Grundvandsmodel Brædstrup Indsatsområde

Transkript

1 Grundvandsmodel Brædstrup Indsatsområde Dato : December 2006 Projekt : Udarbejdet : Rolf Johnsen, Vejle Amt og Tore Stamp Kirkeby, Carl Bro as Kontrol : Tore Kirkeby

2 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE 1 Indledning og formål Grundvandsmodel for Brædstrup og Våbensholm indsatsområde Geologisk model Opbygning af 1. generation hydrogeologisk model Opbygning af 2. generation hydrogeologisk model Geologisk delmodel (Vejle Amt) Kompilering af geologisk vektormodel og pixelmodel Opstilling af Grundvandsmodel Hydrologiske afgrænsninger - randbetingelser Potentiale Ydre randbetingelser Grundvandsdannelse Vandløb Numeriske parametre Solver Hydraulisk ledningsevne Porøsitet Kalibreringsmål Nøjagtighedskriterium - trykniveau Kalibrering af den stationære model Usikkerhedsanalyse Parameter usikkerhedsanalyse Stationære Scenarier Scenarium 1 (Vejle Amt) Scenarium Konklusion Referencer Referencer, grundvandsmodel, Carl Bro as Referencer, geologisk model, Vejle Amt: APPENDIKS Appendiks 1 Nøjagtighedskriterium KORTBILAG Bilag 1 Udbredelsen af det øvre grundvandsmagasin, resultat geologisk delmodel,vejle Amt Bilag 2 Udbredelsen af det nedre grundvandsmagasin resultat geologisk delmodel,vejle Amt Bilag 3 Beregningsceller, diskretisering af modelområde Bilag 4 Vejle Amts potentialekort Bilag 5 Sammenligning af Vejle Amts potentialekort og lokalt potentialekort baseret på synkronpejlerunde fra 2002 Bilag 6 Randbetingelser for grundvandsmodel

3 FIGURLISTE Figur 1.1, modelområde og indsatsområderne Brædstrup og Våbensholm....2 Figur 3.1, modelområde og indsatsområderne Brædstrup og Våbensholm, den opstillede geologiske delmodel er markeret med gråt....4 Figur 3.2, eksempel på den vertikale diskretisering, (13 modellag), hvor hvert modellag har en konstant mægtighed...6 Figur 3.3, begravede dalsystemers udbredelse. De begravede dale er vist med rød og blå signatur. Den røde (veldokumenteret) indikerer en mere sikker bestemmelse af dalen end den blå (svagt dokumenteret). De begravede dale skærer sig nogle steder mere end 270 meter under terræn. (Efter Jørgensen og Sandersen, 2004)...8 Figur 3.4, oversigtskort med angivelse af profilliniernes placering. Den sorte signatur viser de i Mike Geomodel tolkede profillinier. Afstanden mellem de nordøst - sydvest gående profiler er 600 m, mens afstanden mellem de vest - øst gående profiler er Figur 3.5, profil 1 som er orienteret fra syd imod nord, der viser lagenes indbyrdes placering.11 Figur 3.6, profil 2 som er orienteret fra øst mod vest...11 Figur 3.7, skitse af hvordan et dybdeinterval med to modellag som beskriver henholdsvis den horisontale og vertikale ledningsevne bliver koblet sammen til et modellag, med et materiale som beskriver både den horisontale og vertikale ledningsevne Figur 4.1, landskabets topografi illustreret som en 3D model, det overordnede potentialekorts konturlinier er draperet på, ligesom der angivet diverse stednavne Figur 4.2, anvendt grundvandsdannelse i grundmodellen...16 Figur 4.3, sammenligning mellem Vejle Amts overordnede potentialekort (sort) og det simulerede potentiale (grøn). Ækvidistance 5 meter Figur 4.4, sammenligning mellem Vejle Amts lokale potentialekort (rød) og det simulerede potentiale (grøn). Ækvidistance 2 meter...22 Figur 4.5, viser modeltilpasningen i forhold til observationsdata fra en synkronpejlerunde fra Figur 4.6, viser observerede trykniveauer versus simulerede trykniveauer for de to observationspejle datasæt...24 Figur 4.7, vandløb i modelområdet. Røde trekanter svarer til en målestation/punkt. De grønne og røde søjler angiver kalibreringsresultatet.... Figur 5.1, følsomhed beregnet for hovedparametrene, jo højere søjle jo højere følsomhed. De farvede søjler angiver følsomheden i forhold til hvad en ændring af parameteren vil få af indflydelse på henholdsvis trykniveau eller vandløbs vandføring...28 Figur 6.1, indvindingsoplande til de enkelte vandværker...30 Figur 6.2, Indvindingsopland for Brædstrup Vandværk med usikkerhedsbånd TABELLISTE Tabel 3.1, definitioner på gennemgående hydrologiske enheder...9 Tabel 4.1, kalibrerede værdier for den hydrauliske ledningsevne Tabel 4.2, nøjagtighedskriterier samt beregnede kriterier. Δh maks = 88 m...24 Tabel 6.1, stationære scenarier...29 Tabel 6.2, indvindingsoplande til vandværker i Brædstrup og Våbensholm indsatsområde. Oplysninger om areal og magasin...31 Tabel 6.3, startgæt og tre gange beregnet 95% konfidensinterval og standardafvigelse, enheden er m/s...33

4 Sammenfatning Der er opstillet en numerisk grundvandsmodel for Indsatsområderne Brædstrup og Våbensholm. Modellen er opstillet ved brug af preprocessoren Groundwater Modeling System (GMS) og beregnet i grundvandsmodelkoden Modflow2000. Vejle Amt har opstillet en fem lags geologisk model for en del af modelområdet. Modellen er konceptualiseret og overført til grundvandsmodelprogrammet, som en pixelmodel. De områder som ikke er dækket af den af Vejle Amt opstillede geologiske model, er blevet opstillet ved brug af pixelmodel metoden. De to modeller er smeltet sammen til en hybridmodel. Grundvandsmodellen er opstillet med et tilfredsstillende resultat. Modellen opfylder ikke alle opstillede nøjagtighedskrav, men det er Carl Bros vurdering at modellen kan anvendes til blandt andet, at simulere oplande til eksisterende og kommende indvindinger. Under forudsætning af, at der ikke foretages markante ændringer i inputdata. Der er kun udført enkle følsomhedsanalyser på inputdata og inputparametre. Den kalibrerede model har en fin overensstemmelse med Vejle Amts overordnede potentialekort, samt med trykniveauobservationer i udvalgte boringer. Der er simuleret indvindingsoplande til de ti vandværker: Addit, Bjerrebo, Brædstrup, Funkisbyen, Grædstrup, Sdr. Vissing, Slagballe bakker, Træden Gl. Strup, Voervadsbro og Åstruplund. Oplandendes areal og vandets alder (transporttid i den mættede zone) er beregnet og anvendt i Vejle Amts fastsættelse af indvindingsoplande. Der er udført en parameter usikkerhedsanalyse med henblik på at identificere styrende parametre i modellen. Analysen har vist, at der især er én parameter, som er betydende for modeltilpasningen. De fire mest betydende og følsomme parametre er anvendt i en usikkerhedsvurdering af indvindingsoplandet til Brædstrup Vandværk.

5 Side 1 1 INDLEDNING OG FORMÅL Formål Det overordnede formål med nærværende projekt er at skabe et grundlag for Vejle Amts arbejde med udarbejdelsen af indsatsplan overfor grundvandsressourcen ved Brædstrup. Detailformålet er at sammenstille hydrologiske og hydrogeologiske data i en grundvandsmodel for indsatsområde Brædstrup og Våbensholm. Den numeriske grundvandsmodel skal anvendes til at vurdere det fysiske system herunder grundvandets strømninger, trykniveauer, grundvandsdannelse m.v. Indledning Vejle Amt har anmodet Carl Bro as om at færdiggøre en eksisterende stationær grundvandsmodel for amtets indsatsområde ved Brædstrup og Våbensholm. Arbejdet med den indledende model for Brædstrup og Våbensholm indsatsområde er foregået ved Vejle amt ved Geolog Rolf Johnsen med bistand af Carl Bro as. Den opstillede numeriske grundvandsmodel, dækker Brædstrup indsatsområde. Indsats-området Brædstrup er lokaliseret ca. 15 km nordvest for Horsens og har et areal på ca. 36 km 2. Våbensholm Indsatsområde ligger sydvest for, men forbundet med Brædstrup indsatsområde. Våbensholm Indsatsområde dækker et areal på ca. 44 km 2. Figur 1.1 viser modelområdet, som har et samlet areal på 410 km2. Modelområdet dækker oplandet til Brædstrup Vandværk, og 11 mindre vandværker: Addit, Slagballebakke, Sdr. Vissing Træden Gl. Strup, Funkisbyen; Voervadbro; Grædstrup, Bjerrebo, Åstruplund, Tønning og Hårup. Arbejdet blev påbegyndt i sommeren 2003, hvor der blev indgået aftale om at Vejle Amt skulle opstille en grundvandsmodel for ovennævnte indsatsområder. Carl Bro skulle fungere som faglig rådgiver i modeltekniske spørgsmål, men også hjælp til udførsel af diverse mindre opgaver i GIS, databasehåndtering og i selve grundvandsmodel programmet. Den oprindelige geologiske model blev opstillet som en pixelmodel, hvor boreoplysninger og dele af geofysikkortlægninger blev udnyttet til opstillingen. Undervejs i forløbet blev der indsamlet et større antal nye geologiske oplysninger i form af én dyb boring samt forskelligt geofysik; såsom SKYTEM, HEM og slæb. Denne mængde nye informationer resulterede i opstillingen af en ny geologisk model, som dækkede dele af modelområdet. Den nye geologiske delmodel er opstillet af Vejle Amt i Mike GeoModel. Delmodellen er opstillet som en traditionel vektormodel (lagkage, 4 modellag) Delmodellen er pixileret og klippet ind i pixelmodellen, som dækker hele modelområdet. For nærmere beskrivelse af den kompilerede geologiske model, se venligst afsnit 3. I sommeren 2005 blev Carl Bro bedt om at færdiggøre den geologiske model og foretage en kalibrering af grundvandsmodellen. Efterfølgende skulle der laves en parameterusikkerheds analyse og grundvandsmodellen skulle afrapporteres.

6 Side 2 Figur 1.1, modelområde og indsatsområderne Brædstrup og Våbensholm.

7 Side 3 2 GRUNDVANDSMODEL FOR BRÆDSTRUP OG VÅBENSHOLM INDSATSOMRÅ- DE Der er opstillet en stationær MODFLOW-grundvandsmodel, der omfatter Brædstrup og Våbensholm indsatsområde. Grundvandsmodellen er opstillet som en 3-dimensionel grundvandsmodel ved hjælp af MODFLOW2000, (Harbaugh et al., 2000) og pre-/ og postprocesserprogrammet GMS Version 5.1 og 6, (Groundwater Modeling System). Til simulering af partikelbaner og indvindingsopland er anvendt partikelbane programmet MODPATH4, (Pollock, 1994). GMS understøtter MODPATH som et pre- og post-processerprogram. Den geologiske model til brug i grundvandsmodellen er opstillet efter pixelmetoden (Henriksen et al., 2001). Hvilket indebærer, at den vertikale diskretisering består af et homogent net frem for at følge geologiske lag. I pixelmodellen vil de enkelte beregningslag have samme tykkelse overalt. Fordelen ved pixelmodelen er blandt andet at alle geologiske oplysninger kan inkorporeres i den numeriske model. Dette betyder at afhængig af diskretiseringen kan selv små geologiske strukturer opløses, uden at et helt beregningslag bliver påvirket. Derfor er metoden meget anvendelig i områder med stor geologisk variabilitet. På grund af det mere homogene beregningsnet (vertikalt) bliver modellen også væsentligt mere numerisk stabil. Der er ikke områder i modellen som får meget tynde og eventuelt skråtstillede beregningslag, som kan medføre alvorlige numeriske problemer i form af vandbalancefejl og problemer med partikelbaneberegninger, hvilket ofte er særligt kritisk ved stationære modeller, (Henriksen et al., 2001).

8 Side 4 3 GEOLOGISK MODEL Den geologiske model er opbygget og revideret i flere omgange. 1. generation blev opbygget, som en ren pixelmodel, hvor udtræk af boredatabasen PCJupiter og informationer om placeringen af den gode leder fra TEM sonderinger blev anvendt. En nærmere beskrivelse af opbygningen af en pixelmodel kan ses i afsnit 3.1. I 2. generation af den geologiske model blev der opbygget en traditionel vektor model med fire gennemgående modellag. Den geologiske delmodel blev opstillet for de to indsatsområder, se Figur 3.1. Del modellen er opstillet i Mike Geomodel af Vejle Amt, under hensyntagen til boringer og forskellige geofysiske kortlægninger foretaget efter 1. generation geologisk model. Den geologiske delmodel er efterfølgende indarbejdet i en pixelmodel, som dækker hele modelområdet. Figur 3.1, modelområde og indsatsområderne Brædstrup og Våbensholm, den opstillede geologiske delmodel er markeret med gråt. Den måde opbygningen af den geologiske model er foretaget på, gør at det reelt mere korrekt at tale om en hydrogeologisk model i stedet for en geologisk model. Dette skyldes at lithologiske enheder oversættes til værdier som beskriver evnen for vand til at strømme i de enkelte aflejringer (hydraulisk ledningsevne og transmissivitet). Det betyder, at der ikke kan skelnes mellem eksempelvis sedimenter med forskelligt dannelsesmiljø, hvis det skønnes at vand vil strømme ens i disse.

9 Side Opbygning af 1. generation hydrogeologisk model Samtlige boringer i interesseområdet, som er registreret i PC-Jupiter, er anvendt til opstilling af den hydrogeologiske model. Modellen er inddelt vertikalt i 20 beregningsslag og ved hjælp af et database-værktøj er oplysningerne i PC-Jupiter om aflejringstyper trukket ud og tildelt værdier for hydraulisk ledningsevne for en given aflejringstype, som herefter er vægtet og midlet. Opdelingen i 20 beregningsslag er foretaget for at sikre en detaljeret beskrivelse af de geologiske/ hydrogeologiske forhold i de øverste 30 meter og en mere grov beskrivelse i intervallet m.u.t. Inddelingen i de vertikale beregningskasser bliver således: Lag 1: Lag 2: Lag 3 Lag 4: Lag 5: Lag 6: Lag 7: Lag 8: Lag 9: Lag 10: Lag 11: Lag 12: Lag 13: Lag 14: Lag 15: Lag 16: Lag 17: Lag 18: Lag19: Lag 20: 0 5 meter under terræn (m.u.t.) m.u.t m.u.t m.u.t. 20 m.u.t. 30 m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t. 70 m.u.t. 100 m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t m.u.t. Toppen af det øverste beregningslag svarer til terrænoverfladen og er kontureret ud fra højdemodellen fra TOP10DK. De enkelte beregningslag har samme tykkelse overalt, og laggrænserne vil således følge terrænoverfladen. Figur 3.2 viser et eksempel fra model med 13 modellag, det ses tydeligt hvordan at terrænoverfladen afspejles igennem hele lagserien.

10 Side 6 Figur 3.2, eksempel på den vertikale diskretisering, (13 modellag), hvor hvert modellag har en konstant mægtighed. Ved hjælp af et Access-databaseværktøj (udviklet af Carl Bro as) er oplysningerne i PC-Jupiter om aflejringstyper, inden for de ovenfor anførte dybdeintervaller, trukket ud. Herefter tildeles der en på forhånd fastlagt værdi for hydraulisk ledningsevne for en given aflejringstype, som herefter er vægtet og midlet arimetrisk. Der er efterfølgende foretaget en konturering af hvert lag i et beregningsnet på 100 x 100 m, hvorved hver node tildeles en ledningsevne. Kontureringen er udført i MapInfo Vertical Mapper3.1 under anvendelse af interpolationsrutinen invers distance. Der kan herefter anvendes to fremgangsmåder; enten kan disse net overføres direkte til GMS og dermed grundvandsmodellen, eller der kan vælges den såkaldte konceptuelle modellering, hvor input til grundvandsmodellen beskrives via GIS-elementer. Sidstnævnte metodik giver en højere grad af frihed i modelleringsfasen og det er derfor valgt at anvende denne. Der er på baggrund af de konturerede kort, udført en tilretning/tolkning og kontrol af geologien i de 20 lag. I et GIS system blev der oprettet polygoner som afbilleder områder med ensartede hydrauliske ledningsevner, ligesom geologiske strukturer er fremhævet i den konceptuelle geologiske modellering. Resultatet er en hydraulisk ledningsevne for samtlige beregningsceller i modellen. Den hydrauliske ledningsevne er overført til grundvandsmodel programmet som områder med identiske hydrauliske egenskaber. I 1. generation modellen blev den resulterende hydrauliske ledningsevne anvendt som initial horisontal ledningsevne. Den vertikale ledningsevne blev bestemt som værende en tiendedel af den horisontale ledningsevne.

11 Side Opbygning af 2. generation hydrogeologisk model Under arbejdet med den første genration af den hydrauliske model blev det klart, at der manglede viden om de geologiske strukturer i interesseområderne (indsatsområderne). Blandt andet derfor blev der iværksat en større geofysisk kortlægning, som indeholdt både SKYTEM, HEM og slæb. Desuden blev der boret yderligere en dyb boring i den begravede dybe dal ved Tyrsting. Sediment Samarbejdet (SESAM) har foretaget korrelationer af stratigrafien i dybe boringer i området. Denne nye mængde data gav anledning til at Vejle Amt ved Rolf Johnsen og Flemming Jørgensen opstillede en fem lags vektormodel. Denne er beskrevet i afsnit Det femte lag beskriver bunden af den hydrauliske model idet det er tolket til at være impermeabelt ler. Afsnit er skrevet af Vejle Amt ved Geolog Rolf Johnsen Geologisk delmodel (Vejle Amt) Brædstrup indsatsområde er beliggende i den nordligste del af Vejle Amt. Området er beliggende på et relativt fladt plateau mellem den østjyske israndslinie og hovedopholdslinien. Indsatsområdet afskæres mod sydøst af Gudenåen, mod syd af Mattrup å, samt mod nordvest af Bryrup dalen. Landskabet er et morænelandskab med sandede og lerede jordarter i overfladen. Den overfladenære geologi i området er præget af de mange isoverskridelser fra forskellige retninger. Der er påvist aflejringer fra Weichsel, Saale og Elster glaciationerne. Den kvartære lagtykkelse er normalt -40 meter. Enkelte steder i området har dybe kvartære dale dog skåret sig ned i undergrunden og her ses kvartære aflejringer ned til 0 meter under terræn. De kvartære bjergarter er kendetegnet i området ved at være sandede. Der er således store områder, hvor de øverste 30 meter aflejringer indeholder under 5 meter ler. Dette medfører at de øverste grundvandsmagasiner er mere udsatte overfor forurening fra overfladen. De tertiære aflejringer udgøres af en øvre del præget af glimmerholdigt kvartsand og brunt glimmerler/silt (Miocænt). I store dele af området findes toppen af disse lag fra kote m (DNN). Dybe boringer ved Addit, Davding og Klovborg tyder på at mindst to lag i den Miocæne lagpakke kan være mere sanddominerede og velegnede grundvandsmagasiner med god beskyttelse mod forurening. Herunder findes fedt tertiært ler (Søvind mergel, Eocænt), der i boringen ved Klovborg vandværk blev fundet i 173 meters dybde, ved Tyrsting i 270 meter og ved Addit og Davding i meter under terræn. Aflejringer fra Miocænet træffes terrænnært i en sandgrav ved Voervadsbro. Geofysiske undersøgelser i området viser at den typiske dybde til den fede ler, der danner den nedre grænse for mulighederne for at finde grundvand, er beliggende 150 til 0 meter under terræn. Største dybder findes i et bælte fra Føvling over Tyrsting til Brædstrup Mark.

12 Side 8 Begravede dale Der er kortlagt et netværk af begravede dale i området. De begravede dale er som tidligere beskrevet dannet under kvartærtiden. Dalene erkendes mange gange ikke i overfladen. Mange steder indeholder de begravede dale grundvandsmagasiner, som har en god ydelse og en rimelig god beskyttelse. De kortlagte, begravede dale i området er vist på Figur 3.3. Figur 3.3, begravede dalsystemers udbredelse. De begravede dale er vist med rød og blå signatur. Den røde (veldokumenteret) indikerer en mere sikker bestemmelse af dalen end den blå (svagt dokumenteret). De begravede dale skærer sig nogle steder mere end 270 meter under terræn. (Efter Jørgensen og Sandersen, 2004) Det ses på Figur 3.3 at der i området er flere adskilte dalsystemer. Omkring ådalene ved Mattrup å, Bryrup å og Gudenåen er der fundet kvartære begravede dalsystemer under terræn. Den begravede dal som strækker sig fra Våbensholm skov til Hovedskov er særlig dyb (rød dalstruktur markeret med pil). Ved boringer vest for Tyrsting er dalen erkendt i op til 270 meter under terræn. Samtidig er der helt ned til disse dybder fundet grundvandsmagasiner med gode muligheder for drikkevandsindvinding. Den begravede dal syd for Brædstrup er ikke så dyb; op til meter under terræn.

13 Side 9 Hydrologisk model Der er opstillet en 3 dimensional, hydrogeologisk model for Brædstrup indsatsområde. Modellen er opstillet i Mike Geomodel og strækker sig over indsatsområdet. Modellen er baseret på de geologiske, geofysiske og hydrologiske undersøgelser, der er udført i området. Ved opstilling af modellen er der optegnet 12 profiler orienteret nordøst sydvest med en indbyrdes afstand på 600 m. Derudover er der tolket 5 profiler med en afstand på 1,5 km., vinkelret på disse. Bufferzonerne er sat til 300 meter på hver side af profilet, sådan at alle data medtages ved tolkning af profilet. Profilernes placering ses med sort signatur på Figur 3.4. Modellen opdeler det hydrologiske system i 5 enheder, beskrevet i Tabel 3.1. To enheder er beskrevet som grundvandsmagasiner; et øvre og et nedre magasin. Det nedre grundvandsmagasin består af sand og grus som enten henføres til miocænet eller begravede dale af kværtær alder. Det øvre grundvandsmagasin består generelt af sand og grus dannet i kvartærtiden. Herudover er der 3 vandstandsende enheder. Definitionerne på enhederne ses i nedenstående Tabel 3.1: Dæklag (brunt lag på profiler): Laget mellem terræn og øvre magasin: Grænsen nedadtil er defineret hvor der i boringer og geofysik er tegn på overgange fra vandstandsende til vandledende lag. Dæklaget kan bestå af moræneler, men også andre kvartære sedimenter. En stor tykkelse af dæklag er derfor ikke ensbetydende med god beskyttelse. Der er udarbejdet et mere detaljeret kort for lertykkelser i de øverste -30 meter som kan anvendes til zonering af dæklaget. Dæklaget er sat til 0,1 meter hvor det ikke eksisterer. Øvre magasin (rødt lag på profiler): Magasinet er defineret som det øverste vandledende grundvandsmagasin med regional udstrækning. Grundvandsmagasinet består hovedsageligt af smeltevandsafleringer fra kvartæret. Enkelte steder er laget bestående af grovkornede aflejringer fra tertiæret. Aquitard (gult lag på profiler): Et lavpermeabelt lag som er beliggende mellem øvre og nedre magasin. I de begravede dale er laget bestående af moræneler, mens det udenfor kan være lagune og havaflejringer fra tertiæret og moræneler fra kvartæret. Nedre magasin (lyseblåt lag på profiler): Dybt liggende magasin. Er flere steder sammenhængende med øvre magasin. I de begravede dale er laget bestående af smeltevandssand, mens det udenfor dalene hovedsageligt er kvartssand og glimmersand fra tertiæret. Der kan zoneres i laget udfra placeringen af de begravede dale. Bund (mørkeblåt lag på profiler): Det hydrologiske system består i bunden af søvind mergel. Dette lag udgør en vandstandsende barriere nedadtil. Søvind mergel er regionalt udbredt og er defineret af TEM undersøgelserne og enkelte boringer. Tabel 3.1, definitioner på gennemgående hydrologiske enheder. Udbredelsen af de to grundvandsmagasiner (nedre og øvre) ses i Bilag 1 og Bilag 2. På profilerne, (Figur 3.5 og Figur 3.6) er enhederne optegnet gennem området. Profil 1 strækker sig fra syd imod nord og profil 2 og fra vest imod øst.

14 Side 10 Figur 3.4, oversigtskort med angivelse af profilliniernes placering. Den sorte signatur viser de i Mike Geomodel tolkede profillinier. Afstanden mellem de nordøst - sydvest gående profiler er 600 m, mens afstanden mellem de vest - øst gående profiler er Grundvandsmagasiner er vist med lys blå og rød farve og vandstandsende lag med brun, gul og mørk blå farve. Profilerne er generelle og kan derfor ikke anvendes på detailniveau, men som redskab til forståelse af den hydrogeologiske opbygning i området. Af profilerne fremgår det at lagenes udbredelse og tykkelse varierer henover området.

15 Side 11 Figur 3.5, profil 1 som er orienteret fra syd imod nord, der viser lagenes indbyrdes placering. Figur 3.6, profil 2 som er orienteret fra øst mod vest Kompilering af geologisk vektormodel og pixelmodel Den geologiske delmodel dækker kun en del af det samlede modelområde, derfor blev det valgt at pixilere delmodellen, for efterfølgende at indarbejde den i det eksisterende datagrundlag.

16 Side 12 Der blev udtrukket 20 nye lag til at beskrive den horisontale ledningsevne. Lagene blev dannet, som beskrevet i afsnit 3.1. Til midling over forskellige lithologier er anvendt arimetrisk middel. Ved at anvende arimetrisk middel vil især materialer/lithologier med god ledningsevne blive dominerende. Eksempelvis vil en arimetrisk midling af ledningsevnen over tre meter sand og to meter ler, næsten helt negligere leret. Dette er en rimelig antagelse til brug i beregningen af horisontal ledningsevne. Beregning af den horisontale ledningsevne er foretaget efter formel 1. K H m K m i, j, kbi, j, k, i, j = hvor Bi, j = bi, j, k formel 1 B k = 1 i, j k = 1 Leret vil derimod have en stor betydning for den vertikale strømning, hvorfor det er nødvendigt også at lave 20 lag, med samme vertikale diskretisering,som beskriver den vertikale ledningsevne. Den vertikale ledningsevne beregnes som i formel 2. I beregningen af den vertikale ledningsevne vil materialer med lave ledningsevner vægtes højere. K Z, i, j = m b B i, j / K k = 1 i, j, k i, j, k hvor B i, j = m k = 1 b i, j, k formel 2 I de tilfælde hvor der midles over samme materiale eller materialer med samme hydrauliske egenskaber vil formel og formel 2 give samme resultat. I de tilfælde er det valgt at gøre den vertikale ledningsevne en faktor 10 mindre end den horisontale ledningsevne. Dette er gjort for at afspejle anisotropi i aflejringerne, som skyldes det typiske geologiske aflejringsmønster. De to gange 20 modellag er videreforarbejdet, som beskrevet i afsnit 3.1, således der er dannet i alt 40 modellag, som henholdsvis beskriver den horisontale og den vertikale ledningsevne i form af områder med identiske strømningsegenskaber. De 2 gange 20 modellag er klippet mod hinanden, således at et hvert sted i modelområdet er beskrevet af et materiale med egenskaber for henholdsvis den horisontale og vertikale ledningsevne. Figur 3.7 viser en skematisk figur af dannelsen af materialer ud fra to modellag visende henholdsvis den horisontale og vertikale ledningsevne.

17 Side 13 Figur 3.7, skitse af hvordan et dybdeinterval med to modellag som beskriver henholdsvis den horisontale og vertikale ledningsevne bliver koblet sammen til et modellag, med et materiale som beskriver både den horisontale og vertikale ledningsevne.

18 Side 14 4 OPSTILLING AF GRUNDVANDSMODEL Den stationære grundvandsmodel er opstillet med 2000 data, og kalibreret mod observationspejlinger fra 2000 for hele modelområdet og mod data fra én synkronpejlerunde foretaget i området omkring Brædstrup i Der er især lagt vægt på synkronpejlerunden, da denne giver et øjebliksbillede og derfor ikke indeholder de tidslige forskelle, som pejlinger hen over et år vil indeholde. Desuden er medianminimumvandføringen anvendt i kalibreringen af vandløb. Modelområdet er inddelt i 20 modellag med hver 6644 beregningsceller. Størrelsen af beregningscellerne er 0x0 meter. Beregningsnettet kan ses på bilag Hydrologiske afgrænsninger - randbetingelser Potentiale Vejle Amts overordnede potentialebillede, (Vejle Amt, 1998), for de dybe kvartære aflejringer, se bilag 4, viser at afstrømningen er kraftigt styret af landskabets topografi, samt vandløbssystemerne i forbindelse med Gudenåen og Salten Å. Afstrømningen foregår lokalt mod de dominerende vandløb og hovedafstrømningen foregår mod nordøst med udløb i Mossø. De højeste trykniveauer findes ved Ejer Bavnehøj med en værdi på ca. 110 meter. De laveste trykniveauer findes ved Mossø med en værdi på ca. 22 meter. Generelt er trykniveauet højt (70- meter) i hele modelområdet med relative små gradienter, men særligt Salten å og Gudenåen giver nogle meget markante trykniveaugradienter, hvilket er sammenfaldende med ændringer i topografien. Eksempelvis er gradienten fra Ejer Bavnehøj i øst mod Gudenåen helt oppe i størrelsesordnen 14 0 / 00. Den gennemsnitlige gradient på potentiale billedet langs Gudenåen fra indløb til udløb i modellen er ca. 1,5 0 / 00.

19 Side 15 Figur 4.1, landskabets topografi illustreret som en 3D model, det overordnede potentialekorts konturlinier er draperet på, ligesom der angivet diverse stednavne. Der er foretaget en synkronpejlerunde centralt i modelområdet omkring Brædstrup i Synkronpejlerunden gav anledning til udarbejdelsen af et lokalt potentialebillede (Vejle Amt, 2002) for Brædstrup området. Ved en sammenligning mellem Vejle Amts overordnede potentialebillede og det lokale potentiale billede er der en del sammenfald, men også nogle uoverensstemmelser. Gudenåen er styrende for trykniveauet, ligesom gradienten øges ved Brædstrup by. Det lokale potentialekort mangler dog helt det relative store plateau (kote 70- meter) i potentialebilledet nord og vest for Brædstrup by. En sammenligning af de to potentialekort kan ses på bilag 5. De to udleverede potentialebilleder giver reelt to forskellige løsnings muligheder. Det er derfor valgt at fokusere mere på observationspejlinger og mere anvende potentialebillederne til at fastslå en generel trend i strømningsbilledet.

20 Side Ydre randbetingelser Potentialekortet på (se bilag 4) viser at modelområdet generelt følger de af Vejle Amt tolkede grundvandsskel. De to steder, hvor der er vurderet at der kan ske strømning over modelranden er hvor Gudenåen kommer ind i modelområdet (sydlige modelrand) og hvor Gudenåen forsvinder ud af modellen ved Gudensø nord for Mossø (nordøstlige modelrand). De valgte randbetingelser kan ses på bilag 6. I den sydlige del af modellen er der defineret fastholdt trykniveau (specified head) med et trykniveau på 50 meter og det nordlige udløb er defineret som fastholdt trykniveau på 22 meter. Bund af modellag 20 fungerer som nedre randbetingelse og simuleres som en no flow rand Grundvandsdannelse Vejle amt har fået udarbejdet et nettonedbørskort og et kort over en distribueret grundvandsdannelse, (Watertech, 2003). Grundvandsdannelsen er anvendt som input parameter. Der er enkelte polygoner, hvor grundvandsdannelsen ikke var estimeret, disse steder er anvendt en værdi fra en nærliggende polygon (afstrømningsopland). Det drejer sig særligt om de nordligst beliggende områder som støder op til eller er beliggende i Århus Amt. Figur 4.2 viser den anvendte grundvandsdannelse i grundvandsmodellen. Figur 4.2, anvendt grundvandsdannelse i grundmodellen. Grundvandsdannelse [mm/år] 3 to to to 340

21 Side Vandløb Grundvandsdannelsen tilføres det øverste aktive lag i grundvandsmodellen. Der er lagt en række vandløb ind i grundvandsmodellen. Vandløbene er blevet knyttet til hovedsageligt modellag 1 og 2. Omtrentlige vandspejlskoter er aflæst på 4 cm-kort. På grund af de store terrænforskelle langs vandløbene, som ikke opløses af den valgte diskretisering er det valgt i flere tilfælde, at justere vandløbene eller højdemodellen manuelt. Placeringen af vandløb og afstrømningsmålestationer ses på Figur 4.7. Kontakten mellem vandløb og grundvandsmagasinet er beskrevet ved hjælp af en hydraulisk konduktans for bunden af vandløbet (og vandløbets geometri). En lav hydraulisk konduktans svarer til en dårlig kontakt, mens en høj værdi svarer til en god kontakt. I grundvandsmodellen beregnes vandbalancen i de indlagte vandløb ved brug af følgende ligningssæt: Q vandløb = K vandløb * (H vandløb trykniveau celle ), trykniveau celle > Vandløbsbund Q vandløb = K vandløb * (H vandløb Vandløbsbund), trykniveau celle Vandløbsbund (I) (II) hvor Q vandløb er vandtransporten igennem bunden af vandløbet, K vandløb er konduktansen for bunden af vandløbet, H vandløb er trykniveauet i vandløbet, trykniveau celle er trykniveauet beregnet i den beregningscelle, som vandløbet er indlagt i, Vandløbsbund er koten til bunden af vandløbet. De to ligninger viser, at hvis trykniveauet i beregningscellen overstiger trykniveauet i vandløbet vil der ske en variabel vandtransport ind i vandløbet styret af den hydrauliske ledningsevne i bunden af vandløbet og trykniveauet i beregningscellen (ligning I). Såfremt trykniveauet i beregningscellen falder til under vandløbsbunden (og dermed under trykniveauet i vandløbet) vil der ske en konstant strømning ud af vandløbet, styret af konduktansen (ligning II). Den hydrauliske ledningsevne for bunden af vandløbene er kalibreret, ved brug af værdier for medianminimumsvandføringsværdier. Den kalibrerede hydrauliske konduktans er fundet til at være i intervallet 0,04 til 1,6 x 10-7 m 2 /s. 4.2 Numeriske parametre Modellen er opbygget ved at tillægge alle beregningsceller et materiale id. Ved at gøre det, er det meget enkelt at ændre på én parameter for et materiale i hele modellen. Typisk vil man tillægge samme materiale id til aflejringer med samme hydrauliske egenskaber.

22 Side Solver Til at løse ligningssystemet er anvendt solveren preconditioned conjugate gradient method (PCG2). Som konvergenskriterium ved ændring i trykniveau er anvendt 0,001 meter og en ændring i residual på 0,001. Til at beregne transmissiviteten mellem beregningsceller anvendes harmonisk middel Hydraulisk ledningsevne Den hydrauliske ledningsevne K er et udtryk for, hvor godt vandet strømmer i jorden. Den hydrauliske ledningsevne anvendes sammen med mægtigheden af det vandførende lag til at bestemme transmissiviteten. I Tabel 4.1 ses de kalibrerede værdier for de enkelte materialer. Det er kun få materialer, hvor initial værdien er ændret under kalibreringen. Det skyldes, at det kun er få materialer som reelt betyder noget i forhold til trykniveau og afstrømningsobservationer, se evt. afsnit 5.1. Kalibreret model, Brædstrup.gpr Kh Kv Materiale m/s m/s E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-09 Tabel 4.1, kalibrerede værdier for den hydrauliske ledningsevne. For sandlag ligger den hydrauliske ledningsevne typisk i intervallet K = m/s, og for lerlag ligger K typisk i intervallet K = m/s. De fundne ledningsevner ligger i realistiske områder hver for sig, men det vil være typisk at vertikale ledningsevner er lavere end de horisontale ledningsevner. Hvilket ikke er tilfældet ved alle materialer. Helt lokalt kan det selvfølgelig være tilfældet, ved eksempelvis dislokerede aflejringer.

23 Side Porøsitet Til brug i partikelberegningerne er der tillagt en porøsitet til alle materialer. Porøsiteten er sat til 0,3. Det skal bemærkes, at den valgte porøsitet har stor indflydelse på transporttiden af grundvandet. I disse simuleringer er anvendt en porøsitet på 30%. Ved at sænke porøsiteten, vil volumenet, hvori strømning foregår nedsættes, hvilket vil medføre en mindre transporttid ved gennemstrømning med samme mængde vand. At hæve porøsiteten vil have modsatte virkning. 4.3 Kalibreringsmål Grundvandsmodeller er forenklinger af komplekse fysiske systemer. I sagens natur er det derfor umuligt at lave en fuldstændig beskrivende grundvandsmodel for et fysisk system. Derfor er det hensigtsmæssigt at opstille kriterier for, hvornår modellen simulerer det fysiske system tilstrækkeligt godt. Dette er i overensstemmelse med normal god praksis og i henhold til STÅBI en for grundvandsmodellering (Henriksen, H.J et al., 2001). Der er opstillet en række kriterier, som skal overholdes, for at grundvandsmodellen kan siges at være tilfredsstillende kalibreret. 4.4 Nøjagtighedskriterium - trykniveau Et nøjagtighedskriterium er et kvantitativt mål for overensstemmelsen mellem en modelsimulering og observerede feltdata. Som nøjagtighedskriterium, se tabel 2.1, er det valgt at anvende de værdier, der er anvendt som eksempel i STÅBI for Grundvandsmodellering (Henriksen, H.J et al., 2001). I appendiks 2 er indsat en kort introduktion til de anvendte nøjagtighedskriterier. Grundvandsmagasin simulering β 1 0,05 β 3 0,05 Tabel 2.1. Nøjagtighedskriterier for grundvandsmodel (high fidelity model). β 1 udtrykker størrelsen af systematiske fejl, baseret på middelfejl og β 3 udtrykker hvor godt de observerede værdier simuleres. De anvendte nøjagtighedskriterier svarer til en high fidelity model i GEUS (STÅBI) terminologi. Ud over de to ovenstående kvantitative kriterier er der ligeledes defineret tre kvalitative kriterier: De estimerede parametre skal have realistiske værdier. Residualerne (afvigelsen mellem observeret værdi og modelresultat) skal være ligeligt fordelt, både i tid og sted. Områdets hydrogeologiske egenskaber skal reproduceres af modellen, eksempelvis strømningsmønster og grundvandsskel.

24 Side 20 Hvis samtlige kriterier overholdes i både kalibrerings- og valideringsfasen, vil den opstillede model med stor sandsynlighed producere meningsfyldte resultater. Nøjagtighedskriterium - vandløbsmedianminimum En bestemmelse af medianminimum i alle grene af et vandløbssystem vil kræve en registrering af den daglige vandføring i alle grenene i en lang årrække. Dette er uoverkommeligt og derfor bestemmes medianminimum ud fra faste reference vandføringsstationer ved brug af eksempelvis en synkronmåling. Det betyder at sikkerheden er stor ved de faste stationer og noget mindre ved synkronmålepunkterne. En fejl på 10% på faste målestationer anses for rimeligt, hvorimod en afvigelse på 15-20% på de ikke faste stationer måske ikke er urimeligt. Det er ikke klarlagt, hvilke stationer som er faste med kontinuer dataopsamling, samt hvilke der er målepunkter kun anvendt til medianminimums-fastsættelse. Årsagen er at kalibreringsgrundlaget er stillet til rådighed af Vejle Amt i form af et kort, hvorpå vandløb, vandløbsoplande og medianværdierne er trykt. For at opnå at de simulerede værdier for medianminimum er i samme størrelsesorden som de beregnede værdier for medianminimum, er der fastsat et kriterium i denne opgave: Hvis forskellen er mindre end 10%, betragtes vandløbet som velkalibreret, ved større afvigelse betragtes det som mindre eller ikke kalibreret. Det må forventes, at der er en vis forskel på simulerede og beregnede medianminimums værdier. Dette skyldes blandt andet, at kalibreringsmålene er beregnede medianminimumsværdier, der repræsenterer en årrække. 4.5 Kalibrering af den stationære model For at kunne beholde overblikket over modellen og undgå at lave en ren modeltilpasning til observationsdata, er modellen kalibreret på færrest mulige parametre, ligesom det er undgået at zonere modellen i områder, hvor tilpasningen måske er mindre god. Der er kun zoneret, hvis der er data som underbygger en markant ændring/zonering. De anvendte parametre i modellen er alle realistiske. Figur 4.3 viser det simulerede potentialekort for beregningslag 10, svarende til et dybere liggende potentiale med regional udbredelse. Til sammenligning er vist det overordnede potentiale (Vejle Amt, 1998). Ved en visuel sammenligning med det overordnede potentialekort fra Vejle Amt, så ses at den generelle trend med høje trykniveauer sydvest for Mattrup Å og med et faldende trykniveau i retning Mossø i det nordøstlige modelområde er simuleret fint. Trykniveauets størrelse er også fint simuleret. Der er dog flere lokale maksimumer som ikke simuleres, eksempelvis det høje trykniveau ved Ejer Bavnehøj og de meget høje trykniveau gradienter syd for Salten Å.

25 Side 21 Det vurderes at de overordnede trends simuleres fint, men at der er nogle mere lokale trends på Vejle Amts potentialekort som ikke kan simuleres i modellen. Det kan ud fra den visuelle sammenligning ikke afgøres om trykniveauet er korrekt simuleret eller at der er sket overfortolkninger i udarbejdelsen af det overordnede potentialekort. Det overordnede potentialekort er udtegnet med kraftig vandløbs indflydelse, samt nogle høje trykniveauer ved eksempelvis Ejer Bavnehøj. I afsnit er beskrevet yderligere et lokalt potentialekort, som dækker det centrale modelområde. Potentialekortet er dannet på baggrund af en synkronpejlerunde i Som beskrevet er dette potentialekort noget mere udglattet, ligesom det mangler den meget kraftige vandløbs påvirkning. Ved en sammenligning, se Figur 4.4 mellem det lokale potentialekort og det simulerede potentiale ses en meget god overensstemmelse, både i niveau og i strømningsretninger. Den eneste afvigelse er reelt i den nordlige del af området hvor potentialekortets potentialelinier går meget mod nord, hvorimod de simulerede potentialer typisk har en mere vestlig retning. Det lokale potentialekort er dog meget usikkert i det område, da der ingen pejlinger er til at styre potentialet her. Figur 4.3, sammenligning mellem Vejle Amts overordnede potentialekort (sort) og det simulerede potentiale (grøn). Ækvidistance 5 meter.

26 Side 22 Figur 4.4, sammenligning mellem Vejle Amts lokale potentialekort (rød) og det simulerede potentiale (grøn). Ækvidistance 2 meter. Modellen er blevet kalibreret mod trykniveauer fra en synkronpejlerunde fra september 2002 og mod pejlinger som dækker hele Desuden er medianminimumvandførings værdier for udvalgte vandløb anvendt i kalibreringen. Pejlinger fra synkronpejlerunden er vægtet højest, da de repræsenterer et øjebliksbillede, desuden er der i forbindelse med udvælgelsen af pejleboringer taget stilling til magasinforhold og sammenhænge. Pejlinger generelt fra 2000 er et sammensurium af pejlinger fra regionale og lokale magasiner, samt over tid. Indvindingsdata mv. fra 2002 var ikke klar da opgaven blev iværksat, hvilket er årsagen til at modellen er opbygget på baggrund af data fra år 2000 og kalibreret mod data fra På Figur 4.5 ses kalibreringsresultatet i forhold til observationsdata fra synkronpejlerunden (2002). Som det ses er hovedparten af punktobservationerne grønne, hvilket betyder, at det simulerede trykniveau er tættere end 3 meter fra det observerede trykniveau. Gule og røde errorbars betyder at det simulerede trykniveau er mere end 3 meter fra den observerede punktmåling. Som det ses er hovedparten af pejlingerne grønne. Der er enkelte pejlinger som er gule eller røde.

27 Side 23 Figur 4.5, viser modeltilpasningen i forhold til observationsdata fra en synkronpejlerunde fra Figur 4.6 viser observerede vs. simulerede trykniveauer. Ideelt set bør alle data ligge på den rette linie, som repræsenterer en 1:1 linie. Det ses at tilpasningen er bedst for observationerne fra synkronpejlerunden. Det ses også at pejlingerne fra 2000 har en lille tendens til at data bliver simuleret en anelse for lavt. Dette fremgår også af den beregnede værdi for mean error (ME) i Tabel 4.2

28 Side :1 linie obs2000 obs2002 Kalibreringsresultat Simuleret Observeret Figur 4.6, viser observerede trykniveauer versus simulerede trykniveauer for de to observationspejle datasæt. Tabel 4.2 ses de modelsimulerede kvantitative kriterier samt STÅBI-kravene. Begge de opstillede kriterier er opfyldt for observationsdata fra 2002, hvorimod β 3 for observationer fra 2000 ikke er helt opfyldt. STÅBI Obs2000 Obs2002 ME ,128 RMS Nøjagtighedskriterium Beregnet værdi Beregnet værdi β 1 0,05 0,033 0,001 β 3 0,05 0,093 0,039 Tabel 4.2, nøjagtighedskriterier samt beregnede kriterier. Δh maks = 88 m. Vandløb og medianminimumsvandføring Der er udvalgt 10 stationer, hvilket giver mulighed for kalibrering af 11 delstrækninger. For disse stationer er simuleret afstrømning og beregnet medianminimumvandføring sammenlignet.

29 Side BRYRUP SØNDER VISSING Ejer Bavnehøj Mattrup Å BRÆDSTRUP ØSTBIRK Gudenå KLOVBORG 0 5 kilometer 10 Figur 4.7, vandløb i modelområdet. Røde trekanter svarer til en målestation/punkt. De grønne og røde søjler angiver kalibreringsresultatet. Ud over mængden af data er det også naturligt at størrelsen af den bestemte medianminimum er afgørende for usikkerheden. En lille medianminimumsværdi er generelt behæftet med større usikkerhed end en stor medianminimumsværdi. Af de 11 delstrækninger er de 6 blevet simuleret tilfredsstillende, én delstrækning er yderst tæt på og 4 er mere end 15% fra den beregnede medianminimum. De fire delstrækninger er øvre del af følgende vandløb Tornbjerg bæk, Bryrup å og Mattrup å. Årsagen til den manglende tilpasning skal nok ses i sammenhæng med følgende to årsager: Skalaproblemer i modellen, beregningscellerne er relativt store i forhold til vandløb og ændringer i topografi tæt omkring vandløbene. Delstrækningerne er starten af vandløbene, hvor de ikke nødvendigvis har kontakt med det primære vandspejl.

30 Side 26 Delkonklusion Det er vurderet at modellen er færdigkalibreret med et udmærket resultat. De kvantitative og kvalitative kriterier bliver overholdt set i forhold til data fra synkronpejlerunden og til dels i forhold til vandløbsvandføringen. Det vurderes, at modellen producerer realistiske resultater og kan anvendes til beregning af indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande samt overordnede vandbalancebetragtninger. Det er dog nødvendigt at forholde sig kritisk til resultater som vedrører områder tæt omkring de mindre godt kalibrerede vandløb.

31 Side 27 5 USIKKERHEDSANALYSE Det er valgt, i samråd med Vejle Amt, kun at foretage en yderst begrænset usikkerhedsanalyse. I usikkerhedsanalysen er der kun udført en enkel parameter usikkerhedsanalyse. Der er ikke udført følsomhedsanalyser. Beskrivelsen af usikkerhedsanalysen, samt efterfølgende beregninger på usikkerheder på oplande (stokastiske oplande), skulle have været dokumenteret af Vejle Amt, da de selv i store træk har udført arbejdet. På grund af tidspres var det ikke muligt at få den del helt færdigt, hvorfor Carl Bro har været behjælpelig med denne korte opsummering. En fuld usikkerhedsanalyse er en systematisk analyse af forskellige usikkerhedskilder (f.eks. klimadata, hydrauliske parametre og geologiske tolkninger) og deres samlede indflydelse på usikkerheden af simuleringsresultaterne. I det følgende vil der kun kort blive opsummeret resultatet af den begrænsede usikkerhedsanalyse. 5.1 Parameter usikkerhedsanalyse Parameterusikkerhedsanalysen er udført på den kalibrerede model (2000 data). Analysen er anvendt til at finde de mest følsomme parametre, således at kalibreringen bliver mere målrettet. Desuden er resultatet anvendt til at finde 95% konfidensintervaller på udvalgte parametre, som videre er anvendt til at udføre en usikkerhedsvurdering på oplandet til Brædstrup Vandværk. Analysen har vist, at der især er én parameter, som er betydende for modeltilpasningen (beregnet på alle trykniveauobservationer, og vandløbsafstrømningsobservationer). Den mest betydende parameter er den horisontale hydrauliske ledningsevne for materiale 34, som i lithologisk sammenhæng vil bestå af smeltevandssand/grus. Parameteren skal kun ændres svagt for at få betydning for modeltilpasningen målt på henholdsvis trykniveauer og vandføring.

32 Side 28 Følsomheder Følsomhed head riv hk_450 hk_470 hk_460 hk_340 hk_350 hk_570 hk_560 hk_670 hk_300 Parameter/materiale Figur 5.1, følsomhed beregnet for hovedparametrene, jo højere søjle jo højere følsomhed. De farvede søjler angiver følsomheden i forhold til hvad en ændring af parameteren vil få af indflydelse på henholdsvis trykniveau eller vandløbs vandføring. Grundvandsdannelsen er ikke medtaget i analysen, men generelt er klimadata altid behæftet med en stor grad af usikkerhed. Eksempelvis er det vanskeligt at måle nedbør korrekt. Nedbørsmålinger skal korrigeres afhængig af målestationens placering (lækategori). Korrektionsfaktoren ændrer sig desuden over tid afhængig af nedbørens art (vand/sne) og vindhastigheden.

33 Side 29 6 STATIONÆRE SCENARIER Et grundvandssystem vil typisk ændre sig i takt med, at der er forskellige påvirkninger (klimavariationer, indvindinger). Nogle forhold vil ofte ændre sig hurtigt, såsom vandføring og andre kan i nogle tilfælde ændre sig langsommere, eksempelvis trykniveauer. Derfor er et grundvandssystem et tidsafhængigt (dynamisk) problem. En stationær model er ikke tidsafhængig og vil derfor altid give en konservativt løsning, da den stationære model vil ende ud med en ligevægtssituation. En stationær model er derfor velegnet til at analysere worst case tilfælde, eksempelvis til at analysere, hvad en indvinding eller en lille/stor grundvandsdannelse maksimalt kan få af betydning for trykniveauer og dermed vandføringen i vandløb i et område. Der skal naturligvis tages hensyn til kombinationen af inputdata ved analyser af løsninger fra en stationær model. Indvindingsoplande og transporttider ( alder af grundvandet ) er beregnet ved brug af backward tracking af partikler placeret i beregningsceller sammenfaldende med indvindinger til vandværker. Scenarium 1 er beskrevet af Vejle Amt. På grund af tidspres var det ikke muligt for Vejle Amt at få beskrivelsen af scenarium 2 færdig, hvorfor Carl Bro har været behjælpelig med en kort opsummering. Tabel 6.1 viser en oversigt over de stationære scenarier, som Vejle Amt har foretaget. Carl Bro har været behjælpelig med computer regnekraft og faglig sparring i forbindelse med scenarium 2. Scenarium Titel Modeltype 1 Indvindingsoplande til eksisterende vandværker Stationær model 2 Indvindingsopland til Brædstrup Vandværk, med usikkerhedsbånd (stokastisk simulering) Stationær model Tabel 6.1, stationære scenarier 6.1 Scenarium 1 (Vejle Amt) Ud fra den opstillede hydrogeologiske model omtalt i afsnittet ovenfor er der udarbejdet indvindingsoplande for de enkelte kildepladser i Brædstrup indsatsområde. Indvindingsoplandene er vist på Figur 6.1. Et indvindingsopland er det område hvor indenfor vandværket indvinder vand. Ved udpegningen af indvindingsoplande i Vejle Amt søges det at udpege et forholdsvist robust areal, da der er usikre faktorer ved opstillingen af hydrogeologiske modeller. Samtidig er det ikke nyttigt at udpege alt for store arealer, da dette ikke er planlægningsmæssigt holdbart. Udpegningen af indvindingsoplande rummer derfor en række analyser, som giver en vished for oplandets udbredelse. Der er ved optegningen af oplandene kun inddraget grundvand som er maksimalt 100 år. Dette skyldes, at det ikke findes hensigtsmæssigt at beskytte grundvand længere end 100 år frem i tiden. Samtidig vil der med en transporttid på 100 år ske en væsentlig nedbrydning af forurenende stoffer.

34 Side 30 Oplandenes størrelse afspejler dels hvor meget vand der hentes op ved indvindingen, samt hvilke geologiske lag vandet skal passere for at nå boringen. Hvis grundvandshastigheden er stor i et område vil oplandet blive relativt langstrakt, mens det vil være mere ovalt i formationer hvor vandet transporteres langsommere. Desuden vil oplandet typisk være lille hvis indvindingen sker meget tæt på overfladen. Størrelsen på vandværkernes oplande ses i tabel 2. Figur 6.1, indvindingsoplande til de enkelte vandværker.

35 Side 31 Vandværk Areal (km 2 ) Grundvandsmagasin Addit 3,1 Miocænt grundvandsmagasin Bjerrebo 2,0 Øverste del af Begravet dal Brædstrup 3,2 Miocænt grundvandsmagasin Funkisbyen 1,3 Kvartært grundvandsmagasin Grædstrup 1,0 Miocænt grundvandsmagasin Sdr. Vissing 4,3 Miocænt grundvandsmagasin Slagballe bakker 0,2 Kvartært grundvandsmagasin Træden Gl. Strup 0,4 Miocænt grundvandsmagasin Voervadsbro 2,8 Miocænt grundvandsmagasin Åstruplund 0,8 Kvartært grundvandsmagasin Tabel 6.2, indvindingsoplande til vandværker i Brædstrup og Våbensholm indsatsområde. Oplysninger om areal og magasin. 6.2 Scenarium 2 Selvom geologen og modelløren har gjort sig stor umage for at opstille og kalibrere den mest sandsynlige model, så er der usikkerheder forbundet med at forsøge at beskrive komplekse fysiske systemer. En måde at kvantificere usikkerheden ved et beregnet indvindingsopland kan være at foretage en modellering, hvor oplandet ikke kun beregnes én gang, men et stort antal gange som matematisk er lige sandsynlige. Det som reelt gøres er at de styrende parametre erkendes, hvorefter disse parametre får lov til at være frie indenfor et realistisk interval. Der vælges et antal simuleringer, som gerne skal afspejle alle mulige tilfældige kombinationer af de frie parametre. Efterfølgende køres der partikelbaner for alle de foretagne simuleringer og der summeres op hvilket forløb partikelbannerne har. Eksempelvis i et område, hvor alle simuleringer har transport af partikler, vil give en indikation af, at det område med meget stor sikkerhed er indeholdt i indvindingsoplandet. På Figur 6.2 er vist et forsøg på at beskrive usikkerheden på indvindingsoplandet til Brædstrup Vandværk. Usikkerheden bygger på i alt 0 stokastiske udfald med fire frie parametre (4 materialer). Heraf er ca. 50 frasorteret på grund af de overskrider afskæringskriteriet. Afskæringskriterie = 3x RMS (kalibreret model, RMS= 3,4..). De fire frie parametre er fundet ved at analysere hvilke parametre som er mest følsomme, hvorefter 95% konfidensintervallet gange en faktor tre er anvendt som øvre og nedre grænse for ledningsevnen (lognormal for K) for de fire materialer.

36 Side Figur 6.2, Indvindingsopland for Brædstrup Vandværk med usikkerhedsbånd. Usikkerhed på opland -100% 60-% 40-60% 20-40% 10-20% Årsagen til at øge konfidensintervallet er at de beregnede konfidensintervaller kun er en indikation af parameter usikkerheden. Konfidensintervallet bygger på lineære forudsætninger, som muligvis ikke spænder over et lige så stort parameter interval, som konfidensintervallet. (Er konfidensintervallet normalt fordelt? Hvis ikke, underestimeres usikkerheden.) Initialværdien og tre gange konfidensintervallet, samt standard afvigelsen er vist i tabel 1.

37 Side 33 Parameter Stargæt/middelværdi Konfidensinterval x 3 Standardafvigelse [m/s] Nedre grænse øvre grænse stdev = (U 95 -Middel)/2 hk_450 2,54e-5 3,49e-7 1,78e-3 8,8e-4 hk_470 5e-5 4,44e-7 5,66e-3 2,8e-3 hk_340 4,44e-4 9,5e-5 2,07e-3 8,1e-4 vk_100 6,34e-5 7,96e-6 5,04e-4 2,2e-4 Tabel 6.3, startgæt og tre gange beregnet 95% konfidensinterval og standardafvigelse, enheden er m/s. Figur 6.2 er en 2D præsentation af Brædstrup vandværks samlede indvinding (2000), fordelt på indvindingsboringerne DGU nr.: ; og respektive filtre. Kortet viser en distribuering af sandsynligheden for at der sker en strømning forskellige steder i indvindingsoplandet. Kortet er inddelt i fire klasser, 100% til %, % til 60% 60%-40% 40%-20% og 20%-10%. Der skal ikke lægges for meget vægt på selve procentsatserne, men måske mere tolke kortet som områder hvor der er stor sandsynlighed for strømning og områder hvor der er mindre sandsynlighed. Procentsatserne er kun vejledende, da der er foretaget forenklinger/antagelser flere steder. Det er for eksempel antaget at konfidensintervallet er normalfordelt, der er fjernet løsninger med urealistiske RMS værdier mv.. Summeret vil alle disse forsimplinger give lavere sandsynligheder end dem som er angivet på kortet. Det skal erindres at usikkerheden kun er belyst ud fra ændringer i størrelsen af ledningsevnerne. En mere fuldstændig usikkerhed ville blive visualiseret, hvis forsøget eksempelvis blev foretaget med forskellige realistiske geologiske modeller, forskellige modelkoder mv. se evt. Henriksen, H.J et al. (2001).

38 Side 34 7 KONKLUSION Der er opstillet en grundvandsmodel for Brædstrup og Våbensholm indsatsområde. Vejle Amts grundvandsmodel for Indsatsområde Brædstrup og Våbensholm er blevet opstillet og kalibreret med et tilfredsstillende resultat. Den stationære model er kalibreret med og mod data fra 2000 og til dels Den kalibrerede model har overordnet en fin overensstemmelse med Vejle Amts potentialekort, samt med trykniveauobservationer i udvalgte boringer. Der er områder, hvor det simulerede trykniveau varierer en del fra det overordnede potentialekort, men ved en sammenligning med et lokalt potentialekort for den centrale del af området er der meget fin overensstemmelse. Synkronpejlerunden fra 2002 bliver simuleret udmærket, mens pejlinger fra 2000 generelt bliver simuleret en anelse for lavt. Den opstillede grundvandsmodel opfylder de kvalitative krav, og til dels de kvantitative nøjagtighedskrav til kalibreringen, idet de opfyldes i forhold til observationsdata fra synkronpejlerunden, men ikke data fra Det er vurderet, at det ikke vil være muligt at opfylde de kvantitative krav i forhold til data fra 2000, blandt andet på baggrund af de usikkerheder der er på trykniveauobservationer fra et helt år, samt det manglende kendskab til magasintilhørsforhold. Det vurderes, at den opstillede model kan anvendes som et værktøj i forbindelse med vandbalancebetragtninger, konsekvensvurderinger, udpegning af indvindingsoplande til kildepladser, placering af nye boringer og generelt som zoneringsværktøj. I den forbindelse er det dog vigtigt at forholde sig kritisk overfor resultater, da modellen ikke er valideret. Desuden er det ikke afgjort hvilket af de udleverede potentialekort (det officielle overordnede potentialekort og et lokalt potentialekort baseret på en synkronpejlerunde), som er mest korrekt og da der er forskelle på disse og modellen simulere det ene meget fint og det andet ok i de store træk, så er der en usikkerhed her. Der er simuleret indvindingsoplande til de ti vandværker: Addit, Bjerrebo, Brædstrup, Funkisbyen, Grædstrup, Sdr. Vissing, Slagballe bakker, Træden Gl. Strup, Voervadsbro og Åstruplund. Oplandendes areal og vandets alder er beregnet og anvendt i Vejle Amts fastsættelse af indvindingsoplande. Der er udført en parameter usikkerhedsanalyse med henblik på at identificere styrende parametre i modellen. Analysen har vist, at der især er én parameter, som er betydende for modeltilpasningen. De fire mest betydende og følsomme parametre er anvendt i en usikkerhedsvurdering af indvindingsoplandet til Brædstrup Vandværk.

39 Side 35 8 REFERENCER 8.1 Referencer, grundvandsmodel, Carl Bro as Groundwater Modeling System (GMS), Brigham Young University, Enviromental Modeling Research Laboratory. Harbaugh, A.W., Banta, E.R., Hill, M.C., and McDonald, M.G., 2000, MODFLOW- 2000, the U.S. Geological Survey modular ground-water model -- User guide to modularization concepts and the Ground-Water Flow Process: U.S. Geological Survey Open-File Report 00-92, 121 p. Henriksen, H.J., Sonnenborg, T., Christiansen, H.B., Refsgaard, J.C., Harrar, B., Rasmussen, P., Brun, A., 2001, Retningslinier for Opstilling af Grundvandsmodeller, Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen nr eller Henriksen, H.J., Sonnenborg, T., Christiansen, H.B., Refsgaard, J.C., Harrar, B., Rasmussen, P., Brun, A., 2001, Ståbi i grundvandsmodellering, Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, GEUS rapport 2001/56. Pollock, D.W., 1994, User's Guide for MODPATH/MODPATH-PLOT, Version 3: A particle tracking post-processing package for MODFLOW, the U.S. Geological Survey finite-difference ground-water flow model: U.S. Geological Survey Open-File Report , 6 ch. Vejle Amt, 1998, Overordnet potentialekort for hele Vejle Amt Vejle Amt, 2002, Lokalt potentialekort for området omkring Brædstrup Potentialekortet er tegnet på baggrund af en synkronpejlerunde foretaget i Watertech, 2003, Nettonedbørskort, oplandsbalance og kvælstofoverskudskort, Vejle Amt. 8.2 Referencer, geologisk model, Vejle Amt: Jørgensen og Sandersen, 2004, Kortlægning af begravede dale i Jylland og på Fyn. De Jysk-Fynske Amters grundvandssamarbejde. Samfundsteknik, 1998, Brædstrup Vandværk, Handlingsplan. Sedimentsamarbejdet, Afd. for Sediment-Geologi, Geologisk Institut, Aarhus Universitet, Sedimentsamarbejdet, Afd. for Sediment-Geologi, Geologisk Institut, Aarhus Universitet, 2003.

40 Side 36 Vejle Amt, 2001, Forureningsfund i råvandet på vandværker, Brædstrup kommune. Watertech. Vejle Amt, 2002, Geofysisk kortlægning med dybdetem. Indsatsområde Våbensholm, udført af HOH Vejle Amt, 2002, borehulslogging Tyrsting, DGU nr udført af Hedeselskabet. Vejle Amt, 2003, Geofysisk kortlægning med TEM sonderinger, Højt moment, udført af Dansk Geofysik. Vejle Amt, 2003, Brædstrup, boring DGU. nr , , , , , 97.9, , , og Sedimentsamarbejdet, Afd. for Sediment- Geologi, Geologisk Institut, Aarhus Universitet. Vejle Amt, 2004, SkyTEM kortlægning Brædstrup. Udført af Geofysisk afdeling, Geologisk institut, Århus Universitet. Vejle Amt, 2004, Airborne Geophysical Investigation of Buried Valleys. Survey area Brædstrup, Denmark, udført af BGR. Vejle Amt, 2004, PACES kortlægning Brædstrup, Udført af Geofysisk afdeling, Geologisk institut, Århus Universitet. Vejle Amt, 2005, Prøvepumpning af boring Datarapport, udført af Odense Vandselskab. Vejle Amt, 2005, Brædstrup, boring DGU. nr Sedimentsamarbejdet, Afd. for Sediment-Geologi, Geologisk Institut, Aarhus Universitet. Vejle Amt, 2005, borehulslogging Stenløkke, DGU nr udført af Hedeselskabet. Vejle Amt, Addit Mark, boring DGU. nr Vejle Amt. Brædstrup, boring DGU. nr og

41 Side 1 Appendiks 1 - Nøjagtighedskriterium I STÅBI i grundvandsmodellering (Henriksen, H.J. et al., 2001) er foreslået et antal forskellige typer kriterier. De to som vil blive anvendt i nærværende rapport, vil kort blive introduceret i det følgende: Kriterium 1: ME Δh max β 1 Kriterium 1 hvor ME er Mean Error (middelfejl), Δh max er forskellen mellem det højeste og laveste trykniveau i området og er nøjagtighedskriteriet. Kriteriet udtrykker: Ud fra ME kan det vurderes om der er nogen overordnede systematiske fejl, det vil sige om f.eks. det simulerede trykniveauet generelt er for højt eller for lavt. For høje simulerede trykniveauer i forhold til observerede giver udslag i en negativ ME værdi og vice versa. De summerede lokale over- eller underprediktioner i forhold til det globale trykniveauforskel i modelområdet skal være mindre end nøjagtighedskriteriumet. Kriterium 2: RMS Δh max β 3 Kriterium 2 hvor RMS er Root Mean Square error (middelværdien af kvadrat afvigelsessummen), og β 3 er nøjagtighedskriteriet. Dette kriterium giver en vurdering for, hvor godt et observationsdatasæt simuleres. Som nøjagtighedskriterium, se nedenstående tabel, er det valgt at anvende de værdier, som er anvendt som eksempel i STÅBI i grundvandsmodellering (Henriksen, H.J. et al., 2001). Grundvandsmagasin simulering β 1 0,05 β 3 0,05 Nøjagtighedskriterier for High Fidelity grundvandsmodel

42 Bilag 1

43 Bilag 1 Kontureret isopachkort over øvre grundvandsmagasin, fra den geologiske vektor model

44 Bilag 2

45 Bilag 2 Bilag 2 Kontureret isopachkort over nedre grundvandsmagasin, fra den geologiske vektor model

46 Bilag 3

47 THEM Modelafgrænsning, beregningsceller Signaturforklaring: Beregningsceller Vandløb BRYRUP Modelafgrænsning Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Å Å BRÆSTRUP Gudenå ØSTBIRK Målestok 1: KLOVBORG 5 10 Info: Lokalitet: Brædstrup Art: Afgrænsning, beregningsgrid Fil: Beregningsceller.wor Kort grundlag: GMS output Udarbejdet af: TKi Kontrol: MHP Dato: CB sag kilometer

48 Bilag 4

49 Lokalitet: Brædstrup Art: Potentialekort Fil: Potentiale.wor Kort grundlag: Potentialekort, Vejle Amt DDO vektorkort Udarbejdet af: TKi Kontrol: MHP Dato: CB sag Gudenå Ejer Bavnehøj 10 Mattrup Å kilometer 0 5 BRÆDSTRUP KLOVBORG SØNDER VISSING BRYRUP ØSTBIRK Info: Signaturforklaring: Målestok 1: Grundvandsskel Byflade Modelafgrænsning Overordnet potentiale Vandløb Vejle Amts potentialekort

50 Bilag 5

51 BRYRUP Ingen pejlinger SØNDER VISSING Sammenligning mellem Vejle Amts potentialekort og lokalt potentialekort 40 Signaturforklaring: Potentialekort på baggrund af synkronpejlerunde 2002 Mattrup Å 60 Overordnet potentialekort 66 BRÆDSTRUP Vandløb Modelafgrænsning Gudenå Byflade KLOVBORG Ingen pejlinger Info: Målestok 1: Lokalitet: Brædstrup Art: Potentialekort Fil: Potentiale.wor Kort grundlag: Potentialekort, Vejle Amt DDO vektorkort Udarbejdet af: TKi Kontrol: MHP Dato: CB sag kilometer 4

52 Bilag 6

53 Oversigt Indre randbetingelse - Sø Salten Langssø Kulsø Salten Salten Salten Å Mossø Randbetingelser Brædstrup Indsatsområde Halle Sø Ring Sø Våbensholm Indsatsområde Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Å Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Signaturforklaring: Fastholdt trykniveau 0 5 kilometer kilometer 10 Trykniveau afhængig randbetingelse (general head boundary) Anvendt i modellag 1 til 3 til beskrivelse af søer (Mossø modellag 1 til 4) Sø - General head Indvinding Vandløb Sø Indre randbetingelse - indvinding Ydre randbetingelse - Fastholdt trykniveau Modelafgrænsning "NO FLOW" Kulsø Halle Sø Salten Salten Salten Å Ring Sø Salten Langssø Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Mossø "NO "NO "NO "NO "NO "NO "NO "NO "NO FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" FLOW" Kulsø Halle Sø Salten Salten Salten Å Ring Sø Salten Langssø Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Gudenå Fastholdt trykniveau 22 meter Mossø "NO "NO FLOW" FLOW" Info: Målestok 1:0.000 Lokalitet: Randbetingelser Data grundlag: GMS output Fil: BoundaryCondi.wor Udarbejdet af: TKi Kontrol: MHP Dato: 03/ CB sag nr.: Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Å Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Mattrup Å 0 5 kilometer 10 Indvinding fordelt i de 20 modellag afhængig af filterplacering 0 5 kilometer 10 Fastholdt trykniveau 50 meter Fastholdt trykniveau fra modellag 3-20 (enkelte celler med fastholdt tryk fra modellag 2)