ANBEFALINGER TIL GEOLOGISK MODELOPSTILLING I FORBINDELSE MED GRUNDVANDSMODELLERING

Transkript

1 ANBEFALINGER TIL GEOLOGISK MODELOPSTILLING I FORBINDELSE MED GRUNDVANDSMODELLERING Geolog Birthe Jordt Orbicon A/S ATV MØDE VINTERMØDE OM JORD- OG GRUNDVANDSFORURENING VINGSTEDCENTRET marts 2007

2

3 RESUMÉ Notatet Anbefalinger til geologisk modelopstilling i forbindelse med grundvandsmodellering. Statusnotat juni 2006 skal betragtes som det første skridt mod at skabe en fælles forståelse af terminologi, arbejdsgang og ikke mindst vigtigheden af dokumenteret kvalitetskontrol og usikkerhedsbetragtninger i forbindelse med arbejdet med geologiske modeller. Anbefalingerne er udarbejdet af en arbejdsgruppe bestående af amtsmedarbejdere, medarbejdere ved GEUS samt rådgivere. I notatet er indeholdt en terminologi samt en anbefalet 3 trins arbejdsgang til brug under geologisk modelopstilling. Formålet med anbefalingerne er blandt andet at præsentere et redskab, der fremover kan hjælpe med til at hæve kvaliteten af de geologiske modeller, der anvendes ved grundvandsmodellering. INDLEDNING Gennem de senere år har der været en voksende debat om kvaliteten af de geologiske modeller. Efterhånden er kravene til de geologiske modeller og strømningsmodellerne øget i forbindelse med udarbejdelse af indsatsplaner, og det er erkendt, at den geologiske model er en meget central del af den endelige grundvandsmodel. GEUS havde i 2001 udarbejdet den første udgave af en håndbog i grundvandsmodellering /1/, men der blev efterhånden efterlyst noget tilsvarende møntet kun på geologisk modellering. På den baggrund tog amterne i august 2005 sammen med GEUS initiativ til at nedsætte en arbejdsgruppe, der skulle udarbejde retningslinier/anbefalinger for geologisk modelopstilling. Der udarbejdes geologiske modeller i flere sammenhænge, men for at begrænse opgaven vedtog arbejdsgruppen, at projektet kun skulle omfatte geologiske modeller, der opstilles i forbindelse med grundvandsmodellering. Den arbejdsgruppe der blev nedsat kom til at bestå af 3 amtsmedarbejdere, 2 repræsentanter fra GEUS ligesom 7 forskellige rådgivende firmaer var repræsenteret (figur 1). Arbejdsgruppen afsluttede arbejdet, indtil videre, i juni 2006, hvor notatet Anbefalinger til geologisk modelopstilling i forbindelse med grundvandsmodellering blev færdigt. Et centralt budskab i anbefalingerne er, at den geologiske forståelse i højere grad end tidligere skal indarbejdes i de opstillede geologiske modeller. FORMÅL Formålet med arbejdsgruppens arbejde var, at fremstille et sæt fælles accepterede anbefalinger for arbejdet med opstilling af geologiske modeller i forbindelse med grundvandsmodellering. Det var væsentligt at få sikret, at modelopstilleren ved at følge anbefalingerne, får beskrevet og gennemarbejdet områdets geologi. Det var også væsentligt, at anbefalingerne øger fokus på nødvendigheden af dokumentation, herunder dokumenteret kvalitetskontrol, og nødvendigheden af, at usikkerheder formidles videre både til den, der opstiller strømningsmodellen, og til den der skal modtage det endelige projekt. Ved at følge arbejdsgangen og termi-nologien, der bliver præsenteret i anbefalingerne, vil der kunne opnås en større ensartethed i opbygningen af de geologiske modeller. Dette vil også øge anvendeligheden af de modeller, der uploades til den nationale database for geologiske modeller.

4 Arbejdsgruppen Anker Højberg - GEUS Birthe Jordt Tidligere Århus Amt Nu Orbicon Carsten Vigen NIRAS Flemming Jørgensen - Tidligere Vejle Amt Nu GEUS John Vendelbo Orbicon Margrethe Kristensen Tidligere Ribe Amt Nu GEUS Morten Hundahl - Tidligere Carl Bro Nu Syddjurs Kommune Niels Richardt Rambøll Per Nygård - GEUS Peter Alfred Petersen - COWI Peter Sandersen - Watertech Stig Berendt Marstal Tidligere DGE Nu GEO Figur 1. Deltagerne i den arbejdsgruppe der har udarbejdet anbefalingerne /2/. SAMARBEJDSFORMEN Det praktiske geologiske modelarbejde i forbindelse med grundvandsmodellering udførtes ofte for amterne af forskellige rådgivere. GEUS og amterne inviterede derfor også rådgiverne til at deltage i arbejdet med at udarbejde anbefalinger for geologisk modelopstilling. Dermed skulle det sikres, at anbefalingerne i videst muligt omfang blev baseret på den mest opdaterede viden og erfaring. Formålet med at inddrage flest mulige aktører i arbejdet var også at sikre, at anbefalingerne fra starten blev forankret i en større kreds. Det er meget væsentligt at nævne, at der ikke har været eksterne midler til afholdelse af projektet. Det arbejde, der er udført, er dermed udelukkende baseret på frivillig indsats fra medlemmerne i arbejdsgruppen og de pågældende firmaer. Den frivillige indsats var drevet af en fælles interesse for netop at øge fokus på vigtigheden af gennemarbejdede og dokumenterbare geologiske modeller. Arbejdsgruppens arbejdsform var en blanding af arbejdsmøder og mailkorrespondance. Der blev forholdsvist tidligt i processen nedsat 3 underarbejdsgrupper med hver sin tovholder. Disse undergrupper fremlagde resultaterne af deres arbejde på arbejdsmøderne og disse fremlæggelser dannede grundlag for den efterfølgende diskussion på møderne. Det var helt indledningsvist blevet besluttet, at der skulle foreligge et resultat af arbejdsgruppens arbejde inden udgangen af juni måned Notatet Anbefalinger til geologisk modelopstilling i forbindelse med grundvandsmodellering. Statusnotat - juni 2006 er således resultatet af dette i øvrigt unikke samarbejde mellem repræsentanter fra konkurrerende firmaer. RESULTATER Resultatet af gruppens arbejde /2/ er et statusnotat tilpasset det frivillige ressourceforbrug. De udarbejdede anbefalinger skal derfor ikke betragtes, som fyldestgørende anbefalinger til geologisk modellering. Arbejdsgruppen anbefaler derfor også, at projektet videreføres blandt

5 andet med særlig fokus på de problemstillinger, der knytter sig til det praktiske modelleringsarbejde. Anbefalingerne indeholder dels definitionen af en terminologi til anvendelse under geologisk modellering dels en beskrivelse af en anbefalet struktureret arbejdsgang ved opstilling af de geologiske modeller, der finder anvendelse i forbindelse med grundvandsmodellering. Endelig er der fastsat nogle minimumskrav, der skal være opfyldt under modelarbejdet. For at fastlægge en struktureret arbejdsgang har det været nødvendigt at underopdele geologiske modeller i 3 typer, der gradvis bliver mere og mere detaljerede og målrettede mod den efterfølgende strømningsmodel. Terminologien omkring de 3 geologiske modeltyper præsenteres herunder. Terminologi geologiske modeller 1. Den geologiske Forståelsesmodel: Model der helt overordnet viser geologien i et område. Modellen opstilles blandt andet på baggrund af udvalgte typeboringer og litteraturstudier. Den geologiske Forståelsesmodel består hovedsagligt af principskitser 2. Den geologiske Model: Model der er baseret på detaljeret og integreret geologisk tolkning af primært boredata og geofysiske data. Modelarbejdet indebærer en stratigrafisk korrelation af de geologiske enheder, der er tolket ud fra boringer, geofysik, og eventuel fremstilling af paleogeografiske kort. 3. Den hydrostratigrafiske Model: Modellen tager udgangspunkt i Den geologiske Model men de geologiske enheder grupperes i strømningsenheder. Ved opstilling af Den hydrostratigrafiske model anvendes foruden geologiske data også strømningsdata potentialer, hydrauliske ledningsevner m.m. Anbefalet arbejdsgang Arbejdsgruppen har beskrevet en anbefalet arbejdsgang for arbejdet med opstilling af geologiske modeller (figur 2). Denne arbejdsgang tager udgangspunkt i de 3 ovennævnte typer af geologiske modeller. Modelarbejdet bør indledes med en problemformulering omkring den aktuelle opgave. Modelopstilleren skal hele tiden have for øje, at slutproduktet er en grundvandsmodel, og være opmærksom på, at det nødvendige samarbejde med strømningsmodelløren finder sted undervejs. De enkelte elementer i arbejdsgangen beskrives herunder, og for en mere detaljeret gennemgang henvises til /2/. Selvom arbejdsgangen er faseinddelt er det vigtig samtidig at huske på, at al modelarbejde er iterativ. Det kan være nødvendigt at justere den geologiske model og efterfølgende den hydrostratigrafiske model løbende, indtil strømningsmodellen er færdig kalibreret. Problemformulering Formål og anvendelse Modelopstillingen bør starte med problemformuleringen, hvor den overordnede problemstilling defineres. Alt efter opgavens formål vil der herefter være forskellige krav til den færdige models troværdighed, og dermed også til det tilgængelige datamateriale.

6 Kravspecifikation Det er nødvendigt at tage stilling til detaljeringsgrad allerede under problemformuleringen, ligesom der skal tages højde for eventuelle begrænsninger i tidsplan og/eller budget. Desuden skal der tages stilling til, hvilket område, i forhold til strømningsmodellen, den geologiske model skal dække, og om der skal være varierende detaljeringsgrad indenfor modelområdet. Figur 2. Flowdiagrammet viser de enkelte arbejdstrin frem mod opstilling af en hydrostratigrafisk model til brug ved grundvandsmodellering. Indledende vurdering af data Der skal tages stilling, hvilke data der er til rådighed, hvilket format der skal anvendes, hvilke data der er relevante for at opfylde formålet med modellen, og datakvaliteten og tætheden skal vurderes. Relevante datatyper kan være boredata, geofysiske data, kemiske data, pejledata og beskrivelse af daglokaliteter. Projektgrundlag Der skal tages stilling til om data er indsamlet med relevante metoder, og vil give et brugbart bidrag til tolkningen. Der undersøges desuden om usikkerheden på data er vurderet, og om der er tilstrækkeligt med data af god kvalitet til at opfylde de opstillede krav til modellen Den Geologiske Forståelsesmodel (Trin 1) Den geologiske Forståelsesmodel skal være en helt overordnet model, der skaber det indledende og overordnede geologiske/stratigrafiske overblik. Formålet er at skabe det overordnede overblik over den forventede geologi/stratigrafi i området, inden den mere detaljerede geologiske model skal opstilles. Derudover er formålet at pege på problemstillinger, som f.eks. begrænset baggrundsviden og at opstille arbejdshypoteser for den geologiske opbygning af området.

7 Eksisterende viden og data Grundlaget for at kunne opstille en geologisk forståelsesmodel er først og fremmest eksisterende viden og data. Af relevant materiale kan nævnes områdespecifikke artikler, rapporter, kortmateriale, boringsoplysninger, geofysiske data m.m. Geologisk forståelsesmodel Resultatet af arbejdet med Den geologiske Forståelsesmodel skal omfatte en vurdering og beskrivelse af den overordnede, rumlige geologi. Der skal med udgangspunkt i baggrundsmaterialet opstilles en overordnet stratigrafi for området. Arbejdet bør derfor resultere i: En beskrivelse af områdets overordnede stratigrafi Beskrivelse af den geologiske forståelsesmodel - principskitser (figur 3) Fladekort fra en topografisk analyse, israndslinier, begravede dale m.v. Den geologiske Model (Trin 2) Den geologiske Model er primært en geologisk stratigrafisk model, der beskriver områdets geologiske udvikling. Den vil derfor blive mest detaljeret i de områder, hvor der er god datadækning med hensyn til biostratigrafi, palynologi, fingrustællinger o. lign. Formålet med modellen er at sammentolke geologiske, stratigrafiske og geofysiske data og at optegne bio- og/eller litostratigrafisk korrelerede profiler. Derudover er formålet at skabe en geologisk model for området i den detaljeringsgrad, datagrundlaget kan understøtte. Da den hydrostratigrafiske model under trin 3 skal tage udgangspunkt i den geologiske model, vil de geologiske forhold dermed kunne indarbejdes i den hydrostratigrafiske model. Geologisk datagrundlag Modelgrundlaget for Den geologiske Model er en udbygning af grundlaget for den tidligere opstillede indledende geologiske forståelsesmodel og omfatter udover boringer og geofysiske data bl.a. også biostratigrafiske data, og resultatet fra petrografiske studier til brug ved korrelation af kvartære enheder Tolkede data som prækvartær- og kalkoverfladekort, kort over f.eks. dybe dale, sårbarhedskort, jordartskort vil også være en del af datagrundlaget. Geologisk model Resultatet af arbejdet med den geologiske model indeholder: En detaljeret præsentation af samtlige observerede/tolkede stratigrafiske enheder. En beskrivelse af aflejringsmiljøet for de forskellige stratigrafiske enheder Stratigrafisk korrelation mellem boringer. Et kort der beskriver de væsentligste tolkede enheders udbredelse. Arbejdet kan evt. omfatte paleogeografiske kort (figur 4).

8 Figur 3. Til venstre ses kort over den prækvartære overflade i Århus Amt. Til højre principskitser der viser de geologiske forståelsesmodeller for 3 forskellige områder i amtet. Figur 4. Paleogeografisk kort der viser faciesfordelingen under en havniveau stigning i tidlig Miocæn tid i et større område omkring Vejle Fjord /3/.

9 Hydrostratigrafisk Model (Trin 3) Den hydrostratigrafiske Model er den model, der er designet til videre anvendelse i strømningsmodellen. I det følgende behandles hovedsageligt opstilling af den hydrostrati-grafiske lagmodel, mens andre modeltyper, som f.eks. pixelmodel ikke berøres særskilt. Formålet med modellen er, at sammentolke den geologiske model med hydrogeologiske informationer og fremstille digitale lagflader for de relevante strømningsenheder, som skal modelleres i strømningsmodellen. Geologisk og hydrogeologisk datagrundlag Grundlaget for Den hydrostratigrafiske Model er Den geologiske Model. Datagrundlaget er en udbygning af det datagrundlag, der tidligere er anvendt og omfatter bl.a. synkronpejlede boringer, vandforsyningsboringer, pejledata, vandkemiske analyser, vandløb m.m. Sårbarhedskort, potentialekort og resultater fra prøvepumpningsforsøg kan også være en del af datagrundlaget. Hydrostratigrafiske model Den hydrostratigrafiske Model skal tage udgangspunkt i Den geologiske Model. Det kan dog i komplekse geologiske områder, af modeltekniske årsager, blive nødvendigt at forsimple antallet af lag i Den geologiske Model. Dette gøres ved at samle flere forskellige geologiske lag til et hydrostratigrafisk lag (figur 5). Figur 5. Hydrostratigrafisk korrelation af geologiske lag med ensartede strømningsegenskaber Inden arbejdet med digitalisering og korttegning starter skal fremgangsmåden overvejes, da den vil have indflydelse på slutresultatet (figur 6). De resulterende flader må ikke være i konflikt med den geologiske forståelse af området. Resultatet bør udover digitale lagflader også, hvis det er muligt, omfatte flader, der viser variationer i strømningsrelaterede data inden for den samme hydrostratigrafiske enhed f.eks. kort over forventede kornstørrelsesvariationer.

10 Figur 6. Prækvartæroverfladens højdeforhold i Ringsted kortlægningsområde. I kortet til venstre er prækvartæroverfladen håndtolket af geologen. I kortet til højre er prækvartæroverfladen bestemt ved maskinkonturering af de digitaliserede punkter. Mørke områder indikerer dybtliggende prækvartæroverflade mens lyse farver indikerer, at prækvartæroverfladen er højtliggende. /4/ Dokumentation og status Under hvert af de 3 trin i selve den geologiske modelleringsproces skal der være et særligt fokus på dokumentation, status, usikkerheder og kvalitetskontrol og minimumskrav hertil. Disse punkter gennemgås herunder. Rapport: Det skal være muligt at se, hvordan modellen er opbygget og hvilke tanker der ligger bag. Ligeledes skal der være en beskrivelse af de anvendte metoder; hvilke værktøjer der er anvendt og hvilken fremgangsmåde, der er anvendt i arbejdet. Rapporten kan være en enkelt rapport, hvor de tre trin er dokumenteret hver for sig. Status På hvert modeltrin skal der gøres status over om modellen forventes at kunne opfylde de modelkrav og modelformål, der indledningsvist er formuleret for projektet. Usikkerheder og kvalitetskontrol Usikkerhedsvurderinger: Den opstillede model skal som minimum indeholde nogle kvalitative betragtninger omkring modellens usikkerheder, og overvejelserne skal videreformidles til næste trin i modelarbejdet. Vurdering af datagrundlaget er usikre datapunkter inddraget i mangel af bedre? Der skal fokuseres på områder, hvor den geologiske forståelse er mangelfuld. Der skal fokuseres på områder, hvor stratigrafiske sammenhæng er usikker Usikkerhed i fladernes udformning der f.eks. skyldes interpolationsmetoden.

11 Kvalitetssikring: Kvalitetskontrollen skal ikke kun omfatte en vurdering af data men også en vurdering af datatroværdighed. Der skal foretages kvalitetssikring af såvel data som modelresultater, og denne kvalitetssikring skal dokumenteres. Endvidere kan det være givtigt under hvert modeltrin at lade andre vurdere det udførte arbejde, dette kan ske internt, hvor en kollega gennemgår og kommenterer arbejdet, eller ved mere formelle reviews udført af eksterne personer. Den egnede metode varierer afhængigt af opgavens omfang og budget. PERSPEKTIVERING Anbefalingerne med hensyn til geologisk modelopstilling er det første skridt i retning mod etablering af en national standard for opstilling af geologiske modeller. Anbefalingerne bliver fulgt op af en Temadag i forbindelse med ATV s Vintermøde 2007, hvor en række aspekter omkring geologisk modellering bliver debatteret. Den øgede fokus på geologisk modellering har endvidere ført til, at der i april 2007 afholdes et kursus under det forskningsbaserede program for efter- og videreuddannelse i vandressourcer (E-VA). Dette kursus tager afsæt i notatet Anbefalingerne til geologisk modelopstilling i forbindelse med grundvandsmodellering. Nærmere information om kurset kan findes på: De ovennævnte tiltag skal bidrage til, at geologisk modellering fortsat har det nødvendige fokus. Dette er bl.a. vigtigt for at sikre, at de grundvandsmodeller, der i sidste ende er et væsentligt element i fastlæggelse af indsatsen med hensyn til beskyttelse af vores drikkevand, er etableret på det bedst tænkelige grundlag. Endvidere bør der ske en videreudvikling af anbefalingerne, når der høstes praktiske erfaringer med den foreslåede arbejdsgang. Der bør ud fra denne første version af anbefalingerne springe deldokumenter, som i større detaljer belyser særlige problemstillinger knyttet til geologisk modellering, især af teknisk præget karakter men også med faglige vinkler. Denne videre udvikling vil forudsætte, at anbefalingerne tages i anvendelse af såvel opgavestillere som opgaveløsere, og der bør f.eks. i regi af en ERFA-gruppe etableres et forum for erfaringsudveksling, hvor interesserede kan mødes og diskutere erfaringer og problemstillinger relateret til geologisk modellering. LITTERATURHENVISNINGER /1/ GEUS STÅBI i grundvandsmodelllering /2/ Anbefalinger til geologisk modelopstilling i forbindelse med grundvandsmodellering. Statusnotat-juni /3/ Rasmussen og Dybkjær, Sequence stratigraphy of the Upper Oligocene-Lower Miocene of eastern Jylland, Denmark: role of structural relief and variable sediment supply in controlling sequence development. Sedimentology (2005) 52, /4/ Rambøll, 2005 Ringsted kortlægningsområde, fase 1. Trin 3: Hovedrapport: Aktuel tolkningsmodel. For Vestsjællands Amt

12