NYT KILDEPLADSOMRÅDE I NÆRHED AF EU HABITAT OMRÅDE - METODER TIL KONSEKVENSVURDERING Civilingeniør, ph.d. Jacob Birk Jensen Geolog Martin Mortensen Geolog Torsten Bliksted NIRAS Civilingeniør Per Grønvald Aalborg Kommune, Vandforsyningen ATV MØDE VINTERMØDE OM JORD- OG GRUNDVANDSFORURENING VINGSTEDCENTRET 6. - 7. marts 2007
RESUMÉ I forbindelse med en planlagt ny kildeplads i Volsted Plantage syd for Aalborg er og bliver der foretaget en række undersøgelser, der har til formål at belyse konsekvenserne af en ny kildeplads for et nærliggende habitatområde og et B1-klassificeret vandløb. Nøglen til en pålidelig konsekvensvurdering er en forståelse af interaktionen mellem grundvand og overfladevand. Denne artikel beskriver de metoder, der er fundet anvendelige i forhold til indsamling og behandling af data, samt modellering af de hydrogeologiske processer i ådalene. Der er foretaget en GOI (Grundvand-overfladevands interaktion) kortlægning ud fra metoderne beskrevet i Dahl (2004), suppleret med en række hydrogeologiske feltundersøgelser. Efterfølgende er en eksisterende grundvandsmodel opdateret med resultaterne fra kortlægningen. Modelsimuleringerne viser, at GOI kortlægningen suppleret med hydrogeologiske feltundersøgelser er særdeles værdifuld i forhold til modellering af interaktionen mellem grundvand og overfladevand på lille skala. BAGGRUND Aalborg Kommunes Vandforsyning (AKV) er i disse år i færd med at udvide den samlede vandindvindingskapacitet, og som et led i denne plan er der udpeget to lokaliteter, hvor indvindingsmulighederne undersøges. Den ene lokalitet ligger i skovområdet Lundby Bakker ved Gistrup sydøst for Aalborg og den anden i Volsted Plantage syd for Aalborg. Grundvandmagasinerne ved Aalborg består overvejende af kalkmagasiner uden nævneværdig dæklagsbeskyttelse, hvorfor viden om arealanvendelsen er et vigtig element ved udpegning af potentielle indvindingsområder. Det er derfor valgt at rette blikket mod de to store - med hensyn til grundvandsindvinding - uudnyttede skovområder. Volsted Plantage, beliggende ca. 15 km syd for Aalborg, er en af disse lokaliteter, hvor det påtænkes at indvinde 1 mio. m 3 vand per år. I nærområdet til kildepladsen ligger Lindenborg Å, med sidegrene. Lindenborg Ådal er udlagt som EU habitatområde og Hølbækken - en nærliggende mindre sidegren til Lindeborg Å - er lakseklassificeret (B1), se figur 1. Disse forhold stiller store udfordringer til en detaljeret konsekvensvurdering jf. EU s habitatdirektiv. I basisanalysen for det pågældende habitatområde (EF-habitatområde 20) fremgår det, at naturtyperne kilder, væld og rigkær 1 er prioriteret, og i tilladelsen til udførelse af prøvepumpningsforsøg beskrives, hvorledes der skal foretages konsekvensvurderinger i forhold til påvirkning af disse naturtyper. Udfaldet af disse konsekvensvuderinger vil være afgørende for en opnåelse af en midlertidig indvindingstilladelse, der senere kan erstattes med en permanent tilladelse, såfremt påvirkningerne på habitatområdet er acceptable. I skrivende stund (januar 2007) er der gennemført en række hydrogeologiske undersøgelser og modelleringer i området. Hertil kommer, at der i foråret 2007 gennemføres endnu en række hydrogeologiske undersøgelser, herunder vandspejls- og trykniveaumålinger i rigkær samt vandstandsmålinger i Hølbækken og ved kildevæld med udstrømning til habitatområdet. Samtlige undersøgelser har til formål at beskrive konsekvenserne af indvinding på såvel kort som lang sigt. 1 Rigkær repræsenterer moser og enge med konstant vandmættet jordbund, hvor grundvandet er mere eller mindre kalkholdigt, men næringsfattigt.
Figur 1. Volsted Plantage Formål Overordnet set består udfordringen i dels at formulere hvilke påvirkninger, der er kritiske i forhold til en bevarelse/udvikling af habitat området og dels i at forudsige, hvorledes den påtænkte indvinding vil påvirke de fysiske og kemiske forhold i habitatområdet. I forbindelse med sidstnævnte forhold ligger nøglen til denne forståelse/beskrivelse i et detaljeret kendskab til interaktionen mellem grundvand og overfladevand. Nærværende artikel omhandler, hvorledes udfordringen mht. forudsigelse af påvirkningen af de fysiske forhold håndteres. Formålet er at give et overblik over de metoder, der er fundet anvendelige i forhold til en detaljeret beskrivelse af grundvand-overfladevands interaktionen (GOI), samt at demonstrere, hvorledes ådalskortlægning (jf. Dahl et al. 2004), kombineret med en boringskampagne og traditionel grundvandsmodellering kan lede til en meget detaljeret beskrivelse af GOI og dermed også en detaljeret beskrivelse af påvirkninger fra den påtænkte indvinding. I de foreløbige undersøgelser er der fokuseret på beskrivelse af interaktionen mellem grundvand og overfladevand i og omkring især Hølbækken, og først i de kommende undersøgelser bliver der fokuseret på forholdene i habitatområdet. Det er derfor erfaringerne fra undersøgelserne omkring Hølbækken, der vil være i fokus i denne artikel. Lokalitet I området ved Volsted Plantage består de geologiske aflejringer af højtliggende skrivekridt dækket med moræne og smeltevandsaflejringer. De kvartære aflejringer domineres af sand. Kridtaflejringerne udgør det primære grundvandsmagasin i området. Langs skræntfoden til
ådalene går skrivekridtet flere steder i dalen, og i selve ådalene træffes der marine postglaciale aflejringer fra Littorina havet overlejret af ferskvandstørveaflejringer. Figur 2. T.v. et kik ud over Lindenborg Ådal mod syd med en af områdets store kilder i forgrunden. T.h. Hølbækken ca. 300 m fra udspringet. Størstedelen af Volsted Plantage ligger topografisk højt - set i forhold til de omkringliggende ådale - med en dyb umættet zone. Relieffet i overgangen til ådalene er overvejende stejlt med ingen eller tynde kvartære aflejringer. Dette bevirker, at der langs skræntfoden springer en række kilder (Q2 strømningsvariant, se figur 2tv og 3). Figur 3. Strømningsveje Q1 til Q4 gennem ådal til overfladevand (Dahl et al. 2004) Lindenborg Ådal er i udpræget grad grøftet og drænet, mens Hølbækken kun i mindre grad er drænet. Interaktionen mellem grundvand og overfladevand i Hølbækken varierer meget fra udspring til udløb. På den øverste halvdel er tilstrømningen domineret af kilder i og langs vandløbet (Q2 og Q3), samt områder med mere diffus udstrømning (Q1). På den nederste halvdel, hvor
Hølbækken løber ud i Lindenborg Ådal, er tilstrømningen betydelig lavere og domineret af sidetilløb fra grøfter og dræn (Q4). Der foreligger ikke informationer over den tidslige variation af vandføringen i Hølbækken, men data fra Lindeborg Å viser, at denne er overvejende grundvandsfødt (baseflow). Som nævnt tidligere er formålet med undersøgelsen at lave en konsekvensvurdering i forhold til påvirkning af overfladevand. Vandføringen i Lindenborg Å er af en sådan størrelse, at påvirkningen relativt vil være ubetydelig. Derimod kan det ikke afvises, at en indvinding på 1 mio. m 3 /år vil resultere i en mærkbar reduktion af vandføringen i Hølbækken, og det kan heller ikke afvises, at beskyttede naturtyper som kilder, væld og rigkær kan påvirkes. Som nævnt tidligere har de hidtidige undersøgelser været rettet mod kortlægningen af forholdende i og omkring Hølbækken, og først i de kommende undersøgelser kortlægges forholdende ved kilder, væld og rigkær i Lindeborg Ådal. Metoder En korrekt forståelse og modellering af det nuværende hydrologiske kredsløb i området er helt centralt i forhold til at kunne foretage en konsekvensvurdering for de overnævnte påvirkninger. I denne analyse har vi anvendt en række metoder til at opnå en hydrologisk forståelse og indsamle de nødvendige data til modelopsætningen. Metoderne kan kategoriseres som: Indledende GOI klassifikation Feltverifikationer Supplerende feltundersøgelser Modelopbygning Modelverifikation Indledende GOI klassifikation Kortlægningen af interaktionen mellem grundvand og overfladevand (GOI) er foretaget med udgangspunkt i GOI klassifikationen beskrevet i Arbejdsrapport Nr. 16 2004 fra Miljøstyrelsen (Dahl, 2004). I den forbindelse er ådalene kortlagt geologisk, geomorfologisk og hydrogeologisk ud fra eksisterende data. Feltverifikationer Ådalens skræntfod og litologiske overgange er vigtige, idet deres faktiske placering er meget afgørende for udstrømningsprocesserne. F.eks. ses flere kilder langs skræntfoden. Skræntfod og synlige litologiske overgange i ådalens sedimenter er kortlagt/verificeret i felten. Supplerende feltundersøgelser I Hølbækken eksisterede der før denne undersøgelse kun en enkelt vandføringsmåling. Til belysning af den stedlige tilvækst i vandføring langs bækken er der foretaget synkrone vandføringsmålinger. Det geologiske datagrundlag i ådalene er generelt meget mangelfuldt, idet der, på disse lokaliteter, ikke har været aktiviteter, der har afledt geologiske sonderinger i stort tal. For at
beskrive/modellere interaktionen mellem grundvand og overfladevand er det nødvendig at have en stor datatæthed, da mange af processerne foregår på lille skala. Til belysning af ådalsgeologien er der udført håndboringskampagner ad to omgange i både Lindenborg og Hølbæk ådal. Der er håndboret ned til 5 m.u.t. Modelopbygning Der er opstillet en grundvandsmodel for området, der foruden mere klassiske data så som en konceptuel geologisk model, resultater fra prøvepumpninger samt pejledata også inkorporerer resultaterne fra den grundige kortlægning af interaktionen mellem grundvand og overfladevand. Til modellering af de hydrogeologiske processer er modelleringsprogrammet GMS 5.1 anvendt. Resultater Den indledende GOI klassifikation og den efterfølgende feltverifikation resulterede i en meget præcis udpegning af skræntfoden, som senere i den geologiske model bliver anvendt som den yderste grænse for ådalssedimenterne. En præcis placering af skræntfoden er afgørende for simulering af udstrømningen langs denne. Skræntfoden blev visse steder justeret op til 200 m i forhold til placeringen foretaget ud fra de tilgængelige geologiske data. De supplerende feltundersøgelser havde til formål at kortlægge de ikke synlige litologiske overgange, som er betydende for strømningsprocesserne i ådalen. Boringerne i ådalen resulterede i et godt estimat for udbredelsen af de lavpermeable marine gytje aflejringer som er afgørende for det lokale strømningsmønster, se figur 4. Figur 4. Tv. placering af håndboringer i Hølbæk ådal, skræntfodens placering og afgrænsningen af gytjeaflejringerne. Th. profillinier langs og på tværs af Hølbækken.
Vandføringsmålingerne i Hølbækken blev foretaget efter en lang tør vinterperiode, hvor baseflowet forventes at være repræsentativ for medianminimumafstrømning. Der i alt foretaget 4 vandføringsmålinger (A-D, se figur 5), hvoraf måling B er foretaget af Nordjyllands Amt i august 2005 og måling A, C og D er foretaget synkront af NIRAS i januar 2006. Målingerne viser en stor tilvækst på den øverste del af Hølbækken og en beskeden tilvækst på den nederste del, se figur 5. Dette er i fin overensstemmelse med resultatet fra de geologiske undersøgelser, der viser, at lavpermeable gytjeaflejringer træffes i den nederste del af Hølbækkens ådal. Målepunkt Tidspunkt Vandføring [l/s] A januar 2006 2,0 B august 2005 27,0 C januar 2006 42,5 D januar 2006 43,4 Figur 5. Placering af vandføringsmålepunkter og målte vandføringer i Hølbækken. GOI kortlægningen og de supplerende feltundersøgelser har resulteret i en markant forbedret konceptuel forståelse for geologien og strømningsprocesserne i ådalen, og grundvandsmodellen er opdateret med denne viden. Grundvandsmodellen er opsat som en regional grundvandsmodel dækkende et område på 235 km 2, men detaljeret i området omkring Hølbækken og Volsted Plantage. Grundvandsmodellen er kalibreret stationært mod trykniveauer i 142 boringer. Vandføringsmålingerne i Hølbækken er udelukkende anvendt til validering af modellen. Figur 6 viser en sammenligning mellem de målte og simulerede vandføringer. Discharge [l/s] 50 40 30 20 10 0 B Jan. 2006 2 l/s 27 l/s Aug. 2005 C D 42.5 l/s 43.4 l/s Jan. 2006 Jan. 2006 A 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Distance from the origin of Hoelbaek [m] Figur 6. Målte og simulerede vandføringer i Hølbækken.
Feltmålingerne viser en dramatisk forøgelse af vandføringen fra målepunkt A til målepunkt B og C. I dette område er der tilløb fra kilder i og ved vandløbet. Sammenlignes med resultaterne fra grundvandsmodellen, ses samme tendens med en knap så dramatisk tilvækst. Mellem målepunkt C og D ses en beskeden tilvækst i såvel model som målinger. Taget i betragtning at modellen er ukalibreret mht. vandføringer, er resultaterne særdeles gode. Som nævnt er vandføringstilvæksten i Hølbækken betinget af kilde og væld, og idet skalaen for disse processer er 10x10 m eller mindre, kan det ikke forventes, at modellen kan repræsentere processerne i detaljer. Betragter vi derimod processerne på en 100-200 m skala, integrerer modellen fint tilvæksten i vandføringen. I den senere fase, hvor selve påvirkningen fra den planlagte indvinding skal beregnes, er det således påvirkninger på en 100-200 m skala, modellen kan udtale sige om. KONKLUSION I Volsted Plantage syd for Aalborg planlægger Aalborg Kommunes Vandforsyning en ny kildeplads. Nærværende artikel viser delresultaterne fra en større undersøgelse, der har til formål at forudsige konsekvenserne af denne kildeplads for en række beskyttede naturtyper (EU habitatområde) samt et vandløb i nærområdet. Første skridt i denne undersøgelse har været en indsamling af data og viden, der skal bidrage til sammenstillingen af en konceptuel forståelse for områdets hydrogeologi. Hertil er der foretaget en indledende GOI klassifikation ud fra retningslinierne præsenteret i Dahl (2004). Derudover er ådalsgeologien kortlagt ud fra en række håndboringer. Disse undersøgelser har resulteret i en enestående forbedring af forståelsen for de hydrogeologiske processer i ådalen. De første simuleringer med grundvandsmodellen, hvor denne viden er indbygget, viser, at modellen kan simulere interaktionen mellem grundvand og overfladevand på en 100-200 m skala. Med GOI kortlægningen og den efterfølgende modeltilpasning findes der således et sagligt grundlag for selve konsekvensvurderingen for Hølbækken og for en eventuel senere tilpasning af kildepladsudformningen og -drift. YDERLIGERE UNDERSØGELSER Som et led i den hydrogeologiske kortlægning af grundvandsmagasinet vil der i foråret 2007 blive etableret to pumpeboringer og 5 dybe moniteringsboringer i og omkring Volsted Plantage. Efterfølgende langtidsprøvepumpes der fra de to pumpeboringer og til dokumentation af evt. påvirkninger fra prøvepumpningen iværksættes kontinuerte vandføringsmålinger i Hølbækken og i afløb fra kilder i ådalen til Lindenborg å. Endvidere etableres en række korte filtersatte håndboringer i ådalen til belysning af den naturlige variation af trykniveau og vandstand og evt. påvirkning af disse under prøvepumpningen. Erfaringerne fra feltundersøgelserne ved Hølbækken anvendes endvidere til en hydrogeologisk kortlægning af Lindenborg Ådal syd for plantagen. REFERENCER Dahl, M.; Langhoff, J.H.; Kronvang, B.; Nilsson, B.; Christensen, S.; Andersen, H.E.; Hoffmann, C.C.; Rasmussen, K.R.; Platen-Hallermund, F. von; Refsgaard, J., 2004. Videreudvikling af ådalstypologi Grundvand-Overfladevand Interaktion (GOI). Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen nr. 16.