oversigt over metoder til brug ved vurdering af vandstandssænkninger jacob birk jensen

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

Oversigt over metoder til brug ved vurdering af vandstandssænkninger

Jacob Birk Jensen

EnviNa møde 30. oktober 2012

• 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

Disposition

• Hvad går opgaven ud på ?

Q

Ændring i vandføring ?

Ændring i vandstand ?

Ændring i udstrømning til våde terrestriske miljøer?

Hvad er opgaven

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

Start med de simple modeller

Hvordan?

• Arbejd konservativt

• Anvend de simple værktøjer først

• Tænk: kan jeg med denne indsats afvise en signifikant påvirkning

Deta

ljeri

ngsg

rad a

f und

ers

øgels

e Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

Niveau 4

StopStop

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

10. Marts2011

Vandindvinding og påvirkning

Metoder:

• Simple konceptuelle betragtninger

• Analytiske løsninger

• ”semi-analytiske” løsninger

• Grundvandsmodeller

• Fuldskala pumpetest

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

Konceptuelle vurderinger- Hydraulisk kontakt?

Er der hydraulisk kontakt mellem det pågældende naturområde og det magasin der pumpes fra?

Er afstanden stor?

Beskaffenhed af lerlag?

Kontakt?

< -5 m måske ikke

-5 til + 5 m ja

5-15 m måske ikke

> 15 m nej

Værktøjer:

• Potentialekort og pejlinger

• Lertykkelse kort

• Geologiske profiler fra f.eks. GeoScene3D

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

Konceptuelle vurderinger- Positive hydrauliske grænser

Indvinding

Vandstand Udstrømning

Q=0 m3/år

Q=50.000 m3/år

Q=100.000 m3/år

Q=200.000 m3/årFakta:

Ved positive hydrauliske grænser kan der være små sænkninger, men stor reduktion af udstrømning

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

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

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

Konceptuelle vurderinger- Generelt om sænkninger

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

Binderup mølle

Sænkning i kalken

Sænkning i terrænnært magasin

Sænkning i terræn

VandløbIndvindingsboring

Potentialelinie

Markvandindvinding

20.000 m3/år

Almen vandforsyning

70.000 m3/år

Almen vandforsyning

100.000 m3/år

Vandindvinding og vandløb- Konceptuelle betragtninger

Den simple og konservative:

1) 20.000 m3 fordelt over 3 mdr = 2,6 l/s

2) 100.000 m3/år = 3,2 l/s

3) 70.000 m3/år =2,2 l/s

Total = 8 l/s

Den simple og konservative:

20.000 m3 fordelt over 3 mdr = 2,6 l/s

Den simple og konservative:

100.000 m3/år = 3,2 l/s

Metoder

Analytiske metoder• Homogen magasin• Konstant pumperate• Påvirkning af et lige uendelig langt vandløb

Numerisk metoderA. Komplette modeller

• Hydrolgiske modeller som vi kender dem• Vilkårlig geologi, vandløbstrace, indvinding mv.• Påvirkning på mange vandløb

B. 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

Jenkens

Hantush

Hunt

• Homogen magasin• Konstant pumperate• Påvirkning af et lige

uendelig langt vandløb

Bjarne Madsen, ATV indlæg, 27. jan 2009

Vandindvinding og natur- Analytiske vurderinger

EnviNa møde – Grundvandsindvinding og natur – 30. okt. 2012

10. Marts 2011 EnviNA – VVM-screening og Vandforsyning

Vandindvinding og natur- Analytiske vurderinger

Kan sjældent anvendes da de analytiske typisk ”overvurderer” påvirkningen ved terræn?

Numeriske metoder – Semi-analytiske modellerMetode:• Ingen nedbør og fordampning • Udnyttelse af superpositionsprincippet• Betragter kun vandbevægelser og

ændringer i trykniveauer som følge af indvinding.

• Vilkårlig geologi og vandløbstraceAktuel potentiale- og afstrømningsforhold

=

Qupåvirket

ΔQQaktuel

+Grundvandspotentiale

Vandløb Vandindvinding

Upåvirket potentiale- og afstrømningsforhold

Påvirkning af potentiale- og afstrømningsforhold ved indvinding

Kommercielle modeller:

• BEST

• AEM – analytic element model

Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller

Sænkning i kalk magasin

Påvirkning af afstrømning til vandløb

Numeriske metoder – Semi-analytiske modeller

Akkumulerede sænkninger

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

Vandforsyning, Karlby og Sørensen, 1998

Vandindvinding og natur- Hydrologiske modeller

10. Marts 2011 EnviNA – VVM-screening og Vandforsyning

VandløbIndvindingsboring

Potentialelinie

Vandindvinding og natur- Hydrologiske modeller

Vandløb

A

AVåd natur

Snit A-A

Vandløb

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

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