Sammenligninger mellem stationære og dynamisk beregnede oplande

Transkript

1 Sammenligninger mellem stationære og dynamisk beregnede oplande Rasmus R. Møller, GEUS Lars Troldborg, GEUS Steen Christensen, AU Claus H. Iversen, GEUS KPN-møde-Hydrologi, Århus d. 16. december 2009

2 Disposition Baggrund Formål Projektgruppe Metodevalg og fremgangsmåde Resultater Konklusion

3 Baggrund Geo-Vejledning om Indvindings- og grundvandsdannede oplande Mangelfuld information/litteratur i DK omkring håndtering af dynamiske oplandsberegninger Del-projekt om stationære og dynamiske oplande sat i værks i 2008 af styrregruppen.

4 Formål med projektet Formålet med denne undersøgelse har været at vurdere, om det i forbindelse med detailkortlægningen er tilstrækkeligt at anvende stationære modeller til beregning af indvindings- og rundvandsdannende oplande, eller om man bør anvende dynamiske modeller til beregning for nogle typer af geologiske miljøer, eller for visse typer af klimavariationer. Udbygge den empiriske erfaring på området.

5 Projekt- og følgegruppe Projektgruppe: Jan Kürstein, MC-Roskilde, Steen Christensen, Århus Universitet, Lars Troldborg, Rasmus R. Møller, og Claus H. Iversen, GEUS. Følgegruppe: Hydrologisk model-erfa/kpn-hydrologi; Kontaktpersoner: Clea Scheider (MC-Ribe) og Dirk Ingmar Wohlfart (MC-Odense).

6 Metode Opstillet 3 semisyntetiske stat/dyn grundvandsmodeller ud fra eksisterende Karup Å-model i MIKE-SHE Semisyntetiske kunstig geologi-setups derfor er modeller ikke kalibrerede Beregnet grundvandsdannende-oplande for 2 boringer A og B med konstant indvinding på m 3 /år på 3 model typer for både den stationære og den dynamiske løsning. Der er udført i alt 21 forskellige stat/dyn scenarier for at belyse følgende: Filtersætningen betydning (indvinding i lag 2, 5 og 7) for beliggenheden af det stat/dyn gvd-opland Lækagelagenes betydning (1, 2 og 3 lækagelag), for beliggenheden af det stat/dyn gvd-opland. Dæmpning af det dynamiske variationer i nedbøren. Betydningen af forskellige geologiske setups, Hedeslette, Moræne-slette, Begravet dal, lerlinser og vinduer og lækagelag Klimaeffekter - forøget vinternedbør %.

7 Metode 8 beregningslag Lag 1-top følger topografien fra eksisterende Karup Å-model. Lag 1-bund er fastlagt ud fra kalibreret trykniveau fratrukket 5 meter. Lag 2-6 er indbyrdes lige tykke Lag 7-8 er planparallelle lag som er 20 meter tykke Bunden af modellen er sat til kote -70 meter. Hedeslette-model

8 Metode Hedeslette-model Moræneslette-model

9 Metode Introduktion af sandvinduer

10 Metode Begravet dal-model

11 Begravet dal -introduceret i beregningslag 3-8 -bliver smallere i beregningslag 6-8

12 Metode - Hydrostratigrafiske modeller Hedeslette-model Moræneslette-model Begravet dal-model

13 Metode Numeriske model Udgangspunkt i eksisterende numeriske grundvandsmodel for Karup Å-oplandet, hvor alle 3 hydrostratigrafiske modeller bygges ind Opstilles således 3 semisyntetiske gv-modeller der ikke kalibreres Opsætning i MIKE-SHE, stat/dyn Diskretisering: 100 meter celler og 8 beregningslag Randbetingelser: Nul-fluxrand rundt om hele modellen Vandløb: Vandløbs-setup fra DK-modellen for Karup Å Der anvendes realistiske hydrauliske parametre et lag en værdi, -dog er den begravede dal zoneret samt områder med sandvinduer og lerlinser Nettonedbør: tilføres som daglige værdier ( ). Indvinding: konstant synkron indvinding fra boring A og B ( m 3 /år) i ét beregningslag ad gangen Partikler: Der tilføres 20 partikler pr. beregnings celle i alle aquiferlag

14 Metode - Nettonedbørsfordeling månedsmiddel Nu-summdr A1-summdr B2-summdr jan-85 jan-86 jan-87 jan-88 jan-89 jan-90 jan-91 jan-92 jan-93 jan-94 jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan Tid [måned] Nettonedbør [mm/mdr]

15 Metode - Scenarier

16 Metode - Klimascenarie

17 Resultater - Hedeslette Scenarie 1 : Hedeslettemodel, indvinding i lag 7 Homogen model uden lækagelag.

18 Resultater - Hedeslette Scenarie 3 : Hedeslettemodel, indvinding i lag 2 Homogen model uden lækagelag.

19 Resultater ændring i porøsitet Scenarie 3_1 : Hedeslettemodel, indvinding i lag 2 Homogen model uden lækagelag Porøsiteten = 0,20. Sammenligning med Scenarie 3 Porøsittet = 0,20.

20 Resultater ændring i porøsitet Scenarie 3_2 : Hedeslettemodel, indvinding i lag 2 Homogen model uden lækagelag Porøsiteten = 0,01. Sammenligning med Scenarie 3 Porøsittet = 0,20.

21 Resultater ændring i ansiotropi (Kv:Kh) Scenarie 3_3 : Hedeslettemodel, indvinding i lag 2 Homogen model uden lækagelag Porøsiteten = 0,01. Kv:Kh = 1:100 Sammenligning med Scenarie 3 Porøsittet = 0,20 og Kv:Kh = 1:10

22 Resultater - Hedeslette Scenarie 4: Hedeslette-model, indvinding i lag 7 Model med ét lækagelag i det 4. lag Porøsiteten = 0,20.

23 Resultater - Moræneslette Scenarie 5: Moræneslette-model, indvinding i lag 7 Model med ét lækagelag i det 4. lag Porøsiteten = 0,20.

24 Resultater ændring i porøsitet Scenarie 5.1: Moræneslette-model, indvinding i lag 2 Model med moræneler i lag 1 Porøsiteten = 0,20.

25 Resultater ændring i porøsitet Scenarie 5.2: Moræneslette-model, indvinding i lag 2 Model med moræneler i lag 1 Porøsiteten = 0,05.

26 Resultater Begravet dal Scenarie 8: Begravet dal-model, indvinding i lag 7 Model med moræneler i lag 1 Porøsiteten = 0,20.

27 Resultater - Klimascenarie - Hedeslette Scenarie 12: Hedeslettemodel, Homogen model uden lækagelag indvinding i lag 7 for boring A, og Indvinding i lag 2 for boring B Porøsiteten = 0,20. Sammenligning mellem normal situation (klimadata 85-05) og fremtidscenarie med % mere vinternedbør.

28 Resultater Klimascenarie - Moræneslette Scenarie 13: Moræneslettemodel, Homogen model uden lækagelag indvinding i lag 7 for boring A, og Indvinding i lag 2 for boring B Porøsiteten = 0,20. Sammenligning mellem normal situation (klimadata 85-05) og fremtidscenarie med % mere vinternedbør.

29 Resultater - Sammenfatning Scenarie 1, 5 og 8: Hedeslette-, Moræneslette- og Begravet dal-model indvinding i lag 7 Porøsiteten = 0,20.

30 Konklusion Der er ikke stor forskel i de beregnede gvd-oplande om de er beregnet henholdsvis stationær eller dynamisk. Forskellene i arealerne udgør i størrelsesorden mellem 2-5 % og 5-10 % Analyse af aldersfordelingen viser endvidere, at der ikke er nogen forskel på stationært/dynamisk beregnede oplande Mindre porøsitetsværdi, gør som bekendt strømningshastigheden større, hvilket bevirker, at der opnås en forskellen mellem det stat/dyn gvd-opland på 5-10 %.

31 Konklusion -fortsat Ud fra de udførte scenarier er det vist at geologien, ikke overraskende, er meget styrende for udbredelsen af det gvd-opland og har større betydningen end de tidslige variationer i nettonedbøren. I et scenarie hvor betydningen af en ændring i anisotropien Kv:Kh blev testet illustrerede endvidere, at ansiotropien havde stor betydning for beliggenheden af det gvd-opland. Klimascenarier, hvor vinternedbøren øges med %, viser at de gvd-oplande både ændre størrelse men også retning. Derfor vil det de fleste modelopsætninger være tilstrækkeligt, at beregne et stationært gvd-opland i forbindelse med detailkortlægningen.