Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Nr 87 Politechniki Wrocławskiej Nr 87

Transkrypt

1 Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Nr 87 Politechniki Wrocławskiej Nr 87 Studia i Materiały Nr Tadeusz Andrzej PRZYLIBSKI * Elżbieta LIBER MADZIARZ * radon, wydajność ujęć, wody radonowe, szczawy radonowe, wody lecznicze, wody podziemne, Sudety POZORNA ZALEŻNOŚĆ ZMIAN STĘŻEŃ RADONU- W WODZIE OD ZMIAN WYDAJNOŚCI UJĘĆ WÓD LECZNICZYCH ŚWIERADOWA ZDROJU (SUDETY) Radon- jest istotnym składnikiem uznawanym za leczniczy w podziemnych wodach słabo zmineralizowanych i szczawach Świeradowa Zdroju. Jego geneza związana jest ze skałami najbliższego sąsiedztwa ujęć granitognejsami i leukogranitami. Próba skorelowania wydajności ujęć ze stężeniami radonu w wodach tych ujęć wykazała, że zmiany ilości wód w systemie płytkiego krążenia nie wpływają na zmiany stężeń radonu w badanych wodach leczniczych Świeradowa Zdroju. Zanotowane zależności pomiędzy wydajnością ujęć 1A i 2P, a zawartością radonu- w wypływających szczawach są wynikiem zmian udziału płytkich wód radonowych w mieszaninie ze szczawami głębokiego krążenia. WPROWADZENIE W Świeradowie Zdroju występują wody podziemne z wysoką zawartością radonu. Są to wody radonowe płytkiego krążenia oraz szczawy radonowe, które są efektem mieszania się szczaw głębokiego krążenia z płytkimi wodami radonowymi [1,2,4,7,9]. Wody te są uznane za lecznicze na mocy Rozporządzenia Rady Ministrów z 1994 r. [10]. Radon występujący w tych wodach, powstaje w granitognejsach i leukogranitach budujących najbliższe okolice ujęć tych wód (rys. 1). Jego wzmożone tworzenie się w tych skałach jest związane z podwyższoną zawartością macierzystego nuklidu radonu-, jakim jest rad-226. Tworzący się radon rozpuszcza się następnie w wodach przepływających przez płytkie strefy zwietrzałych i pociętych uskokami granitognejsów i leukogranitów, które stanowią również obszary zasilania tych wód [3,4,9]. * Politechnika Wrocławska, Wydział Górniczy, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław

2 70 ujęcia innych wód leczniczych intakes of other medicinal waters MCS Marii Curie-Skłodowskiej Z- Zofia 3A 3A SM Sancta Maria Rys. 1. Uproszczony szkic geologiczny okolic Świeradowa Zdroju (według [5,12]) z zaznaczonymi ujęciami badanych wód leczniczych Fig. 1. A simplified geological sketch of Świeradów Zdrój neighbourhood (after [5,12]) with marked intakes of analyzed medicinal waters

3 71 W wodach leczniczych Świeradowa Zdroju nie stwierdzono sezonowej zmienności stężeń radonu-. Wydaje się, że jedynymi czynnikami wpływającymi na wyraźnie widoczne wahania stężeń tego gazu są dobowe zmiany wartości czynników atmosferycznych, zwłaszcza ciśnienia, temperatury i wilgotności [7]. Wydajność zależy w znacznej mierze od ilości opadów, zwłaszcza w przypadku ujęć wód płytkiego krążenia. Zależność stężenia radonu od wydajności ujęcia jest zagadnieniem szczególnie interesującym. Wydawać by się mogło, że wpływ ilości wody w systemie krążenia na ilość rozpuszczonego w niej radonu jest oczywisty. Jednakże w dokładniejszych badaniach zależność ta jest nieco bardziej skomplikowana [8]. ZAKRES I METODY BADAŃ Liczba istniejących danych archiwalnych obejmujących wyniki pomiarów stężeń radonu- w wodach oraz wydajności ujęć powoduje, że jedynie trzy ujęcia Świeradowa Zdroju mogą być obiektami badań. Są to: źródło Górne oraz odwierty 1A i 2P. Ujęciami tymi eksploatowane są szczawy HCO 3 Ca Mg, Rn (ujęcie Górne), szczawy HCO 3 Ca Mg, Fe, Rn (ujęcie 1A) i szczawy HCO 3 Mg Ca, Fe, F (ujęcie 2P), które wypływają samoczynnie z gnejsów i granitognejsów. W źródle Górne szczawy eksploatowane są trzema studniami o głębokościach od 6 do 10 m. Są one połączone hydraulicznie [5,11], a średnia ich wydajność w latach wynosi 0,89 m 3 /h. W odwiercie 1A szczawy są eksploatowane z głębokości m [5,11], ze średnią wydajnością (z lat ) 0,81 m 3 /h. Oba wyżej wymienione ujęcia eksploatują wody z niewielkich głębokości, a więc ich wydajność powinna reagować na zmiany czynników atmosferycznych. Ujęciami tymi eksploatowane są szczawy silnie rozcieńczone wodami radonowymi płytkiego krążenia [2]. Dlatego też obiekty te są odpowiednie do przeanalizowania ewentualnego wpływu zmian wydajności na zmiany stężeń radonu-. Jako ujęcie o niewielkiej zawartości domieszki płytkich, radonowych wód infiltracyjnych, służące do weryfikacji uzyskanych wyników wykorzystano głęboki odwiert 2P. Szczawy w tym odwiercie ujęte są na głębokościach m, m, m i wypływają samoczynnie z gnejsów i granitognejsów [6] ze średnią wydajnością 0,70 m 3 /h. W celu przeanalizowania ewentualnej zależności stężeń radonu w szczawach eksploatowanych w ujęciu Górne oraz 1A i 2P od ich wydajności sporządzono bazę danych w oparciu o arkusz kalkulacyjny Excel. Obejmuje ona wszystkie istniejące dane z pomiarów stacjonarnych wykonanych w latach W sumie zebrano 3235 danych o wydajności ujęcia Górne, 3115 danych dla ujęcia 1A oraz 2347 danych dla ujęcia 2P. W tym samym czasie stężenia radonu w ujęciu Górne mierzono 1447 razy, 758 razy w ujęciu 1A i 1060 razy w ujęciu 2P. W analizie wzięto pod uwagę jedynie te wartości stężeń radonu, które były mierzone równocześnie z wydajnością.

4 72 Liczba danych spełniających ten warunek wynosi 1442 dla ujęcia Górne, 755 dla ujęcia 1A i 1052 dla ujęcia 2P. Wyniki pomiarów stężeń radonu i wydajności pochodzą z danych archiwalnych Uzdrowiskowego Zakładu Górniczego Uzdrowiska Świeradów-Czerniawa sp. z o.o. [6]. Stężenia radonu mierzone były początkowo za pomocą komory jonizacyjnej SG 11M, wykorzystującej elektrostatyczne oddziaływanie zjonizowanego pod wpływem promieniowania alfa radonu- powietrza na nić kwarcową. Od lat dziewięćdziesiątych komorę jonizacyjną zastąpiono uniwersalną sondą scyntylacyjną, wykorzystującą w pomiarach różnicę aktywności promieniowania gamma w tle i w badanej próbie wody, głównie w oparciu o pochodne radonu ( 214 Bi). Pomiary wydajności w badanych ujęciach wykonywane są metodą objętościową raz na dobę, z wyjątkiem dni wolnych od pracy. Od połowy 1995 roku w odwiercie 2P pomiary te prowadzone są dwa razy w miesiącu. W odwiertach 1A i 2P wydajność mierzona jest bezpośrednio na przelewie przy głowicy eksploatacyjnej, natomiast w źródle Górne na rurociągu przelewowym. DYSKUSJA UZYSKANYCH WYNIKÓW W tabeli 1 zebrano wartości współczynników korelacji liniowej pomiędzy stężeniami radonu- w wodach, a wydajnościami dla poszczególnych ujęć. Tabela 1 Podstawowe parametry charakteryzujące lecznicze wody podziemne eksploatowane w ujęciach Górne, 1A i 2P w Świeradowie Zdroju (na podstawie [2,3,6]) Nazwa ujęcia Górne 1A 2P Typ eksploatowanej wody Średnia domieszka wód płytkiego krążenia (zakres) [%] Średnie stężenie Rn (Rn) (zakres) [Bq/dm 3 ] Średnia wydajność (Q) (zakres) [m 3 /h] Współczynnik korelacji pomiędzy Rn i Q Liczba korelowanych pomiarów Rn i Q 0,05% szczawa HCO 3-Ca-Mg, Rn 85 (77 92) 484,7 (0 1036) 0,893 (0,11 1,86) 0,1% szczawa HCO 3-Ca-Mg, Fe, Rn 74 (68 79) 46,8 (0 706,7) 0,810 (0,48 1,68) 0,2% szczawa HCO 3 Mg Ca, Fe, F 24 (0 47) 25,8 (0 703) 0,705 (0,44 1,20) 0,025 0,170 0, Średnie wartości stężenia radonu- oraz wydajności są średnimi arytmetycznymi ze wszystkich pomiarów tych parametrów wykonanych w latach Typ eksploatowanej wody przedstawiono zgodnie z zatwierdzoną dokumentacją hydrogeologiczną.

5 73 Dla ujęcia Górne wartość współczynnika korelacji liniowej wynosi 0,025 dla 1442 danych. Na poziomie istotności α = 0,05 jest to wartość nieistotna statystycznie. Oznacza to, że w ujęciu Górne zmiany wydajności nie wpływają na zmiany stężeń radonu-. W ujęciu 1A zanotowano natomiast wartość współczynnika korelacji liniowej wynoszącą 0,170 dla 755 danych. Jest to istotna statystycznie wartość na poziomie istotności α = 0,05 już dla n = 100 [13]. Tak więc w przypadku tego ujęcia wraz ze zwiększeniem się wydajności wzrasta również zawartość radonu- w eksploatowanej szczawie. Podobnie w ujęciu 2P zanotowano istotną statystycznie (na poziomie istotności α = 0,05) korelację dodatnią pomiędzy wydajnością, a stężeniem radonu- w szczawie. Wartość współczynnika korelacji w tym wypadku jest wyższa niż w ujęciu 1A i wynosi 0,229 dla 1052 pomiarów obu korelowanych parametrów. Zależność stężenia radonu- w szczawach poszczególnych ujęć Świeradowa Zdroju od ich wydajności przedstawiono na rys Na żadnym z wykresów nie widać silnej zależności zmian stężeń radonu- od zmian wydajności, mimo że dla ujęcia 1A i 2P zanotowano istotne statystycznie współczynniki korelacji liniowej Rn [Bq/dm 3 ] ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Q [m 3 /h] Rys. 2. Zmiany stężeń radonu- w szczawie w zależności od zmian wydajności ujęcia Górne Fig. 2. Radon- concentration changes in acidulous water and their relations to the discharge changes of Górne intake

6 Rn [Bq/dm 3 ] Równanie linii trendu Rn = 68,621Q + 24, ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Q [m 3 /h] Rys. 3. Pozorna zależność stężenia radonu- w szczawie od wydajności ujęcia 1A (na wykresie zaznaczono linię i równanie trendu) Fig. 3. The apparent relationship between radon- concentration in acidulous water and the discharge of 1A intake. On the graph the trend line and trend equation are displayed Równanie linii trendu Rn = 181,6 Q 103,68 Rn [Bq/dm 3 ] ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Q [m 3 /h] Rys. 4. Zależność stężenia radonu- w szczawie od wydajności ujęcia 2P (na wykresie zaznaczono linię i równanie trendu) Fig. 4. The apparent relationship between radon- concentration in acidulous water and the discharge of 2P intake. On the graph the trend line and trend equation are displayed

7 Powyższe wyniki mogą sugerować brak (źródło Górne), lub niewielki wpływ (odwierty 1A i 2P) zmian wydajności poszczególnych ujęć na stężenia radonu- w eksploatowanych szczawach. Zmiany wydajności wszystkich badanych ujęć zależą przede wszystkim od zmian ilości dopływających do nich płytkich wód infiltracyjnych wzbogaconych w radon [2 4]. Powyższe fakty mogą wskazywać, że na stężenia radonu- w wypływającej mieszaninie wód podziemnych ma znaczny wpływ także udział ilościowy składowej głębokiego krążenia oraz stężenie rozpuszczonego w niej radonu. To ostatnie stwierdzenie stoi w sprzeczności z wynikami wcześniejszych badań dotyczących genezy radonu w leczniczych wodach podziemnych Świeradowa Zdroju [4,7,9]. W szczególności takiej interpretacji braku wyraźnych zależności stężenia radonu- od wydajności eksploatowanych szczaw przeczy zaobserwowana zmienność stężeń tego gazu w szczawach ujęcia Górne i 1A, która wykazywała bardzo podobną tendencję w obu tych ujęciach na przestrzeni kilkunastu ostatnich lat [7]. Można podobny charakter zmienności stężeń radonu- w szczawach ujęć Górne i 1A przypisać zmianom zawartości tego gazu w składowej głębokiego krążenia. Jest to jednakże sprzeczne z zanotowanymi zmianami (spadkiem) stężeń radonu w wodach podziemnych rejonu Świeradowa Zdroju wraz z głębokością [4]. Powyższa argumentacja pozwala na pominięcie w dalszych rozważaniach składowej głębokiego krążenia. Przyjmując wyniki wcześniejszych badań za prawidłowe i zgadzając się z ich interpretacją, obliczone niskie wartości współczynnika korelacji liniowej pomiędzy stężeniem radonu-, a wydajnością poszczególnych ujęć szczaw można interpretować następująco. Istotna wartość współczynnika korelacji pomiędzy badanymi parametrami szczaw eksploatowanych w ujęciu 1A i 2P może wskazywać, że stężenie radonu- zależy od wydajności ujęcia. Im większa jest domieszka radonowych wód płytkiego krążenia, tym wyższe jest stężenie radonu- w wypływającej mieszaninie. Wniosek taki potwierdza silniejszy związek korelacyjny zanotowany w ujęciu 2P. W odwiercie tym mniejsza domieszka wód płytkiego krążenia powoduje znacznie silniejsze zmiany w stężeniu radonu niż w przypadku ujęcia 1A. W tym ostatnim odwiercie znacznie wyższy udział wód płytkiego krążenia powoduje, że zmiany stężenia radonu- wraz z wydajnością są mniej wyraźne. Oznacza to, że wahania stężeń radonu w radonowych wodach płytkiego krążenia są znacznie wyższe niż wahania w wypływającej mieszaninie, które wynikają jedynie z ilościowych zmian udziału wód płytkich. Potwierdzają to również wyniki uzyskane w ujęciu Górne, gdzie nie stwierdzono korelacji pomiędzy badanymi parametrami. Świadczy to o braku wpływu zmian wydajności na stężenia radonu w wypływającej mieszaninie wód. W związku z tym, że główną jej składową stanowią płytkie wody radonowe, zmiany stężeń radonu- w tych wodach nie zależą od zmiany ich ilości w systemie krążenia. Podsumowując należy stwierdzić, że uzyskane wyniki dla ujęcia Górne świadczą o braku wpływu wydajności, a więc pośrednio i ilości wód radonowych w systemie 75

8 76 płytkiego krążenia na zmiany stężeń radonu-. Zaobserwowane korelacje pomiędzy wydajnością ujęcia, a stężeniem radonu- w eksploatowanych szczawach w odwiercie 1A, a zwłaszcza w odwiercie 2P wskazują, że uzyskane zależności są wynikiem zmian ilościowego udziału radonowych wód płytkiego krążenia w mieszaninie ze szczawami głębokiego krążenia, która wypływa w tych ujęciach. Dlatego też możemy mówić w tym przypadku jedynie o pozornej zależności stężeń radonu- od wydajności ujęć. WNIOSKI Uzyskane wyniki świadczą o braku wpływu zmian objętości wód w systemie płytkiego krążenia na stężenia radonu- notowane w szczawach wypływających w ujęciach Świeradowa Zdroju, które są mieszaninami wyżej wspomnianych wód ze szczawami głębokiego krążenia. Zanotowane zależności pomiędzy wydajnością ujęć 1A i 2P, a zawartością radonu- w wypływających w nich szczawach są wynikiem zmian udziału radonowych wód płytkiego krążenia w mieszaninie ze szczawami głębokiego krążenia. Potwierdza to dotychczasowe poglądy na temat genezy radonu w wodach leczniczych Świeradowa Zdroju. PODZIĘKOWANIA Autorzy składają serdeczne podziękowania Zarządowi Uzdrowiska Świeradów-Czerniawa sp. z o.o. oraz pani Teresie Dragunowicz za umożliwienie wykorzystania danych archiwalnych oraz udzieloną pomoc w trakcie prac terenowych. LITERATURA [1] CIĘŻKOWSKI W., Jednostka hydrogeologiczna szczaw Gór Izerskich, Kwart. Geol., 1983, 27: [2] CIĘŻKOWSKI W., Studium hydrogeochemii wód leczniczych Sudetów polskich, Pr. Nauk. Inst. Geotechn. Polit. Wr., 1990, nr 60, seria Monografie, 19. [3] CIĘŻKOWSKI W., DOKTÓR S., GRANICZNY M., KABAT T., LIBER-MADZIARZ E., PRZY- LIBSKI T., TEISSEYRE B., WIŚNIEWSKA M., ZUBER A. Próba określenia obszarów zasilania wód leczniczych pochodzenia infiltracyjnego w Polsce na podstawie badań izotopowych, część 36, Złoże wód leczniczych Świeradowa Zdroju, ZBU Zdroje, Wrocław 1996, maszynopis. [4] CIĘŻKOWSKI W., PRZYLIBSKI T. A., Radon in waters from health resorts of the Sudety Mountains (SW Poland). Applied Radiation and Isotopes, 1997, 48: [5] FISTEK J., Wody mineralne Świeradowa Zdroju, Przewodnik XL Zjazdu PTG, Zgorzelec r., Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1967, [6] Materiały archiwalne Uzdrowiska Świeradów-Czerniawa sp. z o. o. (maszynopisy). [7] PRZYLIBSKI T. A., Zmiany stężeń radonu w podziemnych wodach leczniczych Świeradowa Zdroju (Sudety), Prz. Geol. 1998, 46:

9 77 [8] PRZYLIBSKI T. A., w druku Radon- concentration changes in medicinal groundwaters of Lądek Zdrój (Sudety Mountains, SW Poland), Journal of Environmental Radioactivity. [9] PRZYLIBSKI T. A., ŻEBROWSKI A., Origin of radon in medicinal waters of Świeradów Zdrój, Nukleonika 1996, 41: [10] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 16 sierpnia 1994 r. w sprawie określenia złóż wód zaliczonych do solanek, wód leczniczych i termalnych oraz innych kopalin leczniczych, a także w sprawie zaliczenia kopalin pospolitych z określonych złóż do kopalin podstawowych. Dz. U. Nr 89, poz [11] SCHERAUTZ G., Dokumentacja inwentaryzacyjna ujęć wód leczniczych Świeradowa Zdroju, Archiwum P.P. O.T.U., Warszawa [12] SZAŁAMACHA J., SZAŁAMACHA M., Szczegółowa mapa geologiczna Sudetów, skala 1:25 000, Arkusz Świeradów Zdrój wraz z objaśnieniami, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1984 [13] ZIELIŃSKI R., ZIELIŃSKI W., Podręczne tablice statystyczne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa AN APPARENT RELATIONSHIP BETWEEN RADON- CONCENTRATION CHANGES AND THE DISCHARGE CHANGES OF THE MEDICINAL WATERS INTAKES OF ŚWIERADÓW ZDRÓJ (SUDETY MOUNTAINS) Radon- is the essential component recognized as currative in slightly mineralized groundwaters and acidulous waters of Świeradów Zdrój. It s origin is related to the rocks of the closest neighbourhood of the intakes granite-gneisses and leucogranites. An attempt of correlation discharge of the intakes with a radon concentration in their waters proves that the changes of water volume in shallow circulation system have no influence on radon concentration changes in the investigated medicinal waters of Świeradów Zdrój. The noted dependences between the discharge of 1A and 2P intakes and radon- concentration in acidulous waters flowing out from these boreholes are the result of the of changes of shallow circulation waters in the mixture with acidulous waters of deep circulation. Recenzent: dr hab. inż. Wojciech Ciężkowski, prof. PWr.