Vandforsyningsteknik 58

Transkript

1 Vandforsyningsteknik 58 Dansk Vand- og Spildevandsforening

2 Udgiver: Dansk Vand- og Spildevandsforening VANDHUSET, Danmarksvej Skanderborg Tlf Fax Web Udgivelsesår: 2009 Titel: Vandforsyningsteknik 58 Redaktionen afsluttet: Juli 2009 ISSN: ISBN: Tryk:

3 Indhold Forord Indvindingstilladelser i nye rammer Af Bente Willumsen Rammerne for indvindingstilladelser VVM - vurdering af virkninger på miljøet Natura En historie fra det virkelige liv Afdækning af fremtidsudsigterne for kildepladser i Energi Randers Af Rasmus Bærentzen Indledning Baggrund Afdækning af fremtiden via de ''hårde'' data Anvendelse af modelberegninger til fremtidsprognoser Stoftransportberegninger Kildepladsens fremtidige nitratindhold Punktkilder og bæredygtighed Fremtiden Måling af vandindhold og transmissivitet, før der bores, med MRS-metoden Af Mette Ryom Nielsen Indledning Baggrund MRS-Metoden Anvendelse Eksempler Sammenstilling med prøvepumpning Sammenfatning Referencer

4 Batteridrevet udstyr til sikring og pejling af KE's 840 hævertog pejleboringer Af Peter Kleis Det her med kalk - det kunne gøres bedre! Af Lars Michael Bertelsen Pilotprojekt med dosering af lud En projektmodel bliver skabt Forbrugeroplevede konsekvenser af at ændre drikkevands mineralindhold Af Martin Rygaard og Philip Binning Konsekvenser af at ændre drikkevandets kvalitet Dosis-responsrelationer Blanding af vandtyper og remineralisering Den økonomiske effekt Usikkerheder Den samlede effekt Konklusioner og analysens begrænsninger Referencer Problemer med hurtigfiltre Af Henrik Aktor Indledning Mangelfuld ekspansion af filtermaterialet under filterskylning.. 77 Procesteknisk vurdering af stofomsætning i filtre: Ammonium.. 81 Referencer Etablering af nyt vandværk i Aasiaat Af Lars Hoffmeyer, Søren Carsten Nielsen og Peter Borch Nielsen Baggrund Vandressourcen og dimensioneringen Vandbehandlingen Skyllevandsbehandlingen Vandkvaliteten Afslutning

5 Dimensionering af forbindelse mellem Gentofte og Gladsaxe Kommuner, samt etablering af backup til KE Af Anders Hahn Kristensen, Svend Strunge, Erling V. Fischer, Bo Lindhardt, Michaela Bloch Eiris og Tina Chawes Baggrund Nyt projekt om forbindelse mellem Gentofte og Gladsaxe Kommuner Dimensionering af ledning for den endelige forbindelse i Snogegårdsvej Afslutning RENO-VAND - optimal renoveringsplanlægning Af Jesper Hall Idégrundlag og udbytte af RENO-VAND Datagrundlag Konfigurering af datavask Generering af geometiske renoveringsprojekter Vægtning og beregning af teknisk, økonomisk og samlet renoveringsbehov Prioritering og visualisering Perspektiver og det fremtidige arbejde DANVAND - den nationale standard for registrering af vandforsyningsanlæg Af Erling Nissen og Thomas Sørensen Metode til prøvetagning af drikkevandskvalitet - metaller Af Charlotte B. Corfitzen og Hans-Jørgen Albrechtsen Formål Metode Prøvetagningsudstyr Validering Konklusion Referencer

6 Fejlinstallationer hos forbrugerne Af Allan Broløs Tilsyn og byggesagsbehandling hos Københavns Energi Risici ved ulovlige installationer på privat grund Drikkevandssikkerhed og tilbagestrømningssikring på privat grund Findes der gode vejledninger om tilbagestrømningskilder? Sikring mod skader på bygninger - installationer på privat grund Både drikkevandssikkerheden og boligmassen har godt af tilsyn 157 Redegørelse vedr. sikring af drikkevandet med mikrobiologisk forurening Af Inger Bergmann Baggrund, Kommissorium, deltagere, afgrænsning Vandforsyningsstrukturen i Danmark Omfang og årsager til forureninger i vandforsyningen Regelgrundlaget Erfaringer med det faktiske tekniske tilsyn Anbefalinger Risikovurdering af forhøjede værdier af coliforme bakterier Af Charlotte B. Corfitzen, Óluva K. Vang og Hans-Jørgen Albrechtsen Scenarieberegninger Udbrudsdata Konklusion Perspektiv Status for revision af drikkevandsdirektivet Af Claus Jørgensen Krav om revision af drikkevandsdirektivet Overblik over revisionen i 2003 og Drinking Water Safety Plans (WSP) Prøvetagning Mikrobiologiske parametre Projekt om revision af de kemiske parametre Konsekvensvurdering Konklusion Referencer

7 Energibesparelser ved procesbenchmarking Af Ebbe von Arenstorff Baggrund Projektidé Projektmål Procesbenchmarking Udgangspunkt Projekternes gennemførelse Projektdeltagere Status for projekterne Projekterfaringer Henvisninger Overvindelse af barrierer i forbindelse med energibesparelser Af Stefan Schmidt Indledning Tre kategorier af energibesparelser Fundamentet for energibesparelser Definér hvad en energibesparelse er for jeres forsyning Energipolitik og planlægning Overvindelse af barrierer

8 10

9 Forord Det 58. Årskursus i DANVA, Dansk Vand- og Spildevandsforening, blev afholdt på Radisson SAS Scandinavia Hotel i Århus januar Denne bog indeholder i skriftlig form de foredrag, der blev afholdt på kurset. Ved foreningens årskursus forelægges og drøftes tidens mest aktuelle emner inden for vandforsyningen. Foreningens medlemmer og gæster til dette arrangement får herved kontant viden til brug i deres daglige arbejde i dansk vandforsyning. Overskrifterne for dette års emner var: Ressourcer: Indvindingstilladelser i nye rammer Afdækning af fremtidsudsigterne for kildepladser i Energi Randers Vandindvinding: Måling af vandindhold og transmissivitet, før der bores, ved MRS-metode Batteridrevet udstyr til sikring og pejling af KE s 840 hævert- og pejleboringer Vandbehandling: Det her med kalk det kunne gøres bedre! Forbrugeroplevede konsekvenser af at ændre drikkevands mineralindhold Problemer med hurtigfiltre Forsyningssikkerhed: Etablering af nyt vandværk i Aasiaat Dimensionering af forbindelse mellem Gentofte og Gladsaxe Kommuner, samt etablering af backup til KE Ledninger: RENO-VAND, optimal renoveringsplanlægning DAN- VAND, den nationale standard for registrering af vandforsyningsanlæg Vandkvalitet: Metode til prøvetagning af drikkevandskvalitet, metaller Redegørelse vedr. sikring af drikkevandet mod mikrobiologisk forurening Risikovurdering af forhøjede værdier af coliforme bakterier Status for revidering af Drikkevandsdirektivet (mhp. DDS) 11

10 Installationer: Fejlinstallationer hos forbrugerne Energibesparelser: Energibesparelser ved procesbenchmarking Overvindelse af barrierer i forbindelse med energibesparelser Håndbogen er den eneste samlede oversigt over det nyeste inden for vandforsyningsteknik i Danmark. Vandforsyningstekniske emner, der ikke er behandlet i denne udgave, kan med stor sandsynlighed findes i tidligere udgaver i denne serie. DANVA ønsker medlemmer og andre læsere god fornøjelse med Vandforsyningsteknik 58. Indsatsområde Kompetenceudvikling & Rekruttering 12

11 Indvindingstilladelser i nye rammer Af civilingeniør, seniorprojektleder Bente Villumsen, COWI Rammerne for indvindingstilladelser Den 1. april 2010 udløber vandindvindingsrettigheder, som er opnået før de nuværende bestemmelser i vandforsyningsloven trådte i kraft. Det betyder at mange kommuner står over for en stor opgave med at forny indvindingstilladelserne. Når det gælder almene vandværker og markvandingstilladelser, er der tale om en ny opgave som kommunerne overtog fra de nedlagte amter den 1. januar De nye tilladelser skal samtidig udarbejdes på et nyt plangrundlag, som her i begyndelsen af 2009 endnu ikke har set dagens lys. Hidtil har regionplanerne udgjort de planmæssige rammer for indvindingstilladelserne, og de gælder fortsat indtil nye vand- og naturplaner vedtages efter miljømålsloven. Miljømålsloven er den danske gennemførelse af vandrammedirektivet og habitat- og fuglebeskyttelsesdirektiverne (Natura 2000), og den blev vedtaget i Lovgivningen er ændret flere gange siden, hovedsagelig på grund af kommunalreformen, men for habitatdirektivet er der desuden foretaget ændringer i anden lovgivning efterhånden, da EU ikke var tilfreds med den danske implementering. Efter miljømålslovens tidsplan skulle udkast til vand- og naturplaner være sendt i offentlig høring med et halvt års høringsfrist senest den 22. december 2008, og planerne skal endeligt vedtages senest et år senere. Planerne lader dog vente på sig, og det er usikkert om Miljøministeriet når at få de endelige versioner færdige til årets udgang. Endnu en komplicerende faktor for kommuner og forsyninger er 13

12 fortolkningen af VVM-reglerne (Vurdering af Virkninger på Miljøet), som også følger af et EU-direktiv. Det står ikke klart for kommunerne, hvornår ansøgninger om indvindingstilladelse skal VVM-screenes, og der mangler nærmere retningslinjer for, hvornår der faktisk skal gennemføres en VVM. Selve VVM-processen som enkelte forsyninger allerede er i gang med kompliceres af det manglende plangrundlag og usikkerhed om, hvilke krav der kan og bør stilles til vandindvinding i denne situation. Udgangspunktet når en kommune skal vurdere fornyelsen af en indvindingstilladelse, er vandforsyningslovens 22, stk. 2, som siger, at "når en vandindvindingstilladelse bortfalder som følge af en tidsbegrænsning, skal en ny tilladelse meddeles i det omfang, der fortsat er behov for vandindvinding, medmindre samfundsmæssige hensyn, jf. 1 og 2, er til hinder herfor". Hovedreglen er altså, at indvindingstilladelser skal forlænges når de udløber, men myndigheden skal undersøge om der er gode grunde til ikke at forlænge dem. De hensyn som kan begrunde at tilladelser ikke forlænges, er beskrevet i de to nævnte paragraffer. Vandforsyningslovens 1 beskriver lovens formål, som primært er hensigtsmæssig udnyttelse og beskyttelse af vandforekomsterne, samordning og udbygning af den eksisterende vandforsyning, samt at sikre drikkevandets kvalitet af hensyn til menneskers sundhed. Lovens 2 beskriver de hensyn, der skal tages ved administration af loven. Her nævnes vandforekomsternes omfang, befolkningens og erhvervslivets behov for vandforsyning, miljøbeskyttelse og naturbeskyttelse samt anvendelse af råstofforekomster. Desuden har vi i 2008 fået et nyt stk. 2, som indeholder et eksplicit krav om at tage hensyn til Natura 2000 (se også bek. 408/2007). Umiddelbart skal der være tale om vægtige hensyn, for at en indvindingstilladelse ikke kan fornys. I mange tilfælde vil disse hensyn allerede vise sig i en VVM-screening og eventuelt i en efterfølgende VVM-proces. 14

13 VVM vurdering af virkninger på miljøet Afgørelsen om VVM finder sted på tre niveauer: Det første, når der tages stilling til om en sag skal VVM-screenes, det andet når sagen (eventuelt) VVM-screenes, og det tredje i selve VVM-sagen. Kriterierne på de tre niveauer er imidlertid de samme. Ganske få vandindvindinger falder ind under VVM-bekendtgørelsens bilag 1, hvor der altid skal foretages VVM, nemlig vandforsyningsboringer med en årsproduktion på 10 mio m 3 eller mere (punkt 32). Langt flere dækkes imidlertid af bilag 2, hvor der skal foretages VVM, hvis påvirkningen af miljøet er væsentlig. Afgørelsen af, hvorvidt der skal foretages VVM efter bilag 2, ligger hos den enkelte kommune. Der er endnu begrænset erfaringsgrundlag for disse afgørelser, og den nye VVM-vejledning, der har været i høring i 2008, giver kun begrænset støtte til kommunerne. Indtil videre er det derfor vanskeligt at vurdere, hvor mange vandforsyninger der vil blive pålagt VVM i forbindelse med fornyelse af tilladelserne. I kommunernes afgørelse må det i øvrigt forventes, at påvirkningen af naturen, herunder ikke mindst Natura 2000-områder, vil få stor vægt. I de tilfælde hvor en vandforsyning skal igennem VVM, viser de hidtidige erfaringer at det kan være en lang og kompliceret proces. Fordelen er dog at når processen er overstået, er det samtidig klart, hvilke krav og vilkår der skal stilles i forbindelse med selve indvindingstilladelsen. Natura 2000 Som det fremgår, har ikke kun de kommende vandplaner, men i mindst lige så høj grad Natura 2000 og de kommende naturplaner betydning, når der skal ansøges om nye indvindingstilladelser. Det anbefales derfor at både kommunale sagsbehandlere og forsyninger som har brug for 15

14 nye tilladelser, sætter sig ind i de grundlæggende principper i Natura Udgangspunktet i Natura 2000 er, at de beskyttede arter og naturtyper i områderne skal opnå gunstig bevaringsstatus. Der er tale om 254 EFhabitatområder med 59 naturtyper og 35 dyre- og plantearter, og 113 EF-fuglebeskyttelsesområder med 84 fuglearter. Oplysninger om områderne og arterne kan findes på hvor der også er et kort over de beskyttede områder (figur 1). Figur 1. Natura 2000 i Danmark (fra 16

15 Naturplanlægningen sker i en proces som svarer til processen for vandplaner. Der er gennemført en basisanalyse og tilstandsvurdering for hvert af de udpegede områder, og der skal nu udarbejdes indsatsplaner, som skal implementeres gennem kommunale handleplaner. Der er ingen tidsplan for gennemførelsen i habitatdirektivet, men i Danmark er der truffet beslutning om at lade gennemførelsen følge vandrammedirektivet. Der er pligt til at konsekvensvurdere alle projekter inden for områderne, og for projekter uden for områderne er der pligt til at vurdere om de påvirker ind i de beskyttede områder, og om der findes beskyttede arter uden for områderne, som kan påvirkes af projektet. Til dette formål er det muligt at hente mere detaljerede kort på (se figur 2) samt basisanalyser for alle områderne. Desuden findes der vejledninger i vurdering af gunstig bevaringsstatus for hver af de mange Figur 2. Udsnit af kort over Natura 2000-områder. Fra 17

16 arter og naturtyper. Materialet kan findes via By- og Landskabsstyrelsens hjemmeside, Da antallet af beskyttede arter er stort, og mange af dem findes udbredt uden for de beskyttede områder, vil det ofte være nødvendigt at inddrage biologisk sagkundskab, når det skal vurderes om der er risiko for påvirkning af beskyttede arter og naturtyper. En historie fra det virkelige liv Min personlige erfaring med Natura 2000 begyndte i 2001, hvor jeg som sagsbehandler i Miljøstyrelsen fik en ny klagesag ind på mit bord. Der var tale om én sag, men klagen handlede om ikke mindre end 29 tilladelser. Det var jo ganske omfattende, men det var ikke meget materiale som var vedlagt. Der står jo ellers i vandforsyningsloven, at førsteinstansen skal vedlægge det materiale der er indgået i sagens behandling, men det var ikke meget. Baggrunden var, at Ribe Amtsråd efter adskillige henvendelser fra landmænd med kløvergræs havde besluttet at øge den mængde vand, der kunne tildeles til at vande kløvergræs. Der var kommet en del ansøgninger, og det var enkelt at beregne udvidelserne af de eksisterende tilladelser. Der var tale om moderate vandmængder, måske 10, 30 eller m3, afhængigt af, hvor meget kløvergræs landmanden dyrkede. Så der blev udsendt et stort antal afgørelser fra amtet om forøgelse af den tilladte vandmængde til vanding. Klagen var indsendt af Danmarks Naturfredningsforening med henvisning til, at amtet ikke havde vurderet den mulige påvirkning af det udpegede habitatområde Sneum Å og Holsted Å, hvor den sjældne laksefisk snæbel indgår i udpegningsgrundlaget. Sneum Å og Holsted Å er udpeget som habitatområde nr. 90, sådan som det kan ses i figur 2 og inden for oplandet til de to vandløb var der givet 29 tilladelser til forøget vanding af kløvergræs. 18

17 Figur 3. To snæbler uden for deres naturlige habitat. På det tidspunkt vidste jeg ikke noget om habitater og havde aldrig før hørt om snæbel, så jeg spurgte mine kolleger. Der var heller ikke nogen af dem der vidste noget om det, så enden blev at jeg ringede til mine gode kolleger i Skov- og Naturstyrelsen, som dengang administrerede habitatdirektivet. De vidste til gengæld en masse! De var i øvrigt særdeles hjælpsomme jeg fik en lang forklaring om vigtigheden af at passe på habitaterne og arterne, og faktisk havde de netop lavet en ny vejledning om administration af internationale naturbeskyttelsesområder, som de venligt sendte mig straks. Derefter blev der læst og studeret, diskuteret og overvejet i Miljøstyrelsen. "On the job-training", som det vel kaldes på nutidigt dansk. Netop disse to vandløb var udpeget som habitatområde for snæbelen. En fisk af laksefamilien, som er en prioriteret beskyttet art, som vi i Danmark har en særlig forpligtelse til at passe på, fordi den ikke lever så mange andre steder. Og dermed til at passe på dens levesteder. 19

18 Nu handlede det jo om sommervandføringer, som det jo næsten altid gør når der er vrøvl med markvanding i forhold til vandløb. Normalt er det ikke det store problem for laksefisk de gyder om vinteren, og fiskeynglen er ude af vandløbet igen, inden de allerlaveste vandføringer indfinder sig. Men Skov- og Naturstyrelsens fiskeekspert kunne gøre os endnu klogere: Det gælder ikke snæbel! De bliver længere tid oppe i vandløbet kan ikke tåle saltvandet når de er små så de har brug for vand i vandløbet om sommeren. Så går det jo ikke at man bare giver forøget indvindingstilladelse uden at vurdere påvirkningen. Derfra var det forholdsvis enkelt. Miljøstyrelsen ophævede de 29 tilladelser, og amtet fik besked på at overveje sagen igen. I mellemtiden var vi nogle stykker der havde lært noget! Jeg ved ikke om landmændene fik tilladelserne igen. Men der kom ikke flere klager. Læs mere

19 Afdækning af fremtidsudsigterne for kildepladser i Energi Randers Af vandforsyningschef Rasmus Bærentzen, Energi Randers Vand A/S Indledning Det grundvand som vi oppumper på vores kildepladser, er det råmateriale, som indgår i vandforsyningernes drikkevandsproduktion. Der er måske en tendens til, at vi tager kvaliteten af vores råmaterialer for givet. Der findes både data og værktøjer til, at man kan lave en afdækning af, hvordan fremtidsforholdene ser ud for vores kildepladser. Og bør man ikke som ansvarlig for drikkevandsproduktionen afdække prognoserne for det grundvand, som vi vil sende ud til vores kunder i fremtiden? Baggrund Gennem tiden har man kunnet se flere kildepladser blive lukket som følge af problemer med vandkvaliteten. Når den slags ting indtræffer, står man i en situation, hvor man lige pludselig har meget travlt med at planlægge og etablere en ny kildeplads og evt. også et nyt indvindingsanlæg. Søgningen efter de bedste drikkevandsressourcer i et område er en tidskrævende proces, og derfor er det jo bedre at være lidt på forkant med tingene, før de kedelige hændelser indtræffer. Energi Randers har 4 kildepladser, som ses af figur 1, hvor vi stod overfor at skulle vurdere investeringsbehovet og om det var fornuftigt at investere i de pågældende anlæg. Hos Energi Randers tog vi i 2006 den beslutning, at vi ville foretage en vurdering af fremtidsudsigterne 21

20 for alle vores kildepladser, før vi gik i gang med større investeringer på kildepladserne. Vi kunne bl.a. se, at der med fordel kunne igangsættes energioptimering på i hvert fald en af kildepladserne, og der var fra kommunens side stor interesse for også at få gang i skovrejsning som grundvandsbeskyttelse. Vi valgte dog at tage det lidt med ro og i stedet tage fat på at afdække fremtidsforholdene på kildepladserne med fokus på, hvor grundvandet dannes og strømningen frem til kildepladserne. Figur 1. Placeringen af Energi Randers 4 kildepladser. For at få en fyldestgørende afdækning af fremtiden for en kildeplads er man nødt til at se både på de hårde facts i form af måledata, men også involvere de mere indirekte metoder som kan sammenstille de hårde facts. 22

21 Energi Randers kildeplads ved Oust Mølle er placeret i den vestlige del af Randers, og kildepladsen er beliggende både i bynært område og tæt på et område med intensiv landbrugsdrift dvs. begge elementer, som bør vurderes i forhold til fremtidsudsigterne for en kildeplads. Kildepladsen består af 10 indvindingsboringer, og der indvindes samlet ca. 1,2 mio. m 3 /år. Der ses en svag udvikling i nitrat på kildepladsen. Indvindingsmagasinet har en høj ydelse, og der kan hentes ca. 100 m 3 /t med kun få meters afsænkning. Samtidig er boringerne artesiske, hvilket jo reducerer risikoen for eventuelle forureningsproblemer lige op ad kildepladsen. Samtidig er grundvandet af en kvalitet som gør, at den ikke behøver vandbehandling. Alt i alt må kildepladsen betegnes som velegnet, dog kan arealanvendelsen i oplandet give problemer i fremtiden. Disse forhold ønskede vi at afdække. Afdækning af fremtiden via de hårde data Vi valgte at starte med at afdække nogle af de hårde data bestående af geologi, hydrogeologi og vandkemi. De tre ting afhænger ofte af hinanden, da vandkemien jo afspejler de geologiske forhold under transportvejen til kildepladsen. En af de parametre som kan udgøre et problem for drikkevandsindvinding er nitrat, og derfor har det været et af de stoffer, som vi har ønsket at se nærmere på, og gerne foretage en vurdering af fremtidsudsigterne for denne parameter. Vi forsøgte at afdække sammenhænge mellem kemi og geologi for at kunne belyse de styrende parametre for nitratindholdet på kildepladserne. Herved ville vi måske blive i stand til at styre os ud af problematikkerne eller måske forsinke udviklingen. Vi forsøgte at se efter sammenhænge mellem dæklagenes tykkelse, boringernes specifikke kapacitet, boringernes alder, ydelsen i boringerne mv. Men der var intet, som kunne afsløre en entydig sammenhæng. Men vi kunne i al fald konstatere, at en stor del af vandkemien havde baggrund i sårbare magasinforhold. 23

22 Anvendelse af modelberegninger til fremtidsprognoser Efter at have afdækket de mere hårde data var vi nået frem til, at vi måtte se på mere indirekte metoder. Vi valgte, at forsøge at afdække indvindingsforholdene på kildepladserne med en grundvandsmodel. Vi havde forventning om, at den kunne afsløre sammenhænge, som vi umiddelbart ikke kunne se. Med grundvandsmodellen fik vi mulighed for at visualisere sammenhængene mellem geologien og strømningsforholdene og begynde at se årsagerne til den grundvandskemi, som også kunne ses i boringerne. Vi valgte både at foretage traditionelle oplandsberegninger, men også at visualisere betydningen af modelusikkerhederne, som kunne kvantificeres og dermed indgå i en vurdering af, hvilke arealer vis skulle se nærmere på. Resultaterne for vores kildeplads ved Oust Mølle viste, at vi indvinder relativt ungt vand på kildepladsen, som delvist dannes i landbrugsopland og delvist i byområde. Selv om selve kildepladsen er godt beskyttet, har grundvandsmagasinet kontakt til områder, hvor der stort set ingen beskyttelse er. Dette er årsagen til, at vi på kildepladsen ser en oxideret vandtype og et nitratindhold, som er svagt stigende (10-12 mg/l). De indledende beregninger blev udført med en såkaldt partikelbaneberegning, som svarer til at man følger en partikel fra dannelsesområdet til kildepladsens boringer. Dette er en meget idealiseret metode, som netop giver gode muligheder for et skøn over aldersfordelingen af grundvandet. Dette kan ses af figur 2, hvor aldersfordelingen af grundvandet er vist både med og uden usikkerhedsberegninger; men i begge tilfælde viser det, at en stor del af indvindingen på kildepladsen består af ungt grundvand. Så vurderingen af den sårbare indvinding ser ud til at holde stik. 24

23 Figur 2. Beregnet aldersfordeling med (nederst) og uden usikkerhedsvurdering (øverst). Af figuren kan det ses, at vi efter anvendelse af kildepladsen i ca. 30 år bør kunne se en effekt af den arealanvendelse, der foregår indenfor oplandet. Dog skal man jo tage med i betragtning, at der foregår både kemisk og bakteriologisk omdannelse af mange af de kemiske stoffer, 25

24 som forekommer i grundvandet. Dette gælder også for nitrat, da vi kan se mindre stigninger i nitrat, men samtidig ses også stigninger i sulfat. Stigningerne i sulfat kan hænge sammen med, at der sker en reduktion af nitrat til frit kvælstof under dannelse af sulfat, og at det måske er årsagen til, at indholdet af nitrat ikke er større i dag. Men vil det være en proces som vil blive ved og dermed medføre, at vi også på sigt kan fortsætte indvindingen? Erfaringer fra andre steder viser, at reduktionskapaciteten i jordlagene, som grundvandet strømmer igennem, gradvist opbruges, og på et tidspunkt vil indholdet af nitrat blive langt højere. En dokumentation for at det er korrekt kan fås ved at se på vandkvaliteten i en boring placeret opstrøms for vores kildeplads. Her ses et nitratindhold på 46 mg/l, hvilket tyder på, at her er nitratreduktionskapaciteten helt eller delvist opbrugt. Formodentlig giver denne boring indikationer i retning af, hvad vi på længere sigt har i vente på vores kildeplads, når reduktionskapaciteten er opbrugt. Figur 3. Sammenhængen mellem nitratindhold og beregnet andel af ungt vand i boringerne 26

25 Med grundvandsmodellen kunne vi se en næsten entydig sammenhæng mellem nitratindholdet i de fleste af boringerne og andelen af ungt grundvand beregnet i grundvandsmodellen (se figur 3). Dette bekræfter, at jo yngre grundvand der indvindes i de enkelte boringer, jo kraftigere udvikling ses der, hvilket jo skyldes en kortere og hurtigere transportvej og dermed mindre mulighed for nitratreduktion undervejs. Med de oplysninger omkring fremtidsudsigterne var det meget relevant at se på, hvad det fremtidige nitratindhold ville være, hvis vi fortsatte med den nuværende indvinding, og hvis nitratbelastningen inden for oplandet fortsatte uændret. Derfor valgte vi som en slags screening for den fremtidige belastning at få foretaget beregninger af kvælstofoverskuddet fra landbrugsarealernes rodzone. Med en antagelse om, at dette også nåede ned til grundvandet, ville det så være muligt at få et skøn over den fremtidige nitratbelastning i kildepladsens indvindingsboringer. Stoftransportberegninger Men vurderingen af den fremtidige nitratbelastning kan foretages på flere måder. Man kan afgrænse det grundvandsdannende opland og beregne den gennemsnitlige nitratbelastning inden for dette område. Det er den metode der oftest anvendes, men det er faktisk også muligt at lave beregninger, der i højere grad afspejler de processer, som foregår i naturen. Når der tilføres et stof til grundvandet, vil der kunne ske en fortynding og en spredning via dispersion. Det betyder i praksis, at har man en høj koncentration af nitrat på en enkelt mark, vil denne kunne både spredes og fortyndes med det resultat, at nettokoncentrationen i den lige transportlinje fra marken vil mindskes, men at belastningen bredes ud over et større område. Her viser vores erfaringer, at dette kan have stor betydning for fremtidsudsigterne både i positiv og negativ retning for de enkelte kildepladser. 27

26 Kildepladsens fremtidige nitratindhold For vores kildeplads ved Oust Mølle er der et meget forskelligt resultat, idet beregningerne viser et fremtidigt nitratniveau på enten 72 mg NO 3 /l eller mg NO 3 /l ved de førnævnte metoder 1 og 2. Årsagerne til forskellene er bl.a., at der netop, inden for det som er defineret som grundvandsdannende opland (via partikelbaneberegningerne), er placeret nogle landbrugsarealer, som har et meget højt nitratoverskud fra rodzonen. Da der jo ikke sker nogen form for fortynding gennem transporten i den vandmættede zone ved den første metode, vil det jo slå klart igennem på resultatet ved den første metode. Ved den anden metode sker en fortynding af det høje nitratindhold. Ved stoftransportberegningerne (metode 2) regnes der over en periode på 200 år, hvilket bør være i orden, når der ses på den tidligere viste aldersfordeling af grundvandet. Konklusionen på vores vurdering af nitratindholdet har været, at vi nok tror mest den sidste beregning, men samtidig er vi også bevidst om, at det udelukkende er baseret på et enkelt års indberetninger om kvælstofforbruget hos landmændene og at landbrugsdrift jo ofte betyder, at afgrøderne og dermed også kvælstofoverskuddet skifter fra år til år. Derfor vil vi gerne have et lidt bedre datagrundlag at foretage fremtidsvurderingerne for nitrat på. Vi har dog alligevel valgt at prøve at lave nogle konsekvensberegninger for, hvor vi får den største effekt af en omlægning af arealerne fra landbrugsdrift til skovrejsning. Herved skulle der jo komme et grundlag for at vi kan se, hvor vi kan få den største effekt. Beregningsprogrammet er udviklet med henblik på at afgøre, hvor skal man starte med en indsats. Det er måske ikke helt så enkelt som det kan se ud, da vores beregninger viser, at det ikke udelukkende er de steder hvor der forekommer det største kvælstofoverskud, der bør have fokus. Det viser sig, at også transportvejen har betydning, hvis der skal ses på opblandingen og fortyndingen på grundvandets transportvej. På figur 4 ses en beregning af, hvor der forekommer den største effekt af en omlægning af arealanvendelsen. Effekten af en omlægning 28

27 kan kvantificeres, idet der for hvert enkelt areal er beregnet en skovrejsningseffekt udtrykt i antal reduceret mg NO 3 /l. Man skal dog være opmærksom på, at det kun er et skøn, idet det jo fx er af betydning, om det er mindre enkeltstående skovarealer eller større sammenhængende skovarealer som der etableres skov på. Figur 4. Beregnet skovrejsningseffekt på Oust Mølle Kildeplads. 29

28 Punktkilder og bæredygtighed Udover nitratproblematikken har vi også gerne villet forholde os til betydningen af punktkilder og om den nuværende indvinding er bæredygtig. Samtidig ville vi også gerne afdække, om der evt. er yderligere kapacitet på kildepladserne, eller om de overudnyttes. Det viser sig, at kildepladsen er bæredygtig til en indvinding, der er ca. dobbelt så høj som i dag, men man må så nok påregne, at den kemiske udvikling så sker hurtigere. Der ses ikke ved en øget indvinding den store udvikling i aldersprofilet og heller ikke i lækageforholdene på kildepladsen, når blot vi holder os inden for en indvinding på 2 mio. m 3 /år. Punktkilderne er faktisk en af de ting, som har bekymret os mest. Vi har foretaget beregninger af, hvor de mest følsomme arealer i forhold til vores drikkevandskvalitet er placeret, og det viser sig, at nogle af de arealer, som har størst betydning for vores vandindvinding, er placeret i byområder nærmest kildepladsen. Da vi endvidere har kunnet konstatere BAM i en enkelt af vores boringer, godt nok kun lige over detektionsgrænsen, er det indikationer af, at vi har aktiviteter lige i nærområdet, og at de kan påvirke drikkevandsindvindingen. Fremtiden Vi har valgt at udpege områder, hvor vi kan beskytte grundvandet, men vi tror nok, at vi på lang sigt bør se efter alternative indvindingsmuligheder, som er frigjort af byområdet. Men vi har valgt, at vi gerne vil forbedre grundlaget til at vurdere nitratbelastningen på vores kildepladser, sådan at datagrundlaget også er i orden som beslutningsgrundlag for yderligere tiltag. På kort og mellemlang sigt forventer vi at fortsætte vores indvinding 30

29 på kildepladsen og se på muligheder for levetidsforlængelser bl.a. med baggrund i en kildepladsoptimering i forhold til forureningstruslerne. Vi vil ikke foretage de store aktiviteter inden for oplandet med en reduktion af nitratbelastningen, da truslen fra byområdet gør, at det nok er en dårlig investering. Levetidsforlængelserne forventer vi at iværksætte ved at etablere en frekvensregulering på alle kildepladsens råvandspumper, hvilket samtidig gør det muligt at etablere energioptimering på kildepladsen. Herved er der basis for at etablere en intelligent styring af indvindingen, som tilgodeser kildepladsens trusler. Samtidig vil vi se på mulighederne for at afsøge mulighederne for en alternativ placering af kildepladsen. 31

30 32

31 Måling af vandindhold og transmissivitet, før der bores, med MRS-metoden Af geofysiker Mette Ryom Nielsen, Rambøll 1. Indledning Magnetisk Resonans Sondering (MRS) er en relativ ny geofysisk metode, som er yderst interessant for den danske grundvandskortlægning, udpegning af nye kildepladser og optimering af borelokaliteter. Metoden estimerer direkte de hydrologiske parametre vandindhold, permeabilitet og transmissivitet, hvorved metoden adskiller sig markant fra øvrige geofysiske metoder, der udelukkende indirekte måler på jordens geologiske forhold. Hvor der traditionelt udpeges boresteder til vandindvinding på baggrund af geofysiske og geologiske kortlægninger, kan der nu, inden der bores, suppleres med vigtige informationer fra en direkte måling af vandindhold, permeabilitet og transmissivitet. MRS-metoden estimerer således parametre, som traditionelt først opnås ved prøvepumpninger, der desuden er væsentlig dyrere og mere omfattende end MRS. Rambøll har siden 2006 arbejdet med at teste og introducere MRS-metoden i Danmark. 2. Baggrund MRS-metoden til grundvandsressource-kortlægning blev udviklet i Rusland i begyndelsen af firserne af et russisk team, som byggede det første udstyr kaldet Hydroscope. Metoden blev herefter hoved- 33

32 sageligt benyttet i Rusland. I 1997 udviklede det franske firma IRIS Instruments, med en russiske forsker i spidsen, et kommercielt tilgængeligt MRS-udstyr kaldet NUMIS /1/. Dette medførte en markant øget interesse for metoden, og i de seneste år er MRS-metoden testet i adskillige lande med stor succes. MRS-metoden har hidtil hovedsagelige været anvendt i forbindelse med ulandsprojekter i lande med stor vandmangel. Det optimerede NUMIS plus MRS-udstyr, vist i figur 1, er i dag stadig det eneste kommercielt tilgængelige MRS-udstyr. Sammenlignet med øvrige geofysiske metoder er MRS-metoden en relativ ny geofysisk metode, som stadig udvikles og optimeres både udstyrsmæssigt og tolkningsmæssigt. MRS-metodens anvendelighed i Danmark blev afprøvet af det franske LTHE (Laboratoire d étude des Transferts en Hydrologie et Environnement) i samarbejde med Geofysiksamarbejdet i det daværende Nordjyllands Amt i Konklusionen heraf var, at metoden er anvendelig i Danmark, men at yderligere optimering til de danske forhold er nødvendig /2/. Forbedringer af og øget viden om metoden samt en forventning om, at en optimeret måleprocedure ville muliggøre en tilpasning af metoden til danske forhold, var baggrunden for, at Rambøll i 2006 indgik samarbejde om et MRS-udviklingsprojekt med Vejle Amt og daværende PhD-studerende Konstantinos Chalikakis fra LTHE, som har stor erfaring med metoden. Det lykkedes at indsamle MRS-sonderinger af høj kvalitet, og resultaterne blev verificeret med prøvepumpninger og flere boringer med god overensstemmelse /3/ og /4/. De vellykkede resultater fra 2006 samt ønsket om yderligere tests af metoden, bl.a. ved at afprøve den på flere geologiske forhold, var baggrunden for, at Rambøll i 2007 indgik MRSsamarbejdsaftaler med Statens Miljøcentre i Århus, Odense og Ringkøbing /5/, /6/, /7/og /8/, og i 2008 med Statens Miljøcentre i Aalborg og Nykøbing Falster /9/ og /10/. I denne forbindelse er erfaringerne fra 2006-kortlægningerne inddraget, hvilket gav det optimale grundlag for at opnå god datakvalitet. Sideløbende med de praktiske konkrete formål med de enkelte 34

33 MRS-projekter for Statens Miljøcentre er desuden udført en række tests til verificering af metoden. Figur 1. NUMIS plus MRS-udstyret. Der er på nuværende tidspunkt således primært udført MRS-målinger for Statens Miljøcentre samtenkelte mindre tests for hhv. Århus Kommune, Vand og Spildevand og Region Sjælland /11/ og /12/. 3. MRS-Metoden Princippet i MRS-metoden er den samme som hospitalernes MR-scannere, som bygger på det simple fysiske forhold, at hydrogenprotonerne i vand er dipole og derfor kan påvirkes med et magnetfelt med en særlig frekvens. Naturligt er hydrogenprotonerne orienteret parallelt med Jordens geomagnetiske felt. Denne retning kan ændres ved at etablere et kunstigt magnetfelt med en bestemt resonansfrekvens. Dette udføres 35

34 i praksis ved at lægge et kabel i et loop på jordoverfladen og herigennem udsende strømpulse med den nøje bestemte resonansfrekvens. En principskitse for MRS-metoden er illustreret i figur 2. Når det opstillede magnetfelt slukkes, henfalder protonerne til deres oprindelige retning, som illustreret i figur 2. Dette henfald kan måles i loopkablet og kaldes det magnetiske resonans-signal. Amplituden af resonanssignalet er proportionalt med det procentvise vandindhold i jorden. Dvs. jo kraftigere responssignal desto mere vand og omvendt. Ved trinvist at øge strømstyrken i loopkablet, øges gradvist den dybde, hvorfra der måles respons. Den maksimale indtrængningsdybe er mellem 80 m og 150 m afhængig af loop-konfigurationen og resistiviteten af sedimenterne. Figur 2. Principskitse for en MRS-sondering. Den tid det tager hydrogenprotonerne at henfalde til den oprindelige orientering, er relateret til porerummenes størrelse og indbyrdes sammenhæng. Dvs. ved at måle henfaldskonstanten kan permeabilitet 36

35 estimeres. På baggrund af permeabiliteten kan transmissiviteten estimeres. Det er kun signal fra de frie vandmolekyler der registreres ved en MRSsondering. Dvs. der måles ikke signal fra kapilært bundne vandmolekyler, som fx vand i leraflejringer. MRS-signalet er meget svagere end den omgivende elektromagnetiske støj fra ledningsnet, vindmøller mv., og der bør generelt holdes en afstand på minimum 150 m til disse. For at kunne skelne MRS-signalet fra den elektromagnetiske støj, gentages MRS-målingerne mange gange og stakkes, hvorved støjen midles ud og signalet forstærkes, hvilket er illustreret i figur 3. Jo flere gange der stakkes, desto større bliver signalet i forhold til støjen, og dermed opnås et bedre signal/støjforhold. En typisk MRS-sondering tager mellem 6 og 12 timer. Figur 3. Principskitse af stakningen af MRS-signalet /13/. 37

36 4. Anvendelse MRS-metoden er den eneste metode, hvormed det er muligt fra jordoverfladen, før der bores, direkte at måle på de hydrauliske egenskaber på den pågældende lokalitet. Der vil naturligvis være en lang række anvendelsesmuligheder, hvor disse informationer vil være værdifulde. Begrænsningen for hvor der kan udføres målinger er primært støj fra elnet, telemaster, huse, veje, vindmøller osv. Forud for planlægning af MRS-målinger kan der udføres en støjundersøgelse, der kan afgøre hvorvidt målingerne kan udføres. Grundvandsmodeller udarbejdes ofte på baggrund af sparsomme hydrauliske oplysninger, og i mange tilfælde vil der være områder med langt mellem de hydrauliske data. I sådanne tilfælde er det oplagt at supplere med hydrauliske informationer indsamlet med MRS-metoden. Præcist hvordan MRS-transmissiviteter og transmissiviteter fra prøvepumpninger korrekt inddrages sammen, bør i første omgang udføres som et studium heraf med særlig inddragelse af viden om, hvordan MRS-transmissiviteterne er målt og beregnet. En anden meget oplagt anvendelse af MRS er i forbindelse med udpegelse af nye kildepladser og boresteder. Ofte udpeges disse på baggrund af geofysiske og geologiske kortlægninger. Dermed udpeges lokaliteter, der er tolket at have de geologiske egenskaber, hvor der potentielt kan være grundvandsmagasiner til stede. Ved at udføre en MRS-måling på sådanne lokaliteter, inden der bores, kan det verificeres, om der er vand tilstede i mængder og med egenskaber, der gør lokaliteten interessant til vandindvinding. Herved kan boringer der viser sig ikke at indeholde vand, undgås. Hvis der yderligere på baggrund af de geofysiske og geologiske kortlægninger er flere potentielle borelokaliteter, vil udførelse af MRS på disse lokaliteter bidrage til udpegning af de eller den mest gunstige lokalitet. Således opnås udpegning af det mest optimale borested blandt flere potentielle. Idet MRS-metoden måler helt andre parametre end de traditionelle geofysiske metoder, kan flere velkendte problemstillinger med de traditionelle metoder løses ved at kombinere med MRS-metoden. Principskitser for eksempler herpå er vist i figur 4. 38

37 Moræneaflejring Grundvandsmagasin Fed ler eller aflejringer med saltvand Figur 4. Principskitse af at MRS-metoden kortlægger forskel i de hydrauliske egenskaber, hvorimod traditionelle metoder f.eks. kortlægger forskelle i den elektriske modstand. Det venstre eksempel i figur 4 viser den velkendte problemstilling, at der med de traditionelle metoder ikke kan skelnes mellem den elektriske modstand af et grundvandsmagasin og glimmeraflejringer. Med MRS-metoden vil man derimod godt kunne skelne mellem de to enheder, da der er stor forskel i de hydrauliske egenskaber. Denne problemstilling var aktuel ved MRSkortlægningen ved Bredal og Dalby for Vejle Amt i 2006 /3/ og /4/. Det højre eksempel i figur 4 viser, at en traditionel metode ikke vil kunne afklare, hvorvidt en lav modstand i bunden af et grundvandsmagasin er fed ler eller aflejringer med saltvand. Ved at supplere med MRSmetoden vil dette kunne afgøres, da der vil være et respons i det nedre niveau, såfremt det er saltvand, og omvendt såfremt det er ler. Denne problemstilling var aktuel ved MRS-kortlægningen på Sydsamsø for Miljøcenter Århus /6/. 5. Eksempler Tolkningsresultatet fra en MRS-sonderingen kan vises som vandindhold, permeabilitet og kumuleret transmissivitet som funktion af dyb- 39

38 den. I figur 5 er vist et eksempel på tolkningsresultatet fra en lokalitet ved Dalby, syd for Kolding, hvor Rambøll i samarbejde med Miljøcenter Århus, har foretaget målinger på samme lokalitet 3 gange med hhv. en måned og et års mellemrum. Der er tydeligvis meget fin reproducerbarhed i målingerne. MRS-tolkningsresultatet sammen holdt med TEMtolkningsresultatet (figuren til højre i figur 5) er netop et eksempel på den venstre principskitse i figur 4. Der er kortlagt høj modstand til stor dybde, men MRS-målingen afslører, at der kun er et væsentlig vandindhold og høj permeabilitet i et begrænset dybdeinterval. Figur 5. MRS-tolkningsresultat fra reproducerbarhedstest ved Dalby, syd for Kolding. Til højre er TEM-sonderingsresultatet på samme lokalitet vist /6/. På Sydsamsø er udført 8 MRS-sonderinger på lokaliteter, hvor resultaterne af tidligere udførte TEM- og SkyTEM-kortlægning har vist høje modstande, som dermed er potentielle borelokaliteter med henblik på vandindvinding. Figur 6 viser med punkttemaer de tolkede procentvise vandindhold og transmissiviteter for hver af de 8 sonderinger. Kombinationen af størst vandindhold og god transmissivitet er tolket ved sonderingerne Samso1A, Samso4A og Samso5A. 40

39 Figur 6. Oversigt over MRS-resultaterne på Sydsamsø /6/. Ved Søndersø på Fyn er udført 12 MRS-sonderinger inden for en begravet dalstruktur, som tidligere er kortlagt og afgrænset med TEMmetoden (Transient ElektroMagnetisk metode) 1. Figur 7 viser afgrænsningen af den begravede dal ved de mørke farver (høje modstande) i det konturerede middelmodstandskort. På figuren er placeringen af de udførte MRS-sonderinger vist med sorte prikker, som definerer hjørner i kabeludlæggene, som enten kan være et kvadrat eller to kvadrater sammensat til et ottetal. Tolkningsresultaterne for to af MRS-sonderingerne er vist i form af hhv. det procentvise vandindhold og permeabiliteten. Der er tydeligvis stor forskel på de hydrauliske egenskaber på de to lokaliteter. I den vestlige Son03 sondering er tolket et relativt højt vandindhold og høj permeabilitet i et begrænset dybdeinterval fra ca. 32 m til 60 m. I den østlige Son02 sondering er der tolket et mindre 1 Geofysisk elektromagnetisk metode der kortlægger jordens elektriske modstand. 41

40 Figur 7. Konturering af middelmodstanden i kote -70 m til -50 m kortlagt med TEMmetoden. Mørke farver er høje modstande og lyse farver er lave modstande. De sorte prikker på kortet markerer hjørnerne i kabeludlægget for de udførte MRS-sonderinger. vandindhold og lav permeabilitet i et bredere dybdeinterval fra ca. 25 m til 105 m. Overordnet kan de resterende MRS-sonderinger kategoriseres svarende til hhv. Son02 eller Son03, hvilket viser, at der er forskel på de hydrauliske egenskaber i hhv. den nordvestelige og den sydøstlige del af den begravede dalstruktur. 42

41 Med TEM-kortlægningen var det således muligt at afgrænse den begravede dalstruktur med potentielle grundvandsmagasiner. Ved at supplere med MRS-målinger blev de hydrauliske variationer inden for den begravede dalstruktur tilmed kortlagt. 6. Sammenstilling med prøvepumpning Traditionelt opnås information om de hydrauliske egenskaber fra prøvepumpninger, og derfor er det oplagt at sammenstille MRS-resultater med nærliggende prøvepumpningsresultater. Både fra prøvepumpning og fra MRS opnås transmissivitetsværdier, men en sammenligning af disse værdier kræver en del overvejelser omkring, hvordan disse måles ved både MRS og ved prøvepumning. MRS giver transmissivitetsværdier som funktion af dybden, ofte præsenteret som kumulerede værdier, da dette umiddelbart bedst svarer til en transmissivtetsmåling fra en prøvepumpning. Transmissivitetsværdien fra prøvepumpningen er målt i den dybde, boringen er filtersat, men hvor stort et volumen ud over filterintervallet, der inddrages, afhænger både af filter, pumpe og formationsegenskaber. Disse aspekter, plus en eventuel afstand mellem en MRS-måling og en prøvepumpning, gør sammenligning svær. Ikke desto mindre er der opnået gode korrelationer mellem de sammenligninger, der er foretaget. Desuden er det almindelig praksis, at MRSmålinger kalibreres vha. en eventuel nærliggende prøvepumpning, men de følgende eksempler er ukalibrerede MRS-målinger. Figur 8 viser hhv. kumuleret og ikke kumuleret transmissivitetsmålinger fra MRS-sondering Elm04 på Møn, sammenstillet med transmissivitetsværdien fra prøvepumpning vist i filterintervallet. Prøvepumpningsboringen er filtersat lige under kalkgrænsen, som også er indikeret på figuren. Da MRS-transmissiviteten også har målt et vandindhold over kalkgrænsen, bør dette ikke indgå i sammenligningen. MRS-transmissiviteten er derfor desuden også kumuleret udelukkende svarende til filterintervallet, hvilket viser sig at korrelere meget fint med prøvepumpningsresultatet. 43