Ved implementering af de ansøgte indvindingsrater er påvirkningen på de omkringliggende vandløb blevet analyseret, heriblandt Grønsø Å.

Transkript

1 Forsyning Ballerup Hydrologisk modellering med fokus på vandføring Grundvandsmodel GEO projekt nr Rapport 2, Sammenfatning Forsyning Ballerup skal have fornyet indvindingstilladelser for kildepladserne ved Måløv Vanværk, Pilegårdens Vandværk, Lautrup Vandværk, Stangkær Vandværk og Ballerup Vandværk. Til at belyse effekterne fra indvindingernes fra disse vandværker benyttes en integreret hydrologisk model. Modellen er opbygget i softwaren MIKE SHE og benytter den Nationale Vandressource Model (Sjællandsmodellen) som udgangspunkt og reference. Ved implementering af de ansøgte indvindingsrater er påvirkningen på de omkringliggende vandløb blevet analyseret, heriblandt Grønsø Å. Ydermere er indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande blevet defineret for hvert vandværk. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby

2 Udarbejdet for Ballerup Forsyning Ågerupvej Ballerup Att. Stig Eskildsen Udarbejdet af Theis S. Knudsen, , Rasmus Foldager , Kontrolleret af Jeppe Rølmer , Indhold 1... Indledning og formål Hydrologisk model Reference model Lokal model Data Modeldomæne Simuleringsperiode Topografi Klimatiske parametre Nedbør Reference evapotranspiration Temperatur Arealanvendelse Vegetation Overfladeafstrømning Vandløb Indvinding Overflade afstrømning Umættet strømning Mættet strømning Geologi Regionale geologiske rammer Lokale geologiske rammer Geologisk data grundlag Opbygningen af den geologiske lokalmodel Sammenhæftning af lokalmodel lag med Sjællandsmodel lag Performance- og nøjagtighedskriterier GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 2/33

3 6... Kalibrering og validering Kalibrering Validering Kalibrerede værdier Resultater Vandbalance for hele modellen Scenarie beskrivelser Scenarie Scenarie Påvirkning af vandløb Vandbalance for deloplande Bibliography Bilag 1. Jordartskort. Bilag 2. Observeret og simuleret vandføring for Tibberup Å, Nybølle Å, Jonstrup Å, Værebro Å, Harrestrup Å. Bilag 3. Simuleret vandføring for Grønsø Å. Bilag 4. Vandbalancen for scenarie 1 og scenarie 2 for Grønsø Å's topografiske opland. Bilag 5. Vandbalance for de respektive vandværkers indvindingsoplande. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 3/33

4 1 Indledning og formål Forsyning Ballerup skal i nærmeste fremtid have fornyet deres indvindingstilladelse. For at belyse de ansøgte indvindingsraters indvirkning på de omkringliggende områder med specielt fokus på overfladevandsrecipienter i form af vandløb er der opstillet en hydrologisknumeriskmodel vha. af softwaren MIKE SHE for området. Med dette værktøj kan hydrologiske fremtidsscenarier simuleres, grundvandsoplande defineres og ændringer i vandføringer i vandløbene beskrives. 2 Hydrologisk model 2.1 Reference model Til videre bearbejdning i dette projekt er som udgangspunkt anvendt den Nationale Vandressource Model for Sjælland, Lolland, Falster og Møn Opdatering 2008 (1). Denne model er efterfølgende refereret til som Sjællandsmodellen. Sjællandsmodellen er en integreret hydrologisk model opstillet i MIKE SHE. Ved en integreret model forståes at både overflade, overflade-nære, den mættede og den umættede del af det hydrologiske kredløb er inkorporeret. Sjællandsmodellens rumlige opløsning er på 500 m x 500 m. 2.2 Lokal model I modellen for Forsyning Ballerup, som efterfølgende er refereret til som Forsyning Ballerup modellen, er Sjællandsmodellen blevet brugt som grundlag, se ovenstående. Forsyning Ballerup modellen har en finere rumlig opløsning på 250 m x 250 m og har i forhold til Sjællandsmodellen opdatererede hydrostratigrafiske lag. Disse lag beskrives nærmere i afsnit 4. Modelafgrænsningen er baseret på grundvandsskel defineret på baggrund af det simulerede hydrauliske trykniveau i lag 12 i Sjællandsmodellen. Dette lag svarer til de prækvartære aflejringer, som kalk. Afgrænsningen af modellen samt placeringen af vandløb og Forsyning Ballerups kildepladser, ses på Figur 1. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 4/33

5 Figur 1. Modelafgrænsningen (rød) samt placeringen af vandløbene (sort). Ydermere ses placeringen af Forsyning Ballerups 5 kildepladser (sort). 3 Data I det følgende præsenteres data, som er brugt i opsætning af Forsyning Ballerup modellen. 3.1 Modeldomæne Det indeværende modeldomæne er defineret ud fra regionale grundvandskel. Disse grundvandsskel er baseret på det simulerede hydrauliske trykniveau i lag i Sjællandsmodellen (1). 3.2 Simuleringsperiode Modellen simulerer perioden til Topografi Topografien er defineret ud fra en digital højdemodel (DEM) med en gridstørrelse på 25 m (1). GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 5/33

6 3.4 Klimatiske parametre Nedbør Nedbørsmængderne, som er brugt som input til modellen, består af 20 DMI klimagrid med en gridstørrelse på 10 km. Nettonedbøren er udregnet som nedbør fratrukket evapotranspirationen (1) Reference evapotranspiration Griddata for reference evapotranspirationen er baseret på 6 stationer lokaliseret inden for modelområdet. Data har en gridstørrelse på 20 km (1) Temperatur Griddata for temperatur er baseret på 6 stationer lokaliseret inden for modelområdet. Data har en gridstørrelse på 20 km (1). 3.5 Arealanvendelse Vegetation Den rumlige udbredelse og parametre for 10 vegetationstyper er defineret i modellen. Det drejer sig om vinterafgrøde, vårafgrøde, permanent græs, olie græs, græs, rodfrugter, hav, skov, løvskov, nåleskov, vådområde og sø. Parametre, som er defineret tæller fastsættelse af vækstsæson i form af LAI (leaf area index), roddybde og Crop Coefficient. Crop Coefficient tilpasser reference evapotranspirationen til den specifikke afgrøde. Ydermere er parametre til bestemmelse af jordfordampning fastsat (1) Overfladeafstrømning Den rumlige fordeling af befæstede arealer er defineret i et 25 m grid, hvor en paved runoff coefficient er defineret. Denne fortæller hvor meget af nedbøren, som falder på befæstede arealer, der skal infiltreres eller drænes enten ud af modellen eller til et nærliggende vandløb (1). 3.6 Vandløb Simuleringerne af vandføringer og vandstand i vandløb er simuleret ved modelkoden MIKE11. Opsætningen er blevet tilpasset til Ballerup Forsyning modellen således at 54 vandløb er udvalgt af de oprindelige 512 vandløb i Sjællandsmodellen. Vandløbene, som er ekskluderet, lå enten uden for modelområdet eller på tværs af modelranden. Vandløbende, som lå på tværs af modelranden og dermed er blevet ekskluderet, tæller 3 små vandløb. Disse var beliggende ved den nordligste del af modelranden og har derfor ingen indflydelse på simuleringerne i det aktuelle interesseområde omkring Forsyning Ballerups 5 kildepladser, eller nævneværdig indflydelse på resten af modelområdet. Vandløb er i MIKE11 detaljeret beskrevet med angivelser af deres fysiske udformning hvor dette er opmålt. Dybde og bredde af vandløbene er mellem disse målepunkter interpoleret. Søer er i den pågældende opsætning, ligesom i Sjællandsmodellen, defineret som brede GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 6/33

7 åer. Dette medfører at dynamikken vedrørende vandstand og udveksling mellem grundvand og søer er usikker i områder med få målepunkter. 3.7 Indvinding Placeringerne af pumpeboringerne, filterdybder og pumperater er defineret som i Sjællandsmodellen, på nær Frederiksberg Forsyning som er lagt ind. Til de respektive vandværker tilknyttet Forsyning Ballerup er følgende pumpeboringer defineret i modellen: Stangkær Vandværk DGU nr DGU nr Lautrup Vandværk DGU nr DGU nr DGU nr Ballerup Vandværk DGU nr DGU nr DGU nr Pilegårdens Vandværk DGU nr DGU nr C Måløv Vandværk DGU nr B DGU nr Ved Pilegårdens Vandværk erstatter boring DGU nr i 2003 boring DGU nr A. 3.8 Overflade afstrømning Når overfladeafstrømning på terræn simuleres med modellen, vil denne blive ført til naboceller eller vandløb. Dette forløb er bestemt af overfladeruheden (Mannings-tallet) og af topografiens forløb. Før modellen simulerer overfladeafstrømning, skal vanddybden på overfladen overstige 10 mm. Mannings-tallet er fastsat til 3 m 1/3 s Umættet strømning Strømning i den umættede zone bliver i modellen beregnet ved hjælp af Richard s Ligning. Til udregning af strømning i den umættede zone, skal der tages højde for en reduceret K- GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 7/33

8 værdi grundet et reduceret vandindhold. Den hydrauliske ledningsevne er således afhængig af vandindholdet. Dette forhold belyses ved hjælp af beregningsmodellen Van Genucten. Der er defineret 20 forskellige jordprofiler i modelområdet, hvis rumlige fordeling er defineret i 25 m grids. Ydermere bliver der taget højde for strømning gennem små sprækker og andre lignende fysiske processer i jorden. Dette sker ved at introducere simple by-pass flow, hvor en fraktion af nettonedbøren bliver ført direkte ned til aquiferen og den anden fraktion strømmer gennem den umættede zone Mættet strømning I forbindelse med simulering af mættet strømning, er de hydrogeologiske parametre som horisontal og vertikal hydraulisk konduktivitet samt magasintal, defineret for i alt 53 hydrostratigrafiske enheder. De overordnede hydrostratigrafiske forhold er defineret ved 13 lag indeholdende de ovenstående nævnte enheder. De 13 lag er nærmere beskrevet i Tabel 1 og afsnit 4. Dybderne for de kvartære lag er defineret i 100 m grids mens de for de præ-kvartære lag er defineret i 250 m grids. De rumlige fordelinger af sedimenttyper, inden for de enkelte beregningslag, er defineret i 500 m grids undtagen for det øverste og nederste lag, som henholdsvis er Opsprækket Ler (250 meter grid) og Nedre Kalk (250 meter grid). GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 8/33

9 4 Geologi Der er i forbindelse med projektet opstillet en ny detaljeret geologisk og hydrostratigrafisk model for området. Denne model er efterfølgende blevet flettet sammen med lagene fra Sjællandsmodellen. En nærmere beskrivelse kan findes i afsnit 4.5. I nedenstående afsnit beskrives de regionale geologiske forhold, lokale geologiske forhold, datagrundlaget og opstillingen af den lokale 3D hydrostratigrafiske model samt sammenfletningen med Sjællandsmodellen. 4.1 Regionale geologiske rammer Lokalmodellen er beliggende i et område, der mod øst er afskåret af Carlsberg forkastningen og mod vest af Roskilde Fjord forkastningen. I området mellem disse forkastningssystemer ligger den prækvartære overflade, svarende til toppen af kalk, relativt højt omkring kote +10 m DVR90. Dette højliggende område er dog afskåret mod nord af Søndersødalen, hvor prækvartær overfladen falder til kote -40 til -45 m DVR90. Der ses i området flere dalstrukturer som skærer sig ned i den højtliggende prækvartære overflade. Mod syd ses en nedskåret dalstruktur, som løber parallelt med Søndersødalen, og som visse steder når ned i kote -25 meter DVR90. Mod vest ses en mindre nedskæring, der løber nord-syd og har forbindelse med Søndersødalen. 4.2 Lokale geologiske rammer Geologien i området belyses på baggrund af boringsdata fra Jupiterdatabasen (2) og geofysiske data, SkyTEM og TEM-sonderinger fra GERDA databasen (3), samt ud fra den geologiske gennemgang udarbejdet i forbindelse med Miljøcenter Roskildes hovedrapport for Smørum-Ballerup (4). Toppen af de prækvartære aflejringer udgøres af kalk. Generelt ligger kalken relativt høj i hele modelområdet, omkring kote +10 kote 0. Mod syd i området endnu højere, helt op til kote +20. I Søndersødalen, der gennemskærer området fra vest mod øst i den nordlige del, ses kalken først nede omkring kote -40. Se Figur 2. De kvartære aflejringer består af skiftende aflejringer af moræneler og sand/grus. Flere steder i modelområdet ligger der sandaflejringer i direkte kontakt med kalken. Specielt flere steder i selve Søndersødalen er der store mægtigheder af sand- og grusaflejringer, enkelte steder består hele den kvartære lagpakke af sand og grus. Som det også fremgår af jordartskortet, se bilag 1, er der store områder, hvor det øverste af lagsøjlen består af organiske post-glaciale aflejringer, særligt mod sydvest. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 9/33

10 De øverste 5-10 m af kalken er almindeligvis opsprækket, som følge af stresspåvirkning fra isoverskridelser. Den opsprækkede kalk er betydeligt mere vandførende end den underliggende kalk, hvilket gør dette sprækkemagasin sammen med det direkte overliggende sandlag til det primære grundvandsmagasin i området. Kote (m DVR90) Figur 2. Prækvartær overfladen med kote angivelse. Model området er markeret med sort og mod nordvest ses Søndersødalen med koter ned til kote -45 Figur 2 er i god overensstemmelse med den overordnede geologiske model for området, som beskrevet i tidligere undersøgelser (4). I (4) deles sandlaget på steder op i 2-3 adskilte enheder, men tværsnit i nærheden af interesseområdet bekræfter, at der her ses 1 sandmagasin direkte oven på kalken. I den geologiske lokalmodel er den samlede mægtighed af kvartært ler estimeret til ca. 15 m og den samlede mægtighed af kvartært sand til mellem 7 m og 15 m. 4.3 Geologisk data grundlag Til opbygning af den 3D hydrostratigrafiske lokalmodel er der anvendt et udtræk fra Jupiterdatabasen og geofysiske data fra Gerda databasen. Disse data er efterfølgende sammenstillet med supplerende boringer fra GEOs egen boringsdatabase, således at det samlede boringsgrundlag udgøres af mere end 6000 boringer. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 10/33

11 Terræn er indarbejdet på baggrund af en højdemodel fra Geodatastyrelsen med en gridstørrelse på 10 x 10 meter. Der er endvidere anvendt GEUS jordartskort i 1:25.000, til at støtte tolkningen af de overfladenære sedimenter i modelen. Figur 3 Datagrundlag til den hydrostratigrafiske model består af ca boringer (vist som røde punkter), skytem data (lilla punkter) og TEM sonderinger (grønne punkter). På kortet ses desuden placeringer af to profiler præsenteret senere i rapporten, se Figur 4 og Figur Opbygningen af den geologiske lokalmodel Den geologiske lokalmodel er opbygget af 12 flader og terræn, hvis navngivning fremgår af Tabel 1. Alle fladerne, på nær terræn, repræsenterer bunden af den pågældende hydrostratigrafiske enhed, således at eksempelvis fladen 03_Sand_1 er bunden af det øverste sandlag. Til at udarbejde den geologiske lokalmodel er der anvendt modelleringsværktøjet Geo- Scene3D, hvor der til hver enhed er tolket og knyttet et antal modelpunkter. Modelpunkterne er afsat i bunden af den pågældende enhed, hvorefter punkterne er interpoleret således at en flade med grid størrelser på 25 x 25 meter er produceret. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 11/33

12 Lokalmodel Antal tolkede Interpolationsmetode model punkter 00_Terræn - Kriging r=5000m, 25x25m celler 01_Pg_fyld 1085 Kriging r=5000m, 25x25m celler 02_Ler_ Kriging r=5000m, 25x25m celler 03_Sand_1 911 Kriging r=5000m, 25x25m celler 04_Ler_ Kriging r=5000m, 25x25m celler 05_Sand_2 892 Kriging r=5000m, 25x25m celler 06_Ler_3 544 Kriging r=5000m, 25x25m celler 07_Sand_3 299 Kriging r=5000m, 25x25m celler 08_Ler_4 141 Kriging r=5000m, 25x25m celler 09_Sand_4 71 Kriging r=5000m, 25x25m celler 10_TPK 1365 Kriging r=5000m, (Bund ler 5) 25x25m celler 12_kalk 62 Kriging r=5000m, (top SK) 25x25m celler Sjællandsmodellen Farver (RGB) Noter sjnova_topo_ Terræn sjnova_ks1t sjnova_ks1b sjnova_ks2t sjnova_ks2b sjnova_ks3t sjnova_ks3b sjnova_ks4t sjnova_ks4b sjnova_preq Top prækvartær Bryozo- og Københavnerkalk sjnova-lowerlevel_kalk Skrive Kridt Tabel 1 Oversigt over lagflader i lokalmodellen og deres tilsvarende flader i Sjællandmodelen. De benyttede farver med RGB koder er identiske med de farver som er benyttet i profil Nord- Syd og i profil Vest-Øst. Alle lag i lokalmodellen er efterfølgende justeret, således at der ikke er krydsende lagflader og en minimumsafstand på 0,1 meter mellem lagene. Der er anvendt en inddeling af de geologiske lag som stemmer overens med Sjællandsmodellen, se Tabel 1. Figur 4. Nord-syd gående profil gennem modelområdet hvor både lagflader og boredata ses. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 12/33

13 Figur 5. Vest-øst gående profil gennem modelområdet hvor både lagflader og boredata ses. På Figur 4 og Figur 5 ses profilsnit gennem den geologiske lokalmodel. Placeringen af profilsnittene ses på Figur 3. Generelt ses store mægtigheder af de to kvartære lerlag (ler 1 og ler 2) og det nedre sandlag (sand 3) som stedvis har direkte kontakt med det underliggende kalklag. Sand 5 ses kun i enkelte områder i den dybeste del af Søndersødalen. Det øvre sandlag (sand 1) har største mægtigheder i den nordlige og vestlige del af modelområdet. 4.5 Sammenhæftning af lokalmodel lag med Sjællandsmodel lag Som det fremgår af Tabel 1 kan lagene i lokalmodellen direkte overføres til tilsvarende enheder i Sjællandsmodellen. Ved sammenhæftning af de geologiske lag i lokalmodellen med de tilsvarende lag i Sjællandsmodelen er følgende fremgangsmåde anvendt. Først klippes et hul i Sjællandsmodellens flader, som svarer overens med lokalmodellen plus en bufferzone på 2 km. Derefter er lagfladerne i lokalmodellen konverteret fra den oprindelige celle størrelse på 25x25m til en celle størrelse på 100x100m, som anvendes i Sjællandsmodellen. I bufferzonen mellem lokalmodellen og Sjællandsmodellen er der efterfølgende interpoleret. 5 Performance- og nøjagtighedskriterier I forbindelse med kalibreringen af Forsyning Ballerup modellen er der opstillet visse kvantitative performance kriterier som angiver modellens evne til at simulere de observerede hydrauliske trykniveauer og vandføringer. Dette er gjort på baggrund af (5). Performancekriteriet ME er et mål for den gennemsnitlige afvigelse mellem simulerede og observerede værdier (5). n ME = 1 n (φ obs,i φ sim,i ) i=1 Performancekriteriet Root Mean Square er et mål for residualerne, som er forskellen med de simulerede og observerede hydrauliske trykniveauer (5). n RMS = 1 n (φ obs,i φ sim,i ) 2 i=1 GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 13/33

14 Performancekriteriet Fbal kvantificerer modellens evne til at simulere den gennemsnitlige vandføring i procent (5). Fbal = 100 Q 0 Q s Q o Performancekriteriet R 2 (Nash and Sutchliffe) kvantificerer modellens evne til at simulere variationer i vandføringen (5), hvor værdien 1 angiver den perfekte simulering. R 2 = (φ obs φ ) 2 obs (φ obs φ sim ) 2 (φ obs φ ) 2 obs Til disse performancekriterier hører et sæt af nøjagtighedskriterier som kan give en indikation på modellen nøjagtighed. Der er 3 forskellige klasser af nøjagtighed værende highfidelity, konservativ og overslagsberegning. Nøjagtighedskriteriet for ME har følgende forhold ME h max β Nøjagtighedskriteriet for RMS har følgende forhold RMS h max β De nedenstående performancekriterier er defineret ud fra det simulerede hydrauliske trykniveau januar 2001 og ståbien (5). Tabel 2. Performancekriterie for ME. β ME - Sand2 ME - Sand3 Performancekriterie for ME - Kalk Overslagsberegning Konservativ High-fidelity Tabel 3. Performancekriterie for RMS. β RMS - Sand2 RMS - Sand3 Performancekriterie for RMS - Kalk Overslagsberegning Konservativ High-fidelity Tabel 4. Performancekriterie for vandføring. R 2 (Nash_Sutcliffe) Fbal [%] Overslagsberegning Konservativ High-fidelity GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 14/33

15 6 Kalibrering og validering For at tilfredsstille de i afsnit 5 opstillede performancekriterier var det nødvendigt at kalibrere og validere Forsyning Ballerup modellen. De simulerede hydrauliske tryknievauer er kalibreret op mod pejlede værdier i Sand2, Sand3 og Øvre Kalk. Der er ikke kalibreret i forhold til hydraulisk trykniveau i Sand1 og Sand4. Dette skyldes at der henholdsvis kun forefindes 8 og 6 kalibreringspunkter i disse lag. De simulerede vandføringer er ligeledes kalibreret op mod 6 målestationer med vandføringsdata fordelt på 5 vandløb. Målestationerne er udvalgt på baggrund af fokus på lokalområdet ved Forsyning Ballerups kildepladser. Se Figur 6 for den rumlige fordeling af kildepladser og vandløb brugt i kalibreringen. Der er ikke kalibreret i forhold til vandføring i Grønsø Å, da observationsdata for denne ikke er tilgængelig. Figur 6. Oversigt over Forsyning Ballerups kildepladser, målestationer og vandløb i lokalområdet. Blå vandløb er brugt til kalibrering og sorte vandløb er aktive i modellen. 6.1 Kalibrering Kalibreringen er udført i perioden Kalibreringsresultaterne for det hydrauliske trykniveau ses i Tabel 5. Der er ikke kalibreret i forhold til hydraulisk trykniveau i Sand1 og Sand4. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 15/33

16 Det ses at modellen svarer overens med en high-fidelity model undtagen for ME i sandlaget Sand2, se Tabel 2 og Tabel 3. Denne nøjagtighed er vurderet værende tilstrækkeligt, da fokus er på estimering af vandbalance og relative ændringer i vandløbene. Tabel 5. Kalibreringsresultat for det hydrauliske trykniveau. ME RMS n Sand Sand Kalk Kalibreringsresultaterne for vandføringerne i vandløbene Tibberup Å, Nybølle Å, Jonstrup Å, Værebro Å og Harrestrup Å ses i Tabel 6. Tabel 6. Kalibreringsresultat for vandføringerne. Stations nr. og vandløb R2(Nash and Sutcliffe) Fbal [%] Fbal [%], Absolut Tibberup Å Nyboelle Å Jonstrup Å Vaerebro Å Harrestrup Å Harrestrup Å Gennemsnit Det ses at gennemsnittet for vandføringssimuleringerne nogenlunde svarer overens med en konservativ model, se Tabel 4. For de gennemsnitlige værdier for kalibreringsresultaterne er Tibberup Å ikke inkluderet. Dette skyldes at vandløbet er påvirket af omstændigheder, som ikke er inkorporeret i modellen og som vandføringen derfor ikke kan simuleres tilstrækkeligt. Denne er i stedet vurderet visuelt med fokus på baseflow, som er vurderet værende tilstrækkeligt kalibreret, se bilag 3. Ydermere er der foretaget en visuel kalibrering af det hydrauliske trykniveau og strømningsretninger op imod Region Hovedstadens potentialekort fra I nedenstående figur ses det simulerede hydrauliske trykniveau i den øvre kalk. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 16/33

17 Figur 7. Simuleret hydraulisk trykniveau i den øvre kalk. 6.2 Validering Valideringen er udført for perioden Valideringsresultaterne for det hydrauliske trykniveau ses i Tabel 7. Det ses at modellen svarer overens med en high-fidelity model undtagen for RMS i sandlaget Sand2, se Tabel 2 og Tabel 3. Denne nøjagtighed er vurderet værende tilstrækkeligt, da fokus er på estimering af vandbalance og relative ændringer i vandløbene. Tabel 7. Valideringsresultat for det hydrauliske trykniveau. ME RMS n Sand Sand Kalk I Tabel 8 ses valideringsresultaterne for vandføringerne i vandløbene Tibberup Å, Nybølle Å, Jonstrup Å, Værebro Å og Harrestrup Å. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 17/33

18 Tabel 8. Valideringsresultat for vandføringerne. Stations nr. og vandløb R 2 (Nash and Sutcliffe) Fbal [%] Fbal [%], Absolut Tibberup_AA Nyboelle_AA Jonstrup_AA Vaerebro_AA Harrestrup Harrestrup Gennemsnit Det ses at vandførings simuleringerne svarer overens en konservativ model, se Tabel 4. For de gennemsnitlige værdier for valideringsresultaterne er Tibberup Å ikke inkluderet. Dette skyldes at vandløbet er påvirket af omstændigheder, som ikke er inkorporeret i modellen og som vandføringen derfor ikke kan simuleres tilstrækkeligt. Denne er i stedet vurderet visuelt med fokus på baseflow, som er vurderet værende tilstrækkeligt valideret, se bilag Kalibrerede værdier Følgende parametre er ændret i løbet af kalibreringen for at opnå mere tilfredsstillende model resultater. Nye hydrostratigrafiske flader for Ler1, Sand1, Ler2, Sand2, Ler3, Sand3, Ler4, Sand4 og Ler5. Sænket K-værdierne i lokalområdet i Sand2 og Sand3 til 1 x 10-4 m/s Ændret K-værdien til 0.25 x 10-4 m/s i en lokal zone i den øvre kalk. Drainage level sættes ned til -1 m. Drain Time Constant ændres til 8 x 10-8 s -1 for hele modellen. Lækagecoefficienten i Værebro Å, Jonstrup Å, Nybølle Å, Harrestrup Å og Tibberup Å ændres til henholdsvis 5 x 10-7 s -1, 1 x 10-5 s -1, 5 x 10-7 s -1, 5 x 10-6 s -1 og 8 x 10-8 s -1. Drain Time Constant i oplandet til Harrestrup Å er sat op til 9 x 10-7 s -1, mens den for Tibberup er sat op til 1.6 x 10-7 s -1. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 18/33

19 7 Resultater I det følgende præsenteres data fra modellen. Dette være sig både resultater fra referencescenariet, som svarer til den kalibrerede model, og fra forskellige opstillede scenarier. 7.1 Vandbalance for hele modellen For referencescenariet er der udregnet en vandbalance for for hele modelområdet. Denne er vist i Figur 8. Figur 8. Akkumuleret vandbalance for hele modelområdet i perioden Scenarie beskrivelser For at belyse effekten af Forsyning Ballerups indvindinger på omkringliggende vandløb er der opstillet to scenarier, som er forklaret i nedenstående. Scenarierne er simuleret for GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 19/33

20 perioden , men kun resultater for perioden er anvendt. Dette bevirker at modellen har perioden til at indstillet sig til hvert givent scenarie. En længere indkøringsperiode kunne implementeres, som ville bevirke at det hydrauliske trykniveau ville have længere tid til at indstille sig Scenarie 1 I scenarie 1 simuleres en situation, hvor der ikke foregår en indvinding af grundvand ved Forsyning Ballerups kildepladser. Derved simuleres vandføringer i omkringliggende vandløb som ikke er påvirket af indvindingen fra Forsyning Ballerups kildepladser Scenarie 2 I scenarie 2 simuleres en situation, hvor der foregår en indvinding af grundvand ved Forsyning Ballerup svarende til de ansøgte indvindingsrater. Derved simuleres vandføringer i omkringliggende vandløb som er påvirket af indvindingen fra Forsyning Ballerups kildepladser. De ansøgte og anvendte indvindingsrater er følgende Ballerup Vandværk m 3 /år Måløv Vandværk m 3 /år Pilegårdens Vandværk m 3 /år Lautrup Vandværk m 3 /år Stangkær Vandværk m 3 /år 7.3 Påvirkning af vandløb I nedenstående ses forskellen i procent for gennemsnitlig årlig vandføring mellem scenarie 1 og scenarie 2. De 6 målestationer, som er anvendt i kalibreringen, er ligeledes anvendt til dette. Det ses at forskellen mellem de to scenarier højst er 10.3 procent. Tabel 9. Forskellen i procent for gennemsnitlig årlig vandføring mellem scenarie 1 og scenarie 2 for 6 forskellige målestationer Tibberup Å 52.4 Nyboelle Å Jonstrup Å Værebro Å Harrestrup Å 53.1 Harrestrup Å Ud over vandløbene Tibberup Å, Nybølle Å, Jonstrup Å, Værebro Å og Harrestrup Å, som er anvendt i kalibreringen, er der specielt fokus på indvindingernes påvirkning af Grønsø Å. Ved færdiggørelsen af denne rapporter er GEO ikke i besiddelse af vandføringsdata fra Grønsø Å. Grønsø Å s opland er udregnet fra et punkt nedstrøms med koordinaterne GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 20/33

21 x=703920, Y= Den simulerede vandføring i Grønsø Å i referencescenariet ses i bilag 3. Figur 9. Simuleret vandføring i Grønsø Å for scenarie 1 og scenarie 2. I Figur 9 og Tabel 10 ses forskellen i vandføring i Grønsø Å for scenarie 1 og scenarie 2. Den procentvise forskel mellem den årlige gennemsnitlige vandføring for de to scenarier er 7,0 13,2 procent. Ligeledes ses det at forskellen mellem de to scenarier ikke overstiger 1 l/s. Disse resultater skal ses i forhold til den ganske lille vandføring, som der simuleres. Det må derfor vurderes om usikkerhederne på disse beregninger overstiger de kvantitative beregnede forskelle. Tabel 10. Til venstre ses forskellen i procent for gennemsnitlig årlig vandføring mellem scenarie 1 og scenarie 2 for Grønsø Å. Til højre ses forskellen i årlig minimumsvandføring [l/s] mellem scenarie 1 og scenarie 2 for Grønsø Å. Forskel i årlig gennemsnitlig vandføring [%] Forskel i årlig minimumsvandføring [L/s] GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 21/33

22 Ved udregning af en vandbalance for både scenarie 1 og scenarie 2 for Grønsø Å s topografiske opland findes der en forskel i det kumulative grundvandsbidrag til vandløbene ( ) til åen på ca. 10 procent. Dette er vist i bilag 4. Grønsø Å s opland måler km Vandbalance for deloplande For scenarie 2 er der for hver kildeplads defineret et indvindingsopland samt et grundvandsdannende opland. Dette er gjort på baggrund af vejledninger fra GEUS (6). Yderligere er der for hvert indvindingsopland beregnet en vandbalance for perioden I Figur 10 ses både indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande, som er udfærdiget på baggrund af partikelbane simuleringer. Partikelbane simuleringerne er udført for peiroden Der er benyttet en 200-årig periode da tidligere hydrologiske modelleringer i området viste dette var tilstrækkeligt (4). Oplandene er defineret på baggrund af oppumpede vandpartiklers oprindelsessted. Ved start af modellen bliver 5 partikler placeret i hver enkelt celle i modellen. Grundet oppumpningen i indvindingsboringerne bliver visse af disse partikler oppumpet. Oprindelsesstedet for disse specifikke partikler bliver efterfølgende defineret både horisontalt og vertikalt. Partikler, hvis oprindelsessted er kalken, bruges til at definere invindingsoplandet. Partikler, hvis oprindelsessted er toppen af modellen, bruges til at definere det grundvandsdannende opland. De respektive oplande vist i Figur 10 er defineret ud fra ovenstående metode. Der er ikke anvendt en bufferzone, beskyttelseszone eller stokastisk metode. Figur 10. Indvindingsoplande for de 5 kildepladser er vist med farve. Det ternede område er grundvandsdannende oplande. Ydermere ses Grønsø Å (blå) og det topografiske opland til denne. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 22/33

23 I bilag 5 ses den akkumulerede vandbalance for indvindingsoplandene til de 5 kildepladser Ballerup vandværk, Måløv vandværk, Lautrup vandværk, Pilegårdens vandværk og Stangkær vandværk i perioden I nedenstående tabel er nedsivningen til den mættede zone for hvert opland vist samt størrelsen af de respektive oplande. Infiltration til mættet zone [mm] Areal af indvindingsoplande [km 2 ] Areal af grundvandsdannende oplande [km 2 ] Ballerup vandværk Lautrup vandværk Måløv vandværk Pilegårdens vandværk Stangkær vandværk GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 23/33

24 8 Referencer 1. GEUS. National Vandressource Model. Sjælland, Lolland, Falster og Møn - Opdatering Copenhagen : GEUS, Jupiter databse. [Online] GERDA - GEofysisk Relational DAtabase. [Online] COWI. Smørum-Ballerup Hovedrapport. s.l. : Miljøcenter Roskilde, GEUS. Håndbog i grundvandsmodellering. s.l. : Danmarks og Grønlands geologiske undersøgelse rapport 2005/80, Udpegning af indvindings- og grundvandsdannende oplande (Del 1). Geo - vejledning 2. s.l. : GEUS, GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 24/33

25 Bilag 1. - Jordartskort. GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 25/33

26 Bilag 2. Observeret og simuleret vandføring Tibberup Å, st Nybølle Å, st Jonstrup Å, st Værebro Å, st GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 26/33

27 Harrestrup Å, st Harrestrup Å, st GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 27/33

28 Bilag 3. Simuleret vandføring i Grønsø Å, referencescenariet Grønsø Å GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 28/33

29 Bilag 4. Akkumulerede vandbalancer for scenarie 1 og 2, Grønsø Å s topografiske afstrømningsopland Scenarie 1 GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 29/33

30 Scenarie 2 GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 30/33

31 Bilag 5 Ballerup Vandværks indvindingsopland. Kumuleret vandbalance Måløv Vandværk Nedbør [mm] Oppumpning [mm] Infiltration til mættet zone - netto [mm] Magasin ændring [mm] Baseflow [mm] Dræn til vandløb [mm] Evapotranspiration [mm] Strømning ud over rand - netto [mm] Scenarie Scenarie Pilegårdens Vandværk Scenarie Scenarie Stangkær Vandværk Scenarie Scenarie Ballerup Vandværk Scenarie Scenarie Lautrup Vandværk Scenarie Scenarie GEO Maglebjergvej Kgs. Lyngby Tlf.: Fax: geo@geo.dk GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby CVR-nr:

32 Ballerup Vandværks indvindingsopland. Vandbalance Nedbør [mm/år] Oppumpning [mm/år] Infiltration til mættet zone - netto [mm/år] Magasin ændring [mm/år] Baseflow [mm/år] Dræn til vandløb [mm/år] Evapotranspiration [mm/år] Strømning ud over rand - netto [mm/år] Måløv Vandværk Scenarie Scenarie Pilegårdens Vandværk Scenarie Scenarie Stangkær Vandværk Scenarie Scenarie Ballerup Vandværk Scenarie Scenarie Lautrup Vandværk Scenarie Scenarie GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby 32/33

33 GEO projekt nr , Ballerup Forsyning, Rapport 2, Lyngby