HYDROLOGIVURDERINGER EnviNa Kursus 20. marts 2014 Ole Munch Johansen Jacob Birk Jensen Bjarne Madsen
DAGSORDEN 09.00 09.30: Ankomst og kaffe/the med rundstykker 09.30 09.45: Velkomst og introduktion til dagen 09.45 10.45: Ådalshydrologi. 10.45 11.00: Pause 11.00 11.40: Økohydrologi 11.40 12.00 Cases 12.00 13.00: Frokost 13.00 14.00: Metoder til vurdering af påvirkning 14.00 14.15: Kaffe/the med brød 14.15 15.15: Feltmålinger og overvågning 15.15-15.30: Opsamling, evaluering og afslutning på dagens kursus 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 2
HVAD ER DET VI KIKKER PÅ? Vandstandsændringer i vandløbet? Vandstands-/tryk ændringer i grundvandsmagasinet? Ændringer i vandstand og udstrømning? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 3
HVAD SIGTER VI MOD? Introduktion til ådalshydrologi redskaber til typologisering af denne Øko-hydrologi med fokus på Rigkær hvordan sættes tålegrænse? Redskaber i værktøjskassen til konsekvensvurdering Hvad gør vi når vi ikke kan regne den ud? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 4
UNDERSØGELSESSTRATEGI Konsekvens Udfaldsrum Vurdering jf. forsigtighedsprincippet Data/vurderinger Detaljeringsgrad af undersøgelse Stop Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3 Niveau 4 Stop 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 5
DARCY LIGNINGEN Imagasin Tørv q=kådal*imagasin/ådal Iådal Q=Tådal*Iådal Ler Sand Q=Tmagasin*Imagasin q specifik strømning [m/s] Q atrømning [m3/s] I Hydrauliske gradient (trykforskel delt med afstand) [- ] T Transmissivitet (magasinets evne til at lede vand); T=K*b [m2/s] K hydraulisk ledningsevne (jordens evne til at lede vand) [m/s] b magasintykkelsen [m] Darcy ligningen q=-k*dh/dl 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 6
DARCY LIGNINGEN Dahl (2004) - Videreudvikling af ådalstypologi - Grundvand-Overfladevand Interaktion (GOI)
ÅDALENS RANDBETINGELSER Vandstandsændringer i vandløbet Årsager: Havvandstandsstigninger hyppigere oversvømmelser Ændret vedligehold Reguleringsprojekter Ændret afstrømningsmønstre Værktøjer: GIS analyser MIKE 11/VASP/etc. MIKE SHE/MIKE 11 Husk at sætte ændringen i forhold til den naturlige dynamik Vandstandsændringer i vandløbet? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 8
ÅDALENS RANDBETINGELSER Vandstands-/tryk ændringer i grundvandsmagasinet Årsager: Indvinding Dræning i oplandet Ændret grundvandsdannelse Værktøjer: Simple konceptuelle betragtninger Analytiske løsninger semi-analytiske løsninger Grundvandsmodeller Fuldskala pumpetest Husk at sætte ændringen i forhold til den naturlige dynamik Vandstands-/tryk ændringer i grundvandsmagasinet? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 9
VANDSTAND VERSUS UDSTRØMNING Vandstand Udstrømning Q=0 m 3 /år Q=50.000 m 3 /år Q=100.000 m 3 /år Q=200.000 m 3 /år Fakta: Ved positive hydrauliske grænser kan der være små sænkninger, men stor reduktion af udstrømning Indvinding Vandstand er lettere at sikre end udstrømningen!!! EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
VANDSTANDSSÆNKNINGER Påvirkning af trykniveau/vandstand Påvirkningen er størst i magasinet hvor der bliver pumpet og den aftager mod terræn Vandløb, søer, fjorde og hav virker som positiv hydrauliske grænser og derfor aftager påvirkningen når man nærmer sig disse EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
VANDSTANDSSÆNKNINGER BINDERUP MØLLE Sænkning i kalken Sænkning i terrænnært magasin Sænkning i terræn
BEREGNINGSMETODER - ANALYTISKE Homogen magasin Konstant pumperate Påvirkning af et lige uendelig langt vandløb Jenkens Hantush Hunt Bjarne Madsen, ATV indlæg, 27. jan 2009
BEREGNINGSMETODER - ANALYTISKE Kan sjældent anvendes da de analytiske typisk overvurderer påvirkningen ved terræn? 10. Marts 2011 EnviNA VVM-screening og
KONSEKVENSVURDERING Vandstandsændringer i vandløbet? Vandstands-/tryk ændringer i grundvandsmagasinet? Ændringer i vandstand og udstrømning? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 15
ÅDALSHYDROLOGI SAT I RAMMER GOI (Grundvand-Overfladevand Interaktion) typologi MST projekt med formål at opstille en typologi for Grundvand / Overfladevand Interaktion (GOI typologi) med henblik på at kunne vurdere ådalenes betydning for vandudveksling og stofomsætning ved overgangen fra grundvand til overfladevand Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen nr. 16, 2004 Videreudvikling af ådalstypologi, Grundvand- Overfladevand Interaktion (GOI) http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2004/87-7614-492-5/pdf/87-7614-493-3.pdf Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen nr. 17, 2005 Afslutning af ådalstypologi, Grundvand-Overfladevand Interaktion http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2005/87-7614-796-7/pdf/87-7614-797-5.pdf By- og Landskabsstyrelsen GOI typologiens anvendelsesmuligheder - Med fokus på beskyttelse af overfladevand og økosystemer i relation til vand- og naturplaner http://www.naturstyrelsen.dk/nr/rdonlyres/7b5fb219-3674-41da-aaf2- D742290304E2/0/GOItypologiensanvendelsesmuligheder.pdf 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 16
GOI TYPOLOGI 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 17
GOI TYPOLOGI Niveau 1: Landskabstype Karakteriserer den geomorfologiske og geologiske opbygning i oplandet. Landskabstypen anvendes til en hurtig vurdering af, om vandløbet løber i et opland, hvor: Grundvandstilstrømning af varierende kvalitet udgør en betydelig del af vandføringen. Drænvandstilstrømning og overfladisk tilstrømning af dårlig kvalitet er det betydende bidrag til vandføringen i vinterhalvåret, mens sommervandføringen er betydeligt mindre, da vandet dannes af dybere grundvand af forventeligt bedre kvalitet. 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 18
GOI TYPOLOGI Niveau 2: Ådalstype Karakteriserer kontakten mellem ådalens Tilgrænsende Hydrogeologiske Enhed og Ådalsmagasinet. I Ådalstypen karakteriseres således grundvandstilstrømningen til ådalen. Ådalstypen kan anvendes til at opnå en dybere forståelse af: Hvilke hydrogeologiske enheder (lag), der bidrager til vandføringen i vandløbet (lokale eller regionale grundvandsmagasiner). Hvor stor og stabil tilstrømningen til ådalen er fra de forskellige enheder. Hvor stor betydning indvinding fra de forskellige enheder vil have for tilstrømningen til overfladevandet, hvilket primært har indflydelse på den økologiske tilstand i overfladevandet. 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 19
GOI TYPOLOGI Niveau 3: Strømningsvariant Karakteriserer strømningen gennem ådalen til vandløbet. Strømningsvarianten kan benyttes til at vurdere: Hvilke naturlige strømningsveje grundvandet følger gennem ådalen til vandløbet. Hvilke menneskelige indgreb, der eventuelt påvirker vandets strømning gennem ådalen (detail- og hovedafvanding). 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 20
NIVEAU 3 - STRØMNINGSVARIANT Naturlige strømningsveje Strømning gennem Ådalsmagasinet styres af grundvandets trykniveau i relation til det frie grundvandspejl i ådalen og vandstanden i vandløbet, jordoverfladens beliggenhed, fordelingen af høj- og lavpermeable lag i, samt dybden af Ådalsmagasinet, permeabilitet af vandløbsbunden, og endelig mængden af gennemstrømmende vand. Naturlige strømningsveje gennem ådalen: Diffus strømning gennem Ådalsmagasinet (Q1) Overfladisk strømning hen over Ådalsmagasinet (Q2) Direkte strømning fra Tilgrænsende Hydrogeologisk Enhed til vandløb (Q3). 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 21
NIVEAU 3 - STRØMNINGSVARIANT Menneskeskabte strømningsveje detailafvanding i oplandet (drænrør) (Q4a*) detailafvanding i ådalen (drænrør eller grøfter) (Q4a* og c*) hovedafvanding af vandløbet (udretning og uddybning) kan eventuelt skabe en direkte kontakt mellem den Tilgrænsende Hydrogeologiske Enhed og vandløbet, der ikke tidligere var tilstede (Q3). * GOI typologien differentierer ikke Q4 i Q4a (tilstrømning fra oplandet), Q4b (drænafstrømning pga. trykvand) og Q4c (dræning af overskudsnedbør fra selve ådalen). Vi finder opdelingen nyttig 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 22
NIVEAU 3 - STRØMNINGSVARIANT Hvorfor er strømningsvarianten vigtig? Afgørende for mængde og kvalitet af vandtilførelsen til de terrestiske økosystemer. Afgørende for den hydrauliske robusthed af de terrestiske økosystemer i forhold til ændringer i randbetingelser. 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 23
STRØMNINGSVARIANT OG RISIKO Konsekvens for grundvandsbetinget natur ved ændring af vandstand i vandløb Q1 Q2 Q3 Q4b Q4c Risiko Kommentar + + Høj Ændring i vandløbsvandstand vil påvirke grundvandspotentiale og dermed også den diffuse udstrømning + - Mellem For meget højpermeable sedimenter kan ændring i vandløbsvandstand forplante sig ind mod skræntfoden og reducere Q1 til terræn + + Høj Ændring i vandløbsvandstand vil påvirke grundvandspotentiale og dermed også den udstrømningen ved skræntfoden/kilder + - Lav Idet Q2 opstæder må ådalsmagasinet være lavpermeabel og effekten af ændring i vandløbsvandstand vil være lokal omkring vandløbet. + + + Lav Idet både Q2 og Q4a/Q4c opstæder må ådalsmagasinet være lavpermeabel og effekten af ændring i vandløbsvandstand vil være lokal omkring vandløbet. 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 24
BASEFLOW, INTERFLOW og QUICKFLOW Hvilket afstrømningsregime er vi i? Lille baseflow index Stort baseflow index 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 25
BASEFLOW, INTERFLOW og QUICKFLOW Hvor har vi grundvandstilstrømningen? Brug medianminimumsvandføringer 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 26
BESTEMMELSE AF Q1 Strømningsvarianten forekommer sandsynligvis oftest i ådale med naturlig hydrologi. Ådalen vil fremstå som relativ tør eng eller skov og måske opdyrket. Ådalens permeabilitet vil være høj, hvilket understøttes af konceptuelle modelsimuleringer gennemført i forbindelse med afslutning af ådalstypologien (Dahl M., 2005) Til støtte til vurdering heraf vil flg. data kunne anvendes Data Parameter Betydning for strømningsvariant Arealanvendelseskort Eng, skov + Omdriftsareal - Jordbundskort Sand, grus kalk, tørv + Ler, silt - Dræninformationer Høj sandsynlighed for - dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning Afstrømningsdata Stort baseflowindex + Lille baseflowindex - + 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 27
BESTEMMELSE AF Q2 Strømningsvarianten forekommer sandsynligvis oftest i ådale med naturlig hydrologi. Ådalsmagasinet og vandløbsbunden permeabilitet er for lav til at vandet strømmer i magasinet. Terrænoverfladen vil være våd. Ådalen vil have karakter af vådområde eller mose. Data Parameter Betydning for strømningsvariant Orthofoto Vådområde, mose, krat + Omdriftsareal, eng - Arealanvendelseskort Vådområde, mose, krat + Omdriftsareal, eng - Jordbundskort Sand, grus kalk, tørv - Ler, silt + Dræninformationer Høj sandsynlighed for - dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning + 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 28
BESTEMMELSE AF Q3 Strømningsvarianten forekommer oftes i ådale, hvori der er foretaget en hovedafvanding og ådalens organiske sedimenter er gennemgravet. Vandløbsstrækningerne har ofte et ret lige forløb. Strømningsvarianten forekommer også langs vandløb med naturlig hydrologi, hvor ådalsmagsinet ikke er udviklet. Terrænoverfladen vil være tør. Data Parameter Betydning for strømningsvariant Arealanvendelseskort Vådområde, mose, skov, krat - Omdriftsareal, eng + Jordbundskort Lille bredde af ådalsmagasin + Stor bredde af ådalsmagasin - Dræninformationer Høj sandsynlighed for - dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning Vandløbstrace Snoet - Udrettet + Afstrømningsdata Stort baseflowindex + Lille baseflowindex - + 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 29
BESTEMMELSE AF Q4a Strømningsvarianten forekommer i ådale, hvor der i oplandet til ådalen/lavbundsarealet er et dræningsbehov. Data Parameter Betydning for strømningsvariant Jordbundskort Sand, grus kalk, tørv - Ler, silt + Dræninformationer Høj sandsynlighed for + dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning Vandløbstrace Høj grøft intensitet + Lille grøft intensitet - Afstrømningsdata Stort baseflowindex - Lille baseflowindex + - 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 30
BESTEMMELSE AF Q4b Strømningsvarianten forekommer i de dele af ådalen/lavbundsarealet som er trykvandspåvirket. Data Parameter Betydning for strømningsvariant Arealanvendelseskort Vådområde, mose, skov, krat - Omdriftsareal, eng + Dræninformationer Høj sandsynlighed for + dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning Vandløbstrace Høj grøft intensitet + Lille grøft intensitet - Afstrømningsdata Stort baseflowindex - Lille baseflowindex + Grundvandspotentialeforhold Højtliggende grundvandsspejl + Lavtliggende grundvandsspejl - - 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 31
BESTEMMELSE AF Q4c Strømningsvarianten forekommer i drænede ådale/lavbundsområder og beskriver afstrømningsbidraget til dræn der stammer direkte fra overskudsnedbør fra selve ådalen/lavbundsarealet Data Parameter Betydning for strømningsvariant Arealanvendelseskort Vådområde, mose, skov, krat - Omdriftsareal, eng + Stor afstand til højbundsareal + Dræninformationer Høj sandsynlighed for + dræning Ingen eller lille sandsynlighed for dræning Vandløbstrace Høj grøft intensitet + Lille grøft intensitet - Afstrømningsdata Stort baseflowindex - Lille baseflowindex + - 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 32
HYDROLOGIVURDERINGER EnviNa Kursus 20. marts 2014 Ole Munch Johansen Jacob Birk Jensen Bjarne Madsen
DAGSORDEN 09.00 09.30: Ankomst og kaffe/the med rundstykker 09.30 09.45: Velkomst og introduktion til dagen 09.45 10.45: Ådalshydrologi. 10.45 11.00: Pause 11.00 11.40: Økohydrologi 11.40 12.00 Cases 12.00 13.00: Frokost 13.00 14.00: Metoder til vurdering af påvirkning 14.00 14.15: Kaffe/the med brød 14.15 15.15: Feltmålinger og overvågning 15.15-15.30: Opsamling, evaluering og afslutning på dagens kursus 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 2
NATURTYPER I FOKUS 3 beskyttet Fersk eng Mose Natura 2000 6410 Tidvis våd eng 7210 Avneknippemose 7220 Kildevæld 7230 Rigkær 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 3
HVAD UNDERSTØTTER VÅDE NATURTYPER I ÅDALE? RIGKÆR: Ingen udtørring (særligt mosser) Neutral/Høj ph 7-8 Lysåbne forhold Evt. temperatur Konkurrenceforhold som tilgodeser specialistarter: Stabile vandstandsforhold vandmætning iltfri rodzone Lav næringsstoftilgængelighed dominerende arter udebliver TIDVIS VÅD ENG: Fysisk forstyrrelse, afgræsning, høslæt, oversvømmelse sedimentaflejring, erosion 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 4
FYSISK FORSTYRRELSE 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 5
HVAD UNDERSTØTTER VÅDE NATURTYPER I ÅDALE? Udstrømning af grundvand 1. Trykvand 2. Gennemstrømning horisontalt 3. Overrisling Nedbør Oversvømmelse fra vandløb (2) (1) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 6
EKSEMPEL PÅ OVERRISLING LÆSTEN BAKKER Synligt strømmende vand på overfladen, men ingen vand I dybt piezometer Bemærk terrænforhold! ler Primært grundvand 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 7
EKSEMPEL PÅ OVERRISLING LÆSTEN BAKKER Strømmende vand på terræn. Ingen vand i dybt piezometerrør 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 8
TRYKVAND = STABILE VANDSTANDSFORHOLD Typisk på fladt areal nedenfor skræntfod Gyngende undergrund 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 9
Oversvømmelse med vandløbsvand Urup Dam, Rigkær, Fyn Vissing Kloster, tidvis Våd Eng, Gudenåen 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 10
DRÆNVAND 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 11
Vandstand i våde naturtyper Trykvand Dræning/ Begrænset Udstrømning/ forhøjning Periodisk oversvømmet Styret af vandløb 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 12
Vandstandsforhold Våd eng: Stor variabilitet Højmose Rigkær: Lille variabilitet Aske/Ellesump m.m. 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 13
HVILKEN BETYDNING HAR VANDINDVINDING PÅ VANDSTAND/UDSTRØMNING I RIGKÆR Ved vandindvinding sænkes trykniveauet i det tilgrænsende grundvandsmagasin, hvilket kan sammenlignes med effekten af at sænke vandstanden i vandløbet 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 14
VANDSTANDSAFHÆNGIGHED Hvad sker der når vandstanden i en grundvandsafhængig naturtype sænkes? Hyppigere og længerevarende tørre perioder. Vintervandstand uændret. Mindsket udstrømning om vinteren og lavere vandstand om sommeren. iltning og mineralisering af den øverste del af tørven, frigivelse af næringsstoffer Ændring af konkurrenceforhold, udkonkurrering af specialiserede arter 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 15
KVANTITATIVE SAMMENHÆNGE Hvad er de primære udfordringer I forhold til at opstille kvantitative sammenhænge? Mange af de arter som er karakteristiske for grundvandsafhængige naturtyper er ikke direkte afhængige af vandmætning Det er betydeligt lettere at påvise en sammenhæng mellem næringsstoftilgængelighed og naturkvalitet end mellem vandstand og naturkvalitet Ændringer I systemerne foregår ofte over mange årtier 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 16
SAMMENHÆNG MELLEM VANDSTAND OG FOREKOMST AF TYPISKE RIGKÆRSARTER En åbenlys hypotese men med meget få konkluderende undersøgelser! Sådan gjorde vi: Registrering af alle arter indenfor 5 m cirkler omkring vandstandsrør Indsamling af vandstandstidsserier 35 lokaliteter 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 17
STATISTISK SAMMENHÆNG Middelvandstand (m.u.t.) Middelvandstand (m.u.t.) 20/03/2014 TM 18 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus
PLANTEINDIKATORER ELLENBERG VÆRDIER 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus Høj ph lav ph Høj næring lav næring Nygaard, Ejrnæs, DMU 2008 19
5 Water vegetation relations NÆRINGSRATIO ELLENBERG N/R I RIGKÆR Velegnet til at vurdere Næringsbelastningen -korrelerer ikke med vandstand! Næring Litteratur: Andersen, et. al., 2013, Cost-effective assessment of conservation status of fens 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus ph Thesis p. 159 20
MODEL SOM KOMBINERER VANDSTAND OG PLANTEINDIKATORER EN/ER Johansen, O.M., 2011, PhD afhandling 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 21
HYDROLOGIVURDERINGER EnviNa Kursus 20. marts 2014 Ole Munch Johansen Jacob Birk Jensen Bjarne Madsen
DAGSORDEN 09.00 09.30: Ankomst og kaffe/the med rundstykker 09.30 09.45: Velkomst og introduktion til dagen 09.45 10.45: Ådalshydrologi. 10.45 11.00: Pause 11.00 11.40: Økohydrologi 11.40 12.00 Cases 12.00 13.00: Frokost 13.00 14.00: Metoder til vurdering af påvirkning 14.00 14.15: Kaffe/the med brød 14.15 15.15: Feltmålinger og overvågning 15.15-15.30: Opsamling, evaluering og afslutning på dagens kursus 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 2
METODER TIL VURDERING AF PÅVIRKNING Integrerede hydrologiske modeller. 2D modeller (snit betragtninger) Analytiske metoder Konceptuelle vurderinger 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 3
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER Vandforsyning, Karlby og Sørensen, 1998 4
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER Snit A-A Vandløb Vandløb A Våd natur A Indvindingsboring Vandløb Potentialelinie 10. Marts 2011
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER Konceptuel model Numerisk model Geologi Nedbør Fordampning Vandløb/dræn Vandindvinding etc Diskretisering i tid og sted Numerisk beskrivelse af processer
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER En god model kræver: Detaljeret geologisk og hydrologisk model (data og numerisk opløsning) Viden om hydrauliske parametre (ådalsskala) Data til kalibrering, validering m.m. (vandstand og afstrømning) Kan modeller anvendes til ådals simuleringer?: Eksisterende modeller er sjældent tilstrækkelige i deres opløsning Ådalen er ofte en gray/black box komponent I modellen. En fordeling på strømningsvarianter er mulig. Kræver ekstra data indsamling Nej Ja Almindelige grundvandsmodeller anvende til grundvandskortlægning lokale specialdesignede modeller EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER (Bismo og Rasmussen, 2007). 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 8
INTEGREREDE HYDROLOGISKE MODELLER (Simonsen og Johansen, 2007). 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 9
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Profile Graph Title 50 40 30 20 10 0 200 400 600 800 1.000 Profile Graph Subtitle 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 10
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Model test: Vandstanden i vandløbet sænkes 1 m for forskellige situationer 60 2D model Lindenborg Å ved Volsted Indstrømning 100 l/s/km 40 20 Ådal Gyttje/tørv lavpermeabelt kote (m) 0 50 l/s/km -20 Kalkmagasin højpermeabelt 50 l/s/km -40-60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 11
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Situation 1 Alm Ådal 8 7 6 5cm sænkning I underliggende magasin (efter 2 år) kote (m) 5 4 3 Gyttje/tørv K=3e-7 m/s 1 m sænkning af vandløbet 2 1 Kalk K=2e-4 m/s 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 12
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Situation 2: Kilde ved skræntfod kote (m) 8 7 6 5 4 3 Kildevæld Kildevæld Gyttje/tørv K=3e-7 m/s Tørv/gyttje 3e-7 m/s 2cm sænkning I underliggende magasin 1 m sænkning af vandløbet 2 1 Kalk Kalk 2e-4 K=2e-4 m/s m/s 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 13
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Situation 3: Mellempermeabelt ådalsmagasin 8 7 6 5cm sænkning underliggende magasin kote (m) 5 4 3 Gyttje/tørv K=3e-6 m/s 1 m sænkning af vandløbet 2 1 Kalk K=2e-4 m/s 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 14
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT 8 Situation 4: højpermeabelt ådalsmagasin 7 6 30 cm sænkning underliggende magasin kote (m) 5 4 3 Gyttje/tørv K=3e-5 m/s 1 m sænkning af vandløbet 2 1 Kalk K=2e-4 m/s 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 15
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT 8 Situation 5: Direkte kontakt mellem vandløb og tilgrænsende magasin kote (m) 7 6 5 4 3 2 1 55 cm sænkning underliggende magasin Gyttje/tørv K=3e-7 m/s Kalk K=2e-4 m/s 1 m sænkning af vandløbet Ådalssediment fjernet under vandløbet 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 16
KONCEPTUELLE VURDERINGER Høj hydraulisk ledningsevne: lineær vandstandsafhængighed Lav hydraulisk ledningsevne: Vandløbsnær vandstandsafhængighed Terræn styrer vandstanden Klassificering af permeabilitet Meget lavpermeabel (<1e-7 m/s) Lavpermeabel (<1e-6 m/s) Mellempermeabel (1e-6 til 1e-5) højpermeabel (>1e-5) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 17
KONCEPTUELLE VURDERINGER Stor udstrømning styrer vandspejlet i ådalen: Terræn styrer vandstanden 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 18
KONCEPTUELLE VURDERINGER Er det hydraulisk kontakt mellem det underliggende magasin og vandløbet (Q3)? Nej Ja ikke kritisk kritisk Q1 Q2 Q3 Q4b Q4c Risiko Kommentar + + Høj Ændring i vandløbsvandstand vil påvirke grundvandspotentiale og dermed også den diffuse udstrømning + - Mellem For meget højpermeable sedimenter kan ændring i vandløbsvandstand forplante sig ind mod skræntfoden og reducere Q1 til terræn + + Høj Ændring i vandløbsvandstand vil påvirke grundvandspotentiale og dermed også den udstrømningen ved skræntfoden/kilder + - Lav Idet Q2 opstæder må ådalsmagasinet være lavpermeabel og effekten af ændring i vandløbsvandstand vil være lokal omkring vandløbet. + + + Lav Idet både Q2 og Q4a/Q4c opstæder må ådalsmagasinet være lavpermeabel og effekten af ændring i vandløbsvandstand vil være lokal omkring vandløbet. EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
KONCEPTUELLE VURDERINGER Kote-/vandspejlsforskel <0,5 m kritisk 0,5-2 m måske kritisk >2 m ikke kritisk Afstand? Vandspejlsændring (A) versus naturlig dynamik (B) A/B<0,2 ikke kritisk 0,2<A/B<0,5 måske kritisk A/B>0,5 kritisk Trykgradient <10 cm Kritisk 10-30 cm Måske kritisk >30 cm ikke kritisk Gradient (I)? EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
KONCEPTUELLE VURDERINGER Vandløbsdynamik versus dynamik i naturområde Tydelig sammenhæng Ingen korrelation kritisk ikke kritisk Vandspejl Tid Vandspejl Tid EnviNa møde Grundvandsindvinding og natur 30. okt. 2012
TJEKLISTE TIL VANDLØBSPROJEKTER OG NATURVURDERING (excel) Vurdering af påvirkning fra vandløbsrestaurerings terrestriske naturtyper i ådalen Overordnet spørgsmål: Ændres vandstand/udstrømning i terrestrisk naturområde ved ændring af vandstand i vandløbet? NATURKVALITET/SÅRBARHED Beskyttelsesniveau 3 Naturtype 3 mose Arter tilhørende våd natur, anført på habitatdirektivets bilag II/IV (Anfør arter), rødlister, Blank fredningslister Sejlmos, Gul Stenbræk PERMANENT VANDSPEJLSÆNDRING I VANDLØBET 0.2 INDIKATORER PÅ STRØMNINGSMØNSTRE Dræning/Grøftning, q4 Forekomst af kilder og/eller tydeligt trykvandspåvirkede områder Ådalsaflejring Tilgrænsende hydrologiske enhed / magasin Vertikal trykforskel natur/tilgrænsende hydrologisk enhed (dyb + kort boring) Direkte kontakt mellem vandløb og tilgrænsende magasin, strømningsvej Q3 (GOI) Intensivt (<75 m mellem dræn/grøft) ja lavpermeabel (<1e-6 m/s) Højpermeabelt regionalt magasin mellem(10-30 cm) begrænset VANDSSTAND/TRYKFORHOLD Vandspejlskote i grundvandsafhængig naturtype 16.95 Nuværende vandspejl vandløb (middel) 15.88 koteforskel natur-vandløb 1.07 Vandstandsforhold i naturområdet - naturlig dynamik meget stabil (<10 cm årlige udsving) Observeret sammenhæng mellem vandstand i vandløb og naturområde nej Naturlig dynamik i vandløbet 0.5 Vandspejlsændring / naturlig dynamik 0.4 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 22
HYDROLOGIVURDERINGER EnviNa Kursus 20. marts 2014 Ole Munch Johansen Jacob Birk Jensen Bjarne Madsen
DAGSORDEN 09.00 09.30: Ankomst og kaffe/the med rundstykker 09.30 09.45: Velkomst og introduktion til dagen 09.45 10.45: Ådalshydrologi. 10.45 11.00: Pause 11.00 11.40: Økohydrologi 11.40 12.00 Cases 12.00 13.00: Frokost 13.00 14.00: Metoder til vurdering af påvirkning 14.00 14.15: Kaffe/the med brød 14.15 15.15: Feltmålinger og overvågning 15.15-15.30: Opsamling, evaluering og afslutning på dagens kursus 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 2
DATAINDSAMLING HVAD KAN GØRE OS KLOGERE? 1. Hydrologi Direkte måling af udstrømning Synkronvandføringsmålinger Vandstandsforhold, vandløb og natur Bestemmelse af hydraulisk ledningsevne 2. Geologi Udbredelse og mægtighed af ådalsmagasiner Geofysiske metoder 3. Indirekte metoder Temperatur Vandkemiske parametre (ph, Ledningsevne (elektrisk), Aldersbestemmelse 4. Fuldskalaforsøg 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 3
MÅLING AF UDSTRØMNING 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 4 4
SYNKRONVANDFØRINGSMÅLINGER Lokalitet 5. okt 2012 22. okt. 2013 5. nov. 2013 19. feb. 2014 Vandføring l/s Vandføring l/s Vandføring l/s Vandføring l/s Vadestedvej, st. 1950 16 9 19 167 Midt overgang, st. 2605 i.m. i.m. i.m. 320 Grøft, tilløb fra vest, st. 2850 Grøft tilløb fra øst, st. 2915 i.m. i.m 8 27 i.m. i.m. 0 i.m Over engen, st. 3000 74 11 70 411 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 5
REGISTRERING AF VANDSTAND Forhandler af loggere og rør http://www.rotek.dk/ 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 6
Tryktransducere Pejlekote = top rør Barometerlogger (1): Måler barometertrykket Terrænkote 1 Pejling af vandspejl Logger under vand (2): Måler både barometertrykket og trykket fra det ovenliggende vand 2 Vi er interesserede I at kende vandspejlets kote (2) (1) beregnes (kompenseret tidsserie) Derefter flyttes kurven I forhold til den pejlede vandspejskote 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 7
MONITERING I PIEZOMETERRØR Vandstand i rodzonen Filteret placeres fra terræn til mindst 0,5 m dybde. Større dybde kan være nødvendig om sommeren også I rigkær Dybt rør til registrering af verkale gradienter Filtersættes under ådalssedimenter om muligt Loggeren placeres så den aldrig kommer over vand. Barologger skal altid være over vandet 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 8
EKSEMPLER PÅ KONTINUERT OVERVÅGNING AF VANDSTAND 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 9
VANDSTAND VED NATURSTATIONER 17 1) Meget stabil < 5 cm udsving 16.5 Vandstandskote (m) Bin1 Bin1 pejling Bin2 Bin2 pejling Bin3 Bin3 pejling 2) Nogen dynamik < 30 cm udsving 16 3) Nogen dynamik < 10-15 cm udsving 15.5 02Aug13 17Aug13 01Sep13 16Sep13 01Oct13 16Oct13 31Oct13 15Nov13 01Dec13 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 10
SAMMENHÆNG MELLEM VANDLØB OG NATUR-VANDSTAND Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) 16 15.9 15.8 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 15.6 15.4 Vandløb 1 Vandløb1 pejling 15.2 Vandløb2 Vandløb2 pejling 15 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 Stemmeværk trækkes Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) 17.05 17 16.95 16.9 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 16.2 16.15 16.1 Natur 1 Natur 1 pejling Natur 2 Natur 2 pejling 16.05 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 Tydelig sammenhæng Kote / tryk (mvs) 15.8 15.7 Natur 3 Natur 3 pejling 15.6 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 11
SAMMENHÆNG MELLEM VANDLØB OG NATUR-VANDSTAND Konklusion: Det er ikke vandstanden I vandløbet der får vandstanden ved naturstationerne til at stige Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) 16.5 16 15.5 07Nov13 07Nov13 08Nov13 08Nov13 09Nov13 10Nov13 10Nov13 11Nov13 12Nov13 16 15.8 15.6 07Nov13 07Nov13 08Nov13 08Nov13 09Nov13 10Nov13 10Nov13 11Nov13 12Nov13 17.1 17 Natur 1 Vandløb 1 Vandløb1 pejling Vandløb2 Vandløb2 pejling Natur 1 pejling 16.9 07Nov13 07Nov13 08Nov13 08Nov13 09Nov13 10Nov13 10Nov13 11Nov13 12Nov13 Vandstand I vandløb Topper 12 timer senere end ved naturstationerne Naturstationerne stiger hurtigt og falder inden Vandløbet topper Kote / tryk (mvs) 16.3 16.2 Natur 2 Natur 2 pejling 16.1 07Nov13 07Nov13 08Nov13 08Nov13 09Nov13 10Nov13 10Nov13 11Nov13 12Nov13 Kote / tryk (mvs) 15.8 15.7 Natur 3 Natur 3 pejling 15.6 07Nov13 07Nov13 08Nov13 08Nov13 09Nov13 10Nov13 10Nov13 11Nov13 12Nov13 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 12
SAMMENHÆNG MELLEM VANDLØB OG NATUR-VANDSTAND Konklusion: Der er ingen synlig respons på at trække stemmeværket i en uge Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) Kote / tryk (mvs) 16 15.9 15.8 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 15.6 15.4 15.2 Vandløb2 Vandløb2 pejling 15 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 17.05 17 16.95 Vandløb 1 Vandløb1 pejling Natur 1 Natur 1 pejling 16.9 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 Kote / tryk (mvs) 16.2 16.15 16.1 Natur 2 Natur 2 pejling 16.05 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 Kote / tryk (mvs) 15.8 15.7 Natur 3 Natur 3 pejling 15.6 25Sep13 27Sep13 30Sep13 02Oct13 05Oct13 07Oct13 10Oct13 12Oct13 15Oct13 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 13
Måling af vertikale trykforhold Væsentligt, hvis der er tvivl om hvorvidt der er tale om overrisling eller vand nedefra 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 14
BESTEMMELSE AF HYRAULISKE PARAMETRE Slugtest: Estimering af hydraulisk ledningsevne Test egnet til små filtersatte boringer eks. Piezometerrør i ådale. Boringen fyldes / tømmes for vand og man registrere vandspejlets forløb efter forstyrrelsen 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 15
PUMPETEST Til vandforsyningsboringer filtersat i grundvandsmagasiner: Bestemmelse af transmisivitet T Der pumpes med konstant ydelse fra boringen og sænkningen som funktion af tiden analyseres ved brug af Theis ligningen (analytisk sænkning). Data til bestemmelse af T kan ofte findes på JUPITER for vandforsyningsboringer 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 16
GEOLOGI KORTLÆGNING AF ÅDALSMAGASIN Håndboringer 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus Gytjetykkelse 17 17
NATURLIGE TRACERE 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 18
KORTLÆGNING AF GRUNDVANDSUDSTRØMNING Anvendelse af termografi 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 19
KORTLÆGNING AF GRUNDVANDSUDSTRØMNING 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 20
KORTLÆGNING AF GRUNDVANDSUDSTRØMNING 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 21
Måling af vandløbstemperatur (6. -7. december 2010) 8,00 7,00 7,10 6,20 7,50 7,00 6,00 water temperature [ C] 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 middle left right 4,40 4,00 3,10 st.4 målestation 1 st.1,5 st.2 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 70 75 80 85 90 95 waypoint [number] st.3 st.5
KORTLÆGNING AF GRUNDVANDSUDSTRØMNING Droner til kortlægning af grundvandsudstrømning Varmt grundvand på en kold dag Koldt grundvand på en varm dag Vegatationskortlægning sen vinter/tidlig forår 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 25
DIREKTE MÅLING AF EFFEKTEN AF VANDSTANDSSÆNKING FULDSKALAFORSØG MED VANDSTANDSÆNDRING I VANDLØBET: Hvor lang tid tager det før vi kan forvente en respons?? 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 26
NUMERISKE MODELLERING AF ÅDAL 2D TVÆRSNIT Situation 1 Alm Ådal 8 7 6 5cm sænkning I underliggende magasin (efter 2 år) kote (m) 5 4 3 Gyttje/tørv K=3e-7 m/s 1 m sænkning af vandløbet 2 1 Kalk K=2e-4 m/s 0 300 350 400 450 500 550 x (m) 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 27
TIDSLIGT FORLØB, RELEVANS: KAN VI MÅLE EFFEKTERNE I PRAKSIS Sy kalk: 0,05, Ådal:0,1 Ss 1e-5 Resultat: Efter 1 uge ses Ca. 50 % af ændringerne Tørv/gyttje 3e-7 m/s Tørv/gyttje 3e-5 m/s 20/03/2014 TM 30 - Hydrologivurderinger, anvendelsesorienteret kursus 28