sedimentanalyser nitrat i grundvandet...delrapport ii - detailkortlægning 63 rogen geologi med...

D e l r a p p o r t I I - d e t a i l k o r t l æ g n i n g

61

Prøvetagningsstrategien i ellogborin-gerne er udformet ud fra behovet for at kende redoxfrontens beliggenhed. I den oxiderede zone udtages der prøver med ca. 2 m afstand, nær redoxfronten kan prøverne ligge tættere, og i det nederste reducerede del af magasinet er der op til 6 m mellem vandprøverne. Der er dog ikke udtaget vandprøver fra lag, hvor formationen er for tæt til at lede vand til prøvetagningskammeret.

Feltarbejde og metoder til prøve-tagning af boringerÅrhus Amt har forestået arbejdet med at udtage vandprøver til analyse fra ny-etablerede boringer og et mindre antal ældre pejle- og undersøgelsesboringer for at forbedre kendskabet til forhol-dene i grundvandsmagasinerne. »Tek-nisk Anvisning for Grundvandsover-vågning« er fulgt som grundlag for feltarbejdet. Herved er det sikret, at kvaliteten af de indsamlede data har en høj kvalitet, der svarer til den lands-dækkende overvågning af grundvan-det.

SedimentanalyserDer er udført sedimentkemiske analy-ser for nitratreduktionskapacitet og for arsen, som beskrevet i afsnit 5.3.

6.3 Redox- og nitratforhold

I Århus Nord-området er der kun få vandværker, som er lukkede på grund af et for højt indhold af nitrat i drik-kevandet (se kapitel 3, fi gur 3.6.a). De lukkede vandværker er koncentreret til områdets midterste og nordlige del i Hinnerup Kommune.

Nitratbelastningen i området kan il-lustreres på to forskellige måder: dels ud fra grundvandets indhold af nitrat i vandprøver og dels ud fra farvebe-stemmelser af jordprøver, der afspej-ler oxidationsdybden. Ydermere kan jordlagenes nitratreduktionskapacitet kvantifi ceres ud fra sedimentanalyser af reducerende forbindelser.

Nitrat i grundvandetFigur 6.3.a viser nitratindholdet i samtlige analyserede boringer i Århus Nord-området, bortset fra boringer på forurenede grunde og lossepladser. På fi guren er nitratindholdet opdelt efter iltet grundvand (46 boringer) og anoxisk/reduceret grundvand (132 bo-ringer). Resultatet af den seneste ana-lyse er vist på kortet. I iltet grundvand er nitratkoncentrationen den samme som udvaskningen fra marker mv. I anoxisk/reduceret grundvand er ni-traten enten delvis reduceret eller helt fraværende, fordi jordlagene har omsat den udvaskede nitrat. Grundvand med nitrat, men uden ilt, kaldes anoxisk, mens grundvand uden ilt og nitrat kal-des reduceret grundvand.

I iltet grundvand optræder nitrat i koncentrationer på helt op til knap 500 mg/l med en medianværdi på om-kring 60 mg/l. Det vil sige, at i mere end 50% af tilfældene, er grænsevær-dien (50 mg/l) for nitrat i drikkevand overskredet i det iltede grundvand. I anoxisk grundvand er det højest fundne nitratindhold på ca. 150 mg/l.

mg/l

< 1

1-50

> 50

< 1

1-50

> 50

Århus Nord

Nitrat i grundvand

Anoxiskogreduceretvand

Iltetvand

Figur 6.3.a. Nitrat i grundvandet i Århus Nord-området. Resultater fra seneste vandanalyse er vist. Dato for fi ludtræk: marts 2003.

R e d e g ø r e l s e f o r g r u n d v a n d s r e s s o u r c e r n e i Å r h u s N o r d - o m r å d e t

62

Reducerede jordlag beliggende over iltede jordlagDet er karakteristisk for store dele af området, at nitrat i nogle boringer fi n-des i relativ stor dybde, men omvendt

ikke er til stede i øvre reducerede lag tættere på jordoverfl aden. Det fremgår af fi gur 6.3.b, som viser de boringer, hvor der ud fra farvebeskrivelser af jordlagene, er observeret reducerede

jordlag over iltede jordlag. Fænome-net skyldes, at nedsivningen af nitrat ikke er lodret, men har et kompliceret strømningsmønster på grund af hete-

Reducerede lag overoxiderede lag i boringer

Boringer

Århus Nord

Nitratfront

meter under terræn< 33-77-1515-30> 30Århus Nord

Figur 6.3.c. Nitratfronten i Århus Nord-området, baseret på farvebeskrivelser af jordlagene fra boringsoplysninger.

Figur 6.3.b. Boringer, hvor der ud fra farvebeskrivelser af jordlagene, er observeret reducerede lag over oxiderede lag i Århus Nord-området.


63

rogen geologi med vekslende ler-, silt- og sandlag.

Nitratfrontens beliggenhedJordlagenes evne til at fjerne nitrat afhænger af indholdet af reducerende stoffer som pyrit, jern og organisk stof. I gennemiltede lag, som fi ndes tæt ved

jordoverfl aden, fi ndes der ikke længere reducerende stoffer, der kan fjerne nitrat. Grænsen mellem øvre, nitrat-holdige jordlag og dybere reducerede, nitratfrie jordlag kaldes nitratfronten. Nitratfronten bevæger sig langsomt nedad efterhånden som de reducerende stoffer, der kan fjerne udvasket nitrat, opbruges i jordlagene.

Informationerne om nitratfrontens beliggenhed bygger på farvebeskrivel-ser fra 438 brugbare boringer i Århus Nord. Kortet fi gur 6.3.c og fordelingen på fi gur 6.3.d samt tabel 6.3.a viser dybden til nitratfronten i alle disse boringer. Nitratfrontens beliggenhed varierer fra lige under terræn til op til 90 meter under terræn med en me-

Udvaskning og reduktion af nitrat i grundvandetNår regnen rammer markerne, og overskudsnedbøren siver ned under rodzonen, vil den medføre opløste salte og gasser som nitrat og ilt. På sin vej gennem jordlagene vil nitrat kunne omsættes til frit kvælstof, hvis det rigtige geokemiske miljø er tilstede.

Undergrundens sedimenter inde-holder indlejret organisk stof, der som udgangspunkt giver et redu-ceret miljø, uden ilt og nitrat. I et reduceret miljø kan der også være pyrit tilstede (sulfat er reduceret til sulfi d) og Fe(II)-forbindelser. Når ilt nitrat siver ned i jorden, iltes det indlejrede organiske stof, pyrit og Fe(II)-forbindelser. Nedtrængnings-dybden for ilt og nitrat afhænger af:

· mængden af indlejrede reduce-rende stoffer,

· hvor meget ilt og nitrat, der siden istiden har været ført med grundvandet,

· om der har været umættede for-hold, hvor atmosfærens ilt har været i stand til at ilte jorden.

· vandværkernes indfl ydelse på grundvandets strømningsfor-hold.

Redoxgrænsens stabilitetOvergangen mellem det nitrathol-dige miljø (iltet og anoxisk zone) og det reducerede miljø, hvor op-løst jern og mangan præger grund-vandskvaliteten, kaldes nitratfron-ten (se fi gur). Ilt og nitrat reduceres ofte hurtigt sammenlignet med vandets strømningshastighed, og så er redoxgrænsen relativt skarp. Nitratreduktion er dog væsentlig

langsommere end iltreduktion, og derfor ser man også fl ere steder, at nitrat trænger ind i det reducerede miljø, og skaber en anoxisk zone, der er udtryk for en stabil ulige-vægtssituation. I sandede områder med lav reduktionskapacitet, stor nitratudvaskning og stor grund-vandsdannelse, kan mægtigheden af den anoxiske zone være adskil-lige meter. Omvendt med lerede områder, hvor den anoxiske zone kan være mere skarp på grund af en større reduktionskapacitet i se-dimentet og relativ mindre grund-vandsstrømning.

Der vides i dag kun meget lidt om udbredelseshastigheden af den anoxiske, nitratholdige zone, idet man formoder, at den først for alvor er udviklet, efter at nitrat er blevet et vigtigere iltningsmiddel end ilt. Under naturforhold udgør ilt næ-sten 100% af oxidationsækvivalen-terne, men når der udvaskes f.eks. 100 mg/l nitrat, vil der være 6 gange fl ere oxidationsækvivalenter, og redoxgrænsen vil derfor teo-

retisk set rykke 6 gange hurtigere frem. Hvis bakterierne imidlertid ikke kan omsætte nitrat hurtigt nok i forhold til strømningshastigheden af grundvandet, breder nitrat sig endnu hurtigere frem i den anoxi-ske zone mellem de reducerede mineraler. Ved vandindvinding vil udbredelseshastigheden kunne øges yderligere på grund af en forceret grundvandsstrømning med stigende nitrat i drikkevandet til følge.

Nitrat i grundvandetGrundvandets indhold af nitrat afhænger derfor af hvor dybt i grundvandsmagasinet vandprøven er udtaget. Nitratholdigt vand stam-mer altid fra den øvre iltede eller anoxiske del af grundvandsmaga-sinet. I modsætning hertil stammer nitratfrit vand oftes fra den nedre reducerede zone i grundvands-masinet, da der altid vil være en vis nitratudvaskning fra alle typer arealanvendelser.

Iltet zone

Reduceret zone

Anoxisk zone

Jern

Nitrat ofte større end 50 mg/l÷ jern

÷ nitrat+ jern

Vandløb

Udstrømmendegrundvand

Rød/gulejordlag

Grå/sortejordlag

Grundvandsspejl

Nitratfront


64

dianværdi på 7 meter under terræn. Nitratfronten har bevæget sig mere end 15 meter ned under terræn i 26 % af de undersøgte boringer og i 9% af boringerne er nitratfronten mere end 30 meter under terræn (tabel 6.3.a).

På grund af den meget heterogene geologi i Århus Nord-området kan nitratfrontens beliggenhed varierer me-get selv indenfor korte afstande. Den største nedtrængningsdybde for nitrat (omkring 90 meters dybde) er fundet i Truelsbjergtruget, som i stor grad leverer vand til Truelsbjergværket. Her er samtidig en stor umættet zone. I de dybe dalkomplekser i området mellem Hinnerup og Grundfør og i den be-gravede Ristrup-Grundfør-Ødum-dal, er nitrat også trængt langt ned og ni-tratfrontens dybeste beliggenhed er på omkring 60 meter under terræn.

Der er en uens datatæthed om nitrat-frontens beliggenhed inden for det

undersøgte område. For eksempel er der, i modsætning til områderne med begravede dale, få oplysninger om nitratfrontens beliggenhed på de omkringliggende tertiære lerplateauer, specielt i den vestlige del af området.

Som vist i forrige kapitel (afsnit 5.6) viser undersøgelserne i Århus Nord, at der er stor overensstemmelse mel-lem de steder hvor nitratfronten er trængt dybt ned (>7 meters dybde) og de områder, hvor der er en dårlig grundvandsbeskyttelse på grund af en lille tykkelse (< 15 meter) af lerlagene i de øverste 30 meter. Dette er et meget vigtigt resultat for udpegningen af de sårbare områder i Århus Nord-områ-

Figur 6.3.d. Fordelingen af nitratfronten (m.u.t.) i Århus Nord, baseret på farvebeskrivel-ser af jordlagene fra boringsoplysninger.

Nitratfronten

0

25

50

75

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Nitratfronten, m.u.t.

Proc

entf

rakt

il

NitratreduktionskapacitetDe tre vigtigste nitratreducerende stoffer i sedimenterne i undergrun-den er pyrit, TOC og Fe(II). Nitrat-reduktionskapaciteten er derfor her defi neret som det reaktive indhold af pyrit, TOC og Fe(II). Det reaktive indhold vil være det totale indhold minus et inert indhold:

Nitratreduktionskapacitet

= kemisk reaktive indhold

= totale indhold ÷ inert indhold

= indhold (reducerende) ÷ indhold (iltede)

Enheden er reduktionsækvivalen-ter. Det totale indhold bestemmes som indholdet af pyrit, TOC og Fe(II) under reducerende forhold. Det inerte indhold af pyrit, TOC og Fe(II) bestemmes som indhol-det målt under iltede forhold. Det inerte indhold målt under iltede forhold kan for eksempel skyldes indkapslet pyrit og især meget svært nedbrydeligt organisk stof i for eksempel hummusfraktionen.

Betydningen af de 3 stoffer (pyrit, TOC og Fe(II)) for nitratreduktion vil variere fra område til område afhængig af de geologiske forhold.

Nitratreduktionskapaciteten af jordlagene er bestemmende for nedtrængningsdybden af nitrat-fronten. Når nitratreduktionskapa-citeten er opbrugt i jordlagene vil grundvandet være iltet og nitrat-holdigt. I den anoxiske zone falder nitratreduktionskapaciteten med tiden, da nitraten er under omsæt-ning. I den reducerede zone er nitratreduktionskapaciteten endnu ikke opbrugt og den oprindelige nitratreduktionskapacitet er intakt.

Nitratfronten

Min (m.u.t.) 0

Maks (m.u.t.) 90

Middel (m.u.t.) 11

Median (m.u.t.) 7

Antal observationer (boringer) 438

% større end 7 m.u.t. 50



Tabel 6.3.a. Nitratfronten i Århus Nord (m.u.t.). Baseret på farvebeskrivelser af jordlagene fra boringsoplysninger.

Nitratreduktions-kapacitet

Iltet zone

Reduceret zone

Anoxisk zone

+Nitrat+Ilt

+Nitrat÷Ilt

Inert Reaktiv

Nitratreduktions-kapacitet

÷Nitrat÷Ilt+Jern

Nitratfront

TOC+pyrit+Fe(II)


65

det, da de to undersøgelsesmetoder er helt uafhængige af hinanden. I 50% af de undersøgte boringer er nitratfronten trængt mere end 7 meter ned (fi gur 6.3.d. og tabel 6.3.a.), hvilket altså også er de steder, hvor grundvandsbe-skyttelsen er dårlig på grund af tynde lerdæklag.

Nitratreduktionskapacitet – sedimentanalyserI forbindelse med udførelsen af sneg-leboringerne i kortlægningsområdet i Århus Nord er der udtaget sediment-prøver til kemisk analyse for nitratre-duktionskapacitet. Der er ligeledes analyseret for arsen i de samme sedi-mentprøver (se afsnit 6.6). Boringerne er placeret på de steder, hvor det ter-tiære ler ligger højt, hvilket også er de områder, hvor der sker en væsentlig grundvandsdannelse, der strømmer til de dybe grundvandsmagasiner i de begravede dalkomplekser (se placering på fi gur 5.3.e).

Til bestemmelse af nitratreduktions-kapaciteten blev sedimentprøvernes indhold af de reducerende stoffer: pyrit, TOC og Fe(II) analyseret (se boxen om nitratreduktionskapacitet). Analysemetoderne er nærmere be-skrevet i afsnit 5.3. Figur 6.3.e viser snegleboringernes indhold af pyrit, TOC og Fe(II) i forskellige niveauer. På fi guren er også afbilledet de geolo-giske lagserier og redoxforhold bestemt ud fra farvebeskrivelser af jordlagene. Det fremgår af fi gur 6.3.e og tabel 6.3.b, at indholdet af reducerende stof-fer er højest under reducerende forhold

og mindst under oxiderende forhold. Grunden, til at indholdet af reduce-rende stoffer ikke er nul under oxide-rende forhold, skyldes, at en lille rest-del er kemisk inert eller reagerer uhyre langsom i forhold til strømningshastig-heden. Under reducerende forhold er der målt et middel indhold (vægt %) af pyrit, TOC og Fe(II) på henholdsvis 0,19%, 0,60% og 1,30%, mens de tilsvarende værdier under oxiderende forhold er 0,06%, 0,07% og 0,58%. Ligeledes er der et højere indhold af reducerende stoffer i de tertiære redu-cerede lerafl ejringer end i de sandede reducerede smeltevandsafl ejringer.

Analyserne viser, at der er en signi-fi kant positiv sammenhæng mellem TOC og pyritindholdet i prøverne (r=0,72, n=29). Dette indikerer, at py-rit er dannet i det marine tertiære ler ved sulfatreduktion af havvands høje sulfatindhold.

Beregningerne viser desuden, at nitrat-reduktionskapaciteten i gennemsnit er op til ca. 500 gange højere i de vand-standsende tertiære og kvartære lerlag end i de vandførende kvartære lag.

Nitratreduktionskapacitet i erosionsrende, boring 10-31 (DGU nr. 78.892)Generelt er nitratreduktionskapacite-ten relativ høj i de undersøgte borin-ger. Det skyldes hovedsagelig jordla-genes naturlige indhold af organisk stof, men også reduceret jern og pyrit. En undtalelse herfra er boring 10-31 (DGU nr. 78.892) vest for Haldum.

Denne boring er domineret af sandede smeltevandsafl ejringer. I de øvre iltede vandførende sandlag er nitratredukti-onskapaciteten opbrugt, mens de nedre reducerede vandførende sandlag kun har en begrænset nitratreduktionska-pacitet i forhold til de reducerede lag i de øvrige snegleboringer i Århus Nord. Boringen er beliggende i en erosions-rende på et højtliggende tertiært lerpla-teau. Her sker der en væsentlig grund-vandsdannelse og tilledning af vand til de dybdere grundvandsmagasiner i de begravede dale.

Vandanalyser fra 2 fi ltre i boring 10-31 (DGU nr.78.892) dokumenterer, at der sker nitratreduktion mellem 15 m.u.t. (90 mg nitrat/l) og 35 m.u.t. (ingen nitrat). Da sulfat indholdet er uændret mellem disse to fi lterindtag indikerer dette også, at det ikke er pyrit som har reduceret nitraten, men sandsynligvis organisk stof, som sedi-mentanalyserne også viser.

Nitratreduktionskapacitet genereltI forhold til sårbarhedsvurderingen i Århus Nord-området, vægtes den rela-tive høje nitratreduktionskapacitet af sedimentet, som er fundet i de under-søgte boringer (på nær boring 10-31, DGU nr. 78.892), ikke særlig højt. Det skyldes, at afl ejringerne i området er meget forstyrrede, blandt andet fordi området gennemskæres af Den Østjyske Israndslinje. Den komplekse geologi i området betyder, at de hydro-logiske forhold også er komplicerede. Der er mange geologiske vinduer, og nitratfrontens beliggenhed varierer inden for korte afstande. Selv om se-dimentet har en høj nitratreduktions-kapacitet, er det derfor ikke sikkert, at der foregår en betydelig vandgennem-strømning igennem det pågældende lag. De hydrogeologiske forhold er derfor vigtige i sårbarhedsvurderingen af Århus Nord-området.

Tabel 6.3.b. Indholdet af pyrit, TOC og FeII under oxiderende og reducerende forhold i snegleboringerne i Århus Nord. Enheden er vægt i %.

Oxiderende forhold Reducerende forhold

Pyrit TOC FeII Pyrit TOC FeII

Min 0,03 0,04 0,19 0,03 0,09 0,71

Maks 0,21 0,60 1,21 2,67 4,91 2,05

Middel 0,06 0,07 0,58 0,19 0,60 1,30

Median 0,08 0,15 0,58 0,80 1,12 1,36

Antal prøver 9 9 9 20 20 20


66

Boring 10-28,DGU nr. 78.889Reduktionskapacitet

Vægt %

70

60

0

2

4

6

8

10

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)

MMLML

ML

MLMLMLML

S

OL

OL

OL0 1 2 3 4 5

MSMS

DS

DS

DSMSMS

MS

MS

MS

MLMS

DS

DS

ML

MLDS

DS

DSDSDS

DSDSDSDS

DSDS

DSDS

DS

DGMSDS

DSSG

70

60

50

40

30

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40


0 0,5 1 1,5 2 2,5

Vægt %

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)

DSDSDS

DSDS

ML

ML

ML

OL

OL

OLOLOLOL

50

40

Boring 10-29,DGU nr. 79.1325

0

2

4

6

8

10

12

14

Reduktionskapacitet

0 1 2 3 4 5

Dyb

de(m

.u.t

.)

Vægt %

Kote(m.o.h.)

TIDSTITI

TI

MLMLDI

ML

ML

MLSOI

OL

OS

80

70


0 0,5 1 1,5 2 2,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Vægt %

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)

ML

ML

DS

DS

DI

DS

DI

DL

DI

ML

ML

ML

50

40

30

20

Boring 10-30,DGU nr. 79.1326

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

Reduktionskapacitet

0 0,5 1 1,5 2 2,5Vægt %

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)


67

Figur 6.3.e. Nitratreduktionskapaciteten (vægt %) i snegleboringerne (placering ses på fi gur 5.3.e) bestemt ved indholdet af pyrit, TOC og Fe(II) i sedimentprøver. Ligeledes er vist de geologiske lagserier og redoxforhold (bestemt ud fra farvebeskri-velser af jordlagene) i hver boring.

TL

TL

ML

ML

MLS

DSDSDS

MSMS

LSS

LOLOI

90

80

70

60

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)


0 0,5 1 1,5 2 2,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Vægt %

M

MLMLML

MLML

ML

SML

ML

MLMLML

ML

ML

DS

DSML

OL

OL

OL

OLOL

80

70

60


0 0,5 1 1,5 2 2,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Vægt %

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)

MSML

DS

DSDSDS

ML

MLII

OI

OI

OI

OL

80

70


0 0,5 1 1,5 2 2,5

0

4

6

8

2

10

14

12

Vægt %

Kote(m.o.h.)

Dyb

de(m

.u.t

.)

Fe2

Pyrit (%)

TOC (%)

Redoxforhold

Iltet lag

Reduceret lag

SILTSAND-STENMULDFEDT LERLER

TERTIÆR

LITHOLOGI

Pattern=Periode

sedimentanalyser nitrat i grundvandet...delrapport ii - detailkortlægning 63 rogen geologi med...

Documents