Oversigt over metoder til brug ved vurdering af vandstandssænkninger Jacob Birk Jensen

1. Oversigt over metoder til brug ved vurdering af vandstandssænkninger Jacob Birk Jensen EnviNa møde 30. oktober 2012 EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

2. Disposition • Hvad er opgaven • Start med de simple modeller • Konceptuelle modeller • Analytiske modeller • Semi-analytiske modeller • Hydrologiske modeller • Spørgsmål/diskussion EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

3. Hvad er opgaven • Hvad går opgaven ud på ? Ændring i udstrømning til våde terrestriske miljøer? Q Ændring i vandstand ? Ændring i vandføring ? EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

4. Start med de simple modeller • Hvordan? • Arbejd konservativt • Anvend de simple værktøjer først • Tænk: kan jeg med denne indsats afvise en signifikant påvirkning Niveau 1 Detaljeringsgrad af undersøgelse Niveau 2 Stop Stop Niveau 3 Niveau 4 EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

5. Vandindvinding og påvirkning • Metoder: • Simple konceptuelle betragtninger • Analytiske løsninger • ”semi-analytiske” løsninger • Grundvandsmodeller • Fuldskala pumpetest EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

6. Konceptuelle vurderinger - Hydraulisk kontakt? Er der hydraulisk kontakt mellem det pågældende naturområde og det magasin der pumpes fra? Kontakt? < -5 m måske ikke -5 til + 5 m ja 5-15 m måske ikke > 15 m nej Beskaffenhed af lerlag? Er afstanden stor? • Værktøjer: • Potentialekort og pejlinger • Lertykkelse kort • Geologiske profiler fra f.eks. GeoScene3D EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

7. Konceptuelle vurderinger - Positive hydrauliske grænser Vandstand Udstrømning Q=0 m3/år Q=50.000 m3/år Q=100.000 m3/år Indvinding Fakta: Ved positive hydrauliske grænser kan der være små sænkninger, men stor reduktion af udstrømning Q=200.000 m3/år EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

8. Konceptuelle vurderinger - Positive hydrauliske grænser • Effekt af positive hydrauliske grænser er størst: • Tæt på vandløb • Ved store, vandrige vandløb (set i forhold vandindvinding) • Ved kyster • Ved søer • Og mindst: • Ved vandløbsspidser • Langt væk fra vandløb, søer og kyst • Og afhængig af hydraulisk kontakt EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

9. Konceptuelle vurderinger - Generelt om sænkninger EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012 Påvirkning af trykniveau/vandstand Påvirkningen er størst i magasinet hvor der bliver pumpet og den aftager mod terræn Vandløb, søer, fjorde og hav virker som positiv hydrauliske grænser og derfor aftager påvirkningen når man nærmer sig disse

10. Binderup mølle Sænkning i terræn Sænkning i terrænnært magasin Sænkning i kalken

11. Vandindvinding og vandløb - Konceptuelle betragtninger • Den simple og konservative: • 20.000 m3 fordelt over 3 mdr = 2,6 l/s • 100.000 m3/år = 3,2 l/s • 70.000 m3/år =2,2 l/s • Total = 8 l/s Markvandindvinding 20.000 m3/år Den simple og konservative: 20.000 m3 fordelt over 3 mdr = 2,6 l/s Almen vandforsyning 70.000 m3/år Almen vandforsyning 100.000 m3/år Indvindingsboring Den simple og konservative: 100.000 m3/år = 3,2 l/s Vandløb Potentialelinie

12. Metoder • Analytiske metoder • Homogen magasin • Konstant pumperate • Påvirkning af et lige uendelig langt vandløb • Numerisk metoder • Komplette modeller • Hydrolgiske modeller som vi kender dem • Vilkårlig geologi, vandløbstrace, indvinding mv. • Påvirkning på mange vandløb • Semi-analytiske modeller • Simple modeller det ikke beskriver hele vandkredsløbet med kun selve påvirkningen • Samme som muligheder som A men modellen er ikke kalibreret • Antager at systemet er lineært EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

13. Vandindvinding og natur - Analytiske vurderinger Jenkens • Homogen magasin • Konstant pumperate • Påvirkning af et lige uendelig langt vandløb Hantush Hunt Bjarne Madsen, ATV indlæg, 27. jan 2009 EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

14. Vandindvinding og natur - Analytiske vurderinger Kan sjældent anvendes da de analytiske typisk ”overvurderer” påvirkningen ved terræn? EnviNA – VVM-screening og Vandforsyning

15. Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller • Metode: • Ingen nedbør og fordampning • Udnyttelse af superpositionsprincippet • Betragter kun vandbevægelser og ændringer i trykniveauer som følge af indvinding. • Vilkårlig geologi og vandløbstrace • Kommercielle modeller: • BEST • AEM – analytic element model Aktuel potentiale- og afstrømningsforhold Upåvirket potentiale- og afstrømningsforhold Påvirkning af potentiale- og afstrømningsforhold ved indvinding Qaktuel Qupåvirket ΔQ Vandløb Vandindvinding = + Grundvandspotentiale

16. Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller Sænkning i kalk magasin Påvirkning af afstrømning til vandløb

17. Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller Akkumulerede sænkninger

18. Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller • Fordele: • Billigt • Simpelt • Hurtigt beregning • Konservativ vandløbspåvirkning • Begrænsninger: • Kan ikke håndtere ikke-lineære systemer • Holder ikke styr på vandbalancen • Kan overestimere vandløbspåvirkning og underestimere sænkning i vandløbsspidser EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

19. Vandindvinding og natur - Hydrologiske modeller Vandforsyning, Karlby og Sørensen, 1998 19

20. Vandindvinding og natur - Hydrologiske modeller Snit A-A Vandløb Vandløb A A Våd natur Indvindingsboring Vandløb Potentialelinie EnviNA – VVM-screening og Vandforsyning

21. Vandindvinding og natur - Hydrologiske modeller Konceptuel model Numerisk model • Geologi • Nedbør • Fordampning • Vandløb/dræn • Vandindvinding • etc • Diskretisering i tid og sted • Numerisk beskrivelse af processer

22. Vandindvinding og natur - Modeller og usikkerhed • Vigtige evalueringspunkter: • Opløst geologi ? • Overfladenær geologi ? • Cellestørrelse • Beskrivelse af vandløb og dræn • Hvad er modellen bygget til? • Beskrivelse af interaktion mellem overflade vand og grundvand • Usikkerhed: • Vandløbspåvirkning på opland – lille • Vandløbspåvirkning på ”mark” skala – middel • Sænkninger ved terræn - stor • Generelt: • Modeller er bedst til det de er bygget til.

23. Skagen – spredning af indvinding

24. Skagen – sænkning før nye boringer

25. Skagen – jævn indvinding på alle boringer

26. Skagen – skævfordelt indvinding