Berg

Details

Last Updated: Thursday, 24 February 2022 13:07

Published: Friday, 31 May 2019 20:51

Syfte, mål och avgränsning
Objektbeskrivning
Platsbesök
Konceptuell modell
Kompetensbehov
Provtagningsstrategi
Kvalitetssäkring
Provtagningsplan
Iterativt arbetssätt

Berggrunden i Sverige består till stora delar av kristallint sprickigt berg, men det finns även sedimentärt berg med kalksten, sandsten och olika typer av skifferformationer. Spill/läckage av DNAPL dvs. tyngre icke vattenlösliga vätskor så som klorerade lösningsmedel, kreosotolja och stenkolstjära, kan orsaka omfattande föroreningsskador. Jordlagren i Sverige är generellt tunna  och vid större spill/läckage av DNAPL finns därför risk att även berggrunden kontamineras. I områden som har mäktiga jordlager med hög lerhalt, som Västgötaslätten och Skåne, saktas spridning av föroreningar ned kraftigt. På senare år har även PFAS-ämnen från brandskum påvisats och uppmärksammats i vattentäkter i både jord och berg.

Det finns över 700 000 registrerade bergborrade brunnar i Sverige varav ca 60% används för energiändamål och ca 40% är vattenbrunnar av olika slag, se Figur 1. 

Figur 1. Det finns över 700 000 bergborrade brunnar i Sverige varav ca 60% används för energiändamål och ca 40% är vattenbrunnar av olika slag (Källa: SGU:s Brunnsarkiv).   

Undersökning av berg och berggrundvatten i föroreningssammanhang har inte utförts i samma omfattning som jord och jordgrundvatten. Utveckling av undersökningsmetoder och strategier sker kontinuerligt.

Inför frågeställningar kring föroreningar i berg krävs kunskap om geologiska och hydrogeologiska förhållanden, typ av föroreningar, förväntad föroreningssituation och en realistisk konceptuell modell. Detaljerade beskrivningar av undersökningsstrategier, metoder och olika verktyg för undersökning av berg finns i den vägledning som ITRC tagit fram, Characterization and Remediation in Fractured Rocks. Vidare hänvisas även till rapporten Undersökning av föroreningar i berggrund, Hållbar Sanering, rapport 5930.

Denna text baseras på den generella undersökningsprocessen (se Figur 2) men beskriver vad som är viktigt att tänka på och beakta specifikt vid undersökningar av föroreningar i berg.  

Figur 2. Delmoment för att förbereda inför, samt utföra, en undersökning av ett förorenat område.

Syfte, mål och avgränsning

Syftet med undersökning av förorening i berg är huvudsakligen att:  

• Bedöma om det finns föroreningar i berggrunden som kan innebära miljö- eller hälsorisker.
• Karaktärisera och kvantifiera spridning av vattenlösta föroreningar.
• Påvisa ett källområde med potentiell fri fas eller rester av fri fas vätska inför riskbedömning och åtgärdsutredning.
• Detaljerad avgränsning av ett källområde inför åtgärd.

I tidiga skeden är målsättningen ofta att bedöma risk för påverkan på grundvattentäkter, påverkan på närliggande privata brunnar eller, ifall bergytan ligger ytligt, spridning från berget via sprickor till marken och in i byggnader. I senare skeden kan målsättningen vara att avgränsa ett källområde inför en saneringsåtgärd.

Objektbeskrivning

En stor del av den generella beskrivningen är applicerbar även på föroreningar i berg men extra vikt bör läggas vid att identifiera befintliga bergborrade brunnar, topografi och geologi. Vidare beror ofta en stor del av det som ska besvaras av undersökningen på hur verksamheten på platsen sett ut historiskt. Viktiga frågor att ställa sig här är bland annat:

• Vilken verksamhet har funnits här?
• Typ av föroreningar?
• Geologiska och hydrogeologiska förutsättningar?
• Finns befintliga bergbrunnar som kan användas?
• Finns det någon tydlig kontaktpunkt mellan berg och potentiella spill av DNAPL (entry point)?

Platsbesök

Ett platsbesök är inte alltid nödvändigt men kan ofta ge bra information inför undersökningen. Viktiga saker att notera är om det syns berg i dagen i närheten och isåfall hur ser sprickriktningar och stupningar ut? Finns det någon potentiell entry point för förorening till berg där fri fas kan ha kommit i kontakt med bergyta. Hur ser de praktiskt förutsättningar ut för borrning?  

Konceptuell modell

Ta fram en konceptuell modell som realistiskt beskriver aktuella förhållanden. Fokus bör vara på sannolikheten för förekomst av DNAPL respektive vattenlösta föroreningar, geologiska förhållanden, förekomst av brunnar, skyddsobjekt, sprickriktning och stupning i olika skalor samt förväntade strömningsriktningar för grundvattnet. 

Kompetensbehov/organisation

Vid förorening i berg är det finns det behov att tidigt involvera personer med kompetens kring:  

• Berggrundsgeologi – bergarter, sprickzoner.
• Hydrogeologi – vattenförande zoner, strömningsriktningar, borrmetoder.
• Kemist – Ämnenas egenskaper så som löslighet, viskositet, vätning.

Provtagningsstrategier

Vid undersökning i berg är det väsentligt att på förhand bedöma spridningsriskerna och framförallt om själva undersökningen riskerar att öka spridningen av förorening från området. Bergborrningar kan vara anmälningspliktiga.

Spridningsriskerna vid borrningar i en plym med vattenlösta föroreningar är generellt mycket mindre jämfört med riskerna vid borrning igenom ett källområde med DNAPL, även om olika vattenförande sprickor kan sammankopplas vid borrning.

Vid alla bergborrningar, oavsett metodik, bör indikativa direktmätningar avseende förorening utföras för att bedöma förekomst av DNAPL eller kraftigt förorenade sprickor/sprickzoner. Direktmätningarna kan användas för att få en indikation på vilket djup/sprickzon föroreningarna transporteras samt ta beslut om borrningarna ska avbrytas eller inte.  Förfarandet för direktmätning varierar med typ av borrmetod och ska utarbetas specifikt för den aktuella borrningen. Stoppkriterier för när borrning bör avbrytas för att inte orsaka onödig spridning ska tas fram. Kriterierna är beroende av typ av förorening, typ av borrmetod samt mätmetodik. 

Sökning och identifiering

Undersökningar i tidiga skeden bör omfatta befintliga bergborrade brunnar. Uttagsbrunnar och energibrunnar i berg är frekvent förekommande i Sverige och provtagning kan ofta ge svar på om det finns förorening i berggrundvattnet, spridningsriktningar och eventuella risker. Vad gäller klorerade lösningsmedel och PFAS är dessa motståndskraftiga och spridningsbenägna i berggrunden och kan spåras på stora avstånd, ibland hundratals meter, nedströms ett källområde i berg. Stenkolstjära eller kreosotolja ger vanligen betydligt mindre utsträckta plymer.

Grundvattnets strömningsriktning följer sprickor i berget och grundvattnet trycknivåer, men kan i högre än för jord variera med tiden på grund av historiska, pågående och framtida grundvattenuttag. Provtagning bör därför utföras i flera brunnar och även bedömt uppströms grundvattenflödets riktning.

Avgränsning

I det fall bergborrningar krävs rekommenderas att dessa utförs med en ”utifrån-och-in”- strategi och påbörjas i plymen där endast vattenlösta föroreningar förväntas. Beroende på resultat och syfte med undersökningarna kan borrningar därefter riktas in mot det förmodade källområdet.

Anledningen är att vid oförsiktig bergborrning är risken att sprida föroreningar betydligt större jämfört med undersökningar i jord. Spricksystem kan kortslutas och tidigare ej kontaminerade vattenförande sprickor förorenas i samband med borrningar. Alla borrningar genom sprickor/zoner med egen fas DNAPL eller rester av DNAPL i berggrunden kommer oundvikligen att sprida förorening i varierande grad. Spridningshastigheterna är vanligen flera tiopotenser snabbare i enskilda vattenförande sprickor i berg jämfört med jord och de negativa konsekvenserna av oförsiktig borrning kan bli stora och allvarliga. Alla typer av borrningar i berg ska därför föregås av en riskanalys där sannolikheten för spridning och konsekvenser av en spridning måste beaktas.

En stor del av föroreningstransporten sker i spricksystem/diskreta sprickor som leder vatten. Halterna kan vara låga men vattenflödena gör att dessa fortfarande kan ha betydelse för masstransporten. Borrningarna i ett plymområde bör därför utföras för att med så stor sannolikhet som möjligt träffa vattenförande sprickor som står i kontakt med källområdet. Detta kräver en kunskap om sprickriktningar och hur sprickorna stupar. Gradade (snett lutande) borrningar ger vanligen större sannolikhet att träffa sprickplanen.  

Provtagning av vatten i brunnarna kan utföras som helhål dvs. i praktiken en samlingsprovtagning för hela brunnen. Enskilda sprickzoner och sprickor kan även avgränsas med manschetter och det finns metoder för passiv provtagning för olika nivåer i en brunn. Det är ofta möjligt att installera grundvattenrör med filter i en brunn med tätning mellan filtren för att sektionera upp brunnen och provta olika nivåer.  Utvärdering av kemisk sammansättning, haltnivåer och hydrogeologi ger indikation på om DNAPL spridits till berggrunden uppströms undersökningspunkterna eller inte.

Karakterisering

Borrningar i potentiella källområden där sannolikheten för DNAPL är stor bör på grund av spridningsriskerna inte utföras i onödan. Borrning i källområden kan i vissa fall krävas för att verifiera eller avskriva förekomst av DNAPL och som underlag för en riskbedömning eller åtgärdsutredning.

Borrningar i potentiella källområden ska alltid föregås av en riskanalys med förslag till skyddsåtgärder och kontroller för att minska föroreningsspridning. Direktmätning av förorening vid borrning är nödvändigt tillsammans med en plan för hur eventuella zoner/sprickor med DNAPL eller kraftigt förorenade zoner ska hanteras. Temporär eller permanent tätning av brunnarna efter utförd undersökning bör övervägas.

Då borrning igenom zoner med DNAPL innebär att borrluften kontamineras och för upp betydande mängder förorening behövs ofta en strategi för att hantera och rena returborrluft innan den släpps till omgivningen.

Vid undersökning av källområden med DNAPL bör beaktas att den största andelen av mängden förorening vanligen INTE är lokaliserade till större sprickor eller vattenförande zoner, speciellt inte för äldre föroreningsskador. I stället så finns betydande andelar av DNAPL och rester av DNAPL vanligen i mikrosprickor/porer, sprickor som inte leder större mängder vatten och ”dead-ends”. DNAPL löser långsamt ut till omgivande vattenförande sprickor och kan därmed spridas vidare som vattenburen löst förorening. Vid borrning i källområden med DNAPL bildas nya spridningsvägar och tidigare orörlig DNAPL kan mobiliseras och spridas på nytt. CLU-IN - Fractured rock.

Det är vanligt att det finns kraftigt förorenad jord ovan ett potentiellt källområde i berg. Alla typer av bergborrning kräver foderrör genom jordmatrisen, men sannolikheten att kontaminerat jordgrundvatten dras ner eller DNAPL sprids till berggrunden vid borrningen måste beaktas. Gradade borrningar som utformas så att föroreningar i jord inte genomborras bör övervägas.

Avgränsning av källområden med DNAPL i berg i samband med exempelvis detaljprojektering av en saneringsåtgärd är utmanande, komplext och kommer med stor sannolikhet innebära att även orörlig DNAPL mobiliseras och sprids. Förhöjda halter av vattenburen löst förorening nedströms källområdet förväntas vid borrningarna då tidigare inte förorenade vattenförande sprickor förmodligen kommer att förorenas.  Bedömning av om det finns DNAPL i kontakt med en brunn kan göras genom provtagning och analys berggrundvatten där upprepande provtagningar, halttrender och föroreningens löslighet är viktiga. 

Avgränsning av ett källområde med DNAPL i berg skiljer sig till viss del mot undersökning av källområde i jord. Vissa likheter finns dock; bland annat så är kvaliteten på avgränsning starkt korrelerad till antalet undersökningspunkter. Ju fler punkter desto noggrannare blir avgränsningen. Att detaljerat avgränsa ett källområde med potentiell fri fas förorening i berggrund med ett fåtal borrningar är vanskligt.

Behovet av att kunna avgränsa en förorening både horisontellt och vertikalt inför exempelvis en åtgärd betyder att kraftigt förorenade zoner/sprickor ibland måste genomborras. Denna typ av borrningar kräver en strategi för att hantera och minska spridning av föroreningar samt en riskanalys av vilka konsekvenser en ökad spridning kan innebära. Generellt bör zoner med DNAPL inte genomborras utan att det finns beslut om att även genomföra saneringsåtgärder efteråt.

Svårast när det gäller avgränsning är den vertikala avgränsningen. Horisontell avgränsning kan göras med ytterligare borrningar nära varandra, direktmätning vid borrning och provtagningar av grundvatten, men vertikal avgränsning är mer komplext, speciellt om det finns flera zoner/sprickor med DNAPL. Ett bra verktyg för vertikal avgränsning av DNAPL i brunnar kan utföras genom att använda FLUTe NAPL-liners, se figur 3 nedan. Linern ger färgas när den kommer i kontakt med DNAPL. Vattenlösta föroreningar i olika spricksystem kan undersökas genom att använda manschetter, installera filter vid olika nivåer och/eller använda FLUTe FACT-liners.  

Figur 3.  Överst vänster: direktmätning med PID i samband med hammarborrning i källområde med trikloretylen i kristallint berg. Överst höger; vertikal kartering av kreosot med FLUTe NAPL-liner i kalkberg. Nederst upptag av FLUTe NAPL-liner och fläckar av trikloretylen mm.

Kvalitetssäkring

Generellt gäller samma här som vid undersökning av andra matriser. Upprepad provtagning över tid i varje borrhål är att föredra då grundvattnet påverkas kraftigt under själva borrningen. Om trenden för halterna är ökande  är det större sannolikhet för förekomst av DNAPL, medan om halterna sjunker eller är stabila är sannolikheten lägre.

Provtagningsplan

Förutom det som finns i den allmänna beskrivningen är det vid undersökningar i berg extra viktigt att beskriva de fältmätningar som ska göras under tiden borrning sker samt eventuella stoppkriterier för att undvika att sprida förorening vid undersökningen. Vid källområdesborrning bör det finnas en plan från början hur hål ska tätas ifall det blir nödvändigt. Provtagningarna kan även vara anmälningspliktiga.

Iterativt arbetssätt

Undersökningar i berg kanske är det media som kräver mest iterativt arbete. Undersökningar ger ofta små fragment av kunskap och mätningar och nya provpunkter behöver ofta läggas till och områden utökas eller kompletteras efter hand. Konceptuella modeller revideras baserat på vilka sprickzoner som bedöms vara i kontakt med källområde och vilka spridningsvägarna som är dominerande.

Referenser

Hållbar Sanering, 2009. Undersökning av föroreningar i berggrund, Hållbar Sanering, rapport 5930, https://www.naturvardsverket.se/Documents/publikationer/978-91-620-5930-9.pdf

ITRC, 2017. Characterization and Remediation in Fractured Rocks.
https://fracturedrx-1.itrcweb.org/

CLU-IN. Fractured rock.
https://clu-in.org/issues/default2.focus/sec/Fractured_Rock/cat/Overview/

Environment Agency, UK, 2003. An illustrated handbook of DNAPL transport and fate in the subsurface.
https://clu-in.org/conf/itrc/dnaplpa/dnapl_handbook_final.pdf

FLUTe Flexible Liner Underground Technologies, https://www.flut.com/napl-flute