Feedback Form

Bemærk: Dokumentet er arkiveret, udløbet 24-02-2019

 444

Oprettet: 24-02-2011

Markvanding og beregning af vandløbspåvirkning

Beregninger af markvandingens påvirkning af vandføringen i vandløb er grundlag for tilladelser til markvanding. I artiklen gennemgås og kommenteres beregningsmetoder og datagrundlag.

 

Indholdsfortegnelse:
Analytiske beregningsmodeller
Numeriske beregningsmodeller
Semianalytiske beregningsmodeller
Beregninger i forbindelse med forarbejdet til vandplanerne
Nye beregninger frem mod anden planperiode
Datagrundlag for beregning af vandløbspåvirkning
Klimaændringer skal ikke indgå

Er der grundvand nok til både markvanding og vandløb? Det er det centrale spørgsmål i forbindelse med administration af tilladelser til markvanding. De nærmere retningslinjer for administrationen, der bl.a. bygger på kravværdier til vandføring i vandløb, er behandlet i artiklen Markvanding og vandføring i vandløb. I det følgende er beskrevet nogle af problemstillingerne i forbindelse med beregning af vandløbspåvirkningen fra indvinding af grundvand til markvanding.

Der findes tre typer af modeller til beregning af påvirkningen af vandføringen i vandløb, nemlig analytiske modeller, numeriske modeller og semianalytiske modeller.

Analytiske beregningsmodeller

Til top
Analytiske beregningsmodeller har eksisteret i mange år. Der findes en række forskellige analytiske modeller, herunder Theis´ model, Jenkins model, Stangs model og Hantush’s model. De analytiske modeller kan beregne vandløbspåvirkningen fra enkeltboringer. De er baseret på fysiske ligninger. Fælles for de analytiske modeller gælder, at de kræver forenklede beregningsforudsætninger. Det er f.eks. en forudsætning, at grundvandsmagasinet er homogent og ensartet med hensyn til hydrauliske egenskaber, at grundvandsmagasinet har stor tykkelse og en uendelig udstrækning, at grundvandspotentialet er ens i hele magasinet, at vandløbet er retlinet og at det betragtede system er lukket, dvs. at der ikke er udveksling af vand med dybereliggende magasiner eller nabooplande. Hvis disse ideale forhold er opfyldt, og de relevante parametre er kendte, kan de analytiske løsninger beregne vandløbspåvirkningen præcist. Men i virkelighedens verden er forholdene ikke ideale som forudsat. De hydrauliske forhold i magasinet er ofte heterogene, der sker udveksling af vand mellem forskellige magasiner og nabooplande, magasinerne er ikke uendelige, vandløbene er ikke retlinede, den hydrauliske kontakt med vandløbene varierer og kendes i øvrigt ikke.

Analytiske beregningsmodeller har eksisteret i mange år. Der findes en række forskellige analytiske modeller, herunder Theis´ model, Jenkins model, Stangs model og Hantush’s model. De analytiske modeller kan beregne vandløbspåvirkningen fra enkeltboringer. De er baseret på fysiske ligninger. Fælles for de analytiske modeller gælder, at de kræver forenklede beregningsforudsætninger. Det er f.eks. en forudsætning, at grundvandsmagasinet er homogent og ensartet med hensyn til hydrauliske egenskaber, at grundvandsmagasinet har stor tykkelse og en uendelig udstrækning, at grundvandspotentialet er ens i hele magasinet, at vandløbet er retlinet og at det betragtede system er lukket, dvs. at der ikke er udveksling af vand med dybereliggende magasiner eller nabooplande. Hvis disse ideale forhold er opfyldt, og de relevante parametre er kendte, kan de analytiske løsninger beregne vandløbspåvirkningen præcist. Men i virkelighedens verden er forholdene ikke ideale som forudsat. De hydrauliske forhold i magasinet er ofte heterogene, der sker udveksling af vand mellem forskellige magasiner og nabooplande, magasinerne er ikke uendelige, vandløbene er ikke retlinede, den hydrauliske kontakt med vandløbene varierer og kendes i øvrigt ikke.

Fordelen ved analytiske løsninger er, at de kræver forholdsvis få data og er lette at anvende.

Kommentar 1:

Der er foretaget meget få feltstudier, hvor beregninger af vandløbspåvirkning med analytiske modeller er søgt eftervist i praksis. I de få tilfælde, hvor det er forsøgt, har den målte vandløbspåvirkning været mindre end den beregnede.   Det er Videncentrets vurdering, at de analytiske modeller generelt overvurderer vandløbspåvirkningen, fordi de ideale forhold, der er forudsat af modellerne, i varierende grad ikke er opfyldt og at det systematisk medfører en overvurdering af vandløbspåvirkningen.

     

Numeriske beregningsmodeller

Til top
Numeriske grundvandsmodeller er baseret på grid (celler) og kan derfor beskrive grundvandsstrømninger tredimensionelt. Numeriske modeller kan også håndtere heterogene forhold og forudsætter altså ikke alle de ideale forhold som analytiske modeller. Numeriske modeller er imidlertid begrænset af gridstørrelsen, og af de tilgængelige data. Jo mindre gridstørrelse jo mere forfinet kan beregningerne foretages, når forholdene er heterogene. Den heterogenitet, der eventuelt vil være inden for en gridcelle, kan modellerne ikke håndtere.

DK-modellen er en numerisk vandressourcemodel, der er opstillet for hele Danmark. Det overordnede formål med DK-modellen er, at modellen skal kunne anvendes til vurdering af vandbalancen og grundvandsdannelsen på et overordnet oplandsniveau. Den skal også kunne belyse grundvandsressourcens størrelse og udnyttelsesgrad under hensyntagen til arealanvendelse, klimavariationer og indvindingsstrategi. Som udgangspunkt er DK-modellen opstillet med et 500 x 500 m grid. I forhold til beregninger af vandløbspåvirkning fra enkeltboringer er det en alt for stor gridstørrelse. Det betyder f.eks., at modellen ikke kan skelne mellem, om boringen ligger 100 eller 500 m fra vandløbet. Det er dog muligt at nedskalere gridstørrelsen for et afgrænset område i DK-modellen og udføre mere detaljerede beregninger, hvis der er tilgængelige data. Men generelt egner DK-modellen sig ikke til beregninger på boringsniveau. Et andet problem er, at alle målsatte vandløb ikke er lagt ind i DK-modellen.

Semianalytiske beregningsmodeller

Til top
En semianalytisk model består af en forsimplet geologisk model, som danner baggrund for en numerisk grundvandsmodel. Efter modelopsætningen for et givet område afvikles en række modelsimuleringer, så der dannes en datamatrice for sammenhænge mellem grundvandssænkninger og vandløbspåvirkninger i det konkrete opland. Denne datamatrice importeres i programmet, og efterfølgende beregninger er så baseret på denne matrice. Gridstørrelsen i en numerisk model kan f.eks. være 100 x 100 m. Semianalytiske modeller er væsentligt hurtigere at anvende end numeriske modeller. Semianalytiske modeller beregner ikke den samlede vandbalance. Det er kun den relative vandløbspåvirkning, der beregnes.

Beregninger i forbindelse med forarbejdet til vandplanerne

Til top
I forbindelse med forarbejdet til vandplanerne har der været anvendt forskellige beregningsmetoder til vurdering af vandløbspåvirkningen fra vandindvinding. I Miljøcenter Ribe og Ringkøbings område er som udgangspunkt anvendt beregninger af vandløbspåvirkning med en modificeret udgave af Jenkins model. Beregningerne er kun foretaget på boringsniveau for en mindre del af området. Miljøcenter Ålborg har anvendt værktøjet GeoGis, der også bygger på en analytisk model. I Ålborgs område har man foretaget beregninger for alle enkeltboringer. Miljøcenter Århus anvendte en numerisk model. Datagrundlaget, som de forskellige miljøcentre anvendte, varierede betydeligt.

Der har været rejst kritik af usikkerheden på miljøcentrenes beregninger og at beregningsmetoderne har varieret så meget.

Nye beregninger frem mod anden planperiode

Til top
Miljøministeren nedsatte i november 2010 en arbejdsgruppe, der skulle beskrive en forbedret, teknisk gennemførlig metode til beregning af vandløbspåvirkning fra vandindvinding til markvanding. Målet var at tilvejebringe et bedre grundlag for en supplerende indsats i forhold til markvanding i vandplanernes anden planperiode (2015-2021). Arbejdsgruppen afsluttede sit arbejde ultimo januar 2011. Arbejdsgruppen skulle kun forholde sig til den statslige myndigheds vurderingsgrundlag og kun i forhold til vandplanerne for anden planperiode.

Arbejdsgruppen har ikke detailbeskrevet en ny beregningsmetode, men der er udarbejdet en overordnet beskrivelse af en gennemførlig metode og den videre arbejdsproces for at kunne vurdere indsatsbehovet frem mod næste vandplan.

Arbejdsgruppen foreslår, at den fremadrettede beregningsmetode baseres på en kombination af DK-modellen (landsdækkende numerisk model) til beregninger på oplandsniveau med alternative beregningsmodeller (f.eks. analytiske eller semianalytiske) til vurdering af den relative vandløbspåvirkning for mindre oplande og deloplande. Beregningsmetoden skal udformes således, at der for de lokale, detaljerede beregninger for mindre oplande og deloplande er konsistens med de påvirkninger, der beregnes med DK-modellen på den større geografiske skala. Der er formuleret følgende krav og ønsker til den fremadrettede metode:

  • Beregningsmetoden skal kunne anvendes i hele landet, så administrationen af tilladelser til markvanding kan baseres på et ensartet grundlag. Beregningsgrundlaget og forudsætningerne skal være veldokumenterede og sammenlignelige for alle dele af landet.
  • Metoden skal sikre, at det løbende er muligt at inddrage ny viden om de hydrogeologiske forhold.
  • Det skal tilstræbes, at den statslige myndigheds beregninger i forbindelse med kommende vandplaner på en gennemskuelig måde kan relateres til de beregninger og vurderinger, som kommunerne foretager i forbindelse med ansøgninger om vandindvinding.
  • Det skal være muligt at kvantificere usikkerhederne ved beregningsresultaterne og dermed muligt at vurdere, hvor beregningerne er robuste/sårbare, dvs. hvor usikkerhederne kan påvirke resultatet af beslutningerne.

Da der reelt er tale om at udvikle en ny beregningsmetode, har arbejdsgruppen forudsat, at der iværksættes et udviklingsprojekt med følgende elementer:

  • Udvælgelse af pilotområder, der varierer mht. datatæthed.
  • Vurdering af DK-modellens prediktive evne i dens eksisterende form, dvs. med den eksisterende vandløbsbeskrivelse og geologiske model samt en gridopløsning på 500 x 500 m.
  • Hvis DK-modellen vurderes ikke at have den fornødne præcision, tilpasses modellen regionalt, f.eks. til hovedoplandsniveau, ved anvendelse af mindre gridstørrelse og evt. udbygning af vandløbsnetværket, justering af geologi samt rekalibrering.
  • Bestemmelse af skala, for hvilken DK-modellen kan anvendes, til bestemmelse af oprindelig medianminimumsvandføring (upåvirket af oppumpninger) samt ændringer heraf som følge af aktuel indvinding.
  • Udvikling eller valg af metode til bestemmelse af relativ påvirkning af vandføring i oplande på mindre skala end den DK-modellen kan anvendes på.
  • Udvikling af metodik til kombinering af DK-modellen og alternative beregningsmetoder.
  • Udvikling af metode til vurdering af usikkerhed på hhv. DK-model simuleringer og beregninger foretaget med alternative metoder på den mindre skala.
  • Test af beregningsmetoder på pilotområder.
  • Evaluering af beregningsmetodens performance samt guide for udrulning til brug nationalt og regionalt.

Ovennævnte udviklingsforløb forventes at kunne afsluttes medio 2012, forudsat en snarlig igangsættelse.

Efter planen skal der altså med den nye beregningsmetode i løbet af 2012-2013 kunne beregnes indsatsbehov i forhold til markvanding fra anden planperiode, der starter i 2015.

Kommentar 2:
Videncentret for Landbrug og Landbrug & Fødevarer har i arbejdsgruppen påpeget, at der bør iværksættes et validerings- og opfølgningsprojekt, der via observationsdata og feltstudier kan belyse, om den nye beregningsmetode i praksis kan beregne vandløbspåvirkningen korrekt.   Et sådant projekt vil næppe kunne afsluttes inden 2015, men det er vigtigt, at der træffes beslutning om at iværksætte det, så det bliver afklaret, om administrationen af tilladelser til markvanding fremadrettet hviler på et fagligt solidt beregningsgrundlag.

 

Datagrundlag for beregning af vandløbspåvirkning

Til top
Der kræves en række data for at kunne beregne vandløbspåvirkningen fra markvanding. En vigtig datakilde er Jupiter databasen, der indeholder boringsdata, indvindingstilladelser og data for indvundne vandmængder. I tabel 1 er vist hvilke data, der er nødvendige for den fremadrettede beregningsmetode.

Tabel 1. Data til beregning af vandløbspåvirkning fra markvanding.

Datatype Bemærkning
Tilladte indvindingsmængder Oplysningerne er tilgængelige via Jupiter-databasen. Der er usikkerhed om oplysninger af aktuelle indvindingsmængder pga. manglende indberetning.
Udnyttelsesgrad til markvanding Andel af tilladt indvindingsmængde, der i gennemsnit anvendes. Tidligere har der været regnet med 50 %.
Klimadata Anvendes kun i numeriske grundvandsmodeller.
Magasintal   Magasintal og T-værdier kan estimeres på baggrund af prøvepumpninger. T-værdier kan endvidere estimeres ud fra specifikke ydelsesdata. Data er lagret i Jupiter, men supplerende data findes hos institutioner og firmaer, der har udført prøvepumpninger. Der er generelt få data til estimering af magasintal, der som oftest må skønnes ud fra magasintype. Datagrundlag for estimering af T-værdi er bedre.
Hydraulisk ledningsevne/ transmissivitet (T-værdi)
Vandløbslækage Vandløbslækagen er en faktor, der udtrykker den barriere for udveksling af vand mellem grundvandsmagasin og vandløb, der forekommer, fordi der ofte er et lavpermeabelt lag i vandløbsbunden. Vandløbslækagen kendes generelt ikke og fastsættes skønsmæssigt. Det er en væsentlig usikkerhedsfaktor i forbindelse med påvirkningsberegninger for konkrete vandløbsstrækninger.
Geologiske data og hydrostratigrafisk opbygning Data tilgængelig via Jupiter, modeldatabase mv. Samlet national model i DK-model, der løbende opdateres med ny viden fra detailmodeller. Udfordringen er at kunne inkludere de helt lokale variationer. Nogle steder findes der f.eks. beskyttende lerlag af relativt få meters tykkelse, som ikke vil fremgå af geologiske modeller, der anvender gridstørrelser på f.eks. 100 x 100 m eller større. I konkret sagsbehandling er et detaljeret lokalkendskab helt afgørende.
Placering af indvindinger (boringer) i forhold til vandløb Data tilgængelig via Jupiter og kombineret med GIS-tema over vandløbsnetværk. Analytiske og semianalytiske modeller kan håndtere den helt præcise afstand mellem boring og vandløb. Nøjagtigheden i numeriske modeller afhænger af gridstørrelsen. Numeriske modeller er uegnede til vurdering af vandløbspåvirkningen fra enkeltboringer.
Vandløbsgeometri Anvendes kun i numeriske modeller. Til DK-modellen er indsamlet opmålte vandløbstværsnit.
Reinfiltrationsfaktor Reinfiltrationen er den andel af vandingsvandet, der afstrømmer ud af rodzonen. Tidligere har der været anvendt en faktor på 20 %. Men faktoren kan være større.
Oppumpningsperiode Det antal dage, som oppumpningen til markvanding er fordelt over. I tidligere beregninger har oppumpningen været fordelt over 100 dage.
Pejledata Anvendes kun i numeriske modeller. Pejledata er lagt ind i Jupiter efter 2007.
Vandløbsafstrømning Data fra det nationale overvågningsprogram er tilgængelige via DMU (ODA-database). Endvidere findes data hos Orbicon og lokalt.

 

Datagrundlaget for beregning af vandløbspåvirkning fra markvanding er på ingen måde fuldstændigt og så detaljeret,som man kunne ønske. Det gælder f.eks. de hydrogeologiske data, hvor der nogle steder findes gode og ret detaljerede data, og andre steder er datagrundlaget væsentligt mindre detaljeret. Kortlægningen er generelt bedst i områder med særlige drikkevandsinteresser. Kendskabet til de terrænnære grundvandsmagasiner, hvorfra der typisk indvindes vand til markvanding, er også meget ufuldstændigt. De terrænnære grundvandsmagasiner er ikke overvåget i samme omfang som de dybereliggende magasiner, hvorfra der indvindes drikkevand. Vandløbslækagen er den parameter, der er dårligst kendt. Det kan have stor betydning for beregning af vandløbspåvirkningen lokalt, da faktoren for vandløbslækage kan variere meget ned gennem et vandløbssystem.

Inden der formentlig i løbet af 2012 og 2013 skal foretages genberegning af indsatsbehovet i forhold til markvanding, kan der ikke ske væsentlige forbedringer af datagrundlaget. På længere sigt vil der komme flere data, der kan indbygges i beregningsgrundlaget.

Kommentar 3:
Videncentret for Landbrug og Landbrug & Fødevarer har i forbindelse med arbejdsgruppens afrapportering påpeget, at datagrundlaget for beregning af vandløbspåvirkningen fra markvanding bør forbedres. Der bør især tilvejebringes øget viden og flere data om udvekslingen af vand mellem de terrænnære grundvandsmagasiner og vandløbene. Det drejer sig om lækagefaktoren i vandløbsbunden, de hydrogeologiske forhold, hvor datatætheden er ringe, og det terrænnære vandkredsløb.   Øget viden og flere data på dette område forudsætter en politisk prioritering, da de eksisterende overvågningsprogrammer mv. ikke har særlig fokus på de specifikke forhold, der er vigtige for beregning af påvirkningen fra markvanding.

 

Klimaændringer skal ikke indgå

Til top
Arbejdsgruppen om markvanding har vurderet, at der i forbindelse med genberegning af indsatsbehovet i forhold til markvanding til anden planperiode ikke er behov for at inddrage forventninger til klimaændringer. Inden for en tidshorisont på 20-30 år, som er den relevante tidshorisont i relation til implementering af Vandrammedirektivet, kan der på det foreliggende grundlag ikke forudsiges sikre ændringer i hverken grundvandsdannelse, sommervandføring i vandløbene eller vandingsbehov. Det skyldes, at de naturlige klimavariationer vil have større indflydelse på klimaet de næste 20-30 år end de forventede menneskeskabte klimaændringer.

På langt sigt, frem mod slutningen af dette århundrede, forventes en mindre sommervandføring i vandløbene og et øget vandingsbehov. Der er imidlertid ingen begrundelse for at indrette administrationen af tilladelser til markvanding på kort sigt efter klimaændringer på længere sigt, da man ikke, ved at reducere markvandingen på kort sigt, kan forebygge eventuel mangel på vand i vandløbene på langt sigt.

Læs også:
Markvanding og vandføring i vandløb (om grundlaget for administration af tilladelser til markvanding)

Markvanding og virkemidler til at sikre vandføringen i vandløb 

 

   

 

Sidst bekræftet: 11-02-2013 Oprettet: 24-02-2011 Revideret: 24-02-2011

Forfatter

Planter & Miljø
Landskonsulent, Gødskning

Søren Kolind Hvid

PlanteInnovation


Af samme forfatter

Tørken i april gør ondt nu
Der er udbredt tørke i afgrøderne i det meste af landet, også på lerjord. Det skyldes det tørre vejr i april. I begyndelsen...
09.07.19
Klima - det kan du gøre i marken
Her kan du finde viden om, hvad du kan gøre i marken for at mindske klimaaftrykket fra din produktion.
18.06.19
Vandbalanceunderskud på forskellige jordtyper
I vintersæd er der 7. maj typisk et vandbalanceunderskud på 80-90 mm, hvor fordampningen endnu ikke har været begrænset af ...
07.05.19
Markvanding i Påsken
Sæsonen for markvanding starter helt usædvanligt tidligt i 2019. Der er allerede vandingsbehov i overvintrende afgrøder på ...
15.04.19
Præsentationer fra konference om kvælstofregulering på basis af lokale målinger
Mange nye måleresultater fra GUDP-projektet om emissionsbaseret kvælstofregulering blev præsenteret på konference 14. juni ...
21.08.18