Dynamisk provtagningsstrategi

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. till och med sista april. Texterna kommer kontinuerligt att uppdateras och revideras och layouten förbättras. 

Vad är dynamisk provtagningsstrategi?

Undersökning av förorenade områden utförs traditionellt som ett stegvist förfarande. Det innebär att man inledningsvis gör en översiktlig undersökning, ofta med ett mindre antal prover i jord och vatten, och med ett begränsat urval av analysparametrar. Syftet är att ta reda på om området är förorenat eller ej. Beroende på resultatet kan det sedan vara aktuellt att gå vidare med mer detaljerade undersökningar för att avgränsa föroreningarna, uppskatta mängden förorening och för att bedöma om och hur föroreningarna sprids. Om området är så förorenat att åtgärd behövs, utförs ofta ytterligare åtgärdsförberedande undersökningar i samband med projektering av saneringsåtgärderna.

Dynamisk undersökningsmetodik syftar till att effektivisera undersökningsförfarandet för de föroreningar och parametrar som går att analysera direkt i fält. Med en planering som redan från början tar hänsyn till åtgärdsskedet, kan undersökningen utföras så att nödvändig information om området samlas in vid ett eller endast ett fåtal undersökningstillfällen. Detta bygger på att undersökningsarbetena styrs och anpassas utifrån de resultat som framkommer under fältarbetet.

Dynamiska undersökningar av förorenade områden innefattar de tre delarna:

  • systematisk planering
  • dynamisk provtagningsstrategi
  • realtidsmätningar

Den systematiska planeringen innefattar identifiering av projektets syfte, övergripande åtgärdsmål och uppsättande av preliminära mätbara åtgärdsmål samt en analys av vilka kritiska beslut som behöver fattas under utredningsarbetet. Målet med den systematiska planeringen är att före påbörjad provtagning ta fram en genomtänkt och väl fungerande strategi för provtagning, analys och utvärdering. Dessutom skapas en preliminär konceptuell modell över förorenings- och spridningsförhållandena, vilken utgör det centrala stödet vid det fortsatta beslutsfattandet. Utvärdering av beslutsosäkerheter samt strategier för hur osäkerheter ska hanteras i projektet ingår också i den systematiska planeringen.

Det är viktigt att all erforderlig kompetens inkluderas så att inga betydande frågor missas i planeringen. Ett lämpligt första steg är att sätta samman en projektgrupp med nyckelaktörer. Gruppen ska vara anpassad efter behoven i projekten och i mer komplexa projekt kan de t.ex. utgöras av beställare, projektledare, tillsynsmyndighet och experter inom geologi, hydrogeologi, provtagnings- och analysstrategier, föroreningsspridning, statistik, visualisering, riskbedömning och åtgärdsmetoder.

I den systematiska planeringen ingår också att ta fram projektmål/åtgärdsmål och att erhålla en inledande förståelse för förorenings- och spridningssituationen inom det aktuella området. Det senare erhålls genom insamling av tillgänglig information så som:

  • Fysisk beskrivning (bl.a. topografi, geologi, hydrogeologi, bebyggelse, vägar, ledningar, djur- och växtliv, människoaktiviteter)
  • Områdeshistorik (aktuella och historiska händelser, verksamhetsutövare, verksamhet och använda kemikalier, mängder, användningsplatser, kvittblivnings- och olycksinformation)
  • Information och slutsatser från eventuella tidigare undersökningar inom eller i närheten av området

Informationen utvärderas och sammanställs i en preliminär konceptuell modell, som visualiseras så att projektgruppen kan ta till sig den information som finns om området. Målet är att modellen under undersökningens gång ska förfinas till dess att den är tillräckligt noggrann och överens-stämmande med verkligheten för att rätt beslut angående t.ex. åtgärdsbehov och åtgärdslösningar kan fattas. Utifrån tänkt framtida markanvändning och aktuell konceptuell modell formuleras den dynamiska provtagningsstrategin genom att s.k. nyckelbeslut/nyckelfrågor definieras, exempelvis:

  • vilken utrustning krävs för att kunna besvara de parametrar som efterfrågas?
  • är provtagnings- och fältanalysmetoderna av tillräcklig kvalitet?
  • är områdets spridningsförutsättningar tillräckligt väl karaktäriserade?
  • är områdets föroreningssituation tillräckligt väl karaktäriserad?
  • är underlaget tillräckligt bra för framtagning av åtgärdsförslag?
  • medför föroreningarna inom området någon risk för människors hälsa eller för miljön?

När den initiala systematiska planeringen är genomförd bör följande ha erhållits:

1) tillsättande av projekt- och beslutsgrupp

2) väldefinierade projektmål och projektbeslut

3) identifiering av vilken information som behövs för att utforma en lämplig åtgärdslösning

4) initial konceptuell modell över förorenings- och spridningssituationen

5) nivå för acceptabel mätosäkerhet (summan av provtagnings- och analysosäkerheten)

6) beslutsstrategi/beslutlogik
7) datahanteringsplan

8) kvalitetssäkringsplan

9) dokumentations- och kommunikationsplan

10) initial provtagningsplan

En dynamisk provtagningsstrategi innebär en provtagningsstrategi som kan anpassas allteftersom resultaten från realtidsmätningar erhålls. Erhållen information ska utvärderas och kvalitetssäkras, varefter den infogas i den konceptuella modellen över förorenings- och spridningssituationen. Med hjälp av den konceptuella modellen fattas beslut om kompletterande provtagningar. Den dynamiska provtagningsstrategin ska innefatta kriterier som tillgodoser att tillräcklig datamängd samlas in för att kunna uppnå projektets mål.

I den dynamisk provtagningsstrategin är alla detaljer kring val av provtagningspunkter, provtagningsdjup och vilka prover som ska analyseras med vilken metod inte bestämda i förväg. Istället anpassas provtagnings- och analysinsatserna utifrån den information som erhålls under undersökningsarbetets gång. En viktig del i den dynamiska provtagningsstrategin utgörs av fortlöpande visualisering och bearbetning av förorenings- och spridningsdata med hjälp av upprättad konceptuell modell.

För att upprätta den konceptuella modellen finns olika modellerings- och visualiseringsverktyg. Exempel på modelleringsverktyg som kan användas för att visualisera förorenings- och spridningssituationen är programvaror för grund- och ytvattenmodellering som MODFLOW, GSM, MODPATH, MT3DMS, RT3D, FEMWATER, SEEP2D, UTEXAS, MIK SHE och FEFLOW. Exempel på programvaror enbart avsedda för visualisering av geologiska och/eller hydrogeologiska förhållanden inklusive föroreningsdata är Rockworks och GeODin.

Realtidsmätningar innefattar all typ av datainsamling som möjliggör att beslut för vidare provtagning kan fattas inom fältarbetets tidsramar, d.v.s. i enlighet med den dynamiska provtagningsstrategin. Olika fältanalysmetoder är lämpade att användas vid olika typer av föroreningar och markförhållanden i den mån de bedöms kunna samla in data av tillräcklig omfattning och kvalitet för att uppfylla projektets syfte.

Mätning i realtid innebär att analys och detektion sker utan tidsfördröjning i direkt samband med provtagningstillfället. Exempel på sådana metoder är röntgenfluorescens (XRF)-instrument, MIP (Membrane Interface Probe), FFD (Fuel Fluorescence Detector) och LIF (Laser induced fluorescens) där detektion av utvalda föroreningsgrupper utförs in situ (FFD, LIF) eller direkt på extraherad porgas (MIP, VOC-screening).

Mätning i semi-realtid innebär att ett provuttag sker och att viss provberedning föregår analysen. Som exempel kan nämnas immunoassay, DSITMS (Direct Sampling Ion Trap Masspectrometry) och fält-GC där prov i allmänhet tas ut på en adsorbent som därefter extraheras termiskt före analystillfället. Ett annat exempel på mätning i semi-realtid är att ett VOC-prov tas ut med gastät spruta på headspacefas ovanför ett jord- eller vattenprov för efterföljande analys i masspektrometer eller gaskromatograf i fält.

Realtidsmätningar behöver som regel kombineras med laboratorieanalyser för kontroll av kvaliteten och i vissa fall för att få säkrare analysresultat.

Varför är det lämpligt att använda dynamisk undersöknings-/provtagnings-strategi?

Stor heterogenitet i föroreningshalter och geologi, i både i mindre och större skala, gör det i princip omöjligt att planera en konventionell undersökningsinsats i ett enda steg. Vanligen utförs därför konventionella undersökningsinsatser av förorenade områden i flera steg med mellanliggande utvärdering, rapportering och ometablering. Detta tillvägagångssätt tar ofta lång tid (ibland flera år) och blir kostsamt.

Syftet med en dynamisk provtagningsstrategi är att effektivisera och möjliggöra genomförandet av en storskalig undersökningsinsats i ett enda steg genom att:

  • fortlöpande styra och anpassa provtagnings- och analysarbetet, bl.a. med hjälp av en genomarbetad konceptuell modell över områdets förorenings- och spridningssituation, vilken upprättas redan inom ramen för den inledande systematiska planeringen.
  • planera bemanning, provtagningsmetoder, analysprogram, analysutrustning och övrig fältutrustning/maskinpark så att undersökningsarbetet kan utföras utan uppehåll för mellanliggande rapportering eller planering.

Laboratorieanalyser är ofta relativt dyra, varför antalet analyser blir förhållandevis litet, alternativt analysbudgeten orimligt stor vid en traditionell mark- och grundvattenundersökning. Med få prover måste varje prov representera en relativt stor beslutsenhet. Då jorden, liksom förorenings- och spridningsbilden ofta är heterogen medför detta en hög beslutsosäkerhet. Om eftersökt förorening till övervägande del istället kan analyseras med fältinstrument som ger billigare analyser, kan avsevärt fler prover analyseras. Exempelvis vid MIP-sondering sker en registrering av jordmatrisens föroreningsinnehåll på varje centimeter i djupled. Med porgas-screening kan ett relativt stort markområde på kort tid undersökas med avseende på VOC-innehåll. Miljösonderingsmetoder innebär oftast högre analysosäkerhet än analyser utförda vid ackrediterat laboratorium. Men då proverna inte behöver representera lika stora jordvolymer/beslutsenheter kommer den samlade provtagningsosäkerheten (och därmed också beslutsosäkerheten) ändå att kunna nedbringas. En välplanerad dynamisk provtagningsstrategi kan därigenom öka kvaliteten och minska ett undersöknings- och efterbehandlingsprojekts totala löptid och kostnader, vilket förenklat illustreras i figur 1, nedan.

Hur implementeras dynamisk undersöknings-/provtagningsstrategi?

Under den inledande systematiska planeringen skapas en konceptuell modell över förorenings- och spridningssituationen och en inledande provtagningsplan upprättas. Vid implementering av den dynamiska provtagningsstrategin kommer den konceptuella modellen att stegvis förfinas till dess alla projektbeslut kunnat fattas med acceptabel säkerhet. Implementeringen av den dynamiska provtagningsplanen sker stegvis enligt följande:

  1. Provtagning och analyser enligt aktuell provtagningsplan.
  2. Godkännande av erhållen information, dels genom kontroll av att provtagnings- och analysmetoderna fungerat så som tänkt, men även genom att den erhållna informationen jämförs mot den konceptuella modellens förorenings- och spridningsbild som fortlöpande uppdateras.
  3. Med hjälp av den konceptuella modellen tas ställning till om området är så pass väl undersökt att provtagningen kan avslutas eller om den dynamiska provtagningsstrategin ska justeras och ytterligare provtagningar/analyser utföras (enligt steg 1 ovan).

Det kan inträffa att de faktiska förutsättningarna innebär att det inte går att uppnå projektmålen. Det kan t.ex. visa sig vara för komplicerat, för dyrt eller ta för lång tid att uppnå målen. För dylika händelser bör det finnas en i förväg bestämd utgångsstrategi så att inte undersökningen pågår onödigt länge innan den avslutas.

För- och nackdelar

Fördelar

Det finns flera fördelar med dynamiska miljöundersökningar, både ur beställar- och myndighetsperspektivet:

  • Vid realtidsmätningar fås större datamängder/tätare data än vad som är fallet vid tillämpning av traditionell undersökningsmetodik. Därigenom ökar sannolikheten att t.ex. påträffa och kartlägga utbredningen av källzoner.
  • Utbredningen av en källzon eller en spridningsplym kan avgränsas på relativt kort tid och med en förhållandevis hög grad av säkerhet. En konceptuell förorenings- och spridningsmodell kan därmed upprättas redan på ett tidigt stadium av utredningsarbetet.
  • Tillämpning av dynamiska miljöundersökningar innebär oftast en högre initialkostnad på grund av mer omfattande planering och datautvärdering än en konventionell miljöteknisk markundersökning, men behovet av kompletterande undersökningsinsatser kan begränsas. Med ett större dataunderlag kan en säkrare bedömning av föroreningsutbredningen göras.
  • En säkrare bedömning av föroreningsutbredningen ger ett bättre underlag för projektering och upphandling av efterbehandlingsinsatser, inte minst vid situ-åtgärder.

Nackdelar

Några nackdelar med dynamiska miljöundersökningar kan vara:

  • Den dynamiska undersökningen har ofta en hög initialkostnad på grund av en långtgående planering och en stor provtagnings- och analysomfattning.
  • En svårighet med det dynamiska undersökningskonceptet är att under fältmässiga förhållanden upprätthålla acceptabel hygienstandard vid hantering och upparbetning av jord-, vatten- och porgasprover. Denna svårighet kan hanteras genom ett genomtänkt kvalitetsarbete som inkluderar att ett tillräckligt stort antal prover tas med konventionella metoder och analyseras med traditionella laboratorieanalysmetoder
  • Flertalet dynamiska miljösonderingsmetoder är baserade på detektering av relativt breda grupper av föroreningar, ej specifika föreningar/ämnen.
  • En begränsning med realtidsmätningar av organiska ämnen är att dessa i hög utsträckning fokuserar på volatila och semivolatila ämnen, medan tyngre organiska ämnen (PCB, dioxiner, tyngre PAH m.fl.) endast i mindre utsträckning omfattas av tillgänglig fältanalys- och miljösonderingsteknik.
  • Tillsynsmyndigheternas acceptans för fältanalys- och miljösonderingsmetoder har hittills varit relativt låg, vilket delvis kan förklaras med att kunskapen kring metoderna och deras tillämpbarhet varit förhållandevis låg, både hos utövande konsulter och hos myndigheter.

Referenser/Lästips

Bergqvist, C., Helldén, J., Pirard, E. och von Heijne P. (2017) Dynamiska miljöundersökningsmetoder för förorenade områden. En översikt och metodbeskrivning. Svenska Geotekniska Föreningen, nr 3-2017.

Engelke, F., Norrman, J., Starzec, P., Andersen, L., & Grøn, C. (2009) Inventering av provtagningsstrategier för jord, grundvatten och porgas. Naturvårdsverket rapport 5894 (Hållbar sanering).

Environment Agency (2016) Chemical Test Data on Contmainated Solis - Qualification Requirements. Position 307_03.

ITRC. (2003). Technical and Regulatory Guidance for the Triad Approach: A New Paradigm for Environmental Project Management. ITRC.

Norrman, J., Back, P.-E., Engelke, F., Sego, L., & Wik, O. (2009) Provtagningsstrategier för förorenad jord. Naturvårdsverkets rapport 5932 (Hållbar sanering).

Norrman, J., Purucker, T., Back, P.-E., Engelke, F., & Stewart, R. (2009) Metodik för statistisk utvärdering av miljötekniska undersökningar i jord. Naturvårdsverkets rapport 5932 (Hållbar sanering).

Rijkswaterstaat Environment (2016) CityChlor Web Site
(http://rwsenvironment.eu/subjects/soil/projects/citychlor/)

SGF (2013) Fälthandbok - Undersökningar av förorenade områden. Rapport 2:2013. ISSN: 1103-7237.

SGI (2008) Bättre markundersökningar. Delprojekt 1 - In situ-metoder för undersökningar av förorenad mark Statens geotekniska institut. ISSN:1100-6692.

USEPA (2016) Triad Resource Center Web Site (www.triadcentral.org)

USEPA (2016) The Contaminated Site Clean-Up Information (CLU-IN) Web Site (https://clu-in.org)