3.39 Fra hydrostratigrafisk model til grundvandsmodel

3.39.1 Generel beskrivelse

Slutproduktet i opstilling af den hydrostratigrafiske model er en rumlig model på digital form, hvor der er tolket i hele modelrummet. Denne model skal konverteres til det valgte grundvandsmodel-software, hvor den skal indbygges i et numerisk grid. I denne proces bør der være et tæt samspil mellem geolog og modellør til sikring af, at den geologiske forståelse og de identificerede hydrogeologiske karakteristika bedst muligt bliver repræsenteret i grundvandsmodellen.

3.39.2 FormĂĄl

Opstillingen af den numeriske grundvandsmodel inkluderer en række opgaver, hvoraf en del er af modelteknisk karakter og i nogen grad afhænger af det valgte modelsystem. For en diskussion af disse forhold henvises til eksisterende vejledninger for grundvandsmodellering, f.eks. /1/, /2/, /3/ og /4/. Af særlig relevans for samspillet mellem geolog og modellør under opstillingen af en grundvandsmodel er:

  • Valg af rumlig diskretisering (beregningsgrid i grundvandsmodellen).
  • Fastsættelse af randbetingelser.
  • Bestemmelse af initielle værdier for de hydrauliske ledningsevner samt realistiske variationsintervaller for disse.

Valget af den rumlige diskretisering er som regel en afvejning mellem den ønskede detaljeringsgrad for modellen og den ekstra beregningstid, som et større antal beregningspunkter medfører. Her vil det endelige valg i høj grad afhænge af den pågældende opgave og kravene hertil, samt den detaljering, hvormed den geologiske model er opstillet. For modelopgaver med fokus på ressourcevurderinger og vandbalancer på større skala, vil den optimale diskretisering være en, der lige netop er i stand til at opløse informationen i den geologiske model. Anvendes en grovere diskretisering, vil den geologiske information ikke udnyttes fuldt ud, modsat vil en finere diskretisering ikke resultere i en mere korrekt simulering. Disse forhold er også i stor udstrækning gældende for partikelbanesimuleringer. Er der større fokus på de faktiske strømningsveje, dvs. størrelser og retninger af gradienterne, som f.eks. er vigtige omkring sænkningstragter fra indvindinger, vil en finere numerisk diskretisering give en mere korrekt beskrivelse. Ligeledes vil det ofte være påkrævet at anvende en finere diskretisering for f.eks. stoftransportsimuleringer, da der ellers ofte kan opstå numeriske problemer.

Er den hydrostratigrafiske model opstillet som en lagmodel, anvendes de hydrostratigrafiske enheder oftest som beregningslag i grundvandsmodellen, evt. med en vertikal underopdeling af lagene for en bedre opløsning af grundvandsstrømningerne. For geologisk komplekse områder vil det dog ikke altid være muligt at definere beregningslagene, så de er sammenfaldende med de hydrostratigrafiske enheder. Et eksempel herpå er forekomsten af dale, (se Figur 55), hvor der stilles særlige krav til den numeriske diskretisering for, at der kan opnås en korrekt vandudveksling mellem sedimenterne i dalen og de omkringliggende sedimenter.

Figur 55

Figur 55: Profilsnit gennem et område med dale der gennemskærer homogene tertiære lag. Her stilles særlige krav til den numeriske diskretisering. Fra /6/.

Ligeledes kan valget af den vertikale diskretisering have stor betydning for den simulerede grundvands- og overfladevandsinteraktion. I et område med moræneler i de øvre lag kan selv en mindre sandlinse/sandlag omkring et vandløb have stor betydning for de aktuelle strømningsveje. Repræsenteres dette sand ikke eksplicit i modellen pga. den valgte vertikale diskretisering, men kun ved en effektiv ledningsevne (en vægtet midling mellem sandet og det omkringliggende ler) kan dette resultere i en fejlagtig gengivelse af strømningsvejene /7/. Anvendes modellen til en vurdering af den overordnede vandressource, vil dette være mindre betydningsfuldt, mens det kan have stor betydning for meget detaljerede studier omkring vandløb.

Modelrandene i en grundvandsmodel bør i videst muligt omfang forsøgt placeret, så der er sammenfald med naturlige hydrologiske grænser. Ofte anvendes havet, søer, vandløb og grundvandskel som rande, men det er også muligt at placere modelrandene ud fra geologiske betragtninger. Hvor en meget permeabel geologisk enhed støder op til en lavpermeabel enhed. Ved f.eks. en lavpermeabel ler, vil det ofte være rimeligt at antage, at der ikke sker nogen strømning henover grænsen (no-flow rand). Som hovedregel anvendes en no-flow rand i bunden af modellen. Her skal placeringen vurderes på baggrund af de hydrogeologiske forhold og forventede grundvandsstrømninger. I specielle tilfælde vil en forkastning ligeledes kunne udgøre en randbetingelse. I praksis er det ikke altid muligt at placere randbetingelserne optimalt, og i sådanne forhold er det meget vigtigt, at geologen viderebringer informationer til modelløren, der kan have betydning for vurderingen af vandudvekslingen henover randen. En begravet dal vil eksempelvis kunne bortlede store vandmængder fra området, hvilket ikke nødvendigvis er observerbart ud fra de tilgængelige pejlinger. Placering af en no-flow rand her vil selvsagt være fejlagtig, og kan have stor effekt på simuleringerne.

En af de primære opgaver under kalibreringen af en grundvandsmodel er justering af de hydrauliske parametre; specielt de hydrauliske ledningsevner for de hydrostratigrafiske enheder. Dette er en krævende opgave med mange faldgruber; ikke mindst risikoen for overparameterisering. Indføres der mange ”frie” parametre i modellen, kan man populært sagt få modellen til at passe hvad som helst, men dens prediktive evne vil være meget tvivlsom /5/. Det er derfor vigtigt, at geologen deltager i den endelige parameterisering af hydrostratigrafiske enheder. Her kan bidrages med vurderinger af, hvilke hydrostratigrafiske enheder, der kan antages at have samme strømningsmæssige egenskaber. Geologen kan ligeledes have opnået en viden om eventuelle væsentlige forskelle inden for en hydrostratigrafisk enhed, f.eks. på baggrund af forventet dannelsesmiljø, som kan give problemer under kalibreringen. Endelig er der behov for et geologisk input til fastsættelse af initielle værdier for de hydrauliske ledningsevner, ligesom der skal fastsættes realistiske intervaller for disse parametre. Anvendes urealistiske startværdier, kan det give problemer under kalibreringen. Omvendt kan kalibrerede parametre med urealistiske værdier indikere problemer med modelkonceptet, og det vil være nødvendigt at revurdere dette, herunder den rumlige geologiske og den hydrostratigrafiske model. Den hydrostratigrafiske model bør således ledsages af zoneringskort, der angiver variationer i de hydrogeologiske egenskaber (se kap. 3.34 ”Fra rumlig geologisk model til hydrostratigrafisk model”). Ligeledes bør der opstilles en tabel med realistiske variationsbredder for de hydrostratigrafiske enheders hydrauliske ledningsevner. Er det ikke muligt at give et bud på absolutte hydrauliske ledningsevner, bør der som minimum opstilles en liste over relative ledninsevner.

3.39.3 Usikkerheder

En væsentlig og ofte dominerende kilde til usikkerheder på modelsimuleringer er usikkerhederne i de tolkninger, der er indeholdt i den rumlige geologiske og den hydrostratigrafiske model. En væsentlig udfordring her er at finde en metode, hvorpå geologens kvalitative vurderinger af usikkerheden kan omsættes til kvantitative størrelser, hvis effekt kan undersøges vha. modellen. For at nå dette mål er der stadig behov for udvikling af procedurer og metoder. I kap. 3.36 ”Usikkerhedsvurderinger” er der dog givet et forslag til, hvordan en usikkerhedsanalyse kan gennemføres. Der er ingen tvivl om, at hvis man ønsker at vurdere usikkerheden stammende fra de subjektive tolkninger på en effektiv måde, så er det af afgørende vigtighed, at der er en god og løbende kommunikation mellem den geologiske modellør og grundvandsmodelløren. Det er også meget væsentligt, at geologen udfører en grundig dokumentation (se kap. 3.35 ”Dokumentation”).

3.39.4 Referenceliste

/1/ Sonnenborg, T. O. & Henriksen, H. J. (eds.) 2005: HĂĄndbog i grundvandsmodellering, GEUS rapport 2005/80 http://vandmodel.dk/handbog_gr-model_2005.htm

/2/ Scholten, H., Kassahun, A., Refsgaard, J. C., Kargas, T., Gavardinas, C. & Beulens, A. J. M. 2007: A methodology to support multidisciplinary model-based water management. Environmental Modelling & Software.

/3/ Modelling Support toolbox (MoST). http://harmoniqua.wau.nl/tools/login_download.html

/4/ Middlemis, H., 2000: Murray-Darling Basin Commission. Groundwater Flow Modelling Guideline. Aquaterra Consulting Pty Ltd. South Perth. Western Australia. Project no. 125.

/5/ Refsgaard, J. C., 2005: Kapitel 15, Validering. I: Sonnenborg, T. O. & Henriksen, H. J. (eds.) (2005): HĂĄndbog i grundvandsmodellering, GEUS rapport 2005/80 http://vandmodel.dk/handbog_gr-model_2005.htm

/6/ Seifert, D., Sonnenborg, T. O., Scharling, P. & Hinsby, K., 2007: Use of Alternative Conceptual Models to Assess the Impact of a Buried Valley on Groundwater Vulnerability, Hydrogeology Journal Vol. 16 juni 2008, pp 659-674.

/7/ Nielsen, T. S., 2007: Udveksling mellem grundvand og overfladevand – eksempel fra Harrestrup å. Kandidatafhandling. Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet.

Skriv et svar

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