Charakteristika horninového prostredia a znečistenia vo vzťahu k sanáciám znečistených území
Pri charakteristike horninového prostredia a prípadného znečistenia sa v rámci geologického prieskumu životného prostredia uplatňujú najmä geologické, inžinierskogeologické, hydrogeologické, geofyzikálne a geochemické metódy získavania potrebných údajov. V záujme získania relevantných a dostatočne podrobných podkladových údajov sa prieskumné metódy väčšinou kombinujú (spoločné uplatnenie viacerých metód) a uvedené rozdelenie metód je preto potrebné chápať ako účelové. Údaje získané geologickým prieskumom sa môžu doplniť aj ďalšími informáciami, najmä klimatickými, hydrologickými, pedologickými, geomorfologickými, ekologickými atď.
Cieľom geologických prác je predovšetkým dostatočné charakterizovanie horninového prostredia, ako aj znečistenia v sanovanej oblasti. Medzi základné informácie geologického typu, potrebné na riešenie sanácie znečisteného prostredia, môžeme zaradiť najmä:
• charakter a vlastnosti horninového prostredia:
• litológia a petrografia:
o petrografická a litologická charakteristika jednotlivých vrstiev,
o geometrické a priestorové vlastnosti vrstiev – hrúbka, sklon, homogenita, vykliňovanie atď.,
o minerálne zloženie vrstiev,
o tektonické pomery územia (priebeh tektonických porúch a zlomov a iné),
• hydrogeologické a hydraulické vlastnosti:
o rozloženie izolátorov a kolektorov,
o hladina podzemnej vody (voľná, napätá), resp. jej kolísanie,
o smer a rýchlosť prúdenia podzemnej vody,
o hydraulické charakteristiky kolektorov a izolátorov vrátane poznania hydraulických okrajových podmienok (priepustnosť – koeficient prietočnosti a koeficient filtrácie, pórovitosť, hydraulický gradient atď.),
o zrážkovo-odtokové pomery (najmä zrážky, výpar, efektívne zrážky, povrchový odtok atď.),
• inžinierskogeologické vlastnosti:
o pevnostno-deformačné vlastnosti, konzistencia a plasticita, uľahnutosť/hutnosť, zrnitostné zloženie zemín a sedimentov,
• geochemické vlastnosti:
o chemické zloženie jednotlivých vrstiev horninového prostredia,
o chemické zloženie prírodnej vody (najmä podzemnej, ale aj povrchovej, resp. zrážkovej),
o chemické zloženie ďalších zložiek životného prostredia (dnové, resp. riečne sedimenty, pôda a pôdny vzduch, biosféra atď.),
o vlastnosti horninového prostredia vplývajúce na mobilitu znečistenia (sorpčné a ionovýmenné vlastnosti, pH, redoxné podmienky, obsah a vlastnosti organických látok, obsah a vlastnosti ílových minerálov atď.),
o relevantné pozaďové hodnoty znečisťujúcich látok,
• charakter a vlastnosti znečisťujúcich látok:
• kvalitatívna analýza znečisťujúcich látok v pásme prevzdušnenia a pásme nasýtenia (preukázanie koncentrácie vyššej ako zvolené kritéria, resp. limitné hodnoty);
• priestorová distribúcia a množstvo znečisťujúcich látok v pásme prevzdušnenia a v pásme nasýtenia (kvantifikácia množstva znečisťujúcej látky v prostredí);
• vlastnosti znečisťujúcich látok vplývajúce na ich transport, mobilitu, resp. degradačné vlastnosti (sorpčné vlastnosti, biodegradačné vlastnosti, polčas rozpadu, forma výskytu, tvorba komplexov, stabilita vzhľadom na pH a Eh podmienky, rozpustnosť, prchavosť, perzistencia, merná hmotnosť, rozdeľovacie koeficienty atď.);
• vlastnosti znečisťujúcich látok vplývajúce na ich nebezpečnosť vzhľadom na príjemcu rizika zo znečistenia (ekotoxicita a toxicita, karcinogenita, bioprístupnosť, bioakumulácia, vznik toxických reakčných alebo degradačných produktov atď.);
• charakter potenciálnych zdrojov znečistenia:
• charakter činnosti spôsobujúcej znečistenie;
• forma a fyzikálno-chemická charakteristika prostredia, resp. materiálu spôsobujúceho znečistenie (napr. analýza haldového materiálu, resp. jeho výluhu atď.).
Geologické metódy
Charakteristika geologických pomerov je zameraná na geologickú stavbu územia, jej vývoj, litologické zloženie, stratigrafiu a pod. Jedným zo spôsobov získania prehľadných informácií o geologickej stavbe územia je štúdium archívnych údajov. Základné informácie o geologickej stavbe územia Slovenska poskytuje Štátny geologický ústav Dionýza Štúra na stránke www.geology.sk. V rámci mapového servera je k dispozícii digitálna základná geologická mapa Slovenska v mierke 1 : 50 000. Informácie o základnej geologickej stavbe sú dostupné aj on-line na www.enviroportal.sk a je možné využiť aj iné zdroje informácií, napr. Atlas krajiny (2002), Atlas SSR (1998), resp. individuálne geologické mapy regiónov v mierke 1 : 50 000 spolu s príslušnými vysvetlivkami zostavované v ŠGÚDŠ v rámci regionálneho geologického výskumu Slovenska.
V rámci sanácie environmentálnych záťaží sa uvedené základné geologické informácie spravidla dopĺňajú o podrobnejšie údaje získané podrobným prieskumom priamo na sanovanej lokalite. V rámci podrobného prieskumu sa realizujú metódy geologického mapovania, technické práce (prieskumné vrty, sondy, šachtice, ryhy), chemické analýzy odobraných vzoriek atď. K základným geologickým metódam je možné zaradiť aj rôzne petrologické, litologické a mineralogické metódy, ktorých výsledkom je charakteristika horninového prostredia zameraná na opis horniny a minerálov, stanovenie ich relevantných vlastností a priestorovej distribúcie. K týmto metódam zaraďujeme napr. petrografickú a mineralogickú analýzu (mikroskopia, rtg. difrakčná analýza, makroskopický opis horniny, klasifikácia hornín atď.).
Inžinierskogeologické metódy
Základná charakteristika inžinierskogeologických pomerov územia pozostáva z regionálnej klasifikácie územia (rajonizácie) a jej stručnej charakteristiky (dostupná napr. v Atlase inžinierskogeologických máp SSR – Matula et al., 1989). Z pohľadu inžinierskej geológie je základom hodnotenia územia charakteristika geologických pomerov, pričom inžinierskogeologické rajóny sú vyčlenené na základe genézy a litologickej povahy hornín. Hrašna a Klukanová (Atlas krajiny SR, 2002) v rámci inžinierskogeologickej rajonizácie rozdelili rajóny na tri kategórie: rajóny predkvartérnych hornín, rajóny kvartérnych hornín a kombinované rajóny.
Inžinierskogeologické údaje je možné získavať aj na základe vizuálnej obhliadky a laboratórneho a terénneho prieskumu (vrátane odberu vzoriek). Inžinierskogeologický prieskum poskytuje doplňujúce informácie o vlastnostiach horninového prostredia a ich identifikáciu (pomenovanie), pričom dôraz sa kladie na ich geotechnické a inžinierskogeologické využitie. Jednotlivé geologické vrstvy je potrebné charakterizovať najmä týmito vlastnosťami: pórovitosť, priepustnosť, zrnitosť, obsah ílovitých častíc, obsah ílových minerálov v jemnozrnných zeminách, obsah organickej zložky, uľahnutosť/hutnosť hrubozrnných zemín. Na základe týchto informácií je možné zostrojiť inžinierskogeologický profil, ktorého príklad je uvedený na obr. 2.4.1.
Obr. 2.4.1. Príklad inžinierskogeologického profilu.
Podľa pevnosti štruktúrnych väzieb medzi časticami sa horniny z inžinierskogeologického hľadiska delia na skalné horniny a zeminy. Prechodné typy medzi skalnými horninami a zeminami je možné označiť ako poloskalné horniny. Pre každú z uvedených skupín sa používa rozdielna klasifikácia vychádzajúca z rozdielnych laboratórnych skúšok, postupov a klasifikačných charakteristík.
Veľká časť informácií o uvedených vlastnostiach horninového prostredia sa získava využitím postupov definovaných príslušnými normami. Napríklad identifikáciu (pomenovanie) a opis skalných hornín upravuje norma STN EN ISO 14 689-1, pomenovanie a opis zemín norma STN EN ISO 14 688-1, resp. názvy najrozšírenejších horninových typov norma STN EN ISO 14 689-1. Vedecké geologické klasifikačné schémy skalných hornín a názvoslovie sa uvádza aj v norme STN EN 12670. Geotechnický prieskum a skúšanie zemín a skalných hornín, ktorého súčasťou je aj inžinierskogeologický prieskum, sú uvedené v norme STN EN 1997-2. Klasifikácia zemín a skalných hornín je obsiahnutá v STN 72 1001, ktorá je v súlade s medzinárodnou a európskou normou STN EN ISO 14 688-2. Zeminy sa rozdeľujú na základe prevládajúcej frakcie (veľkosti častíc) a obsahu jemnozrnnej zložky. Príkladom je pomenovanie základných frakcií zŕn, ktoré je uvedené v tab. 2.4.2, a základné členenie zemín podľa zrnitosti (tab. 2.4.3).
Tab. 2.4.2. Pomenovanie základných frakcií zŕn.
|
Rozmer zŕn v mm |
Názov |
Symbol | |
|
zŕn |
frakcie | ||
|
< 0,002 |
jemné |
ílovitá |
cl |
|
od 0,002 do 0,063 |
siltovitá |
si | |
|
od 0,063 do 2,0 |
hrubé |
piesčitá |
sa |
|
od 2,0 do 63,0 |
štrkovitá |
gr | |
|
od 63,0 do 200 |
veľmi hrubé |
kamenitá |
cb |
|
> 200 |
balvanovitá |
bo | |
Tab. 2.4.3. Základné členenie zemín podľa zrnitosti.
|
Skupina zemín |
Základný názov |
Symbol |
Obsah frakcií |
|
štrkovitá |
štrk |
G |
jemnozrnná frakcia < 35 %; prevláda štrkovitá nad piesčitou frakciou |
|
piesčitá |
piesok |
S |
jemnozrnná frakcia < 35 %; prevláda piesčitá nad štrkovitou frakciou |
|
ílovitá alebo siltovitá |
jemnozrnná zemina (íl alebo silt) |
F (C/M) |
jemnozrnná frakcia ≥ 35 % |
K ďalším doplňujúcim údajom patria informácie, ktoré môžu významne ovplyvniť geotechnické vlastnosti, ako napr. minerálne zloženie, obsah organických látok, obsah uhličitanov, prítomnosť konkrécií a pod. Minerálne zloženie sa spravidla určuje laboratórnymi metódami a môžu sa použiť aj korelačné vzťahy (napr. Skemptonov diagram na hodnotenie aktivity ílových minerálov a pod.). Pri kamenitých a balvanovitých zeminách sa opisuje najmä petrografické zloženie zŕn, pri piesčitých zeminách sa udáva predovšetkým prítomnosť kremenných zŕn, tmavých minerálov a sľúd. Pri jemnozrnných zeminách sa hodnotí predovšetkým druh ílových minerálov.
Okrem vizuálnej prehliadky sa môžu na klasifikáciu a kvantifikáciu horninového prostredia a charakteru zemín a skalných hornín použiť rôzne skúšky (pozri STN EN 1997-2), napríklad:
• v prípade zemín: zrnitosť, objemová hmotnosť, pórovitosť, vlhkosť, tvar zŕn, drsnosť povrchu zŕn, relatívna uľahnutosť, Atterbergove medze, napúčanie, obsah uhličitanov, obsah organických látok,
• v prípade skalných hornín: minerálne zloženie, petrografické zloženie, vlhkosť, objemová tiaž, pórovitosť, nasiakavosť, napúčanie, index rozpadavosti, jednoosová pevnosť v tlaku.
Hydrogeologické metódy
Hydrogeologické pomery sú odrazom geologicko-tektonickej stavby územia, blízkosti vodných tokov a nádrží, litologických pomerov, mechanicko-fyzikálnych a chemických vlastností hornín, ktorými podzemná voda preteká, zrážkovej činnosti, reliéfu terénu, vegetačného pokryvu a činnosti človeka.
Základná charakteristika hydrogeologických pomerov územia Slovenska je spracovaná na základných hydrogeologických mapách v mierkach 1 : 200 000 a 1 : 50 000. Základné hydrogeologické mapy Slovenska sú dostupné v archíve a na mapovom serveri ŠGÚDŠ (www.geology.sk). Užitočné hydrogeologické informácie sú uvedené v Atlase krajiny SR (2002), prípadne ich poskytujú publikácie a výsledky úloh riešených SHMÚ (napr. Štátna vodohospodárska bilancia, Štátny monitoring kvality a kvantity podzemných vôd atď.). K ďalším užitočným zdrojom hydrogeologických informácií je možné zaradiť hydrogeologickú rajonizácia Slovenska (Šuba et al., 1984, v zmysle neskorších úprav z r. 1995), Mapu využiteľného množstva podzemných vôd (Poráziková a Kollár, 2002) a hydrogeologickú rajonizáciu Slovenska na základe určujúceho typu priepustnosti (Malík a Švasta, 2002), kde autori rozdelili hydrogeologické regióny na tri hlavné skupiny:
• s medzizrnovou priepustnosťou (najmä neogénne a kvartérne sedimenty – piesky, štrky, íly, hliny, sutiny, morénové sedimenty a ich rôzne kombinácie);
• s puklinovou priepustnosťou (najmä horniny kryštalinika tatrika, veporika, gemerika – granity, diority, fylity, svory, ruly, migmatity, amfibolity; niektoré paleozoické a mezozoické sedimenty – bridlice, kremence, metapieskovce, droby, arkózy, sliene, slieňovce, slienité vápence a pod.; paleogénne sedimenty vnútrokarpatského paleogénu – pieskovce, zlepence, ílovce; neogénne vulkanity – dacity, andezity, bazalty, ryolity a ich vulkanoklastiká – brekcie, konglomeráty, tufy, tufity a pod.);
• krasovou a krasovo-puklinovou priepustnosťou (najmä mezozoické karbonáty fatrika, hronika, silicika – rozličné druhy vápencov a dolomitov).
Stručná charakteristika najvýznamnejších hydrogeologických kolektorov vrátane ich kvantitatívnej charakteristiky, prietočnosti a hydrogeologickej produktivity je prezentovaná na mape hydrogeologických pomerov (Malík et al., 2002). Kvantitatívna charakteristika priepustnosti vychádza z hydrogeologických pomerov a patrí medzi dôležité hydrogeologické parametre. V rámci nej je možné hodnotiť prietočnosť prostredia. Na území Slovenska sú vyčlenené 4 kategórie kvantitatívnej charakteristiky prietočnosti a hydrogeologickej produktivity (Malík et al., 2002):
• nízka (T < 10–4 m2 . s–1),
• mierna (T = 10–4 – 10–3 m2 . s–1),
• vysoká (T = 10–3 – 10–2 m2 . s–1),
• veľmi vysoká (T > 1 . 10–2 m2 . s–1).
Podrobnejšie informácie o hydrogeologických pomeroch oblasti, predovšetkým o hĺbke hladiny podzemnej vody, smeroch prúdenia podzemnej vody, hydraulických parametroch horninového prostredia (koeficient filtrácie, koeficient prietočnosti, hydraulický gradient atď.), hĺbke nepriepustného podložia a iných vlastnostiach, sa však v praxi získavajú z podrobnejších prieskumných prác na lokalite.
Medzi štandardne využívané hydrogeologické metódy v rámci prieskumu znečistených území patrí hydrogeologické mapovanie a terénny výskum. V rámci nich sa podrobne mapujú významné hydrogeologické objekty a javy v skúmanej lokalite. Medzi ne patria najmä pramene, vrty, drenáže, povrchové toky, zamokreniny atď. Realizujú sa všetky potrebné terénne merania, či už vo forme jednorazových expedičných meraní, alebo režimových pozorovaní. Pri prameňoch sa sleduje najmä ich výdatnosť, chemické zloženie (merná elektrická vodivosť), pri vrtoch je to úroveň hladiny podzemnej vody a pri povrchových tokoch prietok. V teréne sa zvyčajne merajú aj niektoré doplnkové parametre ako teplota, pH a iné.
Dôležitou súčasťou hydrogeologického prieskumu je realizácia technických prác. Technické práce vykonávané v hydrogeologickom prieskume pozostávajú najmä z realizácie vrtných prác, v menšej miere z budovania iných geologických diel, napr. merných objektov. Charakter a rozsah realizovaných vrtných prác závisí od účelu vykonávaného prieskumu a povahy horninového prostredia. Spôsob vŕtania a zabudovania vrtu musí byť v súlade s požiadavkami prieskumu. Dôležitým faktorom je najmä spôsob vŕtania (bezjadrové, jadrové – jednoduchá, dvojitá, resp. trojitá jadrovnica atď.), použitie výplachu ( najmä pri plánovaných odberoch neovplyvnených vzoriek vody), hĺbka vŕtania, priemer vŕtania atď. Pri využití vrtu ako hydrogeologického objektu je veľmi dôležitý spôsob zabudovania vrtu (najmä priemer pažníc, umiestnenie a typ filtra, obsyp filtra vrtu, utesnenie zvyšných častí vrtu atď.). Súčasťou realizácie vrtných prác je vyhotovenie príslušnej dokumentácie, najmä profilu vrtu s opisom jednotlivých vrstiev, priebehu hladín podzemnej vody a spôsobu zabudovania vrtu. Počas vrtných prác, resp. po ich vykonaní sa v odôvodnených prípadoch realizujú karotážne merania a odbery vzoriek, ktoré umožňujú detailnejšie charakterizovať horninové prostredie vo vertikálnom profile. Zabudované hydrogeologické vrty sa využívajú na meranie a sledovanie zmien hladiny podzemnej vody, resp. realizáciu rôznych hydrogeologických skúšok (najmä čerpacie, nalievacie a tlakové skúšky). Hydrogeologické skúšky umožňujú stanovenie dôležitých vlastností horninového prostredia v okolí vrtu, a to najmä jeho hydraulických vlastností. Dlhodobé monitorovanie umožňuje v hydrogeologických vrtoch sledovať zmeny hladiny podzemnej vody v závislosti od vonkajších faktorov (napríklad sezónne zmeny, zmena pri náhlych zrážkových udalostiach, zmeny pri umelých zásahoch do zvodne – čerpanie, infiltrácia atď.).
V poslednom období sa pri vyhodnocovaní hydrogeologických výsledkov stáva dôležitou súčasťou hydrogeologické modelovanie. Hydrogeologické metódy výskumu a prieskumu sú detailnejšie spracované napr. v práci Meliorisa et al. (1986).
Geofyzikálne metódy
Geofyzikálne metódy prieskumu znečistených území môžu významným spôsobom napomáhať najmä pri identifikácii priestorového rozsahu znečistenia. Využiteľnosť metód závisí od typu znečistenia a charakteru prostredia na lokalite. Napríklad na zistenie rozsahu skládky (ako aj jej štruktúry) je možné využiť metódy založené na geoelektrických odporových vlastnostiach horninového (skládkového) materiálu (Vybíral et al., 2005). Tieto vlastnosti a tým aj získané údaje ovplyvňuje vlhkosť prostredia alebo prítomnosť vody v skúmanom prostredí. Pri pravidelnom dlhodobom meraní zmien merného elektrického odporu v čase je napr. možné sledovať postup znižovania kontaminácie v okolí skládky. Na základe odlišných odporových vlastností je možné zmapovať aj priebeh terénnych nerovností (pochovaný pôvodný reliéf terénu), ktoré sa často využívajú na ukladanie skládkového materiálu (napr. mŕtve ramená, hliniská, bagroviská, strže alebo iné depresie).
Na vytvorenie priestorovej schémy skúmaného prostredia (štruktúry skládky, ako aj jej okolia) je možné využiť metódu dipólového elektromagnetického profilovania (DEMP). Princíp spočíva v mapovaní horizontálnych zmien merného elektrického odporu horninového prostredia v jeho pripovrchovej zóne (približne do 5 m).
Na zisťovanie štruktúry horninového prostredia vo vertikálnom smere je možné použiť metódu vertikálneho elektrického sondovania (VES) a metódu multielektródového elektrického sondovania (MES). Príklad využitia metódy MES je znázornený na obr. 2.4.2. Je na ňom zobrazená skládka odpadu (gudrónov), ktorá sa nachádza v opustenom kameňolome na vápenec s názvom Srdce (Devínska Nová Ves). Po skončení navážania odpadu sa povrch skládky zarovnal a prikryl vrstvou ílovitých zemín s hrúbkou približne 1 – 1,5 m. Nízke hodnoty zdanlivého merného odporu vykresľujú rozmiestnenie gudrónov v priestore lomu (profil Pf-Me4 a Pf-Me5) a výtok kontaminovaných vôd mimo priestoru skládky (profil Pf-Me6) (Vybíral et al., 2005).
Režim podzemnej vody skúmaného prostredia je možné analyzovať metódou spontánnej polarizácie (SP). Princíp metódy spočíva v tom, že kladné ióny sa pohybujú v smere filtrácie vody, a preto v miestach vnikania vody do horninového prostredia (infiltrácia) sa zvyšuje koncentrácia záporných iónov. To sa prejavuje záporným filtračným potenciálom. Naopak, v mieste výverov vzniká prebytok kladných iónov. V prípade environmentálnych záťaží sa metóda využíva na posúdenie vstupu podzemnej vody do oblasti environmentálnej záťaže, na overenie ciest prúdenia vôd v skládke, na posúdenie možnosti alebo miesta výstupu alebo úniku výluhov z environmentálnej záťaže a na mapovanie charakteru prúdenia podzemnej vody v okolí environmentálnej záťaže (Vybíral et al., 2005). Výsledky spontánnej polarizácie môžu podporiť alebo doplniť závery hydrogeologického prieskumu v oblasti environmentálnej záťaže.
Obr. 2.4.2. Príklad využitia metódy MES (Vybíral et al., 2005).
Diaľkový prieskum zeme (DPZ)
DPZ ako súbor metód na sledovanie zemského povrchu z určitej vzdialenosti bez priameho kontaktu s ním je založený na analýze interakcie slnečnej elektromagnetickej radiácie s komponentmi krajiny. Tieto tzv. spektrálne vlastnosti sú pre každý objekt charakteristické v celom elektromagnetickom spektre, z ktorého sa v DPZ využívajú predovšetkým vlnové dĺžky viditeľného, infračerveného a mikrovlnného (termálneho) žiarenia (Gregor, 2008).
Metódy DPZ poskytujú nástroje na „separovanie“, zvýraznenie, odhalenie a objavenie javov, ktoré sú dostatočne kontrastné vo vzťahu k svojmu okoliu, alebo majú typické spektrálne vlastnosti. Typické spektrálne vlastnosti sú pre jednotlivé materiály kalibrované a uložené v dostupných databázach, alebo sa postupne vytvoria pri analýze územia. Kontrastnosť oproti okoliu je daná charakteristickou zmenou v tvare, veľkosti, farbe, štruktúre, textúre, v pomeroch jednotlivých kanálov snímaného spektra, morfológii a pod.
Analýza územia pomocou DPZ spočíva vo výbere „podozrivých objektov“:
• bez vegetačného pokryvu:
• s neobvyklým sfarbením vo viditeľnej oblasti spektra alebo neobvyklým prejavom v infračervenom spektre alebo ich kombináciami (využíva sa pri výpočte rôznych indexov),
• neobvyklá štruktúra a textúra objektu, tvar a pod.;
• s vegetačným pokryvom líšiacim sa od svojho okolia:
• riedka – poškodená vegetácia,
• nezvyčajne (neodôvodnene) bujná vegetácia,
• vegetácia tvorená monokultúrami (zníženým počtom druhov),
• neobvykle sfarbená vegetácia (napr. „večná jeseň“, netradičné sfarbenie konkrétneho rastlinného druhu a pod.);
• so zvýšenou vlhkosťou;
• s výraznými morfologickými zmenami reliéfu (poklesová kotlina, presadanie obsahu atď.).
Environmentálne záťaže (najčastejšie skládky) patria medzi typické cudzorodé objekty, ktoré sú oproti svojmu okoliu viac alebo menej kontrastné v závislosti od svojho životného cyklu. Pomocou uvedenej analýzy sú pomerne dobre detegovateľné. V jednotlivých zložkách životného prostredia sa prejavujú takto:
• priamo v pôde:
• svetlosť pôdy – odtiene sivej farby (tmavý odtieň – vlhká pôda, prítomnosť organických látok alebo železa, svetlý odtieň – suchá pôda, prítomnosť silikátov alebo ílovej zložky),
• farba pôdy (prítomnosť oxidov Mn alebo Fe = okrov);
• priamo v horninách:
• zmena farby – pôsobenie kontaminovaných vôd (vybielenie),
• tektonické vplyvy (poklesová kotlina, zosuvy, závaly, priebeh zlomov);
• priamo vo vode:
• zmena farby – svetlá farba môže indikovať zakalenú vodu (aj nepriamy prejav) a tmavá farba čistú vodu,
• prítomnosť sedimentov indikuje zakalenie, vyzrážanie oxidov;
• nepriamo – poškodenie alebo ovplyvnenie vegetácie (v našej zemepisnej šírke je potrebné s týmto fenoménom vždy počítať):
• zmena počtu druhov,
• zmena hustoty porastu,
• zmena farby,
• zmena vzrastu vegetačných jedincov,
• priezračná voda (tmavé farby ~ slabá odraznosť) – voda bez flóry a fauny (planktónu), t. j. „mŕtva“ voda.
Príklad uplatnenia diaľkového prieskumu zeme je uvedený na obr. 2.4.3.
Obr. 2.4.3. Príklad využitia metódy DPZ – skládka železitých kalov Šulekovo (Gregor, 2008).
Vysvetlivky: ľavý obrázok – koncentrácie oxidu železitého, snímka z 25. 9. 2003; obrázok v strede – koncentrácia oxidu železitého, snímka z 12. 9. 2006; pravý obrázok – rozdiel (zmena) v obsahu oxidu železitého v období medzi 12. 9. 2006 a 25. 9. 2003 (belasá a modrá farba reprezentuje úbytok hodnôt, resp. ružová farba reprezentuje prírastok hodnôt oxidu železitého).
Geochemické metódy
Získavanie informácií o geochemických vlastnostiach rôznych zložiek životného prostredia (voda, horninové prostredie, pôdny pokryv, sedimenty, plyny, biologický materiál) je náplňou predovšetkým geochemického prieskumu.
Základné geochemické údaje je možné získať predovšetkým z geochemických atlasov Slovenska. V 90. rokoch minulého storočia boli takouto formou spracované podzemné vody (Rapant et al., 1996), pôdy (Čurlík a Šefčík, 1999), horniny (Marsina et al., 1999), lesná biomasa (Maňkovská, 1996), riečne sedimenty (Bodiš et al., 1999) a prírodná rádioaktivita hornín (Daniel et al., 1996). Informácie o geochemických vlastnostiach jednotlivých zložiek životného prostredia je možné získať aj z výsledkov získaných pri spracúvaní série máp geofaktorov životného prostredia v mierke 1 : 50 000 (súčasťou máp geofaktorov sú napr. mapy kvality prírodných vôd, geochemická mapa riečnych sedimentov, pedogeochemická mapa a iné). Záverečné správy k mapám geofaktorov sú uložené v archíve ŠGÚDŠ (v Geofonde). Ďalšími zdrojmi geochemických údajov sú výsledky národného monitorovacieho programu podzemných a povrchových vôd, ktorý realizujú SHMÚ a SVP, a. s.
Archívne základné geochemické údaje spravidla nepostačujú na podrobné charakterizovanie prírodného prostredia, resp. rozsahu znečistenia na konkrétnej lokalite. V praxi sa preto pri realizácii sanácií environmentálnych záťaží zvyčajne robí podrobný geochemický prieskum životného prostredia, ktorý je podľa zákona č. 569/2007 o geologických prácach súčasťou geochemických prác. Dôležitým predpokladom získania reprezentatívnych výsledkov je správny odber vzoriek, ktorý sa riadi odbornými postupmi, metodikami, resp. normami (napr. norma ISO 5667 na odber vzoriek vody). Pred samotným vzorkovaním je potrebné vypracovať program odberu vzoriek, ktorý závisí od stanoveného cieľa prieskumu. Obsahuje najmä miesto, čas, podmienky a spôsob odberu vzoriek. Niektoré ukazovatele stanovované vo vode (napr. BSK5, stopové prvky, obsah rozpusteného kyslíka, NO3–, NH4+, radón atď.) si vyžadujú špecifický prístup k vzorkovaniu. Tento postup je vhodné konzultovať s laboratóriom, ktoré bude realizovať analytické spracovanie. Vzorky musia byť zreteľne označené a musí sa spísať záznam o odbere vzorky, ktorý obsahuje všetky náležitosti a podmienky odberu. Vzorky sa musia spravidla neodkladne doručiť do laboratória, resp. sa musia stabilizovať, aby nenastali nežiaduce zmeny v chemickom zložení. Laboratórium musí byť oprávnené na vykonávanie príslušnej skúšky. Po vykonaní skúšky vyhotoví protokol o jej vykonaní s uvedením dátumu a výsledkov, použitej metódy, medze stanovenia a iných súvisiacich údajov. Niektoré ukazovatele je výhodné stanoviť priamo v teréne pri odbere vzorky vody (napr. teplota, pH, Eh, merná elektrická vodivosť, obsah rozpusteného kyslíka, KNK4,5 a ZNK8,3, príp. iné). Na priame merania v teréne sa využívajú rôzne prenosné terénne prístroje (napr. pH-metre, Eh-metre, konduktometre, spektrofotometre, prístroje na meranie zloženia pôdneho vzduchu atď.). Výhodou prenosných prístrojov je možnosť realizácie veľkého množstva meraní v skúmanom prostredí a možnosť zvyčajne presnejšej identifikácie priestorových vzťahov (napr. ohraničenie kontaminačného mraku).
Získané analytické údaje o chemickom zložení vzoriek a terénnych meraniach sa ukladajú do databáz, ktoré umožňujú ďalšie spracovanie výsledkov najmä v spojení s prostriedkami štatistickej analýzy, priestorovej analýzy, GIS, prípadne geochemickým modelovaním.
Štatistické spracovanie predstavuje jeden zo základných prístupov k spracovaniu a interpretácii geochemických údajov. Spomedzi štatistických metód vyžívaných pri geochemickej interpretácii výsledkov sa okrem základnej štatistiky využívajú napr. analýza časových radov, prípadne metódy mnohorozmernej štatistiky (faktorová analýza, diskriminačná analýza atď.). Priestorové spracovanie údajov zahŕňa najmä vizualizáciu výsledkov do mapových podkladov, napr. využitím interpolácie. K najvyužívanejším geoštatistickým interpolačným metódam patria kriging, metóda inverzných vzdialeností a triangulácia. Interpolačné metódy umožňujú prepočítať namerané hodnoty skúmaných ukazovateľov z nepravidelnej siete (odberové miesta vzoriek) do pravidelnej siete bodov. Presnosť a reprezentatívnosť takto získaných údajov výrazne závisí okrem kvality a množstva vstupných údajov aj od odborných a interpretačných skúseností riešiteľa.
Jednou z progresívnych metód geochemického spracovania údajov je geochemické modelovanie. Geochemické modely predstavujú významný interpretačný nástroj pri riešení otázok genézy vôd, štúdia transportu a migrácie znečisťujúcich látok v prostredí, čiže ich uplatnenie pri sanáciách znečistených území je veľmi aktuálne a perspektívne. V prvej fáze realizácie geochemického modelovania je dôležitá dobrá definícia cieľov modelovania a analýza ich uskutočniteľnosti, resp. zhodnotenie možných limitácií modelu z pohľadu poznatkov o prírodných pomeroch študovanej oblasti, resp. z pohľadu množstva a reprezentatívnosti vstupných údajov. Pred samotným modelovaním sa odporúča zostavenie základného koncepčného geochemického modelu, kde sa definujú všetky podstatné geochemické procesy a faktory vplývajúce na riešený problém. Po zabezpečení dostatočného vstupného súboru údajov je možné realizovať samotné modelovanie. Geochemické modelovanie je možné realizovať prostredníctvom geochemických modulov, ktoré sú zvyčajne súčasťou hydrogeologických modelov (napr. Groundwater modeling system), alebo samostatných geochemických modelov (v praxi pri sanáciách environmentálnych záťaží sa často využíva napr. program PHREEQC – Parkhurst a Appelo, 1999). Proces geochemického (hydrogeochemického) modelovania sa zvyčajne rozdeľuje na dve skupiny:
• priame geochemické modelovanie (tzv. forward modeling) – z hypoteticky určených geochemických reakcií a procesov sa simuluje finálne zloženie podzemnej vody;
• inverzné modelovanie (tzv. inverse modeling) – zo známeho zloženia podzemnej vody sa simulujú chemické reakcie a procesy, ktoré potenciálne podmieňujú zloženie vody pozdĺž skutočnej alebo hypotetickej prúdnice v zvodnenom systéme.
Pokročilejšie geochemické modely, akým je napr. aj uvedený PHREEQC, obsahujú možnosti modelovania komplexných geochemických problémov. Sú to najmä:
• simulovanie špeciácií látok, výpočet indexu saturácie a rozpustnosti minerálov v definovaných hydrogeochemických podmienkach,
• definovanie a simulácia postupne prebiehajúcich hydrogeochemických reakcií (tzv. batch-reactions) – snahou simulácie je dosiahnutie rovnováhy všetkých zastúpených zložiek,
• definovanie a simulácia pevných (minerálnych) a plynných fáz v systéme,
• simulácia interakcií na fázových rozhraniach (ionovýmenná rovnováha, sorpčné javy),
• uplatnenie kinetického prístupu pri riešení hydrogeochemických reakcií,
• modelovanie geochemických zmien vplyvom teploty, pH a Eh podmienok,
• simulácia miešania vôd a ireverzibilných reakcií,
• simulácia biodegradácie a rádioaktívneho rozpadu.
Súčasťou vyspelých geochemických modelov býva aj možnosť advekčno-disperznej simulácie transportu znečistenia (aspoň v 1D podmienkach) v kombinácii s definovanými geochemickými procesmi.
V rámci geochemického prieskumu je veľmi dôležitý výber ukazovateľov, ktoré je nevyhnutné v prostredí sledovať. Výber závisí od skúmaného média, geochemického prostredia a v prípade prieskumu znečisteného územia aj od predpokladaného typu znečistenia, resp. činnosti, ktorá dané znečistenie spôsobila. V prípade nedostatku informácií potrebných na určenie rozsahu sledovaných ukazovateľov je možné využiť rôzne odporúčané rozsahy v príslušných metodických postupoch a odborných či legislatívnych dokumentoch (napr. Pokyn MSPNM SR a MŽP SR z 15. decembra 1997 č. 1617/97-min), prípadne realizovať orientačné screeningové testy na potenciálne kontaminanty alebo. iné dôležité ukazovatele. Medzi najbežnejšie stanovované ukazovatele požadované v rámci sanačného procesu zaraďujeme najmä pH, teplotu, mernú elektrickú vodivosť, celkovú mineralizáciu, biologickú spotrebu kyslíka (BSK), chemickú spotrebu kyslíka (ChSK), redoxný potenciál (Eh), základné anorganické ukazovatele (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, HCO3–, NO3–, NO2–, Cl–, SO42– atď.), stopové prvky (As, B, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, CN–, F– atď.), skupinové organické ukazovatele (celkový organický uhlík, nepolárne extrahovateľné látky, uhľovodíkový index, suma polyaromatických uhľovodíkov, extrahovateľné organické halogénderiváty atď.), organické ukazovatele (alifatické a aromatické organické uhľovodíky, chlórované uhľovodíky, pesticídy, minerálne oleje a ropné látky atď.). Na charakterizovanie vlastností zemín (horninového prostredia) je okrem niektorých už uvedených ukazovateľov v mnohých prípadoch potrebné stanoviť aj obsah karbonátov, obsah ílovej a organickej frakcie, obsah oxyhydroxidov železa a mangánu, sorpčnú a ionovýmennú kapacitu, minerálne zloženie, charakteristiku výplne puklín atď. Špeciálnou súčasťou analýzy zemín, sedimentov a čiastočne aj rozvoľnenej časti horninového prostredia je určovanie formy, resp. väzby vybraných látok na jednotlivé frakcie pomocou tzv. sekvenčných extrakčných postupov. Týmto spôsobom je možné určiť, resp. odhadnúť aj podiel bioprístupnej formy skúmanej zložky v kontraste s bežne využívanými analýzami celkového obsahu danej látky v prostredí.
Hodnotenie doplnkových charakteristík prostredia
Okrem údajov získaných geologickými metódami prieskumu sa v praxi získavajú aj ďalšie doplnkové charakteristiky. Ide najmä o údaje spojené s klimatickými, pedologickými a hydrologickými pomermi hodnoteného územia.
Oblasť environmentálnej záťaže je možné zaradiť do klimatickej oblasti napr. podľa klimatickej mapy uvedenej v Atlase krajiny (Lapin et al., 2002). Základné klimatické údaje (teplotné charakteristiky vzduchu, priemerné zrážky, smer a rýchlosť vetra) sa v prípade potreby dopĺňajú podrobnejšími informáciami aj o množstve zrážok a výparu, ktoré sú potrebné pri hodnotení hydrogeologickej bilancie. Uvedené údaje je možné získať predovšetkým z SHMÚ, prípadne odbornej literatúry venovanej tejto problematike.
Charakterizovaním hlavných pôdnych typov a pôdnych druhov vo vzťahu k sanáciám (štúdium pedologických pomerov) získavame informácie najmä o tom, do akej miery sú pôdy schopné retencie rôznych znečisťujúcich látok. Základná textová charakteristika pôd na Slovensku je spracovaná v publikácii Atlas krajiny SR (2002). Podrobnejšia charakteristika pôd aj s prezentáciou mapových podkladov je prístupná napr. v publikáciách Environmentálna regionalizácia SR (Bohuš a Klinda, 2008), Geochemický atlas Slovenskej republiky – časť Pôdy (Čurlík a Šefčík, 1999), prípadne v prácach Výskumného ústavu pôdoznalectva a ochrany pôd (VÚPOP). Informácie VÚPOP poskytujú údaje najmä o bonitovaných pôdno-ekologických jednotkách (BPEJ) na hodnotenom území. Kontaminácia pôd je kartograficky vyjadrená napr. na mape Kontaminácia pôd (Čurlík a Šefčík, 2002).
Charakteristiku hydrologických pomerov tvorí riečna sieť, jej tvar, textúra, prietokové a odtokové pomery, charakteristika vodných plôch, kvality povrchových vôd atď. Tieto údaje sú prístupné v publikácií Atlas krajiny SR (2002) a podrobnejšie údaje sú dostupné napr. v hydrologických ročenkách a dokumentoch vydávaných SHMÚ (napr. Hydrologická ročenka – povrchové vody, Štátna vodohospodárska bilancia a iné), vo vodohospodárskych mapách a pod. Z hydrologických údajov sú okrem všeobecného popisu povodia a jeho základného režimu dôležité kvantitatívne a kvalitatívne charakteristiky príslušných vodných tokov, ako sú napr. údaje o hladinách tokov a o prietoku. Tieto údaje môžu vstupovať do hydrogeologických a geochemických hodnotení, do spracovania rizikovej analýzy, hodnotenia možnosti migrácie kontaminantov a podobne.
© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová
Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,
ISBN 978-80-89343-39-3