BESKYTTELSE AV GRUNNVANNSANLEGG -en veileder

Transkript

1 BESKYTTELSE AV GRUNNVANNSANLEGG -en veileder

2 INNHOLD Forord UTARBEIDELSE AV KLAUSULERINGSSONER NYDANNELSE AV GRUNNVANN FORURENSNINGSKILDER OG TRANSPORTMEKASNISMER Forurensningstyper Forurensningskilder Forurensningstransport GRUNNUNDERSØKELSER Innsamling av grunnlagsdata Sammenstilling av eksisterende data med påfølgende befaring Innsamling av nye data - videre karakterisering av akviferen Undersøkelsesmetoder Geofysiske undersøkelser Sonderboringer, undersøkelsesbrønner og testpumpinger i løsmasseakviferer Testpumping av fjellbrønner Sediment- og vannprøver Målinger av vannstand og temperatur Fullskala, langtids prøvepumping Sporstofforsøk BESKYTTELSE Områdebeskyttelse Naturlige beskyttelsesfaktorer - sårbarhet Aktivitetsreguleringer - restriksjoner Beskyttelse av brønner og vanninntak Beskyttelse av brønnhodet Beskyttelse av borebrønner i fjell Beskyttelse av borebrønner i løsmasser (rørbrønner) Beskyttelse av gravde brønner Flomvern UTFORMING AV KLAUSULERINGSSONER Fastlegging av influensområdets beliggenhet Sonegrenser Løsmasser Fjell Fastlegging av sonegrensene Analytiske metoder Oversikt over metodene Bruk av de analytiske metodene Fastlegging av sonegrensene - Modellering Innledning Modellering Modellkonseptualisering forenklinger og antagelser Erfaringer og anbefalinger REFERANSER

3 VEDLEGG Vedlegg A: Generelle råd og vink Vedlegg B: Grunnvannsforsyning basert på brønner i løsmasser og i fjell - noen forskjeller Vedlegg C: Ordliste Vedlegg D: Mattilsynets, Folkehelseinstituttets, NVEs og NGUs rolle Foto forside: Høyre Sylvi Gaut, NGU Venstre Jan Cramer, NGU Layout Maren Todal, NGU 2

4 Forord Gjennom prosjektet Grunnvann i Norge ble det i årene utarbeidet informasjons- og veiledningsmateriell som ble samlet i 13 GiN-veiledere. Emner som er omtalt, er blant annet grunnvann i fjell og løsmasser, grunnvannsanlegg og grunnvannskvalitet. GiN-veileder nr. 7 "Grunnvann. Beskyttelse av drikkevannskilder" (Eckholdt & Snilsberg 1992) foreligger nå i en revidert utgave med tittelen "Beskyttelse av grunnvannsanlegg en veileder". Veilederen redegjør nærmere for problemstillinger som bør klargjøres for å kunne utarbeide en beskyttelsesplan for grunnvannsanlegg med sonegrenser og regulerende bestemmelser. Sonegrenser og arealrestriksjoner må gjøres juridisk bindende. Tekst og figurer er basert på den tidligere GiN-veilederen. I tillegg er informasjon fra nyere NGU-prosjekter og rapporter fra NVE-prosjektet "Miljøbasert vannføring" benyttet. Veilederens målgruppe er private og kommunale vannverkseiere, kommunenes tekniske etater, helse- og miljøetater, Mattilsynet og konsulenter og andre fagpersoner som arbeider med vannforsyning og beskyttelse av grunnvannsressurser. De ulike problemstillingene som presenteres, må vurderes av sakkyndig i hvert enkelt tilfelle og veilederen går ikke i detaljer når det gjelder gjennomføring. En mer detaljert beskrivelse av grunnvannsundersøkelser (kapittel 4) vil bli presentert i egen veileder. En stor takk rettes til Mattilsynet, Folkehelseinstituttet, Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE), Norsk Vann, Asplan Viak, COWI, Norconsult, Miljøgeologi, Sweco, Bioforsk og Institutt for vann- og miljøteknikk og Institutt for geologi og bergteknikk ved NTNU for nyttige innspill i arbeidet med veilederen. Veilederen inneholder en ordliste i vedlegg C. Linker i teksten som står i kursiv, peker til denne ordlisten. Figurer og fotografier i veilederen kan brukes fritt i presentasjoner og på plakater så lenge det blir referert til veilederen og/eller personer og referanse oppgitt i figurteksten. Sylvi Gaut hydrogeolog Bjørn Frengstad lagleder grunnvann Referanse til veilederen: Gaut, Sylvi, 2011: Beskyttelse av grunnvannsanlegg en veileder. Norges geologiske undersøkelse, 45 s. ISBN

5 1. UTARBEIDELSE AV KLAUSULERINGSSONER Områdebeskyttelse (klausulering) rundt drikkevannskilder er nødvendig for å sikre abonnentene et hygienisk sikkert og godt drikkevann. Beskyttelsen skal sikre at vannkvaliteten ikke påvirkes negativt av potensielt forurensende aktiviteter i grunnvannsmagasinets tilsigsområde. Manglende områdebeskyttelse eller oppfølging av eksisterende områdebeskyttelse, har flere steder ført til at grunnvannskilder har blitt mer sårbare overfor forurensning. Dette fordi nedslagsfeltet etter hvert har blitt dyrket opp, blitt nedbygd med industri eller boliger og/eller det er foretatt betydelige uttak av løsmasser. Kravet om beskyttelse av vannkilder står i "Forskrift om vannforsyning og drikkevann (Drikkevannsforskriften) (Helse- og omsorgsdepartementet 2001) og er hjemlet i matloven, helse- og sosialberedskapsloven og kommunehelsetjenesteloven. Grunnvannet er fra naturens side, bedre beskyttet mot forurensninger enn overflatevann. Den naturlige beskyttelsen er gitt av stedegne geologiske og topografiske forhold, og er avhengig av blant annet tykkelsen på umettet sone, strømningshastighet, geologisk oppbygging, avstand til overflatevann, med mer (figur 1.1). Allerede ved valg av brønnplassering bør en derfor vurdere følgende forhold: graden av naturlig beskyttelse (sårbarhet) konflikter som kan oppstå (belastninger og arealplaner) tilsigsområdets antatte utstrekning På grunn av relativt langsom utskifting av grunnvannet i en akvifer, kan grunnvannsforekomster som utsettes for omfattende forurensning, forbli uegnet som drikkevannskilde i mange år. Figur 1.1 Grunnvannets naturlige beskyttelse varierer med typen løsmasser og oppbyggingen av disse, mektigheten av umettet sone og fjellsprekkenes karakter (tykkelse, antall, osv..) (Eckholdt & Snilsberg 1992). 4

6 Figur 1.2 gir en oversikt over hovedaktiviteter ved utarbeidelse av klausuleringssoner for beskyttelse av et grunnvannsuttak for drikkevannsforsyning. Undersøkelsene er delt i to deler, I) forundersøkelser og II) en påfølgende hovedfase med videre undersøkelser. Med konseptuell modell menes en hydrogeologisk tolkningsmodell. Modellen gir en forståelse/tolkning av lokalitetens geologi, strømningsforhold og vannbalanse ut fra tilgjengelig informasjon. Tabell 1.1 gir en mer detaljert beskrivelse av hovedaktivitetene innen kartlegging og karakterisering vist i figur 1.2. Figur 1.2 Flytdiagram for hovedaktiviteter i utarbeidelse av klausuleringssoner for beskyttelse av et grunnvannsuttak for drikkevannsforsyning. I = forundersøkelser; II = hovedfase for undersøkelser. Dersom forundersøkelsene viser at lokaliteten er lite egnet/uegnet, må eventuell ny lokalitet foreslås (stiplet linje). Tabell 1.1 gir nærmere detaljer for hva som inngår i forundersøkelsenes kartlegging og hovedfasens mer utdypende karakterisering. 5

7 Tabell 1.1 Nærmere beskrivelse av hva som inngår i kartlegging av sårbarhet, belastninger og arealplan (I) og hva som bør gjøres av ytterligere karakterisering i hovedfasen (II) i figur 1.2 Tema Aspekt / Parameter Aktivitet Kartlegging Sårbarhet Belastninger Arealplan - Akvifertype og struktur, umettet sone, jordarter, interaksjon med overflatevann, infiltrasjon, flomfare m.m. - Andre vannuttak, samferdsel, bebyggelse, avløp, grunnforurensning, masseuttak m.m. - Kommunale reguleringsplaner, verneplaner, skred- og flomfare m.m. Sammenstilling av eksisterende data (kart, flyfoto, rapporter osv..). Feltbefaring System - Topografi, geologi, hydrologi, materialegenskaper m.m. - Geofysikk, boringer, labanalyser Karakterisering Prosesser - Strømningsforhold, infiltrasjon, influensområde, transport, variasjon (kvantitativt + kvalitativt) m.m. - Testpumping, sporstofforsøk, modellering Belastninger - Type, kvantifisering m.m. - Lab-analyser, overvåking, modellering 6

8 2. NYDANNELSE AV GRUNNVANN For å vurdere sårbarhet og beskyttelse av en grunnvannsressurs er det viktig å skille mellom to nydannelsesmåter for grunnvann: Nedbørsinfiltrasjon nydannelse via nedbør Vassdragsinfiltrasjon nydannelse via akviferens grense mot elv eller innsjø I selvmatende akviferer nydannes grunnvann ved nedbørsinfiltrasjon. Nedbør og smeltevann renner ned i grunnen og strømmer via den umettede sonen ned til grunnvannsspeilet. Infiltrasjonen er avhengig av løsmassenes og berggrunnens vannføringsegenskaper (permeabilitet) og topografiske forhold. I løsmassene renner vannet i hulrommene mellom jordpartiklene (mineralkornene), mens i berggrunnen vil vannstrømmen foregå i sprekker eller hulrom som står i kontakt med fjelloverflaten (figur 2.1). I områder med omtrent like geologiske forhold vil infiltrasjonen være mindre og overflateavrenningen større i sterkt hellende terreng enn i mer flattliggende områder. Figur 2.1 Nydannelse av grunnvann i sprekkeakviferer. På bart fjell renner mye av nedbøren av på overflaten. Der permeable løsmasser ligger over fjell er derimot infiltrasjonspotensialet større. Vann vil holdes tilbake i løsmassene og gi mulighet for infiltrasjon i underliggende fjellsprekker (Ill: Sylvi Gaut). Innstrømning fra et vassdrag til en akvifer foregår vanligvis som mettet strømning direkte inn i grunnvannssonen. Infiltrasjonsflaten mot elver og vann er ofte gjenslammet av finpartikler og biologisk materiale (biofilm). Slamlaget nedsetter infiltrasjonskapasiteten men gir samtidig god filtrerings- og renseeffekt. Der grunnvannsuttak fra løsmasser nær elv eller innsjø fører til økt innstrømning av vann fra vassdraget til akviferen, kalles dette for indusert grunnvannsdannelse eller indusert infiltrasjon. Dette gjør at selv små grunnvannsmagasin med liten selvmating fra nedbøren kan ha et stort forsyningspotensial (kapasitet). Flere store grunnvannsanlegg i Norge er basert på indusert infiltrasjon. I tillegg til nedbørs- og vassdragsinfiltrasjon er enkelte vannverk basert på kunstig infiltrasjon ved at overflatevann overføres til infiltrasjonsdammer eller grøfter over akviferen. Dette benyttes oftest for å øke mengden utnyttbart grunnvann, men også for å bedre vannkvaliteten. Metoden har stort ubenyttet potensial i Norge og er nærmere beskrevet i GiN-veileder nr

9 3. FORURENSNINGSKILDER OG TRANSPORTMEKASNISMER Ved fastlegging av beskyttelsesområdenes utbredelse og hvilke restriksjoner som skal gjelde innenfor hvert område, må en ta hensyn til: ulike typer forurensning (3.1 forurensningstyper) ulike måter forurensning kan oppstå (3.2 forurensningskilder) ulike måter forurensninger kan bevege seg på (3.3 forurensingstransport) 3.1 Forurensningstyper Bakterier, virus, parasitter og muggsopp - de fleste mikroorganismer som er patogene (sykdomsfremkallende) for mennesker og som kan smitte via vann, kommer fra avføring fra mennesker eller varmblodige dyr. Forekomsten av disse mikroorganismene i grunnvannet er derfor nært knyttet til den områdehygieniske situasjonen omkring vanninntaket. Den umettede sonen er normalt et effektivt medium for tilbakeholdelse av slike organismer. Patogener som eventuelt når ned til grunnvannssonen, vil normalt dø ut som funksjon av oppholdstiden. Petroleumsprodukter regnes ofte som den største trusselen mot grunnvannet fordi virkningene av slike utslipp vil være langvarige og store grunnvannsvolum kan bli uegnet til drikkevannsforsyning som følge av relativt små utslipp. Den umettede sonen har ofte kapasitet til å holde tilbake betydelige mengder petroleumsprodukter en begrenset tid slik at opprenskning blir mulig før grunnvannet blir påvirket. Plantevernmidler omfatter en rekke forskjellige stoffer som anvendes både på dyrket mark og på plantefelt i skogbruket. Risikoen er knyttet til nedbrytbarhet, mobilitet, giftighet og dosering og dette gjelder også for plantevernmidlenes nedbrytningsprodukter. Gjødselstoffer omfatter både kunstgjødsel, husdyrgjødsel og kloakkslam. Gjødsel utgjør i første rekke et problem ved overgjødsling eller gjødsling på feil tidspunkt. I grunnvannssammenheng er det fokusert mest på nitrat (NO 3 -N), da dette i liten grad bindes i jord, og luktstoffer som for eksempel H 2 S. Kjemikalier omfatter en rekke ulike stoffer med svært forskjellig mobilitet, nedbrytbarhet og giftighet, fra lettløselig kunstgjødsel til lite nedbrytbare klorerte organiske stoffer som for eksempel PCB. En mer detaljert oversikt over ulike forurensningsstoffer er gitt i "Vannforsyningens ABC, kapittel B" (Folkehelseinstituttet 2006). 3.2 Forurensningskilder De viktigste forurensningskildene er landbruksaktivitet, bebyggelse, industri, trafikk og avfallsdeponier. Disse aktivitetene produserer, lagrer og slipper ut stoffer som er uønsket i grunnvannet. Ved mangelfull håndtering vil de kunne tilflyte grunnvannet gjennom punktkilder eller diffuse utslipp (tabell 3.1). 8

10 Tabell 3.1 Eksempler på noen viktige kilder til potensiell forurensning av grunnvann delt inn i diffuse kilder og punktkilder. Kilder Aktivitet Type forurensning Diffuse kilder Tettbebyggelse Jordbruk Samferdsel Punktkilder Bebyggelse Industri Samferdsel Gruver Jordbruk Ledningsnett for kloakk og avløp Avrenning fra veier og parkeringsplasser Gjødsling Plantevern Veier og tuneller Jernbane Septiktanker og avløpssystem Avfallsdeponier Bensinstasjoner Rørledninger og utslipp Avfallslagring og -deponering Flyplass Ulykker på vei og jernbane Gruvedrift Deponering av avgang og slam Husdyrhold Lagring av kjemikalier Mikroorganismer og kjemikalier Veisalt og tungmetaller Kjemikalier Organiske stoffer Veisalt og kjemikalier fra tetningsmidler Kjemikalier Mikroorganismer Organiske og uorganiske stoffer Organiske stoffer Kjemikalier Organiske og uorganiske stoffer Avisningskjemikalier Kjemikalier Organiske og uorganiske stoffer Metaller og kjemikalier Organiske stoffer og mikroorganismer Kjemikalier Forurensning i form av tilfeldige utslipp vil ofte være begrenset i utbredelse og omfang. Lokalt kan dette likevel være en stor trussel, spesielt mot grunnvann i fjell. Slike utslipp kan skje som følge av tankbilvelt, lekkasjer fra lagertanker, fabrikker etc. Forurensning som spres over et større areal, diffuse kilder, kan være vanskelig å kvantifisere. Over tid kan dette føre til en økt konsentrasjon av uønskete stoffer i grunnvannet. Eksempler er overskudd av gjødselstoffer, plantevernmidler og veisalting. Forurensning i form av kontinuerlig lekkasje kan også være vanskelig å kvantifisere. Hvis forurensningen har pågått over lengre tid, kan den ha spredd seg til store deler av akviferen. Dette kan skje fra blant annet septik- og oljetanker, avløpsledninger og deponi. 9

11 I tillegg er det viktig å være klar over at også uttak av grunnvann og kunstig infiltrasjon belaster akviferen. Begge aktivitetene utgjør potensielle forurensningskilder som kan påvirke både den kjemiske og den mikrobiologiske vannkvaliteten. Kunstig infiltrert vann vil påvirke vannkvaliteten i grunnen på samme måte som grunnvannskjemien påvirkes av nedbørens kjemiske sammensetning. Et vannuttak vil på sin side kunne endre akviferens inn- og utstrømningsområder (kapittel 6.1). I tillegg kan brønnen være en potensiell tilførselskanal for forurensninger til akviferen (kapittel 5.2). 3.3 Forurensningstransport Det er store forskjeller mellom ulike stoffers transportegenskaper i jord og grunnvann. Stoffenes løselighet i vann og sorpsjonsegenskaper i forhold til materialet i akviferen (kornstørrelse, mineralogi, m.m.) er her avgjørende. Faktorer som påvirker transport og spredning av ulike stoffer er: fortynning diffusjon (vedlegg C) hydrodynamisk dispersjon (vedlegg C) inhomogeniteter i grunnvannsmagasinet (lag med ulik permeabilitet) sorpsjon (felling, adhesjon, ionebytting) tetthetsforskjeller mellom vann og forurensning biologisk og kjemisk nedbrytning (temperatur, tid, avstand) En del av disse prosessene er kort beskrevet av Gaut (2009). Grunnvannets strømningshastighet er i stor grad avhengig av massenes gjennomtrengelighet (permeabilitet) og trykkgradienten i akviferen. Dette er vist i Tabell 3.2 der strømningshastighet for ulike kornstørrelser (d10) og hydraulisk ledningsevne ved forskjellig effektiv porøsitet (n eff ) og ved to ulike trykkgradienter (i) er beregnet ved hjelp av Darcys ligning. Tabellen viser at ved samme gradient (helning) på grunnvannsspeilet strømmer vann i fin grus raskere enn vann i mellomsand, som er et finere materiale med lavere effektiv porøsitet. I tillegg ser man at når helningen på grunnvannsspeilet øker fra i = 0,003 til i = 0,01, øker også strømningshastigheten. Tabell 3.2 Strømningshastigheter for ulike kornstørrelser (d 10 ) og hydraulisk ledningsevne ved forskjellig effektiv porøsitet (n eff ) og ved to ulike gradienter (i). m/d = meter per døgn og d 10 = effektiv korndiameter. Fraksjon d 10 (mm) Hydraulisk ledningsevne (m/d) n eff Strømningshastighet (m/d) når i=0,003 Strømningshastighet (m/d) når i=0,01 Fin grus 2, , Grovsand 0, , Mellomsand 0, ,20 1 3,3 Finsand 0,08 6,6 0,12 0,17 0,6 10

12 4. GRUNNUNDERSØKELSER 4.1 Innsamling av grunnlagsdata Sammenstilling av eksisterende data med påfølgende befaring Grundig gjennomgang og sammenstilling av eksisterende data kan forenkle feltarbeidet og redusere omfanget av grunnundersøkelsene. Viktig informasjon i startfasen av et kartleggingsprosjekt er opplysninger relatert til akviferens sårbarhet. Det innbefatter blant annet akvifertype og struktur, jordarter og mektighet av umettet sone (tabell 1.1). I tillegg er det viktig å kartlegge hvilke belastninger og trusler akviferen er utsatt for og hvilke reguleringsplaner som finnes for det aktuelle området. Grunnlagsdata kan blant annet hentes fra: oppdragsgiver teknisk etat eller tilsvarende vegvesenet konsulenter databaser og karttjenester Aktuelle databaser og karttjenester finnes hos kommuner, Statens kartverk, forskningsinstitusjoner, NVE og NGU. Flere av disse er samlet under nettportalen "Grunnvann i Norge" under "databaser." Det må gjennomføres en feltbefaring i aktuelle områder. Under befaringen er det viktig å undersøke eller få bekreftet følgende (GiN-veileder nr. 3): Den faktiske arealbruken i området Beliggenheten av de aktuelle områdene i forhold til vassdrag og forurensningskilder Topografiske forhold med vekt på størrelse av nedbørfelt, inn- og utstrømningsområder og fordeling av løsmasser og fjell Oppsprekningsgrad i bergartene og kornfordeling i løsmassene slik det fremkommer i terrenget Kvartærgeologiske forhold, avsetningstyper (figur 4.1) Strøk og fall på lineamenter og sprekker i berget (gjelder borebrønner i fjell) Innsamling av nye data - videre karakterisering av akviferen På bakgrunn av forundersøkelsene velger man ut ett eller flere områder som kan være egnet for grunnvannsforsyning (fase I figur 1.2 og tabell 1.1). I disse områdene er det nødvendig med mer detaljerte undersøkelser for å velge ut egnede grunnvannslokaliteter (fase II i figur 1.1). Grunnundersøkelsene kan bestå av geofysiske undersøkelser, sonderboringer, undersøkelsesbrønner og testpumping, laboratorieanalyser av sediment- og vannprøver, langtidsprøvepumping og sporstofforsøk. Dette er kort beskrevet i kapittel

13 Figur 4.1 I områder med løsmasser kan løsmassenes sammensetning mot dypet komme godt frem i grustak og veiskjæringer. Dette er nyttig informasjon i forbindelse med kartlegging av grunnvannspotensialet i et område. (Foto: Sylvi Gaut, NGU) 4.2 Undersøkelsesmetoder Geofysiske undersøkelser Geofysiske undersøkelser blir ofte benyttet sammen med grunnboringer i forbindelse med kartlegging av løsmasseakviferer. Kombinasjonen av geofysisk profilering og et begrenset antall grunnboringer gir en god romlig forståelse av løsmassefordelingen i undersøkelsesområdet. Geofysiske metoder kan også benyttes i den første kartleggingsfasen, uten boringer, for å finne områder med mulig potensial for uttak av større mengder grunnvann. Resultatet og tolkningen av de geofysiske undersøkelsene kan da danne grunnlag for utforming og omfang av det påfølgende boreprogrammet. Det er vanligvis bakkegeofysiske metoder som benyttes i forbindelse med hydrogeologiske undersøkelser, men det finnes også metoder som benytter fly eller helikopter. En fordel med flybåren geofysikk er at store områder kan dekkes på kort tid. For norske forhold, med forholdsvis grunne akviferer med lite horisontal utstrekning, er likevel bakkegeofysikk mest relevant. Metodene som benyttes er som følger: Georadar og VLF (elektromagnetiske metoder) 2D-resistivitet (elektriske metode) Refleksjonsseismikk og refraksjonsseismikk Georadar og 2D-resistivitet er mest benyttet. Felles for de geofysiske undersøkelsesmetodene er at de utføres langs utvalgte profiler med utsendelse av ulike typer energi ned i undergrunnen. Metodene benytter seg av det geologiske mediets 12

14 forskjellige fysiske materialegenskaper, og det er variasjoner i disse egenskapene som benyttes til å kartlegge geologien. Hvilke av metodene som blir benyttet i forbindelse med hydrogeologiske undersøkelser, vil være avhengig av de geologiske forholdene kombinert med forventet dyp og utstrekning av akviferen. Tilgjengelighet til undersøkelsesområdet kan også være utslagsgivende for metodevalg. En oppsummering av fordeler og ulemper for de ulike metodene er sammenstilt i Tabell 4.1. Her er det også tatt med SkyTEM, en elektromagnetisk metode der man benytter helikopter ved gjennomføring av målingene. For en mer utfyllende beskrivelse henvises det til revidert veileder for grunnundersøkelser og NGUs nettsider Sonderboringer, undersøkelsesbrønner og testpumpinger i løsmasseakviferer Sonderboringer Sonderboringer i løsmasser kan utføres med lett geoteknisk borerigg (Figur 4.2a) med vannspyling eller håndholdt boreutstyr (Figur 4.2b). Ut fra dataregistreringene og egne vurderinger gjør boreingeniøren en tolkning av massene for hver meter. Resultatene brukes til å karakterisere løsmassenes oppbygging og til å angi steder der undersøkelsesbrønner bør settes ned. På grunnlag av sonderboringene avgjøres det også om undersøkelsene bør avsluttes dersom massene inneholder for mye finstoff til å etablere brønn. Figur 4.2 Sonderboring og nedsetting av undersøkelsesbrønner i løsmasser kan utføres med a) borerigg (Foto: Øystein Jæger, NGU) eller b) håndholdt utstyr (Foto: Randi K. Ramstad, Asplan Viak). 13

15 Tabell 4.1 Sammenstilling av aktuelle geofysiske metoders egnethet ved grunnvannsundersøkelser. Geofysisk metode Fordeler Ulemper/Begrensninger Andre bruksområder Løsmasser Georadar Eksempel på et tolket profil Er meget anvendelig og rask å utføre. God gjengivelse av lagdeling, grunnvannsspeil og fjelloverflate. Resultatene kan avleses direkte mens målingene utføres Begrenset dybderekkevidde, uegnet i områder med leirdekke arkeologi løsmassekartlegging Refleksjonsseismikk Stor dybderekkevidde. God oppløselighet ved lagdelte avsetninger. Best ved finkornige, vannmettede løsmasser i overflaten. Tidkrevende. Dårlig informasjon om seismiske hastigheter og lagtykkelse. Ikke egnet ved grovkornige, tørre masser og over fylling og myr SkyTEM Dekke store områder på kort tid Kostbart. Målingene forstyrres av topografi og tekniske anlegg. Løsmasser og fjell 2D-resistivitet Eksempel på et tolket profil Refraksjonsseismikk Fjell VLF Eksempel på et tolket profil Stor dybderekkevidde, god ved materialkarakterisering, kan benyttes i områder med leire. Gir informasjon om sprekkesonenes forløp mot dypet Velegnet til å bestemme lydhastighet i fjell og løsmasser. Sikker på dybdeangivelse Påviser beliggenhet av større sprekkesoner/forkastninger. Rask å utføre Liten detaljeringsgrad. Usikker ved dybdeangivelse. Begrenset oppløselighet, kan overse lag. Tidkrevende. Kan ikke påvise sonens bredde og fall. Målingene forstyrres av topografi, godt ledende overdekke og tekniske anlegg. Begrenset antall senderstasjoner og utstabil sendetid. tektoniske studier oljeleting strukturer i løsmasser fjelltopografi under løsmasser forundersøkelser tunelldrift tektoniske studier miljøundersøkelser forundersøkelser tunelldrift fjellkvalitet og topografi under løsmasser (dyp til fjell) løsmassetykkelse forundersøkelser tunelldrift sprekkekartlegging

16 Undersøkelsesbrønner og testpumpinger Hvis sonderboringen indikerer egnede løsmasser for grunnvannsuttak, blir det boret en undersøkelsesbrønn for kapasitetsmålinger og prøvetaking av løsmasser og grunnvann i ulike dyp i avsetningen. Brønnen kan bores med samme utstyr som sonderboringene og brønnrøret drives da ned i det samme hullet. Før testpumpingen spyles brønnen ren for masser som har trengt inn under boringen. Undersøkelsesbrønner bør demonteres etter bruk dersom de ikke skal benyttes som observasjonsbrønner/peilerør for måling av vannstand og ulike fysikalsk-kjemiske parametere i prøvepumpingsperioden (kapittel 4.2.6). Rør som blir stående må påmonteres lokk Testpumping av fjellbrønner Til testpumping av fjellbrønner benyttes en elektrisk senkpumpe og strømaggregat. Pumpa plasseres på minst 45 m dyp, eller ca. 2 m over bunnen hvis brønndypet er mindre enn 45 m. Kapasiteten kan måles på flere måter. En metode er først å lense hullet (til pumpa suger luft) og så måle utpumpet vannmengde i minst 2 timer. Er brønnens kapasitet så stor at pumpa ikke greier å lense hullet, kan kapasiteten anslås ut fra senkningen av grunnvannsspeilet og pumperaten. Hvis brønnens kapasitet er såpass lav at det tar uforholdsmessig lang tid å måle et bestemt vannvolum, kan kapasiteten beregnes ut fra grunnvannsnivåets stigningshastighet i borehullet etter lensing Sediment- og vannprøver Innsamling av sediment- og vannprøver ved undersøkelser i løsmasser utføres samtidig med nedsetting av undersøkelsesbrønner (kapittel 4.2.2). Ut fra sedimentprøvenes kornfordeling kan man gjøre overslag av massenes hydrauliske ledningsevne og anbefale filteråpning på eventuelle produksjonsbrønner. Sedimentprøver som tas av oppspylte eller oppumpede masser vil ikke være helt representative for jordarten fordi man mister korn som er større enn filteråpningen samt at de minste kornene ikke sedimenterer i prøvekaret. Ved undersøkelser som stiller strengere krav til representative og mer uforstyrrede prøver bør man benyttet spesielle prøvetakere. En mulighet er også å bore med større diameter og kontinuerlig oppspyling av sedimentprøver under boringen, som for eksempel Odex. Ved grunnvannsundersøkelser er det aktuelt å ta vannprøver fra: undersøkelsesbrønner i løsmasser borede fjellbrønner kildeutslag prøvepumpingsbrønner nærliggende produksjonsbrønner nærliggende overflatevann som kan infiltrere i grunnvannsmagasinet Innsamling av vannprøver fra undersøkelsesbrønner gjøres minimum 15 minutter etter at vannet har blitt klart og fra borede fjellbrønner etter minimum 1 times pumping. Vannprøver fra eksisterende produksjonsbrønner tas så nær brønnen som mulig, for å hindre at ledningsnett og andre deler av vannforsyningssystemet påvirker vann- 15

17 kvaliteten. Vannprøvene analyseres med hensyn på fysiske og kjemiske parametere ved et akkreditert laboratorium Målinger av vannstand og temperatur Målinger av vannstand og temperatur manuelt eller ved hjelp av automatiske trykkog temperaturloggere, kan gi nyttig informasjon om akviferen og eventuell kontakt mellom akvifer og tilstøtende overflatevann. Målingene brukes i tillegg til å utvikle og kalibrere numeriske grunnvannsmodeller. Naturlig grunnvannstand i en akvifer varierer gjennom året. Variasjonen vil være avhengig av både klima (nedbør og temperatur) og geografisk beliggenhet. For å kunne måle grunnvannsnivået rundt en pumpebrønn før og under en pumpeperiode må det etableres observasjonsbrønner (kapittel 4.2.2). Det er viktig at disse brønnene blir satt ned i samme nivå som filteret på prøvebrønnen eller i et nivå med god hydraulisk kommunikasjon til pumpebrønnen. Temperaturen i en godt beskyttet akvifer vil tilsvare lokal gjennomsnittlig årlig lufttemperatur. Dekkes området normalt av et isolerende snølag om vinteren, vil grunnvannstemperaturen kunne ligge 1-2 grader over luftens årsmiddeltemperatur. Kontinuerlige målinger av temperaturen kan brukes til å vurdere hvorvidt grunnvannet er godt beskyttet eller påvirkes av nedbør og smeltevann med kort oppholdstid i grunnen. Nær vassdrag vil man ofte oppleve at grunnvannstemperaturen varierer tilsvarende som temperaturen i tilstøtende overflatevann, men da gjerne med en tidsforsinkelse Fullskala, langtids prøvepumping Pumpetester utføres av flere grunner, blant annet for: 1. Kapasitetsbestemmelse 2. Bestemmelse av brønn- og magasinparametre 3. Klarlegging av brønnen(e)s influensområde og eventuell kommunikasjon med andre brønner eller nærliggende vassdrag 4. Klarlegging av kapasitets- og vannkvalitetsutvikling over tid ved kontinuerlig belastning 5. Innhenting av grunnlagsdata for beregning av beskyttelsessoner Punktene 1-3 bestemmes ved korttidspumpetester (1-7 dager), mens punktene 4 og 5 er resultatet av en langtids pumpetest (3-12 mnd.). Ved langtids pumpetester søker en å få klarlagt hvordan grunnvannsmagasinet reagerer, både i tørre og nedbørrike perioder samt under ekstremsituasjoner som flom i nærliggende vassdrag. Korttids pumpetester kan utføres på forskjellige måter og avsluttes gjerne med en stigningsmåling etter pumpestopp. Forslag til metoder for beregning av spesifikk kapasitet for borehull i løsmasser og fjell er vist i innlegg 2 og 3 (sidene 12 og 13) i GiN-veileder nr. 13. Først etter at kapasitet og vannkvalitet er undersøkt i 3-12 måneder (punkt 4 over), har en normalt en god prognose for hvorvidt brønnen egner seg til drikkevannsuttak eller ikke. I fjellbrønner er korttidskapasiteten ofte høyere enn kapasiteten over tid. Nærliggende sprekker tømmes fort, mens tilsig fra brønnens nedslagsfelt skjer lang- 16

18 sommere. Spesielt ved utbygging av litt større vannverk basert på fjellbrønner, er det avgjørende med en langtids pumpetest for å få klarlagt både magasinkapasitet og vannkvalitetsutvikling. Langs kysten er det også viktig å vurdere magasinkapasitet og faren for saltvannsinntrengning. Pumperaten og senkningen av grunnvannsnivået i både pumpebrønnen og observasjonsbrønnene under pumping gir grunnlag for beregning av hydrauliske parametere. Disse parameterne brukes til å vurdere grunnvannsmagasinets og brønnens totale kapasitet, størrelsen på den delen av akviferen som påvirkes av prøvepumpingen (influensområde) og til å beregne klausuleringssonene rundt brønnen (kapittel 6 ) Sporstofforsøk Når influensområdet til en grunnvannsbrønn skal fastlegges, kan det være ønskelig å bruke sporstoff (tracer). Ulike sporstoff benyttes til å kartlegge grunnvannsstrømning og -hastighet. Sporstoff benyttes også til å beskrive transport av forurensninger som kjemiske forbindelser og mikroorganismer. I disse tilfellene er det vanlig å velge et sporstoff som har mest mulig like egenskaper som forurensningen. Et sporstoff skal ideelt sett oppføre seg identisk med vann og ikke påvirke eller påvirkes av omgivelsene mer enn vannet selv. Et slikt sporstoff betegnes som konservativt. Man skiller gjerne mellom naturlige og kunstige sporstoff. Naturlige sporstoff finnes allerede i naturen. Det er for eksempel vanlig å måle forholdet mellom konsentrasjonene av hydrogenisotopene 2 H/ 1 H eller oksygenisotopene 18 O/ 16 O i vann (H 2 O). Kunstige sporstoff er sporstoff som tilsettes naturen for å gjøre forsøk. Radioaktive isotoper som tritium har vært brukt. Et annet, ufarlig, sporstoff, som ofte benyttes i grunnvannssammenheng, er vanlig koksalt (NaCl). NGU og NVE har noe erfaring med bruk av sporstoff. NVE har beskrevet flere ulike typer (klorid, rhodamin, radioaktive og DNA) og injeksjonsmetoder brukt i prosjektet "Miljøbasert vannføring", Rapport 1/ Elv og grunnvann, (Colleuille et al. 2004). NGU har erfaring med bruk av NaCl i løsmasseakviferer (Storrø 2000) og har testet ut bruk av sjøvann (Storrø & Gaut 2009), DNA, bakteriofager og radioaktive isotoper (Gaut et al. 1999, Gaut 2005) i sprekkeakviferer. 17

19 5. BESKYTTELSE Viktige prinsipper i norsk drikkevannsforsyning er: Drikkevannet skal ha god hygienisk standard Man skal så langt som mulig velge drikkevannskilder som er godt beskyttet mot forurensning Det er krav om minst to hygieniske barrierer i drikkevannssystemet Disse tre punktene står nærmere beskrevet i Vannforsyningens ABC - kapittel A (Folkehelseinstituttet 2006). Valg av drikkevannskilder som er godt beskyttet mot forurensning, og som i utgangspunktet har god drikkevannskvalitet, gir et tryggere drikkevann enn om man må fjerne eller uskadeliggjøre uønskede komponenter gjennom vannbehandling. Tilstrekkelig sikkerhet krever minst to forskjellige hygieniske barrierer i drikkevannssystemet. En hygienisk barriere defineres som en naturlig eller tillaget fysisk eller kjemisk hindring, herunder tiltak for å fjerne, uskadeliggjøre eller drepe bakterier, virus, parasitter mv., og/eller fortynne, nedbryte eller fjerne kjemiske eller fysiske stoffer til et nivå hvor de aktuelle stoffene ikke lenger representerer noen helsemessig risiko. For godt beskyttet grunnvann stilles det ikke krav om vannbehandling, men vannverket må ha desinfeksjon i beredskap. Beskyttelsen av et grunnvannsmagasin skal fange opp dagens aktiviteter og arealbruk, samt forhindre fremtidige endringer som kan øke forurensningspresset på grunnvannsforekomsten. For å sikre god råvannskvalitet, må en tilstrebe størst mulig grad av beskyttelse, både i brønnens tilsigsområde og rundt selve brønnen: Plasser brønner i områder med liten menneskelig aktivitet og god naturlig beskyttelse (utnytt naturlige barrierer). Illustrert i Figur 5.1 Definer beskyttelsessoner med tilhørende ulike restriksjoner Sørg for god brønnutforming 5.1 Områdebeskyttelse Naturlige beskyttelsesfaktorer - sårbarhet Akviferens sårbarhet, det vil si graden av naturlig beskyttelse, er viktig når det gjelder vurdering av vannkildens forurensningsrisiko. Kartlegging av sårbarhet er derfor en nødvendig del av forundersøkelsene ved etablering av nye brønner og grunnvannsverk med tanke på fremtidig klausulering (figur 1.2). De geologiske forholdene er bestemmende for akviferens sårbarhet. Tilbakeholdelse av for eksempel mikroorganismer og nedbrytning av forurensende stoffer skjer hovedsakelig i løsmasser og da i umettet sone der porerommene består av luft og vann. Dette gjør at det er god tilgang på oksygen, og væsketransporten eller strømningshastigheten er generelt lav. Renseeffekten er derimot betydelig mindre når forurensninger kommer ned under grunnvannsspeilet eller strømmer i vannfylte sprekker i fjellet. Mektigheten av umettet sone varierer avhengig av nedbørsmengde og årstid. Dette fører til en lavere 18

20 renseeffekt i nedbørrike perioder når umettet sone er minst og gjennomstrømningshastigheten størst. Figur 5.1 Brønn Bh1 ligger utsatt til med hensyn på mulig forurensning fra silo, kloakkanlegg og annen aktivitet i nærheten av bebyggelsen. Ved å plassere en felles borebrønn ved Bh2, kan en unngå disse forurensningskildene. Figuren er basert på Eckholdt & Snilsberg (1992). I løsmasser er det mektighet, permeabilitet og jordas sammensetning som er bestemmende for sårbarheten. Viktigheten av løsmassedekket ved sårbarhetskartlegging relatert til grunnvannsbeskyttelse ble påpekt av Vrba & Zaporozec (1994). Flere land som Storbritannia, Tyskland og Nederland benytter jordsmonnskart og geologiske kart som basis for utarbeidelsen av sårbarhetskart. Jordforsk (nå Bioforsk) utførte i 1996 et forprosjekt på "Sårbarhetskartlegging av grunnvann i løsmasser" (Kværner 1996). Jordsmonnskart og jorddata ble brukt som grunnlag for sårbarhetsklassifisering og tiltaksplanlegging på selvdrenert jord. I Norge finnes det jordsmonnskart for områder med dyrka mark, og data er presentert på nettsidene til Norsk institutt for skog og landskap. Kvartærgeologiske kart ved NGU i målestokk 1: har ikke samme detaljeringsgrad, men vil kunne være nyttige til en mer generell sårbarhetskartlegging. For grunnvann i fjell er det i første rekke løsmasseoverdekningen, oppsprekkingsgraden og sprekkenes karakter som er viktig (figur 5.2). Grunnvann i fjell er mer sårbart for forurensningspåvirkning, blant annet fordi fortynningsmulighetene og selvrensingspotensialet som oftest er dårligere enn i løsmasser. Strømningshastighetene i sprekkesystemene kan bli store, slik at eventuelle forurensninger kan transporteres raskt over store avstander, spesielt hvis det pumpes vann ut fra magasinet. De naturlige beskyttelsesfaktorene som kan utnyttes i grunnvannssammenheng er: Den umettede sonen over grunnvannsspeilet (figur 1.1 og figur 5.3) og løsmassedekket over fjell. Barrierens effektivitet øker med økende mektighet og avtakende permeabilitet. Mektigheten bør være 3 m for å gi god beskyttelse. Lavpermeable lag i akviferen (figur 5.3c). Brønnfilteret plasseres under slike lag, såfremt kapasitet og naturlig vannkvalitet er tilfredsstillende. 19