2011-12-04
Monitoring wód podziemnych
Monitoring wód podziemnych jest to proces skomplikowany
ze względu na:
4ðograniczony dostÄ™p do systemu wód podziemnych;
4ðskomplikowane warunki krążenia i bardzo maÅ‚e prÄ™dkoÅ›ci
przepływu wód podziemnych: lata, dziesiątki&
Monitoring wód podziemnych,
(U=100 m/a), z wyjątkiem przepływu
metodyczne aspekty
w zbiornikach krasowo szczelinowych
w zbiornikach krasowo-szczelinowych
projektowania sieci
j k i i i
4ðdużą zmienność przestrzennÄ… skÅ‚adu chemicznego
i jej opróbowania
wód podziemnych
4ðzachowanie substancji zanieczyszczajÄ…cych
dr Ewa Kmiecik
w wodach podziemnych, uzależnione od ich
właściwości fizycznych
Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska
Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Kraków 2011
Projektowanie reprezentatywnej
Monitoring wód podziemnych
sieci monitoringowej
Monitoring wód podziemnych to kompleksowy, Model konceptualny monitorowanego systemu
skomplikowany proces, na który wpływa wiele czynników. hydrogeologicznego jest uproszczonym przedstawieniem lub
Jakość wyników uzyskanych w ramach monitoringu opisem roboczym rzeczywistego systemu hydrogeologicznego.
zależy od:
Opisuje, jak zdaniem hydrogeologów, zachowuje się system
Sieci monitoringowej wód podziemnych.
4ðwÅ‚aÅ›ciwego zaprojektowania i konstrukcji 4ðJest to zbiór hipotez roboczych i zaÅ‚ożeÅ„
4ðwÅ‚aÅ›ciwego zaprojektowania i konstrukcji 4ðJest to zbiór hipotez roboczych i zaÅ‚ożeÅ„.
punktu monitoringowego (studni) 4ðSkupia siÄ™ na cechach systemu, które sÄ… istotne
4ðodpowiedniego rozmieszczenia (lokalizacji) w odniesieniu do wymaganych prognoz lub ocen.
punktów monitoringowych na badanym obszarze 4ðOpiera siÄ™ na dowodach.
4ðrównomiernego rozÅ‚ożenia 4ðJest to przybliżenie rzeczywistoÅ›ci.
4ðukierunkowanego rozmieszczenia 4ðPowinien być zapisany, żeby można go byÅ‚o przetestować
przy użyciu istniejących i/lub nowych danych.
BadaÅ„ 4ðKonieczny poziom udoskonalenia w modelu jest
4ðprocesu opróbowania proporcjonalny do (i) trudnoÅ›ci przy przyjmowaniu
4ðokreÅ›lenia poziomu stężeÅ„ monitorowanych niezbÄ™dnych zaÅ‚ożeÅ„ oraz (ii) potencjalnych skutków
parametrów fizykochemicznych w terenie i laboratorium popełnienia błędu w tych założeniach.
Model konceptualny monitorowanego systemu Model konceptualny monitorowanego systemu
Najlepszy model Prosty jakościowy Bardziej szczegółowy Najlepszy ilościowy
model konceptualny półilościowy model konceptualny model konceptualny
konceptualny
test
test
test
C d l t ż C d l ż
Czy model ten może Czy model może
Zastosuj model biorÄ…c pod
rozwiązywać zadane rozwiązywać zadane
Poprawiony model uwagę jego wiarygodność
problemy z wymaganÄ… problemy z wymaganÄ…
konceptualny wiarygodnością? nie wiarygodnością? nie
tak tak
Zastosuj model Zastosuj model
Pierwszy model
konceptualny
Założenia wstępne
1
2011-12-04
Pionowa strefowość hydrogeochemiczna
Sieć monitoringowa
- strefowe opróbowanie wód podziemnych
4ðWÅ‚aÅ›ciwe rozmieszczenie (lokalizacja) 4ðZmiany stężeÅ„ żelaza spowodowane zmianÄ… Eh
punktów monitoringowych:
4ðrównomierne (ocena stanu chemicznego GWB);
4ðukierunkowane (migracja zanieczyszczeÅ„
z ognisk punktowych)
4ðKonstrukcja punktów monitoringowych
4ðKonstrukcja punktów monitoringowych
4ðZastosowanie strefowego opróbowania.
Przykładowe konstrukcje otworów obserwacyjnych Trójwymiarowy charakter przepływu
do strefowego opróbowania wód podziemnych wód podziemnych
4ðA. konstrukcja wadliwa sprzyjajÄ…ca przepÅ‚ywom pionowym w otworze, Lokalizacja punktów monitoringowych i ich zafiltrowanie:
4ðB. otwór obserwacyjny w pÅ‚ytkiej strefie zasilanej z opadów atmosferycznych,
4ðB. konstrukcja optymalna w postaci zespoÅ‚u otworów obserwacyjnych
niewłaściwe wnioski, ognisko zanieczyszczeń nie wpływa na jakość wód podziemnych
4ðC. konstrukcja sprzyjajÄ…ca przepÅ‚ywom pionowym przez wspólnÄ… obsypkÄ™
4ðC. dÅ‚ugi filtr powoduje przepÅ‚ywy pionowe w otworze
otworów obserwacyjnych
4ðD. zespół otworów obserwacyjnych z filtrami o dÅ‚ugoÅ›ci 2-4 m, pozwala wÅ‚aÅ›ciwie
ocenić sytuację (pionową strefowość hydrogeochemiczną)
Strefa zasilania
Strefa drenażu
Ognisko zanieczyszczeń
Zwierciadło
wody
Przepływ
zanieczyszczeń
Zbiornik wód
podziemnych
Wpływ materiałów użytych do konstrukcji filtra, Różne skale czasowe przepływu wód podziemnych
bÄ…dz
rur, na skład chemiczny wód podziemnych [dni, lata, setki, tysiące lat]
Zmiany stężeń żelaza w próbkach wody podziemnej
ze zbiornika jurajskiego. Zdrój Królewski w Krakowie
4ðI grupa - filtr stalowy
4ðII grupa - filtr wykonany z materiałów niereaktywnych
2
2011-12-04
Zróżnicowane właściwości fizyczne zanieczyszczeń. Lokalizacja punktów monitoringowych uzależniona
Migracja wielofazowa zanieczyszczeń organicznych od opracowanego modelu konceptualnego
4ðCiecze organiczne o gÄ™stoÅ›ci mniejszej od wody tzw. LNAPL.
4ðOgniska rozproszone (obszarowe) - punkty równomiernie
rozmieszczone w całej GWB
(Wskaz
nik reprezentatywności sieci monitoringowej
Ru e" 80%).
4ðOgniska punktowe (skÅ‚adowiska odpadów),
monitoring ukierunkowany,
śledzenie plamy zanieczyszczeń.
Reprezentatywność sieci monitoringowej Reprezentatywność przestrzenna
W zależności od celu monitoringu: Próbka wody pobierana jest:
4ðocena stanu chemicznego GWB 4ðz okreÅ›lonego miejsca;
(równomierne rozmieszczenie punktów monitoringowych)
4ðz konkretnej warstwy wodonoÅ›nej;
4ðocena zasiÄ™gu strefy zanieczyszczonej
4ðze zdefiniowanego przedziaÅ‚u gÅ‚Ä™bokoÅ›ciowego;
(monitoring ukierunkowany)
4ðw okreÅ›lonym momencie czasu.
4ðocena trendów zmian jakoÅ›ci w ukÅ‚adzie czasowym
4ðocena trendów zmian jakoÅ›ci w ukÅ‚adzie czasowym
(częstotliwość opróbowania i liczba pomiarów)
Wskaz
nik reprezentatywności sieci monitoringowej Ru
37,7
Wyróżnia się reprezentatywność:
Ru =ð
dśr n / F
4ðprzestrzennÄ…
4ðczasowÄ…
Ru e" 80% sieć reprezentatywna
n - liczba punktów monitoringowych
F - powierzchnia GWB [m2]
dśr - średnia odległość [m]
Reprezentatywność przestrzenna Monitoring ukierunkowany
Migracja zanieczyszczeń z punktowego ogniska może spowodować degradację
Ru = 80,6% - sieć reprezentatywna
jakości wód powierzchniowych i/lub ekosystemów lądowych uzależnionych od
wód podziemnych (odbiorników wód podziemnych).
" Wymagania dla
odbiorników
" Czas migracji
" Szybkość
samooczyszczania
Punkty monitoringowe
Projektowanie
monitoringu w celu
testowania modelu
konceptualnego
Wykorzystanie
uzyskanych
informacji w celu
zapobiegania
degradacji wód
powierzchniowych
i/lub ekosystemów
lÄ…dowych
3
?
o
Model konceptualny
Gdzie?
2011-12-04
Reprezentatywność czasowa Reprezentatywność czasowa
Częstotliwość opróbowania wód podziemnych (w miesiącach) Liczba pomiarów do oceny trendu monotonicznego
uzależniona jest od:
Minimalna Maksymalna liczba Minimalna
Częstość prowadzenia badań
4ðgÅ‚Ä™bokoÅ›ci opróbowanej strefy; liczba lat lat liczba
monitoringowych
w serii w serii pomiarów
4ðprÄ™dkoÅ›ci przepÅ‚ywu wód podziemnych.
1 raz na rok 8 15 8
Głębokość Przeciętna prędkość przepływu wód podziemnych 2 razy do roku 5 15 10
opróbowanej [m/d]
opróbowanej [m/d]
strefy 4 razy do roku (kwartalnie) 5 15 15
[m.p.p.t] ponad 10 3-10 1-3 poniżej 1
0-10 0,25 1 3 6
10-50 1 3 6 12
50-100 3 6 12 12
> 100 24 24 24 24
Reprezentatywność czasowa Badania monitoringowe
Liczba pomiarów do oceny odwrócenia trendu 4ðOpróbowanie wód podziemnych
4ðStężenie osiÄ…ga 75% wartoÅ›ci granicznej 4ðPomiary terenowe i laboratoryjne wskaz
ników chemicznych
dla danego parametru określonej w przepisach PL i UE.
Minimalna Maksymalna liczba Minimalna
Częstość prowadzenia badań
liczba lat lat liczba
monitoringowych
w serii w serii pomiarów
1 raz na rok 14 30 14
2 razy do roku 10 30 18
4 razy do roku (kwartalnie) 10 30 30
Schemat opróbowania i obróbki próbek y
ródła błędów w procesie opróbowania
stosowany w monitoringu wód podziemnych wg EPA (1987)
4ðWg Witczaka i Adamczyka (1994) Lp. CzynnoÅ›ci y
ródła błędów
1. Selekcja i/lub Błędy związane z selekcją i/lub konstrukcją punktów obserwacyjnych
Oznaczenie wykonanie punktu (głębokość i długość strefy monitorowania).
Inspekcja punktu Pobór próbek Przechowywanie
Filtracja terenowe monitoringowego y
le dobrane materiały obudowy i wyposażenia punktu monitoringowego.
ETAP monitoringowego wody i transport do
wody wskaz
ników
(MWP) i utrwalanie laboratorium
2. Pomiary terenowe
nietrwałych
Nieprawidłowe funkcjonowanie instrumentów pomiarowych.
parametrów
Błędy wykonującego pomiar (operatora).
hydrogeochemicznych
3. Pobór próbek wody Wybór niewłaściwego sprzętu do opróbowania.
z warstwy wodonośnej Błędy opróbowującego (operatora).
Niewłaściwa instrumentacja i/lub metodyka transferu próbek wody
CZYNNOŚĆ " pomiary filtracja 1. temperatura " próbki " oznakowanie
4. Transfer próbek wody do pojemników (odgazowanie wody, natlenienie, itp.), wpływ warunków
wydajności  on line normalne próbek
2. przewodność
do pojemników polowych (temp., nasłonecznienie, kurz, spaliny), błędy związane
" pomiary filtr " próbki " sporządzenie
z oznakowaniem pojemników.
3. ph
zwierciadła membranowy kontrolne: protokołu
0,45 źm 4. Eh
5. Pomiary terenowe Nieprawidłowe funkcjonowanie instrumentów pomiarowych.
" wymiana -dublowane " schłodzenie
parametrów Błędy wykonującego pomiary (operatora).
stagnującej wody 5. mętność (10%) próbek do temp.
hydrogeochemicznych Wpływ warunków polowych (np. kurz, spaliny, itp.).
0-4oC
" charakterystyka 6. osad w leju - zerowe
6. Przygotowanie próbek
punktu MWP Imhoffa (5%) " transport
Błędy przygotowującego (operatora).
kontrolnych: zerowych
(dostarczenie
Interferencje innych składników.
7. barwa - znaczone
i znaczonych
do laboratorium
(5%)
8. zapach w czasie t<48 h
Niewłaściwy dobór odczynników do konserwacji próbek.
(utrwalone od momentu 7. Konserwacja próbek
9. zasadowość Błędy wykonującego konserwację (operatora).
zgodnie z pobrania próbki) i ich przechowywanie
Pomyłki w oznakowaniu.
10. kwasowość protokołem)
Zbyt póz
ne dostarczenie próbek do laboratorium.
8. Transport do
Niewłaściwe warunki transportu (zmiany składu chemicznego próbek
laboratorium
wody).
4
2011-12-04
Etapy badania jakości wód i względny udział
błędów powstających w poszczególnych etapach
Wielkości
błędów
PN-EN ISO/IEC 17025
powstajÄ…cych w
Ogólne wymagania
poszczególnych 30% 60% 10% dotyczące kompetencji
etapach
laboratoriów badawczych
(wg Nielsena
i wzorujÄ…cych
1991)
Obróbka i
Obróbka i
P kt P bó óbki i D k t i
Punkt Pobór próbki i Dokumentowanie
przygotowanie Pomiar Opracowanie
monitoringu transport do danych
próbki do analityczny wyników
jakości wód laboratorium (Raport z badań)
analizy
Zasada
pomiaru
Metoda analityczna
4ðwww.khgi.agh.edu.pl
Postępowanie analityczne
5