Hjemtag (download) pdf-filen aktuel-naturvidenskab-4-2003.pdf (~700 kb) PDF-filer skal læses med en pdf-reader. Du kan f.eks. bruge Acrobat Reader Xpdf eller GSview
6
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 4 | 2 0 0 3
I Danmark bruger vi næsten
udelukkende rent og urenset
grundvand som drikkevand. Det er billigt, nemt og sikkert. Men nu er der grund til bekym-
ring: For 11 år siden var det
bedste bud på størrelsen af vore drikkevandsressourcer, at den tilgængelige mængde grundvand var på ca. 1,8 mia. kubikmeter
om året. I foråret blev resultatet
af den nye opgørelse af drikke- vandsressourcerne offentliggjort. Den nye opgørelse, som er baseret på en detaljeret vandres-
source-model
(DK-model)
, viser,
at den tilgængelige mængde grundvand nu er 1,0 mia. kubik- meter årligt altså næsten en halvering.
Bag om
drikkevandet
Den nye opgørelse af vor drikkevandsressource, som blev offentliggjort tidligere på året, har næsten hal-
veret den tilgængelige mængde drikkevand. Artiklen går bag om tallene i opgørelsen, som det tog syv år
at bestemme med en ny vandressource-model. Status, er at vi pumper for meget vand op.
Af Hans Jørgen Henriksen, Anker Lajer Højberg og Lars Troldborg
Foto: GEUS
7
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 4 | 2 0 0 3
Forklaringen på halverin-
gen er dels en mere detaljeret
beregning af hele vandkredsløbet end tidligere, samtidig med at der i den nye opgørelse er taget højde for forureningen med miljøfremmede stoffer som f.eks. pesticider.
EU kræver hensyn
til naturen Vi har som nævnt en unik situa- tion her i landet, hvor 99% af vandforsyningen er baseret på urenset, rent vand fra under- grunden. De nye tal tyder på, at denne situation måske er uholdbar.
Vi pumper så meget vand op,
at vandløb tørlægges og grund-
vandsspejl sænkes. Samtidig siver pesticider, nitrat og andre miljøfremmede stoffer langsomt ned gennem jordlagene og ska- ber voksende problemer i det øvre grundvand.
Den nye ressourceopgørelse,
der er baseret på eksisterende
retningslinier, viser, at der ikke er sammenhæng mellem vore målsætninger for vandløb og vandkvalitet og den nuværende strategi for vandindvinding.
Fra årsskiftet skal EU's
såkaldte
vandrammedirektiv
udmøntes. Direktivet fastsæt- ter en række miljømål, der skal opfyldes inden for en fastsat frist. Det opstiller desuden over- ordnede rammer for den admi- nistrative struktur, for planlæg- ning og gennemførelse af tiltag og for overvågning af vandmil- jøet. Med Vandrammedirektivet står vi over for bindende krav til de målsætninger, der opstilles for grundvand og overfl adevand. Det er derfor helt essentielt, at vi i forbindelse med Vandram- medirektivet bliver i stand til at fastlægge grænserne for, hvor meget vi kan påvirke vandkreds- løbet. Vi vil blive hængt op på de målsætninger, der opstilles.
Arbejdet med DK-model (se
boks næste side) har endvidere
vist, at vi har problemer med at få regnskabet med vandbalancen til at gå op. Vi har ikke godt nok styr på, hvor meget det regner, og hvor meget vand der fordamper. Fejl i opgørelserne af vandbalancen medfører pro- blemer for vurdering af vand-
løbspåvirkning og grundvands-
dannelser og dermed også for vurdering af nitratudvaskning samt konsekvenser af vandind- vinding.
Derfor er resultaterne fra DK-
model vigtige og bør indgå i det
fremtidige arbejde med Vand- rammedirektivet.
Grænser for indvinding
af grundvand Når grundvand pumpes op fra undergrunden påvirker det mil- jøet på fl ere måder: - Det kan påvirke vandløbene,
hvor vandføringen reduceres,
og nogle strækninger helt tør- lægges
- Det kan øge hastigheden,
hvormed nitrat, pesticider
og andre stoffer siver ned i grundvandet med regnvandet
- Det kan påvirke frigivelsen
af stoffer fra undergrunden
f.eks. nikkel, klorid, sulfat mv. som følge af sænkning af grundvandspejlet og iltning af jordlag
Disse tre forhold sætter således
grænser for, hvor meget vand der kan pumpes op under givne vegetations- og klimaforhold. Og dermed er de centrale for en opgørelse af vandressourcens størrelse.
Med rapporten
Ferskvandets
Kredsløb
har vi for første gang
regnet detaljeret på vandkreds- løbet for hele landet. Vore be regninger viser, at påvirkninger af vandløb og natur (bl.a. plan- ter, krebsdyr og fi sk) giver større begrænsninger i de mængder, der kan hentes op fra grundvandet, end vi hidtil har antaget. Oven i dette kommer så problemerne med forureningen af det øvre grundvand dvs. de øverste 30-50 meter under terrænoverfl aden, hvor hver femte boring i dag viser en forurening med både nitrat og pesticider over grænse- værdien. Dvs. at vi må antage, at en større del af grundvandet bliver forurenet med tiden, idet det tager fra 10 til 100 år for vandet at sive ned til det dybe grundvand. Undervejs sker der dog en vis naturlig "rensning" af vandet, men vil situationen i det dybere grundvand yderligere forværres, eller er den stabil?
Figur 1. Ferskvandets
kredsløb og vandbalancen i
grove træk. Tallene er mm vand pr. år.
Vandbalance
Vandbalancen for et opland kan udtrykkes ved en vandbalanceligning,
der udtrykker, at nedbøren modsvares af summen af fordampning,
vandløbsafstrømning, underjordisk afstrømning (i grundvandet),
oppumpning og ændret magasinering i jorden i oplandet. Alt i alt et
stort regnskab.
Overordnet set er det vigtigt at få styr på vandbalancen og ikke
mindst dens påvirkelighed. For at sikre bæredygtig udvikling er det
vigtigt, at der er styr på sammenhæng mellem vandforbrug og natur-
påvirkninger. At opgøre vandbalancen er et kompliceret spil mellem
geologiske forhold, indvindinger, vandløb og søer, arealudnyttelse og
klimapåvirkninger.
Vandramme-
direktivet
Formålet med vandrammedirektivet er at sikre beskyttelse af vandløb,
søer, overgangsvande, kystvande og grundvand. Dette skal ske ved:
at forebygge yderligere forringelse og beskytte og forbedre vandøko-
systemernes tilstand og, hvad angår deres vandbehov, også tilstanden
for jordbaserede økosystemer og vådområder, der er direkte afhæn-
gige af vandøkosystemerne,
at fremme bæredygtig vandanvendelse baseret på langsigtet beskyt-
telse af tilgængelige vandressourcer,
at sigte mod forøget beskyttelse og forbedring af vandmiljøet bl.a.
gennem specifi kke foranstaltninger til vedvarende reduktion af udled-
ninger, emissioner og tab af prioriterede stoffer og ophør eller udfas-
ning af udledninger, emissioner og tab af prioriterede farlige stoffer,
at sikre vedvarende reduktion af forurening af grundvand og forhin-
dre yderligere forurening heraf,
at bidrage til at afbøde virkningerne af oversvømmelser og tørke.
Direktivet skal herigennem bl.a. bidrage til at opfylde målene fra
relevante internationale aftaler, herunder om beskyttelse af havmiljøet.
H
Y
D
R
O
L
O
G
I
8
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 4 | 2 0 0 3
En geologisk model viser den rumlige fordeling af bjergarter
og jordlag, der fi ndes i undergrunden i et område. Før i tiden
blev geologiske modeller konstrueret og tegnet i hånden,
men i dag foregår det meste af arbejdet på computere, mens
indsamlingen af data til brug for opstillingen af modellerne
stadig i høj grad foregår i felten.
En geologisk
model
Nedbør
Fordampning
Fordampning
direkte fra blade
Snesmeltning
Grundvandsspe
jl
Model for overflade-
og vandløbsafstrømning
Rodzone model
1- dimensionel model
for umættet zone
3- dimensionel model for
mættet zone
Stoftransport model
Kilde: Århus Amtskommune.
En grundvandsmodel er en matematisk beskrivelse af vandets strømning
i de forskellige jordlag (se fi gur), der er opstillet i den geologiske model.
Det vigtigste grundlag for en grundvandsmodel, er derfor den geologiske
model og tal for nedbør og fordampning. Til hvert geologisk lag er der i
grundvandsmodellen parametre, der karakteriserer lagets strømningsegen-
skaber. Eksempelvis gives sandlag højere talværdier (permeabilitet) for
vandets evne til at strømme igennem mediet end lerlag. I praksis er en
grundvandsmodel et computerprogram, som udfører og sammenkæder alle
de beregninger, der tilsammen beskriver vandets strømnings- og opmagasi-
neringsforhold i grundvandssystemerne, såvel som udvekslingen mellem
grundvand, vandløb og søer.
En model er en forenklet beskrivelse af den faktiske virkelighed, og vil
derfor aldrig kunne vise et fuldt korrekt billede af grundvandsforholdene. Jo
fl ere informationer og data, for eksempel geologiske data, man putter ind i
en grundvandsmodel, desto bedre og mere nøjagtig, kan det forventes, at
modellens efterligning af virkeligheden (naturen) bliver, i lighed med meteo-
rologernes vejrprognoser.
En grundvandsmodel
DK-modellen
En integreret grundvands- og
overfl adevandsmodel
Den nye nationale vandres-
source-model, DK-model, er
en integreret grundvands- og
overfl adevandsmodel opbygget
i et 1x1 km net for Danmark
dækkende 43,000 km
2
. Model-
len består af et relativt simpelt
rodzonemodul til beregning af
nettonedbør og en detaljeret
og omfattende tre-dimensional
grundvandsmodel til simulering
af grundvandsdannelse og try-
kniveau i forskellige geologiske
lag. Dertil kommer et relativt
detaljeret overfl ademodul, der
beskriver afstrømning i dræn
og vandløb, herunder udveks-
ling mellem grundvand og
vandløb. Modellen udnytter de
fl este af de data, der foreligger
i de nationale databaser ved-
rørende geologi, jordart, topo-
grafi , klima og hydrologi.
Konstruktionen af DK-model-
len har været særdeles udfor-
drende, fordi alle disse data
ikke har været sammenstillet
på denne måde før, og derfor
ikke nødvendigvis indebærer
gensidig konsistens. Formålet
med modelstudiet har været
at udvikle et værktøj til anven-
delse i praktisk vandressource-
forvaltning.
En meget vigtig sidegevinst
er muligheden for at gennem-
føre en kvalitetssikring af de
hydrologiske data og procesfor-
ståelse på stor skala. Opbyg-
ningen af modellen krævede,
at vi udnyttede viden fra en
lang række institutioner med
forskellige fagområder. Et sam-
arbejde som bl.a. har gjort os
opmærksom på inkonsistens
i vores fortolkning af nedbør
og fordampning. Modellen har
også givet feedback til forståel-
sen af den geologiske tolkning,
der er selve fundamentet for
den hydrologiske model.
Det endelige resultat af
DK-modellen viser, at det har
været muligt at konstruere
en kombineret grundvands-
/overfl adevandsmodel, som
giver pålidelige resultater med
hensyn til simulering af trykni-
veau og afstrømning. Desuden
er den brugt til at integrere
tilgængelig viden og retnings-
linier til et bud på størrelsen
af Danmarks drikkevands-
ressource.
H
Y
D
R
O
L
O
G
I
9
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 4 | 2 0 0 3
Vandregnskabet skal
stemme En ubetinget styrke ved en model som DK-model er dens evne til at påpege inkonsistens i de anvendte data f.eks. at vandbalancen ikke går op.
Dette problem viste sig, da
de nyeste nedbørs- og fordamp-
ningsdata fra Danmarks Meteo- rologiske Institut (DMI) og Danmarks JordbrugsForskning (DJF) blev anvendt i modellen. Dette gav en fejl på vandbalan- cen på 50-100 mm/år regn- skabet stemte ikke.
Det viste sig nemlig, at det
ikke var muligt at opnå den
ønskede nøjagtighed med hen- syn til modellens evne til at simulere daglig vandføring ved de målestationer, der indgik i kalibrering og validering af modellen. GEUS (Danmarks og Grønlands Geologiske Undersø- gelse) valgte derfor lidt "frækt" at korrigere den daglige nettoned- bør for at synliggøre, at her var et alvorligt problem.
Da DK-model var opstil-
let og testet for størstedelen af
Danmark, stod det klart, at der var tale om "en systematisk fejl", der tilmed kunne underbyg- ges af studier på mindre skala. En kulegravning i samarbejde mellem DJF, DMI, Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) og GEUS gav anledning til et sæt nye anbefalinger, hvor resulta- terne fra DK-modellen spillede en væsentlig rolle sammen med studier af vandbalancen fra målte oplande. Under færdig- gørelsen af DK-model blev der konstateret nogle særlige proble- mer omkring Limfjorden (Thy og Mors) og i Sønderjylland, som måske kunne tyde på, at ikke alle problemer er løst med de nye anbefalinger. Der er der- for fortsat behov for mere viden, og løsningen af vandbalance- problemet er kun af midlertidig karakter.
Behov for at revurdere
retningslinier På basis af resultaterne fra DK- model må det konstateres, at fl ere af de retningslinier, der er anvendt i ressourceopgørelsen, ikke overholdes med den nuvæ- rende indvinding. Et eksempel
er kravet til minimumsvandfø-
ringen for strækninger udpeget til f.eks. gyde- og opvækstom- råder for ørreder. Denne må maksimalt reduceres med 10 %, hvilket ikke overholdes i mange områder.
I Nordsjælland og Køge
bugt pumpes op til 3 gange for
meget. På Fyn 30 % for meget. I Sydøstjylland 20 % for meget. I områder udpeget til at udgøre rygraden af den fremtidige vandindvinding (som udgør ca. 1/3 af Danmarks areal) pumpes der 40 % for meget. Vi har et problem: det hænger ikke sam- men.
I forbindelse med Vandram-
medirektivet's implementering
i Danmark er der et stort behov for at opstille egentlige model- ler for dyre og planteliv i og omkring vandløb (såkaldte habitatmodeller). De skal bru- ges til at belyse et sæt mere rea- listiske grænser for, hvor meget man kan påvirke vandmiljøerne i og omkring de danske vandløb som følge af oppumpning af grundvand. Hvor stor en reduk- tion i tilførslen af rent og køligt grundvand tåler planter, smådyr og fi sk?
Lige nu er der ikke sammen-
hæng mellem indvinding og de
retningslinier, der eksisterer. Så hvis vi fastholder disse retnings- linier, vil vi ikke kunne leve op til Vandrammedirektivet, med- mindre vi (1) reducerer kraftigt i vandforbruget, (2) laver en helt ny indvindingsstruktur eller (3) renser vandet. Men før vi bruger en masse ressourcer på at dis- kutere ovenstående alternativer, skal vi dog først sikre os, at ret- ningslinierne er meningsfulde. Man kan med rette spørge, om de gældende retningslinier, som stammer fra en vejledning i vandforsyningsplanlægning fra 1979, ikke fokuserer lidt for ensidigt på problematikken med reduktion af vandførin- gen. En mere tværfaglig og hel- hedsorienteret metodik burde indeholde vurderinger, hvor både vandmængden, vandkva- liteten og de fysiske forhold i vandløb indgik i en samlet vur- dering af den acceptable vand- løbspåvirkning. Det ville nok være i bedre tråd med ånden i
Figur 2. Udnyttelig vandressource
Figur 3. Nettonedbør og 11 modelområder (etaper i modelopstillingen).
Figuren viser et udjævnet billede baseret på data fra 1x1 km net.
Figur 4. Grundvandsdannelse til dybere reserver (mm/år). Grund-
vandsdannelsen til magasiner i 30-50 m's dybde er central for vurde- ringen af udnyttelig vandressource, som endnu ikke er væsentligt forure- nede med nitrat og pesticider.
H
Y
D
R
O
L
O
G
I
10
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 4 | 2 0 0 3
Vandrammedirektivet.
Under alle omstændigheder
vejer betydning af de anvendte
retningslinier meget tungt i den nye ressourceopgørelse. Hvis man kan tage naturen i hånden og komme lidt tættere på, hvad den realistiske smertegrænse er vurderet ud fra en helheds- betragtning, ja så kunne det jo være, at vi nåede frem til en større ressource på landsplan end den efterhånden berømte ene milliard m
3
/år. Hvis vi kan
sikre bedre fysiske forhold og
vandkvalitet, kunne vi så leve med en lidt mindre vandføring?
Klædt på til
Vandramme direktivet I forbindelse med implemen- teringen af Vandrammedirekti- vet, hvor hele ferskvandskreds- løbet skal behandles samlet, har
vi et klart behov for at kunne
opstille modeller og oversigter over vandets kredsløb. I første omgang kan DK-model give værdifulde input til det grund- læggende arbejde vi står overfor i 2004.
Vandrammedirektivet vil
indebære en hel ny tilgang til
vurdering af den grundvands- ressource, der kan udnyttes. Hidtil har indvinding til vandværker været prioriteret uafhængig af vandmiljøet. Dette vil ikke være tilfældet i fremtiden. Der kan blive vendt op og ned på prioriteringen, når der er fastlagt miljømål, og grundvandets betydning for den økologiske tilstand i bl.a. vandløb er klarlagt.
For meget pumpning udtør-
rer ikke kun vandløb, men
kan også i sig selv være med til
Om forfatterne
Hans Jørgen Henriksen er seniorrådgiver e-mail:hjh@geus.dk
at accelerere nedsivningen af
nitrat og pesticider og forøge frigivelsen af nikkel, sulfat og klorid til grundvandet. Vi kommer til at vænne os til en noget mere helhedsorienteret forvaltning, hvor vandkvanti- tet, fysiske forhold, økologiske forhold og økonomiske for- hold vurderes samlet, og hvor de forskellige forekomster af vand skal ses i sammenhæng. Det kræver med garanti mere udbredt brug af modeller.
Med DK-model har vi taget
det første spadestik med en
national integreret model. Vi har påvist nogle problemer med inkonsistenser med både vandløbspåvirkninger og vand- balancen, der skal løses, før vi rent fagligt er klædt tilstræk- keligt på til Vandrammedirek- tivet.
H
Y
D
R
O
L
O
G
I
Rent drikkevand er vigtigt for folkesundheden.
F
oto: GEUS
Anker Lajer Højberg er
forsker, ph.d.
Lars Troldborg er forsknings-
assistent og ph.d.-studerende
Adresse:
GEUS (Danmarks og Grøn- lands Geologiske Undersøgelse) Øster Voldgade 10, 1350 København K Tlf.: 38 14 20 00
Baggrund:
Henriksen, H.J., Troldborg, L., Nyegaard, P., Sonnenborg, T.O. Refsgaard, J.C. og Mad- sen, B. (2003): Methodology for construction, calibration and validation of a national hydrological model for Den- mark. Jour. of Hydrology. (280/1-4) 52-71.
Plauborg, F., m.fl .(2002):
Vandbalance på mark- og op landsskala. Notat udarbejdet af DJF, GEUS, DMU, DMI. DJF Rapport 70 Markbrug.
Sonnenborg, T.O. m.fl . (2003):
Transient modeling of regional groundwater fl ow using para- meter estimates from steady- state automatic calibration. Jour. of Hydrology (273) 188- 204.
Yderligere læsning:
www.vandmodel.dk Rapporten NOVA 2003 rap- port: "Ferskvandets kredsløb": http://vandmodel.dk/ ferskvands_2003_fi nal.htm |