Logistyka nauka. AGH Akademia Górnicza-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, Polska,

Podobne dokumenty
ZASTOSOWANIE METODY TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ DO LOKALIZACJI STRUKTUR KRASOWYCH

ZASTOSOWANIE METOD GEOELEKTRYCZNYCH W ROZPOZNAWANIU BUDOWY PODŁOŻA CZWARTORZĘDOWEGO.

Badania geoelektryczne rozprzestrzeniania się wód skażonych chemicznie ze składowiska odpadów poflotacyjnych Żelazny Most

Wykonawca: APIS GEO Iwona Kacprzak Ul. Turowska Kobyłka Zleceniodawca: Jacobs Polska Sp. z o. o. Al. Niepodległości Warszawa

Rozpoznanie strefy osuwiskowej w oparciu o zmiany oporności na terenie miejscowości Ujsoły

Zastosowanie metod geofizycznych w monitoringu zagrożeń środowiskowych

METODA TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ W ROZPOZNAWANIU GEOLOGICZNYM PODŁOŻA I OBIEKTÓW ANTROPOGENICZNYCH

Rozmieszczanie i głębokość punktów badawczych

ROZPOZNANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA PODSTAWIE BADAŃ GEOFIZYCZNYCH NA TERENIE OGRODU DOMU POMOCY SPOŁECZNEJ HELCLÓW W KRAKOWIE

TECHNIKI POMIAROWE METODY ELEKTROOPOROWEJ MEASUREMENT TECHNIQUES OF RESISTIVITY METOD

BADANIA STANU TECHNICZNEGO WAŁÓW PRZECIWPOWODZIOWYCH BADANIA GEOFIZYCZNE

efekty kształcenia dla kierunku studiów WIEDZA

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: BGG GI-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Górnictwo i Geologia Specjalność: Geologia inżynierska i geotechnika

Przydatność metody georadarowej w rozwiązywaniu zagadnień geologiczno inżynierskich w górnictwie odkrywkowym

ZASTOSOWANIE BADAŃ I POMIARÓW GEOFIZYCZNYCH W OCHRONIE ELEKTROCHEMICZNEJ

ORGANIZACJA PROCESÓW DYSTRYBUCJI W DZIAŁALNOŚCI PRZEDSIĘBIORSTW PRODUKCYJNYCH, HANDLOWYCH I USŁUGOWYCH

WYKORZYSTANIE CIEKÓW POWIERZCHNIOWYCH W MONITOROWANIU JAKOŚCI EKSPLOATOWANYCH ZBIORNIKÓW WÓD PODZIEMNYCH

Nasze innowacje REMEDIACJA ŚRODOWISKA WODNO- GRUNTOWEGO

Zagrożenia pogórnicze na terenach dawnych podziemnych kopalń węgla brunatnego w rejonie Piły-Młyna (woj. Kujawsko-Pomorskie)

ZAŁOŻENIA i STAN PRAC W PROJEKCIE SANAERO. Dr inż. Mariusz Adynkiewicz-Piragas

STUDIA MAGISTERSKIE SPECJALIZACJA HYDROGEOLOGIA. Moduł XII Dr hab. prof. Henryk Marszałek PRZEPŁYW WÓD PODZIEMNYCH I MIGRACJA ZANIECZYSZCZEŃ

Janusz ANTONIUK*, Jerzy W. MOŚCICKI*, Anna SKÓRZAK** *Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów S.A.

Detection inhomogeneities in. Electromagnetic Method. structure of flood. measurements. resistivity, GPR and Freqency. embankments by means of D.C.

Badania geofizyczne dróg i autostrad

Regionalne dokumentacje hydrogeologiczne

Dokumentacja i badania dla II kategorii geotechnicznej Dokumentacja geotechniczna warunków posadowienia.

Mariusz CZOP. Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej AGH

podstawy mechaniki gruntów 5 Kandydat przygotowuje portfolio dokumenty potwierdzające:

WPŁYW ZAKŁÓCEŃ PROCESU WZBOGACANIA WĘGLA W OSADZARCE NA ZMIANY GĘSTOŚCI ROZDZIAŁU BADANIA LABORATORYJNE

Projekt pod nazwą: Rekultywacja składowisk odpadów w województwie kujawsko-pomorskim na cele przyrodnicze

GEOINŻYNIERIA ŚRODOWISKA. Environmental Geoengineering

Zintegrowana strategia zrównoważonego zarządzania wodami w zlewni

ZAKŁAD PROJEKTOWO HANDLOWY DOKUMETACJA WARUNKÓW

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

5. REEMISJA ZWIĄZKÓW RTĘCI W CZASIE UNIESZKODLIWIANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Andrzej Pepel Prace naukowo-badawcze w PBG...3

PRACOWNIA GEOTECHNIKI, GEOLOGII INśYNIERSKIEJ, HYDROGEOLOGII I OCHRONY ŚRODOWISKA. Luty 2014 r.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

3. Składowe wektora indukcji (lub wektora natężenia) pola magnetycznego Ziemi

Bazy danych geologiczno-inżynierskich Państwowej Służby Geologicznej w procesie inwestycyjnym i w planowaniu przestrzennym

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

Cyfrowe dane geologiczne PIG-PIB

Zał. 1. Mapa topograficzna w skali 1: teren badań geologiczno- Legenda: inżynierskich OPRACOWAŁ: mgr Przemysław Szuba

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

Opinia geotechniczna dla zadania pn. Budowa wału dzielącego zbiornik górny Zalewu w Przedborzu na dwie części.

4. Blok stan 4.2. Podsystem monitoringu jakości wód Monitoring wód podziemnych

ROLA WODY W ZRÓWNOWAŻONYM ZAGOSPODAROWANIU MIASTA KRAKOWA - PROPOZYCJE KOMPLEKSOWYCH ROZWIĄZAŃ

Badania polowe kształtu wbijanych kolumn kamiennych z wykorzystaniem metody elektrooporowej

ZRÓWNOWAŻONA GOSPODARKA WODNA W PRZESTRZENI MIEJSKIEJ

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

TYTUŁ: Rozpoznanie historycznych warstw antropogenicznych metodami geofizycznymi uzupełnione analizami geochemicznymi

Zastosowanie metody MASW do wyznaczania profilu prędkościowego warstw przypowierzchniowych

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

GEO GAL USŁUGI GEOLOGICZNE mgr inż. Aleksander Gałuszka Rzeszów, ul. Malczewskiego 11/23,tel

Geologia i hydrogeologia Geology and hydrogeology

Ochrona środowiska. Ochrona środowiska

ELEMENTY GEOFIZYKI. Geofizyka środowiskowa i poszukiwawcza W. D. ebski

DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

CPT-CAD - Program do tworzenia dokumentacji geologicznej i geotechnicznej

Interpretacja krzywych sondowania elektrooporowego; zagadnienie niejednoznaczności interpretacji (program IX1D Interpex) Etapy wykonania:

Kierunek: Inżynieria Środowiska Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

CHARAKTERYSTYKA PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA PODSTAWIE KORELACJI PARAMETRÓW OTRZYMANYCH Z BADAŃ GEOFIZYCZNYCH I GEOTECHNICZNYCH

Kontrola stanu technicznego. przy zastosowaniu metod geofizyki otworowej

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 14/12

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA. w sprawie dokumentacji geologicznej złoża kopaliny

UPRAWNIENIA I KWALIFIKACJE ZAWODOWE ABSOLWENTÓW WGGiOŚ

WYKONANIE APLIKACJI WERYFIKUJĄCEJ PIONOWOŚĆ OBIEKTÓW WYSMUKŁYCH Z WYKORZYSTANIEM JĘZYKA C++ 1. Wstęp

WSTĘPNE ZAŁOŻENIA DO BUDOWY BAZY DANYCH W OBSZARZE WSPARCIA Wrocław

Dokumentacja geotechniczna warunków gruntowo wodnych dla potrzeb posadowienia obiektów budowlanych

DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

Kierunek: Ochrona Środowiska Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Zintegrowany system monitoringu stanu środowiska w procesach poszukiwania i eksploatacji gazu z łupków

RACOWNIA DOKUMENTACJI HYDROGEOLOGICZNYCH mgr Piotr Wołcyrz, Dąbcze, ul. Jarzębinowa 1, Rydzyna

Dokumentowanie warunków geologiczno-inżynierskich w rejonie osuwisk w świetle wymagań Eurokodu 7

XIII Seminarium Naukowe "Inżynierskie zastosowania technologii informatycznych"

Mapa obszarów zdegradowanych i podwyższonego zagrożenia naturalnego

Szacowanie ryzyka ekologicznego na terenach zdegradowanych przez składowiska odpadów

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie

Maciej Kordian KUMOR. BYDGOSZCZ 12 stycznia 2012 roku. Katedra Geotechniki Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Kierunek: Inżynieria Środowiska Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą obrazowania elektrooporowego

Warszawa, dnia 15 grudnia 2016 r. Poz. 2023

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 15/15

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

WGGIOŚ Egzamin inżynierski 2014/2015 WYDZIAŁ: GEOLOGII, GEOFIZYKI I OCHRONY ŚRODOWISKA KIERUNEK STUDIÓW: GÓRNICTWO I GEOLOGIA

INSPEKCJA OCHRONY ŚRODOWISKA KATALOG WYBRANYCH FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH WSKAŹNIKÓW ZANIECZYSZCZEŃ WÓD PODZIEMNYCH I METOD ICH OZNACZANIA

Ocena metodyki pobierania i preparatyki próbek do badań

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W MODELOWANIU WYMIANY CIEPŁA W PRZEGRODZIE BUDOWLANEJ WYKONANEJ Z PUSTAKÓW STYROPIANOWYCH

BAZA DANYCH ORAZ SZCZEGÓŁOWY 3D MODEL GEOLOGICZNY DLA PODZIEMNEJ SEKWESTRACJI CO 2 REJONU BEŁCHATOWA NA PRZYKŁADZIE STRUKTURY BUDZISZEWIC - ZAOSIA

KLASYFIKACJA JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH W 2004 ROKU

Partnerstwo we wdrażaniu innowacyjnych metod zarządzania środowiskiem

Spis treści : strona :

Osuwiska jako naturalne zagrożenia na terenach zurbanizowanych metody wstępnego rozpoznania terenów zagrożonych

BADANIA STANU TECHNICZNEGO WAŁÓW PRZECIWPOWODZIOWYCH I ZAPÓR

Wpływ właściwości gruntu na oporność elektryczną

Rodzaje i wielkości zanieczyszczeń lotniska powojskowego w miejscowości Krzywa. Prowadzona w południowej części lotniska gospodarka paliwami płynnymi

ZASTOSOWANIE BADAŃ GEOTECHNICZNYCH DO ROZPOZNANIA WARUNKÓW LOKALIZACJI OBIEKTÓW GOSPODARKI ODPADAMI

Działalność geologiczna na obszarach zurbanizowanych i uprzemysłowionych

Miasto Stołeczne Warszawa pl. Bankowy 3/5, Warszawa. Opracował: mgr Łukasz Dąbrowski upr. geol. VII Warszawa, maj 2017 r.

Transkrypt:

Mikołaj Łyskowski 1, Wioleta Antonik 2, Bernadetta Pasierb 3 AGH w Krakowie, Politechnika Krakowska Planowanie badań oraz ocena skuteczności zastosowania metody tomografii elektrooporowej do monitoringu zanieczyszczeń na podstawie modelowania numerycznego Wprowadzenie Problem magazynowania niebezpiecznych substancji, które pochodzą m.in. z procesów produkcyjnych w szybko rozwijających się przedsiębiorstwach jest bardzo ważnym aspektem każdej analizy rynkowej. Realizacja procesu utylizacji i rekultywacji wymaga dużych nakładów finansowych. Błędy w wyborze lokalizacji miejsc składowania odpadów produkcyjnych przy szlakach komunikacyjnych, oraz przede wszystkim przy niewłaściwym rozpoznaniu budowy geologicznej podłoża znacznie podnoszą koszty, jednocześnie wpływając negatywnie na stan środowiska. Ich minimalizację możemy uzyskać stosując m.in. geofizyczne badania rozpoznawcze ośrodka oraz monitorujące składowisko. Wcześniejsze rozpoznanie miejsc magazynowania odpadów przemysłowych oraz podłoża metodami geofizycznymi powinno poprzedzać prace wiertnicze oraz lokalizację otworów piezometrycznych. Dzięki temu, optymalizacji ulega liczba otworów przy równoczesnym obniżeniu kosztów prac. Do badania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń chemicznych w wodach podziemnych w otoczeniu tzw. ognisk skażeń bardzo skuteczny jest monitoring geoelektryczny. Monitorowanie, czyli badanie zmian zachodzących w ośrodku geologicznym w czasie przy zachowaniu ustalonej metodyki pomiarowej, może być wykonywane różnymi metodami i może dotyczyć rozmaitych zagadnień związanych z ochroną środowiska geologicznego [2]. Autorzy na podstawie dostępnej informacji o budowie geologicznej podłoża [15, 16] na obszarze Centralnego Składowiska Odpadów Zakładów Chemicznych Azot w dolinie potoku Wąwolnica w Jaworznie, stworzyli geoelektryczny model numeryczny. Uwzględnili w nim, litologię, poziom zwierciadła wód gruntowych, miąższość warstwy wodonośnej i utworów geologicznych i przyjęli oporność im odpowiadającą. Proces migracji skażeń z wodami podziemnymi został przedstawiony w modelu jako zmiana oporności elektrycznej w ośrodku hydrogeologicznym, czyli w tym przypadku zmiana oporności warstwy wodonośnej. Celem pracy była ocena efektywności badań geoelektrycznych przy zastosowaniu metody tomografii elektrooporowej ERT (z ang. Electrical Resistivity Tomography) w rozpoznaniu podłoża w warunkach jego zanieczyszczenia substancjami o dużej intensywności skażeń. Przedstawiona praca prezentuje ogromny potencjał metody tomografii elektrooporowej w tego typu zadaniach. Dla potwierdzenia wyników modelowań autorzy prezentują dane uzyskane z badań terenowych na przedpolu składowiska odpadów Jaworzno. Proces depozycji zanieczyszczeń przemysłowych w otoczeniu składowiska odpadów i rozprzestrzenienie się ich z infiltrującymi wodami powoduje degradację słodkich wód podziemnych, a także pośrednio wód powierzchniowych i gleb. Znajomość zasięgu i skali skażeń pozwala na podejmowanie działań, które mają na celu ograniczenie przenikania zanieczyszczeń ze składowisk odpadów przemysłowych. Tego typu rozważania niejednokrotnie były poruszane w wielu publikacjach o zasięgu krajowym [2, 14], jak i międzynarodowym [5, 7]. Istotną rolę w tego typu badaniach odgrywają metody elektryczne; Antoniuk i in. [3] prezentują terenową implementację sondowań elektrooporowych podając zależność oporności od zawartości wody i mineralizacji. Finalnym efektem pracy jest mapa zasięgu skażeń w rejonie składowiska 1 AGH Akademia Górnicza-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, Polska, lyskowski.m@gmail.com 2 AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, Polska 3 Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Geotechniki, Kraków, Polska 9418

odpadów poflotacyjnych Żelazny Most. W publikacji zaprezentowanej przez Clement i in. [5] przedstawiono numeryczny model 3D symulujący wtłaczanie płynnych odpadów w składowisko. W 2014 roku Audebert i in. [4] przedstawili podobne wyniki zarówno badań terenowych jak i modelowań składowiska odpadów płynnych. Wykonali przy tym analizę rozstawu elektrod pomiarowych w metodzie ERT. Modelowania numeryczne oraz pomiary terenowe stosowane są także do rozpoznania gruntu o złożonej budowie. Pracę z tego zakresu przedstawił Kowalczyk i in. [9]. Żogała [17] przedstawił pracę opisującą wpływ węglowodorów oraz ich pochodnych na właściwości fizyczne ośrodka geologicznego. Modelowanie i miejsce pomiarów W artykule zaprezentowano wyniki numerycznych modelowań geoelektrycznych, które przeprowadzono na bazie dostępnych informacji o budowie geologicznej składowiska Z. Ch. Azot w Jaworznie. Składowisko to magazynuje trwałe zanieczyszczenia organiczne m.in. pestycydy, ich produkty częściowego rozkładu oraz DDT, lindan, chlorfenwinfos, chlorfenson, metoksychlor, tetradifon. Deponowany jest tam także arsen, substancje rakotwórcze i niebezpieczne dla organizmów wodnych. Dodatkowo dochodzą do nich naftalen oraz związki z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (w skrócie WWA), a także metale ciężkie [13,16,18]. Z dokumentacji geologicznej wynika, że składowisko zlokalizowane jest w utworach czwartorzędowych. Nadkład stanowi metrowej miąższości warstwa piasków suchych. Poziom zwierciadła wód gruntowych znajduje się około 1 [m p.p.t.]. Odpady deponowane są w warstwie zawodnionych piasków o miąższości około 6 metrów, która stanowi warstwę wodonośną. W podłożu składowiska odpadów przemysłowych występują gliny, które w środkowej części przybierają kształt nieckowaty [15]. W wyniku infiltracji odcieków ze składowiska odpadów przemysłowych do warstwy wodonośnej i prawdopodobnie dalszego rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń z filtrującymi wodami, w otoczeniu składowiska następują zmiany chemizmu wód podziemnych. Występujące zanieczyszczenia są w różnym stopniu reaktywne i agresywne oraz ich mieszanie się doprowadza do lokalnych i nietrwałych zmian parametrów gruntu. Odpady zawierające produkty ropopochodne są doskonałymi izolatorami, mogą powodować anomalie wysokooporowe lub nie generować żadnych mierzalnych zmian parametrów ośrodka [17]. Zmiany mineralizacji wody powodują zmiany oporności wody, a te z kolei wywołują zmiany oporności warstwy wodonośnej [12]. Na możliwość wykrycia warstwy i monitorowania zmian jej oporności mają również wpływ relacje pomiędzy opornościami wszystkich warstw występujących w miejscu badanego ośrodka geologicznego [1]. Na podstawie tych informacji wygenerowano numeryczne modele ośrodka dla kilku etapów rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, bez uwzględniania przenikania skażeń przez poziom glin. Warstwę odpowiadającą zdeponowanym odpadom zamodelowano jako ciągłą, o nierównym przebiegu. Dodatkowo założone zostało, że nie rozciąga się ona do brzegu modelu numerycznego. Dla porównania syntetycznych wyników modelowań oraz sprawdzenia założonych parametrów wzorując się na danych modelowych, wykonano pomiary terenowe wybranym układem pomiarowym na obszarze składowiska Z. Ch. Azot. Modelowanie numeryczne i technika pomiarowa Monitoring geoelektryczny może być prowadzony w formie profilowań, sondowań lub przy zastosowaniu metodyki łączącej obie techniki pomiarowe. Metoda tomografii elektrooporowej stanowi połączenie i udoskonalenie obu metod. W zależności od charakteru pomiarów i własności badanego ośrodka w odpowiednio zaprogramowany sposób wybierane są automatycznie dowolne kombinacje czterech elektrod spośród wszystkich rozmieszczonych na profilu i podłączonych za pomocą kabla wielożyłowego do miernika geoelektryczny. Pomiar oporności pozornej wykonywany jest w sposób ciągły, kolejnymi sekwencjami dla wybranych rozstawów aż do wyczerpania wszystkich zaprogramowanych. Procedurę przetwarzania danych i interpretację wykonuje się stosując inwersję 2D. Celem jej jest iteracyjna minimalizacja błędu dopasowania parametrów stworzonego modelu teoretycznego z parametrami pomiarowymi. Efektem końcowym jest uzyskanie przekroju przedstawiającego rozkład oporności na płaszczyźnie pionowej przecinającej powierzchnię terenu wzdłuż linii profilu. W oparciu o ogólne rozeznanie budowy geologicznej w rejonie projektowanego monitoringu wód podziemnych określono hipotetyczny przekrój geologiczny. Reprezentatywnym dla przedpola składowiska odpadów przekrojom geologicznym przypisano prawdopodobne przekroje geoelektryczne. Dla przygotowanych przekrojów 2D obliczono teoretyczne przekroje oporności pozornej dla dwóch najczęściej 9419

stosowanych układów pomiarowych w metodzie ERT: dipolowego osiowego oraz układu Schlumbergera. Na podstawie wyników z modelowań anomalii skażeń wybrano jeden z nich i zastosowano podczas badań w terenie w otoczeniu składowiska. W tym celu użyto aparatury ARES firmy GF Instruments. Pomiar wykonano wzdłuż profilu o długości 97.5 [m], układem dipolowym osiowym stosując rozstaw między elektrodami wynoszący 1.25 [m]. Przetwarzanie i interpretację danych wykonano przy użyciu programu Res2Dinv firmy Geotomo Software z zastosowaniem inwersji gładkiej. Modelowanie numeryczne w metodzie ERT wykonuje się za pomocą programu Res2Dmod [11]. Służy on do rozwiązania zadania prostego dla założonego modelu opornościowego ośrodka, składającego się z jednorodnych bloków (w przekroju modelu 2D są to prostokąty) tworzących siatkę, w której każdemu blokowi przypisuje się odpowiednią wartość oporności. Siatka ta składa się z N liczby węzłów w kierunku poziomym i M liczby węzłów w kierunku pionowym. Obszar, w którym konstruuje się opornościowy model ośrodka zajmuje jedynie centralny fragment modelu siatkowego. Całkowity rozmiar siatki jest tak dobrany, aby jak najlepiej spełnić warunki graniczne i brzegowe problemu [11]. Szerokość oczka siatki (wzdłuż osi x) jest stała i związana jest z rozstawem elektrod, wysokość natomiast (wzdłuż osi z) może być zmienna z głębokością. Dla zadanej konfiguracji elektrod (ich ilość i rodzaj układu pomiarowego), program za pomocą jednej z dwóch metod (metody różnic skończonych bądź metody elementów skończonych) wyznacza wartości potencjału elektrycznego we wszystkich węzłach siatki. Następnie obliczana jest wartości oporności pozornej dla założonego modelu [11]. Graficznie wyniki obliczeń mogą być przedstawione w postaci przekroju oporności pozornej. Przydatność metody tomografii elektrooporowej do wykrywania zanieczyszczeń przemysłowych obecnych w warstwie wodonośnej w ośrodku geologicznym można oceniać na drodze modelowania matematycznego (analitycznego, bądź to numerycznego). Modelowanie to polega na otrzymaniu przekrojów oporności pozornej dla zmiennych wartości oporności warstwy wodonośnej, które symulują powolne wnikanie zanieczyszczeń przemysłowych w głąb ośrodka geologicznego. Przeprowadza się je dla układów pomiarowych stosowanych w metodzie tomografii elektrooporowej. Analiza otrzymanych obrazów pozwala na określenie możliwości prospekcyjnych metody oraz ułatwia późniejszą interpretacje danych uzyskanych w trakcie badań polowych. Modelowanie pozwala na optymalizację doboru terenowych parametrów pomiarowych oraz oszacowanie skuteczności zastosowania metody tomografii elektrooporowej do rozwiązywania problemu migracji skażeń wokół tego typu składowisk. Ogranicza tym samym koszty związane z badaniami terenowymi i czas ich wykonywania. W rejonie składowiska odpadów Jaworzno założono, że oporność w przedziale od 10 do 50 [Ωm] przyjmują gliny. Piaski zawodnione charakteryzują się opornością w przedziale od 50 do 300 [Ωm]. Zaś warstwa nadkładu (piaski suche) przyjmuje bardzo wysokie wartości sięgające 1500 [Ωm] [8, 13]. Do modelowania przyjęto najwyższe wartości oporności. Gliny to utwory nieprzepuszczalne lub słabo przepuszczalne, dlatego też przyjęto, że w rozważaniu o migracji skażeń, ich oporności są stałe. Autorzy obliczyli modele numeryczne dla wcześniej wspomnianych, dwóch układów pomiarowych (Rys. 1). Główna zaletą zastosowania układu dipolowego osiowego (Dipole-Dipole) w metodzie tomografii elektrooporowej jest logistyczna rola redukcji czasu akwizycji danych oraz kosztów realizacji badań. Układ Dipole-Dipole nadaje się do badania struktur o charakterze pionowym, ze względu na dość dużą czułość układu w kierunku poziomym. Gęstość pokrycia poziomego terenu jest większa niż dla układu Schlumbergera, ale wielkość mierzonego sygnału niska (w szczególności dla dużych odległości pomiędzy dipolami), podobnie jak i głębokość śledzenia. W przypadku tego samego rozstawu elektrod prądowych, większym zasięgiem głębokościowym od układu Dipole-Dipole, cechuje się układ Schlumbergera. Poziom mierzonego sygnału jest większy niż układu dipolowego osiowego. Układ dipolowy osiowy osiąga maksymalną rozdzielczość oraz jest bardziej funkcjonalny. Na rysunku 1 porównano przekroje geoelektryczne prezentujące te same warunki geologiczno-geoelektryczne, tj. składowane odpady zdeponowane są w warstwie wodonośnej. Obliczenia numeryczne wykonane zostały dla układów pomiarowych Schlumbergera oraz dipolowego osiowego [6, 10,11]. 9420

Logistyka nauka Rys. 1. A numeryczny model ośrodka geologicznego z założonymi strefami składowania skażeń. B obliczony w procesie inwersji model wygenerowany przy użyciu układu Schlumbergera. C obliczony w procesie inwersji model wygenerowany przy użyciu dipolowego osiowego. Źródło: opracowanie własne Założone modele potwierdzają ogólnie przyjęta tezę, zgodnie z która zasięg głębokościowy znacznie różni się między dwoma przyjętymi w modelowaniu układami pomiarowymi tj. układem Schlumbergera oraz układem dipolowym osiowym. Z tego też względu, stosując w pomiarach układ dipolowy uzyskujemy lepszą rozdzielczość otrzymywanych przekrojów oporności, jednakże mniejszy zasięg głębokościowy. Tym samym zaznacza się w mniejszym stopniu obecność nieprzepuszczalnej warstwy glin (o stosunkowo wysokiej przewodności) oraz rejestrowane w ośrodku wartości oporności. Wyniki Wyniki przeprowadzonych modelowań wskazują, że dla przyjętych warunków geologiczno-geoelektrycznych, projektowany monitoring geoelektryczny pozwala na efektywne śledzenie zmian chemizmu wód podziemnych. Przekroje oporności pozornej obliczone dla założonych modeli geoelektrycznych różnią się między sobą w sposób bardzo wyraźny i tym samym pośrednio sygnalizują zmiany mineralizacji zachodzące w warstwie wodonośnej. Na rysunku 2 przedstawiono kolejne etapy modelowań infiltracji skażeń przemysłowych w otoczeniu składowiska odpadów Jaworzno w głąb ośrodka geologicznego wykonane układem dipolowym. 9421

Logistyka nauka Rys. 2. Od góry Modele ośrodka geologicznego (po kolei): bez zanieczyszczeń, ze strefą zanieczyszczeń, częściową migracją zanieczyszczeń, pełną migracją zanieczyszczeń. Na dole: przekrój oporności pozornej z pomiarów terenowych Z. Ch. Azot w Jaworznie. Inwersja danych surowych wykonana na podstawie modeli oraz pomiarów przy użyciu układu Dipole-Dipole. Źródło: opracowanie własne Pierwszy przekrój oporności prezentuje sytuację, w której brak jest zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej. Kolejne przekroje, charakteryzujące się wzrostem oporności warstwy wodonośnej, to efekt depozycji, a później migracji zanieczyszczeń. Głębiej przenikają skażenia, o niskiej wartości oporności. Niska wartość oporności w spągu warstwy wodonośnej związana jest też z wpływem niskiej oporności słabo przepuszczalnej warstwy glin. Również wyniki badań terenowych, z użyciem układu dipolowego osiowego stosowanego w metodzie tomografii elektrooporowej, pozwalają na określenie zmian oporności warstwy wodonośnej. Wyniki interpretacji pomiarów, czyli ilościowej oceny zmian mineralizacji, są obarczone niewielkim błędem i niejednoznacznością. Metoda tomografii elektrooporowej z zastosowaniem układu 9422

pomiarowego Dipole-Dipole sprawdziła się lepiej, niż można było przypuszczać. Oprócz zmiany oporności warstwy wodonośnej, co jest spowodowane migracją zanieczyszczeń w głąb ośrodka geologicznego, można zaobserwować również przenikanie skażeń przez warstwę glin, co ujawnia się podwyższeniem jej oporności. W tych warunkach geologicznych możliwe jest określenie zasięgu strefy wód skażonych wokół ogniska skażeń. Dyskusja i podsumowanie Aspekt racjonalnego planowania lokalizacji składowisk odpadów przemysłowych oraz późniejszego ich monitoringu, to bardzo ważny temat. Przedstawione modele numeryczne oraz pomiary wskazują ogromny potencjał metody tomografii elektrooporowej. Przedstawione przykłady prezentują dużą przydatność metody ERT w badaniu i kontrolowaniu stanu środowiska hydrogeologicznego. Metodyka pomiarowa zastosowana w tego typu zagadnieniach odznacza się dużą elastycznością i z całą pewnością może być dostosowana do specyfiki konkretnego ośrodka geologicznego. Monitoring elektrooporowy stwarza możliwości kontroli zmian zachodzących w otoczeniu składowisk odpadów, pod warunkiem zachowania ustalonego reżimu metodycznego. Szczególnie efektywnie można prowadzić monitoring wykorzystując technikę tomografii elektrooporowej. Metodą ERT można też kontrolować skuteczność zabiegów likwidacji odpadów przemysłowych w obrębie składowisk wykorzystujących naturalne granice geologiczne jako bariery. Przedstawiona praca pokazuje w sposób jasny, że metody geofizyczne polepszają proces przepływu informacji z punktu jej pochodzenia do klienta końcowego. Łatwe do zaimplementowania pomiary wraz z możliwościami modelowania, a więc przewidywania ich efektywności, pozwalają obniżyć koszty budowy, monitoringu oraz usuwania ewentualnych szkód w przypadku rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Streszczenie W artykule przedstawiono możliwości zastosowania nieinwazyjnej geofizycznej metody geoelektrycznej w rozpoznaniu i monitorowaniu stanu środowiska geologicznego w otoczeniu Centralnego Składowiska Odpadów Zakładów Chemicznych Azot w dolinie potoku Wąwolnica w Jaworznie. Metodę tomografii elektrooporowej wybrano ze względu na niskie koszty realizacji pomiarów terenowych oraz wysoką skuteczność w rozwiązywaniu tego typu zagadnień. Na bazie dostępnych informacji geologicznych stworzono numeryczny model struktur anomalnych występujących w otoczeniu składowiska odpadów poprzemysłowych. Modelowanie geofizyczne miało na celu optymalizację doboru odpowiedniego układu pomiarowego do tego typu badań oraz oszacowanie skuteczności zastosowania metody tomografii elektrooporowej do rozwiązywania problemu migracji skażeń wokół składowisk odpadów przemysłowych. W celu określenia zagrożenia dla wód podziemnych w miejscach składowiska odpadów przemysłowych, wykonano modelowanie geoelektryczne założonego modelu geologicznego. Modelowanie pozwoliło na skrócenie czasu realizowanych badań, poprzez odpowiedni dobór parametrów pomiarowych. Słowa kluczowe: optymalizacja pomiarów, monitoring zanieczyszczeń, modelowanie numeryczne, tomografia elektrooporowa ERT RESEARCH PLANNING AND ASSESSMENT OF THE EFFECTIVENESS OF ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY METHOD FOR THE POLLUTION MONITORING BASED ON THE NUMERICAL MODELING Abstract The article presents the possibility of using non-invasive geophysical method in the recognition and monitoring of geological environment. Authors present results of geoelectrical measurements, which were made in the vicinity of Centralnego Składowiska Odpadów Zakładów Chemicznych Azot in the valley of the creek Wąwolnica in Jaworzno. The electrical resistivity tomography method was chosen as most 9423

effective and cost efficient. On the basis of available geological information, authors developed a numerical model simulating anomalous structures occurring in the vicinity of industrial waste landfill. Geophysical modeling aimed to optimize the selection of a suitable measuring array for this type of research. It also allowed for estimation of effectiveness of electrical resistivity tomography method in solving the problem of migration of contaminants around industrial waste dumps. In order to determine threats to groundwater in the landfill industrial waste, authors made geoelectric modeling for assumed geological model. Modeling allowed for shortening the time of research carried out by proper selection of measurement parameters. Keywords: measurements optimization, pollution monitoring, numerical modeling, ERT Literatura [1] Antoniuk J., Mościcki W.J., Metody geoelektryczne w badaniach i ochronie środowiska geologicznego poddanego antropopresji (otoczenie wysypisk odpadów komunalnych i przemysłowych, zbiorników osadnikowych, budowli inżynierskich), Konferencja Geofizyka w inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej, Dębe, S. 9 31, Marzec 2001. [2] Antoniuk J., Monitoring geoelektryczny zanieczyszczonych chemicznie wód podziemnych, Publikacje Instytutu Geofizyki, Polskiej Akademii Nauk, M-27 (352), 2002. [3] AntoniuK J., Mościcki W.J., Janicki K., Badania geoelektryczne rozprzestrzeniania się wód skażonych chemicznie ze składowiska odpadów poflotacyjnych Żelazny Most, Warsztaty z cyklu : Zagrożenia naturalne w górnictwie, S. 383 391, 2003. [4] Audebert M., Clément R., Grossin-Debattista J., Günther T., Touze-Foltz N., Moreau S., Influence of the geomembrane on time-lapse ERT measurements for leachate injection monitoring, Waste Management, 34, S.780 790, 2014. [5] Clément R., Oxarango L., Descloitres M., Contribution of 3-D time lapse ERT to the study of leachate recirculation in a landfill, Waste Management, 30, S. 452 464, 2010. [6] GF Instruments s.r.o., Short guide for resistivity and induced polarization imaging, S. 42, 2015. [7] Forquet N., French H.K., Application of 2D surface ERT to on-site wastewater treatment survey, Journal of Applied Geophysics, 80, S. 144 150, 2012. [8] Loke M.H., Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies, ABEM Ltd., www.abem.se, 1999. [9] Kowalczyk S., Zawrzykraj P., Mieszkowski R., Application of electricalresistivity tomography in assessing complex soil conditions, Geological Quarterly, 59, DOI:10.7306/gq.1172, 2015. [10] Loke M.H., Ackworth I., Dahlin T., A comparison of smooth and blocky inversion methods in 2D electrical imaging surveys, Exploration Geophysics, 34, 182 187, 2003. [11] Loke M.H., Tutorial : 2-D and 3-D electrical imaging surveys, 2004. [12] Mościcki W.J., Antoniuk J., Zastosowanie metod geoelektrycznych w badaniach związanych z ochroną środowiska geologicznego, Publikacje Instytutu Geofizyki, Polskiej Akademii Nauk, M-27 (352), 2002. [13] Pasierb B., Chrzanowska E., Nawrocki W., Lasek W., Możliwości zastosowania metod geofizycznych do określania koncentracji silnych skażeń gruntu związkami chemicznymi o znikomej biodegradowalności, Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych : praca zbiorowa po redakcją J. Skowronka, Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach, Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego w Lędzinach, 2014. 9424

[14] Rudzki M., Krawiec A., Ocena zanieczyszczenia wód podziemnych z wykorzystaniem metody tomografii elektrooporowej, Współczesne problemy hydrogeologii, t. XIII cz. 2, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH, Kraków 2007. [15] Trząski L., Gzyl G., Kura K., Łabaj P., Identyfikacja kluczowych źródeł zanieczyszczenia wód podziemnych i koncepcja remediacji, Zastosowanie innowacyjnych narzędzi badawczych, Główny Instytut Górnictwa, Katowice, Polska, Konsorcjum projektu FOKS, Projekt realizowany w ramach Programu Europy Środkowej i współfinansowany przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego Drukarnia Progress Sp. z o.o., Katowice 2012. [16] Ekspertyza opracowana przez Przedsiębiorstwo Robót Geologiczno-Wiertniczych Sp. z o.o., Badania i ocena zanieczyszczenia gruntów oraz wód podziemnych na obszarze dawnego lokowania odpadów niebezpiecznych tzw. Pole K w Jaworznie, Sosnowiec 2005. [17] Żogała B., Metody geoelektryczne w badaniach gruntów skażonych substancjami ropopochodnymi, Wydawnictwa UŚ, S. 152, Katowice 2013. [18] http://www.greenpeace.org/poland/global/poland/report/2008/7/zak-ady-azotowe-w-jaworznie.doc, Składowisko pestycydów w Jaworznie briefing dla mediów, Greenpeace, 2008. Acknowledgements Pracę dofinansowano w ramach umów 15.11.140.473 (Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie) oraz działalności statutowej Ś-2/234/2015/DS (Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Krakowskiej). 9425