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