1 Wzmocnienie kontroli przestrzegania prawa w zakresie ochrony i wykorzystania zasobów wodnych w województwie małopolskim 8-10 grudnia 2009r. , Tarnów Dyskretne i ciągłe pomiary wskaźników jakości wód podziemnych prof. dr hab. inż. Marek Nawalany dr inż. Grzegorz Sinicyn Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie Politechnika Warszawska

2 Automatyczne sondy pomiarowesondy serii 6 firmy YSI Incorporated wieloparametrowy system monitoringu środowiskowego 8 mierzonych parametrów poziom wody temperatura pH przewodność właściwa mętność tlen rozpuszczony azotany chlorki

3 Lokalizacja sond 14 automatycznych sondistniejące otwory studzienne (studnie czynne i nieczynne) zlewnia rzeki Dunajec (zlewnia pilotowa) studnie infiltracyjne (brzegowe) 10 przy rzece Dunajec 2 przy rzece Biała wyjątki 1 w okolicach kopalni żwiru 1 oddalona o ok m od rzeki Dunajec

4 Lokalizacja sond

5 Lokalizacja sond

6 Lokalizacja sond

7 Lokalizacja sond

8 JCWPd

9 Przykładowe wyniki pomiarówanalizowany okres od marca 2009 do lipca 2009 roku wykresy wartości pomiarów danego wskaźnika w funkcji czasu pomiary automatyczne odniesione do pomiarów ręcznych i laboratoryjnych

10 Wysokość słupa wody nad sondą

11 Temperatura

12 pH

13 Przewodność

14 Tlen rozpuszczony

15 Chlorki

16 Spostrzeżenia i uwagi czujnik wysokości słupa wody nad sondąstabilne działanie widoczne fluktuacje zwierciadła z powodowane pracą studni nieodpowiednia instalacja sondy w studni (6 z 14 - poziom wody poniżej 1 m) możliwość wynurzenia sondy przy niskich stanach wody nieprawidłowe wskazanie uszkodzenie czujnika

17 Wysokość słupa wody nad sondą

18 Spostrzeżenia i uwagi czujnik temperatury stabilne działaniewidoczne nieznaczna sezonowość czasami pomiar ręczny odbiega od pomiaru automatycznego prawdopodobnie błędny pomiar ręczny trudne do wyjaśnienia pomiary w studniach: 4.1 i 4.2 Świerczków 21.2 Świniarsko

19 Temperatura

20 Spostrzeżenia i uwagi czujnik pH stabilne działanieczasami pomiar ręczny odbiega od pomiaru automatycznego prawdopodobnie błędny pomiar ręczny

21 pH

22 Spostrzeżenia i uwagi czujnik przewodności właściwejwiększość czujników działa stabilne dobra zgodność pomiarów automatycznych z pomiarami ręcznymi niewielkie rozbieżności 2, Żabno-Konary – odczyty nieco zawyżone 4.2, Świerczków – odczyty nieco zaniżone 22, Stary Sącz – wahania dobowe

23 Przewodność

24 Spostrzeżenia i uwagi czujnik mętnościna większości czujników odczyty ujemne zgodnie z informacjami producenta ujemne wartości świadczą o braku zmętnienia wody jedna studnia wykazuje wartości dodatnie 8, Ciężkowice brak pomiarów weryfikujących

25 Mętność

26 Spostrzeżenia i uwagi czujnik tlenu rozpuszczonegona większości czujników widoczne wahania dobowe czujnik najbardziej awaryjny (6 z 14 przestało działać – odczyty ujemne lub niemiarodajne) dosyć dobra zgodność z pomiarami ręcznymi częstsza kalibracja czujnika

27 Tlen rozpuszczony

28 Spostrzeżenia i uwagi czujnik chlorkówna większości czujników poprawne i stabilne pomiary dobra zgodność z pomiarami ręcznymi 2 problematyczne studnie 5, Kępa Bogumiłowicka – bardzo wysokie stężenia w marcu 4.3, Świerczków – przy wysokich wartościach brak zgodności z pomiarami laboratoryjnymi

29 Chlorki

30 Spostrzeżenia i uwagi czujnik azotanówznacząca reakcja czujnika na kalibrację po kalibracji odczyty spadają o mg/l eliminacja dryftu kalibracyjnego częstsza kalibracja urządzenia wartości odczytów z sondy zawsze niższe od wartości uzyskanych w laboratorium błąd systematyczny w laboratorium (?) błąd czujnika (?)

31 Azotany

32 Uwagi podsumowujące pracę sondWiększość czujników zainstalowanych w sondach działa poprawnie, stabilnie, a odczyty wykazują dobrą zgodność z pomiarami polowymi (ręcznymi) i laboratoryjnymi Najwięcej problemów technicznych (awarie, odczyty ujemne, itp.) stwarza czujnik tlenu rozpuszczonego

33 Uwagi podsumowujące pracę sondNiektóre sondy zostały zainstalowane zbyt płytko. Może to powodować okresowe wynurzanie się czujników oraz prowadzić do błędnych wskazań czujników a nawet do ich uszkodzenia

34 Uwagi podsumowujące pracę sondPomiary azotanów we wszystkich sondach automatycznych wykazują znacząco niższe wartości w stosunku do pomiarów laboratoryjnych. Jednocześnie zachowana jest podobna zmienność czasowa. Może to świadczyć o występowaniu błędu systematycznego pomiaru laboratoryjnego bądź pomiaru wykonywanego przez sondę

35 Uwagi podsumowujące pracę sondBrak jest dostępnych dokumentacji technicznych zarówno samej instalacji sond jak również dokumentacji ujęć, na których sondy zostały zainstalowane co utrudnia interpretację wyników otrzymywanych z czujników Pomiar słupa wody w studni nad sondą powinien być przeliczany na poziom wody nad przyjęty poziom odniesienia

36 Wzmocnienie kontroli przestrzegania prawa w zakresie ochrony i wykorzystania zasobów wodnych w województwie małopolskim 8-10 grudnia 2009r. , Tarnów Metody interpretacji pomiarów ciągłych dla potrzeb systemów monitoringu wód podziemnych zgodnych z RDW prof. dr hab. inż. Marek Nawalany dr inż. Grzegorz Sinicyn mgr inż. Marcin Kawka Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie Politechnika Warszawska

37 Pomiary ciągłe wód podziemnych (1)Charakterystyka zmiennych mierzonych wskaźniki opisujące stan jakości wód podziemnych są zmiennymi o wartościach ciągłych ewoluującym w czasie ciągłym – ich zmienność w czasie jest przedmiotem projektu wskaźniki jakości wód podziemnych zmieniają się także w przestrzeni; są zmiennymi przestrzennymi – ich zmienność w przestrzeni NIE jest przedmiotem projektu

38 Pomiary ciągłe wód podziemnych (2)Charakterystyka pomiarów prowadzonych na ujęciach brzegowych wód podziemnych w zlewni Dunajca pomiary wskaźników jakości wód podziemnych prowadzone za pomocą sond automatycznych są pomiarami dyskretnymi w czasie wysoka częstotliwość pomiarów (2x/dobę) umożliwia analizę widma częstotliwościowego i analizę korelacyjną z dobrą dokładnością

39 Pomiary ciągłe wód podziemnych (3)Dekompozycja sygnału pomiarowego X(t) w. podz. na ujęciach brzegowych w zlewni Dunajca na trzy składowe Trend T(t) = At + B (wyznaczany metodą NK) Składowa sezonowa S(t)= aisin(it+i) (wyznaczana metodą FFT) Składowa losowa – R(t)= X(t) –T(t) – S(t)

40 Pomiary ciągłe wód podziemnych (4a)Przykład dekompozycji pomiarów temperatury w.podz. w studni 4.1 ujęcia Świerczków - Trend

41 Pomiary ciągłe wód podziemnych (4b)Przykład dekompozycji pomiarów temperatury w.podz. w studni 4.1 ujęcia Świerczków - Składowa sezonowa

42 Pomiary ciągłe wód podziemnych (4c)Przykład dekompozycji pomiarów temperatury w.podz. w studni 4.1 ujęcia Świerczków - Składowa losowa

43 Pomiary ciągłe wód podziemnych (5)Charakterystyki statystyczne składowej losowej Funkcja autokowariancjna i funkcja autokorelacyjna (i =1,...,N) (m = 0,1,2,...) Funkcja kowariancji wzajemnej i funkcja korelacji wzajemnej (i,j =1,...,N)

44 Pomiary ciągłe wód podziemnych (5a)Przykład charakterystyk statystycznych składowej losowej pomiarów w.podz. w studni 4.1 ujęcia Świerczków Funkcja autokorelacyjna temperatury

45 Pomiary ciągłe wód podziemnych (5b)Przykład charakterystyk statystycznych składowej losowej pomiarów w.podz. w studni 4.1 ujęcia Świerczków Funkcja korelacji wzajemnej tlenu i temperatury

46 Zalecenia Pomiary wskaźników jakości wód podziemnych na ujęciach powinny się odbywać w warunkach ustabilizowanej geometrii strumienia w.podz. - najlepiej na rurze odprowadzającej te wody do zbiornika ujęcia lub w studni na wysokości siatki filtracyjnej studni; nigdy blisko powierzchni lustra wody

47 Zalecenia Pomiar wahań zwierciadła powinien odbywać się w piezometrze sąsiadującym ze studnią ujęcia; pomiary wahań zwierciadła wykonywane w studni odzwierciedlają przede wszystkim fluktuacje wydatku pompy zainstalowanej w studni a nie zmiany zwierciadła w warstwie wodonośnej, z której woda ujmowana jest przez studnię

48 Zalecenia Pomiarom ilości i jakości ujmowanych wód podziemnych powinna towarzyszyć ciągła rejestracja wydatku studni. Kalibracja sond powinna się odbywać częściej niż raz na miesiąc (co najmniej 2 razy w miesiącu). Kalibracja powinna się odbywać w warunkach ustabilizowanych temperaturowo

49 Zalecenia Ciągi pomiarów ciągłych wskaźników jakości wód podziemnych powinny olejąc okres przynajmniej 3 lat aby możliwe było wiarygodne stwierdzenie występowania w danych pomiarowych. trendów i składowych sezonowych

50 Wnioski Zaletami sond automatycznych są:a) możliwość wykonywania pomiarów jednoczesnych; w każdym dniu pomiar jest dokonywany o tej samej godzinie dla wszystkich ujęć. b) możliwość stosowania sond jako czujników do identyfikacji zanieczyszczeń c) możliwość stosowania sond w systemach wczesnego ostrzegania (sondy zainstalowane na kierunkach napływu wody do ujęcia)

51 Wnioski Porównując pomierzone koherentnie wartości wskaźników dla wód powierzchniowych i podziemnych należy stwierdzić brak widocznych korelacji wzajemnych pomiędzy pomiarami. W głównej mierze może to być spowodowane zbyt krótkimi seriami danych pomiarowych, w szczególności dla wód podziemnych

52 Wnioski Analiza częstotliwościowa jest przydatnym narzędziem umożliwiającym wykrycie i dyskryminację procesów i efektów nieistotnych dla interpretacji danych pomiarowych wskaźników jakości w warstwie wodonośnej Analiza funkcji korelacji wzajemnej umożliwia określenie „siły” związku statystycznego między mierzonymi zmiennymi; w szczególności może być użyteczna do podjęcia decyzji o rezygnacji z pomiaru niektórych zmiennych i określania ich wartości na podstawie pomierzonych wartości zmiennych silnie skorelowanych ze zmienna nie mierzoną

53 Wnioski Analiza funkcji autokorelacji wraz z analizą harmoniczną umożliwiają oszacowanie „długości pamięci” danej zmiennej. Określenie „długości pamięci” umożliwia podjęcie decyzji o niezbędnej częstotliwości pomiarów danej zmiennej a także o skali czasowej właściwej dla modelowania matematycznego dynamiki danej zmiennej.

54 Wniosek końcowy dot. interpretacji wyników pomiarów za pomocą sond automatycznychAnaliza statystyczna wyników pomiarów tych wskaźników w studniach brzegowych może dostarczać znacznie więcej informacji jeśli jest sprzężona z odpowiednim modelem matematycznym funkcjonowania ujęcia i dopływu wody do studni . Interpretacja zmienności czasowej jest wówczas wzbogacona o wymiar przestrzenny umożliwiający ekstrapolację wniosków na całą warstwę wodonośną. Wnioskowanie o zanieczyszczeniu warstwy wodonośnej z powierzchni gruntu lub przez przepływającą w pobliżu rzekę nabiera cech wnioskowania ilościowego i pozwala podejmować odpowiednie decyzje naprawcze z mniejszym ryzykiem.

55 Ocena stanu wód podziemnychWzmocnienie kontroli przestrzegania prawa w zakresie ochrony i wykorzystania zasobów wodnych w województwie małopolskim 8-10 grudnia 2009r. , Tarnów Ocena stanu wód podziemnych Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie Politechnika Warszawska

56 Kryteria Ocena stanu chemicznegowg Rozp. Ministra Środowiska (Dz.U. Nr 143, poz. 896, z dnia r.) w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych Ocena wody przeznaczonej do spożycia dla ludzi wg Rozp. Ministra Zdrowia (Dz.U. Nr 61, poz. 417, z dnia r.) w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

57 Kryteria pomiary laboratoryjne analizowany okresod marca 2009 do września 2009 roku do oceny brane wartości średnie z pomiarów przeprowadzonych w tym okresie

58 Karty oceny

59 Kryteria ocena stanu chemicznego dla punktów (studni) na podstawie dostępnych (mierzonych) wskaźników ocena wody przeznaczonej do spożycia dla ludzi woda ze studni (bez uzdatnienia) jedynie dla wymagań chemicznych i fizykochemicznych

60 Wyniki oceny ocena stanu chemicznegoocena wody przeznaczonej do spożycia studnia klasa stan przekroczenia kryteria 2, Żabo-Konary IV słaby azotany, potas nie spełnia azotany, żelazo 3, Radłów-Niwka V potas mangan, żelazo 4.1, Świerczków III dobry temperatura formaldechyd 4.2, Świerczków bezo(a)piren bezo(a)piren, formaldechyd sód, bezo(a)piren bezo(a)piren, sód, formaldechyd 5, Kępa Bogumiłowicka bor 8, Ciężkowice II azotany, siarczany, wapń, wodorowęglany, żelazo, węglowodory ropopochodne żelazo Wyniki oceny

61 ocena stanu chemicznego ocena wody przeznaczonej do spożyciastudnia klasa stan przekroczenia kryteria 11, Grybów-Park III dobry azotany, wapń spełnia --- 13, Czarny Dunajec IV słaby glin nie spełnia glin, żelazo 15, Czchów 19, Podegrodzie selen 21.1, Świniarsko 21.2, Świniarsko temperatura 22, Stary Sącz Wyniki oceny

62 Zespół „Wody podziemne” dziękuje za uwagęWzmocnienie kontroli przestrzegania prawa w zakresie ochrony i wykorzystania zasobów wodnych w województwie małopolskim 8-10 grudnia 2009r. , Tarnów Zespół „Wody podziemne” dziękuje za uwagę prof. dr hab. inż. Marek Nawalany dr inż. Grzegorz Sinicyn mgr inż. Marcin Kawka Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie Politechnika Warszawska