Indikatorer i grundvandsmodellering stadig en gangbar vej?

Transkript

1 Indikatorer i grundvandsmodellering stadig en gangbar vej? Hans Jørgen Henriksen, GEUS ATV møde Jord og Grundvand om Bæredygtig Vandindvinding Schæffergården, Gentofte, 29/1-2013

2 Vision I dag anvendes meget simple kriterier i vandforvaltningen af bæredygtig grundvandsindvinding. De er nemme at administrere, men de bygger på relativ gammel viden. Brugt firkantet, er de anvendte kriterier for usikre og vil give for lidt miljøforbedring for pengene. Visionen for projektsamarbejdet mellem GEUS og seks vandselskaber der har finansieret fase I er, at: Der udvikles kriterier baseres på den bedst mulige faglige viden, der inddrager mere stedspecifik viden om hydrologi og økologi; Der udvikles nye metoder og værktøjer, som kan bidrage til såvel forvaltning og vandselskabernes drift, fx. moniteringsbehov; samt Der opnås accept af nye videnbaserede bæredygtighedskriterier i vandforvaltningen.

3 Definitioner Kvalitetsmæssig bæredygtig (aquifer safe yield): Bæredygtigheden af et grundvandsmagasin er den mængde grundvand der kan indvindes fra det uden væsentlige negative følgevirkninger på grundvandskvaliteten, sammenlignet med det upåvirkede magasin (Henriksen et al., 2008) Recipientmæssig bæredygtig (environmental flow requirements): Vedligeholdelse (eller re-etablering) af vigtige karakteristika for det naturlige afstrømningsregime dvs. mængde, frekvens, timing og varighed af afstrømningshændelser, ændringstakter og forudsigelighed/variabilitet, der understøtter specificerede, værdifulde egenskaber af økosystemet (Navarro and Schmidt, 2012; Arthington, Pusey and Tharme, 2003)

4 Aquifer safe yield framework

5 Environmental flow framework

6 Aquifer safe yield Smith et al., 2010 Henriksen et al. 2008: Indikator 1 SF = 0.35 (af naturlig recharge ) Indikator 2 SF = 0.30 (af aktuel recharge ) (brugt på 50 hovedoplande jf. modellag 3 hhv. 5) DK Vandplan Indikator SF = 0.35 (af naturlig recharge ) (brugt på grundvands forekomster svarende til respektive DK model lag)

7 Environmental flow (UK) Henriksen et al., 2008: Indikator 3 mid Q (max 10 % reduktion) Indikator 4 min Q (max 5,10,15,25, 50 % red.) DK Vandplan Max 5 % red. Median Min Q (Høj tilstand) Max % red. Med.Min Q (God tilstand) Konkret viden: større reduktioner acceptabel

8 Et eksempel - Odense

9 Model vandbalance DK Vandplan Bæredygtig Vandindvinding : Aquifer safe yield: Øvre regionale grundvandsmagasin = 0,35 * naturlig recharg = 0,35 * 36 mm = 13 mm/år (aktuel indv. = 4 mm/å Dybe regionale grundvandsmagasin = 0,35 * naturlig recharg = 0,35 * 9 mm = 3 mm/år (aktuel indv. = 14 mm Environmental flow: Sommer afstrømning (incl. spildevand) reduceret fra 45 mm/å til 38 mm/år ~ 15 %

10 Simuleret aldersfordeling Aktuel vandindvinding Naturlig situation uden vandindvinding

11 Intermediære metoder Aquifer safe yield Stedspecifik konceptuel model forståelse Ændringer i grundvandsstand som følge af grundvandindvinding, arealanvendelse og klimaændring Tidsserier af grundvandsniveau og vandkvalitet Vandbalance vurderinger for deloplande Ændringer i aldersfordeling Environmental flow Stedspecifik forståelse af habitat og funktionelle relationer mellem hydrologi og økologi Building block methodology der fokuserer på minimums, median og max afstrømninger (påvirkning af afstrømningsregimet som følge af vandindvinding) Hydrauliske habitat analyser og modeller (vanddybde, hastighed, flow kalender, hydrological suitability index etc.) Eksempel: Environmental impact assessments (EIA)

12 Komplekse metoder Strømnings- og stoftransport modellering kan anvendes til vurdering af kvantitativ status, kemisk status, tærskel værdier og næringsstof management options baseret på økologisk status af tilknyttede overfladevandssystemer Environmental flow kan inkludere habitat modeller og økologiske modeller (Hinsby et al, 2012)

13 EU guidelines for kvantitativ status Grundvandsdirektivet (CIS nr. 18 Saltvandsindtrængning (gradientforhold i kystzone) Overfladevandspåvirkning (environmental flow vandløb) Grundvandsafhængige terræstriske økosystemer (våd natur) Vandbalance test

14 Vandbalance testen (CIS, 2009)

15 Anbefalinger fra EU kommisionen jf. 3. implementeringsrapport (14/ ) EC (2012b) anbefalinger til kvantitativ status opgørelse: Reliability should be improved by extended monitoring and by applying all the required elements of status and trend assessment RBMP should clearly address all elements related to both the good chemical and good quantitative status, and clearly report reasons for not considering certain elements Ground Water Dependent Terrestrial Ecosystems GWDTE and groundwater associated surface water bodies should always be considered. Knowledge gaps need to be filled with appropriate studies The definition of available groundwater resource should be fully applied and reported Methods to calculate balance between recharge and abstraction of groundwater should be transparent and harmonised between Member States. Ecological flow should be considered. Information on the status of drinking water protected areas (DWPAs) should be included

16 Vurdering af kvantitativ status i Storbritannien

17 Overvejelser i forbindelse med næste vandplan periode (UKTAG)

18 Eksempel på usikkerheds på opgørelse i Storbritannien

19 Vurdering af kvantitativ status i Tyskland (Umweltbundesamt, 2010)

20 Anbefalinger til brug af indikatorer i vandforvaltningen Kriterier for aquifer safe yield og environmental flow skal bruges til kvantitativ status vurdering De må ikke være et mål i sig selv, men skal ses som et af midlerne til en test af om målet er opnået Simple metoder (nemme at bruge, kræver få data) skal anvendes med indbygget forsigtighedsmargin til indledende screening; Magasiner der opfylder simple metoder har god status, Magasiner der fejler testen, skal have mulighed for at blive vurderet nærmere på intermediært eller komplekst niveau, med inddragelse af nye stedspecifikke data/mere sofistikeret metodik Intermediært/komplekse niveau skal ses som læringsproces, hvor der ud fra brug af lokale data/mere viden, returneres revurderede kriterier (fx konkret revurderede kriterier jf. simple metoder, eller specifikke kriterier på fx intermediært niveau fx til afsænkning) Usikkerhed på kvantitativ status kommunikeres (konfidens jf. UK) Kriterier skal løbende opdateres i hver WFD planlægningscyklus i takt med at nye data, viden og nye værktøjer bliver tilgængelige

21 Anbefalinger til fase 2 Der er behov for bedre funderede kriterier for akvifer safe yield og environmental flow til brug for nuværende og kommende WFD planlægningsrunder (skal være klar indenfor et år til brug kommende basisanalyse og baseret på eksisterende viden) Ny viden skal tilvejebringes ved forskningsaktiviteter målrettet praktisk brug i kommende WFD planlægningscyklus. Ny viden falder indenfor to områder: Kort sigt/simple kriterier: Videreudvikling af simple kriterier og konsolidering med henblik på dansk brug, fx revurdering af de fire kriterier opstillet af Henriksen et al og dokumentation af anvendeligheden af valgte kriterier Udarbejdelse af nationale retningslinier for brug af simple kriterier i vandforvaltningen med henblik på sikring af standariseret brug af kriterier / indikatorer Langt sigt/intermediære kriterier: Udvikling af bæredygtighedskriterier på intermediært niveau; bør indeholde såvel vandbalance vurderinger for grundvandsforekomster, som stedspecifik vurdering af afsænkning af grundvandsspejl, der sikrer grundvandskvaliteten Generelt anvendelige habitat modeller egnede til vurdering af økologisk status af vandløb og vandløbspåvirkning fra vandindvinding skal udvikles. Det kræver forbedret økologisk viden, bedre datagrundlag og innovative metoder

22 Muligheder for forbedret model performance Der skal anvendes koblede grundvands- overfladevandsmodeller der kan simulere dynamiske (transiente) forhold Rumlig diskretisering skal være tilstrækkelig fin til opløsning af ådalstopografien ( m afhængigt af topografi, placering af indvindinger og oplandsstørrelse) God praksis i hydrologisk modellering skal følges (Refsgaard et al. 2010) Modeller skal kalibreres stedspecifikt Kalibrering og validering skal inddrage dynamiske aspekter så vidt det er muligt (data & objektivfunktioner på fluktuationer i grundvandsstand, og data fra forskellige pumpesituationer, hvor sådanne foreligger; usikkerhedsvurdering af pålidelighed) Muligheden for indsamling af nye data til forbedret kalibrering og validering bør overvejes. Fx kampagnemålinger af i) synkron målinger af afstrømning i sommerperiode, ii) tilsvarende synkron målinger af trykniveau, iii) tidsserier af afstrømning og trykniveau fra vandløbsnære boringer

23 Konklusion En review rapport er på trapperne, der indeholder: en gennemgang af litteratur og metodik omkring vurdering af aquifer safe yield og environmental flow i udvalgte lande (bl.a. Storbritannien, Tyskland og Irland). metodikker til vurdering af grundvandets kvantitative status jf. Grundvandsdirektivet. metoder anvendt i danske vandplaner. Rapporten reviewes på workshop i starten af februar med bistand fra to internationale eksperter Foreløbige resultater peger på, at det måske ikke er indikatorerne i sig selv, men derimod måden og det grundlag de bliver brugt på i vandforvaltningen der er problemet Grundvandssystemer skal forstås som komplekse systemer, der reagerer dynamisk i forhold til påvirkninger fra vandindvinding, arealanvendelse og klima, samtidig er responstiden før en ny ligevægt har indstillet sig stor Undersøgelsens Fase 1 rapport er finansieret af Aalborg Forsyning, Esbjerg Forsyning, Tre-For, Aarhus Vand, VandCenter Syd og KE i et projektsamarbejde med GEUS