3. INTRODUKTION. Hans Jørgen Henriksen og Alex Sonnenborg, GEUS

Transkript

1 3. INTRODUKTION Hans Jørgen Henriksen og Alex Sonnenborg, GEUS 3. INTRODUKTION Formålet med NOVA Beskrivelse af den Nationale Vandressource Model Formål med den nationale vandressource model Succeskriterier for den nationale vandressourcemodel Øvrige anvendelser af DK-model i vandressourceforvaltningen Kortfattet beskrivelse af vandkredsløbet og den udnyttelige vandressources størrelse Vandrammedirektivet Referencer G E U S 2

2 3.1 Formålet med NOVA Formålet med det nationale program for overvågning af vandmiljøet for perioden (Miljøstyrelsen, 2001) er: at foretage en vurdering af miljøtilstanden, udviklingen heri og påvirkningerne af grundvand, vandløb, søer og havet gennem en systematisk indsamling af data, at supplere det generelle tilsyn med vandmiljøet der gennemføres i amterne i henhold til miljøbeskyttelsesloven, at eftervise effekten af reguleringer og investeringer, der er vedtaget i Vandmiljøplanen, at eftervise effekten af øvrige foranstaltninger til beskyttelse af vandmiljøet herunder de vedtagne planer for en bæredygtig udvikling i landbruget, Vandmiljøplan II samt amternes målsætninger for vandområdernes kvalitetstilstand, og at kunne bidrage til at skabe et beslutningsgrundlag for, om der skal iværksættes yderligere forureningsbegrænsende foranstaltninger med henblik på at nå de vedtagne målsætninger for kvaliteten i vandmiljøet. Ved tilrettelæggelse af overvågningsystemets faglige elementer er hovedvægten lagt på: programelementer, der beskriver miljøtilstanden og udviklingen i grundvand, vandløb, søer og marine områder. Programmet er tilrettelagt, så der bliver gjort rede for væsentlige påvirkninger af vandmiljøet med det sigte at belyse årsags-virkningssammenhænge, opgørelse af udledninger og tilførsler af næringsstoffer, miljøfremmede stoffer og tungmetaller til vandmiljøet. Opmærksomheden er især rettet mod udledninger fra punktkilder, dyrkningsrelaterede tab til vandmiljøet samt tilførsler til havet via vandløb og nedfald fra atmosfæren, og målinger af forekomst og effekt af miljøfremmede stoffer og tungmetaller i såvel grundvand- og overfladevand som slam, gylle, sediment og biota. Nærværende NOVA-2003 temarapport for ferskvandskredsløbet skal give et lettilgængeligt overblik over ferskvandets kredsløb i Danmark, med beskrivelse af processer og komponenter i vandkredsløbet med særligt henblik på beskrivelse af de enkelte kredsløbskomponenters tidslige og rumlige variationer for perioden , belyst i forhold til en længere årrække ( ). Den Nationale Vandressource Model udgør det modelmæssige grundlag for beskrivelsen. Der inddrages hvor det skønnes relevant desuden resultater fra NOVA overvågningsprogrammet men også andre relevante forsknings- og overvågningsprogrammer, modelstudier mm. Det er et væsentligt element i rapporten at identificere gode indikatorer som fremover kan indgå i en årlig rapportering af vandkredsløbet (fx resultater fra udvalgte målestationer, pejlestationer mv. der kan præsenteres sammen med fx modelberegnet nettonedbør eller grundvandsdannelse). Der er sidst foretaget en landsdækkende vurdering af den udnyttelige drikkevandsressources størrelse i forbindelse med Vandrådet i Det er et væsentligt mål med rapporten at foretage en revurdering af den udnyttelige vandressources størrelse på landsplan, samt tidslige og regionale fordeling. G E U S 3

3 3.2 Beskrivelse af den Nationale Vandressource Model Formål med den nationale vandressource model Anledningen til iværksættelsen af den Nationale Vandressource Model (DK-model) var et behov for en bedre kvantificering af vandressourcens størrelse og variation. Vandrådet pegede allerede i 1992 (Vandrådet, 1992) på, en række områder omkring vandressourcen hvor vidensgrundlaget blev vurderet utilstrækkeligt: Opgørelser af nettonedbøren foreligger kun på grundlag af ældre data. Der er behov for en fornyet opgørelse af nettonedbøren med anvendelse af nye beregningsmetoder og baseret på et nyt datagrundlag. Konsekvenserne af klimaændringer som f.eks. den menneskeskabte øgning af drivhuseffekten er i dag meget dårligt belyst for grundvandsressourcen i Danmark. Der er behov for en vurdering af de hydrologiske og miljømæssige konsekvenser af klimaændringer. Infiltrationskapaciteten har stor betydning for transportprocesserne i de øvre jordlag og for tilgangen til grundvandsressourcen. Der er behov for studier af infiltrationens variation med frost/tø og med dyrkningsmetoderne. Der er behov for en ensartet og forbedret metode til opgørelse af vandressourcen. De enkelte amter anvender metoder, der ikke umiddelbart kan sammenlignes, hvilket gør en samlet vurdering af vandressourcen vanskelig. Der var derfor behov for at få udviklet og etableret et landsdækkende system, der koblede målinger af grundvandstanden fra det nationale pejlestationsnet og afstrømningsmålinger i vandløb med hydrologiske modelanalyser. Målet hermed var, på baggrund af input til modelsystemet i form af nedbør og fordampning, at kunne foretage en mere præcis kvantificering og overvågning af udviklingen i grundvandsressourcens aktuelle størrelse og regionale fordeling. Integrering med den eksisterende overvågning af grundvandskvaliteten kunne ydermere give et væsentligt forbedret grundlag for vurdering af Danmarks samlede tilgængelige ferskvandsressource med hensyn til mængde og kvalitet. Det er projektets (DK-modellens) overordnede formål at udvikle og etablere en landsdækkende vandressource model som grundlag for at bestemme Danmarks samlede tilgængelige drikkevandsressource, herunder dennes tidsmæssige variation og regionale fordeling, samt vurdere den mulige fremtidige udvikling (Henriksen, 2001). Mere specifikt er formålene med projektet: G E U S 4

4 At forstå processer og parametre der styrer grundvandsdannelsen, herunder udvikling af værktøjer til generering af inputdata til vandressourcemodellen på basis af satellitdata samt udvikling af forbedrede beregningsrutiner til kvantificering af den arealdistribuerede nedsivning til grundvandet At opbygge en national vandressourcemodel bestående af en 3-dimensional, dynamisk grundvandsmodel for Danmark. Dette giver mulighed for vurdering af ressourcens nuværende og fremtidige størrelse og fordeling samt mulighed for integrering af ressourceovervågning i vandmiljøplanens overvågningsprogram med henblik på samlet vurdering af ferskvandsressourcens mængde, kvalitet og beskyttelse At reorganisere og effektivisere det nationale ressource-overvågningsnet (pejlestationsnettet) på grundvand, herunder opbygning og implementering af systemer for dataopsamling og lagring, transmission og bearbejdning under anvendelse af tidssvarende teknologi At videreudvikle det tilgrundliggende modelsystem med rutiner og moduler, som er nødvendige i forbindelse med de særlige skalaforhold, krav til kvalitetsdokumentation, krav til opdatering og udveksling af modeldata samt nuværende og fremtidige behov i forbindelse med modellering af kvantitet, kvalitet og beskyttelse Succeskriterier for den nationale vandressourcemodel Der var i projektkontrakten mellem GEUS og Miljøministeriet anført en række succeskriteriet for projektet (Henriksen, 2001): Succeskriterie 1. PhD studie Der er igangsat et PhD studium i maj 1999 om videnopbygning vedr. metoder til analyse af usikkerheder på modelsimuleret grundvandsdannelse til magasiner i forskellig dybde og med relevans i forhold til grundvandsbeskyttelse. Der fokuseres i dette studie på usikkerheder relateret til modelstruktur, konceptuel model og geologisk model. Der er udpeget to feltlokaliteter: Vårby å på Vestsjælland og Odense/Odense å på Fyn. Kriteriet vurderes fuldt ud opfyldt med igangsættelse af PhD studie pr. maj Fokus er ændret men begrundes fortsat særdeles relevant jf. behov i forbindelse med zoneringen. Succeskriterie 2. MIKE SHE udvikling Der er foretaget dels en udvikling på selve beregningskomponenterne i MIKE SHE, og dels udvikling af redskaber under og sideløbende med projektet (Geoeditor og GIS-baserede værktøjer) - DHI(2000). MIKE SHE modelkoden er blevet væsentligt bedre gennemtestet og svagheder er blevet afhjulpet. Kriteriet vurderes fuldt ud opfyldt som følge af at der er opnået medfinansiering fra Erhvervsfremmestyrelsen til MIKE SHE udvikling. Succeskriterie 3. Publicering Resultaterne fra projektet publiceres i anerkendte, internationale tidsskrifter under projektforløbet og i forbindelse med dets afslutning. Derudover påregnes et antal populærartikler publiceret i danske tidsskrifter (Vandtekning, Vand & Jord). Der arbejdes målrettet med som minimum 3 artikler til internationale tidsskrifter: G E U S 5

5 Methodology for construction, calibration and validation of a national hydrological model for Denmark. Fremsendt til Journal of Hydrology i februar Transient modeling of regional ground water flow using parameter estimates from steady-state automatic calibration. Fremsendt til Journal of Hydrology i august Kommentarer modtaget april Forventes genfremsendt juni Application of a national hydrological model for water resources predictions in Denmark (Nordic hydrology eller Water Resources Management med fokus på baggrund, formål og simuleringsscenarier). Påbegyndes i Dette kriterium er kun delvist opfyldt. Formidling overfor brugere og offentlighed har været god bl.a. i kraft af den etablerede hjemmeside. Der mangler dog fortsat en publicering i internationale tidsskrifter jf. ovenstående. Succeskriterie 4. Temamøder Dette kriterium vurderes stort set opfyldt. Der har været afholdt adskillige temamøder hvor DK-modellen har været præsenteret. Der blev afholdt midtvejsevaluering i 1999 og der afholdes endnu en evaluering i maj 2002 omkring temarapporten. Det kan eventuelt overvejes at arrangere et slutseminar når modellen er opstillet for hele landet og når der foreligger resultater af simuleringer af den udnyttelige vandressource i forbindelse med temarapporten, hvor fremlægning og drøftelse i en bredere kreds kan være nyttig. Succeskriterie 5.Kvartårligt nyhedsbrev Er stort set opfyldt som følge af den løbende opdatering af hjemmesiden vandmodel.dk. Det overvejes hvordan muligheder for udtræk fra DK-model kan implementeres så geologisk model, nettonedbør, grundvandspotentialer, vandløbsafstrømning og grundvandsdannelse til magasiner i forskellig dybde vil kunne udtrækkes på en tidssvarende facon. Forventes implementeret i løbet af 2002 parallelt med færdiggørelse af temarapport. Succeskriterie 6. Pejlestationsnet / IT Etableringen af 10 on-line pejlestationer og ca. 35 datalogger stationer samt yderligere pejlestationer i amternes regionale pejlestationsnet med en samling af samtlige pejledata i Jupiter databasen giver mulighed for løbende overvågning og overblik over grundvandsstandens regionale og tidslige variationer på landsplan. Er delvist opfyldt. Der er ikke opnået medfinansiering fra Forskningsministeriets programmidler vedr. IT. I stedet er opnået en medfinansiering fra GEUS til etablering af 10 on-line pejlestationer. Succeskriterie 7. Ressourceovervågning I forbindelse med revisionen af Vandmiljøplanens overvågningsprogram er det målet at integrere ressourceovervågningen med den eksisterende kvalitetsovervågning, således at der kan opnås et bedre billede af den tilgængelige og udnyttelige ferskvandsressources tilstand. Dette kriterium er endnu ikke opfyldt, men der er muligheder for i forbindelse med revision af VMP II at komme nærmere en opfyldelse af kriteriet. Der arbejdes på at optage ressourceovervågningen i NOVANA programmet, for at kunne opfylde kravene i Vandrammedirektivet. G E U S 6

6 3.2.3 Øvrige anvendelser af DK-model i vandressourceforvaltningen DK-modellen udgør i dag en værdifuld referenceramme for opstillingen af lokale og mere detaljerede modeller i forbindelse med zonering og detailkortlægning af grundvandsressourcen (eksempler herpå fra en række områder bl.a. Svendborg, Nyborg, Odense, Vårby å, Tude å, Bjergsted, Suså, Falster, Stevns, Roskilde amt, Københavns Amt og Søndersø området). Lokalmodeller har givet ny viden om opholdstider i grundvand og til overfladevand. Resultaterne viser at effekten af fx Vandmiljøplanen bliver forsinket i op til flere år i overfladevandssystemet og op til flere årtier i de dybe grundvandssystemer. Denne konklusion understøttes for det dybe grundvands vedkommende af aldersdateringer (Henriksen et al., 2001). Det andet problem er at klimatiske variationer i form af forskelle fra det ene år til det andet i nedbør og vintertemperatur medfører meget store naturlige variationer i nitratudvaskningen. Disse variationer vil ofte være større end den ønskede effekt af Vandmiljøplanen, fordi datagrundlaget indeholder de store klimatisk betingede naturlige variationer, der i denne sammenhæng optræder som støjkilde (Henriksen et al., 2001). Endelig er der i forbindelse med arbejdet med DK-modellen påvist usikkerheder på opstillede vandbalancer for LOOP områder, som det er vigtigt at få nærmere belyst, idet disse udgør grundlaget for opstillede kvælstofbalancer for ler- og sandjordsoplande (Refsgaard et al., 2001; Plauborg et al., 2002; DVK, 2002). Der er behov for at arbejde videre med en mere detaljeret beskrivelse af udvaskningen fra rodzonen ved forskellige landbrugspraksis og gødningsanvendelser, og koble fx Daisy eller andre modeller på DK-modellen. DK-modellen vil kunne udgøre kernen i et konsekvensberegningsværktøj til beskrivelse af kvælstofpåvirkningen af grundvand og overfladevand, som følge af landbrugspraksis, gødningstilførsel og klimatiske variationer, på stor skala. G E U S 7

7 3.3 Kortfattet beskrivelse af vandkredsløbet og den udnyttelige vandressources størrelse En bæredygtig udnyttelse af grundvandet er baseret på, at der dannes mindst lige så meget nyt grundvand, som vi indvinder, samt at udnyttelsesgraden ikke er større, end at grundvandskvaliteten og restvandføringen i fx vandløb fortsat er acceptabel. Gennem de seneste år er der konstateret mange tilfælde af forurening af vores grundvandsmagasiner med bl.a. nitrat, klorerede opløsningsmidler og pesticider. En del tilfælde har medført lukning af forurenede vandindvindingsboringer. Kilderne til grundvandsforureningen er mange, f.eks. lossepladser og kemikalieaffaldsdepoter, landbrug og plantager, industri- og værkstedsgrunde. Hvis det unge, nydannede grundvand ikke umiddelbart er anvendeligt, giver det yderligere begrænsninger i den fremtidige udnyttelige ressource. Den bæredygtigt udnyttelige vandressource i Danmark var ved den seneste landsdækkende opgørelse (Vandrådet, 1992) på landsplan større end den samlede indvundne vandmængde. Den udnyttelige grundvandsressource blev her af Vandrådet vurderet til i alt 1.8 milliarder m 3 /år, hvilket var større end det daværende vandforbrug på omkring 1 milliard m 3 /år. Det meste af drikkevandsforsyningen, var dengang som nu, baseret på oppumpet grundvand (ca. 99 %). Overfladevand anvendes kun i meget begrænset omfang i Danmark. Store regionale forskelle betyder, at der visse steder i landet er vand nok og andre steder knaphed på vand (se fig. 3.1). Nettonedbøren og den udnyttelige vandressource er størst i Sydvestjylland og mindst på øerne. Da vandforbruget er størst i Østjylland og på øerne, er der et fordelingsmæssigt problem, således at der i visse dele af landet er vand nok, mens der fx omkring København sker en overudnyttelse af vandressourcen. Figur 3.1 Vandressourcens regionale fordeling. Blåskravering: Nettonedbør (mm/år), Rød søjle: Vandindvinding i Gul søjle: Udnyttelig grundvandsressource (Vandrådet). G E U S 8

8 Der er væsentlige usikkerheder på vurderingen af den udnyttelige grundvandsressources størrelse. Der er i skønnet taget hensyn til, at visse områder generelt har vanskelige indvindingsforhold og at den naturlige vandkvalitet andre steder er så dårlig at vandet ikke kan udnyttes umiddelbart. Desuden sætter miljøtilstanden i vandløb og vådområder grænser for, i hvilket omfang ferskvandsressourcen kan udnyttes. Inddragelsen af dette aspekt er dog ikke gennemskueligt og reproducerbart i vandrådets opgørelse. Indvindingen må ikke være så stor at forholdene for dyre- og planteliv ødelægges pga. udtørring, se figur 3.2 Der er imidlertid ikke taget hensyn til to væsentlige forhold i opgørelsen af ressourcens størrelse: forurening som følge af miljøfremmede stoffer fx pesticider, MTBE, klorerede opløsningsmidler, bakterier, virus, medicin, detergenter mm. betydningen af længerevarende klimavariation Figur 3.2 En væsentlig begrænsning i den udnyttelige grundvandsressource skyldes grænser for påvirkning af det akvatiske miljø som følge af vandindvinding. Vurderingen af påvirkningen af det hydrologiske kredsløb, som følge af vandindvinding kan foretages ved hjælp af en numerisk grundvandsmodel En vurdering af den udnyttelige vandressource, inkl. fradrag af forurenet vand og længerevarende tørkeperioder (se figur 3.3), vil derfor give et væsentligt reduceret skøn af den bæredygtig vandressource på landsplan i forhold til de 1,8 milliarder m 3 /år. Der skal imidlertid her tages hensyn til at nettonedbøren også skal revurderes jf. et bedre datagrundlag i dag i forhold til for år siden. Et andet problem ved Vandrådets skøn er at usikkerheden ikke er nærmere kvantificeret. Vandrådets skøn bygger blot på en simpel antagelse omkring hvilken %-del af nettonedbø- G E U S 9

9 ren der er udnyttelig, men inddrager ikke eksplicit de mange hydrologiske og geologiske data der fx foreligger i forskellige institutioners databaser (fx boringer i GEUS s Jupiter, samt data fra nationalt og regionale pejlestationsnet, oppumpningsdata ved ca vandværker, afstrømningsdata fra et stort antal vandføringsstationer og forskellige GIS data). Figur 3.3 Eksempel på længerevarende variation i vinternedbør ( ) og variationer i grundvandsspejl ved to pejlestationer i det nationale pejlestationsnet 3.4 Vandrammedirektivet Vandrammedirektivet betyder på mange måder nye principper for forvaltningen af det danske vandmiljø. Et hovedprincip i direktivet er, at vandressourceforvaltningen skal ske ud fra helhedsbetragtninger (holistisk), hvor vandkvantitet, vandkvalitet, fysiske forhold, økologiske forhold og økonomiske forhold vurderes samlet, og hvor de forskellige forekomster af vand skal ses i sammenhæng. Der skal eksempelvis etableres kriterier for vurdering af tilstanden i grundvand og overfladevand, således at grundvandets påvirkninger af overfladevandets kvantitative og kvalitative tilstand samt vandområdernes økologiske forhold inddrages. Dette medfører behov for ændringer i forvaltningen, både med hensyn til moniteringsprogrammer og særlige krav til vurdering af hvorledes grundvandsforhold (fx oppumpning) påvirker tilstanden i overfladevand (Refsgaard et al., 2002). Vandrammedirektivet vil dermed indebære et helt nyt paradigme for vurdering af udnyttelig grundvandsressource. DK-modellen udgør et muligt modelværktøj til på stor skala at kunne foretage vurderinger af disse forhold. G E U S 10

10 3.5 Referencer DHI (2002): Slutrapport. Videreudvikling af matematisk vandressourcemodelsystem. DHI, Dansk Vandressource Komité (2002) Nyt om vandressourcer, nr. 7. April Henriksen, Hans Jørgen (2001): National vandressourcemodel. Slutrapport. GEUS rapport 2001/29. Henriksen, H.J. Nyegaard, P., Ernstsen, V., Rasmussen, P., Troldborg, L. og Refsgaard, J.C. (2001): Betydningen af grundvandets strømningsveje, opholdstider og nitratreduktionskapacitet for kvælstofbelastningen af vandmiljøet. Udarbejdet af GEUS som et input til DMU/DJF midtvejsevaluering af Vandmiljøplan II. Miljøstyrelsen (2001): NOVA 2003 (beskrivelse af NOVA ). Plauborg, F., Refsgaard, J.C., Henriksen, H.J., Blicher-Mathiasen, G., og Kern-Hansen, K. (2002) Vandbalancen på mark- og oplandsskala. Refsgaard, J.C., Hansen, S. og Henriksen, H.J. (2001) Problemer med vandbalancen og mulige konsekvenser for beregning af nitratudvaskning. Refsgaard, J.C., Skriver, J., Kronvang, B., Jensen, J.P., Rasmussen, P. (2002) Vandrammedirektiv grundvand/overfladevand. Vand&Jord, nr. 2, 9. årgang, maj Vandrådet (1992): Danmarks fremtidige vandforsyning. Nr Betænkning fra Miljøstyrelsen. G E U S 11