RVF Utveckling 2004:09

Transkript

1 Sluttäckning av avfallsupplag Alternativa metoder att uppnå gällande krav avseende infiltration Förstudie RVF Utveckling 2004:09 ISSN

2 RVF Utveckling 2004:09 ISSN RVF Service AB Tryck: Daleke Grafiska 2004 Upplaga: 1000 ex

3 FÖRORD Stora ekonomiska vinster kan göras om siltig morän kan användas vid sluttäckning av deponier för icke farligt avfall i stället för bentonit och andra leror. Detta skulle kunna göras med bibehållen läckagebegränsning på högst 50 mm/år bland annat genom rätt utförda dräneringssystem och med justering av marklutningar. Denna förstudie utgör förberedelse för en huvudstudie där bland annat ska ingå anläggande och uppföljning av försöksytor, utformning av tåliga dräneringssystem samt framtagning av preliminära specifikationer avseende material och utförande. DHI Water & Environment AB har genomfört projektet och projektsamordnare har varit Lars-Göran Gustafsson. Malmö i juni 2004 Håkan Rylander Ordf. RVF:s Utvecklingskommitté Weine Wiqvist VD RVF

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sammanfattning...3 Inledning...4 Bakgrund Problembeskrivning...4 Kunskapsläge...4 Syfte...5 Påverkansfaktorer för infiltration, perkolation och avrinning...5 Deponier och sluttäckning i ett längre perspektiv...8 Alternativa täckningsförfaranden med syfte att begränsa genomläckage...9 Olika metoders potential...9 Genomförda beräkningar av avrinning och läckage...11 Diskussion och slutsatser samt förslag till undersökningar och fördjupning

5 SAMMANFATTNING Ett stort antal avfallsupplag kommer att avslutas och börja sluttäckas inom de närmaste åren. Skälen till detta är flera, dels kommer deponering av organiskt avfall inte längre tillåtas, dels höjs kraven på de upplag som skall fortleva, varför ett antal upplag som inte kan nå kraven, i stället stängs. Huvuddelen av de upplag som kommer att avslutas är hänförliga till vad som tidigare benämndes klass 2 deponier och som enligt den nya avfallsförordningen närmast motsvaras av upplag för icke farligt avfall. För sluttäckningen på denna typ av upplag ställs bl a kravet att högst 50 mm vatten per år får läcka igenom sluttäckningen, ned i avfallet. Förutom kravet på läckagebegränsning, ställs givetvis också höga krav på sluttäckningen beträffande tålighet mot nedbrytande krafter under lång tid. För att klara begränsningen om ett läckage på högst 50 mm/år krävs normalt att man arbetar utifrån två angreppssätt. Dels behöver ett skikt med låg genomsläpplighet inkluderas i sluttäckningen, dels behöver mängden (potentiellt läckage-)vatten reduceras genom någon form av bortledning ovanför detta täta skikt. I de sluttäckningsmetoder som normalt används eller diskuteras ligger fokus oftast på tätskiktets egenskaper, medan möjligheterna till bortledningen av vatten lätt kommer i skuggan. Resultaten i föreliggande förstudie visar på möjligheterna att, med bibehållen läckagebegränsning på 50 mm/år, exempelvis nyttja allmänt förkommande siltig morän som tätskikt. Vad som öppnar för denna möjlighet är främst marklutningar och dräneringssystem som snabbt för undan vatten ovan tätskiktet. I och med att det inte kommer att råda något permanent vattentryck ovanför tätskiktet kan kraven på tätskiktet lättas något. Som grund för genomförda beräkningar har detaljerade meteorologiska data använts, innebärande att nederbördens fördelning (med timvis upplösning) över året har kunnat beaktas. På så sätt erhålls en reell beskrivning över vilka tidsperioder som vatten finns tillgängligt ovanför tätskiktet. För beräkningarna har använts en yt- grundvattenmodell i tre dimensioner där hela markdelen av den hydrologiska cykeln kan beskrivas (d v s infiltration, avdunstning, avrinning, magasinering, mark- och grundvattenrörelser). Möjligheterna att kunna nyttja mindre täta material, än bentonit eller andra leror, bör rimligtvis såväl underlätta sluttäckningen som sänka kostnaderna härför. Vid gynnsamma förhållanden (närbelägen täkt med lämplig morän) bör kvadratmeter-kostnaden i det närmaste kunna halveras jämfört med en täckning inkluderande bentonit. Förutom lägre kostnader finns andra fördelar med konceptet dränerad moräntätning. Konstuktionen är mindre känslig för sättningsskador än en täckning med ett tunt bentonitskikt. Skulle vidare det täta skiktet skadas, blir konsekvenserna betydligt mindre, än vid en skada i en hel bentonittäning, i och med att tippytan, p g a nätet av dräneringsledningar, är uppdelad i ett antal delavrinningsområden. Ett antal delfrågor, både av praktisk och teoretisk natur, kräver dock såväl ytterligare utvecklingsarbete som undersökningar i fält, varför en huvudstudie föreslås. I huvudstudien bör bl a ingå anläggande och uppföljning av försöksytor, utformning av tåliga dräneringssystem samt framtagning av preliminära specifikationer avseende material och utförande. 3

6 INLEDNING Bakgrund Problembeskrivning För ett stort antal avfallsupplag har under 2002 avslutningsplaner lämnats in till länsstyrelserna i landet. Dessa avfallsupplag skall inom de närmaste åren sluttäckas i enlighet med nu gällande regelverk. Huvuddelen av de avfallsupplag som skall avslutas är deponier för icke farligt avfall. För dessa gäller att sluttäckningen inte skall släppa igenom mer än 50 mm vatten per år. Med nuvarande synsätt och beräkningsmetoder (i huvudsak enligt SNV rapport 4474) medför det, enligt gängse tolkningssätt, att täckningen måste inkludera ett tätskikt med en hydraulisk konduktivitet, k < 1xE-9 m/s. Tillgången på naturliga geologiska material med så låga k-värden är begränsad i stora delar av landet. Möjligheterna att använda avloppsslam eller andra restprodukter övervägs, men är inte helt klarlagt. Det som mest diskuteras och som också kommit till användning, när inte lämplig lera eller moränlera finns inom rimligt avstånd, är olika former av bentonit-lera. Bentonit gräver man dock, som bekant, inte fram i vilken småländsk skogsbacke som helst. Materialet är i sig dyrt och är dyrt att hantera. En sluttäckning inkluderande ett bentonitskikt, i form av matta, kan beräknas kosta runt 250 kr/m 2, andra bentonitkonstruktioner än mer. En ordinär kommunal tipp, på knappt 10 ha, skulle därför kunna kosta omkring 20 Mkr att sluttäcka med bentonittätning. Ett stort behov borde därför rimligen finnas att, med bibehållna genomsläpplighetskrav, komma fram till mindre kostsamma sluttäckningsförfaranden, i synnerhet för avfallsupplag med icke farligt avfall. Kunskapsläge Många undersökningar och utredningar har gjorts och görs i syfte att komma fram till lämpliga tätskikt för deponier av olika slag. Som exempel kan nämnas de utredningar som RVF drivit (och driver) om användning av avloppsslam, fiberslam, gjuterisand mm som tätskikt i sluttäckning. Massaföretagen gör bl a permeabilitetstester på mesa, grönlutsslam och/eller askinblandningar i dessa material för att undersöka om tillräcklig täthet kan nås med sådana restprodukter. Erfarenheter av tätning med lera och andra material finns också från gruvavfallsprojekt under 80- och 90-talet. Kunskaperna om avrinnings- och infiltrationsförloppen på avfallsupplag med olika täckning och utformning är dock begränsade. Vid många avfallsupplag som har sluttäckts eller håller på att sluttäckas tillämpas principerna att befrämja en snabb avrinning genom accentuerade lutningsförhållanden och system av dräneringsledningar. Principerna har likaså diskuterats och tillämpats vid täckning av avfall från brytning av kärnbränsle samt för täckning av lågaktivt avfall. Effekterna av sådana avrinningsbefrämjande åtgärder är dock endast kända och 4

7 dokumenterade i begränsad omfattning. I de sistnämnda fallen rör det sig dessutom om mycket högt ställda krav på infiltrationsbegränsning, varför erfarenheterna inte alltid är direkt applicerbara för de relativt måttliga krav som ställs på en deponi för icke farligt avfall. Det ekonomiska utrymme (för bl a täckningsåtgärder) som finns inom atomkraftsindustrin finns normalt inte heller hos det kommunala avfallsbolaget. Syfte Föreliggande projekt syftar till att belysa hur avrinning och infiltration tillgår, och kan påverkas, på ett sluttäckt avfallsupplag. Syftet med detta, i sin tur, är att peka på möjliga åtgärder för att minska den andel av nederbörden som infiltrerar genom tätskiktet. Av intresse är bl a att belysa hur stor del av ett normalår som vatten finns tillgängligt för infiltration och hur denna tid kan minskas genom topografisk utformning, anläggning av avrinningsstråk och materialval i täckskiktet. Vår hypotes (bekräftad av observationer och preliminära beräkningar) är att tiden som vatten finns tillgängligt för infiltration, kan göras betydligt kortare än 365 dagar per år. På så sätt skulle kravet på tätskiktets k-värde kunna lättas något utan att kravet på maximalt tillåtna 50 mm/år släpps. Ett något mindre strängt krav på tätskiktet skulle öppna för användning av material som med dagens synsätt och beräkningssätt ligger på gränsen, eller är för genomsläppliga. Exempel på sådana material är; vissa moräner, visst avloppsslam, grönlutsslam, etc. PÅVERKANSFAKTORER FÖR INFILTRATION, PERKOLATION OCH AVRINNING Nederbördsförhållandena och de samverkande klimatiska faktorerna som bestämmer den maximalt möjliga avdunstningen i ett område, kan vi inte göra mycket åt. Därutöver finns det en mängd olika faktorer som vi kan påverka, dels på så sätt att den faktiska avdunstningen och transpirationen kan maximeras, dels så att kvoten infiltration/avrinning minimeras. Om man analyserar nederbördsdata för ett normalår (i Sverige) ser man att det är ett rätt begränsat antal timmar som det faktiskt regnar av årets totalt timmar. I Götaland kan det röra sig om ca 700 timmar. En stor del av dessa timmar infaller dessutom under en period på året då avdunstning och växtupptag överstiger mängden tillgänglig nederbörd. Det rör sig därför om timmar per år (mindre än 4 % av tiden) som nederbörd finns direkt tillgänglig för infiltration. Om man snabbt kan få undan nederbördsvattnet under denna relativt begränsade tid som det finns ytligt, eller på ytan, finns där sedan inte mycket kvar som kan fortsätta ned i avfallsupplaget. I denna förstudie har vi koncentrerat oss på tänkbara åtgärder som kan påverka kvoten infiltration/avrinning på så sätt att så liten del som möjligt av nederbörden skall infiltrera genom tätskiktet och så stor del som möjligt skall rinna av, på eller i täckskiktet. Ett samspel finns förvisso också, i sådana åtgärder, med avdunstning och transpiration på så sätt att exempelvis ett genomsläppligt täckskikt tar undan vatten som annars skulle varit tillgängligt för växtupptag eller avdunstning. 5

8 De faktorer som (bortsett från avdunstning, växtupptag och transpiration) påverkar både ytvattenavrinningen och den ytliga grundvattenavrinningen, ovanför tätskiktet är i första hand: Marklutningen Avståndet till närmast dräneringsledning (ovanför tätskiktet) Förutom dessa påverkansfaktorer gäller avseende den direkta ytvattenavrinningen också: Ytans råhet (bl a betingad av växtligheten) Ytskiktets vertikala permeabilitet För den ytliga grundvattenavrinningen, ovanför tätskiktet, påverkas den vidare av ett antal faktorer, relaterade med varandra och med växtlighetens rotsystem: Täckskiktets (-skiktens) totala vattenhållande förmåga Täckskiktsmaterialets fältkapacitet Täckskiktsmaterialets horisontella permeabilitet Kvoten horisontell/vertikal permeabilitet i täckskiktet Tätskiktets vertikala permeabilitet Beträffande den sistnämnda faktorn, vilken är i fokus för denna studie, kan följande resonemang föras: Ett ganska normalt värde på grundvattenbildningen i ett sydmellansvenskt moränlandskap ligger på ca 200 mm/år. Uttryckt i m/s blir det 6xE-9 m/s. Det innebär att om vatten finns permanent tillgängligt i överytan av ett tätskikt med detta k-värde kommer det att släppa igenom 200 mm/år (d v s allt vatten som finns tillgängligt för grundvattenbildning). Skiktets tjocklek spelar ingen roll, under förutsättningen att vattennivån ligger i skiktets överyta, vare sig högre eller lägre, och att ingenting dämmer på undersidan, d v s att gradienten är 1 (tryckfall / strömningslängd =1). Skulle däremot vattennivån tillåtas stiga högt (ca 1 m) över tätskiktets överyta och tätskiktet samtidigt är tunt, ex vis en 5 10 mm bentonitmatta, kan gradienten bli en faktor 100 större. Det innebär att en 10 millimeters bentonitmatta med ett så lågt k-värde som 6xE-11 m/s, ändå skulle släppa igenom hela den tillgängliga grundvattenbildningen. Kontentan av ovanstående resonemang blir, att det räcker inte att koncentrera sig på tätskiktetet genomsläpplighet. Oavsett om man väljer ett mycket tätt material (ex vis bentonit), eller ett något mindre tätt material (ex vis en siltig morän) måste åtgärder till för att få undan vatten ovanför tätskiktet, på något eller flera olika sätt. Av de påverkansfaktorer som nämns ovan är det oftast svårt att justera en faktor i positiv riktning utan att man samtidigt får negativa effekter på en annan. Om man exempelvis vill öka den direkta avrinningen på markytan genom att minska ytans råhet eller göra det ytligaste skiktet mycket låggenomsläppligt, är det troligen svårt att tillåta växtetablering i någon egentlig mening. Förutom att det i ett längre perspektiv är svårt att hålla ytan obevuxen, förlorar man också den vattenavgång man skulle ha fått genom växternas vattenupptag och transpiration. Möjliga vägar att komma förbi detta motsatsförhållande bör dock skärskådas. Vad gäller grundvattenavrinningen i täckskiktet och därmed dess, dels vattentransporterande egenskaper, dels vattenhållande egenskaper kan olika strategier formuleras: 6

9 Man kan tänka sig att välja ett material med stor porvolym men små porer (alltså hög porositet, men låg dränerbar porositet, ex vis en silt) som därmed är lågpermeabelt men kan magasinera stora mängder vatten. Om man lyckas etablera vattenkrävande växter i ett sådant material kan, åtminstone i södra Sverige, en stor del av nederbörden magasineras under vintern för att sedan förbrukas under vegetationsperioden. Det är dock tveksamt om denna strategi, i tillspetsad form, är praktiskt genomförbar. Dels behöver täckskiktet vara tjockt för att ha tillräcklig magasinsvolym, dels är det osäkert om lämpliga växter går att hitta som klarar miljön utan att risk för rotpenetration uppstår. Slutligen är det ur materialanskaffningssynpunkt och utförande en vansklig modell med hänsyn till erosionsproblem osv. Möjligen kan mindre extrema varianter av denna modell vara tillämpbara i vissa sammanhang. Ett motsatt synsätt till det ovanstående är att sträva efter ett material med så hög vattentransporterande förmåga som möjligt och så låg vattenhållande förmåga som möjligt, för att snabbast möjligt få bort största möjliga vattenmängd. En förutsättning vid detta resonemang är att vattnet kan tas om hand, i dräneringsledningar eller diken, och snabbt avledas från deponin, så att inte stora gradienter byggs upp över tätskiktet. Nackdelarna eller svagheterna med denna modell, i renodlad form, är dels att det ställs stora krav på dräneringssystemets kapacitet, dels kan det vara svårt att etablera växtlighet i ett, nästan permanent, torrt gruslager. Möjligheten att utnyttja växternas borttransport av vatten reduceras alltså kraftigt, samtidigt som de estetiska aspekterna kan bli svåra att tillgodose. Ytterligare en aspekt är att kraven på materialets egenskaper gör att anskaffningen och kostnaden inte blir lika gynnsam som för ett godtyckligt blandmaterial. Möjligheterna att ordna ett täckskikt med sådana egenskaper att kvoten mellan horisontell och vertikal permeabilitet blir hög, är självklart av intresse att undersöka. En grundförutsättning för en sådan lösning är att dräneringsmöjligheter finns för det vatten som avlänkas lateralt i täckskiktet. Ett naturligt lagrat jordmaterial såväl som ett utlagt material har/får normalt en lägre vertikal permeabilitet än horisontell bl a på grund av materialpartiklarnas orientering (de lägger sig platt). Möjligheterna att på konstgjord väg göra denna skillnad stor, bedöms dock som svårframkomlig. Man kan emellertid uppnå önskad effekt genom att bygga upp täckskiktet av två olika material. Det översta lagret, som kan utgöra 4/5 av tjockleken, kan vara en normalmorän med ett k-värde på 1xE-7 m/s. Den undre femtedelen av täckskiktet kan vara en grusig sand med ett k-värde på 1xE-3 m/s. Den totala vertikala permeabiliteten för ett sådant täckskikt blir 1,25xE-7 m/s, medan den horisontella permeabiliteten blir 2xE-4 m/s. Alltså en avsevärd skillnad. Enligt gängse filterregler är det fullt möjligt att lägga två sådana material i kontakt mot varandra utan att materialblandning uppstår, förutsatt att bägge materialen är något sånär välgraderade. Med ett täckskikt enligt ovan beskrivna modell med två lager, vinner man dels snabb borttransport av vatten ovanför tätskiktet samtidigt som man tillgodogör sig magasineringsförmåga och möjligheter till etablering av växter. Som sista exempel på påverkansfaktorer för infiltration och avrinning skall nämnas växternas, eller rättare växtrötternas och markorganismernas, bearbetning av den översta delen av jordprofilen. I en bevuxen moränyta är normalt permeabiliteten ett par tiopotenser högre i den översta halvmetern än längre ned i marken även om kornstorleksfördelningen är i huvudsak densamma. Om marklutningen inte är försumbar och om avlastande dräneringar finns med inte allt för stora mellanrum kan en hel del vatten avrinna i denna översta halvmeter, istället för att perkolera vidare ned i marken (avfallsupplaget). Huruvida det är möjligt att påverka 7

10 denna strukturbetingade permeabilitetsökning av marken (som växter och maskar åstadkommer) genom medvetna växtval o s v vore av intresse att undersöka. DEPONIER OCH SLUTTÄCKNING I ETT LÄNGRE PERSPEKTIV En sluttäckning på ett upplag för icke farligt avfall har rimligtvis lägre krav på sig vad gäller långtidsbeständighet än en sluttäckning på ett upplag för farligt avfall eller ett slutförvar för använt kärnbränsle. I och med att man, i myndighetskraven, accepterar visst genomläckage av vatten innebär det att en långsam urlakning av vattenlösliga/lakbara ämnen förutsätts ske. Koncentrationerna av oönskade ämnen, ex vis närsalter, kommer dock att begränsas till måttliga nivåer under hela den tid urlakningen sker och därmed endast vålla mindre skada. Det är, för oss, inte känt om någon målsättning finns formulerad angående långtidsbeständigheten av en sluttäckning på ett upplag för icke farligt avfall. I Naturvårdsverkets rapport 4474, Sluttäckning av avfallsupplag talar man generellt om ett tusenårsperspektiv som rimligt för avfallsupplag. Skall man differentiera, bör ju rimligtvis ribban ligga något högre för farligt avfall än för icke farligt avfall. Av resonemanget, och av de krav som finns ställda följer att ambitionen vad gäller beständighet bör ligga på minst några hundra år. Ett sådant perspektiv borde vara tillfyllest vad det gäller urlakning av lättrörliga ämnen och därmed frågorna om täckningens läckagebegränsande funktion. Beträffande övriga risker, som inte har att göra med vattnets transport av oönskade ämnen, torde det främst vara metoder och lösningar som begränsar exponeringen av avfallet som är mest angelägna. Vi vill exempelvis inte att våra barnbarns barnbarn som skall sätta potatis, vid sitt första spadtag i marken, skall hitta gamla filttofflor eller latrintunnor (de sluttäckningar som görs omfattar även gamla klass 2-deponier). Vad gäller farligt avfall är självfallet frågorna om kontakt och exponering än viktigare. Sluttäckningen på en deponi för icke farligt avfall skall alltså, förutom att begränsa vattentransport under något hundratal år, dessutom utgöra en rent fysisk barriär under en ännu längre tidsperiod. De nedbrytande krafter som verkar på en deponi finns väl beskrivna i ovan nämnda rapport 4474 och det finns inte skäl att upprepa detta i denna framställning, ett par saker skall dock tas upp till diskussion. De tänkesätt som utgör grunden för denna förstudie är bl a att man skall kunna nyttja vanligt förekommande material som tätskikt, om vattenavledningen ovan tätskiktet görs effektiv. Tanken är att tätskiktet kan göras relativt tjockt, jämfört med 5 10 mm bentonit, om tätskiktsmaterialet är lättöverkomligt och billigt. Vi bedömer att tjockleken är en viktig faktor för tätskiktets funktion, sett över en längre tid. Sättningar och rörelser förekommer alltid i ett upplag och ett tunt tätskikt är mycket sårbart för sådana rörelser jämfört med exempelvis ett tjockt, självläkande moränlager. Med ett tjockt tätskikt tillgodogör man sig också en hel del av den totala tjocklek som krävs för långtidsbeständigheten, med minskade risker för exponering som följd. Den effektivare vattenavledning vi tänker oss, som skall kompensera för ett mindre tätt tätskikt, skall främst uppnås genom relativt tätt liggande dräneringsstråk ovan tätskiktet samt en ondulerande överyta som befrämjar avrinningen mot dräneringsstråken. För att ett sådant 8

11 system skall fungera i ett par hundra år är dels erosionsaspekterna viktiga, dels dräneringsstråkens livslängd. De maximala marklutningar som, i denna förstudie, övervägs inom upplagsytan uppgår till ca 1 : 5. Om inte allt för finkornigt material läggs ytligt bör inte erosion bli något problem under förutsättning att ett växtskikt etableras. I perspektivet ett hundratal år finns det dock möjligen skäl att överväga flackare marklutningar med hänsyn dels till en framtida ojämnare fördelning av nederbörden, dels eventuellt större nederbördsmängder. Avseende dräneringsstråkens utformning och deras långsiktiga funktion krävs visst utvecklingsarbete för att nå fram till så kostnadseffektiva lösningar som möjligt. Erosionsskyddade öppna diken, makadamfyllda diken (kompletterande med dränrör), eller täckdiken i grusfilter kan vara några alternativ att arbeta vidare med. Generellt bör man i detta arbete, om möjligt, sträva efter lösningar som baseras på oorganiska material, d v s grusfilter framför fiberduk, tegelrör eller betongrör framför plaströr, om det inte finns klara belägg för att eventuella organiska alternativ klarar beständighetskraven. En aspekt som sällan berörs vad gäller långsiktig beständighet av täckta avfallsupplag är den skötsel och tillsyn som i vissa avseenden förutsätts ske. Träd skall ex vis inte tillåtas växa sig höga, med risk för rotvältor som följd. Frågan är vem som, om 200 år, har uppsikt och kontroll i detta avseende. Möjligen måste man gardera sig mot sådana händelser genom mer robusta sluttäckningar, snarare än mer sofistikerade, i synnerhet avseende upplag för farligt avfall. ALTERNATIVA TÄCKNINGSFÖRFARANDEN MED SYFTE ATT BEGRÄNSA GENOMLÄCKAGE Olika metoders potential Av den genomgång av påverkansfaktorer som gjorts i tidigare avsnitt framgår att det, i teorin, finns en mängd olika vägar att gå för att begränsa den andel av nederbörden som når ned i avfallsupplaget. De flesta av dessa principer/vägar kräver dock en hel del utrednings- och utvecklingsarbete för att kontrollera om de är praktiskt och ekonomiskt användbara. Tre grundkrav är dock odiskutabla, nästan oavsett vilka tätskikt och metoder man tänker sig; 1) Tätskiktet måste avlastas från höga vattentryck - av vilket följer 2) Tätskiktet måste ha en lutning så att avrinning kan ske av vilket följer 3) Det avrinnande vattnet måste tas om hand, antingen i släntfot (och i släntdiken) eller högre upp på upplaget och ledas bort. Vår bedömning är att man hittills underskattat de möjligheter som en snabb bortledning av vatten från upplagets yta kan innebära i fråga om minskat genomläckage. Utan allt för mycket utvecklingsarbete tror vi att sluttäckningsförfaranden enligt detta tänkande, kan ha praktisk och ekonomisk potential.vad gäller sluttäckning på upplag för icke farligt avfall, pekar våra beräkningsresultat på möjligheterna att använda mindre täta och därmed billigare tätskikt, vilket skulle innebära stora ekonomiska fördelar. Två alternativa sluttäckningsmetoder som vi bedömer som praktiskt genomförbara och som vi genomfört beräkningar på, i kombination med ytlig dränering, är följande: 9

12 Modell MM (morän +morän) På det komprimerade och avjämnade avfallet läggs ett lager av (ngt sandig) siltig morän som packas. Lämplig lagertjocklek 0,5 0,8 m. Moränen skall vara fri från större stenar (max 100 mm, men ännu hellre max 20 mm) och förutsätts harpas. På detta lager läggs, utan packning, 0,5 1,5 m grövre morän (gärna stenig grusig). Bortharpad sten från materialet i det undre lagret kan gärna inkluderas i detta lager. Ytan sprutbesås med gräs och/eller förses med ett tunt matjordsskikt för snabb växtetablering och begynnande strukturbildning. Modell MDM (morän+dränskikt+morän) På det komprimerade och avjämnade avfallet läggs ett lager av (ngt sandig) siltig morän som packas. Lämplig lagertjocklek ca 0,5 m. Moränen skall vara fri från större stenar (gärna en maxstorlek på ca 20 mm, även om något större också kan accepteras) och förutsätts harpas. På detta lager läggs ca 0,2 m grusig sand, som uppfyller filterkraven mot moränen. Överst läggs, utan packning, 0,5 1,3 m av en, gärna något grövre, morän än den i det underliggande skiktet. Bortharpad sten från moränen i det underliggande lagret kan inkluderas i det övre. Gemensamt för bägge lagermodellerna är att de förutsätts läggas upp i vågform över avfallsmassorna vars avjämnade överyta alltså också får formas på motsvarande sätt, se figur. I varje vågdal ordnas ett dräneringsstråk som tar undan vatten mot ett öppet dike eller en större ledning som leder bort från upplagsytan. Som ett rimligt utgångsvärde sätts avståndet mellan dräneringsstråken till ca 20 m och höjdskillnaden mellan våg och dal till ca 1,5 m (ungefärligen en lutning på 1 : 7). Anläggningsmässigt bör ingen av modellerna innebära några problem. Packning av moränen bör kunna utföras med konventionell utrustning även om lutningen skulle ökas till 1 : 5. Beträffande dräneringsstråken är det en fördel om de kan utformas på ett okomplicerat sätt så att de enkelt kan anläggas efter att hela ytan täckts, vilket normalt blir billigare. Oavsett vilken av ovanstående modeller man väljer bör materialanskaffning inte utgöra något problem, frånsett att moräntäkterna kan bli stora till ytan om mäktigheterna är begränsade. Som tätskikt har i bägge fallen antagits en (ngt sandig) siltig morän i packat tillstånd. Ett normalt k-värde i ett sådant material ligger i intervallet 0,5 1,0 xe-8 m/s. Moräntypen hör till de vanligaste i syd- och mellansverige. Moränleror eller leriga moräner som är ännu tätare är självklart en fördel att använda där de finns. Filterkraven får dock beaktas i sådana fall om MDM-modellen skall utföras. Detta gäller också om andra typer av tätskikt (ex vis olika typer av slam) skall användas i kontakt med dräneringsskiktet i MDM-modellen. Troligen får då ett finfilter läggas under dräneringsskiktet för att undvika materialblandning. Om de här anförda sluttäckningsmodellerna skall ses som intressanta alternativ, måste de förutom att klara läckage- och beständighetskraven, också vara ekonomiskt intressanta. Någon djupgående kostnadsanalys har inte funnits utrymme att göra i denna förstudie, vissa överslagsberäkningar har dock gjorts. Under förutsättning att en lämplig moräntäkt går att anordna inom några kilometers avstånd från upplaget bör en sluttäckning enligt MMmodellen kosta ca 120 kr/m 2 och en sluttäckning enligt MDM-modellen ca 135 kr/m 2. Det har i detta fallet antagits att total tjocklek uppgår till 1,5 m och att kostnaden för dräneringsstråken belöper sig till ca 10 kr/m 2. 10

13 Genomförda beräkningar av avrinning och läckage Det primärt intressanta resultatet hur mycket vatten släpper en viss typ av sluttäckning igenom - är en funktion av många samverkande faktorer. För att göra en realistisk och trovärdig beräkning av detta krävs dels verkliga uppgifter om nederbördens storlek och fördelning dels ett beräkningsverktyg där de olika processerna i och ovan mark är kopplade till varandra. Som beräkningsverktyg har modellsystemet MIKE- SHE använts. Med detta kan hela markdelen av den hydrologiska cykeln beskrivas och inkluderar därmed processer som avdunstning, ytavrinning, infiltration och grundvattenströmning, i tre dimensioner, se figuren till höger. Modellsystemet MIKE SHE är tillämpbart på i stort sett alla tänkbara hydrologiska frågeställningar och har under de sista 20 åren tillämpats på hundratals områden världen över. På finns ett antal oberoende utvärderingar av programkoden. I Sverige har MIKE SHE bl a använts på Kristianstadsslätten för olika typer av utvärderingar med fokus på Kristianstads vattenförsörjning samt föroreningsspridning från avfallsdeponin vid Härlövs Ängar. Andra exempel är Citytunnelprojektet i Malmö, inläckagestudier för avloppsnät och avrinningsberäkningar inom såväl urban miljö som från naturmark. Som indata för nederbörd har ett antal årscykler över nederbörden i Växjö använts. Nederbördsuppgifterna är givna med mycket hög upplösning timvärden vilket möjliggör säkra beräkningar över hur mycket som avdunstar och hur mycket som infiltrerar vid olika situationer under dygnet och året. Det utsnitt av en upplagsyta som, med variationer i geometri och egenskaper, använts i beräkningarna framgår av figuren till höger och tabellen nedan. De geometriska, hydrologiska och hydrogeologiska parametrar som använts i olika beräkningsfall har med avsikt hållits tämligen konservativa för att inte ge upphov till orealistiska glädjekalkyler. För att kontrollera känsligheten i olika parametrar har dock värden i vissa beräkningsfall satts utöver, eller under, vad vi bedömer som praktiskt och möjligt vid ett verkligt utförande. 11

14 skyddsskikt dränskikt tätskikt typ A tätskikt typ B deponimassa Mäktighet [m] Hor konduktivitet [m/s] 1E-05 1E-04 1E-07 1E-07 1E-05 Ver konduktivitet [m/s] 1E-06 1E-04 1E-08 5E-09 1E-07 Vegetationen antas vara gräs (med normal tidsvariation på löv-area-index och rotdjup) och den omättade zonen (övre delen av skyddsskiktet) har beskrivits som en morän (av medeltyp). Dräneringen har antagits ligga på ca 40 cm djup, med en bredd på ca 1 m samt med genomsläppligt material upp till markytan för att underlätta avrinning av eventuellt ytvatten. Beträffande nederbörden redovisas dels beräkningsfall med normalnederbörd (i detta fall drygt 770 mm), dels fall med hög årsnederbörd (960 mm) vilket ger en indikation om beteendet i händelse av tydlig klimatförändring. De olika beräkningsfallen avseende olika geometri, markegenskaper, nederbörd etc redovisas i nedanstående tabell. dränavstånd [m] lutning dränskikt tätskikt (K) nederbörd [mm] avdunstning [mm] avrinning [mm] läckage [mm] 15 1:5 1E :10 1E :5 1E :5 1E :5 X 1E :5 X 1E :10 1E :50 1E :5 1E :10 1E :50 1E :10 5E :10 5E :10 X 5E :10 X 5E :5 5E :5 5E :5 X 5E :5 X 5E

15 Redan det sunda förnuftet säger, att om man gör ytan mycket vågig med stora höjdskillnader och tätt liggande, effektiva dräneringar så kommer inte mycket vatten ha chans att leta sig ned i avfallet. Såväl ur anläggningsteknisk synpunkt som med tanke på erosion och beständighet vill man ju dock dra ut dragspelet så mycket som möjligt. Tabellen ovan visar att med MM-modellen och ett tätskikt på 1xE-8 m/s klarar man, ett normalår, 50 mm kravet om avstånden mellan dränerna är 20 m och lutningen ca 1 : 7. Om man kan få tag i en något siltigare morän och därmed komma ned till 0,5xE-8 m/s i tätskiktet klarar man lätt 50 mm kravet vid samma dränavstånd, även ett våtår och kan t o m lägga ned slänterna i 1 : 10. Om man inte kan få tag på tillräckligt finkornig morän och/eller vill dra ut dragspelet så mycket som möjligt, av något skäl, ökar möjligheterna med MDM-modellen. Genom att lägga in ett dränskikt, med den relativt blygsamma kapacitet som använts i beräkningarna, halverar man i stort sett läckaget, jmf tabell. Genom interpoleringar och jämförelser i tabellen ser man exempelvis att en utformning med k=1xe-8 m/s i tätskiktet, ca 40 m mellan dränagen och släntlutningar i 1 : 7, klarar 50 mm kravet även ett våtår. Ökar man dessutom k-värdet i dränskiktet, vilket är fullt möjligt med bibehållna filterkrav, kan man lägga ned slänterna ytterligare. Tre olika släntlutningar och tre olika dräneringsavstånd (släntlängder) har studerats enligt ovan. Baserat på dessa resultat har grova samband tagits fram för varierande dräneringsavstånd, släntlutning och läckage, se figurerna nedan. Observera att sambanden är interpolerade och extrapolerade från endast ett fåtal punkter och bör därför endast ses som indikativa samband. Det vore dock intressant att studera en större variation och fler kombinationer av de olika parametrarna i tabellen ovan (och eventuella andra). Detta för att kunna ta fram mer tydliga och säkra samband över vilken betydelse olika parametrar har för läckaget genom tätskiktet Läckage [mm/år] 50 m 20 m 15 m Släntlutning Dränavstånd Läckage [mm/år] 1:50 1:10 1:5 Släntlutning Dränavstånd [m] 13

16 DISKUSSION OCH SLUTSATSER SAMT FÖRSLAG TILL UNDERSÖKNINGAR OCH FÖRDJUPNING De hydrologiska beräkningar och anläggningsmässiga överväganden som gjorts i denna förstudie tyder på att de föreslagna sluttäckningsmetoderna har potential och bör klara ställda krav avseende läckage och beständighet. De fördelar vi ser med de anförda metoderna är bl a: Tålig konstruktion med avseende på sättningar mm i det längre tidsperspektivet Arbetena med sluttäckningen kan lättare göras successivt (jmf med ex vis utläggning av bentonitmatta) Medger mindre täta tätskikt utan att tillåtna läckagemängder överskrids Lägre sårbarhet i stort, i och med den indelning i avrinnings-sektioner som görs en skada på tätskiktet i en avrinningssektion ger begränsade effekter jmf med en tätskikts-skada i en hel sluttäckning Ett väl fungerande dräneringssystem ovanför tätskiktet ger klara fördelar och säkerhet även om täta tätskikt används (är t o m nödvändigt om ytan är flack) Låga måttliga kostnader (i synnerhet jmf med bentonitskikt) En kommentar bör kanske göras angående kostnaderna. Vid de överslagsberäkningar vi gjort avseende kostnader har vi räknat med ett totalpris för 1 m morän, utlagd på plats, på ca 70 kr/m 2. Vid de kostnadskalkyler som redovisas i Naturvårdsverkets rapport 4474, har man räknat med ungefär halva den kostnaden. Skriften börjar snart närma sig tio år och är dessutom kanske baserad på en kostnadsnivå i ett annat konjunkturläge, vilket kan förklara den stora kostnadsskillnaden. Med erfarenheter och resultat från förstudien föreslås fortsatta undersökningar och fördjupning i en huvudstudie med innehåll enligt punkterna nedan: Sluttäckning av en, eller flera olika provytor (med topografisk utformning och dränering) på någon deponi för att bl a undersöka det rent praktiska utförandet. Provytan förses med lysimetrar och observationsrör. Avrinningsmätningar genomförs i dränagen. Geohydrologiska beräkningar (baserade på modellsystemet MIKE SHE) av de verkliga förhållandena i en eller flera provytor, enligt ovan, med syfte att verifiera modellparamaterar samt erhålla ökad kunskap om processerna. Mer fullständig känslighetsanalys, via geohydrologiska beräkningar, av faktorer som påverkar infiltration och avrinningsförhållanden (såsom vegetation, materialval, lutningsförhållanden, ytans råhet och permeabilitet, dräneringstäthet, etc). Beräkningarna tillsammans med andra överväganden avseende erosion, anläggningsteknik, kostnader mm görs bl a i syfte att komma fram till optimala lutningar och dräneringsavstånd. Utsättning av och mätning i observationsrör och lysimetrar i (branta) slänter av sluttäckta avfallsupplag och i avfalls upplag med dränerad överyta. Preliminärt föreslås Kejsarkullen i Hultsfred, respektive Härlövs Ängar i Kristianstad. Avrinningsmätningar görs också i de ytliga dränagen på Härlövs Ängar. 14

17 Förutom ovanstående huvudpunkter i utredningsarbetet finns ett antal delfrågor som är viktiga/intressanta att gå vidare med: Utformning av dränagen med avseende på god funktion under lång tid Specificering av lämpliga moräner och dräneringslager (redovisning av siktkurvor med hänsyn k-värden och filterregler) Kan tätt liggande dränage ersätta ett dräneringslager, och hur tätt skall i så fall dränagen ligga, beroende på lutningar mm Vilka läckagedämpande effekter kan uppnås med släntdiken i långa, flacka slänter och hur skall släntdiken utformas Tjälningseffekter i täckning med siltig morän, med och utan dräneringslager Metanoxidationen i växt/jordmånsskiktet Huvudstudien bör pågå över minst ett år (helst flera) för att få in tillräckligt med pålitliga mätdata. Å andra sidan är det angeläget att så snart som möjligt få fram resultat som visar på metodens tillämpbarhet, eftersom många avfallsupplag är inne i, eller på väg mot sluttäckningsfasen. 15

18 Rapporter från RVF :01 Tillämpning i Sverige av EU-direktivet om förbränning av avfall 2004:02 Avfallsförbränning. Utbyggnadsplaner, behov och brist 2004:03 Behandling av restavfall genom lakcellsteknik med rötning av processvattnet 2004:04 System för kvalitetssäkringav uppgraderad biogas 2004:05 Teknik för mätning av metan från avfallsupplag i Sverige 2004:06 Utredning. Klassificering av farligt avfall 2004:07 Vägledning. Klassificering av farligt avfall 2004:08 Hantering av grovavfall, elektriskt och elektroniskt avfall samt farligt avfall i flerfamiljshus 2004:09 Sluttäckning av avfallsupplag. Alternativa metoder att uppnå gällande krav avseende infiltration. Förstudie RVF Svenska Renhållningsverksföreningen Prostgatan Malmö Tel Fax