję mechaniczną w strumieniu filtracyjnym w ośrodku porowym a) wielkość porów, b) długość drogi, c) tarcie (na podst. [27], zmodyfikowano). Rys. 2.3. Pojęcia związane ze zjawiskami sorpcji [28]. Jak wynika z właściwości TCE i PCE (Tab. 2.1), obie substancje charakteryzują się gęstością większą od wody. Należą one do grupy tzw. DNAPL (ang. dense-than-water non aqueous phase liquid), tzw. ciężkich cieczy organicznych (niemieszających się z wodą) [29]. Podczas transportu przez warstwę wodonośną DNAPL migrują w formie oddzielnej fazy przy jej spągu, a następnie przemieszczają się w postaci „chmury” zgodnie z kierunkiem przepływu wód podziemnych [23], z szybkością zależną od stopnia ich rozpuszczalności w wodzie. DNAPL przemieszczają się w dół poprzez warstwę wodonośną różnymi drogami (tzw. forma dendrytyczna migracji, ze względu na podobieństwo do gałęzi drzewa – Rys. 2.4) [30]. Na rozprzestrzenianie się „chmury” zanieczyszczeń DNAPL wpływa między innymi rodzaj gruntu budującego warstwę wodonośną. Generalnie, im mniejsze są średnice ziaren tym mobilność DNAPL jest większa [30-32]. Średnica ziaren, obok zawartości materii organicznej (węgla organicznego) w gruncie wpływa również na wielkość sorpcji TCE i PCE [33,34]. Opóźnienie migracji TCE i PCE w wodach podziemnych w wyniku sorpcji określane liczbowo przy pomocy współczynnika opóźnienia (retardacji) – R waha się w szerokim Strona | 12.

(13) zakresie, w zależności m. in. od parametrów opisanych wyżej oraz od rodzaju gruntu. Dane literaturowe podają wartości współczynnika retardacji w zakresie R=1,0–4,0 dla TCE oraz R=1,3–6,0 dla PCE [23,34-38], co wskazuje na ich małą lub średnią intensywność sorpcji przez piaszczyste utwory warstwy wodonośnej [35]. W przypadku utworów ilastych współczynniki opóźnienia migracji są większe: 1,5–8,0 (TCE) oraz 2,0–15,0 (PCE) [23,39]. Ze względu na sposób migracji, małą do średniej intensywność sorpcji oraz długi czas półrozpadu: 0,1–1,5 roku dla TCE oraz 6 lat dla PCE [23], substancje te mogą trwać w wodach podziemnych przez dziesiątki, a w niektórych przypadkach nawet setki lat.. Rys. 2.4. Migracja DNAPL w środowisku gruntowo-wodnym [40]. Strona | 13.

(14) 3. TEZY, CEL I ZAKRES PRACY Problematyka zanieczyszczenia wód podziemnych TCE i PCE, jako problem nowy w skali kraju, wymaga podjęcia szeregu działań w kierunku opracowania metodyki postępowania przy rozwiązywaniu tego typu problemów. Pierwszym etapem tych działań powinno być szczegółowe rozpoznanie krążenia wód podziemnych zanieczyszczonych TCE i PCE. Dobre rozpoznanie i charakterystyka procesów kształtujących migrację tych zanieczyszczeń w wodach podziemnych, stanowi podstawę podjęcia działań naprawczych w celu likwidacji zagrożenia środowiska gruntowo–wodnego i czynnej ochrony wód podziemnych. Jako obszar reprezentatywny wybrano rejon Nowej Dęby, gdzie stwierdzone zanieczyszczenie wód podziemnych TCE i PCE zagraża ujęciu zlokalizowanemu na drodze migracji tych zanieczyszczeń. W związku z tym postawiono następujące tezy: − połączenie wyników badań terenowych i laboratoryjnych umożliwia szczegółową charakterystykę środowiska gruntowo–wodnego i określenie wartości kluczowych parametrów migracji zanieczyszczeń (TCE i PCE): stałych podziału, współczynników opóźnienia migracji (retardacji) zanieczyszczeń ze względu na sorpcję i biodegradację, oraz krzywych przejścia. − stworzenie wielowarstwowego koncepcyjnego modelu hydrodynamicznego obiektu badań i jego weryfikacja pozwala na opracowanie wiarygodnych modeli numerycznych przepływu wód podziemnych i transportu mas (TCE i PCE) w warunkach wymuszonych eksploatacją ujęcia w Nowej Dębie. − wielowarstwowe modele hydrodynamiczny i transportu mas stanowią narzędzie pozwalające na prawidłową ocenę warunków krążenia wód podziemnych w rejonie ujęcia w Nowej Dębie, migracji TCE i PCE w wodach podziemnych w zależności od eksploatacji ujęcia oraz na prognozowanie stopnia zagrożenia poszczególnych studni ujęcia. W związku z tak sformułowanymi tezami pracy, za jej główny cel przyjęto wyznaczenie parametrów kształtujących migrację TCE i PCE w wodach podziemnych oraz opracowanie modelu hydrodynamicznego i transportu mas do rozpoznania krążenia zanieczyszczonych wód podziemnych i oceny stopnia zagrożenia poszczególnych studni ujęcia w zmiennych warunkach eksploatacji. Dla realizacji tak postawionego celu pracy i udowodnienia przyjętych tez, w zakresie badań uwzględniono: − zebranie, analizę i weryfikację dostępnych danych archiwalnych dotyczących budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych rejonu badań, Strona | 14.

(15) − zebranie, analizę i weryfikację dostępnych analiz fizykochemicznych wody (w tym TCE i PCE) oraz danych odnośnie wielkości poboru wody w rejonie ujęcia w Nowej Dębie, − weryfikację potencjalnych i faktycznych ognisk zanieczyszczeń TCE i PCE w obszarze badań, − opracowanie. modeli. numerycznych. dynamiki. wód. podziemnych. i. transportu. zanieczyszczeń w rejonie ujęcia w Nowej Dębie, − interpretację wyników badań hydrogeologicznych, sozologicznych i modelowych w celu rozpoznania warunków krążenia wód podziemnych i migracji badanych zanieczyszczeń w rejonie ujęcia w Nowej Dębie, − szczegółową charakterystykę migracji wód zanieczyszczonych TCE i PCE dla wybranych scenariuszy eksploatacji ujęcia w Nowej Dębie, − przedstawienie koncepcji optymalnego sterowania eksploatacją poszczególnych studni dla ochrony zasobów ujęcia w Nowej Dębie. Tak przyjęty zakres badań został zrealizowany w oparciu o zaproponowaną metodykę, która obejmowała trzy podstawowe elementy: badania terenowe, laboratoryjne i modelowe, uzupełnione pracami kameralnymi. Schemat przyjętej metodyki badawczej przedstawiono na rys. 3.1. Celem badań terenowych była ocena stanu chemicznego wód podziemnych, zebranie danych dla potrzeb opracowania modeli numerycznych oraz pobór próbek wody podziemnej i materiału warstwy wodonośnej do badań laboratoryjnych. Badania te obejmowały między innymi: − pobory prób wody z otworów obserwacyjnych (piezometrów), studni ujęcia i cieków powierzchniowych, − pobór próbek materiału warstwy wodonośnej, − pomiary zwierciadła wody podziemnej w studniach i piezometrach. Badania laboratoryjne dotyczyły wyznaczenia kluczowych parametrów migracji TCE i PCE w wodach podziemnych za pomocą testów statycznych (batch) i kolumnowych. Wyniki uzyskane z prac terenowych i laboratoryjnych posłużyły do wykonania badań modelowych: (i) modelu hydrodynamicznego w celu scharakteryzowania krążenia wód podziemnych oraz (ii) modelu transportu mas umożliwiającego opis migracji TCE i PCE w wodach podziemnych w warunkach eksploatacji ujęcia w Nowej Dębie.. Strona | 15.

(16) Zebrane dane stanowiły materiał do prac kameralnych, obejmujących między innymi: wykonanie tabel, wykresów, map i przekrojów hydrogeologicznych.. Rys. 3.1. Schemat metodyki badawczej wykorzystanej do realizacji pracy. Strona | 16.

(17) 4. CHARAKTERYSTYKA REJONU BADAŃ 4.1. Lokalizacja Obszar badań zlokalizowany jest w południowo–wschodniej Polsce, w północnej części województwa podkarpackiego, na terenie powiatu tarnobrzeskiego, na południe od miasta Tarnobrzeg. Graniczy z gminami: Grębów (na wschodzie), Majdan Królewski (od południa) i Baranów Sandomierski (od zachodu) (Rys. 4.1). Obszar badań obejmuje powierzchnię 23,75 km2.. Rys. 4.1. Położenie obszaru badań na tle podziału administracyjnego województwa podkarpackiego (na podst. [41], zmodyfikowano). 4.2. Morfologia, klimat i hydrografia Rozpatrywany obszar wg regionalizacji fizycznogeograficznej Polski Kondrackiego [42] należy do Równiny Tarnobrzeskiej (512.45) wchodzącej w skład Kotliny Sandomierskiej (Rys. 4.2). Obszar badań znajduje się w północnej części Kotliny Sandomierskiej, będącej największym. makroregionem. w. obrębie. Podkarpacia. Północnego.. Zlokalizowany. jest pomiędzy doliną Wisły (Niziną Nadwiślańską), a Doliną Dolnego Sanu, w całości zawierając się w Równinie Tarnobrzeskiej. Od południa sąsiaduje z Płaskowyżem Strona | 17.

(18) Kolbuszowskim. Równinę budują piaski wodnolodowcowe i rzeczne, czasami eoliczne, opadające łagodnie ku zachodowi i północy[43]. W ich podłożu zalega miocen z pogipsową serią siarkonośną, którego strop zapada w kierunku południowym. Powierzchnia obszaru jest płaska i monotonna. Wysokości bezwzględne wahają się w granicach około 40 m: od 190,3 m n. p. m. w południowo–wschodniej do 157,9 m n. p. m. w północnej części obszaru. Obszar równinny w dużej mierze zajmują pozostałości Puszczy Sandomierskiej, składające się głównie z borów mieszanych z sosną i dębem, a także buku, grabu i lipy [44]. Występujące na obszarze gleby należą do niezbyt urodzajnych bielicoziemnych, rzadko występują brunatoziemy. W budowie geologicznej czwartorzędu dominują żwiry, piaski ze żwirami pochodzenia rzecznego i wodnolodowcowego [43].. Rys. 4.2. Lokalizacja obszaru badań na tle morfologicznego podziału Kotliny Sandomierskiej ([42], zmodyfikowano). Strona | 18.

(19) Wg regionalizacji rolniczo–klimatycznej Gumińskiego, zmodyfikowanej przez Kondrackiego [42], dokumentowany obszar znajduje się dzielnicy XVII (Sandomiersko– Rzeszowskiej). Średnia roczna temperatura dla tej części Polski wynosi 7,5oC. Klimat jest tutaj nieznaczenie chłodniejszy od tego we wschodniej części Kotliny Sandomierskiej: w lipcu temperatura osiąga średnio 18oC, a w najzimniejszym miesiącu w roku (styczeń) wynosi około 3,5oC. Pokrywa śnieżna zalega od 75 do 90 dni w ciągu roku. Wiatry wieją przeważnie w kierunku wschodnim [45]. Z punktu widzenia krążenia wód podziemnych najistotniejszym składnikiem klimatu są opady atmosferyczne: ich wielkość i rozkład w przestrzeni i czasie. Najbliższa stacja opadowa IMGW zlokalizowana jest w Kolbuszowej, na południowy–wschód od omawianego obszaru. Średnia roczna suma opadów z wielolecia (lata hydrologiczne 1955–2010) dla tej stacji wynosi 695,91 mm/rok (Rys. 4.3). W tabeli 4.1. zestawiono miesięczne sumy opadów z roku hydrologicznego 2010 dla stacji Kolbuszowa.. Rys. 4.3. Roczne sumy opadu atmosferycznego za lata hydrologiczne 1955–2010 ze stacji opadowej Kolbuszowa (na podst. [46]) Tabela 4.1. Miesięczne sumy opadów atmosferycznych (mm) ze stacji opadowej Kolbuszowa dla roku hydrologicznego 2010 (na podst. [46]) Miesiąc. XI. XII. I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. Opad (mm). 58. 48. 36. 39. 24. 49. 191. 73. 172. 118. 130. 15. Strona | 19.

(20) Obszar badań zlokalizowany jest w dorzeczu górnej Wisły. Posiada słabo rozwiniętą sieć rzeczną. Najważniejszymi ciekami są potoki Koniecpólka (prawobrzeżny dopływ rzeki Trześniówka), Dęba oraz Bystrzyk (należące do zlewni rzeki Łęg, będącej jak i Trześniówka prawostronnym dopływem Wisły). Pierwszy z nich zlokalizowany jest w południowo– zachodniej, natomiast pozostałe dwa we wschodniej części rozpatrywanego obszaru. Naturalne warunki hydrograficzne są w części północnej zaburzone w niewielkim stopniu liczną siecią sztucznych rowów i kanałów [47]. Przez centralną część przebiega wododział powierzchniowy III rzędu rozdzielający badany obszar na zlewnie dwóch rzek: Koniecpólki i Dęby. W południowo–zachodniej części występuje także niewielki fragment wododziału powierzchniowego IV rzędu (zał. 1). 4.3. Zagospodarowanie terenu Obszar badań jest regionem rolniczo–przemysłowym o słabo rozwiniętej sieci miejskiej. Przeważa krajobraz leśny – pozostałości po Puszczy Sandomierskiej. Dominują lasy sosnowe i mieszane (sosnowo–brzozowe, sosnowo–olchowe i brzozowo–sosnowe) [48,49]. Pobliskie miasto Nowa Dęba liczy 7,8 tys. mieszkańców. Obszar przemysłowy związany jest z dawnymi Zakładami Metalowymi (ZM) „Dezamet”, zajmującymi się w latach trzydziestych XX wieku produkcją wyrobów zbrojeniowych. Oprócz wymienionych ZM „Dezamet” obecnie funkcjonuje w tym rejonie 20 firm związanych przeważnie z energetyką, przemysłem farmaceutycznym, metalowym i aluminiowym, w tym m. in.: Energetyka Wisłosan Sp. z o.o. (produkcja i dystrybucja energii elektrycznej oraz cieplnej), Sanfarm Sp. z o.o. (wytwórnia farmaceutyczna), Innowacja Sp. z o.o. (odlewnia wraz z kompleksową obróbką mechaniczną), Eko-Centrum Sp. z o.o. (produkcja stopów aluminiowych). Obiekty te, wchodzą w Tarnobrzeską Specjalną Strefę Ekonomiczną (TSSE), która funkcjonuje w tym obszarze od końca lat 90-tych ubiegłego wieku. Ponadto, w rejonie tym zlokalizowane są takie obiekty jak: oczyszczalnia ścieków dla miasta Nowa Dęba (zachodnia część), ogródki działkowe (wschodnia część) i cmentarz (południowo – wschodnia część obszaru) (zał. 1). 4.4. Budowa geologiczna Badany. obszar. położony. jest. w. obrębie. jednostki. zwanej. Zapadliskiem. Przedkarpackim. Występują tutaj zalegające niezgodnie na utworach mezozoicznych, paleozoicznych i prekambryjskich utwory miocenu, przykryte różnej miąższości osadami czwartorzędu [50]. Strona | 20.

(21) Utwory mioceńskie reprezentowane są przez nieprzepuszczalną serię ilasto– piaszczystą (z przewagą iłów), tzw. iły krakowieckie. Należą do nich głównie iły, łupki, iłołupki, mułowce. Wśród całej serii mioceńskiej wydzielono cztery kompleksy różniące się litologicznie. Są to od spągu: piaszczysty, ilasto–mułowcowy, drugi kompleks piaszczysty oraz ilasto–mułowcowo–piaszczysty. Miąższość osadów mioceńskich osiąga ponad 500 m [43]. Na badanym obszarze strop tych utworów nawiercono na głębokości od ok. 10 m (południowa część) do ponad 35 m (centralna część) w miejscu lokalizacji ujęcia wód podziemnych [43]. Czwartorzęd stanowią głównie plejstoceńskie, w mniejszym stopniu holoceńskie, osady akumulacji rzeczno–lodowcowej kształtowane przez zlodowacenia środkowo– i północno–polskie. Osady piasków ze żwirami rzeczno–peryglacjalnych związane są ze. zlodowaceniem. środkowopolskim,. natomiast. piaski. i. żwiry. rzeczne. tarasów. nadzalewowych Wisły pochodzą ze zlodowacenia północnopolskiego (Rys. 4.4). Utwory piaszczyste mają wykształcenie o różnej granulacji, w spągowej części jako piaski gruboziarniste, żwiry i pospółka, przechodzące ku górze w piaski drobno- i średnioziarniste (Rys. 4.4 i 4.5). Występują także przewarstwienia piasku pylastego, pyłów, a także lokalnie gliny zwięzłe o miąższości około 0,3–0,6 m. Miąższość utworów wodonośnych jest zmienna, średnio wahając się od kilu do kilkudziesięciu metrów, w rejonie ujęcia w Nowej Dębie dochodząc do ok. 30 m [44].. Strona | 21.

(22) Rys. 4.4. Wycinek Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski w skali 1: 50 000 ([51], zmodyfikowano) 1 - piaski i żwiry rzeczne z wkładkami mułków tarasów nadzalewowych 7-17 m n. p. rzeki (Wisły) (plejstocen; zlodowacenie północnopolskie); 2 - piaski eoliczne (plejstocen-holocen); 3 - piaski eoliczne w wydmach (plejstocen-holocen); 4 - osady rzeczne w ogólności (holocen); 5 – piaski ze żwirami rzeczno-peryglacjalne (plejstocen; zlodowacenie środkowopolskie); 6 – ujęcie wód podziemnych Nowa Dęba. Strona | 22.

(23) Strona | 23. 1 – piaski drobne; 2 – piaski drobne i średnie z domieszką żwiru; 3 – piaski średnie ze żwirem i otoczakami; 4 – piaski próchnicze; 5- glina piaszczysta;. Rys. 4.5. Przekroje geologiczne I-I’ i II-II’ przez obszar badań (linie przekrojów na zał. 1).

(24) 4.5. Warunki hydrogeologiczne 4.5.1. Regionalizacja hydrogeologiczna Systematyka regionalna, która porządkuje złożony obraz hydrosfery podziemnej, stanowi najbardziej syntetyczną ilustrację wiedzy o wodach podziemnych. Uproszczona regionalizacja zwykłych wód podziemnych wg Paczyńskiego i Sadurskiego [52] zalicza omawiany obszar do prowincji niżowej, regionu przedgórskiego (VI) i subregionu przedkarpackiego (VI1) (Rys. 4.6). Regionalizacja hydrogeologiczna Polski regionów wodnych przedstawia uproszczenie warunków hydrogeologicznych występujących lokalnie w małych zlewniach cząstkowych lub w obszarach o bardzo skomplikowanej budowie geologicznej. Według tej regionalizacji badany obszar należy do prowincji Wisły, regionu górnej Wisły i subregionu zapadliska przedkarpackiego (SZP) (Rys. 4.7). Zgodnie z regionalizacją słodkich wód podziemnych Kleczkowskiego [53], omawiany obszar znajduje się w prowincji hydrogeologicznej nizinnej, pasma przedkarpackiego ze zbiornikami porowymi w utworach czwartorzędowych jako główne źródło zasobów wód podziemnych (Rys. 4.8). Północna część, gdzie zlokalizowane jest ujęcie wód podziemnych, leży w obrębie Głównego Zbiornika Wód Podziemnych (GZWP 425) Dębica–Stalowa Wola– Rzeszów (Rys. 4.9). Jest to zbiornik czwartorzędowy o charakterze porowym zlokalizowany we współczesnych i kopalnych dolinach rzek Wisły, Sanu i Wisłoki [53]. Zasoby odnawialne wynoszą ponad 3,5 l/(s∙km2) [52]. Według najnowszego podziału na jednolite części wód podziemnych (JCWPd), mającego obowiązywać od 2015 roku, badany obszar zlokalizowany jest w centralnej części JCWPd 135 (Rys. 4.9) [52].. Strona | 24.

(25) Rys. 4.6. Regionalizacja hydrogeologiczna Polski ([52], zmodyfikowano). Strona | 25.

(26) Rys. 4.7. Lokalizacja omawianego obszaru badań na tle regionów wodnych ([52], zmodyfikowano). Strona | 26.

(27) Rys. 4.8. Regionalizacja słodkich wód podziemnych ([52], zmodyfikowano). Strona | 27.

(28) Rys. 4.9. Lokalizacja obszaru badań na tle GZWP 425 i JCWPd [54] 1 – obszar badań; 2 – badane ujęcie wód podziemnych; 3 – GZWP 425 i 426; 4 – granica jednolitej części wód podziemnych (JCWPd 135) wg podziału PSH z 2008 r.; 5 – granice scalonych jednolitych części wód powierzchniowych (SJCWP) wg RZGW Kraków. 4.5.2. Charakterystyka czwartorzędowego piętra wodonośnego Omawiane piętro wodonośne tworzą dwie jednostki: 3aQIII oraz 4aQII (Rys. 4.10). Jednostkę 3aQIII budują piaski i żwiry rzeczne o miąższości wahającej się od 10 do 20 m (w rejonie Nowej Dęby osiągając ponad 30 m) i przewodności w przedziale 200–500 m2/d. Wydajności potencjalne studni wynoszą od 30–70 m3/h, a nawet do 70–120 m3/h. Naturalne zwierciadło wód podziemnych zalega swobodnie na głębokości do 5,0 m p.p.t. Infiltrację wód atmosferycznych ułatwia brak izolacji warstwy wodonośnej od powierzchni terenu, co sprzyja również przesiąkaniu zanieczyszczeń z powierzchni terenu do wód podziemnych. Średni. Strona | 28.

(29) moduł zasobów dyspozycyjnych wynosi 210 m3/d/km2. Poziom ten jest intensywnie eksploatowany przez ujęcie w Nowej Dębie [55]. Jednostka 4aQII charakteryzuje się nienajlepszymi parametrami hydrogeologicznymi. Miąższość utworów wodonośnych, zbudowanych przez piaski różnoziarniste (miejscami zapylone) pochodzenia rzecznego i peryglacjalnego, nie przekracza 10 m, jedynie w rejonie Nowej Dęby sięga 10–20 m. Przewodność nie przekracza 200 m2/d, wydajności potencjalne studni wynoszą 10–30 m3/h, a średni moduł zasobów dyspozycyjnych 130 m3/d/km2. Poziom użytkowy tej jednostki eksploatowany jest w rejonie Huty Komorowskiej [55]. Na omawianym obszarze czwartorzędowe piętro wodonośne stanowi główny poziom wodonośny będący jedynym źródłem zaopatrzenia mieszkańców Nowej Dęby i okolic w wodę pitną. Budują go utwory piaszczyste i żwirowe akumulacji rzecznej, które pochodzą przeważnie za zlodowacenia północnopolskiego oraz w mniejszym stopniu z interglacjału eemskiego. W stropie warstwy wodonośnej występują utwory drobnoziarniste, a w środkowej części pojawiają się przewarstwienia i wkładki mułkowo–ilastych utworów słabo przepuszczalnych. Natomiast w spągowej części znajdują się utwory gruboziarniste, poniżej których zalegają mioceńskie nieprzepuszczalne iły krakowieckie [55]. Miąższość utworów wodonośnych na przeważającej części obszaru wynosi od ok. 10 m (południowa część) do prawie 30 m (środkowa część) w miejscu lokalizacji ujęcia wód podziemnych (Rys. 4.11). Przewodność hydrauliczna na tym obszarze mieści się w granicach od 200 do 500 m2/d, a potencjalna wydajność studni od 50 do 120 m3/d [55]. Zwierciadło wód podziemnych o charakterze swobodnym stabilizuje się na głębokości od 0,65 m w górnym odcinku do 1,45 m w zachodnim i północnym odcinku potoku Koniecpólka. Największą głębokość osiąga natomiast w rejonie ujęcia wód podziemnych (10,5 m), a także na obszarze wyniesień morfologicznych – nawet do 16,0 m. Generalnie, zwierciadło wód podziemnych na omawianym obszarze zapada w kierunku północnym. Główną bazę drenażu wód podziemnych stanowią rzeki: Dęba i Koniecpólka. Mniejsze cieki powierzchniowe występujące w rejonie Nowej Dęby wykazują charakter drenująco–zasilający czwartorzędowy poziom wodonośny.. Strona | 29.

(30) Rys. 4.10. Wycinek Mapy hydrogeologicznej Polski w skali 1 : 50 000 [55]. Strona | 30.

(31) Strona | 31. 1 – piaski drobne; 2 – piaski drobne i średnie z domieszką żwiru; 3 – piaski średnie ze żwirem i otoczakami; 4 – piaski próchnicze; 5- glina piaszczysta; 6 – glina pylasta; 7 – pył; 8 - utwory trzeciorzędowe (mioceńskie iły krakowieckie); 9 – czwartorzęd; 10 – strefa aeracji; 11 – strefa saturacji; 12 – zwierciadło wody (stan na X.2010); 13 – nazwa otworu i rzędna terenu [m n.p.m.]. Rys. 4.11. Przekroje hydrogeologiczne I-I’ i II-II” przez obszar badań (na podst. [56]; linie przekrojów na zał. 1).

(32) Zasilanie użytkowego poziomu wodonośnego odbywa się głównie przez infiltrację opadów atmosferycznych. Brak utworów izolujących oraz płytko zalegające zwierciadło wody zwiększa prawdopodobieństwo przedostania się zanieczyszczeń z powierzchni terenu do warstwy wodonośnej. Głównym podmiotem eksploatującym wody podziemne na badanym obszarze jest Zakład Produkcji Wody Sp. z o.o. w Nowej Dębie. Mimo, iż większość gminy Nowa Dęba włączona jest do sieci wodociągowej, wody podziemne ujmowane są również przez studnie kopane i wykorzystywane uzupełniająco do celów gospodarczych w ramach zwykłego korzystania z wód. Ze względu na wydatki jednostkowe studni q w granicach 0,37–5,74 l/s/m badany obszar można na podstawie klasyfikacji Krasnego–Staśki [57] zaliczyć do klasy średniej i wysokiej przewodności hydraulicznej środowiska skalnego III i II (Rys. 4.12). Odchylenie standardowe wskaźnika wydajności jednostkowej studni Y jest równe 0,29, co wskazuje na środowisko hydrogeologiczne słabo zróżnicowane, klasa zmienności mała „b” [58].. Rys. 4.12. Zmienność wydajności jednostkowej studni na wykresie prawdopodobieństwa dla otworów studziennych ujmujących czwartorzędowe wody podziemne (na podst. [56]). Strona | 32.

(33) Zmienność współczynnika filtracji k na omawianym obszarze oceniona na podstawie danych z wyników próbnych pompowań pojedynczych studni jest niewielka i waha się w granicach 10-5–10-3 m/s (Rys. 4.13). Maksymalne wartości współczynnika filtracji zaobserwowano. w. rejonie. ujęcia.. Porowatość. efektywna. utworów. budujących. czwartorzędową warstwę wodonośną jest wysoka i waha się w granicach 0,20–0,35 [59].. Rys. 4.13. Zmienność współczynnika filtracji utworów czwartorzędowych obszaru badań na wykresie prawdopodobieństwa (na podst. [56]). 4.6. Opis ujęcia wód podziemnych w Nowej Dębie Ujęcie wód podziemnych w Nowej Dębie, eksploatowane przez Zakład Produkcji Wody (ZPW) Sp. z o.o., zaopatruje w wodę pitną mieszkańców miasta i gminy oraz zakłady produkcyjne, a także produkuje wodę źródlaną „Dębianka”. Zlokalizowane jest na zachód od centrum miasta Nowa Dęba, w odległości około 2 km na północ od ZM „Dezamet”. Ujęcie posiada ustanowioną strefę ochronną decyzją Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Krakowie z dnia 17 grudnia 2012 roku [60]. Składa się ono z 10 studni, ujmujących czwartorzędowe wody podziemne, z czego 2 są nieczynne (S-3b i S-5b – przeznaczone do likwidacji), 2 zostały włączone do bariery rozdeszczującej (S-4c i S-6b), ze względu na występowanie zanieczyszczenia wód podziemnych TCE i PCE. Pozostałe 6 studni (S-IA, S-1b, S-2c, S-7b, S-8b i S-9) jest eksploatowanych dla potrzeb produkcji wody przez ZPW. Parametry poszczególnych studni ujęcia przedstawiono w tabeli 4.2 a ich lokalizację na zał. 1. Dla potrzeb prawidłowego funkcjonowania bariery Strona | 33.

(34) rozdeszczującej wykonano dodatkowo studnię S-2Tr, zlokalizowaną w północnej części ZM „Dezamet” (zał. 1). Tabela 4.2. Parametry studni głębinowych ujęcia ZPW Sp. z o.o. w Nowej Dębie (na podst. [61]) Nr studni S-1b S-IA S-2c S-3b. Wydatek Depresja Głębokość eksploatacyjny eksploatacyjna [m] 3 [m /h] [m] 100,27 12,20 39,0 100,0 11,50 39,0 60,0 4,70 32,0 70,0 15,00 31,0. S-4c. 75,0. 4,35. 30,5. S-5b. 65,5. 4,50. 30,0. S-6b. 70,6. 6,30. 31,5. S-7b S-8b S-9. 51,0 50,5 70,0. 3,70 4,10 6,20. 30,5 29,0 26,0. Status studni czynna awaryjna czynna do likwidacji czynna (czyszcząca) do likwidacji czynna (czyszcząca) czynna czynna czynna. Woda podziemna pobrana na ujęciu zanim trafi do odbiorców poddawana jest oczyszczaniu na stacji uzdatniania (SUW) polegającym na jej napowietrzaniu na 4 wieżach kontaktowych/aeracyjnych, a następnie dwustopniowej filtracji na złożach kwarcowych oraz dolomitowych uzupełnionych o prażone magnezyty [60]. W ten sposób wodę wzbogaca się dodatkowo jonami wapnia i magnezu. Zasoby eksploatacyjne ujęcia zatwierdzone we wrześniu 1977 wynosiły 600 m3/h [61]. Ze względu na przeszacowanie oraz znacznie mniejsze obecnie zapotrzebowanie na wodę zasoby eksploatacyjne ujęcia zostały zmniejszone o połowę i decyzją marszałka województwa podkarpackiego (OS–IV.7431.16.2012.WZ) z dnia 30 sierpnia 2012 roku wynoszą 300 m3/h [62]. Średnia dobowa wydajność ujęcia wynosi Qdśr = 2 213,84 m3/d (lata 2000–2011), co odpowiada wielkości wydobycia 92,24 m3/h, tj. zaledwie 26,35% wartości określonej w pozwoleniu wodnoprawnym (350 m3/h). Roczne pobory wody na ujęciu w latach 2000–2011 przedstawiono na rysunku 4.14.. Strona | 34.

(35) Rys. 4.14. Łączne roczne pobory wody podziemnej dla ujęcia w Nowej Dębie w latach 2000–2011 (na podst. [61]). Na. wykresach. położenia. zwierciadła. dynamicznego. wody. podziemnej. i odpowiadającego mu wydobycia (Rys. 4.15) można zauważyć, że zwierciadło dynamiczne charakteryzuje się rzędnymi od 151,62 m n.p.m. (studnia S-IA) do 158,90 m n.p.m. (studnie S-4ci S-7b). Obserwuje się też związek wydajności studni ze zmianą rzędnej zwierciadła dynamicznego. Wraz ze spadkiem poboru wody w studni następuje wzrost poziomu zwierciadła. Najlepiej obrazuje to studnia S-6b. Przeważnie wahania rzędnej zwierciadła dynamicznego oscylują w granicach od 1,0 do 2,0 m.. Strona | 35.

(36) Rys. 4.15. Wykres wahań dynamicznego zwierciadła wód podziemnych na tle poboru wód ze studni ujęcia w Nowej Debie: grudzień 2009 – grudzień 2011 (na podst. [61]). Strona | 36.

(37) 5. BADANIA TERENOWE 5.1. Metodyka badań Pierwszym etapem badań terenowych było pobranie próbek materiału warstwy wodonośnej do badań laboratoryjnych. Materiał ten został uzyskany z wiercenia studni S-9 w 2009 roku. Ze względu na słabe rozpoznanie stanu chemicznego i potrzebę zebrania danych do budowy modelu hydrodynamicznego wykonano kartowanie hydrogeologiczne w sierpniu oraz na przełomie października/listopada 2010 roku. Kartowanie obejmowało pomiar zwierciadła wody we wszystkich punktach sieci monitoringowej ujęcia w Nowej Dębie (29 piezometrów – oznaczenia „M” i „P”) oraz w 10 studniach wierconych i 36 studniach kopanych zlokalizowanych w obszarze badań (zał. 1). Dokonano również opróbowania 39 punktów wody podziemnej oraz 4 punktów cieków powierzchniowych rejonu Nowej Dęby. Pobrano 3 rodzaje próbek w każdym punkcie pomiarowym: (i) o objętości 1000 ml do butelki z PE, bez filtracji; (ii) o objętości 1000 ml do butelki z ciemnego szkła bez pozostawienia powietrza, bez filtracji; (iii) o objętości 50 ml do butelki z PE – wodę poddano filtracji i zakwaszono HCO3. Próbki wody powierzchniowej i podziemnej pobrano zgodnie z normami: odpowiednio PN–ISO 5667–6: 2003 oraz PN–ISO 5664–11:2004. Następnie pobrane próbki zostały przewiezione do laboratorium. Zakres oznaczeń obejmował 49 wskaźników fizykochemicznych. Bezpośrednio w terenie oznaczono 5 wskaźników nietrwałych: pH, Eh, tlen rozpuszczony (DO), przewodnictwo elektrolityczne właściwe (PEW) i temperaturę. Analizę chemiczną (42 wskaźniki) pobranych próbek wykonało akredytowane Laboratorium Chemiczne Katedry Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej (certyfikat akredytacji PCA nr AB 1050). Oznaczenia dodatkowych 3 wskaźników: TCE, PCE i całkowitego węgla organicznego (TOC) wykonano w akredytowanym Laboratorium Wessling Polska Sp. z o.o. w Krakowie (certyfikat akredytacji PCA nr 918). Szczegółowej. analizie. poddanych. zostało. 14. wybranych. wskaźników. fizykochemicznych. Siedem z nich to tzw. jony główne, które występują w dominujących stężeniach w wodach podziemnych. Należą do nich kationy: sód (Na), potas (K), wapń (Ca), Magnez (Mg) oraz aniony: chlorki (Cl), siarczany (SO4) i wodorowęglany (HCO3). Pozostałe, tj.: glin (Al), żelazo (Fe), mangan (Mn), nikiel (Ni) oraz TCE i PCE występują w podwyższonych stężeniach i stanowią jedną z przyczyn degradacji jakości tych wód. Wyniki analiz fizykochemicznych wybranych wskaźników posłużyły także do określenia tła hydrogeochemicznego, służącego do rozróżnienia zmian jakości wód o różnym charakterze: od naturalnego do antropogenicznego [63]. Do jego wyznaczenia Strona | 37.

(38) zastosowano metodę analityczną (statystyczną) oraz graficzną – przy pomocy wykresów probabilistycznych. Jako granice tła przyjęto wartości stężeń badanych składników odpowiadające różnicy dwóch odchyleń standardowych (͞x) ± 2Sd od oszacowanej wartości środkowej parametru (͞x). Dolna i górna granica tła odpowiada prawdopodobieństwu wystąpienia, odpowiednio: 10% i 90%. Wyznaczono również tło hydrogeochemiczne dla percentyli 16% i 84% odpowiadających zmienności jednego odchylenia standardowego (͞x) ± 1Sd) od oszacowanej wartości środkowej parametru oraz dla percentyli 2,7% i 97,3%. Ocenę stanu chemicznego wód podziemnych w punkcie monitoringowym dokonano zgodnie z wytycznymi zawartymi w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 23 lipca 2008 r. [18]. Przeprowadzono ją w odniesieniu do punktu pomiarowego, ustalając klasę jakości. wód. podziemnych. przez. porównanie. wartości. badanych. elementów. fizykochemicznych z wartościami granicznymi elementów fizykochemicznych określonymi w załączniku do rozporządzenia. Natomiast oceny obszarowej stanu chemicznego wód podziemnych dokonano na podstawie agregacji uzyskanych wartości wskaźników fizykochemicznych w poszczególnych punktach pomiarowych, za pomocą średniej arytmetycznej i odniesieniu ich do wartości progowych zawartych w załączniku do rozporządzenia. Klasyfikację elementów fizykochemicznych określających stan wód podziemnych odniesiono do pięciu klas jakości wód podziemnych: od I do V, czyli wód bardzo dobrej jakości po wody złej jakości, określonych w rozporządzeniu [18]. Wartościami progowymi dla dobrego stanu chemicznego są wartości graniczne elementów fizykochemicznych określone dla III klasy jakości wód podziemnych. 5.2. Wyniki badań 5.2.1. Charakterystyka jakości wód powierzchniowych Cieki powierzchniowe omawianego obszaru, tj. rzeki Koniecpólka, Bystrzyk i Dęba znajdują się w ciągłym kontakcie hydraulicznym z wodami podziemnymi. Dlatego też bardzo ważne jest, z punktu widzenia stanu chemicznego wód podziemnych, zachowanie dobrego stanu chemicznego wód powierzchniowych. Największe znaczenie dla jakości wód podziemnych ma rzeka Koniecpólka, do której zrzucane są ścieki przemysłowe. Analiza próbek wody wykazała słaby stan chemiczny rzeki Koniecpólki w dwóch spośród czterech punktów opróbowania, ze względu na występowanie TCE w stężeniach przekraczających wartości graniczne (wg Rozporządzenia Ministra Strona | 38.

(39) Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 roku, określającego sposób klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych (JCW) [64]. Natomiast w raporcie o stanie środowiska w województwie podkarpackim za 2010 rok [65], stan chemiczny wody tej rzeki oceniono jako dobry. Potencjał ekologiczny określono jako umiarkowany (Tab. 5.1). Elementy biologiczne zaklasyfikowano do klasy III, a fizykochemiczne poniżej stanu dobrego [65]. Ponadto wody rzeki Koniecpólki zagrożone są eutrofizacją powodowaną emisją ścieków ze źródeł komunalnych [66]. Tabela 5.1. Klasyfikacja stanu/potencjału ekologicznego, stanu chemicznego jednolitych części wód powierzchniowych – 2010 rok [65] Nazwa i kod jednolitej części wód powierzchniowych (JCW) Koniecpólka PLRW2000172196369. Nazwa punktu pomiarowo kontrolnego KoniecpólkaŚlęzaki. Silnie zmienione JCW (T/N). Stan / potencjał ekologiczny. Stan chemiczny. Stan wód. NIE. umiarkowany. dobry. zły. 5.2.2. Charakterystyka jakości wód podziemnych Charakterystyka ogólna stanu chemicznego wód podziemnych Czwartorzędowe wody podziemne badanego obszaru charakteryzują się niską mineralizacją od 114 mg/dm3do 490 mg/dm3. Dominują dwa typy wody według klasyfikacji Altowskiego–Szwieca:. SO4–Cl–Ca–Na–Mg i. SO4–HCO3–Cl–Ca–Na–Mg (Rys. 5.1).. Niewielki wzrost stężenia jednego ze składników powoduje zmianę typu chemicznego wody (Rys. 5.2) [67]. W tabeli 5.2. zestawiono podstawowe statystyki opisowe wybranych wskaźników chemicznych oznaczonych w próbkach wód podziemnych pobranych w obszarze badań, wraz z wartościami tła hydrogeochemicznego (wyznaczonego metodą obliczeniową – zakres percentyli: 16–84%; 2,3–97,7%; 10–90%), a także maksymalnymi dopuszczalnymi stężeniami tych wskaźników w wodach przeznaczonych do spożycia przez ludzi [19] oraz wartościami ogólnopolskiego tła hydrogeochemicznego [18].. Strona | 39.

(40) Rys. 5.1. Typy chemiczne czwartorzędowych wód podziemnych w rejonie ujęcia w Nowej Dębie (wg klasyfikacji Altowskiego–Szwieca). Rys. 5.2. Skład jonowy czwartorzędowych wód podziemnych w rejonie ujęcia w Nowej Dębie. Strona | 40.

(41) Strona | 41. Tabela 5.2. Parametry statystyczne wybranych składników chemicznych w czwartorzędowym zbiorniku wodonośnym na omawianym obszarze ([67], zmodyfikowane).

(42) Tło hydrogeochemiczne Przeprowadzone. obliczenia. w. odniesieniu. do. wybranych. 14. wskaźników. fizykochemicznych obszaru badań wykazały, że górna granica tła hydrogeochemicznego odpowiadająca percentylom 90% w przypadku 6 wskaźników (Al, Fe, Mn, Ni, SO4, TCE) przekracza tło ogólnopolskie, natomiast w przypadku pH i HCO3, obie granice: górna i dolna są poniżej tła ogólnopolskiego (Tab. 5.2; Rys. 5.3). Agregacja do wartości średniej arytmetycznej danych dotyczących 9 wskaźników (Ca, Mg, Na, K, Cl, SO4, HCO3, Al, Mn) wykazała wartości niższe od progowych dla wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi [19], przy czym dla Al jest ona zbliżona do wartości progowej. Wartości średniej arytmetycznej pozostałych 4 wskaźników (Fe, Ni, TCE i PCE), są natomiast wyższe od wartości progowej. W przypadku pH, wartość ta jest za niska, w stosunku do wartości progowej (Tab. 5.2) [68].. Rys. 5.3. Wykres prawdopodobieństwa wybranych wskaźników chemicznych czwartorzędowych wód podziemnych służący do oceny aktualnego tła hydrogeochemicznego (stan na 2010 r.). Strona | 42.

(43) Ocena stanu chemicznego Do oceny punktowej stanu chemicznego wód podziemnych obszaru badań wykorzystano program Klasy [69]. Posłużono się wynikami z 39 otworów biorąc pod uwagę 35 wskaźników fizykochemicznych. Spośród analizowanych punktów monitoringowych wód podziemnych w dwóch punktach (5%) stwierdzono wody klasy II, w siedemnastu punktach (44%) wody klasy III, w czternastu punktach (36%) wody klasy IV, a w sześciu punktach (15%) wody klasy V (Rys. 5.4; Tab. 5.3) [54].. Klasa V 15% Klasa IV 36%. Klasa II 5% Klasa III 44%. Rys. 5.4. Ocena punktowa stanu chemicznego wód podziemnych w rejonie Nowej Dęby [68]. Generalnie, czwartorzędowe wody podziemne w rejonie Nowej Dęby można określić jako niezadowalającej jakości. Degradacja spowodowana jest niskim pH oraz wysokimi stężeniami Fe, Ni, Al, a przede wszystkim TCE i PCE (Tab. 5.3), których ponadnormatywne stężenia wykryto w 2008 roku, po wprowadzeniu obowiązku ich badania w wodach podziemnych. Oceny obszarowej jakości wód podziemnych dokonano na podstawie agregacji danych (średnia arytmetyczna z 39 punktów pomiarowych na obszarze badań) (Tab. 5.4). Stan chemiczny czwartorzędowych wód podziemnych w rejonie Nowej Dęby oceniono jako słaby.. Strona | 43.

(44) Tabela 5.3. Parametry przekraczające wartości dopuszczalne w punktach pomiarowych w czwartorzędowych wodach podziemnych w rejonie ujęcia w Nowej Dębie [54] Lp. Nazwa otworu Klasa jakości wody Wskaźniki w klasie IV Wskaźniki w klasie V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39. S-1a S-2c S-2Tr S-3a S-4c S-5b S-6b S-7b S-8b S-9 P-1g P-2g P-3g P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 P-10 M-1 M-2 M-3 M-5 M-6 M-7 M-8 M-9 M-10 M-11 M-12 M-13 M-14 M-15 M-16 H-1 H-2. III III V IV IV IV V IV IV III III IV IV IV IV III IV V IV III III IV III III III V III III II III III III V III IV III IV II V. pH, Fe pH, Fe pH pH, Ni pH, Ni, TCE pH, Ni pH pH, Ni, Fe pH, Ni pH pH pH, PCE pH, Al pH, Ni pH, Ni pH pH, Ni pH, Al pH, Al, Ni, Fe pH, Fe pH pH, Ni pH pH pH. PCE, TCE. Fe TCE Fe. Al, Ni, TCE Ni, TCE, PCE Fe Mn, Fe Ni, Fe. PCE, TCE pH, Na, Fe pH, Fe pH pH, Fe pH, Fe pH, Fe pH pH, Ni pH pH, Al. Ni, Fe, PCE, TCE. pH, Ni. PCE, TCE. Ni Fe. Strona | 44.

(45) Tabela 5.4. Klasyfikacja jakości czwartorzędowych wód podziemnych w rejonie Nowej Dęby [68] Wartości graniczne w poszczególnych klasach Parametry Lp. Jednostka fizykochemiczne 1. (Dz.U.2008.143 896.). Średnie stężenie parametru. Klasa I. Klasa II. Klasa III. Klasa IV. Klasa V. 6,5-9,5. 6.5-9.5. 6.5-9.5. <6.5 lub >9.5. <6.5 lub >9.5. 5.83. pH. [-]. 2. γ25. [μS/cm]. 700. 2500*. 2500*. 3000. >3000. 302.18. 3. temp.. [0C]. <10. 12. 16. 25. >25. 10.54. 3. 4. TOC. [mg/dm ]. 5. 10*. 10*. 20. >20. 2.275. 5. Na+. [mg/dm3]. 60. 200*. 200*. 300. >300. 22.59. +. 3. 6. K. [mg/dm ]. 10*. 10*. 15. 20. >20. 3.29. 7. Be+2. [mg/dm3]. 0,0005. 0.05. 0.1. 0.2. >0.2. 0.00069. 8. Ca+2. [mg/dm3]. 50. 100. 200. 300. >300. 31.24. 9. +2. [mg/dm3]. 30. 50. 100. 150. 150. 6.89. Mg. 10. +2. 3. Ba. [mg/dm ]. 0,3. 0.5. 0.7. 3. >3. 0.09. 11. Fe+2. [mg/dm3]. 0,2. 1. 5. 10. >10. 7.92. +2. 3. 12. Mn. 13. Ag+. [mg/dm ]. 0,05. 0.4. 1*. 1*. >1. 0.26. [mg/dm3]. 0.001. 0.05. 0.1*. 0.1*. >0.1. 14. Zn. +2. 0.01. [mg/dm ]. 0.05. 0.5. 1. 2. >2. 0.04. 15. Cu+2. [mg/dm3]. 0.01. 0.05. 0.2. 0.5. >0.5. 0.012. 16. Ni+2. [mg/dm3]. 0.005. 0.01. 0.02. 0.1. >0.1. 0.08. 17. Co. +2. [mg/dm3]. 0.02. 0.05. 0.2. 1. >1. 0.016. 18. Pb+2. [mg/dm3]. 0.01. 0.025. 0.1*. 0.1*. >0.1. 0.0001. 19. +2. [mg/dm3]. 0.001*. 0.001*. 0.001*. 0.005. >0.005. 0.0002. 3. Hg. 20. Cd. 2+. [mg/dm ]. 0.001. 0.003. 0.005. 0.01. >0.01. 0.0005. 21. Se+2. [mg/dm3]. 0.005. 0.01*. 0.01*. 0.05. >0.05. 0.01. 22. Sb. +3. [mg/dm ]. 0.005*. 0.005*. 0.005*. 0.1. >0.1. 0.0002. 23. Al.+3. [mg/dm3]. 0.1. 0.2*. 0.2*. 1. >1. 0.13. 24. Cr. 3+. [mg/dm ]. 0.01. 0.05*. 0.05*. 0.1. >0.1. 0.14. 25. Mo+6. [mg/dm3]. 0.003. 0.02*. 0.02*. 0.03. >0.03. 0.0003. 26. V+5. [mg/dm3]. 0.004. 0.02. 0.05. 0.5. >0.5. 0.002. 27. +4. [mg/dm3]. 0.01. 0.05. 0.1. 0.5. >0.5. 0.04. Ti. 3. 3. 3. 28. 3+. As. [mg/dm ]. 0.01*. 0.01*. 0.02. 0.2. >0.2. 0.001. 29. Tl+4. [mg/dm3]. 0.001. 0.01. 0.02. 0.1. >0.1. 0.0001. 30. Cl-. [mg/dm3]. 60. 150. 250. 500. >500. 30.18. [mg/dm3]. 60. 250*. 250*. 500. >500. 85.34. 200. 350. 500. 800. >800. 44.08. 31. 3. -2. SO4. -. 3. 32. HCO3. 33. PO4. -3. [mg/dm ]. 0.5*. 0.5*. 1. 5. >5. 0.09. 34. TCE. [mg/dm3]. 0.001. 0.01. 0.05. 0.1. >0.1. 0.31. 0.001. 0.01. 0.05. 0.1. >0.1. 0.06. 35. PCE. [mg/dm ] 3. 3. [mg/dm ]. * brak dostatecznych podstaw do zróżnicowania wartości granicznych w niektórych klasach jakości; przy klasyfikacji do oceny przyjmuje się klasę o najwyższej jakości spośród klas posiadających tę samą wartość graniczną.. Strona | 45.

(46) 5.3. Zanieczyszczenie wód podziemnych TCE i PCE na ujęciu w Nowej Dębie W związku z występowaniem TCE i PCE w wodach podziemnych obszaru badań, studnie ujęcia, w których wykryto ich ponadnormatywne stężenia zostały wyłączone z obiegu. Rozmieszczenie przestrzenne obu zanieczyszczeń (Rys. 5.5), a także ich zmienność sezonowa (Rys. 5.6), związane są prawdopodobnie z okresowymi zrzutami tych substancji do środowiska gruntowo–wodnego. Największe stężenia sumy TCE i PCE w wodach podziemnych obszaru badań zaobserwowano w 2009 roku (Rys. 5.6). Aktualnie, w celu tymczasowego ograniczenia zagrożenia ujęcia wody w Nowej Dębie związanego z zanieczyszczeniem eksploatowanych wód TCE i PCE oraz (do pewnego stopnia) ich remediacji stosuje się prosty system bariery hydraulicznej z rozdeszczeniem odpompowanej wody (Rys. 5.7). Działania naprawcze polegają na wykonaniu bariery hydrogeologicznej (zewnętrznej) na drodze przepływu zanieczyszczonych wód podziemnych do ujęcia i skierowanie pompowanych wód do rozdeszczenia, z jednoczesnym zapewnieniem wydajności ujęcia na poziomie dotychczasowych potrzeb związanych z zaopatrywaniem mieszkańców w wodę do picia. Barierę hydrauliczną stanowią 1 studnia głębinowa (S-2Tr) odwiercona w rejonie ZM „Dezamet” na kierunku spływu zanieczyszczonych wód do ujęcia oraz 2 studnie głębinowe (S-6b i S-4c) pracujące wcześniej jako podstawowe studnie ujęcia wody, które po stwierdzeniu zanieczyszczenia przeznaczone zostały do pracy na rzecz bariery. Studnie te, wytwarzając depresję podczas pompowania wody, mają na celu umożliwienie kontroli hydraulicznej migrujących zanieczyszczeń w wodach podziemnych, tak. aby. nie. dopuścić. do. rozprzestrzeniania. się. zanieczyszczenia. w. kierunku. niezanieczyszczonych studni ujęcia (Rys. 5.5). Na w/w studniach zamontowano instalację rozdeszczenia. Eksploatacja bariery przewidziana do 30 czerwca 2013 roku polega na odpompowywaniu i rozdeszczeniu zanieczyszczonej wody na wysokość ok. 6 m za pośrednictwem rur stalowych DN 100, każda o długości 12 m z nawierconymi na szczycie 110 otworami o średnicy 5 mm [61]. Równolegle prowadzony jest monitoring w zakresie stężeń TCE i PCE oraz wydajności wszystkich studni i piezometrów zlokalizowanych na terenie stacji i strefy ochronnej ujęcia. Zakres i częstotliwość opróbowania są aktualizowane w zależności od uzyskiwanych wyników badań.. Strona | 46.

(47) Rys. 5.5. Mapa sumarycznych stężeń TCE i PCE w wodzie podziemnej w rejonie ujęcia w Nowej Dębie (stan średni na 2010 rok) 1 – studnie eksploatacyjne wód podziemnych; 2 – piezometry o symbolach „P” i „M”; 3 – granica modelu matematycznego; 4 – ujęcie wód podziemnych Nowa Dęba; 5 – granica byłych ZM „Dezamet”; 6 – izolinie sumarycznych stężeń TCE i PCE;. Strona | 47.

(48) Rys. 5.6. Wykres zmienności stężeń TCE i PCE w wodzie podziemnej w rejonie ujęcia w Nowej Dębie ( na podst. [61]). Strona | 48.

(49) Rys. 5.7. Schemat systemu bariery hydraulicznej z rozdeszczeniem wody zanieczyszczonej TCE i PCE na ujęciu w Nowej Dębie [62]. W wyniku napowietrzania (poprzez rozdeszczenie) wody pompowanej ze studni bariery następuje redukcja stężenia Σ TCE i PCE w zakresie od 60 do 97% (Tab. 5.5) w wodzie wsiąkającej (ok. 25% wody rozdeszczonej) powtórnie do warstwy wodonośnej. Mimo to stężenie ΣTCE i PCE w wodzie rozdeszczonej przekracza w niektórych przypadkach wartości dopuszczalne dla dobrego stanu wód podziemnych wg [18], a także wartości dopuszczalne (10 µg/dm3) dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi [19]. Tabela 5.5. Analizy wody ze studni czyszczącej S-6b oraz wody rozdeszczonej (na podst. [61]) Rodzaj próbki ΣTCE i PCE woda surowa ΣTCE i PCE woda rozdeszczona Stopień redukcji, %. Data poboru próbki / Stężenie w µg/dm3 16.03.09 11.05.09 09.11.09 15.03.10 04.10.10 07.03.11 05.05.11 04.07.11 08.11.11. 02.04.12. 614. 550. 226. 198. 225. 161. 153. 164. 138. 104. 178. 37. 6. 79. 48. 29. 20. 13. 7. 22. 71. 93. 97. 60. 79. 82. 87. 92. 95. 79. Ocena jakości powietrza w rejonie rozdeszczenia wody wykonana w 2 punktach pomiarowych: studnia S-2Tr oraz S-6b wiosną 2012 roku przez laboratorium WIOŚ w Rzeszowie metodą chromatografii gazowej z pasywnym poborem próbek z użyciem próbników Radiello wykazała, że nie zostały przekroczone wartości odniesienia dla TCE oraz PCE. Średnie wartości stężeń w powietrzu wynosiły, odpowiednio: 2,5–9,7 µg/m3 Strona | 49.

(50) oraz 4,1–1,6 µg/m3 (tło < 1,4–1,6 µg/m3), przy stężeniu odniesienia, odpowiednio: 100 oraz 600 µg/m3 [61]. Obserwowane przekroczenia wartości normatywnych w wodzie rozdeszczonej mogą stanowić zagrożenie dla wód podziemnych obszaru badań. Dlatego należy rozważyć modyfikację stosowanej dotychczas metody naprawczej, uwzględniającą nie tylko utrzymanie dostaw wody odpowiedniej jakości eksploatowanej przez ujęcie, ale również konieczność remediacji wód podziemnych zanieczyszczonych TCE i PCE wynikającą z zapisów RDW [1]. Realizowane dotychczas działania naprawcze planuje się prowadzić do czasu wyboru optymalnej metody remediacji wód podziemnych. Rozważane są 3 koncepcje (różniących się pod względem intensywności procesu oraz kosztów) remediacji zanieczyszczonych wód podziemnych w celu likwidacji zagrożenia dla ujęcia w Nowej Dębie, do opracowania których można wykorzystać opracowany w pracy model numeryczny transportu mas.. Strona | 50.

(51) 6. BADANIA LABORATORYJNE PARAMETRÓW TCE I PCE W WODACH PODZIEMNYCH. MIGRACJI. Podstawowymi parametrami wpływającymi na migrację TCE i PCE w środowisku gruntowo-wodnym są sorpcja i biodegradacja. Na omawianym obszarze badań potencjał biodegradacji, oceniony wg protokołu USEPA, został określony jako słaby [70]. Skupiono się więc na wyznaczeniu parametrów sorpcji obu zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej, a następnie obliczeniu współczynnika opóźnienia migracji R, określającego ile razy wolniejsza jest migracja badanej substancji zanieczyszczającej ulegającej sorpcji w stosunku do. rzeczywistej. prędkości. przepływu. wód. podziemnych. i/lub. zanieczyszczeń. konserwatywnych [29]. Sorpcję substancji zanieczyszczającej w badanym ośrodku wodonośnym określa się na podstawie danych literaturowych, badań laboratoryjnych lub terenowych (Rys. 6.1). W przypadku badania parametrów migracji zanieczyszczeń w wodach podziemnych znaczenie mają nie tylko właściwości substancji migrującej, ale również czynniki zewnętrzne [71]. W pracy, parametry sorpcji TCE i PCE określono przy wykorzystaniu metod laboratoryjnych: statycznej – testów batch i dynamicznej – badań kolumnowych. Identyfikacja parametrów związanych z oceną opóźnienia migracji zanieczyszczeń w badaniach statycznych sprowadza się do wyznaczenia na podstawie izoterm sorpcji współczynników podziału K (wyrażających zależność między stężeniem substancji w roztworze i masą zasorbowaną w odniesieniu do masy sorbenta), a następnie obliczenia współczynnika opóźnienia migracji R korzystając z odpowiednich wzorów (Tab. 6.1). W przypadku zanieczyszczeń organicznych najczęściej wykorzystywane są modele sorpcji [24,72]: Henry’ego o charakterze liniowym, Freundlicha o charakterze logarytmicznym oraz Langmuira - uwzględniający maksymalną pojemność sorpcyjną (Tab. 6.1). Do opisu sorpcji TCE w przypadku wyższych stężeń można z wystarczającą dokładnością stosować model liniowy, natomiast przy niższych stężeniach większą dokładność uzyskuje się stosując model Freundlicha [36]. O wyborze modelu sorpcji decyduje dopasowanie krzywej teoretycznej do danych doświadczalnych, natomiast miarą może być współczynnik dopasowania (korelacji) R2 [24]. Należy jednak zwrócić uwagę, że modele sorpcji pomijają specjację, pH, współzawodnictwo jonów i potencjał redox [24], dlatego też wyniki badań statycznych należy traktować orientacyjnie.. Strona | 51.

(52) Rys. 6.1. Metody wyznaczania parametrów sorpcji zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej [24] Tabela 6.1. Wybrane modele sorpcji (na podst. [73], zmodyfikowano) Model. Wzór. Liniowy. S = Kd ⋅ C. (Henry’ego). Freundlicha. Langmuira. S = K ⋅C S S max. =. Typ izotermy. η. K ⋅C 1+ K ⋅C. Współczynnik opóźnienia (R). R = 1+. ρd ne. Kd. ρ d ⋅η ⋅ C η −1 R = 1+ ⋅K ne R = 1+. ρ d ⋅ S max ne ⋅ (1 + K ⋅ C ) 2. ⋅K. Oznaczenia: C – stężenie zanieczyszczenia pozostającego w roztworze [mg/dm3]; S – masa zasorbowana zanieczyszczenia w odniesieniu do masy sorbenta (gruntu) [mg/kg]; Smax – pojemność sorpcyjna fazy stałej [mg/kg]; K, Kd – współczynniki/stałe podziału dla danej izotermy sorpcji, η – wykładnik charakteryzujący rozkład energii dla miejsc sorpcji (wykładnik potęgowy Freundlicha), ρd – gęstość objętościowa gruntu, ne – porowatość efektywna,. Strona | 52.

(53) Badania kolumnowe polegają na umieszczeniu próbki materiału w specjalnym cylindrze i przeprowadzeniu przez nią roztworu adsorbentu w warunkach całkowitego nasycenia przestrzeni porowej próbki. Podstawą interpretacji wyników doświadczenia są tzw. krzywe przejścia, czyli zmiany stężeń analizowanego składnika w roztworze wyjściowym w funkcji czasu [24]. Na podstawie zaobserwowanych różnic w czasie przejścia roztworu możliwe jest wyznaczenie wartości współczynnika opóźnienia R ze wzoru [27]:. R=. t0 tr. (1),. gdzie: t0 – czas, po którym w roztworze wyjściowym zostanie osiągnięte maksymalne stężenie znacznika konserwatywnego, tr – czas, po którym w roztworze wyjściowym zostanie osiągnięte maksymalne stężenie analizowanego składnika, 6.1. Metodyka badań 6.1.1. Charakterystyka materiałów użytych do badań W badaniach użyto materiał pochodzący z warstwy wodonośnej w rejonie ujęcia w Nowej Dębie uzyskany podczas wiercenia studni S-2Tr. Początkowo wydzielono 6 warstw, dla których wykonano analizę granulometryczną (Rys. 6.2) i oznaczono TOC metodą termiczną (Tab. 6.2). Ze względu na zbliżone zawartości węgla organicznego i uziarnienie próbki z głębokości pomiędzy 15,0–25,5 m i 11,5–15,0 m zostały połączone i nazwane kolejno: materiał nr 1 i 2. Badania sorpcji przeprowadzono na materiale ze spągu warstwy wodonośnej ze względu na specyfikę migracji TCE i PCE (por. rozdz. 2.3). Dla wytypowanych próbek wykonano oznaczenie gęstości właściwej szkieletu gruntowego ρs metodą kolby Le Chateliera. Na podstawie uzyskanych wyników i korzystając z danych literaturowych określono gęstość właściwą szkieletu gruntowego dla obu materiałów oraz porowatość efektywną ne, wynoszące kolejno 1,80 g/dm3 oraz 0,3 [74], niezbędne na etapie interpretacji wyników badań laboratoryjnych.. Strona | 53.

(54) Rys. 6.2. Krzywe uziarnienia badanych materiałów warstwy wodonośnej Tab. 6.2. Zawartości całkowitego węgla organicznego (TOC) w badanych materiałach warstwy wodonośnej Głębokość warstwy/ parametr TOC [%]. 5,6–10,0. 10,0–11,5. 11,5–13,5. 13,5–15,0. 15,0–22,5. 22,5–25,5. 0,82. 0,38. 0,53. 0,50. 0,39. 0,34. 6.1.2. Testy statyczne (batch) Badania przeprowadzono równolegle na obu próbkach (materiał 1 i 2). Eksperyment przebiegał dwuetapowo. Celem pierwszego etapu było wyznaczenie czasu ustalenia warunków równowagowych dla obu zanieczyszczeń, natomiast w drugim na podstawie izoterm sorpcji (por. tab. 6.1) określono współczynniki/stałe podziału K oraz obliczono wartości R. Do butelek z ciemnego szkła o pojemności 50 ml dodano ms=5 g (±0,1 g) niezanieczyszczonego, wysuszonego materiału warstwy wodonośnej z rejonu Nowej Dęby oraz wodę destylowaną (klasa czystości: 4 mS) sztucznie zanieczyszczoną TCE lub PCE. Ze względu na lepszą rozpuszczalność obu zanieczyszczeń w metanolu niż w wodzie, określone ilości TCE i PCE użyte do badań zostały najpierw rozpuszczone w metanolu, Strona | 54.