Cíle práce. Je proveditelné ochránit vodní zdroj??? návrh ochranných opatření SCÉNÁŘ 1 Ukončeníčerpání na vodním zdroji hodnocení dopadů SCÉNÁŘ 2

Transkript

1

2 Cíle práce? Je proveditelné ochránit vodní zdroj??? návrh ochranných opatření SCÉNÁŘ 1 Ukončeníčerpání na vodním zdroji hodnocení dopadů SCÉNÁŘ 2 Nejvýznamnější podzemní zdroj pitné vody pro ostravskou aglomeraci ( l/s)

3 6 7 1:Jímací území 2 2: Jímací území 1 3: Vítkovické železárny - NEL, ClU 9 8 4: Železniční depo -NEL 5: OSTRAMO - NEL, těžké kovy, ClU, SO4 6: Koksovna - PAU, BTEX, NEL, fenoly, SO4 10 7: ČOV Huninové kyseliny 4 8: Důlní odval - SO4 9: REMPO - PAU, fenoly, SO4, NH4 5 10: BC MCHZ -PAU, BTEX, SO4 11: Koksovna - PAU, BTEX, NEL, fenoly, SO : FERONA - ClU 13: ROMO - ClU 14. DEZA - PAU, BTEX, NEL, fenoly 2 15: Farma - NO3, NH

4 Jak sestavit model Identifikace problému Sběr dat Sestavení koncepčního modelu Dostatek dat? Výběr matematického modelu Idealizace fyzikálního systému Kalibrace a validace modelu Analýza citlivosti Přijatelné? Predikce výsledků

5 Příkladová studie Dosavadní prozkoumanost oblasti Četné hydrogeologické průzkumy kontaminace oblasti ve všech prům. areálech 1998 Environmentální audit Moravských chemických závodů 1999 Analýza rizik a studie proveditelnosti Koksovna Jan Šverma 2000 Analýza rizik Ostramo 2001 Analýza rizik Vítkovice a.s. BEZ KOORDINACE 2005 Analýza rizik BC MCHZ Následovaly aktualizace analýz rizik již s lepší koordinací Polovina prostředků vynaložených na moudrý výběr dat je užitečnější než dvojnásobek vynaložený na řadu rozsáhlých průzkumů podzemních vod. (W. Kinzelbach)

6 Vybudování geologické databáze v Microsoft Accessu 1389 vrtů v údolní nivě (mnoho z nich mělké IG vrty) 698 vrtů na hlavní terase Mnoho uživatelsky definovaných dotazů a exportů dat

7 Export dat do ArcView výběry podle různých kritérií

9 Groundwater divide 2002 Údolní terasa Hlavní terasa 1999

10 Geologické podmínky zájmové oblasti Údolní terasa řeky Odry Hlavní terasa

11 Kvartérní štěrky a štěrkopísky Pleistocénní písky a štěrky Štěrkopísky hlavní terasy

12 Sosnowiec Kolektor údolní nivy Odry Kolektor přehloubeného koryta

13 Údolní niva Odry nepropustné podloží miocénní jíly Měřítko hor/ver -1/20 Preferenční dráha proudění a šířen ení kontaminace

14 Vytvořen ení koncepčního transportního modelu Pathway TANK Source Receptor Identifikovat kontaminant a jeho rozložení Stanovit pozaďové koncentrace Charakterizovat lokalizaci a historii zdroje Definovat migrační dráhy Identifikovat potenciální receptory Určit degradační procesy a konstanty, adsorpční mechanismus a retardaci, reakce aj.

15 Počáteční rozložení kontaminace Amonné ionty

16 Transportní mechanismy - koncepce Hlavní identifikované polutanty v oblasti - Transportní parametry benzen naftalen, PCE amonné ionty sírany Advekce Hydrodynamická disperze Organické polutanty Anorganické polutanty

17 Amonné ionty Sírany PHREEQC v. 1.5 Vysoce mobilní polutanty

18 Organické polutanty Sorpce Lineární Freundlichova izoterma K d = k OC. f OC R = 1+(ρ/n). K d Obr Freundlichova izoterma Nízký obsah organického uhlíku Benzen Vrstva 1 R = 1.72 Vrstva 2 R = 1.25 Biodegradace Borehole Depth of fo C (g/g) sample PMV-2 4,8-5,0 0,0042 PMV-2 13,0-13,2 0,0018 PMV-4 6,0-8,0 0,0021 PMV-5 2,0-2,5 0,0025 PMV-5 17,0-18,6 0,0022 PMV-6 30,0-31,0 0,0007 Rychlost biodegradace v anaerobních podmínkách λ = day -1 Kalibrace na časový vývoj kontaminace

19 Základní kroky budování modelu Definování cíle Sběr dat Identifikace hranic modelu Sestavení koncepčního modelu Návrh gridu modelu Zadání/modifikace parametrů & okrajové podmínky Kalibrace a validace modelu Ne Dostatek dat? Ano Ne Přijatelný? Ano Analýza citlivosti Interpretace výsledků - predikce

20 CASE STUDY Diskretizace modelové oblasti Vrstva 1 Vrstva 2 Jímací území Přirozené fyzikální okrajové podmínky řeka, hranice terasy

21 Okrajové podmínky transport Nejistoty v kvantifikaci zdrojů Časový vývoj koncentrace benzenu v podzemních vodách Obr , ,00 Časový vývoj koncentrace benzenu v podzemních vodách MV ,00 Obr , ,00 Časový vývoj koncentrace benzenu v podzemních vodách MV , , , , , , ,00 0, , , , , ,00 500,00 0, k o n c e n t r a c e [ µ g. l - 1 ] koncentrace [µg.l - 1 ] Obr , , , , , , ,00 koncentrace [µg.l -1 ] 3000, , ,00 0,00 Kalibrovaný parametr MV-5 Podmínka koncentrace v podzemní vodě ve zdrojovém bloku konstantní v čase Bodový zdroj III. typ

22

24 Výsledky kalibrace Nová Ves

25 211.0 Computed vs. Observed Values C o m206.0 p u t e d Observed Výsledky kalibrace Nová Ves Error Summary Data set name: model446_heads Observed parameter: head Mean error: kalibračních cílů Mean abs. error: 0.20 Root mean sq. error: 0.26

26

27 Ochrana jímacího území Nová Ves Transport následujících polutantů simulován: Amonné ionty (NH 4+ ), síranové ionty (SO 2-4 ), benzen (aromaty), naftalen (polyaromaty), tetrachlorethylen (PCE). Simulace v obou modelových doménách Simulace sanačních opatření ve vzájemné interakci pasivní i aktivní ochrana

28 Ohrožení anorganické polutanty - amonné ionty a sírany UT Sírany - problém plošně rozložené zdroje v navážkách důlní hlušiny oxidace pyritu Amonné ionty bodové zdroje Kontrola čerpaného množství v JÚ (max. 140 l/s) - monitoring hladin polohy rozvodnice - s cílem udržet zdroje kontaminace mimo dosah deprese Omezené sanačníčerpání na koksovně současně se sanací nesaturované zóny

29 Q = 5 l/s Q = 100 l/s T = 120 Q = 0 l/s Q = 0 l/s Q = 80 l/s Q = 80 l/s T = 120 T = 240

30 HT Stanovení důsledků variant rozhodování Varianta 1 ukončení provozu stávající hydraulické bariéry Benzen Ustálený stav Řádové zhoršení Současný stav

31 Stanovení důsledků variant rozhodování Varianta 2 sanace nejmasivnějšího znečištění na lokalitě DEZA Benzen Čerpání volné fáze Kombinace funkce aktivní sanace a hydraulické ochrany

32 Stanovení důsledků variant rozhodování Varianta 3 záchyt znečištění z lokality DEZA opatřeními na čele kontaminačního mraku Benzen Dren 220 m + bariera DEZY

33 Simulace ukončeníčerpání v JÚ Nová Ves Transientní model nutný pro simulaci zániku depresní kotliny stanovení počátečních podmínek stanovení hodnot storativity pro obě modelové vrstvy diskretizace času (i.e. volba časových period a kroků) okrajové podmínky, zdroje a propady pro jednotlivé periody Simulace kvalitativních a kvantitativních dopadů

34 Modelování hydraulických dopadů ukončeného čerpání v jímacím území Klíčové východiska SCÉNÁŘ 2 Dlouhodobéčerpání v jímacím území ( více než 100 let) - Antropogenně snížená úroveň hladiny podzemní vody přijata jako přirozený stav průmyslová a bytová výstavba bez ohledu na přírodní podmínky mělká piezometrická úroveň Poddolované území důlní poklesy v jednotkách metrů Vzniká uzavřená teréénní deprese pod úrovnířeky Odry.

35 Fáze řešení kombinace numerického modelování a GIS Fáze 1 Matematické modelování nástupu hladiny podzemní vody po ukončení jímání MODFLOW Fáze 2 Výpočet hloubky simulované piezometrické úrovně pod/nad terénem Po ukončeníčerpání Podklady - výsledky numerické simulace MODFLOW - digitální model terénu z DPZ Fáze 3 Určení ohrožených objektů základy budov, vodovodní sítě a kanalizace Podklady - výsledky fáze 2 - katastrální mapy - GIS mapy vodovodní a kanalizační sítě

36 T = 0 T = 1 T = TIME (months)

37 T=18 Above T=18 Var.80 local T=18 Var. 100/5 Below T=18 Var T=0 T=1 T=18 TIME (months)

38 Fáze řešení kombinace numerického modelování a GIS Fáze 4 Fáze 5 Rekognoskace podzemních konstrukcí ohrožených objektů Podklady - výsledky fáze 3 - katastrální mapy - terénní práce Predikce zatopení základů budov, vodovodních a kanalizačních sítí (po ukončeníčerpání) založené na prostorových analýzách v ArcMapu Podklady - výsledky numerické simulace MODFLOW - katastrální mapy - výšková úroveň základové spáry resp. sítí odvozené z DMT a hloubky základů (fáze 4)

39 Fáze 4 Rekognoskace hloubky základů ohrožených objektů

40 T=0 Below Above T= TIME (months) T=18 T=18 T=18 T=18 Var.80 Var. Var /5 local

41 Fáze řešení kombinace numerického modelování a GIS Fáze 6 Hodnocení nejistot potenciální chyby vstupních dat pro prostorové analýzy Podklady - výsledky numerické simulace MODFLOW - digitální model terénu - geodetická měření - validace numerické simulace režimní měření Fáze 7 Návrh ochranných hydraulických opatření s cílem zamezit zatápění základových konstrukcí. Interaktivní využití matematického modelování a prostorových analýz zatápění (fáze 5) simulace různých scénářů ochranných hydraulických opatření - scénář hydraulických opatření přímo v jímacím území neefektivní vysokéčerpané množství - - scénář lokálního čerpání přímo v ohrožené oblasti

42 T = 0 T = 1 T = TIME (months) T = 18 var. A T = 18 var. B

43 Příkladová studie závěry a doporučení Kombinace geoinfomačních technologiíí a matematického modelování přinesla Velmi konkrétní podklady pro rozhodování s definovanými nejistotami Zamezení zatápění podzemních konstrukcí by vyžadovalo dlouhodobé hydraulické ochranné opatření finančně náročné S ohledem na strategický význam velkého vodního zdroje a ekonomickou analýzu obou scénářů doporučeno využívání zdroje podzemní vody s nutnými ochrannými a sanačními zásahy Optimalizační úloha Snížit čerpané množství na úroveň, kdy většina zdrojů kontaminace bude mimo dosah depresního kužele a současně nebude znamenat zvýšení hladiny podzemní vody nad základové spáry budov optimální vydatnost

44 Děkuji za pozornost

45 Prostorové analýzy v ArcGIS zatopení základů budov, inženýrských sítí (vodovodních a kanlizačních) Současný stav Mapové zdroje katastrální a technické mapy GISMO Ostrava

46 Predikce piezometrické úrovně (hladina vůči terénu) po ukončeníčerpání v JÚ Nová Ves Srovnání s DTM

47 Prostorové analýzy v ArcGIS zatopení základů budov, inženýrských sítí (vodovodních a kanalizačních) Predikovaný stav po ukončení čerpání

48 Prostorové analýzy v ArcGIS zatopení základů budov, inženýrských sítí (vodovodních a kanalizačních)

49 Závěry využití hg. modelování pro řešení úkolů Rámcové směrnice EU pro vodní politiku Problémy využití hydrogeologických modelů: Hydrogeologické struktury jsou prostorově odlišné od povodí, Komplexní simulace chování systému vyžaduje kombinace různých typů hydrologických a hydrogeologických modelů, Nároky na vstupní data, erudici tvůrců modelů, Nejistoty vstupních dat a výstupů matematického modelováni, Náklady vs. benefit. Nutné předpoklady úspěšné aplikace matematického modelování Interdisciplinární záležitost komunikace managementu vodního hospodářství s tvůrci modelů. Porozumět možnostem (i omezením) matematického modelování (možnosti vs. očekávání) a z toho vyplývající správné a konkrétní zadání cílů modelování, Porozumět významu správných koncepčních modelů, Znalosti nároků hydrogeologických modelů na vstupní data, nejistot vstupů a následně výstupů modelů, Nezastupitelnost modelů při řešení komplexních problémů ve složitých hydrogeologických podmínkách.