BESKYTTELSE AF VANDFORSYNINGERNES KILDEPLADSER - optimering af beskyttelsesarealer og økonomisk prioritering

Transkript

1 BESKYTTELSE AF VANDFORSYNINGERNES KILDEPLADSER - optimering af beskyttelsesarealer og økonomisk prioritering Civilingeniør Bjarne Madsen WaterVision as Geolog Gyrite Brandt Antropolog Dorthe von Bülow Københavns Energi Seniorforsker Brian Jacobsen Fødevareøkonomisk Institut ATV MØDE VINTERMØDE OM JORD- OG GRUNDVANDSFORURENING VINGSTEDCENTRET marts 2007

2

3 RESUMÉ Vandforsyningerne vil de kommende år udlægge beskyttelseszoner i forhold til deres vandindvinding. Opgaven er et centralt led i en langsigtet sikring af drikkevandskvaliteten og indebærer, at der afgrænses og udpeges relevante arealer, prioriteres virkemidler og udarbejdes bindende økonomiske aftaler med berørte lodsejere vedrørende ændret drift af arealerne. En ny landbrugsreform baner i denne sammenhæng vej for en billigere ekstensivering. Med udgangspunkt i en konkret kildepladsanalyse demonstrerer vi her og analyserer effekten af forskellige metoder til afgrænsning af beskyttelsesområder og af alternative virkemidler analyseret i forhold til de økonomiske konsekvenser, hvad enten der er tale om køb af jord eller pålagte servitutter. INDLEDNING I slipstrømmen af den amtskommunale indsatskortlægning står vandforsyningerne i Danmark nu med en meget stor og vigtig opgave, der vedrører den konkrete beskyttelse af råvandsproduktionen på kildepladserne. Amtskommunerne har gennem de senere år brugt store ressourcer på at sammenstille data til brug for den overordnede beskyttelse og udnyttelse af grundvandsressourcerne. Det synes derfor særdeles oplagt at udnytte det store videngrundlag, der nu ligger parat til at konkretisere indsatsen på de enkelte kildepladser og udforme vandforsyningernes handlingsplaner for den fremtidige indvinding og beskyttelse af råvandet. For at imødekomme behovet for generelle retningslinier for opgavens løsning er Miljøstyrelsen ved at lægge sidste hånd på en vejledning omkring boringsnære beskyttelsesområder. Realistiske og langtidsholdbare beskyttelsesplaner kræver et solidt grundlag, der integrerer hydrologiske og økonomiske metoder. Metoder, der beregner de strømningsmæssige afgrænsninger, og metoder der beregner de økonomiske omkostninger ved ændring eller omlægning af arealanvendelsen i forbindelse med f.eks. landbrugsdrift eller anden arealudnyttelse, der påvirker grundvandskvaliteten. Ved at kombinere disse to angrebsvinkler kan vi beregne sammenhængen mellem størrelsen af det beskyttede areal, transporttiden til indvindingsboringerne, beskyttelsesgraden af arealet og omkostningerne forbundet hermed. Herigennem vil der i princippet kunne opnås en sammenhæng mellem forbedring i råvandskvalitet for udvalgte stoffer og den økonomiske investering i beskyttelsesforanstaltninger (arealstørrelse, restriktioner på driften, opkøb af jord mv.). De økonomiske metoder er baseret på eksisterende værktøjer til analysering af forskellige former for arealbeskyttelse i forhold til bl.a. effektivitet kontra investering, herunder kombinationer af opkøb af jord, deklarationer, ekstensivering af drift etc. For beregning af de boringsnære beskyttelsesområder (BNBO) og udlægning af mere regionale beskyttelseszoner i kildepladsoplandet er værktøjerne dels enkle analytiske metoder, dels distribuerede numeriske modeller. Med henblik på nærmere at analysere aspekterne af en langsigtet drikkevandsbeskyttelse har vi valgt at tage udgangspunkt i Gummersmarke Kildeplads, som er en af Københavns Energis (KE s) kildepladser, der indgår i den daglige produktion af drikkevand og leverer råvand til Værket ved Regnemark. Værket har en samlet indvindingstilladelse på 16 mio. m 3 /år fordelt på 12 kildepladser.

4 FORMÅL Formålet med opgaven har været at vurdere den mest fordelagtige udformning af de boringsnære beskyttelsesområder (BNBO), vurdering af udlægning af andre beskyttelseszoner i oplandet til kildepladsen, der mere specifikt tager højde for de lokale beskyttelsesforhold i området samt en økonomisk vurdering af de nødvendige og tilstrækkelige beskyttelsestiltag, herunder vurdering af mulige virkemidler og de omkostninger der er forbundet hermed for de berørte lodsejere ved forskellige beskyttelsesniveauer. METODER TIL BEREGNING AF BESKYTTELSESOMRÅDER Filosofien bag beregning af beskyttelsesarealer omkring indvindingsboringer er, at den ydre afgrænsning af det beregnede areal ligger i samme tidsmæssige afstand fra den pågældende indvindingsboring med hensyn til den valgte transporttid. På den måde sikres det, at enhver vandpartikel uden for det afgrænsede (beskyttede) område vil nå indvindingsboringen efter en tid der er større end den valgte transporttid. Beskyttelsesarealer beregnet med analytiske metoder I mange sammenhænge, hvor der ikke på forhånd eksisterer numeriske modeller, og hvor der kun er brug for en tilnærmet afgrænsning af problemet, kan det være tilstrækkeligt og ofte mere hensigtsmæssigt, specielt i de boringsnære områder, at anvende forenklede analytiske beregningsværktøjer. Metoderne udmærker sig ved at være relativt enkle og billige at anvende uden et stort forudgående analysearbejde. Dertil kommer, at de er gennemskuelige og kun kræver et minimum af basisinformation for at beregningerne kan foretages. Information der normalt findes, og som primært knytter sig til den enkelte indvindingsboring: Oppumpet vandmængde, det vandførende lags (effektive) tykkelse og lagets effektive porøsitet. Fig. 1. Udformning af BNBO med naturlig grundvandsstrøm. Metoderne er især velegnede til at danne et første skøn over problemets omfang og i nærområdet til indvindingsboringerne samt anvendelse, hvor den geologiske variabilitet er

5 lille. Ulempen er, at metoderne normalt er begrænset til to dimensioner og ikke kan tage højde for de variationer, der måtte optræde i nedbør, afstrømning og geologi. Der synes generelt set kun anvendt meget simple beregningsmetoder af denne type (bl.a. grundlaget for de kommende danske retningslinier vedrørende BNBO, ref. 4). For at kunne foretage mere avancerede beregninger har det i forbindelse med arbejdet med Gummersmarke Kildeplads derfor været nødvendigt at udvikle nye typer analytiske beregningsværktøjer, der bl.a. kan tage højde for størrelsen og retningen af den naturlige grundvandsstrøm. I fig. 1 er vist et eksempel på, hvorledes beskyttelsesområdet kan variere som følge af bl.a. den naturlige grundvandsstrøm. Beskyttelsesarealer beregnet med numeriske metoder De distribuerede numeriske modeller, der omfatter partikeltransport beregninger, har den fordel, at der ofte kan opnås en betydelig større sikkerhed på resultaterne, specielt hvor variabiliteten på nedbør, afstrømning og geologi er betydelig. Samtidig kan både tidsperspektivet og 3D uden videre tages i regning, Metoden er specielt velegnet ude i oplandet, hvor de radiærsymmetriske forhold omkring boringerne betyder mindre. Metoden forudsætter ofte en væsentlig indsats i forbindelse med opstilling og kalibrering, er derfor relativt dyr at anvende og kræver derfor normalt komplicerede og betydningsfulde problemstillinger for at brugen isoleret set kan retfærdiggøres. For det område, som Gummersmarke Kildeplads er en del af, var der tidligere for Københavns Energi blevet opstillet og kalibreret en dynamisk numerisk model i 3D for Ejby Kildeplads (ref. 3). Modellen er derfor udnyttet til at beregne beskyttelseszonernes afgrænsning som funktion af transporttiden i den vandførende zone og af den samlede transporttid fra nedsivning til oppumpning. For at få det fulde udbytte er den oprindelige model udbygget som detailmodel for lokalområdet med en horisontal udstrækning af beregningselementerne på 50 x 50 m. Vertikalt er modellen opbygget af ni lag, der følger de geologiske enheder. Modellen er i stand til at udveksle vand med vandløbene og tage højde for drænafstrømning. Ved hjælp af partikelflytning i modellen kan hastigheder og retninger på grundvandsstrømmen beregnes for hver celle og det samlede grundvandsdannende opland til kildepladsen afgrænses. Dette gælder også afgrænsningen af beskyttelsesarealer, der ligger i samme tidsmæssige afstand fra kildepladsen. KILDEPLADSOMRÅDET Vandindvinding Området omkring Gummersmarke kildeplads kan karakteriseres som et fladt morænelandskab (ref. 2). Den vandførende zone består øverst af m smeltevandssand og -grus og herunder af Palæocent kalk og Bryozokalk. Lagene er i fuld hydraulisk kontakt med hinanden og udgør således én sammenhængende vandførende zone. Oven over denne zone og til terræn er der et forholdsvis sammenhængende lag af moræneler, der fungerer som dæklag. Tykkelsen heraf er i den centrale del ca m, men kan nå op til 30m i den sydlige del. Jordbunden er således meget leret, og store dele af arealerne, der anvendes som landbrugsjord, må derfor formodes at være drænet for at forhindre vandlidende områder.

6 Den vandførende zone har spændt vandspejl og en relativt lav hydraulisk ledningsevne. Den naturlige grundvandsstrøm er overordnet rettet mod NNV med en gennemsnitlig beregnet hastighed på ca. 100 m/år. Nettonedbøren er med modellen for Ejby kildeplads beregnet til at være 281 mm/år i gennemsnit set over en 10 årig periode. Fig. 2. Profilsnit gennem kildepladsen. Transporttiden gennem dæklaget varierer meget i området, bl.a. som følge af afsænkningerne og de større trykdifferencer ved kildepladsen. Modelberegninger foretaget ved hjælp af Ejby modellen giver transporttider for nedsivningen på mindre end 10 år i selve kildepladsområdet og over 25 år ude i selve oplandet SSV for kildepladsen. Grundvandet synes at være godt beskyttet mod nitrat, og der er ikke konstateret indhold over grænseværdien. Derimod er beskyttelsen mod evt. forurening med klorerede opløsningsmidler og pesticider dårlig. Ingen af disse stoffer er imidlertid fundet i råvandet til kildepladsen. Kildepladsen blev sat i drift i 1968 og består af otte indvindingsboringer, der er etableret mellem 1958 og 1965 og fordelt på en ca. 830 m lang strækning. Fig. 2 viser et forenklet profilsnit gennem kildepladsen baseret på indvindingsboringernes boreprofiler. Indvindingen på Gummersmarke Kildeplads har de seneste år ligget på ca. 0,7 mio. m 3 /år svarende til godt 1% af KE s samlede indvinding. Den gennemsnitlige indvinding på kildepladsen er i dag på ca. 57 m 3 /h og sker udelukkende fra de prækvartære kalklag. Indvindingen foregår ved hjælp af hævertprincippet og oppumpningsmængderne varierer derfor fra boring til boring afhængig af de lokale jordlags- og trykforhold.

7 Arealanvendelse Oplandet til kildepladsen består overvejende af intensivt dyrket landbrugsjord; industrivirksomheder findes hovedsageligt i Bjæverskov nordøst for kildepladsen. Analysen er baseret på data fra 2002 (ref. 2), og GLR/CHR register data. Dette giver en geografisk placering af husdyrproduktion og afgrøder. Dertil kommer forpagtningsoplysninger, der herefter gør det muligt at beskrive, hvem der faktisk driver jorden. Området består primært af sandblandet lerjord (JB5-6) uden naturområder. Der er i alt 53 ejendomme i oplandet. Jorden dyrkes af 21 bedrifter, hvoraf de otte er beliggende indenfor oplandet. De fire største bedrifter dyrker 51% af arealet. Det vurderes, at ca. fire af disse bedrifter kan betragtes som heltidsplanteavlsbedrifter. Arealet er domineret af vinterhvede, vårbyg og frøgræs. Husdyrproduktionen er begrænset til ni bedrifter omfattende ca. 190 DE, hvilket giver en husdyrtæthed på 0,15 når hele arealet indregnes. 1-2 af disse kan betragtes som heltidsbedrifter. Fordelt på dyreenheder så består langt hovedparten af slagtesvin. Bedrifter med kvæg har kødkvæg, og der er således ingen mælkekvægsbedrifter i oplandet. Pesticidforbruget i oplandet var i 2002 på 1,68 BI, beregnet ud fra måltal for de enkelte afgrøder. Dette niveau er lavere end landsgennemsnittet, hvor behandlingsindekset var 2,0 i Det valgte afgrødevalg betyder således, at pesticidtildelingen må antages at være mindre end i landet som gennemsnit. Det er målet i Pesticidhandlingsplan II, at behandlingsindekset skal reduceres til 1,7. Der er ikke kendskab til fund af pesticider i drikkevandet (under tilladt niveau) eller om der via målinger er blevet påvist pesticidrester i udvalgte boringer. SCENARIEANALYSER Beskyttelsesarealer Hovedformået med beskyttelsen er at reducere risikoen for pesticidforurening af kildepladsen, da nitratudvaskningen ikke synes at udgøre et direkte problem. Med den nuværende oppumpning på 57 m 3 /h og en middelnedbør på 281 mm/år er det samlede grundvandsdannende areal beregnet med Ejby modellen til ca. 690 ha. Områdets udstrækning fremgår af fig. 3. Hvis al nettonedbør oppumpes skulle arealet imidlertid kun være ca. 178 ha, altså ca. ¼ af det beregnede areal. Men en overvejende del af nettonedbøren (ca. ¾) strømmer af til vandløbene gennem bl.a. dræn og kun ca. ¼ pumpes op. Ud fra et beskyttelses- og investeringsmæssigt synspunkt er det derfor af særlig interesse at få kortlagt, hvorledes grundvandsdannelsen til indvindingsboringerne er fordelt inden for oplandet. Som forventet er den største intensitet i det nære kildepladsområde, hvor over 70 % af nettonedbøren havner i indvindingsboringerne, hvorimod det i de fjernere dele af oplandet er helt ned til under 20 %. Der er således alt andet lige god idé i at prioritere den boringsnære beskyttelse højt. Beregning af beskyttelseszonen i oplandet er baseret på en samlet transporttid fra terræn til boring på 25 år. Heraf udgør transporttiden gennem dæklaget langt den største del, op mod 20 år i de fjernere dele og ned til ca. 10 år i de kildepladsnære områder. I den vandførende zone er transporttiden fra under ½ år i nærzonen til omkring 5 år i de fjernere egne af oplandet. Beskyttelsesarealet svarende til 25 år er ca. 146 ha svarende til 21 % af oplandet, jf. fig. 3.

8 Figur 3. Grundvandsdannende opland for Gummersmarke Kildeplads samt indre beskyttelsesområde med en maksimal samlet transporttid på 25 år. De boringsnære områder giver beskyttelsesmæssigt størst effekt og vil samtidig kunne fungere som en overvågningszone, hvor kvaliteten af det tilstrømmende grundvand fra oplandet kan overvåges. Områderne er beregnet med en analytisk model, der tager højde for den naturlige grundvandsstrøm i området. Da der er relativ stor forskel på oppumpningerne i de enkelte indvindingsboringer, er arealerne beregnet individuelt for hver boring med mindre de er ligger tæt i forhold til deres ydelser. For at illustrere ændringerne i beskyttelseszonernes afgrænsning er det valgt at beregne arealerne ud fra transporttider i den vandførende zone på henholdsvis t o = 0,25 år, t o = 0,5 år og t o = 1,0 år. Nogle boringer ligger så tæt på hinanden i forhold til deres ydelser, at det har været mest hensigtsmæssigt at behandle dem som én boring med en samlet fælles ydelse. Arealernes placering fremgår af fig. 4. Det samlede areal beregnet for en beskyttelsestid i den vandførende zone på t o = 0,25 år er ca. 8 ha. For t o = 0,5 år er det samlede areal godt 15 ha og med t o = 1,0 år bliver det ca. 28 ha. For de efterfølgende økonomiske beregninger er kun beskyttelsesområdet med transporttiden t o = 0,5 år anvendt, svarende til godt 2% af det samlede grundvandsdannende opland.

9 Figur 4. Boringsnære beskyttelseszoner beregnet for 0,25, 0,5 og 1 år Økonomiske virkemidler De analyserede virkemidler omfatter reduktion af pesticidbelastning fra diffuse kilder og reduktion af kvælstoftildeling fra diffuse kilder. Der er opstillet fire scenarier baseret på tre tidshorisonter for grundvandssikring og to niveauer for beskyttelsesniveauer, tabel 1. Kategorisering af bedrifter Det vurderes, at bedrifter, hvor en stor andel af arealet udtages, vil overveje at få hele arealet udtaget. Omvendt må det formodes, at husdyrbedrifter, hvor kun en mindre del af arealet Tabel 1. Oversigt over scenarier og virkemidler Scenario Tidshorisont 0,5 år 10 år 25 år 25 år Boringszone (19 ha) Uændret drift Udtagning Pesticidfri drift Udtagning Udtagning Inderzone (14 ha) Uændret drift Uændret drift Pesticidfri drift Udtagning Udtagning Yderzone (113 ha) Uændret drift Uændret drift Uændret drift Pesticidfri drift Udtagning BI (i de 3 zoner) 1,68 1,58 1,1 0 0 Kg N/ha Kilde: Watervision og WaterTech (2002)

10 påvirkes, stort set vil kunne opretholde den nuværende husdyrproduktion. Alternativt vil de kunne være interesseret i andre harmoniarealer eventuelt i forbindelse med en jordfordeling. Da sædskiftet på bedrifterne er relativt ensartet, er der her i udgangspunktet valgt et gennemsnitssædskifte, dog således at det vurderes, om driften på bedrifter specielt med husdyr kan opretholdes. Den beregnede indtjening tager udgangspunkt i dækningsbidrag II. Dækningsbidrag II er opgjort som indtjening minus variable omkostninger minus udgifter til maskinstation. I opgørelsen indgår ikke støtten tildeles uanset valg af afgrøder så længe jorden dyrkes. Tabel 2. Oversigt over sædskifte og indtjening Afgrøde Andel (%) DB I (uden støtte) (kr./ha) DB II (uden støtte) (kr./ha) Enkelt Betalingsstøtte (kr./ha) I alt (med støtte) (kr./ha) 1. års hvede års hvede Frø til udsæd Vårbyg (vinterbyg, triticale, havre og rug) Maltbyg Vinterraps (+vårraps) Ærter Brak (udtagning) Græs Gns Kilde: Egne beregninger og Budgetkalkuler 2006 Ved overgang til pesticidfri drift vil sædskifte skulle ændres en del, da en række afgrøder måske ikke længere dyrkes. Der er her mange løsninger, idet der også i relation til drift uden pesticider i nogle tilfælde kan dyrkes fx frøgræs og maltbyg. Det er valgt at ændre sædskiftet udfra de anbefalinger, der stammer fra bl.a. Bichel udvalgets rapport (Ørum, 2001). Sædskiftet omfatter 50% vårbyg, mens 25% ikke længere dyrkes. Hvad angår udbytteniveauet så er der taget udgangspunkt i budgetkalkuler for økologisk drift. Analysen viser, at indtjeningen reduceres med kr. pr. ha. Københavns Energi ønsker ikke aftaler, der er bundet på eventuel deltagelse i andre ordninger, hvorfor det her antages, at København Energi kompenserer for indkomsttabet ved pesticidfri drift på kr. pr. ha, hvorefter det er op til landmanden, hvordan denne ændring skal implementeres, og om der skal søges om tilskud (fx MB-tilskud). Kompensation kan ydes som et engangsbeløb for at der tinglyses en servitut på ejendommen, eller det kan ske i form af køb af jorden i nærområdet til boringen. Den kompensation der ydes når arealet udtages svarer til tab af indtjening (DBII) på kr. pr. ha. Omregnet til engangsudbetaling svarer det til kr. pr. ha ved en uendelig tidshorisont og en rente på 4%. Gennemsnittet for vådområdeprojekter under VMPII udgjorde ca kr. pr. ha, så det vurderes her, at dette niveau er et muligt projektomkostningsniveau ved en servitut på arealet. Bemærk her, at den nye landbrugsreform giver mulighed for at opretholde en EUstøtte på ca kr. pr. ha. årligt efter at arealet ekstensiveres.

11 Ved opkøb er det antaget, at Københavns Energi køber jorden for kr. pr. ha. Det vil i den situation være Københavns Energi, der kan modtage enkeltbetalingsstøtten, såfremt arealet fortsat kan betragtes som et landbrugsareal (ikke skov). Dette vil give en indtægt på kr. pr. ha eller kr. ha omregnet til engangsbeløb. Tabel 3. De samlede omkostninger ved forskellige scenarier Scenario Tidshorisont 0,5 år 10 år 25 år 25 år Boringszone (19 ha) Udtagning Pesticidfri drift Udtagning Udtagning Inderzone (14 ha) Uændret drift Pesticidfri drift Udtagning Udtagning Yderzone (113 ha) Uændret drift Uændret drift Pesticidfri drift Udtagning Servitut (mio. kr.) 0,8 1,0 4,9 8,5 Køb (mio. kr.) 2,6 8,4 29,2 Kilde: Egne beregninger KONKLUSION Grundlaget for den økonomiske analyse er valg og fastlæggelse af beskyttelseszonerne set i forhold til de ønskede transporttider for grundvandet. En lang række af de parametre, der indgår i beregning af zonerne, kan til formålet bestemmes med tilstrækkelig stor nøjagtighed. To parametre, den effektive porøsitet og grundvandets hastighed, er imidlertid behæftet med relativ stor usikkerhed. De beregnede arealers størrelse afhænger proportionalt af porøsiteten og formen og centreringen af hastigheden, og det er derfor af væsentlig betydning for sikkerheden i områdernes afgrænsning at få usikkerheden på disse to parametre minimeret mest muligt. Det samlede resultat af den økonomiske analyse set i forhold til fastlæggelse af alternative beskyttelseszoner fremgår af tabel 3. Det ses, at det en betydelig forskel på omkostninger alt efter om der vælges at købe frem for at pålægge en servitut, ligesom det areal, der er omfattet, har stor betydning for omkostningen. Københavns Energi vil ved køb af jord fremover kunne modtage indtægter fra enkeltbetalingsordningen. Endelig viser beregningerne, at diverse støtteordninger (bl.a. tilskud miljøbetinget drift) kan fremme etableringen af aftaler om arealer til sikring af fremtidige grundvandsreserver i forlængelse af aftaler med vandforsyningen. REFERENCER 1. Økonomisk analyse af Landsaftalen om frivillige dyrkningsaftaler. Rapport udarbejdet af Watertech a/s september 2002 for Københavns Energi. 2. Københavns Energi. Basismateriale for Gummersmarke Kildeplads. Rapport udarbejdet af Watertech a/s december Grundvandsmodel for Ejby Kildeplads. Udarbejdet af Rambøll april 2006 for Københavns Energi. 4. Beregninger udført af Københavns Energi baseret på Udpegning af Boringsnære Beskyttelsesområder (BNBO). Vejledning i høring(januar 2007).i Miljøstyrelsen. 5. Groundwater Hydrology. David K. Todd, John Wiley & Sons, Inc. 6. Ørum, J.E. (2003). Driftsøkonomisk analyse af reduceret pesticidanvendelse i dansk landbrug. Rapport nr Fødevareøkonomisk Institut. 7. Københavns Energi. Boringsnære beskyttelsesområder - Gummersmarke Kildeplads. Analyse af grundvandsbeskyttelse og økonomiske virkemidler. Rapport udarbejdet af WaterVision as i samarbejde med Fødevareøkonomisk Institut oktober 2006.

12