Naturstyrelsen. Hydrologisk Model Tårnby-Dragør TÅRNBY-DRAGØR KORTLÆGNINGSOMRÅDE

Transkript

1 Naturstyrelsen Hydrologisk Model Tårnby-Dragør TÅRNBY-DRAGØR KORTLÆGNINGSOMRÅDE

2 Naturstyrelsen Hydrologisk Model Tårnby-Dragør TÅRNBY-DRAGØR KORTLÆGNINGSOMRÅDE Rekvirent Rådgiver Naturstyrelsen Storstrøm att. Ulla Kokfelt, Hans Lerche Fejøgade Nykøbing F. Orbicon A/S Ringstedvej Roskilde Projektnummer Projektleder Udarbejdet af Kvalitetssikring Jens Asger Andersen Philip Giødesen Lund, Michael Juul Lønborg Jens Asger Andersen Revisionsnr. 6 Godkendt af Ole Frimodt Udgivet

3 INDHOLDSFORTEGNELSE 1 Resume Introduktion Datagrundlag og konceptuel model Processer og datakrav Vurdering af datatilgængelighed Modelstruktur for det hydrologiske system Hydrostratigrafisk model Vurdering af troværdighed Valg af modelkode Rapportering og review Modelområde og randbetingelser Randbetingelser Terrænforhold og lagtykkelser Klimadata Nedbør Temperatur Fordampning Arealanvendelse Befæstede arealer Fordeling af arealanvendelse Umættet zone Grundvandsindvinding Pejlinger og potentialeforhold Pejlinger Potentialeforhold Hydrauliske ledningsevner... 35

4 9 Overfladevand Overfladisk afstrømning Dræn Modelopstilling Ny zonering af transmissiviteter Ændring i koncept for overfladisk afsrømning Kalibrering og validering Usikkerhedsvurdering Usikkerhed på observationsdata Usikkerhed på de kalibrerede parametre Indledende følsomhedsanalyse Autokalibrering af modellen Kalibrering af pejletidsserier Kalibrering af vandbalancen for Øresundsforbindelsens landanlæg Efterfølgende følsomhedsanalyse Validering af modellen Validering af potentialer Validering af vandbalancen for Øresundsforbindelsens landanlæg Validering af vandføringen i Hovedgrøften Resultater fra modellen Simulerede og observerede potentialer Vandbalancer Grundvandsdannelse Modellens dokumenterede anvendelsesområder Scenarieberegninger Tilladt indvinding Stokastiske beregninger Scenarie uden afværgeoppumpning og nul-scenarie / 93

5 14 Ressourcevurderinger Vandbalancer Grundvandsdannelse Opad- og nedadrettede gradienter Udstrømningsområder Oplande Stokastiske oplande Endelige oplande Tårnby Vandværk Dragør og St. Magleby Vandværker Tårnby Hovedbibliotek afværge Icopal afværge Københavns Lufthavn syd afværge Partikelsværme for scenarieberegningerne Partikelsværme ved lukning af afværgeboringer Tilstrømningsområde til motorvejsdræn Anbefalinger til videre brug af modellen Sammenfatning Referencer / 93

6 BILAGSFORTEGNELSE Bilag 4.1 Indvindingsboringer Bilag 4.2 Terrænforhold Bilag 4.3 Lagtykkelser Bilag 6.1 Befæstede områder Bilag 6.2 Arealanvendelse Bilag 6.3 Jordtyper Bilag 8.1 Placering af pejleboringer i forhold til indvindingsboringer Bilag 8.2 Pejleboringer (dybder) Bilag 8.3 Pejleboringer (antal pejlinger) Bilag 8.4 Potentialekort for kalken Bilag 11.1 Usikkerhedsmatrice Bilag 11.2 Følsomhedsanalyse Bilag 11.3 Autokalibrering Bilag 11.4 Kalibrering af grundvandspotentialer Bilag 11.5 Eksempler på kalibrering af grundvandspotentialer Bilag 11.6 Validering af grundvandspotentialer Bilag 11.7 Simulerede og observerede grundvandspotentialer Bilag 13.1 Stokastiske simuleringer Bilag 14.1 Indvindingsoplande Bilag 14.2 Stokastiske indvindingsoplande Bilag 14.3 Stokastiske grundvandsdannende oplande Bilag 14.4 Endelige oplande til vandværker Bilag 14.5 Oplande til vandværker, afværgeanlæg og motorvejsafdræning Bilag 14.6 Scenarium: Lukning af afværgeboringer Bilag 14.7 Opland til motorvejsafdræning 6 / 93

7 1 RESUME Der er opstillet en integreret hydrologisk MIKE SHE model for kortlægningsområdet Tårnby-Dragør. Modellen er kalibreret dynamisk ved hjælp af autokalibreringsværktøjet Autocal. Efterfølgende er der udført beregninger af indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande. Der er udført i alt 25 scenariekørsler, som en del af den stokastiske analyse, samt to scenarier, hvor der ændres på indvindingen. De forskellige scenarier indbefatter: 25 scenarier, hvor der anvendes statistisk set næsten lige gode modelkalibreringer (stokastisk analyse på udvalgte parameterværdier) Et scenarie, hvor der lukkes for afværgeboringer Et scenarie, hvor der lukkes for både afværge- og vandindvindingsboringer Modellen er opstillet i to forskellige grid-størrelser, henholdsvis et 100 m grid og et 50 m grid. 100 m grid-modellen er blevet brugt til kalibrering med Autocal. Efterfølgende er modellen nedskaleret til 50 m grid til detailanalyser og scenarieberegninger. Oprindelig var det meningen at anvende drænoplande svarende til de kloakerede regnvandsoplande til at beskrive den overfladiske afstrømning fra befæstede flader. Under kalibreringen blev denne konceptuelle model imidlertid forkastet, idet det ikke var muligt at kalibrere modellen tilfredsstillende mht. både potentialer og drænafstrømning fra motorvejen. Desuden er modelområdet udvidet i forhold til modellen inden modelrevisionen, idet det skulle sikres, at oplandene ikke er påvirket af modelranden. Det blev således forsøgt at anvende MIKE SHE s paved area runoff -tilgang til at beskrive afstrømningen fra de befæstede arealer. Alle kombinationsmuligheder til eksklusion af drænstrømning og inklusion af afstrømning fra de befæstede arealer til de kunstige vandløb blev forsøgt, men det var ikke muligt kun at få afledt afstrømningen fra de befæstede arealer uden også at få en masse drænstrømning med. I stedet blev der til sidst foretaget en reduktion i nedbøren for de befæstede arealer. Ikke-befæstede områder tilføres 100% af nedbøren, mens områder med en befæstelse på 0-10% tilføres 90% af nedbøren, 10-20% befæstelse tilføres 80% af nedbøren osv. I områder med en befæstelse på % tilføres 10% af nedbøren, dvs. nedbøren fjernes ikke helt i nogen områder. Det overskydende vand på terræn (det, der ikke løber direkte til kloakken) håndteres korrekt ved anvendelse af parameteren Allow paved routing of detention storage, så der kan ske en overfladisk afstrømning af vand på terræn. Ved den nye konceptuelle model er det imidlertid kun Hovedgrøften, der dræner til vandløb, mens de øvrige områder dræner direkte til randen via MIKE SHE drænmodul (drændybder og dræntidskonstanter). 7 / 93

8 2 INTRODUKTION Som en del af Naturstyrelsens afgiftsfinansierede grundvandskortlægning er der opstillet en hydrologisk model for vandværkerne i Tårnby-Dragør kortlægningsområde. Arealet af modelområdet er 78 km 2 og er vist på Figur 2-1. Modelranden er valgt således, at den så vidt muligt følger naturlige hydrologiske grænser som f.eks. kyst, grundvandsskel eller oplandsgrænser for vandløb/grøfter, og så den inkluderer den forventede udbredelse af oplandene til de tre vandværker, der også blev beregnet i Trin 1 kortlægningen /11/, som vist på Figur 2-1. Udover disse tre oplande er der også en række afværgeoppumpninger i området, som er placeret side om side med oplandene til de tre vandværker, og det er derfor også nødvendigt at beregne oplandene til disse afværger. Figur 2-1 Modelområde (orange) samt vandværker for Tårnby-Dragør (gule prikker) med tilhørende oplande fra Trin 1 kortlægningen. 8 / 93

9 Resultaterne af beregningerne skal bl.a. anvendes som en del af grundlaget for udarbejdelse af kommunernes indsatsplaner for beskyttelse af grundvandet. Modellen skal kunne redegøre for følgende forhold: Indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande Grundvandsdannelsen Opad- og nedadrettede gradienter mellem jordoverflade og grundvandsmagasiner mellem de enkelte grundvandsmagasiner Udstrømningsområder på jordoverfladen Vandbalanceforhold Transporttider Arbejdet med den hydrologiske model er udført på baggrund af vejledninger, udarbejdet til den afgiftsfinansierede grundvandskortlægning. Disse vejledninger inkluderer: Geovejledning nr. 7 God praksis i hydrologisk modellering /1/ Geovejledning nr. 2 - Udpegning af indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande /2/ Håndbog i grundvandsmodellering /3/ 9 / 93

10 3 DATAGRUNDLAG OG KONCEPTUEL MODEL Modellen er opbygget af en lang række af data modtaget eller indhentet fra forskellige kilder. Tabel 3-1 giver et overblik over datagrundlaget, detaljeringsgraden og de enkelte datatypers oprindelse. Alle data er georefereret i UTM32 Euref89/ETRS89 og kotesystemet er DVR90. Tabel 3-1 Datagrundlag for modelopbygning. Digitale dataset Detaljeringsgrad Dataoprindelse Nedbør 10 x 10 km Dagligt korrigerede DMI/GEUS, modtaget fra Naturstyrelsen Potentiel fordampning 20 x 20 km DMI/GEUS, modtaget fra Naturstyrelsen Temperatur 20 x 20 km DMI/GEUS, modtaget fra Naturstyrelsen Højdemodel 10 x 10 m grid, modellen anvender dog 50 m som mindste grid Geodatastyrelsen Arealanvendelse, landbrugsafgrøde 25 x 25 m Amager-modellen, /7/ Jordklassificering 25 x 25 m Amager-modellen, de oprindelige data fra GEUS, modtaget fra NST Magasinspecifikke potentialekort 1 m ækvidistance Orbicon (Region H potentialekort) Indvindingstidsserier for diverse vandværker og anden indvinding Årsværdier GEUS, Jupiter Pejletidsserier Varierende GEUS, Jupiter, Rambøll, Orbicon, Sund & Bælt Befæstelsesgrader og drændybder 50 x 50 m MIKE URBAN-modeller fra Tårnby Forsyning, CPH Lufthavn A/S, HOFOR Gridflader og tolkningspunkter fra hydrostratigrafisk model 100 m grid Orbicon Amager-modellen Model i 100 x 100 meter grid Rambøll 3.1 Processer og datakrav Modellens overordnede mål er at beregne indvindings- og grundvandsdannende oplande for vandværkerne i kortlægningsområdet. For at opnå så præcise og retvisende oplande som muligt, er der valgt at opstille en integreret hydrologisk model, der beskriver hele det hydrologiske kredsløb. Grunden til at der vælges en hydrologisk model er, at de forskellige komponenter i vandkredsløbet erfaringsmæssigt indvirker på hinanden. 10 / 93

11 De forskellige processer, der antages at være nødvendige for opstilling af en hydrologisk model er: Nedbør og potentiel fordampning Overfladeafstrømning i søer og vandløb, herunder udledning fra renseanlæg Arealanvendelse (differentieret fordampning) Umættet zone strømning differentieret på jordtyper Grundvandsstrømning i magasiner og lerlag Indvinding fra vandværker og andre indvindere Desuden kræver det målte data at kalibrere og verificere modellen: Pejledata o Enkeltmålinger til bestemmelse af niveauet o Tidsserier til bestemmelse af dynamik samt sæson- og årsvariation Synkronpejlerunder af grundvandsspejlet i de forskellige magasiner Evt. vandføringsdata i vandløb (tidsserier) Evt. vandstandsdata i søer Evt. synkronmålinger af sommervandføring Evt. aldersdateringer af grundvand til sammenligning med resultater fra partikelbaneberegninger i oplandsbestemmelsen Datakravet til fladekort osv. er en opløsning på minimum 100 x 100 m, idet det er den diskretisering de endelige beregninger af oplande som minimum skal foretages i. Da Tårnby-Dragør modelområdet kun er 78 km 2, kan de endelige oplande i stedet laves i et 50 x 50 m grid. Datakravet til de drivende klimaparametre (temperatur, potentiel fordampning og nedbør) er daglige værdier, mens det for vandindvinding og udledning fra renseanlæg vurderes tilstrækkeligt at anvende årlige værdier. Ved en finere tidslig opløsning af indvindingen, ville muligheden for at anvende pejlinger tæt på eller i indvindingsboringer øges, men ofte findes indvindingsdata kun på årsbasis. Datakravet til måledata er en god rumlig dækning af f.eks. pejledata samt tidsserier, der dækker både kalibrerings- og valideringsperioden. For pejledata vurderes månedlige data at være det optimale, men typisk findes data ikke i så fin tidslig opløsning. Der findes dog enkelte dataloggere, der har registreret grundvandsstanden kontinuerligt. Nedbøren ligger skønsmæssigt på omkring 700 mm/år, heraf udgør fordampningen typisk 2/3, dvs. nettonedbøren vurderes at ligge omkring 200 mm/år. 3.2 Vurdering af datatilgængelighed Datatilgængeligheden er udførligt beskrevet i Trin 1 rapporten for Tårnby-Dragør /11/, og det vurderes, at der er tilstrækkeligt med data til at opstille og kalibrere en hydrologisk model for området. 11 / 93

12 3.3 Modelstruktur for det hydrologiske system Modelområdet på 78 km 2 varierer fra omkring kote 8 m midt på Amager til kote -3 m på det inddæmmede areal på Vestamager. Dertil kommer menneskeskabte jord- og støjvolde på op til kote 18 m. Den overordnede vandstrømning foregår mod øst og syd til Øresund. Ved modeiranden mod Øresund (syd og øst) forventes grundvandsspejlet at være tæt ved kote 0 m for de forskellige lag, mens der kan forventes en no-flow randbetingelse for de øvre modellag mod vest og nord. For kalken anvendes en åben rand mod vest og nord, da randen her ikke følger kystlinjen. Amagers vestlige del er drænet og store dele ligger under havniveau, så en inkludering af Amager helt ud til Kalveboderne er derfor ikke foretaget i modellen. Desuden viste de foreløbige resultater, at indvindingsoplandene ikke strækker sig helt ud til Amagers vestkyst, og den nye geologiske model /4/ inkluderer heller ikke Amagers vestligste del. I stedet kan naturområdet Vestamager benyttes som vestlig modelrand med et dynamisk (tidsvarierende) potentiale i kalken. Pga. det flade landskab, vil grundvandstrømningen desuden være styret af de større indvindinger og dræning til grøfter og kloaknettet. Den overordnede vandbalance for området viser, at der årligt indvindes ca. 2 mio. m 3 (hertil kommer dræning i forbindelse med Øresundsforbindelsens landanlæg og motorvejen, der er i størrelsesorden 1-1,6 mio. m 3 /år). Til sammenligning udgør nettonedbøren i området ca. 12 mio. m 3 om året. 3.4 Hydrostratigrafisk model Baseret på den geologiske tolkning af geofysik og geologi er der udarbejdet en hydrostratigrafisk model, der er udførligt beskrevet andetsteds /4/. Den hydrostratigrafiske model er udført i hele modelområdet for Tårnby-Dragør, og består af fem geologiske lag. I den hydrologiske model er det nederste kalklag, skrivekridtet, imidlertid udeladt af modellen, idet laget ikke har betydning for indvindingen i området. De resterende fire modellag er beskrevet i Tabel 3-2. Rambøll har desuden udarbejdet en ny zonering af transmissiviteten i kalken baseret på en række nye boringer, og denne zonering vil blive benyttet i modellen. 12 / 93

13 Tabel 3-2 Hydrostratigrafisk model. Alder Hydrostratigrafiske lag Bemærkninger Magasin Kvartær Kvartært Ler 1 Moræneler, fyld, vekslende med tynde sandlag - Kvartært Sand 1 Smeltevandssand KS1 Danien Kalksandskalk Kalk KSK1 Bryozokalk Bryozokalk BK2 3.5 Vurdering af troværdighed Den hydrostratigrafiske model er opstillet af Orbicon og udførligt beskrevet i en selvstændig rapport /4/. Modellen er kvalitetssikret både internt og eksternt og godkendt af Naturstyrelsen. 3.6 Valg af modelkode Valget af modelkode er en hydrologisk, integreret MIKE SHE model, der er anvendt i lignende opgaver for Naturstyrelsen til bestemmelse af oplande. Erfaringsmæssigt giver det god mening at anvende en veldokumenteret og gennemtestet modelkode, der samtidig indeholder de processer, som anses for nødvendige at inkludere i en hydrologisk model. I lignende opgaver anvendes ofte en MIKE 11 vandløbsmodel til at beskrive vandføringen i vandløb, og som er koblet til MIKE SHE. I denne rapport er vandløbsmodellen begrænset til at inkludere Hovedgrøften i Dragør, som Orbicon har opstillet i forbindelse med et projekt for Dragør Kommune /16/. Hovedgrøften har opmålte tværsnit, men ingen vandløbsstationer at kalibrere vandføringen op mod. De øvrige områder af modellen dræner til randen. Desuden virker afdræningen fra Øresundsforbindelsens landanlæg som et vandløb. 3.7 Rapportering og review Der udarbejdes en levende rapport, som gennem hele projektforløbet revideres og kvalitetssikres internt såvel som eksternt (GEUS, Naturstyrelsen og følgegruppen til Tårnby-Dragør kortlægningen). 13 / 93

14 4 MODELOMRÅDE OG RANDBETINGELSER Modelområdet for Tårnby-Dragør ligger på Amager i Københavns, Tårnby og Dragør kommuner, jf. Figur 4-1. Modelområdet er 78 km 2 stort. De vandværksboringer, der skal beregnes oplande for, er vist i Tabel 4-1 og Figur 4-1. Desuden skal der beregnes oplande for afværgeanlæg i området, da de indvirker på vandværkernes oplande, og i nogle tilfælde kæmper om det samme vand. Figur 4-1 Modelområde samt aktive indvindingsboringer for Tårnby-Dragør modelområde. 14 / 93

15 Tabel 4-1 Aktive vandværker og anlæg indenfor modelområdet, hvor der skal beregnes oplande. Vandværk Anlæg Tilladt indvinding (m 3 /år) Tårnby Vandværk * Dragør Vandværk St. Magleby Vandværk Icopal afværgeanlæg Tårnby Hovedbibliotek afværgeanlæg Lufthavnen syd afværgeanlæg Øresundsforbindelsens landanlæg ~ ** * Op til 1 mio. m 3 /år, såfremt Tårnby Forsyning ikke afsænker til et lavere niveau end målt i efteråret ** Årlig dræning fra landanlægget som varierer fra år til år Københavns Lufthavns kølingsanlæg med grundvand (ATES-anlæg) har desuden tilladelse til oppumpning og recirkulering af 2,0 mio. m 3 /år, /11/, hvilket ikke er medregnet i modellen. Det skyldes, at der er tale om et system af boringer, der dels ligger tæt ved randen til Øresund (og langt fra de øvrige indvindinger) og dels at der er tale om et lukket kredsløb, idet der pumpes lige så meget vand ned, som der pumpes op. 4.1 Randbetingelser De to øverste modellag: kvartært ler og kvartært sand De anvendte randbetingelser i modellag 1 og 2 er vist i Figur 4-2. Mod øst og syd benyttes en fastholdt trykrandbetingelse i kote 0 m svarende til vandspejlet i Øresund (punkt 1-2). Der benyttes en no flow-randbetingelse mod vest og nord (punkt 2-1). Den vestlige del af modelranden fra Kongelunden gennem Vestamager følger ikke en bestemt rand, men er mere et udtryk for en afgrænsning af modelområdet på baggrund af de geologiske data. No-flow-randen i det kvatære ler (lag 1) kan i princippet lægges hvor som helst, og det kvartære sand (lag 2) er stort set ikke til stede på Vestamager. Derfor vurderes det acceptabelt at placere den vestlige rand på Vestamager. Øresundsforbindelsen står desuden for en større dræning på mellem 1,0 og 1,6 mio. m 3 pr. år. I modellen er dette simuleret med en intern randbetingelse (fixed head drain) i de to øverste modellag, dvs. grundvandsspejlet sænkes til en given kote, hvorved vandet drænes bort (ud af modellen). Koten, der afsænkes til, varierer fra kote -7 m til kote +2 m langs Øresundsforbindelsens landanlæg og motorvejen (se Figur 11-1). 15 / 93

16 Figur 4-2 Randbeingelser i de øvre kvartære lag med fastholdt tryk langs kysten (grøn) og en no-flow rand mod vest og nord (grå). De to nederste modellag: kalksandskalk og bryozokalk De anvendte randbetingelser i modellag 3 og 4 er vist i Figur 4-3. Den samme fastholdte trykrandbetingelse ved vandspejlet i kote 0 m for randen langs Øresundskysten benyttes for de to nederste modellag (punkt 1-2 i urets retning). Valget af en fastholdt trykrandbetingelse skyldes, at lagene ikke slutter ved modelranden, og der gives herved mulighed for en vandstrømning ind og ud af området i de dybe magasiner. I den nordlige og vestlige del af Amager benyttes et dynamisk trykniveau på randen (landdelen) af modelområdet (punkt 2-1 i urets retning) udtrukket på månedsbasis for en kørsel med Amager-modellen, der dækker hele Amager. Herved er det muligt at inkludere de ændringer i grundvandspotentialet i kalken, der har været de sidste 20 år som følge af ændringer i afdræningen fra bl.a. Øresundsforbindelsens landanlæg både før, under og efter anlægsfasen. Der benyttes en åben rand for ikke at fastlåse modellen, idet kalkmagasinet rækker længere ud end modelområdet. 16 / 93

17 Figur 4-3 Randbetingelser i modellag 3 og 4 (kalklagene) med fastholdt rand langs kysten og et dynamisk trykniveau på landdelen i vest og nord. Randen er placeret tilstrækkelig langt fra de vandværker, hvor der skal beregnes oplande, så den vurderes ikke at påvirke oplandsberegningerne. Dog kan det ikke udelukkes, at oplandene i praksis strækker sig ud i Øresund, hvilket administrativt håndteres ved at afskære oplandet svarende til kystlinjen. En komplet oversigt over aktive indvindingsboringer i modelområdet fremgår af Bilag Terrænforhold og lagtykkelser Terrænforholdene fremgår af Bilag 4.2, og terrænkoten varierer fra kote -3 m på det inddæmmede areal på Vestamager til kote 8 m omkring midten af modelområdet. Dertil kommer menneskeskabte volde og bakker i op til kote 18 m hovedsagelig støjvolde i forbindelse med lufthavnen. Lagtykkelser for de forskellige lag fremgår af Bilag / 93

18 5 KLIMADATA Der anvendes dynamiske klimadata. Nedbøren i modellen er dagligt korrigeret mht. temperatur og vindhastighed og har en arealdistribueret fordeling i et 10 x 10 km grid. Temperatur og potentiel fordampning har en arealdistribueret fordeling i et 20 x 20 km grid. 5.1 Nedbør Der er anvendt dynamiske nedbørsdata for perioden til i et 10 x 10 km grid. Data er fra DMI, men bearbejdet af GEUS, og der er anvendt dagligt korrigerede nedbørsværdier, som anbefalet af DMI. Der er anvendt i alt fire klimagrids for nedbøren indenfor modelområdet. I alt udspænder klimagriddet for nedbøren et areal på 20 km x 20 km (2 x 2 grids af 20 x 20 km). Et eksempel på en tidsserie af nedbøren fremgår af Figur 5-1. En analyse af nedbørstidsserierne viser, at der i hele perioden falder ca. 730 mm/år. Der en tendens til mere nedbør i sidste halvdel af perioden ( ), hvor den gennemsnitlige nedbør er 754 mm/år mod 703 mm/år i første halvdel af perioden ( ). Det vurderes dog at ligge indenfor den statistiske usikkerhed, og der er på denne baggrund ingen grund til at vælge den ene periode frem for den anden til kalibrering/validering. Figur 5-1 Tidsserie for nedbør. Enhed: mm/dag. 5.2 Temperatur Der er anvendt dynamiske temperaturdata for perioden til i et 10 x 10 km grid (værdierne er dog ens i grids af 20 x 20 km). Der er anvendt et enkelt klimagrid for temperaturen, der dækker hele modelområdet. Et eksempel på en tidsserie af temperaturen fremgår af Figur 5-2. I ca. 9% af tiden er temperaturen under 0 grader Celcius, og eventuel nedbør vil i så fald fald blive magasineret på overfladen som sne. 18 / 93

19 Figur 5-2 Tidsserie for temperatur. Enhed: Celcius. 5.3 Fordampning Der er anvendt samme periode og klimagrids for den potentielle formdampning som for temperaturen, dvs. 20 x 20 km klimagrids og perioden til De forskellige klimagrids viser ikke den store forskel i den potentielle fordampning. Et eksempel på en tidsserie af den potentielle fordampning fremgår af Figur 5-3. Den gennemsnitlige potentielle fordampning er 612 mm/år og varierer mellem 0 og 6 mm/dag. Figur 5-3 Tidsserie for potentiel fordampning. Enhed: mm/dag. Den potentielle fordampning er baseret på Makkink (reference potentiel fordampning). Ifølge /6/ er Makkink formlen kalibreret ud fra data ved Tåstrup på Sjælland. Afgrødekoefficienterne varierer mellem 1,0 og 1,2 og der benyttes samme vegetationsdatabase som i Amager-modellen, /7/. Vegetationsdatabasen er ændret i forhold til DK- 19 / 93

20 modellen, hvor der i Amager-modellen er inkluderet flere vegetationstyper. Der skelnes mellem sand eller fed ler for vårafgrøder, vinterafgrøder og græs. Roddybden er størst i fed ler og mindst i sand. Startværdierne for vegetationsparametrene er fra Amager-modellen, og vil i Tårnby- Dragør modellen indgå i følsomhedsanalysen og evt. den automatiske kalibrering. Såfremt parametrene ikke viser sig at være særlig følsomme, vil der blive benyttet estimerede værdier fra Amager-modellen og/eller DK-modellen. Afgrødekoefficienterne for de forskellige afgrødetyper i modellen fremgår af Tabel 5-1 sammen med bladarealindekset LAI (Leaf Area Index) og roddybden. Bladarealindekset for nåleskov er sat konstant højt for at opnå en større fordampning end fra løvskov og landbrug, hvilket også er foreslået i /6/. Tabel 5-1 Anvendte afgrødekoefficienter, LAI = Leaf Area Index (bladarealindeks) og roddybder. Vegetationstype Afgrødekoef. (-) LAI (-) Roddybde (mm) Vinterafgrøder (hvede) 1,0 1,05 0, Vårafgrøder (byg) 1, Oliefrø (raps) 1, Græs 1, Rodfrugter 1,0 0, (Løv)skov 1,0 0, Nåleskov 1, Vådområder 1, Hav/sø 1, / 93

21 6 AREALANVENDELSE GIS-kort over arealanvendelsen er benyttet til dels at kortlægge vegetationstyperne, hvilket har betydning for fordampningen i modellen og dels kortlægge de befæstede arealer, der har betydning for hvor stor andel af nedbøren, der løber af på overfladen og hvor stor en andel, der infiltrerer. 6.1 Befæstede arealer De befæstede arealer er hentet fra fire MIKE URBAN-modeller, som udgør det meste af området, se Figur 6-1 og Bilag 6.1. De fire modeller er leveret fra henholdsvis HOFOR (København og Dragør kommune), Tårnby vandforsyning (Tårnby kommune) og CPH Lufthavn A/S omkring lufthavnens arealer. Figur 6-1 Udbredelse af MIKE URBAN-modeller (farvede arealer) inden for modelområdet (orange linje). 21 / 93

22 Hvor de fire MIKE URBAN modeller ikke dækker modelområdet, benyttes en opgørelse efter AIS-data (arealanvendelse) baseret på tidligere projekter, /8/, /9/ og /10/, hvor den såkaldte LUA-type (Land Use Area) er tildelt en befæstelsesgrad. Befæstelsesgraderne herfra er vist i Tabel 6-1. Alle andre arealtyper har en befæstelsesgrad på 0%. Befæstelsen er blandt andet benyttet i den nordvestlige del af modelområdet, hvor MIKE URBAN-modellerne ikke dækker. I den sydligste del af modelområdet er der ingen MIKE URBAN modeller og stort set ingen befæstigelse, og befæstelsesgraderne er derfor sat til nul. Det drejer sig om landlige områder, hvor der kun er få veje og bygninger, men ellers udgøres af markarealer. Tabel 6-1 Befæstelsesgrader for forskellige arealanvendelser i områder, hvor der ikke er opstillet MIKE UR- BAN modeller. LUA-type Anvendelse Befæstelsesgrad (%) 1100 Befæstet område Bykerne Lav bebyggelse Høj bebyggelse Åben bebyggelse Bebyggelse i åbent land Industri Motorvej Motortrafikvej Vej > 6 m Vej 3-6 m Jernbane Bro Dæmning Lufthavn Landingsbane Råstofområde Teknisk areal Kirkegård Sportsanlæg Rekreativt område Uklassificeret / 93

23 Befæstelsesgraderne i MIKE URBAN er specificeret ned på matrikelniveau, og for Tårnby-modellen er matriklerne groft opdelt efter befæstelsestype (f.eks. tag, have). På Figur 6-2 ses et udsnit fra MIKE URBAN-modellen for Tårnby. Befæstelsesgraderne er midlet over et 50 x 50 m grid til MIKE SHE modellen. Hvor befæstelsesgraderne fra tidligere MIKE SHE modeller anvendes, svarer nøjagtigheden til det oprindelige 100 x 100 m grid. Figur 6-2 Udsnit fra MIKE URBAN-modellen Tårnby, hvor opdelingen af befæstede arealer ses. Der er på de befæstede arealer benyttet en reduktion af nedbøren (se afsnit 10.2) og en ekstra parameter (allow paved routing of detention storage). Magasinering på terræn (detention storage) er sat til 2 mm. Estimeringen af befæstelsesgraden har betydning for den overfladiske afstrømning i vandbalancen, og de indledende modelberegninger viser, at overfladeafstrømning inden for området udgør en forholdsvis lille del af nettonedbøren (ca. 7%). Overfladeafstrømning ud af modelområdet inkluderer kun bidraget fra Hovedgrøften, og ikke strømning til kloakker, der i stedet fjernes direkte i nedbøren. Drænafstrøming ud af modelområdet står for ca. 69% af nettonedbøren ifølge vandbalancen i kapitel Fordeling af arealanvendelse Arealanvendelsen er detaljeret beskrevet i Amager-modellen, og der er derfor ikke ændret på denne i forbindelse med opstillingen af Tårnby-Dragør modellen. Specifikt for dette kortlægningsområde er fordelingen af arealanvendelsen som anført i Tabel 6-2. Bilag 6.2 viser den rumlige fordeling af arealanvendelsen i modelområdet. 23 / 93

24 Tabel 6-2 Arealanvendelse i Tårnby-Dragør modelområde. Arealanvendelse Andel (%) Vinterafgrøde 0,89 Vårafgrøde 4,2 Permanent græs 50,8 Oliefrø 0,02 Græs 1,8 Rodfrugter 1,1 Hav 0,42 Vårafgrøde (sand) 0,69 Permanent græs (sand) 24,2 Permanent græs (fed ler) 3,9 Løvskov 2,2 Nåleskov 3,5 Vådområde 0,70 Sø 4,7 Som det fremgår af tabellen er langt den overvejende del (ca. 79%) af modelområdet dækket af permanent græs. Denne arealanvendelsestype dækker desuden over by, som i andre modeller har en selvstændig type. Typisk er parametrene for de to typer dog relativt ens, og de er derfor slået sammen til en type i denne model. Landbrugsafgrøderne, der inkluderer vinterafgrøder, vårafgrøder og permanent græs er desuden opdelt i jordtyper såsom sand, ler og fed ler, idet roddybden typisk er større ved mere lerede jordarter. 6.3 Umættet zone Den umættede zone (UZ) er i modellen beskrevet ved 2-layer metoden, som også er anvendt i DK-modellen og Amager-modellen. Denne metode er forholdsvis enkel og beregningsmæssig hurtigere end de mere avancerede UZ-løsningsalgoritmer som Gravity Flow og Richard s ligning. 2-layer metoden er oprindelig udviklet til vådområdemodellering, og er ikke nødvendigvis den bedst egnede til lerede jorde med kapillaritet (som Richard s ligning beskriver). I DK-modellen er 2-layer metoden imidlertid anvendt med succes og er samtidig den bedste løsning, hvis en acceptabel beregningstid skal opnås i autokalibreringen. Der er anvendt jordartskort og jordbundsklassificering til at tematisere et grid i 25 x 25 m for den umættede zone i klasser af forskellige jordtyper. Jordartskortet er opdelt i jordartstyper som vist i Tabel 6-3 viser jordtyper i modelområdet. 24 / 93

25 Tabel 6-3 Jordtyper anvendt i modellen. Jordtype Andel (%) Moræneler (middel) på ler 26,3 Ler på ler 4,0 Tørv/gytje på ler 0,05 Fint sand på ler 9,8 Grov sand på ler 14,2 Ukendt på ler 19,6 Moræneler (middel) på sand 17,8 Ler på sand 1,0 Tørv/gytje på sand 0,13 Fint sand på sand 1,4 Grov sand på sand 3,3 Ukendt på sand 2,5 De benyttede startværdier for UZ-parametrene er vist i Tabel 6-4 og stammer fra Amager-modellen. Disse parametre vil indgå i følsomhedsanalysen og, hvis de er følsomme, i den efterfølgende autokalibrering. 25 / 93

26 Tabel 6-4 UZ-parametre anvendt i modellen til beskrivelse af retentionsforhold. Vandindhold θs ved mætning (Saturation), markkapacitet (Field Capacity, θfc) og visnepunkt (Wilting Point, θwp) samt mættet hydraulisk ledningsevne, Ks. Jordtype Θs (-) Θfc (-) Θwp (-) Ks (10-6 m/s) ML (middel) på ler 0,386 0,2629 0,0818 4,1 Ler på ler 0,386 0,2792 0,1070 3,8 Tørv/gytje på ler 0,400 0,3294 0, ,4 Fint sand på ler 0,420 0,2562 0,0606 6,9 Grov sand på ler 0,412 0,2142 0,0363 9,7 Ukendt på ler 0,338 0,2367 0,0827 1,7 ML (middel) på sand 0,386 0,2629 0, ,6 Ler på sand 0,386 0,2792 0,1070 3,8 Tørv/gytje på sand 0,400 0,3294 0, ,8 Fint sand på sand 0,420 0,2562 0,0606 6,9 Grov sand på sand 0,412 0,2142 0,0363 9,7 Ukendt på sand 0,354 0,2008 0,0444 3,0 Foruden jordarterne er den umættede zone beskrevet ved hjælp af ET-surface depth. ET-surface depth beskriver kapillareffekten og er distribuereret efter sand og ler. For sandjorde er ET-surface depth tildelt en startværdi på 0,2 m og for lerjorde en værdi på 0,5 m. Også denne parameter indgår i den automatiske kalibrering. 26 / 93

27 7 GRUNDVANDSINDVINDING Der er indhentet indvindingstidsserier fra GEUS s Jupiter database for perioden 1990 og frem til og med Der er ingen nedre grænse for indvindingens størrelse, dvs. samtlige indvindinger, der er indrapporteret til Jupiter, er inkluderet i modellen. I alt er der fundet 61 indvindingsboringer indenfor Tårnby-Dragør modelområdet, jf. Bilag 4.1. Der er flere typer af indvindinger: Indvindinger tilknyttet et af tre vandværker indenfor kortlægningsområdet Andre indvindinger (private anlæg, gartnerier, afværgeanlæg, industri osv.) Den årlige vandindvinding i Tårnby-Dragør modelområde var i 1990 knap 2,0 mio. m 3 /år og har holdt sig rimelig stabilt i intervallet 1,8-2,2 mio. m 3 /år. I 2013 var vandindvindingen faldet til ca. 1,6 mio. m 3 /år, jf. Figur 7-1. Den årlige indvinding er eksklusiv Øresundsforbindelsens landanlæg, som via afdræning bortleder mellem 1 og 1,6 mio. m 3 /år. Figur 7-1 Årlig indvinding i Tårnby-Dragør modelområde ekslusiv Øresundsforbindelsens landanlæg. Københavns Lufthavns ATES-anlæg har desuden tilladelse til oppumpning og recirkulering af grundvand på op til 2,0 mio. m 3 /år, hvilket ikke er med i modellen, da der er tale om et lukket kredsløb, hvor den oppumpede vandmængde modsvares af en tilsvarende re-injektion af vand. Derudover forventer Naviair at etablere et ATES-anlæg på to dipoler med maksimalt m 3 /år. Dette anlæg forventes at anvende det ferske vand til køling idet boringerne ikke går dybere end 40 m. Dette anlæg er imidlertid heller ikke nødvendigt at inkludere i evt. fremtidige modeller, med mindre det påvirker grundvandspotentialet i nærheden af de eksisterende vandværksboringer. 27 / 93

28 HOFOR, Region Hovedstaden, Sund & Bælt samt Tårnby og Dragør kommuner er blevet kontaktet for at kontrollere indvindingsdata, og fejl og mangler er efterfølgende blevet rettet. Orbicon har i forvejen god kontakt til Tårnby Vandværk, så indvindinger for dette vandværk er kvalitetssikret internt i Orbicon. Der er en del uoverensstemmelser mellem Jupiter og de faktiske indvindinger, specielt for afværgeanlæg, så her var det nødvendigt med en henvendelse til de rette myndigheder. De aktive boringer fremgår af Figur 7-2. Figur 7-2 Aktive vandværks- og afværgeboringer, der skal beregnes oplande for (hhv. gule og blå punkter) i Tårnby-Dragør modelområde. De røde punkter er andre aktive indvindingsboringer. 28 / 93

29 Generelt er sløjfningsdatoer for indvindingsboringer forsøgt fundet i de tilfælde, hvor de mangler. Dette er af betydning for fordelingen af indvindingen for de forskellige kildepladser, idet indvindingen fordeles ligeligt på de aktive boringer. Hvis boringerne ligger tæt (måske endda indenfor samme modelgrid) betyder sløjfningsdatoen mindre, mens det kan have en betydning i simuleringen af de historiske forhold, hvis boringerne ligger spredt (flere gridcellers afstand). Sløjfningsdatoer har ingen betydning for beregning af oplande, der beregnes på baggrund af den tilladte indvinding, idet kun aktive boringer indgår. For Tårnby Vandværk er fordelingen på boringsniveau vist i Tabel 7-1. Den indbyrdes fordeling mellem boringerne varierer en anelse fra år til år. Tabel 7-1 Fordeling på boringsniveau for Tårnby Vandværk. Kilde: Tårnby Vandforsyning. Boring DGU Nr. Middelfordeling (%) Fordeling 2013 (%) BJ ,7 15,3 BJ ,2 15,4 BJ ,0 7,5 C ,3 12,3 GA ,1 5,1 GA ,6 3,8 Suhrs B 7,5 8,3 LU ,1 8,0 LU ,7 13,6 LU ,6 10,6 Indvindingen fordeles ligeligt på de aktive boringer for Dragør og St. Magleby Vandværk, idet det ikke er lykkedes at skaffe historiske data på boringsniveau. Til gengæld vil scenariet med de tilladte indvindingsmængder kunne baseres på den i Tabel 7-2 viste fordeling på boringsniveau, som HOFOR har oplyst for Som det fremgår af tabellen opgøres den samlede indvinding for både Dragør og St. Magleby Vandværk. 29 / 93

30 Tabel 7-2 Fordeling på boringsniveau for Dragør og St. Magleby vandværker. Kilde: HOFOR. Boring DGU Nr. Indvinding 2013 (m 3 ) Fordeling 2013 (%) , , , , , , , , , ,6 De tre vandværker udgør størstedelen (85%) af den samlede indvinding i modelområdet (når der ses bort fra dræning og bortledning af vand fra Øresundsforbindelsens landanlæg), og vandet forsvinder derfor ud af modellen, når det pumpes op. En del af vandet kommer i princippet tilbage i modellen i form af udledninger fra renseanlæg, men da dette vand ledes direkte til Øresund, er det rimeligt at antage, at vandet forsvinder ud af modellen. Afværgeanlæg (eksklusiv Øresundsforbindelsens landanlæg) står for knap 15% af den indvundne vandmængde i perioden Der tages ikke hensyn til, at en del af vandet fra gartnerier og markvanding tilføres jorden, idet det antages at udgøre en forholdsvis lille andel af den samlede vandbalance (< 0,6% + evt. en mindre andel af indvindingen fra vandværkerne). De helt lokale afsænkninger, der forekommer i indvindingsboringer, kan ikke genskabes med en model, der benytter en diskretisering på 100 x 100 m eller 50 x 50 m, men kun tilnærmelsesvist beskrives ved et lavere grundvandsspejl i et større område omkring indvindingsboringerne. 30 / 93

31 8 PEJLINGER OG POTENTIALEFORHOLD 8.1 Pejlinger Pejlinger af grundvandspotentialet kommer fra fire kilder, hvor af de to første i Tabel 8-1 er anvendt i den første udgave af projektet, og de to sidste er lagt til i den reviderede udgave. Flere af pejleboringerne, og de tilhørende indtag, går igen kilderne imellem. Pejletidsserierne omfatter 121 pejleboringer i området med data inden for årene , hvoraf 10 boringer har 2-4 indtag. Det totale antal pejletidsserier i modelområdet er 147. Pejleboringernes indtagsdybde er fundet i Jupiter. Hvis dybden ikke er angivet, antages indtaget at ligge i kalken. 11 boringer har dataloggere med mange pejlinger i hver tidsserie. I forbindelse med kalibreringen er der behov for en kritisk udvælgelse af egnede pejleboringer. Det er vigtigt, at tidsserierne er så lange som muligt. Det optimale vil være, hvis pejletidsserien dækker både kalibrerings- og valideringsperioden med ugentlige eller månedlige værdier for at beskrive den årlige variation. Et andet krav er, at pejletidsserien ikke er væsentligt påvirket af indvindingsboringer (eller selv er en aktiv indvindingsboring). I praksis findes meget få pejletidsserier af denne karakter, så det er ofte nødvendigt at gå på kompromis for at få området dækket nogenlunde ind, så der ikke er store områder uden en eneste pejleboring. Vi har valgt at vurdere pejletidsserier efter følgende kriterier: En pejletidsserie skal have mindst to pejlinger. En boring med en enkelt pejling kan naturligvis godt være korrekt, men så er der ofte tale om en måling, da boringen blev etableret, hvilket typisk er udenfor simuleringsperioden i denne opgave. Der er dog inkluderet tre boringer med kun én pejling i datatynde områder. Pejleboringer benyttes ikke, hvis der er for stor påvirkning fra nærliggende oppumpninger (over 7 m forskel på pejlinger som udgangspunkt). Mere end 7 meters forskel kan desuden skyldes et stort filtertab i boringen. Pejleboringer benyttes ikke, hvis forskellige vandstande er registreret til samme tidspunkt, og hvis der ellers ikke foreligger en ensartet pejletidsserie pga. få målinger i serien, så outliers kan sorteres fra. Hvis indtagets dybde ikke er angivet i Jupiter, og hvis lagstrukturen (og dybden af kalken) er Jupiter ukendt, sorteres pejleboringen fra. Blandt disse pejleboringer er boringer i datatynde områder dog inkluderet, hvis boringsdybden kendes, idet det er antaget, at filteret sidder i bunden af boringen. Hvis der blot er tale om enkelte outliers i en ellers god pejletidsserie, fjernes outliers. Udtrækket fra Jupiter omfatter omkring boringer, hvoraf der er valgt 147 pejletidsserier ud efter kriterierne listet ovenfor. Kilderne for pejledata er givet i Tabel 8-1, hvor de to første kilder er anvendt til den forrige udgave af modellen, og alle fire kilder 31 / 93

32 er anvendt til den nyeste udgave. Hovedparten af de udvalgte pejleboringer fra Jupiter har kun 2-3 målinger i tidsserierne. De er primært fordelt omkring Kastrup/Tårnby og Dragør. Fra Rambølls Amager-model er der seks pejletidsserier, der har monitoreret grundvandsspejlet månedligt i perioden og dagligt i perioden De ligger alle i Tårnby mellem motorvejen og lufthavnens arealer. I forhold til pejletidsserierne fra Jupiter er de seks serier lange, hvilket giver mulighed for simulering af vandspejlsdynamikken. Orbicons data fra årlige pejlerunder for Tårnby Forsyning indeholder pejlinger i årene Data herfra dækker bl.a. modellens ellers datatynde områder. Hver pejletidsserie indeholder 1-14 pejlinger, og godt halvdelen af dem tilføjer ekstra pejledata til eksisterende pejletidsserier. I forbindelse med anlæg og drift af motorvejen har Rambøll foretaget datalogning og manuel pejling. Pejletidsserier fra datalogningen rummer monitering af grundvandsspejlet seks gange dagligt i forskellige perioder mellem Hver af disse pejleserier indeholder op til pejlinger og er alle placeret på den nordøstlige del af lufthavnens arealer. Tabel 8-1 Datakilder for pejletidsserier. Datakilder Pejletidsserier Jupiter standardudtræk 106 Rambølls Amagermodel, dataloggere 6 Orbicon, årlig pejlerunde for Tårnby Forsyning 74 Sund & Bælts manuelle pejlinger og dataloggere i forbindelse med anlæg og drift af motorvejen og Ørestad 30 Flere af datakilderne i Tabel 8-1 indeholder enkelte pejletidsserier for samme boringer og indtag. Disse pejletidsserier er sat sammen, hvorfor antallet af pejletidsserier i Tabel 8-1 er højere end det anvendte antal pejletidsserier. På Figur 8-1 (og Bilag 8.1) ses placeringen af de 121 valgte pejleboringer (med i alt 147 pejletidsserier idet flere boringer har mere end et filter) i forhold til de aktive indvindingsboringer fra vandværkerne. Som det fremgår af figuren, er en del pejleboringer samtidig indvindingsboringer. Figur 8-1 viser samtlige indvindingsboringer, der er eller har været aktive i løbet af perioden Pejleboringerne ligger primært i to klynger (ved Kastrup/Tårnby og sydøst for lufthavnen), mens der findes store områder med ingen eller få pejleboringer: i Tårnby nord for motorvejen i Dragør i den sydøstlige del af modelområdet 32 / 93

33 på lufthavnens område, primært langs landingsbanerne, der gennemskærer modelområdet i den sydvestlige del af modelområdet Dette vil i nogen grad vanskeliggøre kalibreringen, og modellen vil være mindre troværdig i områder med få pejleboringer. Til gengæld er de anlæg, der skal beregnes oplande for, beliggende i områder med mange pejledata. Figur 8-1 Pejleboringer (sorte trekanter) i forhold til indvindingsboringer (gule punkter). 33 / 93

34 Figur 8-2 viser pejleboringerne opdelt på dem som er anvendt i den tidligere model fra 2014 dem som er anvendt i den tidligere model fra 2014 og er opdateret med nye data de helt nye pejleboringer, hvoraf flere er i datafattige områder, hvor der ikke var pejleboringer tidligere. Figur 8-2 Pejleboringer fordelt på følgende typer: Tidligere: Pejleboringer med data fra tidligere version af modellen (2014). Tidligere m. nye: Pejleboringer med data fra tidligere version af modellen opdateret med nye pejledata fra Sund & Bælt og CPH Lufthavns årlige potentialekort. Nye: Nye pejleboringer kun med nye pejledata fra Sund & Bælt og CPH Lufthavns årlige potentialekort. 34 / 93

35 Bilag 8.2 viser de valgte pejletidsserier sorteret efter dybden af indtaget. Af de 147 udvalgte pejletidsserier er fordelingen som vist i Tabel 8-2. Tabel 8-2 Antal pejletidsserier fordelt på dybden til indtaget. Dybde til pejleboringens indtag Antal pejletidsserier Modellag Antal pejletidsserier < 10 m 45 1 (KL) m 40 2 (KS) m 42 3 (KSK) 72 Over 30 m 20 4 (BK) 34 I alt 147 I alt 147 Bilag 8.3 viser igen de valgte boringer, men denne gang sorteret efter antal pejlinger i tidsserien. Af de 147 udvalgte pejletidsserier er fordelingen som vist i Tabel 8-3. Tabel 8-3 Pejleboringer antal pejlinger i boringen. Antal pejlinger i tidsserien Antal pejletidsserier > I alt Potentialeforhold Til beskrivelse af startbetingelserne for grundvandsspejlet i modellen, er det nødvendigt at kende potentialeforholdene i de kvartære lag og kalken. Der er i denne modelopstilling taget udgangspunkt i samme startvandspejl som i Amager-modellen /7/. Der anvendes samme startvandspejl for de to kalklag, idet det antages, at der er god hydraulisk kontakt mellem de to kalklag. I kalibreringsfasen vil disse startvandspejl evt. blive justeret, hvis de viser sig at være for upræcise specielt i nærheden af randen. Alternativt vil potentialekortet fra Region Hovedstaden, der blev optegnet i 2008, kunne benyttes, /5/. Potentialekort for de kvartære lag og kalken fremgår af Bilag Hydrauliske ledningsevner Ved kalibrering af modellen vil de enkelte lag som udgangspunkt hver blive tildelt en parameterværdi, som vurderes i en følsomhedsanalyse. Følsomhedsanalysen med tilhørende korrelationsmatrice samt autokalibreringen vil vise, om nogle af de hydrauli- 35 / 93

36 ske ledningsevner kan slås sammen, f.eks. kalklagene. Startgættene for de hydrauliske ledningsevner samt magasintal fremgår af Tabel 8-4, mens de endelige værdier vil fremgå af kalibreringen. Det antages, at anisotropien (forholdet mellem horisontal og vertikal hydraulisk ledningsevne) som udgangspunkt er en faktor 2 for det øverste kvartære ler, en faktor 10 for det kvartære sand og en faktor 2 for kalken. Modellen indeholder fire beregningslag svarende til de hydrostratigrafiske lag, idet der ses bort fra skrivekridtet. Tabel 8-4 Startværdier for de hydrauliske parametre. KH = hydraulisk ledningsevne i horisontal retning. KV = hydraulisk ledningsevne i vertikal retning. Sy (specific yield) = magasintal for frit magasin. Ss (specific storage) = magasintal for spændt magasin. Navn KH (m/s) KV (m/s) Sy (-) Ss (m -1 ) KL1 1,0e-06 1,0e-07 0,1-0,2 2e-05 KS1 1,0e-04 1,0e-05 0,2 2e-05 KSK Varierende Varierende 0,02 2e-05 BK Varierende Varierende 0,02 2e-05 De to kalklag (kalksandskalk og bryozokalk) var oprindeligt sat til samme distribuerede kort over de hydrauliske ledningsevner som i Rambølls Amager-model /7/. Som en del af reviewet af dette kortlægningsområde, blev det vurderet, at der var behov for at inkludere de nyeste data for transmissiviteter i området. Som et alternativ til det tidligere distribuerede ledningsevnekort har Rambøll derfor udarbejdet et nyt transmissivitetskort baseret på nye boringer, jf. Figur 8-3. Dette transmissivitetskort er konverteret til distribuerede kort over den hydrauliske ledningsevne, idet lagtykkelsen for de to kalklag er kendt. Det vurderes i en undersøgelse udført af GEUS i 2012 /15/, at 75% af transmissiviteten tilhører kalksandskalken (modellens lag 3) og de resterende 25% tilhører bryozokalken (modellens lag 4), og denne fordeling vil blive anvendt i nærværende model. 36 / 93

37 Figur 8-3 Distribueret transmissvitetskort i kalken (data fra Rambøll, 2015). 37 / 93

38 9 OVERFLADEVAND 9.1 Overfladisk afstrømning Overfladevandssystemet beskrives typisk ved en MIKE 11 vandløbsmodel, der er fuldt integreret med MIKE SHE grundvandsmodellen. På Amager findes imidlertid ingen større vandløb af betydning og ingen målestationer, der registrerer vandstanden i vandløb. Det eneste egentlige vandløb, der er inkluderet i modellen, er derfor Hovedgrøften, der ligger i Dragør Kommune, og som Orbicon tidligere har opstillet en MIKE 11 model for /16/. Modellen er simplificeret, så der ikke regnes på vandstande (kinematic routing), dvs. der beregnes kun en vandføring. Denne vandføring kan som nævnt ovenfor ikke kalibreres mod måledata, men ud fra tidligere beregninger med MIKE 11 modellen af Hovedgrøften, kan vandløbet bruges til en grov validering af afstrømningen fra de landlige områder syd for lufthavnen, jf. Figur 9-1. Figur 9-1 Vandløb i modellen. Hovedgrøften i den sydlige del af området er det eneste rigtige vandløb i modellen. De øvrige "vandløb" kan bortlede regnvandet fra de befæstede områder på overfladen, men i den endelige model er nedbøren reduceret på de befæstede områder i stedet for at bortlede vandet via vandløbene. 38 / 93

39 Hovedgrøften anvender opmålte vandløbstværsnit, mens de fiktive vandløb blot er V-formede tværsnit med en dybde på 1 m. Oprindelig var det meningen at beskrive de regnvandskloakerede områder ved fiktive vandløb, der kunne bortlede regnvandet fra de befæstede områder på overfladen. I den endelige model er nedbøren i stedet blevet reduceret på de befæstede områder, og de fiktive vandløb anvendes ikke. Randbetingelserne i MIKE 11 modellen er et konstant inflow på 1 l/s i de opstrøms ender af hvert vandløb og et konstant vandspejl i kote 0 m i de nedstrøms ender svarende til havniveau. Den overfladiske afstrømning i modellen er desuden beskrevet ved dræning og OLmodulet (Manningtal og magasinering på overfladen samt befæstelsesgraden fra Land Use modulet). Manningtallet er sat til 2 svarende til en ru overflade med stor modstand, og magasinering på terræn (detention storage) er sat til 2 mm. 9.2 Dræn Dræn i modellen er specificeret i MIKE SHE, så der sker en bortledning af vand fra grundvandszonen og ud af modellen. Drænene træder i kraft, når vandstanden i grundvandszonen overstiger drænniveauet, og drænflowet routes herefter til Hovedgrøften. De fiktive vandløb, svarende til de regnvandskloakerede oplande, anvendes ikke i den endelige model. I stedet drænes vandet til randen for de regnvandskloakerede oplande og langs motorvejsdrænet. De benyttede dræn-oplande i modellen fremgår af Figur / 93

40 Figur 9-2 Drænoplande i modellen. Det lyserøde område drænes til Hovedgrøften. De grønne områder dræner direkte til randen. Modelområdet er primært urbant, og kun en mindre del er landbrugsområder, der typisk er drænet. Det forventes, at kloaknettet i forskellig udstrækning virker som dræn. Jo ældre kloaknettet er, jo større risiko er der for, at kloakrørene har revner, brud eller er utætte af andre årsager. Hvor drænende kloaknettet virker, afhænger bl.a. af kloaknettets alder. Kloaknettets alder varierer inden for modelområdet, og det gør den drænende effekt dermed også. Modellens dræneffekt skal grovkalibreres og undersøges nærmere inden den endelige kalibrering, f.eks. ved at skelne mellem dræning fra urbane og rurale områder. Som dræn-input til MIKE SHE-modellen anvendes kloaknettet fra de fire MIKE UR- BAN-modeller (se Figur 9-3). Dybder på kloakbrøndene og dermed kloakrørenes 40 / 93

41 dybder og kystlinjen (med 0 m dybde) er interpoleret ved triangulering til en flade bestående af drændybder. Drændybderne er midlet over modelgitteret. Middeldrændybden er 2,35 m. Den drænende effekt af større drændybder end 3 m forventes at være urealistisk stor, så 3 m er sat til den maksimale drændybde. Ud fra samme ræsonnement er den mindste drændybde sat til 1 m. Marker i den sydlige del af modelområdet har fået drændybder på 1 m som i en standard MIKE SHE-opslætning. Det endelige drænkort som input til MIKE SHE-modellen er vist på Figur 9-4. Figur 9-3 Brønddybder af ca brønde fra fire MIKE URBAN-modeller som input til genereringen af kortet med drændybder. 41 / 93

42 Figur 9-4 Drændybde som input til MIKE SHE-modellen. Dræntidskonstanten, der beskriver, hvor hurtigt vandet drænes til vandløb eller modelrand, er initielt sat til 1e-7 s -1 (svarende til ca. 116 dage), hvor typiske værdier for dræntidskonstanten er mellem 1,0e-8 s -1 og 1,0e-6 s -1. Dræntidskonstanen indgår i den efterfølgende kalibrering af modellen. 42 / 93

43 10 MODELOPSTILLING Modellen er opstillet i 50 m beregningsgrid, og de tilhørende inputfiler er derfor som hovedregel ligeledes udarbejdet i et 50 m grid. Hvis der benyttes et grovere grid, f.eks. 100 m, bliver værdien i de aktuelle celler midlet, så det svarer til den fine opløsning. Hvis der f.eks. beregnes en befæstelsesgrad, hvor tre 50 m grids har værdien 0 og det sidste grid har værdien 80%, bliver den resulterende befæstelsesgrad for 100 m griddet 20%. Modellen kan køres i grid svarende til et helt multiplum af 50 m, dvs. 50 m, 100 m, 200 m osv. Et beregningsgrid på 200 m vurderes dog at være for groft til at det giver meningsfulde resultater for f.eks. oplande og vandbalancer, og desuden vil samme kalibreringsniveau ikke kunne forventes pga. skalaafhængige parametre. I den automatiske kalibrering (se næste afsnit) anvendes et 100 m grid for at reducere beregningstiden i forhold til et 50 m grid. De endelige oplande udarbejdes i et 50 m grid, idet der ikke vurderes at være afgørende skalaafhængige forskelle fra 50 m til 100 m. Dette er en almindelig benyttet praksis, og har bl.a. været anvendt på lignende opgaver for Naturstyrelsen (Nord- og Sydfyn, Gribskov-Fredensborg og Herlev-Glostrup). Modellen indeholder fire beregningslag svarende til den hydrostratigrafiske model. Beregningstiden for kalibreringsperioden er ca. 12 min. med et grid på 50 x 50 m og ca. 3 min. med et grid på 100 x 100 m, hvilket gør modellen velegnet til den automatiske kalibrering Ny zonering af transmissiviteter Vandbalancen for de indledende beregninger er foretaget med Rambølls nye zonering af transmissiviteter (jf. Figur 8-3), som det i samråd med NST blev besluttet at arbejde videre med fremfor den tidligere zonering i Amager-modellen /7/. Figur 10-1 viser vandbalancen for perioden , hvor er brugt som opvarmning af modellen. 43 / 93

44 Figur 10-1 Indledende vandbalance for perioden med de nye transmissiviteter udarbejdet af Rambøll. Enhed: mm/år. OBS: Denne vandbalance er inden reduktion af nedbøren i de befæstede områder. Som det fremgår af figuren er nettonedbøren i gennemsnit = 331 mm/år, hvoraf størstedelen strømmer af overfladisk i kloaksystemer m.v. Indvindingen udgør 66 mm/år, svarende til ca. 20% af nettonedbøren. Der er desuden et drænflow til randen på 40 mm/år eller ca. 12% af nettonedbøren. Desuden ses en randstrømning i grundvandszonen, hvor der primært er indstrømning i de to nederste lag (kalken) og udstrømning i de øverste (kvartære) lag. Dette virker troværdigt idet der i området sker 44 / 93

45 en stor indvinding på grænsen til mining, dvs. der over en længere årrække vil være en risiko for saltvandsindtrængning eller optrængning af residualt saltvand Ændring i koncept for overfladisk afsrømning Oprindelig var det meningen at anvende drænoplande svarende til de kloakerede regnvandsoplande til at beskrive den overfladiske afstrømning fra befæstede flader. Under kalibreringen (se næste afsnit) blev denne konceptuelle model imidlertid forkastet, idet det ikke var muligt at kalibrere modellen tilfredsstillende mht. både potentialer og drænafstrømning fra motorvejen. Det blev således forsøgt at anvende MIKE SHE s paved area runoff -tilgang til at beskrive afstrømningen fra de befæstede arealer. Adskillige kombinationsmuligheder til eksklusion af drænstrømning og inklusion af afstrømning fra de befæstede arealer til de kunstige vandløb vist på Figur 9-1 blev forsøgt, men det var ikke muligt kun at få afledt afstrømningen fra de befæstede arealer uden også at få en masse drænstrømning med. De forskellige tiltag omfatter: Drænkoder sat til 0 i drænoplande svarende til kloakoplande Dræntidskonstant sat til 0 i drænoplande svarende til kloakoplande Drænkoter sat til terrænkoten (og desuden højere end terræn) I stedet blev der til sidst foretaget en reduktion i nedbøren for de befæstede arealer. Ikke-befæstede områder tilføres 100% af nedbøren, mens områder med en befæstelse på 0-10% tilføres 90% af nedbøren, 10-20% befæstelse tilføres 80% af nedbøren osv. I områder med en befæstelse på % tilføres 10% af nedbøren, dvs. nedbøren fjernes ikke helt i nogen områder. Det overskydende vand på terræn (det, der ikke løber direkte til kloakken) håndteres korrekt ved anvendelse af parameteren Allow paved routing of detention storage, så der kan ske en overfladisk afstrømning af vand på terræn. Ved den nye konceptuelle model er det imidlertid kun Hovedgrøften, der dræner til vandløb, mens de øvrige områder dræner direkte til randen via MIKE SHE drænmodul (drændybder og dræntidskonstanter), jf. Figur / 93

46 11 KALIBRERING OG VALIDERING Beregningsperioden for den hydrologiske model er fra Heraf er perioden anvendt til kalibrering, da det er perioden med de nyeste data samt data for afdræningen af motorvejen. Perioderne og er herefter anvendt til validering, dvs. der valideres for i alt ni år. Kvaliteten af data vurderes at være den samme for hele beregningsperioden, mens der er flere observationsdata i første halvdel af beregningsperioden (hhv. 83 og 115 pejletidsserier til kalibrering og validering). Grunden til at der kun benyttes 83 pejleboringer i kalibreringen, og ikke de 147 omtalt i kapitel 8, er at de resterende boringer ikke indeholder data i kalibreringsperioden , som er den periode, simuleret og observeret potentiale sammenlignes for. I både kalibrerings- og valideringsperioden regnes med flere år til opvarmning af modellen, så der foretages ikke en sammenligning af simulerede og observerede data de første år af simuleringerne. I kalibreringsperioden er der, som nævnt ovenfor, anvendt en opvarmningsperiode på 10 år ( ). For at undgå problemer med for kort opvarmningsperiode i valideringen er der anvendt et startvandspejl baseret på ca. 20 års simulering. Det skal imidlertid bemærkes, at startvandspejlet efter 20 års simulering er foretaget med de samme parametre som de optimale, men uden motorvejsdrænet, idet der ellers ville genereres forkerte startvandspejl i Kalibreringsstrategien er gennemført efter følgende principper: 1. Kalibreringsperioden er med som opvarmningsår. 2. Valideringsperioderne er (før Øresundsforbindelsens landanlæg blev etableret) og (anlægsfasen for landanlægget) med resultater fra en 22 års simulering med de optimale værdier (men uden motorvejsdræn) som hotstart. 3. Følsomhedsanalysen laves for kalibreringsperioden. Flg. parametre indgår i analysen: a. UZ-parametre (vandindhold ved mætning, markkapacitet og visnepunkt samt mættet hydraulisk ledningsevne) for jordtyper, der udgør min. 10% af modelområdet (to jordtyper) b. Fordampningsdybde i UZ s tolagsmodel (ET surface depth) c. Dræntidskonstant (dræning af land- og byområder) d. Roddybder for de mest udbredte arealanvendelsestyper e. SZ-parametre (KH, KV, Sy og Ss) for de geologiske enheder 4. Der kalibreres mod tidsserier af grundvandspejlinger (varierende pejlefrekens) samt afdræning fra motorvejen (årlige værdier). 5. De forskellige pejleboringer vægtes efter geologi (kalk eller sand/ler), efter antal pejlinger i den enkelte pejletidsserie og efter afstand til nærmste andre boringer (cluster-effekt). Meget indvirkningspåvirkede pejleboringer, f.eks. indvindingsboringer med en stor afsænkning benyttes ikke i kalibreringen. 46 / 93

47 6. De mest følsomme parametre findes, og der laves afhængighed mellem flere af parametrene, f.eks. KH og KV. 7. Der antages at være en anisotropi mellem KH og KV på 2 (kalk) og 10 (sand/ler), med mindre både KH og KV for den pågældende jordart er følsomme og dermed kræver en selvstændig optimering. 8. De mest følsomme parametre indgår i den efterfølgende autokalibrering. Eller evt. parametre, der er mere end 1% så følsomme som den mest følsomme parameter afhængig af hvilken metode, der giver færrest parametre. Autokalibreringen bør ikke indeholde mere end frie parametre, idet kalibreringen dels tager længere tid, og dels har sværere ved at konvergere. 9. Der laves 2-4 autokalibreringer afhængig af udfaldet af den første kalibrering, hvor der skrues på f.eks.: a. Antallet af variable b. Parameterintervaller c. Evt. vægtning 10. Kalibreringen vurderes ud fra statistiske mål (jf. Geovejledning 7 /1/, kriterium 1-6), vandbalancer, visuel vurdering af observerede versus simulerede kurver og arealfordelte kort (magasinspecifikke) med afvigelser (ME og RMSE). Da der ikke findes vandføringsdata at kalibrere modellen efter, vil modellen i stedet blive valideret op mod de bortledte vandmængder fra Øresundsforbindelsens landanlæg. 11. Valideringen vurderes efter de samme statistiske mål som kalibreringen. Desuden indgår en række ekstra pejleboringer i valideringen, som ikke indeholder pejledata i kalibreringsperioden. Som et supplement til valideringen vurderes om de beregnede grundvandspotentialer svarer til de målte potentialer fra synkronpejlerunderne for Tårnby Vandforsyning og Københavns Lufthavn. Til gengæld kan de bortledte mængder fra Øresundsforbindelsens landanlæg ikke valideres, da data ikke dækker valideringsperioden. Som udgangspunkt vurderes det muligt at opnå en detailmodellering eller overslagsmodel mht. grundvandspotentialer (kriterium 1-4 i Tabel 10 i /1/). Formålet i dette projekt er beregning af oplande, så det primære fokus er en god bestemmelse af grundvandspotentialer, strømningsretning og dynamikken i grundvandspotentialet Usikkerhedsvurdering Usikkerhed på observationsdata Usikkerheden ved at sammenligne observationsdata med modelresultater er bestemt ud fra Tabel 12.2 i /3/. Heraf beregnes standardafvigelsen på observationsdata til ca. 1,9 m, jf. Tabel Det skal tilføjes, at vurderingen i høj grad er subjektiv, men at den samlede usikkerhed ligger omkring 2 meter, som er forventelig. 47 / 93

48 Tabel 11-1 Beregning af standardafvigelse (m) på pejleobservationer. X er den horisontale diskretisering ( m), J er den hydrauliske gradient (ca. 0,0025) og ht er amplituden i sæsonvariationen (ca. 1 m). Fejlkilde (meter) Generelt Tårnby-Dragør Målefejl 0,05-0,3 0,1 Kote Interpolation 0,5 x X x J 0,0625 0,125 Heterogenitet 1,0 2,0 1,5 Ikke-stationaritet ht / 2 0,5 Andre effekter 0-1 0,25 Samlet usikkerhed ( s 2 ) 0,5 Ca. 1, Usikkerhed på de kalibrerede parametre Med udgangspunkt i Tabel 12 i Geovejledning 7, /1/, er der lavet en usikkerhedsmatrice på systemdata, rande, input data, parametre og modelkode. Usikkerhedsmatricen fremgår af Bilag Først er usikkerhedsgraden vurderet som hhv. lille, middel eller stor. Det samme er vægten, dvs. hvor betydende faktoren er for modelresultatet. Effekten er usikkerhedsgrad multipliceret med vægt, dvs. en risikovurdering. Reducerbar henviser til, om det er muligt at reducere usikkerheden, og i matricen er kun inkluderet parametre, hvor dette vurderes muligt. Kvantificerbar henviser til, om det er muligt at anvende en metode til at bestemme usikkerheden. F.eks. kan usikkerheden på potentialer kvantificeres ved en magasinopdeling. Mht. den rumlige og tidslige opdeling, så er den både reducerbar og kvantificerbar. Både den rumlige og tidslige opdeling indgår som sorteringsgrundlag i potentialekortet. Der er udelukkende kigget på outliers, så der kan skjule sig fejl, som ikke er opdaget. Til gengæld er usikkerheden på den geologiske tolkning ikke kvantificerbar, jf. /3/. Usikkerheden på modelkoden er heller ikke kvantificerbar, men til gengæld er modelkoden efterprøvet i mange andre modelområder med et tilfredsstillende resultat. Endelig bør det understreges, at en usikkerhedsanalyse på de følsomme parametre mht. kalibreringen ikke giver en fuldkommen usikkerhedsanalyse af oplande, idet det ikke nødvendigvis er de samme parametre der er følsomme mht. oplandsbestemmelse Indledende følsomhedsanalyse Af de 147 udvalgte pejleboringer indeholder de 83 data indenfor kalibreringsperioden Fem pejleboringer har mere end 800 målepunkter fordelt over fem år, og resten af pejleboringerne har typisk 2-3 målinger hver. Pejleboringerne er primært samlet omkring Tårnby, Dragør/St. Magleby og starten på motorvejstunnelen (se Bilag 8.1). I følsomhedsanalysen og den efterfølgende kalibrering vægtes de 83 pejleboringer efter følgende pricip: 48 / 93

49 1. Pejleboringer i kalk vægtes dobbelt så højt som pejlebroinger i sand og ler. Vægten varierer således mellem 1 og 2 2. Pejleboringer med mange pejlinger vægtes højere end boringer med få pejlinger. Konkret vægtes med kvadratroden af antal pejlinger, dog maksimalt 5, dvs. hvis en pejleboring har mere end 25 pejlinger, vægtes den ikke højere end hvis den havde 25. Vægten varierer således mellem 1 og Pejleboringer vægtes efter antallet af andre pejleboringer inden for en radius af 1000 m, dvs. jo flere pejleboringer tæt på, jo lavere vægt til den enkelte. Som en konsekvens heraf vægtes pejleboringer i data-tynde områder højere. Vægten varierer mellem 1 og Den samlede vægning udregnes som vægten fra 1) gange vægten fra 2) divideret med vægten fra 3). 5. Til sidst normeres vægtene, så den samlede vægt summerer op til 1. De enkelte pejleboringers vægt varierer mellem 0,0014 og 0,057 med en middelværdi på 0,012 (1/83). Derudover antages det, at pejleboringernes data er af samme nøjagtighed. Der er ikke taget hensyn til placeringen af pejleboringer i forhold til indvindingsboringer. Da modellen ikke indeholder vandløb med målestationer, kalibreres vandføringen ikke. Følsomhedsanalysen fokuserer derfor også kun på relevante parametre for kalibrering af vandstanden i pejleboringerne samt de bortledte vandmængder fra motorvejsdræningen. De årlige værdier af motorvejsdræningen er opgjort for de enkelte sektioner, jf. Figur 11-1, og vægtningen er foretaget ud fra middelværdien af den samlede bortledning (mm/måned) for alle årene, se Tabel Tabel 11-2 Vægtning af afdræning fra motorvejen baseret på bortledningen i mm/måned. Sektion Årlig bortledning Opland (ha) Bortledning Vægt (%) middelværdi for (m 3 ) (mm/måned) E F F H Kastrup I alt / 93

50 Figur 11-1 Placering af de fem motorvejsdræn, hvor oppumpningen er målt. I den indledende følsomhedsanalyse blev der inluderet i alt 26 parametre, hvis følsomhed blev rangeret, som det fremgår af Bilag De mest følsomme parametre er de faktorer, der ganges på den hydrauliske ledningsevne i kalksandskalken og bryozokalken (Kh_KSK_faktor og Kh_BK_faktor) samt den vertikale hydrauliske ledningsevne i moræneren (KV_KL1). Dernæst kommer den horisontale ledningsevne i det kvartære sand KS1 (KH_KS1). Dette gælder for både potentialer i grundvandet og afdræning fra motorvejen. Dernæst bliver rækkefølgen af parametrene forskellig for potentialer og afdræning, men fælles for de to typer af kalibreringsmål er, at dræntidskonstanten for landområder (DTK_land), den vertikale ledningsevne lerlaget (KV_KL1), magasintallet for det kvartære sand (Sy_KS1) og roddybden for permanent græs (Grass1) alle er følsomme. 50 / 93

51 Følsomhedsanalysen giver 14 indbyrdes uafhængige parametre, der er mere end 1% så følsomme som de mest følsomme parametre. Disse 14 parametre er valgt til den første autokalbrering, se Tabel Tabel 11-3 Udgangspunktet af følsomme parametre til autokalibreringen. ID Kh_KSK_faktor Kh_BK_faktor Kh_KS1 Kv_KL1 Parameter Faktor ganget på den distribuerede, horisontale, hydrauliske ledningsevne for kalksandskalken (-) Faktor ganget på den distribuerede, horisontale, hydrauliske ledningsevne for Bryozokalk (-) Horisontal hydraulisk ledningsevne for det kvartære sand (m/s) Vertikal hydraulisk ledningsevne for det kvartære ler (m/s) Sy_KS1 Magasintallet for et frit vandspejl i det kvartære magasin (-) DTK_land Dræntidskonstant for landområderne (s -1 ) ThetaS_soil7 Vandindhold ved mætning i UZ for jordtypen moræneler på sand (-) Grass1 Roddybden for permanent græs (mm) Sy_KSK Magasintallet for et frit vandspejl i kalksandskalk (-) Sy_BK Magasintallet for et frit vandspejl i bryozokalk (-) ThetaFC_soil1 Vandindhold ved markkapacitet i UZ for jordtypen moræneler på ler (-) ThetaFC_soil7 Vandindhold ved markkapacitet i UZ for jordtypen moræneler på sand (-) ThetaS_soil1 Vandindhold ved mætning i UZ for jordtypen moræneler på ler (-) Grass1_sand Roddybden for permanent græs på sand (mm) Efter en række autokalibreringer med varierende antal parametre og parameterintervaller, blev det besluttet at anvende en anden konceptuel model (reduktion i nedbøren for de befæstede områder) mere herom i næste afsnit vedr. autokalibrering af modellen. Konsekvensen af dette medførte et behov for en ny følsomhedsanalyse med den nye, konceptuelle model. Ud over en reduktion af nedbøren på befæstede områder, blev det også besluttet at fastholde de hydrauliske ledningsevner for kalksandskalken og bryozokalken, så det svarer til transmissivitetskortet udarbejdet af Rambøll (jf. Figur 8-3). De hydrauliske ledningsevner (og dermed transmissiviteten) er stadig meget følsomme med den nye konceptuelle model, men omvendt er det nok det bedste bud på nogle troværdige værdier og en fornuftig zonering baseret på en række målinger. Derfor blev det besluttet udelukkede at kalibrere de hydrauliske ledningsevner for det kvartære ler og sand, samt et par andre parametre, som vist i Tabel / 93

52 Tabel 11-4 Følsomme parametre til autokalibrering med ny konceptuel model. ID Kh_KS1 Kv_KL1 ET_depth Grass1 Parameter Horisontal hydraulisk ledningsevne for det kvartære sand (m/s) Vertikal hydraulisk ledningsevne for det kvartære ler (m/s) Dybden i UZ, hvorfra der kan forekomme fordampning (mm) Roddybden for permanent græs (mm) De øvrige parametre i den anden følsomhedsanalyse fremgår af Bilag Som det fremgår af Bilag 11.2 er dræntidskonstanterne for land og by begge følsomme, men vælges alligevel at holdes konstante i den endelige autokalibrering. Dette skyldes, at dræntidskonstanten erfaringsmæssigt ofte ikke konvergerer mod en entydig værdi, og at der ikke er vandløb med målestationer at kalibrere dræntidskonstanten op imod Autokalibrering af modellen I en autokalibrering er der flere forskellige håndtag at skrue på: Forskellige parameterintervaller større sandsynlighed for konvergens og urealistiske parameterværdier undgås Forskellig vægtning af observerede data Hvilke parametre, der kalibreres, og hvilke, der fastholdes I dette projekt er der valgt at justere på det første og det sidste af ovennævnte håndtag. Vægtning af observerede data er beskrevet i det forrige afsnit, og er en forbedring i forhold til tidligere, hvor der blev anvendt samme vægt for alle pejeboringer, men der er ikke foretaget forskellige scenarier for vægtning. Modellen indeholder kun vandløbet Hovedgrøften, hvor der ikke findes observerede data for vandføringen. Derfor er det kun grundvandspotentialerne og afdræningen fra motorvejen, der indgår i kalibreringen. Orbicon har tidligere undersøgt Hovedgrøften i Dragør Kommune /16/, hvor der iflg. beregningerne i gennemsnit løber ca. 39 l/s, hvilket kan bruges til en form for validering. Den endelige multiobjektivfunktion i Autocal ser således ud: Kvadratafvigelsessummen (RMSE) for de enkelte pejletidsserier samt vægtet kvadratsum (weighted sum of squares) i objektivfunktionen. Middelfejl (average error) for afdræningen af motorvejen i de enkelte sektioner og en vægtet sum (weighted sum) i objektivfunktionen. Pejletidsserier vægtes 2:1 i forhold til afdræningen af motorvejen. 52 / 93

53 Kalibrering af pejletidsserier For de enkelte pejletidsserier er der valgt at optimere efter at mindske kvadratafvigelsessummen (RMSE) da det både er vigtigt at kunne simulere et acceptabelt niveau samt dynamikken i grundvandspotentialet. Dræntidskonstanten (DTK) har forskellige værdier for land- og byområder, idet afdræningen forventes at foregå hurtigere i byområder. De hydrauliske ledningsevner i de to kalklag forventes at variere inden for hvert lag. De kalibreres derfor som faktorer på hvert lags horisontalt varierende ledningsevner. Resultatet af den bedste autokalibrering fremgår af Tabel Der er i den endelige autokalibrering estimeret på i alt fire parametre, der blev vurderet betydende i den anden følsomhedsanalyse. De parametre, der ikke estimeres, er baseret på enten erfaringstal fra lignende modeller eller værdierne fra de indledende autokalibreringer. De resterende parametre er i de indledende autokalibreringer slet ikke konvergeret, og intervallerne af afprøvede værdier er ikke indsnævret, som kalibreringerne skrider frem. Tabel 11-5 Kalibrerede parameterværdier ved autokalibreringen. ID Parameter Værdi Kh_KS1 Horisontal hydraulisk ledningsevne for det kvartære sand (m/s) 1,07E-5 Kv_KL1 Vertikal hydraulisk ledningsevne for det kvartære ler (m/s) 1,74E-7 ET_depth Dybden i UZ, hvorfra der kan forekomme fordampning (mm) 273 Grass1 Roddybden for permanent græs (mm) 304 Resultatet af autokalibreringerne fremgår af Bilag 11.3, hvor den 8. autokalibrering er valgt som den bedste simulering samlet set mht. potentialer og afdræning fra motorvejen. Ingen af de fire kalibrerede parametre konvergerer entydigt mod en optimal værdi, men alle (undtagen ET_depth) indsnævrer intervallet i nogen grad (se Bilag 11.3). Roddybden for Grass1 går i mod den nedre grænse på 300 mm og de hydrauliske ledningsevner for både det kvartære ler og sand går ligeledes mod de nedre grænser på hhv. 1E-7 m/s og 1E-5 m/s. ET_depth er noget mere rodet og her indsnævres intervallet ikke. Da de fire parametre er afgrænset af den øvre og nedre grænse i autokalibreringen, ligger alle parametre inden for et realistisk parameterspænd. Grunden til at nogle parametre ikke konvergerer mere entydigt mod en optimal værdi kan skyldes, at der er stor variation/usikkerhed på værdien, eller at parametrene ikke er indbyrdes uafhængige. Det kan en analyse af covariansmatricen afsløre, men det var ikke muligt at lave en covariansmatrice med den valgte objektivfunktion. En anden årsag kan være, at grundvandsparametrene antages at være de samme for et helt modellag/magasin, hvor der i virkeligheden kan være en betydelig forskel. Det er imidlertid en afvejning i forhold til at benytte mange flere parametre og dermed risikere en 53 / 93

54 overparameterisering og en tungere model at arbejde med. Alle autokalibreringer stoppede som følge af, at nøjagtighedskravet var opfyldt, dvs. flere modelevalueringer ville sandsynligvis ikke ændre resultatet. Som stopkriterier anvendes 500 modelevalueringer, 3 konvergens-loops og mindste relative ændring i objektivfunktionen er 0,01. Bilag 11.3 viser desuden den såkaldte Pareto-front, der er et udtryk for hvor den optimale løsning ligger i forhold til andre løsninger, der enten estimerer potentialerne godt eller afdræningen fra motorvejen. Den optimale løsning tilgodeser en god optimering af både potentialer og afdræning fra motorvejen. Transmissiviteterne for kalken er sammenlignet med værdierne i den tidligere model for Amager /7/ i Tabel 11-6, som imidlertid ikke skelner mellem kalksandkalken og bryozokalken. Tabel 11-6 Sammenligning af transmissiviteter i nærværende Tårnby-Dragør-model og den oprindelige Amager model /7/. Parameter Model Laveste værdi (m 2 /s) Højeste værdi (m 2 /s) Transmissivitet i kalksandskalken Lag 3, Tårnby-Dragør 7,6E-05 9,1E-03 Transmissivitet i bryozokalken Lag 4, Tårnby-Dragør 2,5E-05 3,1E-03 Transmissivitet i kalken (samlet) Tårnby-Dragør 10E-05 12,2E-03 Transmissivitet i kalken Amager-modellen 4,9E-05 9,1E-03 Transmissiviteten for kalklaget i Rambølls Amager-model ligger en lille smule lavere end de nye transmissiviteter Rambøll har udarbejdet til Tårnby-Dragør modellen, men forskellen vækker ikke yderligere opmærksomhed. Transmissiviteterne vurderes derfor at være acceptable. Der benyttes en anisotropifaktor på 2 for kalkenhederne og 10 for de øvrige enheder (sand og ler) i Tårnby-Dragør-modellen. En af de vigtigste parametre i kalibreringen er den vertikale ledningsevne for moræneleret, som er antaget at være den samme i hele modelområdet. En zonering af denne parameter (og andre parametre) ville måske give en bedre kalibrering. Resultatet fra kalibreringen af grundvandspotentialerne fremgår af Bilag 11.4 i form af middelfejlene ved pejleboringerne. Middelfejlen er vist for de lag, der er pejlinger for i kalibreringsperioden. Langt de fleste pejleboringer er placeret i kalksandskalken og bryozokalken. Det ses af figurerne, at afvigelserne er jævnt fordelt ud over modelområdet. Modellen viser f.eks. ikke positive afvigelser i den ene side og negative afvigelser i den anden. Enkelte af de røde pejleboringer er indvindingsboringer (med højere simuleret potentiale end observeret). Her kan årsagen være, at der er en meget lokal sænkning af potentialet pga. indvindingen, og at boringen ikke er blevet sorteret fra i gennemgangen af de stærkt indvindingspåvirkede pejleboringer. 54 / 93

55 Resultatet fra kalibreringen er sammenfattet i Tabel 11-7, hvor det fremgår, at kriterium 3 fra Geovejledning 7 svarer til en detailmodel både samlet set og for de enkelte lag. Middelfejlen ME opfylder kun kravet til en screeningsmodel, og trækkes ned af en mindre god kalibrering af pejletidsserier i lag 1 (KL1). I bryozokalken en middelfejlen tæt ved 0, og dermed en detailmodel, og for KS1 opfyldes kravet til en screeningsmodel. RMSE/S_obs er opfyldt for alle lag, både individuelt og samlet. RMSE/ Hmax ligger noget uden for kravet til både detailmodel, hvilket blandt andet skyldes, at kravet til denne parameter er ret skrapt. Tilsvarende erfaringer er gjort i tidligere kortlægningsopgaver. På grund af de lave ΔHmax-værdier fås relativt høje værdier at sammenligne med i vurderingsgrundlaget. Tabel 11-7 Kalibrering af grundvandspotentialer. Hmax er mellem 6,7 m og 8,6 m, mens Sobs er 1,9 m (se afsnit 8.2.1). Tal med fed skrift indikerer, hvor kravene til en detailmodel er opfyldt. Lag Antal obs ΔH_ max ME (m) MAE (m) RMS E (m) 1: ME /ΔH_m ax MAE /ΔH_m ax 2: RMSE / S_obs 3: SE 4: RMSE /ΔH_max 1: KL ,70 0,91 0,93 0,101 0,13 0,49 0,95 0,133 2: KS1 6 6,7 0,28 0,35 0,37 0,042 0,05 0,20 0,38 0,055 3: KSK 41 8,6 0,59 1,54 1,61 0,069 0,18 0,85 1,65 0,187 4: BK 23 8,6 0,00 1,28 1,41-0,001 0,15 0,74 1,45 0,164 Alle 83 8,6 0,42 1,28 1,36 0,049 0,15 0,72 1,39 0,158 Krav β1 β2 β2 β3 Detailmodel 0,010 1,65 1,65 0,025 Overslagsmodel 0,025 2,00 2,00 0,050 Screeningsmodel 0,050 2,60 2,60 0,100 I Bilag 11.4 ses desuden kalibreringsstatistikken for en simulering med et 50 m grid. Som det fremgår af statistikken er kalibreringen af grundvandspotentialet lige så god som vist i Tabel 11-7 for et 100 m grid. Desuden er der i Bilag 11.5 vist eksempler på kalibreringen af grundvandspotentialet i form af tidsserier for udvalgte boringer af de i alt 83 pejletidsserier, der er anvendt i kalibreringen. Til hver tidsserie er der i bilaget knyttet en kommentar til, om kalibreringen passer. Samlet set vurderes det således, at modellen er tilfredsstillende kalibreret mht. grundvandspotentialer. En evaluering af de fire parametre ses i Tabel Det ses tydeligt, at konfidensintervallet for den vertikale ledningsevne i lerlaget (KV_KL1) er smalt, og parameteren er dermed velbestemt. For roddybden (Grass1) og fordampningsdybden i UZ (ET_depth) fås ligeledes et smalt interval, mens intervallet er en anelse højere for den horisontale 55 / 93

56 ledningsevne i sandlaget (KH_KS1). Alle fire parametre er dermed velbestemt. De hydrauliske ledningsevner for sand og ler ligger inden for realistiske værdier sammenlignet med litteraturværdier og erfaring fra andre kortlægningsopgaver, mens roddybden for græs og fordampningsdybden i UZ er vanskeligere at vurdere korrektheden af, da de i nogen grad er en kalibreringsfaktor, der er vanskelig at bestemme i praksis. F.eks. er roddybden udtryk for en gennemsnitsværdi for områder med både græs og asfalt, hvilket i sig selv gør det vanskelig at afspejle i en parameter. Tabel 11-8 Konfidensinterval for de kalibrerede parametre. Parameter Grass1 KV_KL1 KH_KS1 ET_depth Enhed mm m/s m/s m Øvre konfidensgrænse E E Bedste simulering E E Nedre konfidensgrænse E E Øvre konfidensgrænse /Bedste simulering (%) 6% 22% 39% 4% Kalibrering af vandbalancen for Øresundsforbindelsens landanlæg Vandbalancen er kalibreret mod registrerede oppumpninger langs Øresundsforbindelsens landanlæg i perioden , hvor der foreligger årlige udløbsmængder fra bassinerne i landanlægget. De tilsvarende data for perioden er noget mere sparsomme og lægger kun op til en grov sammenligning for alle motorvejdræn samlet /12/. Disse data benyttes i den efterfølgende validering af modellen. Fra MIKE SHE er udtrukket en årlig vandbalance for det vand, der løber til de fem motorvejsdræn med tilknyttede bassiner E3, F2, F4, H1 og Kastrup i årene af kalibreringsperioden (se Figur 11-1). Kastrup inkluderer bassinerne PSC, PS3 og H4. Der er lavet en sammenligning med registrerede, årlige vandmængder fra Rambøll (på vegne af Sund & Bælt A/S) fra De årlige drænmængder ved de fem motorvejsdræn er vist som en sammenligning på de følgende figurer. Fluktuationstendenserne stemmer generelt rimelig godt overens, specielt ved E3 og Kastrup. For F4 og H1 er de simulerede drænmængder mindre end de observerede, mens de er højere for F2. Den samlede drænafstrømning passer til gengæld rimeligt godt, jf. Figur / 93

57 Volumen, m3/år Volumen, m3/år Naturstyrelsen - Hydrologisk Model Tårnby-Dragør Afdræning, (E3) Obs Sim Figur 11-2 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til Bassin E Afdræning, 103 (F2) Obs Sim Figur 11-3 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til Bassin F2. 57 / 93

58 Volumen, m3/år Volumen, m3/år Naturstyrelsen - Hydrologisk Model Tårnby-Dragør Afdræning, 104 (F4) Obs Sim Figur 11-4 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til Bassin F Afdræning, 106 (H1) Obs Sim Figur 11-5 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til Bassin H1. 58 / 93

59 Volumen, m3/år Volumen, m3/år Naturstyrelsen - Hydrologisk Model Tårnby-Dragør Afdræning, 201 (Kastrup) Obs Sim Figur 11-6 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til bassinerne ved Kastrup Samlet afdræning Obs Sim Figur 11-7 Simulerede og observerede årlige afdrænede mængder til alle bassinerne langs motorvejen. Afvigelserne mellem de simulerede (MIKE SHE) og observerede (Sund & Bælt) bortledte vandmængder er henholdsvis 12%, 61%, -77%, -42%, og 11% på E3, F2, F4, H1 og Kastrup. I den samlede opgørelse på alle motorvejsdræn ligger de simulerede data fra MIKE SHE gennemsnitligt 11% over de observerede fra Rambøll. 59 / 93

60 Størstedelen af drænsystemerne til F4 ligger over grundvandsspejlet, så vandmængden heri er primært overfladevand. Dette kan være årsagen til at denne sektion simuleres mindre godt, idet nedbøren til de befæstede arealer er reduceret. F2 er også påvirket af store mængder overfladevand, men her simuleres for stor afdræning. I MIKE SHE er der benyttet en fast drænkote for hele kalibreringsperioden Når de simulerede og observerede drænafstrømninger matcher relativt dårligt ved Kastrup efter 2006 kan det skyldes, at der under Metroarbejdet frem mod 2006 har været en yderligere afdræning af dette område, som herefter blev reduceret, mens drænkoten ikke tilsvarende ændres i modellen. Samlet set vurderes ovenstående kalibreringsresultater at være tilfredsstillende, da den samlede afvigelse på 11% svarer til en detailmodellering for et type 1 vandløb med en middelvandføring på ca. 57 l/s (omregnet fra 1,8 mio. m 3 /år). Denne vandbalance kan optimeres yderligere, men da fokus i projektet er oplandsberegning, giver det ikke mening at optimere mod en afvigelse på 0% på både de enkelte motorvejsdræn og på alle motorvejsdræn sammenlagt Efterfølgende følsomhedsanalyse Efter modelkalibreringen er der foretaget en følsomhedsanalyse omkring det optimale sæt af parametre for at undersøge, om det er de samme parametre, der er mest følsomme. Resultatet af følsomhedsanalysen fremgår af Bilag Som det fremgår af den efterfølgende følsomhedsanalyse er det de samme to parametre, der er de mest følsomme mht. potentialer og dræning af motorvejen, i dette tilfælde den faktor, der ganges på de horisontale hydrauliske ledningsevner i hhv. kalksandskalken og bryozokalken. Disse parametre er imidlertid fastholdt i den endelige kalibrering. Ud over afhængige parametre og de parametre, som blev sat til en konstant værdi efter den indledende sensitivitetsanalyse, når de fire kalibrerede parametre inden for 1% tærsklen af følsomheden for den mest følsomme parameter mht. potentialer. Rækkefølgen er imidlertid ikke helt den samme, men der er stadig god overensstemmelse mellem de følsomme parametre før og efter kalibrering. Det ses af Bilag 11.2, at kun tre parametre når inden for 1% tærsklen af følsomheden af den mest følsomme parameter mht. afdræning af motorvejen, og kun faktoreren, der ganges på den horisontale hydrauliske ledningsevne for kalksandskalken når inden for 10%-grænsen. Kalibreringen har fundet parametre i områder af deres respektive parameterintervaller, hvor værdien af bl.a. KV_KL1 har stor betydning for modelresultaterne, og værdierne af de andre kalibrerede parametre til sammenligning har væsentlig mindre betydning. 60 / 93

61 11.5 Validering af modellen Validering af potentialer Modellen er valideret for perioden Slutpotentialerne fra 2012 for en simulering uden motorvejsdrænet er benyttet som hotstart for startpotentialerne i 1990 for at reducere opvarmningsperioden og dermed kunne anvende en periode allerede fra 1991 til validering. Valideringen anvender kun potentialer som vurderingsgrundlag, idet der ikke findes data for afdræningen af motorvejen i valideringsperioden. Modellen anvender de samme inputparametre som for kalibreringsperioden. En vurdering af vandbalancen og vandføringen er gjort på grundlag af motorvejsafdræningen. Årlige, aktuelle oppumpninger sammenlignes med MIKE SHEs motorvejsafdræning. Motorvejsdrænene startede for alvor i 1994 og har kørt lige siden. Der blev drænet mest vand i anlægsfasen og mindre i den efterfølgende driftsfase. Validering af modellen er gjort både for perioden og til evaluering af, hvordan modellen præsterer hhv. uden og med afdræning. Resultaterne fra valideringen af grundvandspotentialerne fremgår af Bilag 11.6 i form af middelfejl ved pejleboringerne, der indgår i valideringen. Middelfejlen er vist for de kvartære ler- og sandlag samt de to øverste kalklag. Som det fremgår af bilaget, er der ingen tydelig tendens til, at nogen områder er bedre kalibreret end andre. Det vil sige, at afvigelserne er jævnt fordelt ud over modelområdet. Modellen viser f.eks. ikke positive afvigelser i den ene side og negative afvigelser i den anden. Enkelte af de røde pejleboringer er indvindingsboringer (med højere simuleret potentiale end observeret). Her kan årsagen være, at der er en meget lokal sænkning af potentialet pga. indvindingen. Motorvejsdræningen starter i 1994 og dræner mere vand i anlægsfasen i end efterfølgende. Dræningskoterne i anlægsperioden er estimeret til at ligge 1 m under de opgivne niveauer i driftsfasen. Det vil ikke give et mærkbart anderledes kalibreringsresultat at sænke motorvejsdræningskoterne yderligere i anlægsperioden, da der ingen pejlinger er ved motorvejsanlægget i denne periode. Vandbalancen for motorvejsdræningen vil dog være følsom overfor en sådan ændring. Resultatet af valideringen er sammenfattet i Tabel 11-9, hvor kriterium 3 fra Geovejledning 7 opfyldes på detailniveau samlet set og for hvert lag i begge valideringsperioder. Middelfejlen for begge valideringsperioder overholder kravet til en screeningsmodel samlet set, og for de fleste lag overholdes kravet også til en screeningsmodel i to tilfælde endda en overslagsmodel. Det vurderes at være et acceptabelt resultat. 61 / 93

62 Tabel 11-9 Validering af grundvandspotentialer. Hmax er mellem 6,7 m og 8,6 m, mens Sobs er 1,9 m. Tal med fed skrift indikerer, hvor kravene til en detailmodellering er opfyldt. Validering Lag An- ΔH_ ME MAE RMSE 1: ME MAE 2: 3: SE 4: tal max (m) (m) (m) /ΔH_m /ΔH_m RMSE RMSE obs ax ax /S_obs /ΔH_m ax 1: KL ,46 1,50 1,51 0,208 0,21 0,79 1,56 0,215 2: KS1 3 6,7 0,32 1,15 1,19 0,047 0,17 0,63 1,23 0,178 3: KSK 33 8,6 0,09 1,04 1,04 0,011 0,12 0,55 1,08 0,121 4: BK 8 8,6-0,71 0,92 0,93-0,083 0,11 0,49 0,96 0,108 Alle 61 8,6 0,38 1,16 1,16 0,044 0,13 0,61 1,20 0,135 Validering Lag An- ΔH_ ME MAE RMSE 1: ME MAE 2: 3: SE 4: tal max (m) (m) (m) /ΔH_m /ΔH_m RMSE RMSE obs ax ax /S_obs /ΔH_m ax 1: KL ,18 0,57 0, : KS1 5 6,7-0,12 0,36 0, : KSK 42 8,6-0,29 1,18 1, : BK 24 8,6-0,50 1,01 1, Alle 76 8,6-0,31 1,03 1, Krav β1 β2 β2 β3 Detailmodel 0,010 1,65 1,65 0,025 Overslagsmodel 0,025 2,00 2,00 0,050 Screeningsmodel 0,050 2,60 2,60 0,100 Den største vægt lægges på perioden , idet målet med denne ekstra valideringsperiode var at sammenligne, hvor godt modellen klarer sig før og under motorvejsafdræningen. Det ser ud til, at modellen umiddelbart præsterer lige godt før og efter motorvejsafdræningen begynder. For parameteret RMSE/ΔH_max ligger værdierne uden for grænsen til en detailmodellering, mens værdierne for RMSE/S_obs opfylder kravene for en detailmodellering. Disse to kriterier tillægges mindre vægt, fordi der i kalibreringen er fokuseret på middelfejlen og ikke RMSE. Det skal desuden bemærkes, at der er flere pejleboringer i valideringsperioden (61 for årene og 76 for ) end i kalibreringsperioden (83), så egentlig er der tale om en kombineret split-sample og split-period for kalibrering og validering. 62 / 93

63 Oppumpet, m3/år Naturstyrelsen - Hydrologisk Model Tårnby-Dragør Samlet set vurderes det, at modellen er tilfredsstillende valideret mht. grundvandspotentialer, idet modellen klarer sig lige så godt i valideringsperioden som i kalibreringsperioden Validering af vandbalancen for Øresundsforbindelsens landanlæg Bortledte vandmængder fra Øresundsforindelsens landanlæg indeholder data for perioden , men data for er noget mere sparsomme og kun muliggør en grov sammenligning for alle motorvejdræn samlet /12/. Figur 11-8 viser den simulerede og observerede afdræning langs motorvejen for perioden , dvs. svarende til den anden valideringsperiode. I den primære anlægsfase fra ses en stor afvigelse i forhold til de observerede værdier for årene 1994 og Dette skyldes dels en stor indstrømning via de åbne rande i modellen og dels en usikkerhed på drænkoten i anlægsfasen, idet det er antaget at drænkoten i anlægsfasen er 1 meter lavere end i driftsfasen. Hen imod den egentlige driftsfase, i perioden , ligger den årlige simulerede afdræning meget tæt på den observerede. For årene er der en afvigelse på 2% mellem simuleret og observeret afdræning, hvor afdræningen i kalibreringsperioden ligeledes var godt simuleret (afvigelse på blot 1%) Samlet afdræning År Simuleret Observeret Figur 11-8 Simulerede og observerede årlige oppumpede mængder til alle bassinerne langs motorvejen i valideringsperioden Validering af vandføringen i Hovedgrøften Vandføringen i Hovedgrøften i den sydlige del af modellen indgår ikke kalibreringen, da der ikke findes observerede data. Til gengæld kan vandføringen sammenlignes med resultater fra en tidligere opstillet model i forbindelse med et projekt Orbicon udførte for Dragør Kommune i 2013 /16/, som vist på Figur / 93

64 Figur 11-9 Sammenligning af simuleret vandføring og modelresultater (her kaldet Q_obs ) fra et tidligere projekt. Den simulerede middelvandføring er 42 l/s, og den observerede vandføring er 31 l/s, hvilket giver en middelafvigelse på 11 l/s eller ca. 35%. Dette svarer til en screeningsmodel for at vandløb af type 1 med en middelvandføring på under 100 l/s. En anden form for validering er at undersøge medianvandføringen (Q50), som er det midterste tal hvis de daglige vandføringsdata rangordnes fra største til mindste vandføring. DK-modellen giver i perioden en medianvandføring Q50 på 24 l/s, og den simulerede Q50 er bestemt til 25,4 l/s, hvilket må siges at være ret godt. Ligesom middelafvigelsen siger Q50 ikke noget om hvor godt den årlige variation af vandføringen er fordelt, og her vurderes vandføringen at være mere usikkert bestemt. En målestation til måling af vandstande ville kunne forbedre valideringen af vandføringen Resultater fra modellen Simulerede og observerede potentialer Fra den kalibrerede model er der udtrukket et simuleret middelvandspejl for kalibreringsperioden Middelvandspejlet er udtrukket for det kvartære sandmagasin, KS1, og kalklagene, der i denne sammenhæng opfattes som et sammenhængende magasin, da der ikke er fundet væsentlige trykforskelle mellem det øvre sandlag og kalklagene. Sammenligningen mellem simuleret og observeret vandspejl fremgår af Figur og Bilag Da der ikke er optegnet et observeret potentiale for sandlaget, er potentialet i stedet sammenlignet med det observerede for kalken. Det observerede potentiale i kalklaget er udarbejdet af Orbicon for Naturstyrelsen med data fra 2013 /13/. I Bilag 11.7 er de pejlinger, der er anvendt til genereringen af de observerede potentialekurver, desuden medtaget på kortet. De observerede potentialekurver er interpoleret fra pejlingerne, som kommer fra to datasæt, henholdsvis boringsregistreringer og en synkronpejling af lufthavnens og vandforsyningens boringer. 64 / 93

65 Figur Simuleret og observeret potentiale for det kvartære sand, KS1, og kalken, KSK og BK. Ækvidistancen mellem de observerede potentialekurver er 2 m. Simulerede data er fra december Observerede data er fra efteråret Som det fremgår af Figur 11-10, er der en udmærket overensstemmelse mellem de steder, hvor der er sænkninger af grundvandsspejlet. Med modellens 100 x 100 m grid er det ikke muligt at matche sænkningstragter helt nær indvindingsboringer. De lokale grundvandsskel og retningen på grundvandsstrømningen (gradienten af grundvandspotentialefladen) ser overordnet fornuftigt ud. Den observede potentialekurve (0 m), der forløber gennem modelområdet fra det sydvestlige hjørne til nord for lufthavnens område, må formodes at være usikkert bestemt og skal ikke ses som et udtryk for at de simulerede potentialekurver tilsyneladende står vinkelret på den observerede 0-potentialekurve flere steder. 65 / 93

66 Vandbalancer Modellens vandbalance for kalibrerings- og valideringsperioderne fremgår af Figur 11-11, Figur og Figur samt Tabel Afdræningen langs motorvejen indregnes i disse vandbalancer som en del af oppumpningen, hvilket er med til at give den relativ lavere oppumpning i valideringsperioden , som vist i Tabel Figur Vandbalance for kalibreringsperioden Enhed: mm/år. OBS: Bemærk at der fra nedbøren her er fratrukket afstrømning fra befæstede arealer. 66 / 93

67 Figur Vandbalance for valideringsperioden Enhed: mm/år. OBS: Bemærk at der fra nedbøren her er fratrukket afstrømning fra befæstede arealer. 67 / 93

68 Figur Vandbalance for valideringsperioden Enhed: mm/år. OBS: Bemærk at der fra nedbøren her er fratrukket afstrømning fra befæstede arealer. 68 / 93

69 Tabel Vandbalance for Tårnby-Dragør. Tal i mm/år. Bemærk at der fra nedbøren her er fratrukket afstrømning fra befæstede arealer. Simulering => Kalibrering Validering Validering (1994- ( ) ( ) 1999) Parameter Ind Ud Ind Ud Ind Ud Nedbør (reduceret) Fordampning Nettonedbør Randstrømning Dræn til rand OL til flod Dræn til flod Baseflow til flod Oppumpning Magasinering Balance Vandbalancefejl Som det fremgår af ovenstående vandbalancer stemmer vandbalancen, idet vandbalancefejlen i både kalibrerings- og valideringsperioden er 0-1 mm/år. Nedbøren er 14% lavere i den første valideringsperiode og 9% lavere i den anden valideringsperiode i forhold til kalibreringsperioden. Tallene dækker over, at valideringsperioderne kun er på hhv. 3 og 6 år, så det kan skyldes, at valideringsperioden er tørrere end gennemsnittet. Nettonedbøren kan defineres som forskellen mellem nedbør og fordampning og er på mellem 163 mm/år og 166 mm/år for de tre perioder, dvs. forholdsvist stabilt. I procent udgør fordampningen hhv. 73%, 69% og 71% af nedbøren for de tre perioder, hvor det skal bemærkes, at nedbøren er reduceret for de befæstede områder for at tage højde for det vand, der bortledes direkte via kloakken. Oppumpningen fra indvindingsboringer udgør 27 mm/år for valideringsperioden, før motorsvejsdræningen blev igangsat, hvilket svarer til omkring 5,1% af nedbøren. Efter igangsættelsen af motorvejsdræningen i valideringsperioden udgør oppumpningen+afdræningen 57 mm/år, eller ca. 10% af nedbøren, mens den i kalibreringsperioden udgør 53 mm/år eller 8,7% af nedbøren. I valideringsperioden ses en positiv magasinering, i en negativ magasinering og i en lille negativ magasinering. Det stemmer godt overens 69 / 93

70 med at der ikke sker en afdræning før 1994, og at der sker en stabilisering af magasineringen over årene bl.a. pga. en ret konstant afdræning. Udnyttelsesgraden opgøres her som oppumpningen fra sand- og kalklagene i forhold til den nedadrettede strømning til det kvartære sandlag (se Figur 11-11, Figur og Figur 11-13). Udnyttelsesgraderne i kalibrerings- og valideringsperioderne er henholdsvis 53%, 40% og 57%. Der ses altså en høj udnyttelse af grundvandet i både valideringsperioden og i kalibreringsperioden. Udnyttelsesgraden er i hele perioden fra 1990 til 2012 usædvanlig høj i forhold til andre områder i Danmark. F.eks. anbefaler Vandområdeplanerne en maksimumgrænse på 30% for indvindingen i forhold til den aktuelle grundvandsdannelse. På Figur ses, hvor der sker en strømning til randen i det kvartære sand, KS1. Den primære strømning til randen sker i det nordvestlige hjørne af modelområdet. Der sker en smule strømning til rand langs den nordlige modelgrænse og desuden en smule strømning ud af modellen mod øst. Figur Potentiale i det kvartære sandlag (KS1) og strømningsretning, begge gældende for slutningen af / 93

71 Grundvandsdannelse Grundvandsdannelsen i området er udtrukket ved MIKE SHE s standardudtræk Total Recharge to SZ (pos. down). I den beregnede middelgrundvandsdannelse er negative værdier sat til 0. Negative værdier vil i denne sammenhæng sige opadrettet strømning, f.eks. ved søer eller vandløb. Det drejer sig om meget få steder (jf. Figur 11-15) og reelt er der kun tale om en opadrettet strømning til dræn og ikke til terræn. Den gennemsnitlige grundvandsdannelse er ca. 145 mm/år, hvilket er lidt mindre end nettonedbøren. Figur Grundvandsdannelse til det øverste modellag i Tårnby-Dragør-modelområdet. På Figur ses grundvandsdannelsen til KS1, udtrukket fra modellen som Groundwater flow in z-direction for lag 2. Grundvandsdannelsen til KS1 er på ca / 93

72 mm/år for kalibreringsperioden, hvilket stemmer overens med vandbalancen, der giver en vertikal strømning til lag 2 (KS1) på 24 mm/år (81-57 mm/år). Forskellen på 2 mm/år tilskrives bidraget Dræn til rand, der netop er på 2 m/år. Figur Grundvandsdannelse til KS1 for kalibreringsperioden. Grundvandsdannelsen til KS1 på Figur viser, at det primært sker langs motorvejsafdræningen og omkring indvindingsboringerne. Langs modelområdets østlige og vestlige rand samt ved de mindre befæstede områder i sydvestdelen af modelområdet ses en opadrettet strømning fra KS1 til det ovenliggende lerlag. Modellen simulerer dog ikke opadrettet gradient til terræn. 72 / 93

73 12 MODELLENS DOKUMENTEREDE ANVENDELSESOMRÅDER Grundvandsmodellen for Tårnby-Dragør er opstillet med det hovedformål at beregne oplande til vandværker. Herudover vil modellen også kunne anvendes til beregning af oplande til de afværgeanlæg, som ligger flettet ind i vandværksoplandene. Øresundsforbindelsens Landanlæg har en meget stor afdræning, som i høj grad er bestemmende for oplandet til Tårnby Vandværk. Modellen vil også kunne anvendes til en afgrænsning af drænoplandet til Øresundsforbindelsens Landanlæg. Modellen vurderes at være velegnet til analyser af ændringer i indvindingsforhold, dvs. hvordan de forskellige oplande ændrer sig, hvis et vandværk lukker eller ændrer indvinding. Modellen vil også i nogen grad kunne benyttes til beregning af oplande fra mindre indvindere i området, men jo mindre indvinding, jo større usikkerhed vil der også være på optegningen af oplandet. Modellen vil kun i mindre grad kunne simulere det terrænnære grundvand, idet der i kalibreringen primært er lagt vægt på boringer i kalklagene. I denne forbindelse er det således KS1, der defineres som den terrænnære del af magasinet, hvor der kun var få pejleboringer til kalibrering. Modellen vil kun i ringe grad kunne benyttes til beskrivelse af den overfladiske afstrømning i vandløb, idet kun Hovedgrøften uden målestationer indgår i modellen, og følgelig er modellen ikke kalibreret mod vandføring i vandløb. Modellen kan kun i begrænset omfang bruges til at forudsige ændringer i vandføringen i Hovedgrøften som følge af ændret indvinding. En mere troværdig model for Hovedgrøften vil indebære en inkludering af rørunderføringer, bygværker, pumper osv., samt en mere præcis udledning fra regnvandsbetingede udløb. Bl.a. har lufthavnen droslet deres udledning fra regnvandsbassiner til Hovedgrøften, hvilket ikke er detaljeret beskrevet med modellen. Hovedgrøften, som er et af de få vandløb i modelområdet, har en lempet målsætning lige som de tre andre målsatte vandløb i Dragør Kommune /14/, da der bliver udledt spildevand til vandløbene. Da vandløbene har lavere prioritet, er der hverken for vandkvantitet eller -kvalitet opsat målestationer. Opstilling af en målestation i Hovedgrøften vil kunne forbedre datagrundlaget og bevirke at modellens resultater kan valideres med større troværdighed. Modellen vurderes at være anvendelig til klimascenarier, hvor et fremtidigt klima og havniveau giver anledning til ændrede grundvandsforhold. 73 / 93

74 13 SCENARIEBEREGNINGER Med den kalibrerede model er der udført følgende 27 scenarieberegninger, hvoraf de 25 indgår i optegningen af de stokastiske oplande. De sidste to scenarier kører med lukkede afværgeanlæg og indvindingsboringer og skal belyse effekterne på oplandenes størrelser og udnyttelsesgraden. I alle scenarier dræner motorvejsdrænene til samme konstante niveau. Det bedste scenarium (optimale løsning) er udført med en partikelbaneberegning på 500 år og de andre scenarier med en beregning på 200 år, og oplandene optegnes kun for 200 år. Partikler med en alder på mellem 200 og 500 år benyttes til at vise, hvor de grundvandsdannende oplande over 200 år befinder sig, såfremt de ligger udenfor 200-års indvindingsoplandet. De 27 scenarieberegninger er følgende: Tilladt indvinding (25 stokastiske beregninger) Et scenarium med lukning af afværgeanlæg Et scenarium med lukning af indvindingsboringer og afværgeanlæg Alle scenarier er kørt med tilladt indvinding. Strømningsberegningerne er udført for den fulde periode med data, dvs. perioden De efterfølgende partikelbaneberegninger til optegning af 200- og 500-årsoplande er udført med genbrug af perioden (de 13 år svarende til kalibreringsperioden) mht. klima og indvinding, dvs. strømningsberegningerne er gentaget gange for 200-årsperioden og gange for 500 årsperioden Tilladt indvinding For de to vandværker Tårnby og Dragør-St. Magleby er de tilladte indvindinger benyttet. For Icopals og Tårnby Biblioteks afværgeanlæg er de aktuelle indvindinger i 2013 benyttet. Disse anlægs afværgemængder er blevet reguleret inden for de seneste fem år, så de senest anvendte indvindinger er mest relevante. Afværgerne i Københavns Lufthavn for henholdsvis klorerede stoffer (Region Hovedstaden) og PFOS (CPH lufthavn A/S) fungerer nu som et samlet afværgeanlæg, hvor det bedste bud på den fremadrettede afværgeoppumpning på i alt seks boringer er anvendt. Tilladte indvindinger og afværgeoppumpninger større end m 3 /år er medtaget til oplandsberegningen og fremgår af Tabel 13-1 og Tabel 13-2 for hhv. vandværker og afværgeanlæg. Grænsen på m 3 /år er sat ud fra en erfaring om at usikkerheden på oplandet bliver større, jo lavere indvindingen er. 74 / 93

75 Tabel 13-1 Tilladt indvinding fordelt på boringsniveau for de vandværker, der skal beregnes oplande for med modellen. VV = vandværk. DGU_nr. X_UTM Y_UTM Anlæg Tilladt indvinding (m 3 /år) Fordeling Dragør VV % Dragør VV % Dragør VV % Dragør VV % Dragør VV % Dragør VV % St. Magleby VV % St. Magleby VV % St. Magleby VV % St. Magleby VV % I alt Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % Tårnby VV % B Tårnby VV % I alt Samlet indv / 93

76 Tabel 13-2 Tilladt indvinding for de afværgeanlæg, der skal beregnes oplande for med modellen. DGU_nr. X_UTM Y_UTM Afværgenlæg Tilladt indvinding (m 3 /år) Fordeling (%) Tårnby Bibliotek % Tårnby Bibliotek % I alt CPH Lufthavn % CPH Lufthavn % CPH Lufthavn % CPH Lufthavn % CPH Lufthavn % CPH Lufthavn % I alt Icopal Samlet afværge I alle scenarieberegningerne er der anvendt de samme porøsiteter. Der er taget udgangspunkt i Naturstyrelsens præciseringsnotat /17/, hvor den anbefalede porøsitet er benyttet i beregningerne, jf. Tabel Tabel 13-3 Spænd for effektiv porøsitet i danske aflejringer /17/ og anvendt porøsitet i modellen. Geologisk lag Modellag Effektiv porøsitet (%) Anbefalet effektiv porøsitet (%) Moræneler 1 KV Sand 2 KS Kalk primære (matrix) 3 KSK BK Stokastiske beregninger Der er udført 25 stokastiske beregninger, hvor de fire parametre, der indgik i den endelige autokalibrering, er varieret tilfældigt inden for parametrenes konfidensinterval, dvs. middelværdien +/- 2 gange standardafvigelsen. Desuden er de to faktorer, der ganges på den hydrauliske ledningsevne i hhv. kalksandskalken og bryozokalken, inkluderet i de stokastiske beregninger, idet de var de mest følsomme parametre ifølge følsomhedsanalysen. Parametrene for de 25 beregninger fremgår af Bilag / 93

77 13.3 Scenarie uden afværgeoppumpning og nul-scenarie De to ekstra scenarier ud over de 25 for den tilladte indvinding skal illustrere udbredelsen af oplandene for vandværksindvindinger, afværgeoppumpninger og motorvejsafdræningen. Parametrene fra den bedste simulering anvendes her. Effekterne af at stoppe indvindinger og afværgeoppumpninger klarlægges. Desuden kan effekterne på den samlede grundvandsdannelse og udnyttelsesgraden af det tilrådighedsværende vand fra nedbøren vurderes. 77 / 93

78 14 RESSOURCEVURDERINGER For scenarierne med tilladt indvinding, tilladt indvinding uden afværgeoppumpning samt ingen indvinding eller afværgeoppumpning er der lavet ressourcevurderinger i form af vandbalancer og beregninger af grundvandsdannelsen. I alle scenarier benyttes de optimale parametre fundet i kalibreringen. Dernæst er de opad- og nedadrettede gradienter samt udstrømningsområder fra modellen undersøgt med den kalibrerede model. Sidst i afsnittet er oplandene til de forskellige vandværker og større afværgeanlæg beskrevet. Dette er gjort på baggrund af ovenstående scenarier Vandbalancer Vandbalancen er beregnet på samme måde som i afsnit , men i Tabel 14-1 er vandbalancen vist for et 50 m grid i de tre scenarier, hvor den tidligere vandbalance var beregnet i et 100 m grid. Scenarierne er a) den bedste kørsel for den tilladte indvinding, b) med afværgeboringerne lukkede og c) med både afværgeboringer og indvindinger lukkede. Vandbalancen er udtrukket for perioden , hvor perioden bruges som opvarmning af modellen. De to scenarier med reduceret indvinding er sammenlignet med kørslen med tilladt indvinding, som herefter kaldes referencescenariet. Tabel 14-1 Sammenligning af vandbalancer for scenarierne med den kalibrerede model. Enhed: mm/år. Bemærk at der fra nedbøren her er fratrukket afstrømning fra befæstede arealer. Parameter Tilladt indvinding (reference) Tilladt indvinding uden afværgeoppumpninger Ingen indvinding eller afværgeoppumpninger Nedbør (reduceret) Fordampning Nettonedbør Randstrømning* Dræn til rand* OL til flod Dræn til flod Baseflow til flod Oppumpning Magasinering Vandbalancefejl *) Positiv ud af modelområdet. 78 / 93

79 I alle tilfælde ses vandbalancen at gå i nul (vandbalancefejl på 0 mm/år), dvs. der er ingen numeriske fejl af betydning i modellen. Vandbalancen for alle scenarier er meget ens, bortset fra forskellen i oppumpning (indvinding og motorvejsafdræning) og dræn til rand. I det sidste scenarie uden indvinding eller afværgeoppumpning øges dræning til vandløb (Dræn til flod) også med ca. 50% i forhold til scenariet med tilladt indvinding. Forholdet mellem nedbør og fordampning er 73%, hvilket er en anelse højere end andre kortlægningsområder i Danmark, hvor forholdet typisk ligger på 2/3. For et byområde, hvor nedbøren, der strømmer direkte til kloakken er fjernet, stemmer det imidlertid fint overens med det forventede. Nettonedbøren er også stort set ens i de forskellige scenarier. Oppumpningen reduceres fra 54 mm/år i gennemsnit over hele oplandet til 51 mm/år, når afværgeoppumpningerne slukkes, og til 36 mm/år, når indvindingerne også slukkes. En stor effekt af at slukke for både indvindinger og afværgeoppumpninger er, at dræn til rand øges (se Tabel 14-1). For alle tre scenarier er magasineringen negativ på -3 til -4 mm/år. At der stadig er en oppumpning på 36 mm/år i scenariet uden afværge og indvindinger, skyldes at afdræningen langs motorvejen også tæller med som oppumpning i vandbalancen og altså udgør de 36 mm/år. Den årlige motorvejsafdræning forventes at være større i scenariet uden indvinding eller afværgeoppumpning, fordi motorvejsafdræningen må pumpe mere for at holde et konstant grundvandsspejlsniveau. Motorvejsafdræningen må altså være mindre end de 36 mm/år i scenarierne med indvinding Grundvandsdannelse Grundvandsdannelsen er beregnet for hvert af de tre scenarier og udtrykt som grundvandsdannelsen til det øverste magasin, dvs. standardudtrækket Total Recharge to SZ (pos. down). Resultatet fremgår af Tabel 14-2, hvor kolonnen Total henviser til standardudtrækket. Desuden er grundvandsdannelsen til det kvartære sandmagasin KS1 (modellag 2) og kalksandskalken (modellag 3) beregnet som den gennemsnitlige vertikale nettostrømning fra overliggende lag til hvert af modellagene. Vandbalancen til et magasin/modellag består i virkeligheden af minimum fire bidrag: En til- og frastrømning fra over- og underliggende lag, evt. til/fra flow over randen og en evt. fjernelse af vand som følge af indvinding. I denne analyse er det således valgt at definere grundvandsdannelsen til de enkelte lag som til- og frastrømning fra det overliggende lag. 79 / 93

80 Tabel 14-2 Grundvandsdannelsen (mm/år) til de øvre magasiner i de forskellige scenarier. KS: kvartært sand. KSK: kalksandskalk. Lag Total * Tilladt indvinding (reference) Tilladt indvinding uden afværgeoppumpninger Ingen indvinding eller afværgeoppumpninger KS KSK BK * Standardudtrækket Total recharge to SZ (pos. down). Som det fremgår af ovenstående, falder grundvandsdannelsen generelt med dybden til de forskellige lag. Grundvandsdannelsen er desuden mindre for scenariet uden indvinding, hvilket skyldes, at en øget indvinding i sig selv genererer en øget grundvandsdannelse. I tabellen vises kun den nedadrettede strømning til de enkelte lag. Der er desuden områder med opdarettede gradienter, hvilket primært er områderne omkring motorvejsdrænet Opad- og nedadrettede gradienter Med den kalibrerede model er det undersøgt i hvilke områder, der optræder opad- og nedadrettede gradienter. Dette er gjort ved, at middelpotentialet for det kvartære sandlag (KS1), kalksandskalken (KSK) og bryozokalken (BK) er trukket fra hinanden. Potentialeforskellen mellem kalklagene (KSK og BK) er i modellen minimal, så i de efterfølgende figurer vises kun potentialeforskellen mellem KS1 og KSK, idet KS1 antages at repræsentere det terrænnære grundvand (selv om laget kun er tilstede i dele af modellen). Figur 14-1 viser de områder, hvor der er en opadrettet strømning, dvs. hvor grundvandspotentialet i kalken er højere end grundvandspotentialet i KS1. De to scenarier med 1) tilladt indvinding og nuværende afværge 2) ingen indvinding og afværgeoppumpning er vist. 80 / 93

81 Figur 14-1 Områder med opadrettet gradient fra KSK til KS1 med den nuværende oppumpning (rød) og yderligere områder med opadrettet gradient hvis oppumpningen ophører (blå). Som det fremgår af Figur 14-1, er der en opadrettet strømning ved den østlige og vestlige motorvejsafdræning, ved kysten og i udbredte områder mod nord og syd. I scenariet uden indvinding eller afværge ses en forøget udbredelse af områder med opadrettet gradient, svarende til de blå områder på figuren. Den primære årsag til de opadrettede gradienter omkring motorvejsafdræningen er, at dræningen primært sker i det øverste lag af moræneler. Selvom ovenstående Figur 14-1 viser en del områder med opadrettet gradient er der ikke tale om en reel opadrettet strømning fra magasinet, da både KS1 og KSK er en del af det primære magasin. Som beskrevet i nedenstående er der således ingen nævneværdie udstrømningsområder fra det primære magsin til terræn i modelområdet. 81 / 93

82 14.4 Udstrømningsområder Potentielle udstrømningsområder er defineret som de områder, hvor potentialet ligger højere end terræn. Dette er undersøgt for hvert af scenarierne for lagene KS1 og KSK. I praksis er der ingen nævneværdig forskel på potentialet i bryozokalken (BK) og kalksandskalken (KSK) og dermed heller ikke i udstrømningsområderne for kalklagene. Imidlertid ligger grundvandsspejlet hele tiden under terræn for KS1 og KSK i alle scenarierne, så der er ingen nævneværdige udstrømningsområder i modellen Oplande Der er beregnet oplande for de tre vandværker indenfor kortlægningsområdet som beskrevet i afsnit 13.1 (Tabel 13-1). Der er optegnet indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande for de aktuelle scenarier i form af partikelsværme. De endelige oplande er optegnet efter Geovejledning 2, /6/, baseret på 200 års partikeltransport, som vejledningen lægger op til. For den optimale løsning er kørslerne imidlertid udført med en transporttid på op til 500 år, så det er muligt at vise områder, der ligger udenfor 200-års oplandet. Resultatet viser, at oplandene ikke forøges nævneværdigt ved at øge oplandet til 500 år, hvor oplandene i forvejen ligger side om side. Hvor oplandet til Tårnby Vandværk ikke begrænses mod syd og nord, breder oplandet sig noget mere ud. Indvindingsoplandene med grundvandsalder år er vist sammen med de tidligere beregnede indvindingsoplande i Bilag De tidligere oplande er fra Trin 1-rapporten /9/, dvs. de er baseret på et større område og et grovere beregningsgrid (100 m). De nye oplande er beregnet med de tilladte indvindingsmængder og det optimale parametersæt ifølge kalibreringen. Der ses en lidt bedre overensstemmelse mellem de tidligere beregnede oplande og de nuværende 200-årsoplande (se Bilag 14.1). For Tårnby Vandværk er det seneste beregnede opland en del mindre både mod nord og syd. For Dragør er det seneste beregnede opland forskudt mod øst. De seneste oplande er baseret på en mere præcis beregning, hvilket gør dem mere troværdige Stokastiske oplande De stokastiske oplande er beregnet ud fra 25 simuleringer med den tilladte indvindingsmængde og forskellige parameterværdier som beskrevet i afsnit På baggrund af tidligere modelopgaver vurderes det tilstrækkeligt at beregne de stokastiske oplande ud fra modelkørsler med 25 parametersæt. Betegnelsen stokastiske oplande betyder, at det er oplande baseret på tilfældigt udvalgte parametersæt (inden for et 95% konfidensinterval for de udvalgte parametre) og deres tilhørende partikelbaner. De ekstra scenarier med b) tilladt indvinding og uden afværgeoppumpninger og c) uden hverken indvinding eller afværgeoppumpninger er ikke inkluderet i den stokastiske analyse som beskrevet i afsnit / 93

83 Initialt er der placeret ti partikler i hver beregningscelle i hvert lag af modellen, dog 20 partikler i hver beregningscelle i hvert af de to øverste modellag for at sikre, at der er tilstrækkeligt med partikler til at optegne de grundvandsdannende oplande på et pålideligt grundlag. Alternativt kunne partiklerne tildeles nedbøren, så partiklerne ikke risikerer at blive hængende i tørre lag/beregningsceller, men i denne model har der ikke været problemer med partikler, der bliver hængende i tørre celler. I hver beregningscelle for de i alt 25 simuleringer er der efterfølgende foretaget en sammentælling af antal partikler, der ender i en indvindings- eller afværgeboring. Celler, hvorfra partikler bliver indfanget af boringerne, tæller med til oplandsberegningen. Hvis partikler fra en celle i mere end 80% af de 25 kørsler ender i en boring, indgår cellen i optegningen af de endelige oplande som beskrevet i Geovejledning 2. Bilag 14.2 viser de stokastiske indvindingsoplande (partikler fra alle modellag), og Bilag 14.3 viser de stokastiske grundvandsdannende oplande (partikler fra modellag 1 og 2). Bilagene viser sandsynligheden for, at de enkelte beregningsceller tilhører oplandet til et vandværk. Områder med mindre end 80% sandsynlighed bliver imidlertid ofte inkluderet, hvis partikelsværmene tilsiger det. De grundvandsdannende oplande med minimum 80% partikler udgør typisk en del af indvindingsoplandene. På Bilag 14.3 ses, at nogle mindre områder uden grundvandsdannelse i oplandet til St. Magleby og Dragør kildepladser er taget med i det grundvandsdannende oplande, da det ikke kan afvises, at der reelt set også sker en grundvandsdannelse i disse områder Endelige oplande De endelige indvindingsoplande for vandværkerne og kildepladserne er optegnet ud fra partikelsværme efter 200 år for den bedste modelkørsel, tillagt en buffer på 50 meter (svarende til modeldiskretiseringen) og kombineret med en 300 m zone omkring de aktive boringer. Oplandet er udvidet, såfremt celler med 80% af partiklerne fra den stokastiske analyse ligger udenfor partikelsværmen + bufferzone, jf. /6/. De endelige indvindings- og grundvandsdannende oplande til vandværker er vist på Figur 14-2 og Bilag Indvindingsoplandene til afværgeanlæg er optegnet på samme måde som for vandværkerne og kildepladserne i kortlægningsområdet, men uden input fra den stokastiske analyse. De er vist på Bilag 14.5 og på Figur Der er også optegnet grundvandsdannende oplande for afværgeanlæggene med en sort stiplet streg. For Icopal afværgen er de grundvandsdannede oplande stort set sammenfaldende med indvindingsoplandet. 83 / 93

84 Figur Beregnede oplande til de to almene vandforsyninger, de tre afværge anlæg og motorvejsdrænet. Figuren er vist et større format i Bilag Indvindingsoplandene til Øresundsforbindelsens Landanlæg, dvs. motorvejsafdræningen, er optegnet på samme måde som for ovenstående oplande. Fra den bedste kørsel er der udtrukket partikler efter Sink Codes, og herefter er partikelfilen til Sink_Removed_by_Fixed_Head_Drain udvalgt. Oplandene er vist på Bilag 14.5, og der er ikke optegnet grundvandsdannende oplande herfor. Generelt afhænger oplandets størrelse af indvindingens størrelse: Jo større indvinding, jo større opland. Grundvandsdannelsen spiller også en rolle, jo større grundvandsdannelse, jo mere kompakt bliver oplandet, idet vandværket herved ikke skal hente vand fra et stort område. Geologiske heterogeniteter og påvirkning fra andre indvindinger kan få oplandet til at skifte retning eller form. Det er således vanskeligt på forhånd at forudse, hvordan et opland vil se ud. Nedenfor følger en kort beskrivelse af de enkelte oplande for de to vandværker inklusiv kildepladser, for de tre afværgeanlæg og for motorvejsafdræningen Tårnby Vandværk Tårnby Vandværk indvinder fra kalksandskalken (KSK) og bryozokalken (BK) og har en enkelt boring, der går op i det kvartære sand (KS1). KS1, KSK og BK er hhv. lag 2, 3 og 4 i den hydrologiske model. Vandværket har 10 aktive boringer med DGU-numrene listet i Tabel 13-1 sammen med fordelingen på boringsniveau af vandværkets tilladte indvinding på m 3 /år. Indvindingsboringerne ligger syd for motorvejen, og oplandet trækker primært vand fra syd, men har en fane nordpå. Oplandet er ca. 3 km bredt og 4 km langt. Det grundvandsdannende opland er næsten lige så stort. Der er et enkelt indhak i den nordlige 84 / 93