2.4 Hydrostratigrafisk model

Den rumlige geologiske model er baseret på geologiske data og information, og har til formål at opnå en rumlig gengivelse af de geologiske enheder og deres strukturelle opbygning. I modsætning hertil fokuseres der i den hydrostratigrafiske model på at beskrive enheder ud fra hydrauliske egenskaber. Formålet med den hydrostratigrafiske model er således at opnå en rumlig gengivelse af hydrostratigrafiske enheder, hvor en hydrostratigrafisk enhed er karakteriseret ved at have ensartede hydrauliske egenskaber. Ofte skelnes der kun mellem aquiferer og aquitarder i den hydrostratigrafiske model, men specielt i forbindelse med detailundersøgelser kan der være behov for en yderligere detaljering, så der eksempelvist differentieres mellem sand og grus inden for et aquifer.

Der er et markant skel mellem den rumlige geologiske model og den hydrostratigrafiske model. Den rumlige geologiske model er principielt en model over den grundlæggende geologiske opbygning, og behøver ikke nødvendigvis at være opstillet i hele modelrummet, men kan begrænses til de områder, hvor geologien med rimelig sikkerhed kan modelleres. Den rumlige geologiske model danner grundlag for opstilling af den hydrostratigrafiske model, men da den hydrostratigrafiske model udarbejdes som et input til grundvandsmodellen, er det nødvendigt at denne model er tolket i hele modelrummet.

Da der ikke nødvendigvis er sammenfald med den rumlige geologiske models lag, skal der i princippet opstilles en ny lagserie i den hydrostratigrafiske model, Den rumlige geologiske model vil dog som hovedregel danne udgangspunkt for opstillingen af den hydrostratigrafiske model. Er der udarbejdet en detaljeret rumlig geologisk model, vil den hydrostratigrafiske model normalt indeholde en mere simpel lagserie med færre lag, hvor lag med sammenlignelige hydrauliske egenskaber er slået sammen – uanset geologisk oprindelse. En hydrostratigrafisk enhed kan således indeholde dele af et eller flere geologiske lag. Forskellige sandlag dannet på forskellige tidspunkter eller ved forskellige geologiske processer kan f.eks. slås sammen, hvis disse skønnes at have tilnærmelsesvist ens hydrauliske egenskaber. I nogle tilfælde kan den hydrostratigrafiske model dog også medføre behov for en yderligere detaljering af den rumlige geologiske model. Dette er aktuelt, hvis den rumlige geologiske model ikke er fyldestgørende, eller hvor der eksempelvis kun er modelleret overordnede kronostratigrafiske enheder, uden at der er skelnet mellem f.eks. sand- og leraflejringer. Her vil det være nødvendigt med en yderligere opdeling af enhederne. Hvis der fra den rumlige geologiske model foreligger et geologisk zoneringstema (se kap. 3.34 "Fra rumlig geologisk model til hydrostratigrafisk model"), kan dette benyttes ved en underopdeling af de geologiske lag. Modellen bør udarbejdes af samme person, som udarbejder den rumlige geologiske model, men i et samarbejde med grundvandsmodelløren.

I nogle tilfælde udarbejdes den hydrostratigrafiske model uden at der først er blevet udarbejdet en rumlig geologisk model. Dette kan ikke anbefales, da det bl.a. 1) risikeres at de geologiske informationer, der kan uddrages af forståelsen af den geologiske dannelseshistorie samt dannelsesprocesser og -miljøer, ikke bliver udnyttet i den hydrostratigrafiske model, og da 2) det bliver svært at udføre en senere opdatering af den hydrostratigrafiske model, hvis den geologiske forståelse af området øges i forbindelse med eksempelvis nyindsamling af data.

2.4.1 Datagrundlag

Datagrundlaget for den hydrostratigrafiske model udgøres af den rumlige geologiske model samt af data, der giver information om hydrauliske karakteristika og sammenhænge. Data, der direkte eller indirekte giver sådan information, er primært:

  • Hydrologiske data
  • Boredata
  • Geofysiske data

Ved modelleringen af de hydrostratigrafiske enheders rumlige udbredelse sammenstilles boredata og geofysiske data med de hydrologiske data, der kan give information om hydrauliske sammenhænge. Disse data er primært:

  • Pumpedata og pejledata
  • Grundvandskemiske data

Datatyperne er beskrevet under 3.9 "Hydrologiske data" og 3.10 "Kemiske data".

2.4.2 Konstruktion af modelskelet

Den hydrostratigrafiske model opstilles bedst i samme tolkningsmiljø som den rumlige geologiske model. Herved kan den rumlige geologiske model direkte benyttes som udgangspunkt. Den hydrostratigrafiske models konstruktion er dermed på forhånd ofte allerede defineret – se ovenfor under beskrivelsen af den rumlige geologiske model.

Der vil dog alligevel være flere ting at forholde sig til, inden modelleringen kan begynde. Bl.a. kan man i nogle tilfælde overveje, om man stadig vil arbejde med samme modeltype, eller om man evt. vil skifte fra en lagmodel til en pixelmodel eller omvendt. Der kan i forhold til grundvandsmodellen i nogle tilfælde være fordele ved at skifte til en pixelmodel (se kap. 3.16 "Pixelmodeller"). Det kan også være relevant at ændre i prioritering og visning af de forskellige datasæt, da det er forskellige datatyper, der vægtes i de to modeltyper. Muligvis skal der også indlægges nye datasæt i modellen. Endvidere kan det være nødvendigt at udføre interpolationer af yderligere datasæt i forhold til, hvad der blev gjort i forbindelse med den rumlige geologiske modelopstilling.

Normalt vil det eksisterende profilnetværk kunne anvendes, men der kan eventuelt være behov for at udbygge dette netværk, for at få indarbejdet de hydrostratigrafiske enheder i hele modelrummet. Der vil desuden skulle tages stilling til projektionsafstande for eventuelle nye datatyper i modellen.

Det er vigtigt, at der fra starten tages overordnede beslutninger omkring den hydrostratigrafiske model; specielt den nødvendige vertikale detaljering af modellen. Er de hydrostratigrafiske enheder tolket som gennemgående lag i hele modelområdet, vil den vertikale opdeling som hovedregel følge denne lagdeling. Ofte vil der dog være tale om, at nogle hydrostratigrafiske enheder er gennemgående, mens andre kun genfindes som afgrænsede legemer. Et eksempel herpå kan være et område karakteriseret ved moræneler med indslag af sandlegemer i forskellige områder. Her er det nødvendigt at definere, hvor mange vertikale niveauer der skal medtages i modellen for en korrekt rumlig repræsentation af disse sandlegemer. F.eks. et niveau, der repræsenterer de øvre sekundære magasiner, et til to niveauer der beskriver de dybereliggende regionale magasiner, og et nedre niveau reserveret til de mere dybtliggende magasiner i f.eks. begravede dale. Oftest vil disse niveauer ikke udgøre sammenhængende magasiner, men bestå af spredte legemer (se Figur 13). I nogle områder vil der således kunne genfindes sandlegemer i samtlige niveauer, mens der i andre områder kun er sandlegemer i få niveauer. Modellen skal afgrænses nedadtil, hvor der ideelt set hverken sker strømning ud eller ind i modellen (se kap.3.39 "Fra hydrostratigrafisk model til grundvandsmodel"). Denne nedre grænse er typisk defineret ved et impermeabelt lag dybt i lagserien (se kap. 3.18 "Modelafgrænsning").

Det er vigtigt, at opstillingen af den hydrostratigrafiske model sker i samarbejde med grundvandsmodelløren og i forhold til de mål, der er beskrevet i projektbeskrivelsen.

Figur 13

Figur 13: Eksempel pĂĄ forekomst af spredte magasiner i en hydrostratigrafisk model ved Juelsminde. ModelomrĂĄdet er ca. 20 Ă— 20 km stort. Orbicon/Vejle Amt.

2.4.3 Hydrostratigrafisk modellering

Den hydrostratigrafiske modellering foregår ved, som ovenfor nævnt, at der foretages en rumlig afgrænsning af de hydrostratigrafiske enheder. På baggrund af en integreret vurdering og tolkning af datagrundlaget foretages en korrelation af disse strømningsmæssigt sammenhængende enheder.

Selve modelleringen foregår grundlæggende ved anvendelse af samme værktøjer som beskrevet ovenfor under den rumlige geologiske model. Når det drejer sig om lagmodeller (se 3.15 ”Lagmodel") benyttes typisk punktdigitalisering til oprettelse af lag (se kap. 3.25 "Punkttolkning", 3.24 "Digital tolkning", 3.26 "Profiltolkning", 3.27 "Horisontaltolkning" m.fl.). Til forskel fra den rumlige geologiske model er en tolkning i hele modelrummet påkrævet, hvorfor det kan være nødvendigt at foretage tolkninger, der ikke altid er velunderbyggede. Som konsekvens heraf, vil usikkerheden på den hydrostratigrafiske model ofte være størst i de områder, hvor den rumlige geologiske model ikke blev tolket, enten på grund af utilstrækkeligt geologisk datagrundlag, eller på grund af tilstedeværelsen af komplekse geologiske forhold.

I praksis arbejdes der i lagmodellen med lagflader i hele modelrummet, som definerer top/bund af de hydrostratigrafiske enheder. I områder, hvor en hydrostratigrafisk enhed ikke findes, kan top og bund af laget slås sammen. Dette er illustreret i Figur 14, hvor top og bund af magasinerne er sammenfaldende, der hvor der ikke er magasiner. En alternativ metode er anvendelsen af hydrostratigrafiske zoneringstemaer (se kap. 3.34 "Fra rumlig geologisk model til hydrostratigrafisk model"). Her anvendes polygoner/udbredelsesfiler til afgrænsning af den horisontale udbredelse af de legemer, der ønskes indlagt. Udenfor disse polygoner er det den omkringliggende hydrostratigrafiske enhed, der er gældende, og lagtykkelsen udenfor polygonerne er således ikke betydende for repræsentationen af de hydrostratigrafiske enheder. Hvilken metode der anvendes, vil ofte være bestemt af det anvendte tolkningsprogram og de værktøjer der er tilgængelige for den efterfølgende overførelse af den hydrostratigrafiske model til grundvandsmodellen. Processen med at korrigere lagfladerne kan foretages maskinelt når lagfladerne er interpolerede til grids. Se nedenfor under kap. 2.4.4 "Interpolation af tolkede flader og lag".

Figur 14

Figur 14: Eksempel på profil med tolkningspunkter, der stedvist viser sammenfaldende lagflader. Pink og rød definerer bund og top af den nederste aquifer, lyseblå og blå definerer bund og top af den mellemste aquifer, mens lysegrøn og grøn definerer bund og top af den øverste aquifer. Tolkningspunkterne er placeret oven i hinanden, hvor aquiferen tolkes til ikke at eksistere.

2.4.4 Interpolation af tolkede flader og lag

Hvis den hydrostratigrafiske model er udarbejdet som en lagmodel, skal den udmunde i et sæt gridflader, som tilsammen definerer lagfølgen. Hvis fladerne som udgangspunkt bliver oprettet ved hjælp af tolkningspunkter, skal disse omsættes til grids ved hjælp af interpolation (se kap. 3.38 "Interpolation af tolkede flader og lag").

Valget af cellestørrelse kan med fordel ske i forhold til den forventede cellestørrelse i den efterfølgende grundvandsmodel. I praksis laves interpolationerne ofte med en cellestørrelse på 50 eller 100 meter. Grundvandsmodelløren bør inddrages i valg af cellestørrelsen. Valget af gridcellestørrelsen kan ses som et kompromis mellem detaljeringsgrad (små celler) og modellens håndterbarhed (store celler). Nogle interfaces til grundvandsmodeller giver dog mulighed for at arbejde med uafhængige gridstørrelser, og i sådanne tilfælde kan interpolation med fordel laves i den detaljeringsgrad, der understøttes af data.

Som interpolationsalgoritme anvendes ofte enten Inverse Distance, som i udgangspunktet er tro mod datapunkterne, eller Kriging, som ud fra en statistisk analyse kan optimere interpolationen, hvis der kan beskrives en bestemt fordeling af datapunkterne (fladetolkningspunkterne). Ved de fleste interpolationsalgoritmer skal der vælges en søgeradius. Valget af en sådan afhænger igen af parametre som afstanden mellem datapunkterne, korrelationen, ønsker om udglatning, samt den valgte cellestørrelse.

De interpolerede gridflader skal kontrolleres og kvalitetssikres. Det checkes, at der er overensstemmelse mellem centrale boringer og det færdige grid, ligesom det checkes, om der er irregulære former omkring profilkryds og omkring enkelte datapunkter. Det checkes også om profillinierne kommer til udtryk i former som dale eller rygge. Denne kontrol kan med fordel foretages ved hjælp af 3D-visualisering (se kap. 3.30 "3D-visualisering og -tolkning").

Da den hydrostratigrafiske lagmodel normalt ikke må have krydsende lagflader, er det nødvendigt at sikre sig, at dette ikke er tilfældet efter interpolationen. Funktioner til at foretage dette, og til at korrigere de udarbejdede grids i tilfælde af krydsende flader, findes i forskellige programmer. Funktioner til at tilpasse grids, så disse bliver sammenfaldende eller nært sammenfaldende, er også nyttige.

2.4.5 Usikkerhedsvurderinger

Ligesom der blev udarbejdet usikkerhedsvurderinger for den rumlige geologiske model, skal der udføres usikkerhedsvurderinger for den hydrostratigrafiske model. Baggrunden og proceduren for dette er nøjere beskrevet ovenfor under den rumlige geologiske model. Dette gælder også med hensyn til dokumentation, visualisering og formidling af resultatet.

Da den hydrostratigrafiske model bl.a. bygger på de rumlige geologiske tolkninger og i høj grad anvender disse som datagrundlag, vil usikkerhederne herfra til dels blive viderebragt. Under den hydrostratigrafiske modellering skal usikkerhederne fra den rumlige geologiske model tages i betragtning i lighed med, at usikkerheder på øvrige data og tolkninger vurderes. Nogle tolkninger fra den rumlige geologiske model kan f.eks. findes irrelevante at benytte som grundlag ved den hydrostratigrafiske modellering, og hvis netop disse tolkninger har medført en usikkerhed i den rumlige geologiske model, betyder det således ikke, at usikkerheden nødvendigvis vil blive videreført til den hydrostratigrafiske model.

Da den hydrostratigrafiske model skal tolkes i hele modelrummet, vil det typisk være nødvendigt at foretage en tolkning af de hydrostratigrafiske enheder i områder, hvor der ikke blev foretaget en tolkning af den rumlige geologiske model. I disse områder vil der normalt være store usikkerheder i den hydrostratigrafiske model.

Selvom der i de områder, der dækkes af både den rumlige geologiske model og af den hydrostratigrafiske model, ofte vil være en vis overensstemmelse mellem modeltypernes samlede usikkerheder, bør der altid udarbejdes en selvstændig usikkerhedsvurdering af den hydrostratigrafiske model.

I tilfælde hvor datagrundlaget er tyndt, og hvor der er tvivl om den rumlige sammenhæng af lagene i den hydrostratigrafiske model, kan det være aktuelt at udarbejde alternative hydrostratigrafiske modeller. Usikkerheden kan på denne måde leveres videre til grundvandsmodellen, og usikkerhedens indflydelse på grundvandsmodellens resultater kan derved blive undersøgt.

2.4.6 Dokumentation

Dokumentation foretages, som for den rumlige geologiske models vedkommende, af flere forskellige ĂĄrsager (se kap. 3.35 "Dokumentation"). Foruden en overordnet dokumentation til brug ved projektstyringen, foretages en teknisk dokumentation til brug ved kvalitetssikring eller evt. overdragelse og videreudvikling af modellen.

Usikkerhedsvurderingerne, som er et centralt element i den hydrostratigrafiske model (se ovenfor), indgår også som en central del af dokumentationen. Foruden usikkerhedsvurderingerne skal der f.eks. udarbejdes følgende:

  • Beskrivelse og vurdering af datasæt – begrundelse for anvendelse/eksklusion
  • Beskrivelse af valg i forbindelse med modelkonstruktion – eventuelle ændringer fra den rumlige geologiske models konstruktion
  • Beskrivelse af den valgte hydrostratigrafiske opbygning
  • Beskrivelser af baggrunden for alle antagelser og tolkninger, der er indarbejdet i modellen
  • Beskrivelser af anvendt baggrundsviden fra eksisterende tolkninger – primært fra den rumlige geologiske model
  • Beskrivelse af baggrunden for valg af eventuelle zoneringstemaer
  • Benyttede interpolationsrutiner og indstillinger for disse
  • Den forløbne arbejdsgang/arbejdsproces

Generelt vil der være behov for en relativ stor detaljeringsgrad af dokumentationen, da modellerne bør kvalitetssikres og normalt skal benyttes i videre arbejder. For at kunne foretage en tilstrækkelig detaljeret dokumentation for en videre anvendelse af modellen, er det i lighed med den rumlige geologiske model vigtigt, at dokumentationen foretages løbende. Det anbefales derfor, at der laves en digital logbog, hvori de tekniske detaljer noteres gennem hele projektet.

Ovenstående dokumentation udgør den grundlæggende dokumentation for det udførte modelarbejde. Modellen skal desuden afrapporteres i en mere formidlende form, hvori der gives et samlet overblik over modelleringsprocessen og dens resultater. Det vil sige et resumé af ovennævnte punkter og usikkerhedsvurderingerne, samt en række uddybende kort, skitser og beskrivelser, der giver et overblik over de hydrostratigrafiske forhold i området. Dette bør bl.a. omfatte:

  • En præsentation og beskrivelse af de tolkede hydrostratigrafiske enheder
  • Hydrostratigrafiske zoneringstemakort
  • Overfladekort og tykkelseskort over de modellerede enheder
  • Generaliserede profilskitser, der overordnet viser den hydrostratigrafiske opbygning
  • Udvalgte profiler
  • Sammenlignende kort og skitser, der viser forskellene mellem den rumlige geologiske model og den hydrostratigrafiske model

2.4.7 Kvalitetssikring

Der skal laves kvalitetssikring af den hydrostratigrafiske model. Dette gøres principielt på samme måde som beskrevet under den rumlige geologiske model (se ovenfor).

Den hydrostratigrafiske model holdes i øvrigt op mod den rumlige geologiske model, og forskellene beskrives. Den faglige kvalitetssikring af den hydrostratigrafiske model kan med fordel udføres gennem en diskussion med både en erfaren geolog og erfaren hydrogeolog (se kap. 3.37 ”Kvalitetssikring af tolkninger”). Det bør også kontrolleres, at de tolkede flader dækker hele området, og at lagene i øvrigt er udarbejdet, så strømningsmodellen kan opstilles. Og som ovenfor beskrevet under afsnittet om interpolation af tolkede flader og lag, skal der udføres check af fladerne; især om der er overensstemmelse mellem datapunkter og flader, check af profilkryds, og sikring af, at fladerne ikke krydser hinanden. For mange modellers vedkommende er det særligt vigtigt at checke, at der stadig er overensstemmelse mellem boringernes filterkoter og de tolkede aquiferer.

2.4.8 Slutprodukt og afrapportering

Slutproduktet for den hydrostratigrafiske model består på samme måde som den rumlige geologiske model af en rapport og en digital model. Rapportens indhold er beskrevet ovenfor under afsnittet 3.35 "Dokumentation" og i 3.42 "Afrapportering" (Kap. 3). Foruden dette skal rapporten også indeholde et indledende kapitel om formål med, og forudsætningerne for, at opstille modellen. Der skal altid udarbejdes eksemplarer på pdf-format, men der bør også udarbejdes eksemplarer på papir. Den tekniske dokumentation skal som minimum vedlægges rapporten på digital form. Selve den digitale model vedlægges også som bilag i form af relevante filer og databaser. Sammen med den tekniske dokumentation kan dette ske på CD ROM/DVD.

Modellen uploades til Modeldatabasen (se kap. 3.41 "Eksport af modeller til modeldatabasen").

2.4.9 Status

I forbindelse med afrapporteringen foretages en status med deltagelse af de i projektet involverede parter. Resultatet skal i denne status holdes op mod det mål, der blev beskrevet i projektbeskrivelsen. Det vurderes, om den udarbejdede model danner tilstrækkeligt grundlag til at opstille en grundvandsmodel. Det kan evt. have vist sig, at datadækningen og dermed den hydrostratigrafiske forståelse i dele af området er begrænset, og at grundvandsmodellen derfor i dele af området må forventes at give for usikre resultater. Status kan derfor munde ud i en beslutning om at gennemføre en iteration mere ved indsamling af supplerende data, for at opnå en forøget viden. Dette vil resultere i, at den rumlige geologiske model først udbygges, og at der dernæst foretages en opdatering af den hydrostratigrafiske model.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *