Vandindvinding i Volsted Plantage. Numerisk modellering af vandføringen i Hølbækken

Transkript

1 Vandindvinding i Volsted Plantage Numerisk modellering af vandføringen i Hølbækken Naturgeografi, 8. semester, Forår 2006

2

3 B-studienævnet Aalborg Universitet Sohngaardsholmsvej Aalborg Titel: Vandindvinding i Volsted Plantage - Numerisk modellering af vandføringen i Hølbækken Tema: Grundvandet som ressource Projektperiode: 1/2-2/ Projektgruppe: D019 Deltagere: Bastian E. Jensen Marianne Bismo Martin Thorsøe Søren H. Rasmussen Vejledere: Jacob Birk Jensen Niels Arne Wahl Synopsis Aalborg kommune planlægger at oprette en vandindvinding i Volsted Plantage, hvor der skal indvindes ca. 1 mio. m 3 /år. Formålet med denne rapport er at undersøge, hvilken indvirkning dette vil have på vandføringen i det nærliggende vandløb Hølbækken, der er klassificeret som B1 (laksefiskevand) og derfor kun må påvirkes minimalt. Dette er undersøgt ved at opsætte en konceptuel model for området omkring Hølbækken, der så er brugt til opstillingen af en numerisk grundvandsmodel. Beregninger udført med grundvandsmodellen viser, at en indvinding på 1 mio. m 3 /år giver en reduktion af Hølbækkens gennemsnitsvandføring på ca. 20 % og at denne påvirkes 10 %, hvis der i stedet indvindes 1/2 mio. m 3 /år. Det konkluderes derfor, at den planlagte indvinding påvirker Hølbækkens vand-føring med mere end det tilladte. Oplagstal: 7 Sideantal: 105 Bilagsantal: 7 og en Cd-rom

4

5 English summary The municipality of Aalborg plans a groundwater extraction from Volsted Plantage. The purpose is to supply the citizens of the municipality with m 3 drinking water pr. yr. The object of this paper is to estimate the influence this extraction will have on Hølbækken, a nearby brook. Hølbækken is classified as a salmon habitat. This means that the median of the annual minimum flow in the brook can only be affected minimally. The project area was interpreted by making a conceptual model, in which the geology, hydrology and hydrogeology of the project area was investigated. On the basis of the conceptual model a numerical groundwater model was developed. The groundwater model was generated using GMS 5.1. Two different geological interpretations of the model area and two different placements of the extraction wells in Volsted Plantage were simulated using the model. The different calculations and placements produced similar results. The calculations showed a 20 % decline of the water flow in Hølbækken when m 3 /yr was extracted. The water flow declined by 10 % when m 3 /yr was extracted. This paper concludes that the planned extraction of m 3 /yr influences the water flow in Hølbækken by more than the accepted according to the salmon habitat classification.

6

7 Forord Denne rapport er udarbejdet på 8. semester af Cand. Scient. uddannelsen Geografi med speciale i Naturgeografi. Temaet for dette semester er Grundvandet som ressource. Det er valgt at arbejdet med dette tema ved at undersøge den mulige påvirkning ved etableringen af en ny drikkevandsindvinding i Volsted Plantage. Målet med rapporten er derfor, at lave en ressourcemæssig vurdering af grundvandsressourcen i oplandet til plantagen på baggrund af en grundvandsmodel. Til opsætningen af grundvandsmodellen er der blevet indsamlet data på to feltture den og Kildehenvisninger er angivet på formen (forfatters efternavn, årstal: sidetal). Tabeller og figurer er nummereret fortløbende. På den vedlagte Cd-rom findes de beregninger, som ligger til grund for resultaterne fra de undersøgelser, der præsenteres i rapporten. Bastian E. Jensen Marianne Bismo Martin H. Thorsøe Søren H. Rasmussen

8

9 Indhold Side 1 Indledning Problemformulering 10 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion Ådalen Ådales geomorfologi Vandbalanceligningen Opsummering 23 3 Konceptuel model af projektområdet Præsentation af fokusområdet Projektområdets geologi Projektområdets hydrologi Projektområdets hydrogeologi Opsummering 66 4 Opsætning af grundvandsmodellen Grundvandsmodellering generelt Grundvandsmodellen Kalibrering af grundvandsmodellen Placering af indvindingsboringerne Anvendelse af grundvandsmodellen Effekt af grundvandsindvindingen på vandføringen i Hølbækken Usikkerheder ved grundvandsmodellering 87 5 Konklusion 97 6 Perspektivering 99 Litteraturliste 101 Bilag A Flowlog B Vandføring C Fasebestemmelse D Hydraulisk ledningsevne E Slugtest F Åbundens hydrauliske ledningsevne G Diffus udstrømning

10

11 1 Indledning Vand er en ressource, der kan anvendes til en lang række forskellige formål. Industrien har ofte brug for store mængder vand til køling eller procesvand. Landbruget har brug for vanding af deres marker. Vi mennesker har brug rent drikkevand. Dette vand kan hentes fra forskellige kilder afhængig af hvad, der er til rådighed, men i Danmark er den største kilde grundvandet, hvorfra 99 % af vandet indvindes (Danva, 2006). Til industri og landbrug anvendes stadigvæk i nogen udstrækning vand fra f.eks. vandløb, men drikkevand indvindes kun fra grundvandet. Rent drikkevand er en livsnødvendighed, hvilket betyder, at alene af denne grund, er beskyttelsen af grundvandet og sikring af adgangen til tilstrækkelige mængder en høj prioritet. Grundvandet kan forurenes af forskellige kilder og dermed blive uegnet til anvendelse. Forureningen kan f.eks. komme fra industri eller udslip af kemikalier fra utætte tanke. En væsentlig kilde til forurening af grundvandet er landbruget, hvis anvendelse af gødning og pesticider kan lede til påvirkning af store arealer. Landbrugets udnyttelsesgrad af gødning, som ikke er fuldstændig, betyder, at der sker en nedsivning af nitrat og pesticider til grundvandet. Samtidig er mange af de pesticidtyper, som anvendes, langsomt nedbrydelige og derfor kan der ske en ophobning af pesticider i grundvandet, som kan tage mange år om at nedbrydes. Den politiske målsætning i Danmark er, at uforurenet grundvand skal være basis for drikkevand og at vandrensning kun undtagelsesvist og i en begrænset periode kan tillades (Regionplan, 2005: 238). En række problemer kan opstå i forbindelse med selve indvindingen. Når der pumpes vand fra en boring, sænkes grundvandspotentialet i det omkring denne. Indvindingen kan også føre til saltindtrængning i kystnære områder eller tørlægning af okkerholdige

12 Kapitel 1 Indledning lag i undergrunden. Begge disse problemer betyder, at vandet fra denne boring ikke længere kan anvendes til drikkevand. Sænkning af grundvandspotentialet kan også påvirke nærliggende hydrologiske systemer, såsom vådområder eller åer, hvor det kan føre til sænkning af vandstanden og ændring af de økologiske forhold. Dette er i strid med den gældende lovgivning, hvor påvirkningen af lokale økosystemer helst skal undgås eller minimeres. I praksis er der to EU direktiver som omhandler dette problem: Vandrammedirektivet og Habitatdirektivet. Begge disse direktiver er implementeret i dansk lovgivning. Habitatdirektivet omhandler beskyttelse af områder med et truet eller sjældent dyre- eller planteliv og områder med truede, arealmæssigt begrænsede eller karakteristiske naturtyper. Vandrammedirektivet er en sammentænkning af det hydrologiske kredsløb, hvor det gælder om at sikre den bedst mulige kvalitet af både grundvand og overfladevand. Kvaliteten går både på kemiske parametre og økologiske parametre. Sidstnævnte indebærer bl.a. en tilbageføring af vandløbene til deres naturlige tilstand, dvs. den menneskelige indflydelse skal fjernes. Begge direktiver indebærer, at der er opstillet en række målsætninger for samtlige danske vandløb, som skal overholdes (SNS, 2006). I Nordjyllands Amt har der gennem de seneste fem år været en stigning i antallet af lukkede boringer, samtidig med, at der ikke er sket et fald i vandforbruget, figur 1.1. Derfor er der behov for at nye boringer oprettes for at imødekomme behovet for vand. Derudover er det nødvendigt for vandværkerne at operere med en vis overkapacitet i deres system, hvilket vil sige, at de har flere boringer med en større kapacitet end det er nødvendigt for at opfylde behovet for rent drikkevand. Derved kan de stadigvæk levere den nødvendige mængde vand, selvom en af deres boringer må lukke. Det betyder også, at de kan sprede deres vandindvinding ud på flere boringer og mindske påvirkningen på enkelte lokaliteter. Rapportens projektområde For at sikre vandforsyningen har Aalborg Kommune i øjeblikket gang i en undersøgelse af Volsted Plantage, ca. 20 km syd for Aalborg centrum, med henblik på etablering af en ny kildeplads, figur 1.2. Der er planer om at indvinde 1 mio. m 3 om året fra denne kildeplads, hvis det viser sig, at området er egnet og de miljømæssige påvirkninger ikke er for store. Den potentielle kildeplads er beskyttet af skoven og undersøgelser viser, at det er muligt at indvinde rent drikkevand fra denne lokalitet. Det er imidlertid ikke klart, hvilken indvirkning en boring vil have på det omkringliggende område. 8

13 Antal lukkede boringer Forbrug i mio. m 3 Ikke angivet Andet Forurening Forbrugt drikkevand År 0 Figur 1.1. Forbrug af vand i Nordjyllands Amt og antallet af lukkede boringer pr. år i perioden år , fordelt på årsag. Kategorien andet dækker bl.a. over boringer, der er blevet lukkede af administrative årsager, fordi de ikke længere anvendes, eller fordi de ikke længere fungerer. Data fra GEUS 1 (2006) og Statistikbanken (2006). Udover kommunen er der andre interesser i området, som kunne blive påvirket af vandindvindingen. Der er således et dambrug, lodsejere og beskyttede naturområder. Dambruget indvinder grundvand fra kilder, som benyttes til produktionen af opdrætsfisk. Hvis kommunen også begynder at indvinde vand i området, vil det kunne påvirke mængden og kvaliteten af det vand, som dambruget kan indvinde. Lodsejerne har gennem deres ejerskab en interesse i området, placeringen af indvindings boringer i Volsted Plantage vil lægge restriktioner på arealanvendelsen. Endelig er Lindenborg Ådal et EU Habitatområde, hvor vandføringen i åen ikke må påvirkes, dette område omfatter også den nedre del af Hølbækken. Hølbækken er desuden målsat som B1, yngelopvækstvand for laksefisk (Bennedsen, 2002: 81). B1 målsætningen betyder, at vandløbets vandføring kun må påvirkes med 5-10 % af medianminimumsvandføringen (Regionplan, 2005: 237). Medianminimumsvandføringen er median af hvert års min. vandføring normalt over tyve år (DMU 1, 2006). 9

14 Kapitel 1 Indledning Figur 1.2. Kortet viser placeringen af Volsted Plantage syd for Aalborg. Data fra TOP10DK (2000). Signaturen fra dette kort vil gå igen på flere af rapportens kort. 1.1 Problemformulering I denne rapport er det valgt at fokusere på grundvandindvindingens påvirkning af Hølbækken. Da Hølbækken ligger tæt på den potentielle indvindingsplads, er der en stor mulighed for at vandføringen i bækken kan blive påvirket af indvindingen. Samtidig er undergrunden ved Hølbækken forholdsvist ukendt, så det er vanskeligt at vurdere præcist, hvilken effekt vandindvinding i Voldsted Plantage kan få. Derfor kunne det være interessant at undersøge dette område nærmere, med henblik på at belyse effekten af vandindvinding i forhold til Hølbækkens B1 målsætning. Dette leder frem til følgende problemstilling for denne rapport: Hvilken indflydelse vil oprettelsen af indvindingsboringer i Volsted Plantage få for Hølbækkens vandføring? Spørgsmålet ønskes undersøgt kvantitativt, idet der således kan undersøges, hvorvidt grundvandsindvindingens indflydelse er af en sådan grad, at Hølbækken ikke kan leve op til B1 målsætningen. Der vil blive opsat en numerisk grundvandsmodel for området. Ifølge Refsgaard (2005), består en grundvandsmodellering af fem faser der skal 10

15 gennemarbejdes, figur 1.3. Den videre rapport vil blive bygget op med baggrund i denne opdeling af modelleringsarbejdet. Modelstudieplan Konceptualiseringen og dataindsamling Modelopsætning Kalibrering og validering Simulering og evaluering Figur 1.3. Arbejdsgangen i forbindelse med opsætningen af en grundvandsmodel (Refsgaard, 2005). Afgrænsning af modelområdet Første skridt i arbejdet med en grundvandsmodel er at lave en modelstudieplan, der er en udarbejdelse af formålet med modelleringen, en analyse af opgavens omfang og en plan for udarbejdelsen af modellen. Formålet med modelleringen er præsenteret i det foregående. For at danne et overblik over modelleringsopgaven, er modellens afgrænsning blevet undersøgt og vil i det følgende blive præsenteret. Ved afgrænsning af oplandet for en grundsvandsmodel er det vigtigt, at der er styr på vandbalancen i området, da der skal opsættes en numerisk grundvandsmodel over området. Der er anvendt to metoder til at sikre dette. Den første er nul fluks grænser, vinkelret på potentialekurverne. Da der dermed er det samme tryk på begge sider af afgrænsningen, vil der ikke ske nogen vandtransport over denne grænse. Den anden metode er trykgrænser, hvor potentialet langs grænsen er kendt. Den udstrømning, der sker fra disse områder er kendt, idet trykniveaut er kendt. Projektområdet er blevet afgrænset ved brug af et potentialekort, hvor vandløb og dræn er indtegnet, figur 1.4. Mod syd er projektområdet afgrænset af Lindenborg Å og mod vest af åen Skriveren, 11

16 Kapitel 1 Indledning der er en tilløbså til Lindenborg Å. Disse to åer fungerer som trykgrænser. Den øvrige del af området er afgrænset med nul fluks grænser. Denne modelafgrænsning vil blive anvendt i resten af rapporten og der vil blive henvist til den som området. Hølbækken og dens ådal defineres som fokusområde for rapporten, hvilket skyldes, at det er i dette område påvirkningen ønskes bestemt og der vil derfor blive gået i dybden med undersøgelser i netop dette område. Figur 1.4. Projektområdets afgrænsning og fokusområdet. Tema for grundvandspotentiale er interpoleret ud fra punktobservationer af potentialet fra boringer (NJA, 2005). Boredata er af varierende kvalitet og alder, hvorfor temaet kun er vejledende. Å-tema fra TOP10DK (2000). Plan for modelleringen Den resterende rapport har følgende opbygning: Grundvand- overfladevandsinteraktion I dette kapitel præsenteres baggrundsviden, der bliver brugt i rapporten i forbindelse med grundvandoverfladevandsinteraktion. Der lægges vægt på at fastlægge relevante termer og principper for de undersøgelser, der skal belyse projektområdet. Konceptuel model af projektområdet Her vil konceptualiseringen og dataindsamlingen til grundvandsmodellen foregå. Dette vil foregå i fire dele, først gennem en beskrivelse af området med en kortanalyse, samt observationer. 12

17 Dernæst gennem opstillingen af en geologisk model for området, der opbygges på baggrund af geologisk viden om projektområdet, GEUS boringer samt gruppens undersøgelser af undergrunden i Hølbækkens ådal. Udover dette vil kapitlet indeholde en gennemgang af de hydrologiske processer, herunder vandføring, infiltration og de forskellige geologiske lags hydrauliske ledningsevne. Grundvandsmodel Valg af rammer for opsætningen af grundvandsmodellen fremlægges og modelopsætningen beskrives. Derudover vil modellen i kapitlet blive kalibreret og valideret. Herefter præsenteres og diskuteres modellens resultater. Kapitlet afsluttes med en diskussion af usikkerheder ved modellen. 13

18

19 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion I det følgende kapitel vil der blive set på den interaktion, der er mellem grundvand og overfladevandet i en ådal. Det vil blive gennemgået, hvilken sammenhæng der er mellem et områdes geomorfologi og den udveksling af vand, der foregår mellem vandløbet og oplandet. Det er vigtigt at have et kendskab til de faktorer, der påvirker grundvandets interaktion med overfladevandet, da det er formålet med denne rapport at klarlægge, hvilken påvirkning en indvinding af grundvand fra Volsted Plantage vil have på Hølbækken. Med baggrund i den teori som bliver præsenteret i dette kapitel, er det muligt at bestemme hvilke parametre, der skal undersøges nærmere for at kunne opstille en grundvandsmodel. Kapitlet skal også give en forståelse af de processer, der foregår i ådalene, som er nødvendig for at kunne analysere de resultater, der kommer frem i undersøgelserne. Grundvands- og overfladevandsinteraktion (GOI) er et komplekst område og forbindes ofte med en mængde forskellige naturvidenskabelige fagretninger, blandt andet geologi, biologi, naturgeografi og hydrologi. Grundlaget for gennemgangen er den GOItypologi, DMU har udviklet (Nilsson et al., 2005). Der vil udelukkende blive lagt vægt på de elementer, der er relevante for denne.

20 Kapitel 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion Definitioner Geologi Læren om Jordens fysiske struktur og Jordens historie om forskellige istider, og hvordan de ændrede landskabet. Hydrologi Læren om vand og vands bevægelse på jordens overflade. Hydrogeologi Den del af hydrologien, der beskæftiger sig med vandets strømning i de geologiske lag. (Wikipedia, 2006) 2.1 Ådalen I Danmark er ådale udstrømningsområder for grundvand. Der kan både være tale om overfladenær udstrømning og udstrømning fra dybere lag (Nilsson et al., 2004: 22). Interaktionen mellem grundvand og overfladevand kan derfor betragtes som den udveksling, der sker mellem vandløbet, ådalsmagasinet og den tilgrænsende hydrologiske enhed, figur 2.1 (Nilsson et al., 2003: 19). En ådal dannes, når der sker en nedskæring af ældre geologiske aflejringer og hermed dannes en dal som delvis fyldes op af nyere aflejringer. I Danmark er dannelsen ofte forbundet med gletscheres virksomhed. I ådalen findes der et ådalsmagasin bestående af yngre geologiske aflejringer, som langs siderne afgrænses af en skræntfod. Det er forskelligt, hvor let det er at skelne ådalsmagasinet fra den tilgrænsende hydrologiske enhed. I nogle tilfælde består ådalsmagasinet f.eks. af den samme type aflejringer som den tilgrænsende hydrologiske enhed, hvilket vanskeliggør en distinktion. Hvordan vandudvekslingen mellem den tilgrænsende hydrologiske enhed og ådalen er, afgøres af størrelsen, topografien og formen af oplandet og den tilgrænsende hydrologiske enheds hydrauliske ledningsevne. Opland Ådal Opland Skrænt Skræntfod Vandløb Relief Ådalsmagasin Opfyldning Tilgrænsende hydrologisk enhed Figur 2.1. Begreber der knytter sig til en ådal (Nilsson et al., 2004: 22). 16

21 2.2 Ådales geomorfologi I det følgende vil der blive set på ådalenes udformning og der vil blive set nærmere på, hvordan ådale kan inddeles i forskellige typer, afhængig af deres geomorfologi. Der er stor sammenhæng mellem landskabstypen og interaktionen mellem grundvand og overfladevand og at det derfor er centralt at analysere det landskab, ådalen findes i, hvis det er ønsket at sige noget om vandudvekslingen i ådalen (Langhoff et al., 2005: 15). Der tages udgangspunkt i nogle overordnede inddelinger og der vil efterfølgende blive gået i dybden med den klassificering, der anvendes til danske forhold i forbindelse med GOI. Der vil blive lagt vægt på at præsentere en geomorfologisk inddeling, der senere kan kobles med de hydrologiske processer, der finder sted i ådalene. Grunden til at det er interessant at kende et områdes geomorfologi er, at der er en stærk sammenhæng mellem geomorfologien og hydrologien i en ådal og det er ofte lettere at skaffe geomorfologiske data (Larkin & Sharp, 1992: 1608). Overordnet set kan vandløbsstrækninger karakteriseres som enten aggraderende, hvor der sker en sedimentation eller degraderende, hvor der sker en erosion (Dahm et al., 1998: 430). Om en vandløbsstrækning er aggraderende eller degraderende bestemmes af, hvor hurtigt vandet strømmer og hvilke typer af sedimenter, der findes i vandet. Det er derfor en inddeling, der kan ændres over tid, eftersom strømningshastigheden og mængden af suspenderet materiale varieres over tid. Vandløbet kan enten være begrænset eller ubegrænset. En begrænset vandløbsstrækning er kendetegnet ved, at ådalen er mindre end fire gange så bred som åen, mens en ubegrænset vandløbsstrækning er kendetegnet ved, at ådalen er bredere end fire gange vandløbets brede (Dahm et al., 1998: 430). En ubegrænset vandløbsstrækning kan både være aggraderende og degraderende, mens en begrænset vandløbsstrækning sædvanligvis kun er degraderende. På strækninger, hvor vandløbet er aggraderende, er interaktionen mellem grundvand og overfladevand særligt høj, hvilket også er tilfældet på strækninger, hvor begrænsede vandløb åbner op og bliver ubegrænsede. Derimod er strækninger, hvor vandløbet er degraderende kendetegnet ved, at have en mindre interaktion mellem grundvandet og overfladevandet. I Nilsson et al. (2004) opdeles de danske ådale i fem forskellige typer, afhængende af områdernes geomorfologiske og geologiske historie. 1. Morænelandskab: Et morænelandskab består af både sandede og lerede aflejringer, og repræsenterer den landskabstype i Danmark, der har det største relief. Udviklingen af en ådal er ofte ikke så udpræget i denne type landskab og indholdet af organisk materiale langs åen ikke er så stort. Derfor vil 17

22 Kapitel 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion tilstrømningen til et vandløb i et morænelandskab ofte være lokal og vil variere meget gennem året. 2. Smeltevandsslette: En smeltevandsslette består af relativt homogene sandede aflejringer med en svag hældning. Vandløb på en smeltevandsslette er ofte dybt nedskårne i det omgivne landskab og vandføringen varierer ofte meget i løbet af året, særligt på det øvre løb, hvor vandløbet ofte mister kontakten med den tilgrænsende hydrauliske enhed om sommeren. 3. Havaflejring: Havaflejringerne stammer fra Yoldia- og Litorinahavet og er derfor ofte fintsandede eller lerede. Disse er særlig afsat i de områder, hvor gletschere fra tidligere tider har fjernet materiale. Ådalen i disse typer af aflejringer har ofte et udpræget relief og der findes her et højt indhold af organisk materiale. 4. Fladedækkede ferskvandsaflejringer: Fladedækkende ferskvandsaflejringer har en udbredelse, der er over to km bred, består af tørv og kan være afsat oven på havaflejringer. Ådalen er derfor bred og ådalsmagasinet vil have en dybde af flere meter. Ådalen er karakteriseret ved at have et meget lavt relief og vil derfor ofte oversvømmes om vinteren. 5. Klitlandskab: Klitlandskaberne består af fintsandede flyvesandsaflejringer og findes ofte langs kysten. Derfor er der i denne landskabstype ingen eller kun lille udvikling af en ådal og vandløb i denne landskabstype er ofte meget små med stor variation i vandføringen. En inddeling af et område efter den geologiske og geomorfologiske dannelseshistorie giver et overordnet billede af, hvordan de hydrologiske forhold er i området og endvidere et indtryk af, hvor stort et område resultaterne af en undersøgelse er anvendelige for. I forhold til interaktionen mellem grundvandet og overfladevandet er relieffet og de materialer, der findes i ådalen, væsentlige. Materialet er med til at afgøre den hydrauliske ledningsevne, mens relieffet er med til at afgøre potentialegradienten. Burt et al. (2002) har i et studie af ådale i 8 forskellige europæiske lande vist, at ådalens form også spiller en stor rolle for vandudvekslingen. De anvendte ådalene i studiet var lokaliseret på forskellige typer af smeltevandsaflejringer. I studiet kom det frem, at vandløb i en bred ådal med flade skrænter har en mere jævn vandføring end en smallere ådal med stejlere skrænter. Årsagen til dette er, at grundvandsspejlets overflade vil følge konturerne i landskabet og ådale med forskellig relief vil derfor også have forskellige grundvandsgradienter. En ådal med stejle skrænter har derfor også et grundvandsspejl 18

23 med en stejl gradient, der varierer meget gennem året, mens en ådal med fladere skrænter vil have en fladere grundvandsgradient, der variere mindre Et andet geomorfologisk karakteristika der kan anvendes til at karakterisere interaktionen mellem grundvand og overfladevand er åens slyngningsgrad. Slyngninger betyder, at vandet skal transporteres en længere strækning end hvis åen var lige, hvilket fører til, at vandløbsgradienten bliver lavere, jo flere slyngninger vandløbet har. Vandløbets slyngningsgrad bruges derfor som et mål for at karakterisere vandløbets interaktion med ådalsmagasinet. Slyngningsgraden er defineret som vandløbets længde, divideret med den kortest mulige afstand mellem to punkter på vandløbet (Langhoff et al., 2005: 5). Jo højere vandløbets slyngningsgrad er, jo større er interaktionen mellem grundvand og overfladevand. Det er endvidere værd at bemærke, at et vandløb ikke kun strømmer igennem en landskabstype, men at landskabstypen ofte skifter fra vandløbets udspring til udløbet i havet, og at de fem overordnet landskabstyper, kan underinddeles. Mennesket har også i stor grad påvirket ådalenes fysiske form, hvilket besværliggør en karakterisering af vandløbene, da det udseende de har i dag, ofte ikke afspejler deres naturlige form. Det kan derfor være nødvendigt at anvende historiske data over vandløbene, hvis det er ønsket sige noget om den naturlige situation i området. 2.3 Vandbalanceligningen Bevægelsen af vand i undergrunden styres af potentialeforskelle, hvor vandet bevæger sig fra områder med et højt potentiale til områder med lavt potentiale. Vandtransport i undergrunden er en del af det hydrologiske kredsløb og for at have styr på vandtransporten, er det nødvendigt at have overblik over hele kredsløbet. Til dette formål er vandbalanceligningen anvendelig. Vandbalancen bruges til, at bestemme vandmængden der kommer ind og ud af et afgrænset område. I ligning 1.1. kan der ses en udgave af vandbalanceligningen, hvor tilførslen af vand, dvs. nedbøren er lig den mængde, der fjernes samt en ændring i grundvandreservoirets magasinering. Et vandbalanceregnskab kan også stilles op over en ådal og kan her anvendes til at undersøge, hvordan vandet bevæger sig i ådalen, figur 2.2. I forhold til denne rapports problemstilling er det nødvendigt, at der opstilles et vandbalanceregnskab over Hølbækkens ådal. Dette skyldes, at oppumpningen af vand i oplandet til vandløbet er et indgreb i Hølbækkens vandbalance, og formålet med denne rapport er at undersøge, hvor stor påvirkning denne oppumpning vil få for Hølbækkens vandføring, (A o og A u ). 19

24 Kapitel 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion Ligning 1.1. Vandbalanceligningen (Burcharth & Jørgensen, 1976: 5). N = E + A u + A o + Q + M Hvor: N : Nedbør E : Fordampning A u : Underjordisk afstrømning A o : Overfladisk afstrømning Q : Oppumpet vandmængde M : Ændring i jordens magasinering Vandudvekslingen mellem grundvandet og overfladevandet, kan i ådalen ske på fire forskellige måder, som hver især kan betragtes som et led i et vandbalanceregnskab (Nilsson et al., 2004). Det er værd at være opmærksom på, at en enkelt vandløbsstrækning ikke kun får tilført vand fra den ene af disse strømningsveje, men at der er et stærkt sammenspil mellem de forskellige strømningsveje, altså at vandløbet får tilført vand både via overfladisk, overfladenær, via dræn og dyb grundvandsafstrømning. Strømningsvejene er illustreret på figur 2.2. og forklares herunder. Nedbør Fordampning Lokal overfladenær grundvandstilstrømning Overfladenær grundvandsafstrømning Overfladisk afstrømning Dyb grundvands afstrømning Afstrømning fra dræn Dyb regional grundvandstilstrømning Figur 2.2. Vandudvekslingen mellem en ådal og den tilgrænsende hydrauliske enhed (Nilsson et al., 2003: 23). Dyb grundvandsafstrømning: Den dybe grundvandsafstrømning stammer fra regionalt dannet grundvand, som perkolerer op gennem vandløbsbunden. Vandet, der afstrømmer denne vej, har derfor kun begrænset kontakt med ådalsmagasinet. Dette drejer sig særligt om vandløb, hvor den hydrauliske ledningsevne i bundens sedimenter er høj. Den forekommer også, hvis vandløbet er blevet kraftigt reguleret, således at der er blevet gravet gennem ådalens sedimenter og der nu er direkte kontakt mellem vandløbet og den tilgrænsende 20

25 hydrologiske enhed. Vandets opholdstid i ådalen forventes derfor at være fra timer til dage. Overfladenær afstrømning: Den overfladenære afstrømning sker ved, at grundvandet i den tilgrænsende hydrologiske enhed strømmer gennem ådalsmagasinet og diffust strømmer ud i vandløbet. Er sedimenterne i ådalen højpermeable, vil grundvandet lettere strømme af som overfladenær afstrømning. Vandet, der strømmer af overfladenært kan være grundvand, der er dannet både lokalt og regionalt og vandets opholdstid i ådalsmagasinet er derfor mellem uger og år. Overfladisk afstrømning: Den overfladiske afstrømning sker oven på sedimenterne i ådalen. Dette sker hovedsagelig, når ådalens sedimenter er lavpermeable og ikke kan transportere så meget vand. Derudover sker det, hvis der findes kilder i ådalen, der tilfører vand til åen. Denne form for afstrømning forekommer derfor ofte, hvis der er et tykt dække af organisk materiale eller andre finkornede sedimenter i ådalen. Det grundvand, der afstrømmer overfladisk, vil ofte være dannet tæt på ådalen, men hvis det stammer fra kilder, kan det også være dannet regionalt. Vandets opholdstid i ådalsmagasinet er mellem timer til dage. Afstrømning fra dræn: Mange ådale er blevet drænlagte og har fået gravet grøfter. Vandets opholdstid i ådalen reduceres, når der er nedgravet dræn i forhold til den naturlige situation og kan forventes at være fra timer til dage (Nilsson et al., 2005: 52). Udover dette kan vandet også strømme ud af vandløbsbunden og strømme i ådalen langs vandløbet. Larkin & Sharp (1992) kalder denne form for strømning for underflow. I hydrologiske modeller bliver der ofte ikke taget højde for underflow i ådalen, hvilket kan være årsag til usikkerheder, da der derfor ikke bliver gjort rede for denne del af afstrømningen (Larkin & Sharp, 1992: 1608). Ifølge Larkin & Sharp er underflow dominerende, hvis vandløbets slyngningsgrad er under 1,3 og vandløbets hældning overstiger 0,0008 og ådalens sedimenter er lavpermeable (Larkin & Sharp, 1992: 1619). Der er en sammenhæng mellem hvilken type landskab et vandløb findes i og hvordan interaktionen mellem grundvand og overfladevand er. På smeltevandssletten, og i klitlandskabet, hvor sandede aflejringer dominerer, vil der ofte ske en høj grad af diffus udstrømning fra det overfladenære og det dybe grundvand. I morænelandskabet, på havaflejringer og de fladedækkende ferskvandsaflejringer vil der i højere grad ske en overfladisk afstrømning, hvilket skyldes, at sedimenterne i disse typer af landskaber 21

26 Kapitel 2 Grundvand- og overfladevandsinteraktion ikke er nær så permeable. I morænelandskabet forstærkes dette yderligere af det udviklede relief. Den overfladenære afstrømning var tidligere den mest udbredte strømningsvej fra ådalen til vandløbet, men på grund af den omfattende dræning og grøftning er det i dag i højere grad afstrømningen fra dræn og dyb grundvandsafstrømning, der dominerer. Udover disse fire nævnte strømningsveje, kan grundvandet også forlade ådalen som fordampning, hvilket både sker i ådalen og fra vandløbet. I nogle ådale kan fordampningen, især i sommermånederne, være betragtelig, hvilket kommer af, at grundvandsspejlet står højt i ådalen og at der i ådalen findes et højt indhold af organisk materiale med en høj kapilaritet, hvor de kapilære kræfter trækker vandet fra den mættede zone og op til ådalens overflade, hvor det fordamper. Ådale tørrer derfor sjældent ud, da der er et stort potentiale for transport af vand (Burt et al., 2002: 130). Burt et al. (2002) karakteriserer således ådale som temporære vådområder, hvilket henviser til, at ådale ofte er præget af lavpermeable sedimenter og en lav højdegradient. Derfor bliver mange ådale fuldstændigt vandmættede i perioder, hvor der kommer meget nedbør. I nogle perioder, især på steder, hvor der ikke er så stor forskel på grundvandsstanden i ådalen og vandstanden i vandløbet, kan grundvandsspejlet falde så meget, at vand fra åen trænger ud på de omkringliggende områder (Burt et al., 2002: 130). I et studie af oplandet til Karup Å, der løber gennem et morænelandskab og en hedeslette, er det blevet vist, at det våde område i ådalen kan bruges som indikator for, hvor meget vand der strømmer ud i åen som underjordisk diffus udstrømning (Langhoff et al., 2005: 1-17). I dette opland blev det fundet, at omkring halvdelen af udstrømningen sker ved udsivning fra bunden. Hvis det våde område er lille, vil en stor del af udstrømningen ske via diffus udstrømning fra bunden. Er det våde område bredt, vil udstrømningen til vandløbet i stedet ske som overfladisk eller overfladenær afstrømning. En af de faktorer, der har stor indflydelse på strømningen fra grundvandsmagasinet til ådalen er, hvor permeabel bunden af vandløbet er. Dette er et produkt af, hvilke typer af aflejringer, der findes i ådalen og hvordan de er lejrede. Hvor god kontakten mellem grundvandsmagasinet og vandløbet er, bestemmes af bundens lækagekoefficient, der er den hydrauliske ledningsevne for bundens lag af sedimenter divideret med tykkelsen af lagene. Er vandløbet aggregerende, vil nogle af de partikler, der transporteres med vandløbet, blive afsat på bunden og begrænse (clogge) den hydrauliske ledningsevne for vandløbsbunden. Vandløbsbundens lækagekoefficient er derfor et mål, der varierer over selv små afstande. Den varierer med strømningshastigheden og vil dermed variere over tid, da strømningshastigheden varierer med tiden (Nilsson et al., 2003: 22). Endvidere 22

27 har lækagekoefficienten betydning for, hvor stor en del af ådalens vand der strømmer som baseflow og hvor stor en del der strømmer som underflow. 2.4 Opsummering I det foregående er der blevet set på, hvordan det komplekse sammenspil mellem grundvand og overfladevand er i en ådal, og nogle af de faktorer, der har indflydelse på denne interaktion er blevet gennemgået. For at besvare rapportens problemformulering er det, som vist i dette kapitel nødvendigt at kende områdets geologi og geomorfologi, idet det giver et overblik over hele oplandet og er baggrunden for den vandudveksling, der finder sted mellem ådalen og den tilgrænsende hydrologiske enhed. Derudover er det nødvendigt at have et mere detaljeret kendskab til geologien i selve ådalen, da den er baggrund for de hydrologiske processer der finder sted. Derudover er det nødvendigt, at der gennemføres undersøgelser af, hvordan udstrømningen af vand til vandløbet sker, da dette har en direkte indflydelse på, hvordan påvirkningen af Hølbækken kommer til at være. Dette skyldes, som tidligere nævnt, at vandet der strømmer ad de forskellige strømningsveje har forskellige opholdstid i ådalen og vandets opholdstid er betydende for, hvordan Hølbækken bliver påvirket i løbet af året. Det er således væsentligt, at den undersøgelse, der gennemføres, ikke kun fokuserer på hydrologien, som den ser ud på et bestemt tidspunkt, men også tager højde for, at denne ændres over tid. Dette skyldes, som tidligere nævnt, at ådale er kendetegnet ved, at der er en stor sæsonvariation i, hvordan vandudvekslingen sker. 23

28

29 3 Konceptuel model af projektområdet I dette kapitel udarbejdes der en konceptuel model over projektområdet, som skal danne input til grundvandsmodellen, der opsættes i det næste kapitel. Udarbejdelse af en konceptuel model indebærer, at der dannes et overblik over de vigtigste geologiske lag i projektområdet, hvorudfra der laves en geologisk model. Den geologiske model udgør udgangspunktet for opbygning af grundvandsmodellen i lag og linser. I forhold til den geologiske model er det nødvendigt at koble værdier for hydraulisk ledningsevne på de fundne geologiske lag, da strømningerne i projektområdet således bedst muligt kan gengives. Desuden er det nødvendigt at undersøge hydrologiske parametre for projektområdet, hvilket i dette kapitel vil gøres med udgangspunkt i vandbalanceligningen, igennem hvilken der ligeledes kommer input til grundvandsmodellen. Det er valgt at inddele dette kapitel i fire dele. Indledningsvis vil fokusområdet blive præsenteret ud fra en kortanalyse og de observationer, der blev gjort under feltturene. Dette danner grundlag for et kendskab til projektområdet, der både anvendes direkte i grundvandsmodellen og desuden bruges til at tolke på interaktionen mellem grundvandet i projektområdet og Hølbækken. Herefter vil projektområdets geologi blive undersøgt, både ud fra egne håndboringsundersøgelser og GEUS database. Dette munder ud i en geologisk model over området. Efter dette vil fokusområdets hydrologi undersøges i forhold til vandbalanceligningen, ud fra egne målinger af afstrømning og NJAs målinger af infiltrationen. Afslutningsvis vil projektområdets hydrogeologi blive undersøgt. Det drejer sig først og fremmest om værdier for de hydrauliske lednings-

30 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet evner i ådalsmagasinet ved Hølbækken. Undervejs i kapitlet vil de forsøg, gruppen har udført, blive inddraget. I dette kapitel inddrages udelukkende forsøgenes resultater, mens metoder og fejlkilder findes som bilag bag i rapporten. Udregningerne der ligger til grund for resultaterne findes på den vedlagte Cd-rom. 3.1 Præsentation af fokusområdet Først vil Hølbækkens historiske udvikling analyseres, på baggrund af kort fra tre forskellige tidsperioder. Dette illustrerer, hvilke menneskelige indgreb området har været udsat for, og giver noget af forklaringen på områdets nuværende udformning. Gruppen udførte flere feltture til området ved Hølbækken, for at indsamle data til grundvandsmodellen. Under disse feltture blev der desuden foretaget observationer af området, hvoraf de væsentligste i forhold til det videre arbejde med rapporten vil præsenteres i dette kapitel. Samlet set skal afsnittet sætte læseren bedre ind i rapportens fokusområde og danne baggrund for at de observationer gruppen gjorde under feltturene kan inddrages i det videre arbejde med den konceptuelle model Kortanalyse For at få indblik i den menneskelige påvirkning af Hølbækken og Hølbækkens naturlige ændring over tid, er der foretaget en kortanalyse af området. Der er anvendt kort lavet i tre perioder, , og det sidste blev færdiggjort i Kortene har samme målestok, centerkoordinat og orientering. Kortene kan ses på figur 3.1, 3.2 og 3.3. På kortene ses Hølbækken midt i billedet, løbende mod sydøst til Lindenborg Å, der ses i nederste højre hjørne. Sammenlignes kortene ses det, at bækkens slyngning har ændret sig. Det midterste stykke af Hølbækken har en række slyngninger på det ældste kort, figur 3.3. Disse slyngninger er blevet mindre på kortet fra , hvor der også er oprettet 3 dræn, og i 1994 er slyngningerne helt væk. Dette viser, at bækken gradvist er blevet rettet ud på dette stykke. På den nedre del af Hølbækken ses det, at der på alle tre kort er omfattende dræning. Der har således fra senest engang sidst i 1800-tallet, har været et ønske om at dræne jorden. Dette har sandsynligvis været med henblik på at anvende arealerne til dyrkning eller afgræsning. Det kan herudfra tolkes, at der er en god kontakt mellem det overfladenære grundvandsmagasin og Hølbækken. Udløbet til Lindenborg Å har også gennem tiden ændret sig. På det ældste kort havde Lindenborg Å to parallelle åløb ved Hølbækkens udmunding. På kortet fra er det nordligste af disse parallelle løb nærmest blevet til et dræn, og i 1994 er der kun et åløb. 26

31 Figur 3.1. Kort over Hølbækken. Data fra DTK, nationalt kortværk færdigtegnet i 1994 (NJA, 2006). Kortets bredde er 2,2 km. Nord er opad. Figur 3.2. Historisk kort over Hølbækken, tegnet perioden (NJA, 2006). Kortets brede er 2,2 km. Nord er opad. Figur 3.3. Historisk kort over Hølbækken, tegnet perioden (NJA, 2006). Kortets brede er 2,2 km. Nord er opad. 27

32 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Ved sammenligning af kortene, kan det ses, at vegetationen i området har ændret sig. I slutningen af 1800-tallet var området vest og nord for Hølbækken dækket af hede, mens der senere er kommet store skovarealer til og 1994 var der kun skov. Derudover er der sket en ændring i placeringen af dræn i Hølbækkens ådal i den periode kortene er fra. Der er derfor mulighed for, at der steder i Hølbækkens ådal findes ældre rørlagte dræn, der muligvis stadig fungerer, hvorfor området nu kan være drænet andre steder, end det er angivet på det nyeste kort. Denne antagelse understøttes af de observationer, der blev gjort under feltturen, hvor der flere steder blev fundet udløb fra drænrør langs vandløbet, der ikke var registreret på kortet. Dette vidner om, at der er en stor afstrømning ad denne vej. Under naturlige forhold ville dette have været overfladisk eller overfladenær afstrømning. Måles bredden af Hølbækken og dens ådal, ses det at ådalen er mere end fire gange så bred som åen. I forhold til GOI termologien vil det sige, at Hølbækken er ubegrænset og den kan dermed både kan være aggraderende og degraderende. I samme forbindelse er hældningen på vandløbet blevet målt til at være 0,0012 og slyngningsgraden er 1,17, og der er derfor mulighed for, at der i ådalen findes en komponent af underflow Observationer Området omkring Hølbækken kan opdeles i to overordnede dele, ud fra relieffet i ådalen og i oplandet, figur 3.4. I den øvre del, hvor Hølbækken har sit udspring, løber vandløbet gennem en markeret ådal afgrænset af stejle skrænter. Der findes skov på den vestlige side af ådalen, mens den nordøstlige side består af afgræssede marker. Hølbækken starter som en smal grøft og bliver gradvist større og bredere. Stik øst for dens udspring findes en lille sø, figur 3.4, og der kan ses et rør i Hølbækken lige nedenfor, der sandsynligvis er overløb fra søen. Ved røret går Hølbækken fra at være smalt og nærmest uden vandføring, til at have en synlig vandføring. Vandløbet er her i underkanten af 0,5 m bredt, ca. 15 cm dybt. Ved kilde A på kortet bliver vandføringen markant større og vandløbet går fra at være en halv meter til en hel meter i bredden. Kilde A er en samling af små kildefremspring i åbunden. I kildefremspringene A, B, C, F og G ses lyst sand, der bobler på grund af vandets udstrømning, mens D, E og H er diffuse udstrømninger, der samles til små vandløb. Kilderne blev observeret flere steder i den øvre del, og afmærkningen på kortet dækker kun de største. Der er ikke fundet kilder på den nedre del. Vandet til kilderne stammer sandsynligvis fra det dybe regionale grundvandsmagasin, og er blevet transporteret til Hølbækken via sprækker i kalken, der her ligger tæt på jordoverfladen. 28

33 Den nedre del af Hølbækkens ådal er også en del af Lindenborg Ås ådal og her flader området ud. I denne del er der, som nævnt i kortanalysen, indlagt en række dræn og markerne er inddraget til landbrugsformål. Den nedre del er præget af dræn, figur 3.4. I den nedre del af området blev der stedvis observeret okkerfarvning på brinkerne og i dræn på Hølbækkens østlige bred. Dette tyder på oxidering af jernmineraler som følge af dræningen. Vegetationen langs åen bestod i dette område af kraftig høj sivbevoksning, der bredte sig ud i åen. Figur 3.4. Hølbækkens ådal opdelt i øvre og nedre del. Opdelingen af Hølbækkens ådal i en øvre og nedre del vil blive brugt i den resterende del af rapporten. Data fra TOP10DK (2000), skræntfod fra (NIRAS, 2005). Langs hele Hølbækken blev der observeret flere våde områder, et særligt stort vådt område er observeret i ådalen, på den øvre del, hvilket er markeret på figur 3.4. Her stod grundvandet så højt, at der mellem tuerne kunne observeres et frit vandspejl i ådalen. Nedstrøms for dette område fortsatte et mere tørt område og hele den nedre del af ådalen var af denne karakter. Hølbækken er, som nævnt i kapitel 1 (Indledning), klassificeret som gyde- og yngelopvækstområde for laksefisk. Flere steder i åen kunne der ses indgreb for at forbedre levevilkårene for fiskene, blandt andet er der på flere strækninger udlagt sten i åen og åløbet er blevet manipuleret med udlægning af halmballer, som fremmer en slyngning. Der blev også observeret stimer af fiskeyngel flere steder. 29

34 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet 3.2 Projektområdets geologi Formålet med denne rapport er at undersøge påvirkningen af en grundvandsindvinding i Volsted Plantage på Hølbækken. Det er i den forbindelse valgt at sætte op en numerisk grundvandsmodel for at undersøge indvirkningen. Før selve grundvandsmodellen bliver opstillet, er det vigtigt at kende den undergrund, modellen laves for. Ud fra en tolkning af undergrunden laves en geologisk model, der er en forenklet version af undergrundens opbygning. I dette kapitel bliver undergrunden i projektområdet undersøgt. Projektområdet bliver beskrevet ud fra aflejrings- og erosionsmiljøer, der har været dominerende siden øvre kridt og frem til i dag. Områdets geomorfologi vil blive beskrevet, da denne, som kapitel 2 (Grundvand- og overfladevandsinteraktion) viste, indirekte kan sige noget om interaktionen mellem grundvandet og overfladevandet. Hølbækkens ådal bliver beskrevet særskilt ud fra undersøgelser udført af gruppen, da dette område er af særlig interesse i forhold til problemformuleringen. Herefter vil grundvandsspejlets kote kortlægges, for at kunne placere grundvandsspejlets beliggenhed i forhold til de geologiske lag. Grundvandsspejlets beliggenhed er væsentligt i forhold til den geologiske model, da det sætter fokus på de lag, hvori grundvandsstrømningerne foregår. Som en opsummering af kapitlet bliver der opstillet en geologisk tolkningsmodel over projektområdet, der vil være udgangspunkt for det videre arbejde med grundvandsmodellen Geologisk historie Øvre kridt Øvre kridt er den geologiske periode fra ca. 97 mio. år siden til ca. 65 mio. år siden. Dengang var Danmark, med undtagelse af Bornholm og Skagens Odde, gennem kridttiden dækket af et hav. Klimaet i øvre kridt var tørt og varmt og havet var præget af stille forhold. Partikelsedimentationen fra landområderne aftog, og aflejringerne fra denne periode består hovedsageligt af nedfældede kalkskaller fra organismer, der levede i havet. Eftersom laget af aflejringer blev tykkere, blev det kompakteret som det fremstår i dag (Rasmussen, 1975: 46-57; Fredericia, 1989: 60-67). Kalkoverfladens kote (m. o. h.) i projektområdet er afbildet på figur 3.5. Det ses, at kalkoverfladen ligger mellem 25 og 50 m. o. h. i hoveddelen af projektområdet og at overfladen falder ved Lindenborg Å i syd og Skriveren i vest. Kalkoverfladens relief blev udformet i de efterfølgende geologiske perioder både ved tektonisk aktivitet og ved erosion. Sænkningsfelterne i den prækvartære overflade ligger i de samme områder som under istiden blev udgravet af smeltevandsfloder, og det er sandsynligvis en sammenhæng mellem disse to forekomster, som beskrevet af Berthelsen (1987), i forhold til Aalborgs 30

35 geologi. Den vestlige del af projektområdet domineres af en højtliggende kalkoverflade, også i forhold til terræn, mens den dykker til mellem m under terræn i den østlige del. En højtliggende kalkoverflade er typisk for denne del af Nordjylland. Projektområdet ligger i den fennoskandiske randzone, hvor kalklaget generelt er højtliggende og desuden kommer op i en tykkelse på over m (Thomsen, 1995: 39). Der er i 2004 blevet foretaget en mikropalæontologisk undersøgelse af kalken i en boring midt i projektområdet (Hedeselskabet, 2006). Kalken i boringen stammede i hele dybden (165 m) fra den øvre del af del af kridttiden og var af typen skrivekridt, hvilket er den type, der sædvanligvis træffes overfladenært i Nordjylland (NJA, 2004). Figur 3.5. Den prækvartære overflades kote, denne kan anvendes som udtryk for kalkoverfladens beliggenhed da de tertiære aflejringer er borteroderet. Den prækvartære overflade er hentet fra GEUS (1994) og bygger på data fra boringer. Tertiær I den efterfølgende periode, tertiær, ca. 65 mio. år siden til ca. 2 mio. år siden, blev klimaet fugtigere og partikelsedimentation fra landområderne øgede igen. Sand, ler og mergel blev aflejret i denne periode, men på grund af isens senere erosion af aflejringerne, er tertiæraflejringerne i projektområdet blevet eroderet væk (Thomsen, 1995: 32-43), og de vil derfor ikke blive beskrevet nærmere her. Under tertiærtiden opstod der imidlertid en række salthorste, især lokaliseret i et øst-vest gående bånd gennem Jylland, hvor kalklaget er af betydelig tykkelse. Salthorste opstår når evaporitlaget fra permtiden (ca mio. år siden) kommer under højt tryk fra 31

36 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet overliggende lag med højere densitet, bliver plastiske og presses op (Galsgaard, 1998: 32). Tættest på projektområdet ligger en salthorst ved Suldrup, ca. 16 km vest for Volsted (Rasmussen, 1975: 78-79). Denne salthorst kan have haft betydning for kalklaget i projektområdet ved, da den kan have medført sprækkedannelse i kalken. Kvartær og nyere tid I kvartærperioden ændrede klimaet sig igen, og perioden var præget af hurtigt skiftende klimaforhold fra kolde perioder, hvor gletschere dækkede hele eller dele af Danmark, til milde interglaciale perioder, hvor isen smeltede (Rasmussen, 1975: 80). Isen formede landskabselementer som tunneldale, bakkeøer og moræneaflejringer og satte sit tydelige præg på landskabet, som det ser ud i dag. På figur 3.6 ses de forskellige aflejringsmiljøer, der i dag kan genfindes i projektområdet og det omkringliggende område. Hoveddelen af projektområdet består af yngre moræneaflejringer afsat af gletschere. Moræne er usorteret materiale med stor spredning i partikelstørrelsen. Langs projektområdets sydlige og vestlige grænse, langs Lindenborg Å og Skriveren, ses der tunneldale med aflejringer fra Yoldiahavet og Litorinahavet. Tunneldale dannes af smeltevand, der strømmer ud under gletscheren. Dette vand kan strømme med stor hastighed og således have en effektfuld eroderende kraft. Aflejringerne i tunneldale er sorterede og størrelsen på partiklerne er bestemt af smeltevandsflodens strømningshastighed. I de interglaciale perioder steg havets niveau grundet den fra isen frigivne vandmængde, og landområder blev sat under vand. Yoldiahavet bredte sig ind over Nordjylland for ca år siden (Larsen, 1989: 37). Efter isen havde smeltet fra Danmark fra sidste gang bredte Litorinahavet, også kaldet Stenalderhavet, sig ind over Danmark for ca år siden. Aflejringer fra Litorinahavet findes i Lindenborg Å og Østerå ådale i projektområdet og for øvrigt også nord og øst for projektområdet. På figur 3.6 ses det, at projektområdet ligger på en ø af moræneaflejringer, omgivet af aflejringer fra Litorinahavet. Disse to typer af aflejringer er kendetegnet ved en høj grad af overfladisk afstrømning, jf. kapitel 2 (Grundvand- og overfladevandinteraktion), hvilket også blev observeret i fokusområdet. Sammenholdes figur 3.6 med GOI typografien ses det, at Hølbækken dels strømmer gennem et morænelandskab og på havaflejringer. Disse to aflejringstyper er kendetegnet af en høj grad af overfladisk og overfladenær afstrømning, hvilket også blev observeret i området. 32

37 Figur 3.6 Landskabselementerne i projektområdet og omegn (DJF-geodata,, 2006) GEUS boredata Med baggrund i beskrivelsen af projektområdets geologi er undergrunden blevet undersøgt ud fra boringer fra GEUS Jupiter boredatabase. Tolkningen er gjort ud fra 250 boringer, hvoraf 110 boringer findes inden for projektområdet, figur 3.7. Som figuren viser, er der en stor samling boringer i den vestlige del af projektområdet, men desværre fokuserer de mest på kalklaget og de overliggende lag er således dårligt beskrevet. Der er ligeledes mange boringer i den nordøstlige del af projektområdet, men disse er for hovedpartens vedkommende ikke særlige dybe, men har til gengæld en detaljeret beskrivelse af undergrunden. I den midterste del af projektområdet, tæt på fokusområdet, er der kun enkelte boringer. På trods af dette giver boringerne en god mulighed for at få indblik i projektområdets undergrund. For at øge overskueligheden af dataene og lette tolkningen af dem, er projektområdet inddelt i 22 profillinjer med 200 m buffer til hver side. Samme profiler bliver brugt i digitaliseringen af projektområdet i forbindelse med grundvandsmodellen. 33

38 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Figur 3.7. Boreprofiler for projektområdet. Det udvalgte profil analyseres herunder. Boringer fra GEUS 2 (2006). I figur 3.8 er vist det fremhævede profil i figur 3.7. På profilet er terrænoverfladen vist sammen med den prækvartære overflade. Ved at sammenligne dataene fra de enkelte boringer med den prækvartære overflade og terrænoverfladen ses visse uoverensstemmelser. Dette kan til dels skyldes, at den prækvartære overflade er tegnet direkte efter profillinien, mens borehullerne kan ligge op til 200 m derfra. Terrænoverfladen kan ligeledes variere. Uoverensstemmelserne kan også skyldes unøjagtigheder i dataene. Kalken er i nogle boringer registreret som skrivekridt, mens andre blot er defineret som kalk, men det antages, at al kalken i projektområdet er skrivekridt. Profilet går fra morænen i det nordøstlige hjørne af projektkområdet mod Lindenborg Å ådal. Det ses, at profilet hovedsageligt udgøres af boringer med lille dybde, hvilket er et generelt problem med boredata fra den nordøstlige del af området. Ud fra viden om dannelsesmiljø og kalkoverfladens kote antages det, at boringerne i morænen giver et rimeligt billede af de kvartære aflejringer. I morænen findes hovedsagelig sand. Der er registreret hyppige skift mellem sand og grus med forekomster af glacialt smeltevandssand. Dette tyder på, at smeltevand har strømmet over projektområdet og har overlejret noget af morænen med smeltevandssand. Der forekommer ler i den nordøstlige del af projektområdet. På figur 3.9 ses i hvilke boringer, der er fundet ler. Lerforekomsterne er koncentreret i det nordøstlige hjørne af projektområdet, hvilket formentlig er moræneler. 34

39 Figur 3.8. Boreprofil. Boredata fra GEUS 2 (2006), prækvartær overflade fra GEUS (1994), terrænmodel fra DDH (1995). Figur 3.9. Områder hvor det skønnes at der findes lerlinser. Boredata fra GEUS 2 (2006). 35

40 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet På den del af boreprofilet, der viser Lindenborg Ås ådal (ved ca m) ses et sænkningsfelt i den prækvartære overflade, figur 3.8. Sænkningsfeltet genfindes langs hele ådalen. I ådalen er der opfyldningen registreret som tørv, mergel og sandforekomster, men der er få boringer at tolke geologien i ådalen ud fra, hvorfor det er svært at lave en generel tolkning af ådalen ud fra disse boringer. Fejlkilder i forbindelse med tolkning af boredata Boredata er punktdata, og når undergrunden tolkes herudfra er det nødvendigt at være opmærksom på hvilke generaliseringer, der bliver gjort i den forbindelse. Undergrundens opbygning kendes kun, hvor boringerne er foretaget. Mellem borepunkterne bliver der interpoleret. Dette kan i områder med få boringer medføre betragtelige fejlkilder i tolkningen. Det er derfor nødvendigt at tolke, hvorvidt en forekomst i en/flere boringer er et sammenhængende lag, der kan interpoleres eller om forekomsten er en linse, og dermed har begrænset horisontal udbredelse. Ligeledes må resultatet af interpoleringen overvejes i forhold til det antal boringer, den er lavet ud fra. En måde at imødekomme disse fejlkilder på er, at benytte geofysiske metoder til at undersøge området. Især i den nordøstlige del af projektområdet er tolkningen foretaget på baggrund af få boringer og er af denne grund specielt unøjagtig Håndboringer i fokusområdet Ådalene i projektområdet adskiller sig fra morænen i opbygning ved, at det er en anden type aflejringer, der udgør opfyldningen end aflejringerne i resten af projektområdet. Fokusområdet i denne rapport er Hølbækken, hvor der ikke findes GEUS boringer. Det er væsentligt at undersøge ådalens geologi, og danne input til en mere præcis geologisk model for dette område, da det er i Hølbækkens ådal, at vandudveksling mellem grundvandet og overfladevandet sker. Undersøgelsen tager udgangspunkt i boredata indhentet af NIRAS (Jensen et al., 2005). Efter undersøgelse af disse data har gruppen udført en række boringer med håndbor, hvor lagdelingen i området og udbredelsen af de forskellige lag er fundet. NIRAS undersøgelse viste, at den nedre del af området er forholdsvis homogent, hvorfor der er indsamlet få prøver herfra. I den øvre del er undergrunden mere heterogen, bl.a. er der registreret afslutningen på et gytjelag. Da det var forventet, at gytjelaget har en lille hydraulisk ledningsevne, og dermed er væsentlig i forhold til grundvandsstrømningerne i området, blev boringerne koncentreret i denne del. Ud fra boringerne er der opstillet fire profiler, tre tværgående og et langsgående. For overskuelighedens skyld opstilles det langsgående profil først kun for den øvre del af området, mens den nedre del undersøges særskilt. Placeringen af boringerne og profillinierne kan ses på figur

41 Figur Placering af boringerne og profillinierne i projektområdet. Langsgående profil På figur 3.11 ses det langsgående profil fra den øvre del. Profilet er standset ved grænsen mellem den øvre og nedre del af området. Det ses, at kalklaget ligger i højest kote i den øvre del af Hølbækken og daler nedstrøms. Dette kunne tyde på, at kalklaget på et tidspunkt er blevet eroderet af smeltevand fra gletscheren, som har dannet en ådal, hvilket kunne være oprindelsen til den ådal, som findes i dag. Samtidigt er der sandsynligvis sket en indsynkning af ådalene. I de fleste borehuller findes et sandlag ovenpå kalken. Sandets kornstørrelsesfordeling varierede, hvilket tyder på forskellige aflejringsmiljøer. I forhold til de geologiske perioders aflejringsmiljøer, beskrevet ovenfor, er det sandsynligt, at der både findes smeltevandsaflejringer og aflejringer fra Litorinahavet blandt sandet fundet i ådalen. Der er ikke i boringerne skelnet mellem disse forskellige typer sand og fremover vil der blive henvist samlet til disse forekomster som sand. Sandet har sin største vertikale udbredelse ca. 400 m fra profilets start og stopper tilsyneladende ca. 150 m fra profilets start. Dette kan skyldes en øvre afgrænsning af sandets aflejringsmiljø. I 4 af de øvre boringer er der fundet et stenlag, sandsynligvis afsat af smeltevand med stærkere strømningsforhold under aflejring i forhold til sandet. Der er ikke fundet kalk i disse 4 boringer, sandsynligvis fordi det har været svært at bore forbi stenlaget. 37

42 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Ca. 400 m fra profilets start, starter et gytjelag, i de fleste boringer ovenpå sandet. Gytje er en marin aflejring, der består af nedbrudt organisk materiale med et højt indhold af uorganisk materiale (Larsen et al., 1988: 52). Dette viser, at området ved Hølbækken har været delvis dækket af stillestående vand i en periode, for at det finkornede materiale har kunnet sedimentere. Gytjelaget bliver gradvist tykkere i den nedre del af ådalen. I den øvre del er der ikke fundet gytje i alle boringerne, hvilket sandsynligvis skyldes, at gytjelaget ikke har en lineær afgrænsning og nogle boringer er derfor lavet lige udenfor gytjelaget. Der er også mulighed for, at der kan være blevet aflejret gytje i hele ådalen og at laget efter aflejringen er blevet borteroderet. Øverst i boringerne ligger tørvelaget, hvis overflade hælder svagt nedstrøms mod Hølbækkens udløb mod Lindenborg Å. Tørv består af dårligt nedbrudt organisk materiale, der er dannet i fugtige eller sumpede områder, hvor stillestående vand har forhindret ilttilførsel (Fobian, 1984: 60). Fugtige områder blev under feltturen observeret flere steder langs Hølbækken og det er sandsynligvis i dag den samme type aflejringsmiljø. I afsnit (Observationer) blev det beskrevet, at der kun på den øverste del forekom kilder. Kilderne tyder på, at der findes præfererede strømningsveje i dette område. Sandsynligvis er der sprækker i kalken, hvor vandet kan strømme. Stenlaget fundet i den øvre del af profilet kan ligeledes give mulighed for præferentiel strømning. Da der forekommer kildefremspring i områder, hvor der er registreret gytje, kunne dette tyde på, at der findes strømningsveje gennem gytjen, eller at vandet i kilderne er overfladenær diffus udstrømning, der strømmer ovenpå gytjen. 7 6 Kote (m) Muld/tørv Gytje Sand Kalk Sten Længde (m) Figur Langsgående profil på den øvre del. Den horisontale akse starter øverst i profilet og følger Hølbækkens strømningsretning. Der er en overhøjde på

43 Tværprofil 1 Lagopdelingen i borehullerne i profil 1 kan ses i figur Kalklaget danner en dal, hvilket harmonerer med antagelsen om, at kalken under ådalen er sunket ned og at smeltevand har eroderet bunden og at denne gamle dal, danner basis for den nuværende ådal. Ovenpå på kalken er der fundet sand i fire af boringerne, men i den ene boring (nr. 4 fra venstre) er det kun fundet et tyndt lag. Dette kunne tyde på, at der har sket en erosion af sandet her, der har efterladt en fordybning i terrænet. I boring 3 og 4 fra venstre er der fundet gytje, hvilket viser, at dette område på et tidspunkt har været dækket af stillestående vand. Gytjelaget i boring 4 er tykkere, mens det i boring 3 er tyndere og ligger lavere, hvilket kunne tyde på, der er sket en erosion af gytjen efter aflejringen. Tværprofil 2 Lagopdelingen i borehullerne i profil 2 kan ses i figur To af boringerne i dette profil blev stoppet før kalklaget blev nået, men resultaterne fra de andre boringer tyder alligevel på, at kalklaget også her danner en dal, som måske ligger dybere. Det er vanskeligt at vurdere udbredelsen af sandlaget, da to af boringerne er stoppet netop som dette lag er nået. Der ses dog en stor forskydning af overfladen på sandlaget, hvilket muligvis skyldes, at løbende vand har eroderet i midten af ådalen, og skåret ned i sandlaget. Som ved tværprofil 1 er der ikke fundet sand i boring nr. 4 fra venstre, sandsynligvis pga. erosion i denne del af tværsnittet. Tværprofil 3 Lagopdelingen i borehullerne i profil 3 kan ses i figur Profil 3 ligger umiddelbart før overgangen til den nedre del af Hølbækken, figur Kalklaget danner en dal, ligesom i de to beskrevne profiler. Sandlaget har forskellig tykkelse og overfladen af dette danner en stejl dal. Gytjen er i dette profil væsentlig tykkere end den var i de to foregående profiler, hvilket tyder på, at gytjelagets tykkelsen øges nedstrøms i ådalen som forventet. Nedre del Figur 3.15 viser de fem boringer udført langs Hølbækken i den nedre del af området. Boringernes overflade viser, at topografien her flader ud. Den midterste boring er taget ca. 200 m fra Hølbækken, mens de andre boringer ligger tættere på vandløbet, figur Der er kun boret forbi gytjelaget i to af boringerne, mens de sidste tre boringer er stoppet i gytjelaget. Der er fundet sand under gytjen i begge de to boringer. Det ses, at gytjelagets tykkelse er tiltaget. Det antages, at disse boringsresultater er repræsentative for ådalen i denne del af Hølbækken og for Lindenborg Ås ådal, da der i alle boringerne er fundet ca. 2 m tørv, der overlejrer gytjen og at gytjen i alle boringerne findes som en væsentlig del af opfyldningen. 39

44 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Kote (m) Muld/tørv Gytje Sand Kalk Hølbækken Længde (m) Figur Tværprofil 1. Profilet ses fra vest til øst. Der er en overhøjde på Kote (m) Muld/tørv Gytje Sand Kalk Hølbækken Længde (m) Figur Tværprofil 2. Profilet ses fra vest til øst. Der er en overhøjde på

45 7 6 5 Kote (m) Muld/tørv Gytje Sand Kalk Hølbækken Længde (m) Figur Tværprofil 3. Profilet ses fra vest til øst. Der er en overhøjde på Kote (m) Muld/tørv Gytje Sand Kalk Længde (m) Figur Langsgående profil på den nedre del. Den horisontale akse følger Hølbækkens strømningsretning. Der er en overhøjde på 7,5. 41

46 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Gytjeafgrænsning På figur 3.16 er der markeret, hvilke boringer, der indeholdt gytje. Herudfra tolkes det, at der er en afgrænsning af gytjelaget. Analysen af profilerne har vist, at gytjelaget bliver tyndere længere oppe i ådalen, og det ses, at det stopper midt i ådalen. Dette vidner om at udbredelsen af det stillestående vand, hvori gytjen blev aflejret ikke har gået helt op i den øvre del af ådalen, men hovedsageligt har været lokaliseret på den nedre del. Gytjelagets udbredelse har betydning for grundvandsstrømningerne i ådalen, da gytje har en lav hydraulisk ledningsevne og således fungerer som en aquitard. Det må forventes, at kildefremspringene kan sættes i forbindelse med gytjelaget, idet der er registrerede kilder i de områder, hvor der er registreret brud på gytjelaget. Det kan derfor tænkes, at bruddet på gytjelaget muliggør strømning af vand op gennem opfyldningen i ådalen. Udover de kilder, der kan sættes i forbindelse med brud på gytjelaget, findes der et par mindre kilder, som muligvis skyldes, at der sker en overfladenær diffus udstrømning oven på gytjen. Gytjen er derfor i Hølbækkens ådal en vigtig parameter i forhold til strømningen af vand, idet laget begrænser kontakten mellem vandløbet og det regionale grundvandsmagasin i de områder, hvor laget findes. Figur Boringer, hvor der er fundet gytje er indtegnet og afgrænsningen af gytjelaget er herudfra blevet skønnet. Det kan også tænkes, at gytjelaget ikke er blevet aflejret ens i hele ådalen grundet kilder, der medfører strømninger i det eller stillestående vand. Dette forudsætter, at de 42

47 kilder, der findes i Hølbækkens ådal, strømmer gennem lag, der er højpermeable, eksempelvis sprækker i kalken. Strømningen gennem kilden vil forhindre sedimentationen. Der er også den mulighed, at noget af opfyldningen i ådal er blevet fjernet efterfølgende og at dette er en medvirkende årsag til de mange kilder. Dette understøttes af, at ådalen gennem de seneste hundrede år er blevet drænlagt. Særlig i den øvre del af ådalen, hvor gytjelagte ligger højt og er tyndt, kan dette have ført til, at der er skabt strømningsveje gennem gytjelaget Grundvandsspejlets beliggenhed På figur 3.17 er grundvandskoten sammenlignet med den prekvartære overflade. Det ses, at grundvandsspejlet i størstedelen af projektområdet ligger under kalkoverfladen. Kalken udgør således en væsentlig del af grundvandsmagasinet i projektområdet. I ådalene langs Lindenborg Å og Skriveren ligger kalkoverfladen dybere end grundvandsspejlet. Grundvandsspejlet ligger i den vestlige del af projektområdet, bl.a. i Volsted Plantage, i kalken. Fokus i grundvandsmodellen er grundvandsmagasinet, hvorfor en præcis kortlægning af morænen her ikke er af så stor betydning. I den østlige del af projektområdet ligger grundvandsspejlet i morænen, hvorfor lerlinser her er af større betydning og tolkningen her er gjort mere omhyggeligt. Kalk er et porøst materiale, der kan indeholde store mængder vand, men porestørrelsen er lille, hvorfor den hydrauliske ledningsevne for sammenpakket kalk er lille. Sprækkedannelse i kalken vil derfor have en kraftig indflydelse på kalkens samlede hydrauliske ledningsevne. Sprækkerne vil fungere som makroporer og vandet vil kunne transporteres hurtigt gennem disse. Beliggenheden og udbredelsen af sprækkerne er derfor en væsentlig faktor til at bestemme, hvordan grundvandet strømmer i kalk og dermed også i projektområdet. I den boring Hedeselskabet foretog for Nordjyllands Amt i 2004, blev der udført en flowlog, som er en måling over hvor hurtigt vandet strømmer ud i en boring, hvis der sker en oppumpning af vand og i hvilke lag, strømningen foregår. I den udførte flowlog kom det frem, at der er en jævn udstrømning af vand til boringen til en dybde af 80 meter, hvorefter den aftager og bliver ubetydelig, bilag A. Kalken i projektområdet antages derfor at være opsprækket de øverste ca. 80 meter. Det er også interessant i forhold til grundvandsmodelleringen at kende den nedre grænse for grundvandsmagasinet. Den nedre grænse af gytjelaget kan angives ved at bestemme dybden til det salte grundvand. I 2004 blev der gennemført 23 TEM målinger i Volsted Plantage (Watertech, 2005), hvor konklusionen var, at det salte grundvandsspejl befandt sig i en dybde af omkring 140 meter, hvorfor dette kan anvendes som den nedre afgrænsning af grundvandsmagasinet. 43

48 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Figur Grundvandsspejlets overflade i forhold til den prækvartære overflade. Positive tal angiver, at grundvandsspejlet ligger over den prækvartære overflade og negative angiver, at grundvandsspejlet ligger under den prækvartære overflade. Prekvartæroverflade fra GEUS (1994) potentiale kort fra (NJA, 2005) Geologisk model Ud fra de foregående afsnit, hvor undergrunden i projektområdet generelt og særskilt i Hølbækkens ådal er blevet undersøgt, vil den geologiske tolkningsmodel opsættes. Det er valgt at opdele undergrunden i tre hoveddele: kalklaget, morænen og ådalene, figur Opdelingen er begrundet i analysen af undergrunden, hvor det kommer frem, at der er markant forskellige hydrogeologiske forhold, i de tre dele. Endvidere er datagrundlaget for de to områdetyper forskelligt, som beskrevet ovenfor, hvorfor det er hensigtsmæssigt at adskille dem. Ådalen er angivet som det område af modellen, der ligger langs Lindenborg Å og Hølbækken. Det er blevet afgrænset ved hjælp af højdekurver og områder med dræn, figur

49 Ådal Moræne Morænemateriale Tørv Gytje Kalk Figur Principiel opbygning af undergrunden, anvendt i modelopsætningen. Kalk (saltvandsgrænse) Figur Opdeling af projektområdet i ådal og moræne. 45

50 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Kalklaget - Grundet dannelsesmiljøet, bliver kalklaget tolket til at være et sammenhængende lag. Kalklaget er repræsenteret i hele projektområdet og udgør desuden grundvandsmagasinets nedre afgrænsning. Kildeforekomsten i den øvre del af Hølbækkens ådal tyder på, at der her findes præfererede strømningsveje for grundvandet, muligvis er det her tale om sprækker i kalken. Kalkens dybde er sat til kote -140, da der her findes salt grundvand og strømningerne derfor ikke relevante i forhold til denne rapports grundvandsmodel. Morænen - Ud fra GEUS boringer og de præsenterede kort er det blevet tolket, at morænen hovedsageligt består af sand, med forekomster af ler, silt og grus, hvilket er forventeligt, når det er moræne. For at repræsentere denne tolkning er det valgt at tolke morænen som bestående af et sandlag. Dette skal repræsentere både sandet og gruset, hvor der ikke er så stor forskel i den hydrauliske ledningsevne. For at angive forekomster af ler og silt, der har en lavere hydraulisk ledningsevne end sand, er det valgt at indlægge linser. Da grundvandsspejlet i hoveddelen af området ligger i kalken, er der lavere krav til detaljeringsgraden af morænetolkningen. Ådalen - Der er udført håndboringer i Hølbækkens ådal, hvilket giver et detaljeret tolkningsgrundlag for dette område. Det er nødvendigt at generalisere lagfølgen for Lindenborg Ås ådal herudfra, da der kun er et ringe antal boringer i GEUS database i dette område. I fokusområdet blev det fundet, at der ligger tørv i det øverste 2 meter, hvorunder der er et gytjelag af varierende tykkelse. I nogle af boringerne blev der fundet marint sand, hvorfor det langs ådalen over kalken, antages, at der ligger et sandlag. 3.3 Projektområdets hydrologi Som del af den konceptuelle model er det nødvendigt at finde parameteren der indgår i vandbalanceligningen for området. Parametrene skal bruges som input til grundvandsmodellen, der opsættes senere i denne rapport. De parametre, der indgår i vandbalanceligningen er nedbøren, fordampningen, oppumpning, ændring i magasinering og den overjordiske og underjordiske afstrømning. Det antages, at der kan ses bort fra magasineringen i projektområdet når dette betragtes over en årrække, da magasineringen er minimal i forhold til den resterende vandudveksling. Det er ikke muligt at måle den underjordiske afstrømning. De opsatte nulflux grænser i den nordlige del af projektområdet sikrer imidlertid, at vandudveksling ikke sker her og trykgrænserne i den resterende del sikrer, at vandudvekslingen i dette område kan 46

51 beregnes i grundvandsmodellen. Derfor vil nedbør, fordampning, oppumpning og overfladisk afstrømning i det følgende blive undersøgt for projektområdet. På grund af den tætte sammenhæng mellem nedbør og fordampning, og problemer med at skaffe data, vil disse to bliver undersøgt sammen Overfladisk afstrømning Først vil afstrømningen fra Hølbækken blive undersøgt, for at kortlægge interaktionen mellem grundvandet og overfladevandet i projektområdet og for at give et bud på den samlede afstrømning fra Hølbækken. Hølbækkens vandføring dækker ikke hele projektområdet og samtidig er der ikke kontinuerte målinger for et helt år. Derfor undersøges afstrømningen fra oplandet til Lindenborg Å bagefter, da Hølbækkens opland er en del af dette opland. Afslutningsvis foretages en sammenligning mellem de to resultater. Oplandet til Hølbækken Vandføringen i Hølbækken udgør kun en del af den samlede vandføring i projektområdet. For at få et overblik over, hvor stor andel vandføringen i Hølbækken udgør af den samlede vandføring, er det hydrologiske og det topografiske opland til Hølbækken blevet afgrænset, figur Figur Det topografiske og hydrologiske opland til Hølbækken, optegnet på et kort over grundvandskoten. Grundvandskoten er interpoleret ud fra data fra GEUS boredata (GEUS 2, 2006) og koter på åer og dræn. Åer og dræns placering er taget fra TOP10DK (2000), og har fået koter vha. DHH (1995). 47

52 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Forskellen mellem det topografiske og det hydrologiske opland kan dels skyldes usikkerhed i de anvendte data, hvor f.eks. potentialekortet er interpoleret ud fra en række punkter og derfor muligvis ikke er så præcist. Punkterne potentialekortet er lavet på baggrund af, er der også usikkerhed omkring, da de har forskellig alder, den ældste boring er eksempelvis fra Derudover varierer potentialet ca. 2 m i løbet af året (Søndergaard, 2003: B4). På trods af disse usikkerheder tyder det på, at der er en forskel på de to oplande, hvilket må skyldes undergrundens opbygning i området. Eksempelvis findes der lerlinser i projektområdet, der kan være med til at ændre grundvandsstrømningen, så den nedbør der falder i det topografiske opland strømmer til Hølbækken. Vandføringen i Hølbækken For at undersøge den samlede vandføring og variationen i vandføringen langs Hølbækken er vandføringen målt i en række tværsnit langs åen over en periode på to dage. Placering af vandføringsmålingerne kan ses på figur Forud for målingerne var der opholdsvejr og ca. 0 C, og derfor kan det antages, at målingerne tilnærmelsesvis beskriver en baseflowsituation. For at få et indtryk af variationerne i vandføringen, blev vandstanden også målt over en periode på 52 dage. Dette er ikke nok til at vurdere vandføringen over et år, men giver alligevel et indblik i variationer i bækkens vandføring. Udførelsen af vandføringsmålingerne, vejrforhold i tiden op til målingerne samt fejlkilder forbundet med forsøget kan ses i bilag B. Udregninger findes på den vedlagte Cd-rom. Figur Vandføringsmålingernes placering i Hølbækken. 48

53 Der blev foretaget vandføringsmålinger ved 9 punkter i Hølbækken, hvor punkt 6 og 7 blev målt igen efter ca. to måneder. Derudover blev vandføringen målt i kilde E, figur 3.4, mellem måling 4 og 5. Resultaterne for vandføringsmålingerne i de forskellige punkter kan ses på figur Målinger og Målinger Vandføring (l/s) Målingernes indbyrdes afstand (m) Figur Vandføring ved målepunkterne i Hølbækken. Usikkerhedsintervallet er sat til 10 %, hvilket er angivet for at dække over de usikkerheder, der er forbundet med forsøget, bilag B. Vandføringsmålingerne viser, at Hølbækken bidrager med ca. 60 l/s til Lindenborg Å. Vandføringen fordobles fra øverste til nederste vandføringsmåling, figur 3.22, dvs. at næsten halvdelen af vandføringen stammer fra den øverste del af vandløbet. Der blev registreret flere kilder opstrøms for målepunkt 1, afsnit (Observationer), der givetvis står for en del af vandføringen i måling 1. Analyse af resultaterne De første to målepunkter (måling 1 og 2) er taget på hver sin side af den største kilde, for at få et indtryk af afstrømningen fra denne. Forskellen mellem disse to målepunkter er på ca. 6 l, og da den samlede udstrømning til Lindenborg Å er på ca. 60 l, kommer tæt på 10 % af Hølbækkens vandføring fra denne kilde. Målepunkt 1 og 2 er ligger opstrøms gytjelaget. Mellem målepunkt 2 og 3 falder vandføringen med 2,4 l/s. Dette fald kunne teoretisk skyldes, at grundvandsspejlet ligger under vandspejlet i åen og vandet således strømmer væk fra åen og ud i den omkringliggende jord. Dette anses dog ikke for sandsynlig, da grundvandsspejlet i hele området var højtliggende, hvorfor det derfor ikke synes sandsynligt, at vandet på dette sted kan strømme ud af vandløbet. Gytjelagets udbredelse stopper mellem måling 2 og 3, hvilket kunne tænkes at have en indflydelse på nedgangen i vandføring mellem måling 2 og 3, idet gytjen som aquitard begrænser vandets strømningshastighed ud i Hølbækken. Målingerne i målepunkt 2 og 3 blev taget to forskellige dage, hvilket også kunne være medvirkende til nedgangen i målt vandføring. Imidlertid indikerer vejrforholdene, bilag B, at vandføringen i givet 49

54 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet fald burde være større i målepunkt 3. Vandføringen falder ligeledes mellem målepunkt 8 og 9. Forskellen mellem de to målinger er i begge tilfælde under 5 l/s og har overlappende usikkerhedsintervaller, hvorfor det antages, at faldet kan tilskrives måleusikkerhed. Mellem målepunkt 3 og 4 blev der lavet en vandføringsmåling i kilde E, der strømmede til Hølbækken umiddelbart opstrøms for målepunkt 4. Vandføringen blev her målt til 1,78 l/s. Kildens vandløb var tilnærmelsesvis kvadratisk, hvorfor det var let at foretage målingen og udregningen. Imidlertid blev hastigheden kun målt midt i kilden, og da vandføringen er langsommere langs vandløbets kanter grundet friktion, må det forventes, at den målte vandføring er et overestimat. Målingen illustrerer, at tilstrømning i dette område derfor må kunne tilskrives diffus udstrømning, sandsynligvis fra brinkerne. Mellem målepunkt 4 og 5, som ligger forholdsvis tæt på hinanden, sker der en forøgelse af vandføringen på ca. 9 l/s. Som nævnt i afsnit (Observationer) blev der registreret et sumpet område langs vandløbsbredden mellem disse to målinger, hvor der var mindst en kilde. Dette kunne tyde på, at der på dette sted er et brud i gytjelaget, der muliggør opstrømning af vand fra de omkringliggende lag. I afsnit (Håndboringer i fokusområdet) blev det beskrevet, at der ved dette målepunkt blev registreret et brud på gytjelaget i undergrunden på Hølbækkens vestlige bred, hvor der i stedet var et dybere tørvelag. Området var desuden sumpet, hvilket tyder på et højtliggende grundvandsspejl. I dette våde område blev der observeret kilder på begge sider af åen. Stigningen i vandføring kan derfor skyldes, at vandet her kan strømme lettere til bækken, både gennem vådområdet og kilderne i dette område. Mellem målepunkt 5 og 9 har Hølbækken en jævn stigning i vandføringen, og alle usikkerhedssintervaller er overlappende. Den jævne vandføring skyldes sandsynligvis, at det nederste område af ådalen mod Lindenborg Å er forholdsvis fladt, hvor grundvandsspejlets gradient er lille. Derudover er der heller ikke observeret kilder på den nederste del, men der findes en del dræn på den nedre del af Hølbækken, som det må antages ikke bidrager noget særligt til vandføringen i den baseflowsituation, der her er lavet undersøgelser på. Samlet set kan det siges, at stort set alt vandet, der strømmer i Hølbækken, stammer fra den øvre del, idet vandføringsmåling 6 udgør grænsen mellem de to dele. Dette indikerer igen, at gytjelaget, der er mest udbredt på den nedre del, er begrænsende for udstrømningen af grundvand til Hølbækken, da omkring halvdelen af udstrømningen fra ådalen til vandløbet er sket før gytjelaget. Derfor er især kilderne på den øvre del vigtige i forhold til at bidrage med vand til Hølbækken. 50

55 Ændringer i Hølbækkens vandføring For at undersøge ændringerne i Hølbækkens vandføring over tid, blev trykniveauet i bækken og i atmosfæren målt over en periode på 52 dage mellem den og den Beskrivelsen af forsøget kan ses i bilag B. Data findes på den vedlagte Cd-rom. Forskellen mellem de to trykniveauer, hhv. i Hølbækken og atmosfæren, viser relative ændringer i vandstanden og er vist på figur Det ses, at Hølbækkens trykniveau ligger minimum mellem 5 og 10 cm, og ved nedbørshændelser øges vandføringen efterfølgende. I den sidste del af perioden viser divermålingerne, at trykniveauet lå 2-3 cm højere end i starten af perioden, hvilket kan tyde på, at der er sket en stigning i tilstrømningen fra overfladen og fra grundvandet, på grund af nedbøren. Den blev vandføringsmålinger ved målepunkt 6 og 7 gentaget, med henblik på, at have vandføringsmålinger fra 2 forskellige dage at tolke målingerne af vandstanden ud fra, figur Det ses, at vandføringen ved begge målepunkter tilnærmelsesvis var den samme, som ved den første måling. Divermålingerne tyder derfor på at Hølbækken er grundvandsfødt, da der ikke er de store udsving i vandstanden. Den målte vandføring repræsenterer således baseflowet i Hølbækken for en vintersituation. Baseflow vandføring for Hølbækken er beregnet til 5.160,5 m 3 /d, hvis det målte baseflow ganges op. Dette er formodentlig mere end baseflow i sommermånederne, men en underestimering af den gennemsnitlige årlige vandføring pga. af at nedbørshændelser ikke er repræsenteret. Resultatet vil i den resterende del af rapporten repræsentere den gennemsnitlige vandføring, da det ikke har været muligt at finde mere præcise data for denne. Dette giver en vandføring på ca. 1,89 mio. m 3 /år Vandtryk (cm) Dato Figur Relative ændringer i Hølbækkens vandstand fundet ved forskellen mellem atmosfærens tryk og trykket i åen. Målingerne mellem 6.03 og er ikke taget med, da disse målinger betragtes som fejlmålinger, bilag B. 51

56 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Afstrømning fra Lindenborg Å I forhold til formålet med denne rapport er det væsentlig at finde et estimat for medianminimumsvandføringen for Hølbækken. Den målte vandføring repræsenterer et øjebliksbillede af baseflowet i en vintersituation, og det må forventes, at dette er højere end medianminimumsvandføringen, idet fordampningen er lille om vinteren. Der er ikke lavet længerevarende tidsserier over vandføringen i Hølbækken, hvorfor det er nødvendigt at opskalere og undersøge et større område, for derefter at bruge de fundne værdier til at vurdere størrelsen af medianminimumsvandføringen i Hølbækken. Det er valgt at bruge vandføringsmålinger fra Lindenborg Å til dette formål, da projektområdets opland er et delopland til Lindenborg Å. Vandføringen i Lindenborg Å er målt ved målestationen Lindenborg Bro, der ligger ca. 4 km nedstrøms ad Lindenborg Å fra Hølbækkens udløb og oplandet hertil er på 218 km 2 (NJA, 2005), figur Figur Hydrologiske opland til vandløbsstationen Lindenborg Bro. Data fra (NJA, 2005) og TOP10DK (2000). Undergrunden i oplandet til denne målestation er blevet undersøgt ud fra GEUS boredata, og herudfra er det fundet, at undergrunden i Lindenborg Bros opland ligner undergrunden i projektområdet i opbygning. Over kalken ligger morænesand og ler. Vandføringen ved Lindenborg bro kan ses på Figur

57 j-03 f-03 m-03 a-03 m-03 j-03 j-03 a-03 s-03 o-03 n-03 d-03 j-04 f-04 m-04 a-04 m-04 j-04 Vandføring (m 3 /s) j-04 a-04 s-04 o-04 n-04 d-04 j-05 Måned-år Figur Hydrograf for Lindenborg Å, Lindenborg Bro (DMU 2, 2006). Lindenborg Å har ved Lindenborg Bro en gennemsnitlig vandføring på 2,5 m 3 /s, et baseflow på 2 m 3 /s og en medianminimumsvandføring på 1,7 m 3 /s. Dermed udgør baseflowet 80 % af den samlede vandføring, hvilket betyder at Lindenborg Å kan klassificeres som grundvandsfødt. Medianminimumsvandføringen udgør ca. 71 % af gennemsnitsvandføringen. På hydrografen ses, at vandføringen er lidt større om vinteren end om sommeren, hvilket kan tilskrives større nedbørsmængder i vinterhalvåret. Der ses også forskellige regnhændelser, hvor de største er i efteråret. Til tider kan der komme regnhændelser, der tredobler afstrømningsmængden, f.eks. februar De store udsving viser, at der er god sammenhæng mellem det overfladenære grundvand og Lindenborg Å. Afstrømningen fra Hølbækken Da oplandet til Hølbækken er et delopland til Lindenborg Å og da de begge er grundvandsfødte med nogenlunde samme type undergrund, er der mulighed for at drage paralleller mellem dem. Hydrografen for Lindenborg Bro viste, at medianminimumsvandføringen her var på ca. 71 % af den gennemsnitlige vandføring. Det kan derfor forventes, at medianminimumsvandføringen for Hølbækken ligger i nogenlunde samme størrelsesorden. Det kan forventes, at medianminimumsvandføringen påvirkes mere af grundvandsindvindingen end gennemsnitsvandføringen. Det skyldes, at indvindingen af grundvand i Volsted Plantage vil ske fra det dybere grundvand og den dybe grundvandsafstrømning udgør en større andel af medianminimumsvandføringen end af gennemsnitsvandføringen. Beregningerne i denne 53

58 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet rapport vil ske på baggrund af den formodede gennemsnitsvandføring, men det antages, at påvirkningen af medianminimumsvandføringen vil være højere Fordampning og nedbør Hvor stor grundvandsdannelsen er i et område, afhænger af nedbøren, jordbundstypen, relieffet og evapotranspiration, der igen afhænger af vegetationen. For at have styr på grundvandsdannelsen i et område, er det nødvendigt både at kende nedbøren og fordampningen. Forskellen mellem disse to kaldes for nettonedbøren. Nettonedbøren kan både infiltrere ned til grundvandet eller løbe af på jordoverfladen. Det er forsøgt at udregne nettonedbøren ud fra vandløbsstationen Lindenborg Bro, men det er vurderet, at dette resultat er for upræcist, da der er for store usikkerheder i bestemmelsen af arealet af oplandet og oppumpningen heri. Da Hølbækken er grundvandsfødt, antages det, at størstedelen af nettonedbøren infiltrerer ned til grundvandet og at den mængde der afstrømmer fra Hølbækken repræsenteres af infiltrationen i oplandet. Den nettonedbør der her angives må derfor være i underkanten af det den i virkeligheden er, men betragtes som det bedste bud. Fordampningen kan derfor med rimelig nøjagtighed bestemmes som forskellen mellem nedbør og infiltration. Den geografiske fordeling af nedbør og infiltrationen i projektområdet ses på figur Det ses, at der falder ca. 725 mm/år i projektområdet. Der falder lidt mere i sydvest og lidt mindre i nordøst. Infiltrationen i projektområdet er et estimat udarbejdet af NJA (2003), der bygger på typetal for vegetation og jordbund i området. Typetallene giver et estimat over infiltrationen baseret på standardværdier, og repræsentationen i kortet er i 500m * 500 m, hvilket giver visse unøjagtigheder i resultatet. I gennemsnit er infiltrationen i projektområdet på ca. 308 mm/år. Forskellen mellem nedbøren og infiltrationen er på ca. 400 mm/år, der udgør fordampningen i området Oppumpning og afledning Placering af kildepladser for vandindvinding i eller tæt på projektområdet ses på figur Det ses, at inden for projektområdet findes vandindvinding i Volsted og Essendrup. Udenfor området ligger Oppelstrup og Gunderup, som begge er forbundet med Essendrup. Da Essendrup er forbundet med indvindinger udenfor området, kan der både føres vand frem og tilbage mellem de forskellige boringer, hvilket gør det vanskeligt at holde styr på vandstrømmene. 54

59 Figur Tv. Nedbørens geografiske fordeling. Klimanormal for 1961 til 1990 (DJF-geodata, 2006). Th. Infiltrationen fordelt over projektområdet (NJA, 2003). Figur Placering af vandindvindinger i og tæt på projektområdet. Data fra TOP10DK (2000) og AK (2005). 55

60 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet På figur 3.28 ses de indvundne vandmængder for de fire vandværker. Det ses, at Essendrups indvinding er lille i forhold til de andre vandværker. Samtidig forbruger Essendrup ca m 3 /år (AK, 2005) og dermed bidrager denne kildeplads ikke væsentligt til import eller eksport af vand. Volsted indvinder mellem og m 3 /år, hvor den laveste er fra Generelt har der været en faldende tendens i vandforbruget siden midten af 1980 erne. I forhold til Hølbækkens afstrømning på ca. 1,89 mio. m 3 /år, udgør oppumpningen en ganske lille del af den samlede grundvandsdannelse i projektområdet. Indvinding m Årstal Essendrup Gunderup Oppelstrup Volsted Figur Vandindvindingen ved projektområdet (AK, 2006). Det oppumpede vand vil være af størst betydning for vandbalancen, hvis det transporteres ud af projektområdet. Bebyggelsen i projektområdet er hovedsageligt spredte gårde, der formentlig udleder deres vand i nærheden af gården. Volsted er det eneste område, hvor der samles spildevand til rensning. Rensningen foregår på Rensningsanlæg Vest i Aalborg (AK, 2006). Spildevandet forlader altså projektområdet. Derfor antages det, at alt vandet, der oppumpes ved Volsted, forlader projektområdet, mens den øvrige oppumpning bliver returneret som spildevand. Da nedgangen i vandforbruget ikke er entydig antages det, at oppumpningen af vand i projektområdet, svarer til det nyeste tal for oppumpning i Voldsted boringen dvs. ca m 3 /år. 3.4 Projektområdets hydrogeologi I dette afsnit vil projektområdets hydrogeologi blive undersøgt. Dette gøres for at bestemme nogle af de faktorer, der har indflydelse på grundvandsstrømningerne i projektområdet, der skal anvendes til opsætningen af den numeriske grundvandsmodel. 56

61 I forbindelse med feltturen blev der gennemført en række undersøgelser i ådalen, figur På den første felttur blev der udtaget intaktprøver af de forskellige lag i Hølbækkens ådal. Disse blev indsamlet for at bestemme lagenes hydrauliske ledningsevne for de lag, der i den geologiske model blev tolket til at være af indflydelse. Dette er et væsentligt input til grundvandsmodellen. Efter prøvernes hydrauliske ledningsevner var bestemt ved gennemstrømningsforsøg, blev der foretaget fasebestemmelse af prøverne. For at kunne vurdere sammenhængen mellem prøverne og de hydrauliske ledningsevner, vil resultaterne fra fasebestemmelserne først blive gennemgået, efterfulgt af resultaterne fra gennemstrømningsforsøget. Herefter vil resultaterne fra udførte slugtests, som også giver et bud på den hydrauliske ledningsevne, blive præsenteret. For at bestemme interaktionen mellem vandløbet og ådalsmagasinet er der lavet et forsøg med måling af åbundens hydrauliske ledningsevne og et forsøg med at bestemme den diffuse udstrømning gennem åbunden. Figur Lokaliteterne hvor der er udført undersøgelser og udtaget prøver i afsnittene. Åbunden henviser til de steder, hvor der blev lavet bestemmelse af åbundens hydrauliske ledningsevne Fasebestemmelse Under feltturen blev der udtaget 20 intaktprøver fra de 4 aflejringer, der udgør opfyldningen i ådalen, fem prøver fra hvert af lagene: tørv, sand samt øverste og nederste del af gytjelaget, tabel 3.1. Tre prøver fra hvert lag blev analyseret. Prøverne 57

62 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet blev alle udtaget i den øvre del af Hølbækkens ådal, figur Der blev udtaget to prøver fra gytjen, da det i håndboreundersøgelsen var observeret, at der skete en ændring i gytjelagets sammensætning. Prøverne blev undersøgt for vandindhold, porøsitet og indhold af organisk materiale. Endvidere er det undersøgt, hvor stor en del af materialet i aflejringerne, der er under 0,125 mm, dvs. mindre end finsand (Finneren et al., 1996: 132). Resultaterne kan ses i tabel 3.2. Udførlig beskrivelse af forsøgene kan ses i bilag C. Tabel 3.1. Aflejringstype og dybde for udtagelse. Prøve Dybde (cm) Tørv Gytje (øverst) Gytje (nederst) Sand Tabel 3.2. Uddrag af resultaterne fra fasebestemmelsen. Tallene er gennemsnit fra de tre prøver for hver lokalitet, da afvigelser mellem prøverne var ubetydelige. Det var ikke muligt at finde volumen for hhv. uorganisk og organisk materiale. Tørv Øvre gytje Vægtprocent (gennemsnit) Vand 90,5 % Porøsitet (min. maks.) Andel af materiale < 0,125 mm Uorganisk materiale 1 % 88,5-90 % Ingen data Organisk materiale 8,5 % Vand 78,3 % Uorganisk materiale 16,3 % 42,6 % % Organisk materiale 5,3 % 13,6 % Vand 73 % Nedre Uorganisk materiale 22 % % 42,6 % gytje Organisk materiale 5 % 11,2 % Sand Vand 29,5 % Uorganisk materiale 66,5 % 7,4 % % Organisk materiale 4 % 1,1 % Tabel 3.3 viser tal for porøsitet og effektiv porøsitet, fundet af Nilsson et al. (2003). Den effektive porøsitet er den del af det totale porevolumen, hvori vandgennemstrømningen foregår (Nilsson et al., 2003: 63). Tallene anvendes som sammenligningsgrundlag for resultaterne fra fasebestemmelsen samt til at finde et udtryk for den effektive porøsitet for sedimentprøverne. 58

63 Tabel 3.3. Tabellen viser forskellige værdier for porøsiteten og den hydrauliske ledningsevne (Nilsson et al., 2003:63). Materiale Porøsitet % Effektiv porøsitet % Grovkornet sand Mellemkornet sand Finkornet sand Silt Ler Gytje Svagt humificeret tørv Moderat humificeret tørv Stærkt humificeret tørv Tørv: Tørven havde et højt vandindhold og bestod derudover hovedsagelig af organisk materiale (over 90 % af den samlede masse). Porøsiteten blev fundet til at ligge inden for intervallet svagt til moderat humificeret tørv, tabel 3.3. Ud fra tabellen fremgår det, at strømningen foregår i % af porerne i tørven. Tørvprøverne blev ikke sigtet, da det var umuligt at opdele materialet. Tydelige fibre på flere centimeters længde blev observeret i prøverne. Dette tyder på, at det organiske materiale er dårligt omsat, hvilket indikerer, at der er tale om svagt humificeret tørv. Øvre gytje: Porøsiteten for gytjen lå i det forventede interval i forhold til tabel 3.3. Dette svarer til en effektiv porøsitet på %, hvilket viser, at hovedparten af porerne i gytjen er så små, at vandet bliver bundet til partiklerne og derfor giver en lav samlet hydraulisk ledningsevne. Over 50 % af det organiske materiale er < 0,125 mm, hvilket bekræfter, at det er et organisk sediment og giver noget af forklaringen på, hvorfor den effektive porøsitet formodentlig er kun er % af den samlede porøsitet. Under forsøget blev det observeret, at det fandtes større fibre af organiske materiale i den øvre gytje end i den nedre. Nedre gytje: Det organiske indhold i den nedre gytje er det samme som i den øvre gytje, men den nedre gytje har en lavere porøsitet, og forventes derfor at have en lavere effektiv porøsitet. Grunden til denne forskel er efter al sandsynlighed, at den nedre gytje er mere kompakteret, hvorfor porerummene er presset mere sammen. Andelen af organisk materiale < 0,125 mm er desuden en anelse større for den nedre gytje end for den øvre, hvilket vidner om, at det organiske materiale er mere omsat i det nedre lag. 59

64 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Sand: Indholdet af organisk materiale er i sandet betragtelig mindre end i gytjen og tørven, hvilket bekræfter, at jorden i højere grad består af minerogene sedimenter. Porøsiteten svarer til finkornet sand, hvilket må betyde, at sandets kornstørrelser findes i den finere ende af intervallet 0,125 2 mm Hydraulisk ledningsevne I det følgende vil resultaterne af gennemstrømningsforsøget blive præsenteret og analyseret. Undersøgelsen blev udført på de samme prøver som der blev lavet fasebestemmelse på. Resultaterne vil blive sat i relation til fasebestemmelsen af prøverne. Resultaterne fra gennemstrømningsforsøget kan ses i tabel 3.4. Generelt ses det, at der ikke er så stor forskel mellem prøver fra samme lag, men at der er ret stor forskel lagene imellem. Den højeste hydrauliske ledningsevne er fundet i tørven, mens den laveste er fundet i det nederste gytjelag. I tabel 3.5 ses værdier for hydraulisk ledningsevne for forskellige sedimenttyper, fundet af Nilsson et al. (2003). Tabel 3.4. Hydraulisk ledningsevne for de materialer der er blevet lavet forsøg på. Materiale Forsøg Hydraulisk ledningsevne (cm/s) Rør 1 2,62 x 10-4 Tørv Rør 2 4,35 x 10-4 Gennemsnit (cm/s) Rør 3 5,35 x ,11 x 10-4 Øvre gytje Rør 1 5,29 x 10-6 Rør 2 6,64 x 10-6 Rør 3 Ingen data 5,97 x 10-6 Nedre gytje Rør 1 1,42 x 10-6 Rør 2 1,19 x ,03 x 10-6 Rør 3 0,48 x 10-6 Sand Rør 1 2,36 x 10-5 Rør 2 1,43 x 10-5 Rør 3 Ingen data 1,89 x 10-5 Tørven har en hydraulisk ledningsevne, der svarer til svagt til moderat humificeret tørv, tabel 3.5, hvilket understøttes af den fundne porøsitet for tørven, afsnit (Fasebestemmelse). I dette lag er der derfor god overensstemmelse mellem tabelværdi og resultat fra gennemstrømningsforsøg. Gytjen ligger for begge de gennemførte forsøg inden for intervallet af, hvad der kan forventes for et gytjelag. Intervallet er stort og den hydrauliske ledningsevne ligger for begge lag i den lave ende af skalaen. I forhold til tørvens hydrauliske 60

65 ledningsevne understreger dette, at gytjens begrænsende effekt på grundvandsstrømningerne i ådalen. Det ses af resultaterne, at den hydrauliske ledningsevne for det øverste gytjelag var fem gange højere end for det nederste gytjelag. En forklaring på denne forskel er, at det nederste lag er blevet mere kompakteret. De to prøver havde forholdsvis ens kornstørrelsesfordeling, men porøsiteten var lavere i den nedre gytje, afsnit (Fasebestemmelse). I det nederste gytjelag er der en faktor tre i forskel mellem prøven med den højeste og laveste hydrauliske ledningsevne. Det var ikke forventeligt, at der skulle være så stor forskel mellem disse prøver, da de er indhentet fra samme lokalitet. Det blev fundet gennem fasebestemmelsen, at denne forskel skyldes forskel i porøsitet, rør 1 har højere porøsitet end rør 3, lige som rør 3 har et større indhold af små partikler, der kan begrænse vandets strømning gennem jorden. Sandet har en lavere hydraulisk ledningsevne end det var forventet for en sandet prøve. Dette hænger sandsynligvis sammen med det høje indhold af små partikler, der er blevet observeret under fasebestemmelsen. Tabel 3.5. Intervaller for hydraulisk ledningsevne i forhold til sedimenttype (Nielsen et al., 2004: 63). Materiale Hydraulisk ledningsevne (cm/s) Grovkornet sand Mellemkornet sand Finkornet sand Silt Ler Gytje Svagt humificeret tørv Moderat humificeret tørv Stærkt humificeret tørv I ovenstående diskussion af resultaterne er det kommet frem, at der for alle de undersøgte prøver var god overensstemmelse mellem den fundne hydrauliske ledningsevne i gennemstrømningsforsøget og den standardværdi, der er angivet i litteraturen. Derudover er det kommet frem, at der var en forskel i den hydrauliske ledningsevne, der blev bestemt for den øverste og den nederste del af gytjen og at denne forskel muligvis kan forklares ud fra, at den nederste del af laget er mere kompakteret end den øverste del. 61

66 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Slugtest Målet med at gennemføre slugtesten var at bestemme et direkte udtryk for den samlede hydrauliske ledningsevne i de lag, der findes i fokusområdet. Dette vil blive sammenholdt med resultaterne fra undersøgelsen af den hydrauliske ledningsevne i sidste afsnit. Slugtest udføres ved at hæve eller sænke grundvandsspejlet i et borehul og måle højden på grundvandsspejlet over tid, indtil det er tilbage i udgangssituationen. Fremgangsmåde for udførelse af forsøget er beskrevet i bilag E. Placeringen af borehuller, hvor der er udført slugtests findes på figur 3.29, resultaterne fra de udførte slugtests kan ses i tabel 3.6. Tabel 3.6. Resultater fra de udførte slugtests. Hul 1 Hul 2 Hul 3 Hul 4 Konduktivitet ved nedsænkning af slug (cm/s) Konduktivitet ved optagning af slug (cm/s) 2,00 x ,71 x ,50 x ,79 x ,65 x ,69 x ,20 x ,28 x 10-3 Materiale Tørv Tørv Tørv og gytje Sand Slughul 1 I dette hul blev der boret gennem tørv i de øverste 160 cm og da hullet til slugtesten er 135 cm dybt, er der hovedsageligt blevet målt hydraulisk ledningsevne på tørv. Den hydrauliske ledningsevne var ved hævning af grundvandsspejlet (nedsænkning af sluggen) en faktor 3 større end ved sænkning af grundvandsspejlet (optagning af sluggen), hhv. 2,00 x 10-3 cm/s og 0,65 x 10-3 cm/s, tabel 3.6. Denne forskel er bemærkelsesværdig, da det var forventet, at de to delforsøg ville give tilnærmet samme hydrauliske ledningsevne. En mulig begrundelse for denne afvigelse er, at der var forskel i hullets gennemsnitlige radius over og under vandspejlet. Dette kommer af, at hullet faldt noget sammen under grundvandsspejlet. Dette resulterede så i, at højdeforskellen mellem vandspejlet og udgangssituationen var større, når sluggen blev lagt i hullet end når den blev taget op. Grunden til dette var, at radius i den øverste del af hullet var mindre end i den nedre del. I princippet burde der ikke være forskel mellem den hydrauliske ledningsevne der beregnes, da der i beregningen er taget højde for dette forhold (der regnes ikke på den absolutte stigning og det absolutte fald, men på den tid det tager for 37 % af vandet, at strømme hhv. ind og ud af hullet). I beregningen bliver der imidlertid ikke taget forbehold for, at hullets diameter i forsøget varierede. Betragtes h/h 0 kurven for nedsænkningen af sluggen ses det, at den buer nedad, bilag E. h/h 0 - kurven angiver forholdet mellem den højde vandet steg eller faldt til og udgangshøjden over tid. Har hullet den samme radius hele vejen ned gennem vandsøjlen, skal h/h 0-62

67 kurven være ret, dette selvfølgelig forudsat, at materialet ikke ændrer karakter ned gennem hullet. Når h/h 0 -kurven derfor buer nedad, skyldes det, at hullets radius er mindre over grundvandsspejlet, idet der ikke var de store ændringer i materialet ned gennem vandsøjlen. Problemet er imidlertid ikke det samme når sluggen tages op af hullet, hvilket ses af den tilnærmelsesvis rette h/h 0 -kurve, bilag E. Resultatet fra sænkningen af grundvandsspejlet vurderes derfor til at være brugbare. Den hydrauliske ledningsevne for tørv fundet i gennemstrømningsforsøget var en faktor 10 lavere end slugtestens resultater. Denne forskel er vigtig at huske på når grundvandsmodellen skal kalibreres. Forskellen mellem de to resultater kan skyldes, at de måles på forskellige skalaer (Jensen 2002: 33-34). Slughul 2 I dette hul blev der udelukkende fundet tørv. Den hydrauliske ledningsevne for dette slughul kan derfor betragtes som et udtryk for den hydrauliske ledningsevne for tørv. Resultatet fra slughul 2 viser, modsat slughul 1, at der er god overensstemmelse mellem værdierne for hævning og sænkning af grundvandsspejlet, hhv. 0,71 x 10-3 cm/s og 0,69 x 10-3 cm/s. Derudover er der god overensstemmelse mellem den hydrauliske ledningsevne for tørven, bestemt i dette forsøg og i gennemstrømningsforsøget, hvor gennemsnittet er 0,411 x 10-3 cm/s. h/h 0 -kurven er rimelig retliniet for både optagningen og nedsænkningen af sluggen og der er ikke så stor forskel på hullets radius over og under grundvandsspejlet, hvorfor resultaterne fra denne test er anvendelige. Slughul 3 Resultatet af den tredje slugtest viser, ligesom slughul 2, små forskelle mellem den beregnede hydrauliske ledningsevne for nedsænkning og optagning af sluggen, hhv. 1,50 x 10-3 cm/s og 1,20 x 10-3 cm/s. De geologiske lag i dette hul består i de øverste 160 cm af tørv, mens det herunder findes gytje. Det er derfor umiddelbart overraskende, at den hydrauliske ledningsevne, der blev bestemt for dette hul er højere end for slughul 2, da gytje er mindre permeabel end tørv. En af grundene til denne forskel, kan være, at hullet var boret noget dybere end den dybde diveren sank ned på. Hullet var boret omkring 2 meter dybere end den dybde, der blev anvendt i beregningerne, og dette kan forklare noget af forskellen. Det er imidlertid ikke hele forklaringen, idet genberegninger med andre dybder ikke alene kan forklare disse afvigelser. Det må derfor konkluderes, at de hydrauliske ledningsevner beregnet i forsøget dækker over lokale variationer. Slughul 4 Ligesom i slughul 1 blev der i slughul 4 beregnet forskellig hydraulisk ledningsevne ved nedsænkning og optagning af sluggen, hhv. 0,79 x 10-3 cm/s og 0,28 x 10-3 cm/s. Dette resultat er omkring 20 gange højere, end den hydrauliske ledningsevne sandlaget blev 63

68 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet bestemt til i gennemstrømningsforsøget. En del af forklaringen på dette kan være, at der kunne observeres to sandlag i hullet, et mere leret end det andet og at gennemstrømningsforsøget er blevet udført på det mest lerede lag, mens slugtesten er et gennemsnit over den hydrauliske ledningsevne for begge lag. Ligesom i slughul 1, var der også her en forskel i radius af det borede hul over og under vandspejlet, hvilket kan være årsag til denne forskel. Det blev observeret, at der skete nogle udskridninger af materialet under boringen af hullet, hvilket kan forklare forskellen Bestemmelse af åbundens hydrauliske ledningsevne I det følgende vil det blive undersøgt, hvordan kontakten mellem vandløbsbunden og ådalsmagasinet er. Dette er en vigtig faktor at kende i forhold til grundvandsmodelleringen, da åbundens hydrauliske ledningsevne siger noget om hvor let det er for vandet at strømme fra ådalsmagasinet og ud i vandløbet eller modsat. Åbundens hydrauliske ledningsevne blev bestemt ved at presse et ca. 1 m gennemsigtigt plasticrør ned gennem åbunden, hæve vandspejlet og måle den tid, det tog for det naturlige vandspejl at indstille sig, bilag F. Grunden til at der laves et særskilt forsøg til at bestemme åbundens hydrauliske ledningsevne, når den hydrauliske ledningsevne for de geologiske lag i ådalen allerede er bestemt via slugtesten og gennemstrømningsforsøget er, at der i åen sker forskellige processer, der kan ændre den hydrauliske ledningsevne for de geologiske lag. Eksempelvis kan der i bunden af vandløbet sedimenteres små partikler på strækninger, hvor vandløbet er aggraderende, eller vandløbet kan være degraderende og have skåret vandløbsbunden ned i en anden type sedimenter, der har en anden hydraulisk ledningsevne. Resultaterne kan ses i tabel 3.7. Åbundens hydrauliske ledningsevne blev bestemt to steder i vandløbet, figur De øverste to meter af ådalen består af tørv, hvorfor dette materiale også muligvis også udgør bunden de steder, hvor undersøgelsen er lavet. Tabel 3.7. Resultater fra bestemmelsen af åbundens hydrauliske ledningsevne. 1. forsøg 2. forsøg Dybde af åen (cm) Rørets dybde i bunden (cm) 17,5 42 Vandspejlets overhøjde ved start (cm) Hydraulisk ledningsevne (cm/s) 1,4 x ,8 x 10-4 Den hydrauliske ledningsevne for åbunden er fire gange mindre i 1. forsøg end i 2. forsøg, tabel 3.7. En forklaring kan være, at tørvelaget har forskellig hydraulisk ledningsevne, hvilket også kunne ses af slugtesten. En anden forklaring er, at 64

69 vandspejlets overhøjde ved start var større i det første forsøg, hvilket har presset sedimenterne en smule sammen og dermed gjort den hydrauliske ledningsevne lavere Måling af diffus udstrømning fra bunden Formålet med at måle udstrømningen fra bunden var at undersøge, hvor stor en del af åens vandføring, der stammer fra den diffuse udstrømning fra bunden og hvor meget der stammer fra andre strømningsvarianter. Forsøget blev udført ved hjælp af et seepagemeter. Forsøget blev udført ved at presse seepagemetret ned i åbunden og opsamle det vand der strømmede ud i en pose påmonteret i den ende røret er lukket, bilag G. Målingen blev foretaget mellem vandføringsmåling 5 og 6, hvor det kunne konstateres en stigning i vandføringen og hvor der kun var en mindre kilde. Stedet blev endvidere valgt, fordi ådalen her er ret smal og det derfor var forventeligt, at der var en større grundvandsgradient her, end på de fladere områder. Denne antagelse blev understøttet af, at der på dette sted i ådalen er et sumpet område, dvs. at grundvandet her står en anelse højere end i resten af ådalen. Det blev derfor forventet, at den diffuse udstrømning fra åbunden her ville være højere end den nedre del af vandløbet. Det blev forventet, at den diffuse udstrømning ville være lille, da den hydrauliske ledningsevne som tidligere nævnt er lav for opfyldningen i ådalen og da grundvandsgradienten i ådalen er lav. For at kunne bestemme den samlede diffuse udstrømning fra bunden af vandløbet til Hølbækken, blev bundens areal beregnet, arealet blev her beregnet til 2464 m 2, på baggrund af målinger af åbundens brede og længden af vandløbet, for beregning se bilag G. Resultat Antagelsen om, at den diffuse udstrømning fra vandløbsbunden til vandløbet ville være ubetydelig, viste sig at holde stik, idet den samlede udstrømning fra hele vandløbsbunden blev beregnet til 0,026 l/s, tabel 3.8. I forhold til den samlede vandføring i vandløbet på omkring 60 l/s, er dette meget lavt og må siges at være uden betydning. Tabel 3.8. Målinger af den diffuse udstrømning. Areal af cylinderen (cm 2 ) 1193 Strømning (l/s) 1,28 x 10-6 Diffus udstrømning fra bunden (l/m 2 x s -1 ) 1,07 x 10-5 Samlet udstrømning fra bunden (l/s) 0,026 65

70 Kapitel 3 Konceptuel model af projektområdet Ifølge ådalstypologien vil denne udstrømning stamme fra en kombination af den overfladenære diffuse udstrømning og den dybe regionale grundvandafstrømning. Af denne undersøgelse kan det derfor konkluderes, at kontakten mellem det regionale grundvandsmagasin og vandløbet er dårlig, da udstrømningen ville være højere, hvis kontakten havde været god. Dette stemmer godt overens med de boreprofiler, der er lavet i ådalen, som viser, at der i området findes et tykt gytjelag, der har en lav hydraulisk ledningsevne og begrunder derfor antagelsen om, at gytjelaget fungerer som aquitard. Det stemmer også godt overens med vandføringsmålingerne, hvor det kommer frem, at hovedparten af Hølbækkens vandføring kommer fra kilder ovenfor afgrænsningen af gytjelaget. Den overfladenære diffuse udstrømning strømmer i højere grad ud gennem brinkerne i siden af vandløbet, jf. kapitel 2 (Grundvand- og overfladevandsinteraktion). Det er ud fra denne undersøgelse derfor ikke til at konkludere, hvor stor den samlede diffuse udstrømning til vandløbet er. Det er tidligere blevet nævnt, at der i Hølbækkens ådal er mulighed for, at der vil være en komponent af underflow i vandløbet, da slyngningsgraden og vandløbets gradient, giver mulighed for dette. I dette afsnit er den diffuse udstrømning fra bunden blevet undersøgt, og det kom her frem, at den samlede udstrømning fra bunden var lav, samt at den hydrauliske ledningsevne der blev målt for både åbunden og ådalens opfyldning var lav. Af denne grund skønnes det, at der ikke er en betydelig komponent af underflow i Hølbækken. Dette understøttes endvidere af, at der i den nedre del af ådalen ligger et flere meter tykt gytjelag med en lav hydraulisk ledningsevne, der giver meget dårlige forhold for strømningen af vand i ådalen. 3.5 Opsummering I dette kapitel er de undersøgelser, der er blevet lavet af projektområdet, blevet præsenteret og den konceptuelle forståelse af projektområdet, der vil blive arbejdet ud fra i forbindelse med opsætningen af grundvandsmodellen, er blevet præsenteret. Der er blevet udarbejdet en geologisk model for projektområdet. Geologien er en vigtig faktor i forbindelse med at forstå, hvordan grundvandet strømmer i projektområdet. Det er blevet gennemgået, at der i hele projektområdet findes et kalklag, som er det dybest liggende lag, hvor grundvandet strømmer. De fleste steder i projektområdet er kalklaget overlejret af morænesand, med forekomster af lerlinser. Nogle steder er kalklaget imidlertid sunket sammen eller er blevet borteroderet og der er dannet en ådal, ved delvis opfyldning af den eksisterende dal. I Hølbækkens og Lindenborgs ådal findes et lavpermeabelt gytjelag, der er overlejret af et ca. to meter tykt tørvelag. På den øvre del af Hølbækkens ådal bliver gytjelaget gradvist tyndere, for til sidst at forsvinde. Dette 66

71 gytjelag har stor indflydelse på vandstrømningerne i ådalen, idet det fungerer som aquitard og begrænser kontakten mellem det dybe regionale grundvandsmagasin og Hølbækken. Både placeringen af kilderne og vandføringsmålingerne bekræfter, at udstrømningen fra grundvandet til Hølbækken hovedsageligt sker udenfor gytjelagets udbredelse. Imidlertid er der indlagt en række dræn i Hølbækkens ådal, der sikrer en hurtig afstrømning af vand. Dette betyder, at gytjelagets begrænsning af kontakten mellem grundvandet og Hølbækken modvirkes, således, at kontakten bliver bedre. Gennem dette kapitel er der fundet nogle af de parametre, der er input til grundvandsmodellen, kapitel 5 (Opsætning af grundvandsmodellen). Projektområdets nettonedbør er fundet ud fra infiltrationsdata. Hølbækkens afstrømning til Lindenborg Å er endvidere målt over 2 måneder, hvorudfra det er vurderet, at resultatet fra vandføringsmålingen kan repræsentere en gennemsnitsvandføring og et overestimat af medianminimumsvandføringen. Endelig er den hydrauliske ledningsevne for lagene i ådalen fundet. Dette er rapportens fokusområde, og er således grundigt blevet undersøgt i denne henseende. Parametre for kalken har det ikke været muligt at lave undersøgelser på, hvorfor det har været nødvendigt, at basere inputparametrene for grundvandsmodellen på sekundære kilder. Hydraulisk ledningsevne for morænesand og ler er ligeledes fundet i litteraturen, da det blev vurderet, ud fra rapportens fokus på Hølbækken og grundvandsspejlets beliggenhed i kalken, at det ikke var nødvendigt med så nøjagtige data herfra. Tabel 3.9. Inputparametre til grundvandsmodellen. Maksimum og minimum værdier for tallene kommer fra Nielsen et al. (2004) og Bach et al. (2001). Startværdier for ler og morænesand er midtpunktet af intervallet mellem maks. og min., mens startværdien for kalk er anslået og resten af startværdierne er taget fra afsnit (Hydraulisk ledningsevne). Input Fastsat værdi Nettonedbør (m/dag) 0,00087 Afstrømning (m 3 /dag) 5160 Hydrauliske ledningsevner Startværdi Maksimum Minimum (m/dag) Tørv 0,335 86,4 8,64 * 10-6 Gytje øverst 5,16 * ,64 * ,64 * 10-6 Gytje nederst 8,90 * ,64 * ,64 * 10-6 Sand i ådal 0,0163 8,64 8,64 * 10-3 Morænesand 4,32 8,64 8,64 * 10-3 Ler 4,32 * ,64 * ,64 * 10-9 Kalk ,86 67

72

73 4 Opsætning af grundvandsmodellen Som beskrevet i indledningen er formålet med denne rapport at kvantificere den påvirkning, der er af Hølbækkens vandføring, hvis der oprettes en grundvandsindvinding i Volsted Plantage. Dette undersøges ved at opstille en numerisk grundvandsmodel over projektområdet, der bruges til at simulere indvindingen af grundvand fra Volsted Plantage. I dette kapitel beskrives først, hvordan grundvandsmodellen opbygges på baggrund af den opsatte konceptuelle model, kapitel 3 (Konceptuel model af projektområdet). Herefter beskrives kalibreringen af modellen og de ændringer, det har været nødvendigt at foretage for at tilpasse modellen. Resultater fra grundvandsmodellen præsenteres og det bliver vurderet, hvilken indflydelse indvindingen af vand i Volsted Plantage vil have på Hølbækkens vandføring og opland. 4.1 Grundvandsmodellering generelt En numerisk grundvandsmodel opsættes ved at inddele det ønskede område i en række celler og opstille en ligning, der beskriver strømningen mellem cellerne. Ligningen opstilles ved hjælp af vandbalanceligningen og Darcys lov, ligning 4.1.

74 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen Ligning 4.1. Styrende ligning (Jensen, 2005) h h h h S s K x K y K z Q R t x y z Hvor: S s : Specifikt magasintal (m -1 ) K x, K y og K z : Hydrauliske ledningsevner for de tre akser, X, Y og Z (m/s) h : Højden af potentialet Q : Oppumpning m 3 /s R : Opfyldning m 3 /s En af parametrene i den styrende ligning er det specifikke magasintal, der angiver, hvor meget vand en 1 m 3 celle frigiver, hvis vandspejlet sænkes 1 m. Denne frigivelse af vand skyldes, at sænkningen af vandspejlet mindsker opdriften af de mineralkorn, der overlejrer grundvandsmagasinet, hvorved der sker en sammenpresning af porerne, så magasinet ikke kan indeholde så meget vand. Derudover udvider vandet sig ved et lavere tryk, men dette er af mindre betydning. Det specifikke magasintal er væsentligt i en dynamisk model, hvor grundvandsspejlet kan variere, mens det normalt sættes til 0 i stationære modeller (Jensen, 2005). Beskrivelsen af strømningen fra en celle til den næste forudsætter, at hver celle tildeles en hydraulisk ledningsevne og et potentiale. Da der her er tale om en tredimensionel model vil der til hver celle være 6 tilgrænsende celler, hvorimellem strømningen kan foregå. Da de tilgrænsende celler ikke nødvendigvis har de samme hydrogeologiske egenskaber, beregnes en samlet hydraulisk ledningsevne for strømningen mellem to celler. Den samlede hydrauliske ledningsevne beregnes som et harmonisk gennemsnit over både den hydrauliske ledningsevne for de to celler og længden fra cellekanten til cellens midtpunkt, ligning 4.2. Ligning 4.2. Harmonisk gennemsnit (Spitz & Moreno, 1996: 134). Hvor: K z z 1 og z 2 K 1, og K 2 K z z1 z2 z1 z2 K K : Gennemsnitlig hydraulisk ledningsevne (m/s) : Længden mellem cellens beregningspunkt og cellekanten (m) : Hydrauliske ledningsevner de to celler (m/s)

75 4.2 Grundvandsmodellen I denne rapport vil grundvandsmodelleringen blive foretaget ved hjælp af programmet GMS 5.1 (Groundwater Modeling System). Ved opsætningen af grundvandsmodellen er der truffet en række valg i forhold til modeltype, inddeling af projektområdet og repræsentation af lag og linser i modellen. Disse vil i det følgende fremlægges. Modeltype Grundvandsmodellering kan overordnet foretages på 2 måder, enten med en numerisk model eller en analytisk model. Det er valgt at anvende en numerisk model i denne rapport, da den giver mulighed for at bestemme detaljerede variationer i undersøgelsesområdet ved inddeling i mange celler. En numerisk model bliver opstillet på baggrund af flere parametre end en analytisk model og giver et mere detaljeret resultat. Den numeriske model kan desuden bedre repræsentere mindre forekomster i undergrunden, som det skønnes har stor betydning, eksempelvis gytjelaget i denne rapports model. Tidsperspektiv Grundvandsmodeller kan være enten dynamiske, hvor tidsafhængige variable kan inddrages i udregningerne, eksempelvis varierende oppumpning, vandføring og grundvandsdannelse eller de kan være stationære, hvor udregningerne sker på baggrund af gennemsnitlige værdier (Refsgaard & Henriksen, 2005). Den stationære grundvandsmodel giver således en gennemsnitssituation for modelområdet (Brun, 2005). Det er valgt at opsætte en stationær grundvandsmodel, da formålet med modellen er at vise, hvordan vandføringen i Hølbækken gennemsnitligt bliver ændret ved en ændring af oppumpning af vand i Volsted Plantage. Derudover er der ikke er tilstrækkeligt datamateriale over området til, at der kan opsættes en dynamisk model, eksempelvis mangler der tidsserier over vandføringen i Hølbækken, grundvandsdannelsen, og variation af grundvandsspejlets højde over tid. Antal celler For at løse den styrende ligning er det nødvendigt, at sætte den op i en matrice og løsningen kræver derfor, at der er mindst seks celler. For en grundvandsmodel med eksempelvis 1000 celler bliver det til en matrice med 1000 ligninger, hvor der er 1000 ubekendte (Spitz & Moreno, 1996: 138). I GMS bliver dette matricesystem løst ved hjælp af en løsningsalgoritme, der beregner en stationær tilstand for matricesystemet. Beregningen sker iterativt, hvilket vil sige, at beregningerne gentages til der ikke er større forskel mellem løsningerne end et angivet interval. Løsningen af matricesystemet er forbundet med en vis fejl, der opstår på baggrund af den måde, algoritmen løser det opsatte matricesystem på. Den stationære tilstand, der beregnes, angiver koten på 71

76 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen grundvandsspejlet og flowet gennem cellerne. I en stationær grundvandsmodel vil det specifikke magasintal derfor ikke være væsentligt. Horisontal diskretisering Ved diskretiseringen af et modelområde er det vigtigt at gøre sig overvejelser over, hvordan projektområdet inddeles, så den opsatte grundvandsmodel bliver præcis og konvergent. Det er nødvendigt at foretage en forsimpling af det naturlige system, da det ellers ikke er muligt, at formulere transportproblemet numerisk (Sonnenborg, 2005). Samtidig skal der indgås et kompromis mellem modellens detaljeringsgrad og beregningstiden ud fra de tilgængelige data (Spitz & Moreno 1996: 216). Der findes overordnet to måder projektområdet kan diskretiseres på, enten ved finite differens metoden, hvor projektområdet inddeles i celler med kvadratisk grundflade og varierende højde på de enkelte cellers sider eller ved finite element metoden, hvor projektområdet inddeles i trekantede celler eller polygoner (Brun, 2005). Med finite differens metoden bliver potentialet beregnet i cellens midtpunkt, mens det med finite element metoden bliver beregnet i hjørnerne. I områder hvor det er vurderet, at undergrundes geologi er kompleks, kan finite element metoden have en fordel, men sædvanligvis er der ingen forskel i det resultat, der beregnes med de to metoder (Brun, 2005). Til denne grundvandsmodellering er det valgt at anvende finite differens metoden, da der gennem semestret er opnået erfaring i denne metode. Valg af cellestørrelse - Mængden af vand, der bevæger sig gennem en celle, afhænger af den størrelse, cellen er sat til. Det betyder, at modellens beregninger bliver mere upræcise og opløsningen på simuleringerne bliver mere grovkornet, jo større cellestørrelse, der vælges at arbejde med. I forhold til valg af cellestørrelse er det vigtigt, at opløsningen er finest i de områder, der har særlig interesse i modelleringen, såsom områder med vandløb, indvindingsboringer eller en stor grundvandsgradient (Spitz & Moreno, 1996: 220). Som tidligere nævnt, består undergrunden i projektområdet af opsprækket kalk, hvilket giver et specielt problem i forhold til cellestørrelsen. Problemet opstår, da strømningen i kalk vil foregå hurtigt i sprækkerne og langsomt i matrixet. Hvis et lille udsnit af kalken betragtes, kan der enten foregå hurtig strømning eller slet ingen strømning, afhængig af om dette udsnit indeholder en sprække. Derfor er det nødvendigt i modellen at vælge en cellestørrelse, der er stor nok til, at sprækkerne er nogenlunde ensartet fordelt mellem cellerne, så strømningen ikke afgøres af enkelte sprækker. I denne model er det nogle steder valgt, at kalken skal inddeles i 100 m x 100 m celler, hvorfor sprækkestørrelsen i forhold til cellestørrelsen ikke antages at have den store indflydelse på den måde, strømningen gengives på, men teoretisk set er der mulighed for, at denne 72

77 cellestørrelse ikke kan gengive strømningen helt. Denne antagelse underbygges endvidere af den flowlog, der er blevet optaget i projektområdet og som viser, at udstrømningen i 80 meter stort set er jævn, bilag A. Hølbækkens ådal er fokusområdet for denne rapport og da der ud fra egne forsøg findes detaljerede data herfra, er det besluttet at diskretisere dette område med en finere cellestørrelse end i den resterende del af projektområdet, figur 4.1. Den grovere inddeling i resten af området er valgt pga. detaljeringsgraden af de geologiske data, hvor en finere inddeling ikke ville give et mere nøjagtigt resultat, men kun resultere i en længere beregningstid. Den overordnede cellestørrelse i projektområdet er sat til 100 m, mens den i Hølbækkens ådal er sat til 5 m. Der må ikke være for stor forskel mellem to tilstødende celler, da beregningen herved bliver upræcis (Spitz & Moreno, 1996: 220). Derfor stiger cellestørrelsen stiger gradvist med 10 % for hver celle fra Hølbækkens ådal, indtil de når 100 m, som resten af projektområdet. Der kan opstå problemer med disse små celler i forhold til sprækker i kalken, men det antages, at placeringen af de store sprækker i ådalens kalk fremgår af kilderne og derfor er simuleret i modellen. Orientering af cellerne - I beregningerne af grundvandsstrømningen er det væsentligt, hvordan cellerne er orienteret i forhold til den grundvandsstrømning, de skal simulere. Det skyldes, at den fremherskende strømning splittes op i to vektorer, hvis ikke cellerne er orienteret parallelt med og vinkelret på den fremherskende strømningsretning. Denne opsplitning resulterer i numerisk spredning af grundvandsflowet, hvilket ikke repræsenterer situationen i virkeligheden. Beregningscellerne er i den opsatte grundvandsmodel blevet orienteret parallelt med og vinkelret på Lindenborg Å og Hølbækken, figur

78 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen Figur 4.1. Diskretiseringen af projektområdet i den finite differens model, der er opsat i rapporten. Diskretisering af de geologiske lag Den vertikale diskretisering kan overordnet foregå på to måder (Henriksen et al., 2001: 26-27): Vektormetoden cellerne følger de geologiske lag. Således opdeles cellerne efter lag med samme eller lignende hydrogeologiske egenskaber. Denne tilgang kan med fordel bruges på grundvandsmagasiner som er tolket til at have en forholdsvis enkelt opbygget undergrund. Pixelmetoden cellerne er (forholdsvis) rektangulære. Denne metode er bedre egnet til områder med en kompleks sammensat undergrund. For hver celle findes det dominerende materiale. Ulempen er, at små lag, der kan være af stor betydning for grundvandsstrømningen, eksempelvis på grund af lille hydraulisk ledningsevne, ikke bliver inddraget i modellen. Den geologiske model af projektområdet viste, at undergrunden er opdelt i to områder: morænen og ådalen. Begge dele består i høj grad af sammenhængende lag, hvorfor vektormetoden vil blive anvendt i grundvandsmodelleringen. Den vertikale diskretisering af projektområdet følger princippet i figur 4.2. Figuren viser at kalken er 74

79 opdelt i fire lag. Denne inddeling blev gjort, idet der var en forventning om, at kalkens hydrauliske ledningsevne blev mindre med dybden pga. kompaktion. Resultaterne fra flowlogundersøgelsen nord for Hølbækken viste, at der er vertikale zoner med forskellig hydraulisk ledningsevne i kalken, men at ledningsevnen ikke nødvendigvis er aftagende. Ud fra dette viste det sig fornuftigt at inddele kalken i zoner. Den nedre grænse af kalklaget er sat til kote -140, hvor TEM målinger over området viste, at der findes saltvand, og derfor antages det, at vandudvekslingen i denne dybde er ubetydelig. Dette underbygges af, at der ikke sker en blanding af grundvandet og saltvandet, fordi saltvand har en højere densitet end ferskvand og da den hydrauliske ledningsevne for kalklaget er lav i denne dybde. Ådal Moræne Sand 1 Lerlinse Sand 2 Sand 3 Sand 4 Kalk 1 Tørv Gytje 1 Kalk 2 Kalk 3 Gytje 2 Sand Kalk 4 Saltvand Figur 4.2. Principskitse af den vertikale diskretisering af projektområdet. De lag der findes over kalken er opdelt i ådal og moræne. I ådalen er der under tørven indsat to gytjelag med ens højde og forskellig hydraulisk ledningsevne, da gennemstrømningsforsøgene viste, at gytjen havde en variation i hydraulisk ledningsevne. Herunder findes sandet. Morænen er opdelt i fire lag med samme hydrauliske ledningsevne, for at kunne indpasse de lerlinser og siltforekomster, der er fundet i området. Lerlinserne er placeret i det lag, hvor de passer bedst og tykkelsen på laget er korrigeret tilsvarende. Inddelingen er valgt for at kunne repræsentere lerlinserne, med 75

80 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen lavere hydraulisk ledningsevne, hvilket kan ændre strømningsvejene. Tykkelsen på lagene går fra 1 til 10 m, dvs. at ler- og siltforekomster på under ca. 1 m tykkelse ikke er taget med og ler og silt forekomsterne er slået sammen. Den horisontale udbredelse af linserne er interpoleret ud fra boringerne og understøttes af tolkningen af terrænet og dannelsesmiljøet. Vandløb, dræn og kilder Både vandløbene og drænene i projektområdet er modelleret ved at anvende drænfunktionen i GMS, mens vandløbsfunktionen ikke anvendes. Dette skyldes, at vandløbsfunktionen tillader strømning både ind og ud af vandløbet, mens drænfunktionen kun fjerner vand, hvilket betyder, at drænfunktionen bedst repræsenterer situationen i projektområdet. I modellen er vandløbene og drænene blevet indlagt, så de dækker hele ådalen. Dette er gjort for at afspejle situationen i ådalen, der gennem en lang årrække er blevet drænet, så der sandsynligvis er god kontakt mellem de øverste lag i ådalen og vandløbet. De kilder, der er observeret i ådalen, er modelleret ved at indsætte en søjle af celler med en høj hydraulisk ledningsevne ind i fokusområdet. Herved fremkommer der en fri strømningsvej mellem det dybe regionale grundvandsmagasin og ådalen, hvilket sandsynligvis svarer til situationen i virkeligheden, hvor kilderne formodentlig skyldes sprækker i kalken. De kilder, der er taget med i modellen, er kilde B, C, D, G og søen, jf. figur 3.4, hvilket er skønnet til at være de mest betydende. 4.3 Kalibrering af grundvandsmodellen En vigtig del af det at arbejde med grundvandsmodellering er at tilpasse modellen de virkelige forhold, hvilket sker gennem en kalibrering af grundvandsmodellens parametre. Kalibreringen foregår ved, at variere modellens parametre bestemme den forskel i potentialet, der beregnes i forhold til det observerede. Kalibreringen skal således komme frem til den kombination af parameterværdier, hvor modellens afvigelse i forhold til virkeligheden er mindst mulig (Henriksen, 2005). Dette er nødvendigt, da de parameterværdier, der til at begynde med er indsat, bygger på forsøg med fejlkilder og på gennemsnitsbetragtninger af området. De første gennemkørsler af modellen gav store afvigelser mellem observeret og beregnet potentiale. Dette kan skyldes, at de anvendte data for både hydraulisk ledningsevne og potentiale, ikke er repræsentative, eller at opsætningen af den geologiske tolkningsmodel afviger fra virkeligheden. I grundvandsmodellen er værdierne for hydrauliske ledningsevner for de forskellige lag derfor kalibreret, og det modellerede grundvandsspejl er sammenlignet med pejlinger af grundvandsspejlet 76

81 fundet i GEUS Jupiter database. For at sikre nøjagtigheden af pejledataen til kalibreringen er der kun anvendt registreringer fra efter 1980, samt to målinger fra 1972 og 1973, i et område, hvor der ikke fandtes nyere data. Pejlingerne kan variere over 2 m over et år (Søndergaard, 2003: B4). Derfor er målet med kalibreringen at grundvandsspejlet skal passe med pejlingerne inden for ca. 2 m. Kalibreringen af grundvandsmodellen er gjort efter trial-and-error-metoden, hvilket vil sige, at parameterværdierne for den hydrauliske ledningsevne blev varieret til forskellen mellem observeret og beregnet potentiale var mindst mulig. Som udgangspunkt blev de værdier, der er fundet igennem kapitel 3 (Konceptuel model af projektområdet), anvendt. En opsummering af disse kan ses i tabel 3.9. Samtidig er den geologiske model blevet holdt tilnærmelsesvis konstant bortset fra, at der er ændret lidt på placeringen af drænene og indlagt nogle kilder. Potentialedataene er anvendt som punktdata, da der er for store usikkerheder omkring en interpoleret overflade lavet ud fra punkter (Henriksen, 2005). Dette skyldes, at der i interpoleringen ikke bliver taget højde for de geologiske strukturer og de højdeforhold, der findes mellem målingerne af potentialet. Der er 11 parametre i modellen, der er blevet kalibreret. Parametrene er hydrauliske ledningsevner for de forskellige aflejringer i projektområdet, konduktansen i drænene og ledningsevne for sprækker til kilder i Hølbækken. For alle lag er det valgt at den horisontale og vertikal ledningsevne er ens, dvs. anisostropien i alle retninger er sat til 1. Det ville have taget meget lang tid, hvis alle parametrene skulle kalibreres samtidig. Derfor er parametrene blevet kalibreret en eller flere af gangen, mens de øvrige parametre er blevet fastholdt. Kalklagets hydrauliske ledningsevne var mest usikker og derfor blev dette kalibreret først, da præcisionen forbedres ved at kalibrere mod de mest sikre parametre. De andre parametre er blevet kalibreret efterfølgende i en rækkefølge afhængig af, hvor stor deres usikkerhed er vurderet til at være. I sidste ende var det stort set udelukkende kalken, der har indflydelse på grundvandsstrømningen i projektområdet, hvorfor kalibreringen fokuserede mest på at få dette lag kalibreret rigtigt. Herunder følger en beskrivelse af, hvordan kalibreringen af de forskellige aflejringer er udført. Resultatet af kalibreringen fremgår af tabel 4.1. Kalklaget Kalklaget ligger under grundvandsspejlet i det meste af projektområdet og derfor er kalklaget det vigtigste lag i forhold til vandtransporten, da det er i dette lag, den største strømning foregår. Som udgangspunkt, blev det antaget, at sprækkerne i kalken befandt sig i den øvre del af kalklaget. Derfor blev kalken øverst opdelt i 3 lag på hver 10 m, mens resten af kalklaget ned til kote -140 m blev sat til lag fire. Ved nærmere undersøgelse af flowloggen viste det sig, at der var en høj grundvandstrømning dybere ned i kalken, hvilket indikerede at sprækkerne strakte sig dybere ned i undergrunden. Derfor blev der lavet en ny inddeling af kalklagene ud fra flowloggen, hvor det øverste lag blev 77

82 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen sat til 10 m, det næste 30 m, det tredje 40 m, mens det sidste lag igen blev sat til kote -140 m og varierer således mellem 0 og 125 m tykkelse. Disse to bud på kalkens opbygning gav væsentligt forskellige hydrauliske ledningsevner under kalibreringen, men deres resultat i forhold til Hølbækkens vandføring var nogenlunde ens. Det er derfor valgt at bibeholde begge opdelinger i det videre forløb, for kunne komme med forskellige tolkninger af vandindvindingens påvirkning på Hølbækken. De vil herefter blive refereret til som henholdsvis model 1, hvor tykkelsen på de tre øverste lag er ens og model 2, hvor tykkelsen på de øverste lag er afgrænset ud fra flowloggen, figur m K 1 10 m K * 1 10 m K 2 < K 1 30 m K * 2 > K * 1 10 m K 3 < K 2 40 m K * 3 > K * 2 K 4 < K 3 K * 4 << K * 1 Kote Model 1 Model 2 Figur 4.3. Principiel opbygning af tolkningen af kalken i de to modeller. Tykkelsen på lagene står noteret samt størrelsesforhold på de enkelte lags hydrauliske ledningsevner. I projektområdets østlige del er der et stort potentialefald, figur 1.4 og 3.20, og da det under kalibreringen viste sig umuligt at få kalken til at stemme på begge sider af denne afgrænsning, blev kalklaget opdelt i to forskellige områder, figur 4.4. Der er ikke lavet dybe boringer i området ved denne afgrænsning, så derfor kendes årsagen til potentialefaldet ikke, men i samme område hvor potentialet falder, synker kalkoverfladen. Under kalibreringen blev det først antaget, at potentialeforholdene kunne gengives via lerlinser, men dette gav intet resultat. Ved at opdele kalken i to områder, lykkedes det bedre at modellere potentialeforholdene. Det antages derfor, at potentialefaldet i den østlige del skyldes forskelle i kalken, muligvis forskelle i sprækkernes størrelse og orientering. 78

83 Morænen Kalibreringen af sandet i morænen viste, at denne kun havde betydning for den midterst østlige del af projektområdet, nordøst for Hølbækken. Leret udgør kun mindre lokale linser og derfor har den hydrauliske ledningsevne i leret ikke afgørende betydning for den samlede vandføring, der beregnes i modellen. Af dette tolkes det, at den hydrauliske ledningsevne for ler kan variere uden at det har stor betydning for modelresultatet. Ådalene De første gennemkørsler af modellen, med de hydrauliske ledningsevner, der blev fundet i laboratoriet på de intakte prøver, viste, at de målte værdier var for lave, idet der kom for lidt vand ud til åerne. Ved at sammenholde de laboratoriebestemte ledningsevner med ledningsevnerne fundet ved slugtestene, blev det fundet, at der var op til to dekaders forskel. Ledningsevnen for jordtyperne i ådalen blev derfor sat til ti gange højre end de laboratoriebestemte. Jensen (2002) skriver, at der kan forekomme fejl mellem parametre fundet i et område i naturen i forhold til laboratoriebestemte. Fejlen ligger i, at parametrene er målt på forskellig skala (Jensen 2002: 33-34). Dette kan forklare disse forskelle. Under kalibreringen blev de to gytjelag, og sandet i ådalen slået sammen for at simplificere kalibreringen. Ledningsevnen herfor kan betragtes som den gennemsnitlige ledningsevne for disse tre lag. Dræn - Konduktansen for drænene i projektområdet kendes ikke nøjagtig. Det er blevet skønnet, at denne vil være af samme størrelse som tørven, da bestemmelsen af åbundens hydrauliske ledningsevne viste, at åbunden havde den samme hydrauliske ledningsevne som tørven. Derfor er der valgt at sætte drænenes konduktans højt, således at tørven vil være begrænsende for, hvor meget vand der vil strømme ud i disse. Kilder - Kilderne skal fungere som strømningsveje for grundvandet i kalken op til jordoverfladen. Derfor er dennes hydrauliske ledningsevne sat højt, for ikke at være begrænsende. I figur 4.4 ses en sammenligning af det observerede og beregnede grundvandsspejl for begge modeller. Det ses, at der for model 2 er større overensstemmelse med observationspunkterne, end for model 1. Forskellen mellem de to modeller ligger i den forskellige tolkning af kalken. 79

84 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen Tabel 4.1. De hydrauliske ledningsevner, der er bestemt i kalibreringen for de to modeller. Materiale Model 1 Model 2 (m/d) (m/d) Sand 4 4 Ler 0, ,00432 Tørv 3,55 3,55 Gytje og ådals sand 0,0516 0,0516 Kalklag Kalklag Kalklag Kalklag 4 5 0,5 Kalklaget i det nordøstlige hjørne 5 3 Kilder Andre hydrauliske parametre Konduktans for dræn Figur 4.4. Kalibrering af modellerne. For hvert observationspunkt ses usikkerhedsintervallet på 2 m, størrelsen og farven på søjlen angiver hvor godt det modellerede grundvandsspejl passer med observationen (grønt er inden for sikkerhedsintervallet, rødt er uden for). De to blå farver på gridet angiver den horisontale opdeling af de tre øverste lag kalk. 80

85 4.4 Placering af indvindingsboringerne Der foreligger ingen nærmere planer for placering af indvindingsboringerne, blot at Volsted Plantage er udset til dette formål. I dette afsnit vil der ses nærmere på nogle af de hensyn, der skal tages ved placeringen af indvindingsboringerne. Først undersøges kort de juridiske og økonomiske forhold, der har indvirkning på placeringen. Derefter undersøges placeringen i forhold til potentialeforhold. Dette munder ud i en mulig placering af indvindingsboringerne Juridiske og økonomiske hensyn Volsted Plantage har ikke været brugt til landbrug mindst de sidste 100 år jf. afsnit (Kortanalyse) og derfor er der formentlig ikke blevet udledt gylle (nitrat) eller pesticider, med undtagelse af et mindre område i den sydvestlige del af plantagen, hvor der dyrkes juletræer. Ydermere er der kun få huse, der udleder spillevand i nærheden. Plantagen giver således mulighed for en placering væk fra evt. forureningskilder. Miljøbeskyttelsesloven foreskriver, at der kan fastlægges et beskyttelsesområde, kaldet kildepladszone, indenfor hvilken det ikke er tilladt at aflede spildevand eller udføre anden aktivitet, der kan give anledning til at forurene grundvandet. Denne zone er sædvanligvis 300 m (Miljøbeskyttelsesloven, 2006: 22; Miljøstyrelsen, 2000: 18). Der er ingen direkte forbud mod landbrugsdrift med brug af pesticider eller nitrat inden for kildepladszonen. Indenfor indsatsområder, der omfatter det hydrologiske opland og dermed også kildepladszonen, kan der indføres regulering af pesticider og nitrat. Indsatsområder udpeges, hvor der er behov for at yde en indsats for at sikre den fremtidig drikkevandsforsyning. Der findes ingen metoder til at udpege pesticidfølsomme områder. Nitratfølsomme områder udpeges, hvis f.eks. grundvandsmagasinet består af kalk og der ikke findes noget beskyttende lag (Miljøstyrelsen 2000: s ). I projektområdet består grundvandsmagasinet af kalk og der er ingen beskyttende lag, da der kun forekommer enkelte lerlinser, jf. kapitel 3.2 (Projektområdets geologi). Derfor vil det hydrologiske opland til indvindingsboringen blive klassificeret som Område med Særlige Drikkevandsinteresser (OSD), og der skal iværksættes afbødende foranstaltninger til beskyttelse af drikkevandsressourcen. Indenfor projektområdet, er kun husene i Volsted koblet til den kommunale spildevandsopsamling (AK, 2005). Derfor forventes det, at husene nær Voldsted Plantage har egne nedsivningsanlæg. Dette betyder, at indvindingsboringerne minimum skal placeres 300 m væk disse nedsivningsanlæg. Det er muligt at ændre nedsivningsanlæggenes beliggenhed eller koble husstande til spildevandsopsamlingen, hvilket dog vil medføre omkostninger. 81

86 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen I Volsted Plantage findes der mere end ti gravhøje (NJA, 2006), hvor der er en 100 m beskyttelseszone omkring, inden for hvilken der ikke må foretages ændringer i tilstanden (Naturbeskyttelsesloven, 2004: 18). Der kan søges dispensation fra 100 m zonen, og det vurderes, at indvindingsboringerne ikke vil skæmme gravhøjene, så længe de ikke placeres oveni dem. Af denne grund vil der ses væk fra gravhøjene under den forudsætning, at selve gravhøjene bliver inddraget i detailplanlægningen af placeringen. Tages økonomien i betragtning vil det være fornuftigt at placere boringerne tæt på en vej, så det er let at komme til med boremaskiner mv. Det er selvfølgelig muligt at lave en ny vej, men det vil være billigere at benytte eksisterende veje Placering af boringer i forhold til grundvandets strømningsretning Når der indvindes grundvand, vil der omkring boringen ske en sænkning af grundvandsspejlet. Placeres flere boringer langs strømningsretningen vil disse forstærke hinandens sænkning, hvilket ikke er tilfældet, hvis de placeres på tværs af strømningsretningen, se figur 4.5. Strømningsretning Figur 4.5. Placering af boringer i forholdt til strømningsretningen. Tv. Boringerne er placeret på langs af strømningsretningen, sænkningen forstærkes omkring den øverste boring. Oplandet til den nederste boring ligger uden for oplandet til den øverste boring. Th. Boringerne er placeret på tværs af strømningsretningen, og oplandene ligger parallelle uden at de påvirker hinanden. Grundvandssænkningen begrænses, når der etableres flere boringer, da sænkningen herved fordeles over et større område, i stedet for at være koncentreret et sted. I modellen er det valgt at bruge 5 boringer, der hver skal indvinde maksimalt m 3 /år. Dette er gjort efter model fra Aalborg Kommunes nye kildeplads Kongshøj, 10 km nord for Volsted, der tilnærmelsesvis indvinder denne mængde. I Kongshøj består 82

87 grundvandsmagasinet ligeledes af kalk og da det ligger forholdsvis tæt på Volsted, skønnes det rimeligt, at dette maksimum for pumpekapacitet kan overføres direkte Valg af Placering På baggrund af de beskrevne forbehold er indvindingsboringernes placering bestemt. Der er taget udgangspunkt i, at der skal være en kildepladszone på 300 m. Derfor skal der være 300 m til nærmeste ejendom. Det er desuden ønsket, at kildepladszonen skal ligge indenfor Volsted Plantage, hvilket er bestemt som mere end 300 m fra skovkanten. Endelig skal boringerne være placeret tæt på en eksisterende vej. På figur 4.6 er der indtegnet bufferzoner på 300 m fra bebyggelse og 300 m fra skovkanten. De ikke skraverede områder i plantagen udgør således området, hvor det er muligt, at oprette indvindingsboringerne. Det er valgt at placere indvindingsboringerne langs den eksisterende vej med 100 m mellemrum. På figur 4.7 ses indvindingsboringernes placering i forhold til grundvandspotentialet og dermed strømningsretningen. Figur 4.6. Drikkevandsboringernes placering ud fra krav om mere end 300 meter til beboelse og skovkanten, samt tæt på en eksisterende vej. Data fra TOP10DK (2000). De to potentialekort går på tværs af hinanden i plantagen, men det ses, at de oprettede boringer står i en vinkel på ca. 45º på potentiale kurverne (NJA) og på potentialekurverne fra egen interpolering (eget) ser det ud som om denne placering er beliggende på toppen af et vandskel. I forhold til NJAs potentiale er det svært at sige, 83

88 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen om sænkningerne vil forstærke hinanden, mens det ikke ser ud til at være tilfældet ved vores eget interpolerede potentiale. Vores eget interpolerede potentiale angiver det mere overfladenære grundvandsspejl, idet der også er anvendt koter fra åer og dræn. Figur 4.7. Drikkevandsboringernes placering i forhold til grundvandspotentialet. Ækvidistance på 1 m. NJA potentialet blev præsenteret på figur 1.4, eget potentiale blev præsenteret i figur Anvendelse af grundvandsmodellen Da formålet med grundvandsmodellerne er at vurdere påvirkningen på Hølbækkens vandføring, er det væsentligt at vurdere de modellerede vandføringers resultat i forhold til den formodede gennemsnitsvandføring. Vandføringsmålingerne i afsnit (Overfladisk afstrømning) viste, hvordan tilstrømningen af vand til Hølbækken er fordelt. For at kunne sammenligne dette med de beregnede vandføringer, er Hølbækken delt op i fire områder. Områderne er Hølbækkens ådal, opstrøms vandføringsmåling 2, 5, 6 og 9, figur 3.21, hvor måling 9 er benyttet som mål for den samlede mængde vand, Hølbækken afleder. I hvert område findes vandføringsdata målt i projektområdet og vandføringen er ligeledes modelleret for hvert af områderne. Sammenlagt giver vandføringen i de fire områder den totale vandføring. I tabel 4.2 ses forskellen mellem den observerede vandføring og de beregnede vandføringer. 84

89 Tabel 4.2. Forskellen mellem den observerede vandføring og modellernes vandføring. Område 1 Område 2 Område 3 Område 4 Total Observeret (m 3 /d) Model 1 (m 3 /d) Forskel (%) Model 2 (m 3 /d) Forskel (%) Begge modeller underestimerer den totale vandføring i Hølbækken med ca. 1/5 i forhold til den observerede vandføring, der antages at være den gennemsnitlige vandføring. Område 1, ligger længst opstrøms og er kraftigt underestimeret. Område 2 og 3 også er underestimeret, dog i mindre grad, og område 4 er væsentligt overestimeret. I område 1 og 2 var der flere kilder, og vandføringsmålingerne indikerede, at disse stod for en væsentlig af del af tilstrømningen til Hølbækken. Det er forsøgt at simulere disse kilder i modellerne, men den store forskel i de observerede og målte resultater tyder på, at de indlagte kilder ikke bidrager med tilstrækkelig vand i modellerne. Modellerne har den største tilstrømning til Hølbækken i område 3 og 4, hvilket tyder på, at kontakten mellem grundvandet og Hølbækken er modelleret til at være bedre end den er i virkeligheden. Da områderne i modellerne viser en anden fordeling end den målte, vil der herefter kun ses på ændringerne i samlet vandføring, og der vil ikke blive set på en absolut nedgang i vandføringen, men kun en forholdsmæssig. 4.6 Effekt af grundvandsindvindingen på vandføringen i Hølbækken Ud fra de to grundvandsmodeller og med udgangspunkt i den placering af indvindingsboringerne, der blev præsenteret i foregående afsnit, vil det i dette afsnit blive undersøgt, hvilken indvirkning grundvandsindvindingen har på Hølbækkens vandføring. Der bliver taget udgangspunkt i en indvinding på m 3 /år og herefter ændres størrelsen på indvindingen i et forsøg på at bestemme, hvor stor indvindingen kan være, for maksimalt at påvirke Hølbækken med 10 %. Indvindinger på under m 3 /år bliver ikke undersøgt, da det vurderes, at det ikke vil være rentabelt at indvinde mængder under dette. Efterfølgende bliver der set på, hvordan indvindingen af grundvand påvirker potentialet i oplandet til Hølbækken Ændring i vandføring I tabel 4.3 ses de modellerede påvirkninger af Hølbækkens vandføring i de to modeller ved forskellige indvindingsmængder. Hølbækken har i model 1 som udgangspunkt en vandføring, der er ca. 19 % højere end i model 2. Bortset fra denne forskel mellem 85

90 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen modellerne, reagerer de meget ens på de forskellige vandindvindinger. Den geologiske tolkning spiller altså ikke den store rolle i forhold til den procentvise ændring af vandføringen i de to modeller. Tabel 4.3. Vandindvindingens reduktion af Hølbækkens vandføring. Indvundet (m 3 /år) Vandføring (m 3 /døgn) Model 1 Model 2 Reduktion af vandføring Vandføring (%) (m 3 /døgn) Reduktion af vandføring (%) ,0 19, ,8 18, ,1 15, ,2 15, ,4 13, ,7 13, ,6 12, ,8 12, ,8 12, ,2 11, ,8 10, ,6 10, ,3 10, ,8 9, ,7 0, ,4 0,0 Den modellerede procentvise reduktion af Hølbækkens vandføring er illustreret i figur 4.8. Her ses det, at begge modeller reagerer lineært på øget indvinding. Indvirkningen på vandføringen i model 1 ligger ca. 0,5 procentpoint over model 2. I begge modeller kan der ikke indvindes mere end ca m 3 /år, hvis den gennemsnitlige vandføring ikke skal overskride 10 %. 20 Reduktion (%) Model 1 Model Indvundet (1.000 m 3 /år) Figur 4.8. Reduktionen af Hølbækkens vandføring i forhold til den indvundne vandmængde Hølbækkens opland 86

91 I figur 4.9 er det vist, hvordan potentialet og oplandet ser ud før og efter indvinding af m 3 /år grundvand fra Volsted Plantage. Det ses, at der er en forskel mellem de to modellers udregnede udgangspotentiale, hvilket betyder, at de to geologiske tolkninger har haft en betydning i forhold til udregningen af potentialet. I model 1 ligger potentialet generelt højere i den nordlige del af projektområdet i forhold til model 2, mens model 2 i dette område har en større gradient. Denne forskel skyldes, at kalklaget har forskellige hydrauliske ledningsevner og tykkelser i de to modeller. I model 1 har de tre øverste kalklag hydrauliske ledningsevner mellem 7-12 m/d og området i det nordøstlige hjørne ligger på 5 m/d. I model 2 er den hydrauliske ledningsevne for de tre øverste kalklag sat til mellem m/d mens kalklaget i det nordøstlige hjørne er 0,5 m/d. De øverste kalklag i denne model er desuden tykkere. I model 2 er der således større forskel i den hydrauliske ledningsevne mellem kalklagene, hvilket er en af forklaringerne på, at der ses denne større gradient på potentialet. Hølbækkens hydrologiske opland er tidligere defineret, jf. figur 3.20, og dette skiller sig væsentligt fra oplandene fundet i figur 4.9. Grunden til denne forskel er muligvis, at der er forskelle i den hydrauliske ledningsevne for kalken, der ikke bliver gjort rede for i modellen. Det kan også skyldes, at der findes fejl i potentialekortet for det tidligere definerede hydrologiske opland. Potentialekortet er eksempelvis blevet interpoleret, hvilket giver usikkerheder, idet der blot udregnes et gennemsnitligt potentiale mellem en række punkter. Yderligere kan grundvandsspejlet variere ca. 2 m over et år, hvorfor der kan være en variation i pejlingerne. I grundvandsmodellen bliver potentialet regnet ud på baggrund af antagelser om, hvordan grundvandet i projektområdet strømmer, hvilket må være mere præcist, idet der bliver taget højde for områdets skiftende geologi. Der er også en uoverensstemmelse mellem det hydrologiske opland, der beregnes for modellen og det topografiske opland, der tidligere er præsenteret, jf. figur Da der i det topografiske opland findes ler i undergrunden, er der mulighed for, at der sker en overfladenær tilstrømning af vand til Hølbækken, som der ikke bliver gjort rede for i den opsatte grundvandsmodel. Dette anses imidlertid ikke som et problem, idet de indvindingsboringer, der skal etableres, indvinder det dybe grundvand. 87

92 Kapitel 4 Opsætning af grundvandsmodellen Figur 4.9. Projektområdet med de beregnede potentialer, oplandene til Hølbækken og indvindingsboringerne, indvindingen er sat til m 3 /år Ændringen af Hølbækkens opland Størrelsen og formen på indvindingsboringernes opland er blevet beregnet ved hjælp af partikelbaner i de to modeller. Det ses i figur 4.9, at oplandet til indvindingsboringerne for begge modeller er langstrakte og smalle, men at oplandet, der udregnes for model 2 er smallere og kortere end for model 1. Grunden til den forskellige størrelse på indvindingsoplandene er sandsynligvis, at koten på indvindingsboringerne i de to modeller er 88