SPECIALARTIKLER
|
|
Den konceptuelle vandmodel - ferskvandets kredsløb (1) |
Hjemtag (download) pdf-filen geologisk-nyt-5-2003-1.pdf (~1,2Mb)
PDF-filer skal læses med en pdf-reader. Du kan f.eks. bruge Acrobat Reader Xpdf eller GSview
4
GeologiskNyt 5/03
Af Hans Jørgen Henriksen, seniorrådgiver
og Per Nyegaard, geolog, GEUS
og Per Nyegaard, geolog, GEUS
En konceptuel model udgør en dre-
jebog for, hvordan et givent hydro-
logisk system skal fortolkes og mo-
delleres. Artiklen fortæller om arbej-
det med konfirmering af de koncep-
tuelle modeller for Øerne og Jylland.
jebog for, hvordan et givent hydro-
logisk system skal fortolkes og mo-
delleres. Artiklen fortæller om arbej-
det med konfirmering af de koncep-
tuelle modeller for Øerne og Jylland.
Opgørelse af udnyttelig vandressource
handler primært om at forstå ferskvandets
kredsløb. Om hvordan nedbør, fordamp-
ning, afstrømning til dræn og vandløb, un-
derjordisk afstrømning, oppumpning og
magasinering er i balance, og hvordan fx
ændret oppumpning påvirker de øvrige
størrelser i vandbalancen.
handler primært om at forstå ferskvandets
kredsløb. Om hvordan nedbør, fordamp-
ning, afstrømning til dræn og vandløb, un-
derjordisk afstrømning, oppumpning og
magasinering er i balance, og hvordan fx
ændret oppumpning påvirker de øvrige
størrelser i vandbalancen.
Vi har med DK-model prøvet at smide
alle de data og forudsætninger, vi havde til
rådighed, ind i en landsdækkende hydrolo-
gisk model og derefter sendt hele molevit-
ten i elektronisk kredsløb i computerne for
at se, om der var konsistens i de forskellige
data, og om indvindingen af vand var bære-
dygtig.
rådighed, ind i en landsdækkende hydrolo-
gisk model og derefter sendt hele molevit-
ten i elektronisk kredsløb i computerne for
at se, om der var konsistens i de forskellige
data, og om indvindingen af vand var bære-
dygtig.
I artiklen vil vi fortælle lidt om, hvordan
vi undervejs i arbejdet med den hydrologi-
ske model ofte måtte gå et eller flere skridt
tilbage til den konceptuelle model for at
finde den rigtige vej frem. Den konceptuel-
le model er geologens og modellørens vig-
tige drejebog for, at man når i mål, bevarer
overblikket og får en slutmodel, der hono-
rerer forud fastlagte krav til nøjagtighed.
ske model ofte måtte gå et eller flere skridt
tilbage til den konceptuelle model for at
finde den rigtige vej frem. Den konceptuel-
le model er geologens og modellørens vig-
tige drejebog for, at man når i mål, bevarer
overblikket og får en slutmodel, der hono-
rerer forud fastlagte krav til nøjagtighed.
Konfirmering og validering
I gamle dage tog det 15 år at konfirmere en
konceptuel model. Dengang havde man
imidlertid ikke adgang til avancerede nu-
meriske modelværktøjer, der i dag anven-
des rutinemæssigt bl.a. i forbindelse med
kortlægning og modellering rundt omkring
i amterne.
I gamle dage tog det 15 år at konfirmere en
konceptuel model. Dengang havde man
imidlertid ikke adgang til avancerede nu-
meriske modelværktøjer, der i dag anven-
des rutinemæssigt bl.a. i forbindelse med
kortlægning og modellering rundt omkring
i amterne.
I dag søger man at dokumentere kvalite-
ten af en konceptuel model ved at kalibrere
og validere den hydrologiske model på
og validere den hydrologiske model på
baggrund af observationer af trykniveau,
vandføring eller grundvandets alder. Det
tager derfor kun nogle få måneder eller år
at konfirmere en opstillet konceptuel model.
vandføring eller grundvandets alder. Det
tager derfor kun nogle få måneder eller år
at konfirmere en opstillet konceptuel model.
Ofte laves der i forbindelse med eller
forud for en konceptuel model en geologisk
model og tilhørende GIS-processering for
at fastlægge de væsentligste strukturer og
beregningslags rumlige forløb og sammen-
hæng. I arbejdet med DK-model er denne
del sket i tæt samarbejde med amtsgeologer.
model og tilhørende GIS-processering for
at fastlægge de væsentligste strukturer og
beregningslags rumlige forløb og sammen-
hæng. I arbejdet med DK-model er denne
del sket i tæt samarbejde med amtsgeologer.
Der er anvendt to forskellige metodik-
ker til arbejdet med indbygning af geologi i
DK-modellen. For Øerne er anvendt en
lagmodel, mens der for Jylland og Born-
holm er anvendt en kassemodel (se bok-
sene på de to følgende sider).
DK-modellen. For Øerne er anvendt en
lagmodel, mens der for Jylland og Born-
holm er anvendt en kassemodel (se bok-
sene på de to følgende sider).
På jagt efter de vigtige frie parametre
Den konceptuelle model indeholder en op-
skrift på, hvordan strukturer skal forenkles,
og hvordan hydrauliske egenskaber skal
tilknyttes de enkelte lag. Der må ikke være
Den konceptuelle model indeholder en op-
skrift på, hvordan strukturer skal forenkles,
og hvordan hydrauliske egenskaber skal
tilknyttes de enkelte lag. Der må ikke være
for mange såkaldte frie parametre, så mi-
ster man overblik, gennemskuelighed, og
måske slipper man ikke helskindet gennem
valideringstests.
ster man overblik, gennemskuelighed, og
måske slipper man ikke helskindet gennem
valideringstests.
Frie parametre er de parametre, der
kalibreres på, og da modellen ikke er lige
følsom over for alle parametre, skal der
udvælges et passende antal, der kalibreres.
Med lidt flere frie parametre kan man ofte
kalibrere sig frem til et lidt bedre kalibre-
ringsresultat. Men det er ikke ensbetydende
med, at modellen af den grund blive bedre.
Tværtimod viser valideringstests ofte dårli-
gere resultater, når man forøger antallet af
frie parametre.
følsom over for alle parametre, skal der
udvælges et passende antal, der kalibreres.
Med lidt flere frie parametre kan man ofte
kalibrere sig frem til et lidt bedre kalibre-
ringsresultat. Men det er ikke ensbetydende
med, at modellen af den grund blive bedre.
Tværtimod viser valideringstests ofte dårli-
gere resultater, når man forøger antallet af
frie parametre.
Det skyldes, at man tilpasser og tuner
modellen til et bestemt observationsdatasæt
fx trykniveau eller afstrømning, med det
resultat at modellen kommer længere ud af
trit med andre uafhængige observations-
datasæt. Det er derfor lidt af en kunst at
vælge det optimale antal frie parametre og
sikre en gennemskuelig fremgangsmåde.
fx trykniveau eller afstrømning, med det
resultat at modellen kommer længere ud af
trit med andre uafhængige observations-
datasæt. Det er derfor lidt af en kunst at
vælge det optimale antal frie parametre og
sikre en gennemskuelig fremgangsmåde.
Den konceptuelle vandmodel
- ferskvandets kredsløb (1)
Fotoet viser Grenå syd for Fannerup mod Louisehøj. (Foto: Peter Moors)
En konceptuel model er en tolkning eller
arbejdsbeskrivelse med karakteristika og
dynamik af det fysiske system, dvs. pro-
cesser, modelstruktur, tidsrum, skala,
randbetingelser og vandbalance.
arbejdsbeskrivelse med karakteristika og
dynamik af det fysiske system, dvs. pro-
cesser, modelstruktur, tidsrum, skala,
randbetingelser og vandbalance.
konceptuel model
5
GeologiskNyt 5/03
Øernes model
(håndtolkning)
Modelområde
Profiler
Div. geologiske kort og rapporter
Konceptuel model
For det udvalgte modelområde udtegnes der først geologiske
profiler og ud fra disse sammenholdt med, hvad der ellers
findes af geologiske informationer, opstilles en konceptuel
hydrogeologisk model. Modellen skal opfylde kravene til den
matematiske strømningsmodel (MikeShe) og har derfor
samme antal gennemgående lag i hele modelområdet. For
Fyn er der således anvendt 3 sandlag (smeltevand) og på
Sjælland 4 sandlag.
profiler og ud fra disse sammenholdt med, hvad der ellers
findes af geologiske informationer, opstilles en konceptuel
hydrogeologisk model. Modellen skal opfylde kravene til den
matematiske strømningsmodel (MikeShe) og har derfor
samme antal gennemgående lag i hele modelområdet. For
Fyn er der således anvendt 3 sandlag (smeltevand) og på
Sjælland 4 sandlag.
Lag 1 - Moræneler
Lag 3 - Moræneler
Lag 5 - Moræneler
Lag 7 - Moræneler
Lag 2 - Smeltevandssand
Lag 4 - Smeltevandssand
Lag 6 - Smeltevandssand
Lag 8 -
Palæocæn-
/Eocænler
Lag 9 - Kalk
Vest
Øst
Tolkningen af geologien er foretaget på de trykte basisdatakort i 1:50.000 - evt. på nyere s/h-plots. Kortene er inddelt i 2 x 2 km. celler,
og ud fra boringer placeret i cellen er der tolket en "virtuel boring" i centrum af cellen. Hvis der ingen boringer er, anvendes oplys-
ninger fra de omgivende celler.
og ud fra boringer placeret i cellen er der tolket en "virtuel boring" i centrum af cellen. Hvis der ingen boringer er, anvendes oplys-
ninger fra de omgivende celler.
Basisdatakort 1:50.000
Tolkning
Virtuel boring
2 km
2 km
2 km
2 km
Sand2
Sand3
Kalk
Tolkningen er skrevet ind i en datafil, hvor sandlagenes topkote og tykkelse er angivet. Lagenes kote og tykkelse er tolket med hele
meterangivelser. Hvor sandlagene ikke er beskrevet i boringerne, er tykkelsen angivet som et decimaltal. Dette princip anvendes pga.
kravet om gennemgående lag. Decimalangivelsen er anvendt for at vise, hvilke lag der er skønnet og er ikke et udtryk for præcision.
meterangivelser. Hvor sandlagene ikke er beskrevet i boringerne, er tykkelsen angivet som et decimaltal. Dette princip anvendes pga.
kravet om gennemgående lag. Decimalangivelsen er anvendt for at vise, hvilke lag der er skønnet og er ikke et udtryk for præcision.
Sand1 svarer i strømningsmodellen til lag2, det der antages at være et lerlag - primært moræneler over og under sandlaget. Datafilen med
oplysninger om lagkoter og tykkelser omformes og importeres til MikeShe-strømningsmodellen, hvor der så interpoleres mellem punkterne
(de "virtuelle boringer"), og den hydrologiske tolkning omdannes til celler med forskellig tykkelse afhængigt af geologien. Herved fremkom-
mer der en hydrologisk opbygning som vist i N-S-profilet for Sjælland. Øverst er indsat en fast umættet zone på 10 meter. På Sjælland er
der tolket 4 sandlag, hvor det øverste kun ses i de højtliggende områder, medens sandlag mangler, hvor kalken er højtliggende.
oplysninger om lagkoter og tykkelser omformes og importeres til MikeShe-strømningsmodellen, hvor der så interpoleres mellem punkterne
(de "virtuelle boringer"), og den hydrologiske tolkning omdannes til celler med forskellig tykkelse afhængigt af geologien. Herved fremkom-
mer der en hydrologisk opbygning som vist i N-S-profilet for Sjælland. Øverst er indsat en fast umættet zone på 10 meter. På Sjælland er
der tolket 4 sandlag, hvor det øverste kun ses i de højtliggende områder, medens sandlag mangler, hvor kalken er højtliggende.
DK-model Sjælland (N-S-profil)
Modellag
Umættet
zone
zone
Lavperme-
abelt (mo-
ræneler)
abelt (mo-
ræneler)
Kalklag
Vandfø-
rende lag
(sand)
rende lag
(sand)
Hav
Cyklogrammer er en anden måde at vise et boreprofil på. Boreprofilet drejes rundt
til en ring, som repræsenterer 100 m. Uden på den lægges en ny ring, som svarer
til 100 m. Kote 0 m ligger altid ved 270 grader. Større sammenhængende sandma-
gasiner vil derfor blive afbildet med nogenlunde samme vinkel i cyklogrammerne.
til en ring, som repræsenterer 100 m. Uden på den lægges en ny ring, som svarer
til 100 m. Kote 0 m ligger altid ved 270 grader. Større sammenhængende sandma-
gasiner vil derfor blive afbildet med nogenlunde samme vinkel i cyklogrammerne.
Datafil
567000
571000
573000
575000
577000
579000
583000
587000
589000
571000
573000
575000
577000
579000
583000
587000
589000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
6135000
45
45
50
50
55
45
50
50
55
15
4,1
5,1
15
10
4,1
5,1
15
10
15
8
15
12
5
15
5
5
20
8
15
12
5
15
5
5
20
0,1
19
10
10
15
12
5
2
15
19
10
10
15
12
5
2
15
-25
-20
-15
-10
-10
-20
-22
-20
-5
-20
-15
-10
-10
-20
-22
-20
-5
0,1
0,1
0,1
0,1
8
20
14
15
5
0,1
0,1
0,1
8
20
14
15
5
-12 r
-40 pl
-36 pl
-36 pl
-40 pl
-36 pl
-36 pl
-40 pl
-82 bk
-62 bk
-57 zk
-47 bk
-57 zk
-47 bk
X-utm
Y-utm
K2
T2
K4
T4
K6
T6
K8 Bja.
Bja.
K9
Sand1
Sand2
Sand3
præ-Q
Kalk
K = Lag-topkvote, T = Tykkelse
Lag 2 (Sand 1 - smeltevandssand) mangler - over terræn.
Lag 6 (Sand 3 - smeltevandssand) mangler i boring og
tykkelsen af laget er sat til 10 cm.
Lag 2 (Sand 1 - smeltevandssand). Laget er ikke beskrevet/fun-
det i boringer, men er lagt ind i den virtuelle boring.
præ-Q = Prækvartær overflade
pl = Palæocænt ler
r = Skifer
bk ="Bryozokalk"
zk = Danien-kalk
pl = Palæocænt ler
r = Skifer
bk ="Bryozokalk"
zk = Danien-kalk
(Grafik:
Per Nyegaard)
6
GeologiskNyt 5/03
Modelområde
Jyllands-modellen
(Interaktiv hydrogeologisk tolkning)
I hver boring "skæres" geologien
i skiver med en tykkelse på 10 m.
Hvor der indgår flere forskellige
bjergarter i skiven, vælges den
bjergartsgruppe, der udgør over
50 % til kodningen. Dette betyder,
at lagtykkelser kan blive både
over- og underestimeret. I den
anvendte skala forventes dette
ikke at give større problemer.
i skiver med en tykkelse på 10 m.
Hvor der indgår flere forskellige
bjergarter i skiven, vælges den
bjergartsgruppe, der udgør over
50 % til kodningen. Dette betyder,
at lagtykkelser kan blive både
over- og underestimeret. I den
anvendte skala forventes dette
ikke at give større problemer.
Der dannes en datafil for hver skive med oplysninger om koordinater og den geologiske kodning.
Datafilerne importeres i et GIS-system som punkter med forskellige farver og symboler. Desuden
anvendes et tema med polygoner i et 1x1 km net, som anvendes til tolkningen af den hydrogeologiske
model. Endvidere indlæses alle de geologiske GIS-temaer, som kan være relevante for tolkningen.
Datafilerne importeres i et GIS-system som punkter med forskellige farver og symboler. Desuden
anvendes et tema med polygoner i et 1x1 km net, som anvendes til tolkningen af den hydrogeologiske
model. Endvidere indlæses alle de geologiske GIS-temaer, som kan være relevante for tolkningen.
Profiler
Div. rapporter, geologiske kort
DS DG DZ MS MG MV QS FS
ES IS HS HG YG YS TS TG
ES IS HS HG YG YS TS TG
ML MI DL DI DV QL QI IL IT IP
HL HI HP HT HV FL FI FP FT FV
YL YI TL TI TP
HL HI HP HT HV FL FI FP FT FV
YL YI TL TI TP
KS KG
GS OS
GL GI GV GC GP LL OL OI VL
PL RL SL J PJ PR R XL ED
PL RL SL J PJ PR R XL ED
K KK LK SK ZK DK BK PK TK
L I
O B X osv.
Kode 1:
Glacial, sen- og post-glacial
sand og grus
sand og grus
Kode 2:
Glacial, sen- og post-glacial
ler og silt
ler og silt
Kode 3:
Miocæn kvartsand og -grus
Kode 5:
Prækvartær ler og silt
Kode 6:
Kridt og Danien kalk
Kode 4:
Prækvartær glimmersand
Kode 7:
Sand og grus
Kode 8:
Ler og silt
Kode 9:
Andet
S G Z
Konceptuel model
Kode 1:
Kode 2:
Kode 3:
Kode 3:
Kode 3:
Kode 5:
Kode 4:
DS
ML
DS
KS
GS
GI
GS
KS
GL
Boring
10 m skiver
Som eks. er her vist tolkningen af prækvartært ler (miocænt glimmerler og -silt). I nogle celler
er der flere forskellige bjergartskoder, hvor det så er skønnet, hvilken der dominerer, og det
er forsøgt at danne nogenlunde sammenhængende geologiske lag. Denne tolkning foregår
interaktivt. Tolkningen foretages oppefra, og resultatet af tolkningen af den ovenliggende
skive anvendes også.
er der flere forskellige bjergartskoder, hvor det så er skønnet, hvilken der dominerer, og det
er forsøgt at danne nogenlunde sammenhængende geologiske lag. Denne tolkning foregår
interaktivt. Tolkningen foretages oppefra, og resultatet af tolkningen af den ovenliggende
skive anvendes også.
Prækvartære bjergarter
Prækvartære højdeforhold
Dybe dale
Topografi
Jordartskort
GIS-temaer
Efter at alle skiver er tolket, kan der udtegnes profiler af den tolkede hydrogeologi. Profilet herunder viser morænelandskab mod øst,
derpå en bakkeø og endelig helt mod vest et hedeslettelandskab. Under de kvartære aflejringer dominerer glimmerler og -silt med
indslag af glimmersand og lidt kvartssand. Den prækvartære overflade er gennemskåret af dybe dale med kvartære aflejringer.
derpå en bakkeø og endelig helt mod vest et hedeslettelandskab. Under de kvartære aflejringer dominerer glimmerler og -silt med
indslag af glimmersand og lidt kvartssand. Den prækvartære overflade er gennemskåret af dybe dale med kvartære aflejringer.
Når hydrogeologien er interaktivt tolket i alle 10 m skiver i GIS-systemet, bliver data
eksporteret som punkter (cellecentrum) til en datafil, og alle oplysningerne samles i
en database. Herfra eksporteres data videre til MikeShe-strømningsmodellen, hvor
data interpoleres, og der dannes beregningslag.
eksporteret som punkter (cellecentrum) til en datafil, og alle oplysningerne samles i
en database. Herfra eksporteres data videre til MikeShe-strømningsmodellen, hvor
data interpoleres, og der dannes beregningslag.
For det udvalgte modelområde udtegnes der først geologiske profiler og ud fra
disse, sammenholdt med hvad der ellers findes af geologiske informationer,
opstilles en konceptuel hydrogeologisk model. Der laves en liste med de lag,
som er beskrevet i områdets boringer. Lagene inddeles i grupper med ens-
artede strømningsegenskaber og tildeles en talkode, der anvendes i den efter-
følgende databehandling.
disse, sammenholdt med hvad der ellers findes af geologiske informationer,
opstilles en konceptuel hydrogeologisk model. Der laves en liste med de lag,
som er beskrevet i områdets boringer. Lagene inddeles i grupper med ens-
artede strømningsegenskaber og tildeles en talkode, der anvendes i den efter-
følgende databehandling.
Her er vist slutresultatet af den hydrogeologisk tolkning,
hvor cellerne er tolket som miocænt kvartssand (mør-
keblåt), glimmersand (lyseblåt) og glimmerler (violet)
samt i glacialt sand (rødt) og glacialt ler (olivengrønt).
hvor cellerne er tolket som miocænt kvartssand (mør-
keblåt), glimmersand (lyseblåt) og glimmerler (violet)
samt i glacialt sand (rødt) og glacialt ler (olivengrønt).
V
Ø
Hedeslette
Bakkeø
Morænelandskab
(Grafik: Per Nyegaard)
7
GeologiskNyt 5/03
Det optimale antal frie parametre vil
typisk ligge i intervallet 5-10 parametre fx:
horisontal ledningsevne for sand, vertikal
ledningsevne for ler, ledningsevne for kalk,
hydraulisk ledningsevne for vandløbs-
bunden, det frie magasintal og dræn-
konstant. Ofte vil man starte med et sådant
begrænset antal og så evt. indbygge mere
kompleksitet efterhånden.
horisontal ledningsevne for sand, vertikal
ledningsevne for ler, ledningsevne for kalk,
hydraulisk ledningsevne for vandløbs-
bunden, det frie magasintal og dræn-
konstant. Ofte vil man starte med et sådant
begrænset antal og så evt. indbygge mere
kompleksitet efterhånden.
Stationær og dynamisk model
Modelkoden til DK-model er baseret på
MIKE SHE-modellen, og det er fordelag-
tigt at arbejde med både en stationær og en
dynamisk model. Herved kan man udnytte,
at den stationære model er god til automa-
tisk kalibrering, en teknik som er hensigts-
mæssig, fordi PC'en så selv kan justere på
de frie parametre, så man får et mere ob-
jektivt bud på de optimale parametre.
Modelkoden til DK-model er baseret på
MIKE SHE-modellen, og det er fordelag-
tigt at arbejde med både en stationær og en
dynamisk model. Herved kan man udnytte,
at den stationære model er god til automa-
tisk kalibrering, en teknik som er hensigts-
mæssig, fordi PC'en så selv kan justere på
de frie parametre, så man får et mere ob-
jektivt bud på de optimale parametre.
Samtidig giver den stationære model
relevant feedback på randbetingelser og
evt. fejl i opsætningen, idet den regner på
en ligevægtssituation og ikke er afhængig
af startbetingelser eller effekter af magasi-
nering, der påvirker en dynamisk model.
evt. fejl i opsætningen, idet den regner på
en ligevægtssituation og ikke er afhængig
af startbetingelser eller effekter af magasi-
nering, der påvirker en dynamisk model.
Omvendt er det nødvendigt at foretage
dynamiske simuleringer for at kunne vali-
dere modellen i forhold til afstrømninger
og vandbalancer. Der er også visse parame-
tre fx tidskonstanter (dræn), magasintal
(frit og artesisk), der kun kan kalibreres
med den dynamiske model.
dere modellen i forhold til afstrømninger
og vandbalancer. Der er også visse parame-
tre fx tidskonstanter (dræn), magasintal
(frit og artesisk), der kun kan kalibreres
med den dynamiske model.
Med den stationære model kan hydrauli-
ske ledningsevner som regel fastlægges
rimeligt sikkert. For en model med DK-
model-størrelse med knap 100.000 bereg-
ningskasser i grundvandsdelen i hver del-
model, og med beregninger for både grund-
vand og overfladevand tager det typisk 6-
10 timer for 20 års simulering med en dy-
namisk kørsel.
rimeligt sikkert. For en model med DK-
model-størrelse med knap 100.000 bereg-
ningskasser i grundvandsdelen i hver del-
model, og med beregninger for både grund-
vand og overfladevand tager det typisk 6-
10 timer for 20 års simulering med en dy-
namisk kørsel.
Stationære kørsler tager kun 15-30 min.,
og da man ikke styrer de parameterværdier,
modellen regner sig frem til, så giver auto-
matisk kalibrering her vigtige informatio-
ner om, hvorvidt de estimerede parametre
er realistiske og beliggende inden for et
forud fastlagt interval.
modellen regner sig frem til, så giver auto-
matisk kalibrering her vigtige informatio-
ner om, hvorvidt de estimerede parametre
er realistiske og beliggende inden for et
forud fastlagt interval.
Man får derved vigtig feedback af både
kvantitativ og kvalitativ karakter. Opnåede
urealistiske parameterværdier kan påvise
svagheder eller grundlæggende fejl i den
opstillede model. De fortæller modelløren
og geologen, at der er noget galt med enten
input, modelstruktur eller randbetingelser.
urealistiske parameterværdier kan påvise
svagheder eller grundlæggende fejl i den
opstillede model. De fortæller modelløren
og geologen, at der er noget galt med enten
input, modelstruktur eller randbetingelser.
Som i filmen må scenen evt. skydes om
med nye randbetingelser, nye input eller ny
modelstruktur, dvs. måske en større æn-
dring i den konceptuelle model, i tolknin-
gen af et lag, fordeling af parametre osv. I
tabellen ovenfor er vist en oversigt over de
estimerede parametre for hydraulisk led-
ningsevne med DK-model.
modelstruktur, dvs. måske en større æn-
dring i den konceptuelle model, i tolknin-
gen af et lag, fordeling af parametre osv. I
tabellen ovenfor er vist en oversigt over de
estimerede parametre for hydraulisk led-
ningsevne med DK-model.
Den automatiske kalibrering returnerer
også andre nyttige informationer, her kan
nævnes de estimerede konfidensintervaller,
der kan bruges til at sige noget om usikker-
hederne på modellen.
nævnes de estimerede konfidensintervaller,
der kan bruges til at sige noget om usikker-
hederne på modellen.
Intuition og analytisk sans er påkrævet
Først når vi har sammenlignet de numeri-
ske modelsimuleringer med uafhængige
data for afstrømning og trykniveau, kan vi
begynde at sige noget kvantitativt om mo-
dellens "performance", dvs. give en samlet
vurdering af kvaliteten i tolkningen af geo-
logien, modelopstillingen, kalibreringen og
den numeriske kodes præcision.
Først når vi har sammenlignet de numeri-
ske modelsimuleringer med uafhængige
data for afstrømning og trykniveau, kan vi
begynde at sige noget kvantitativt om mo-
dellens "performance", dvs. give en samlet
vurdering af kvaliteten i tolkningen af geo-
logien, modelopstillingen, kalibreringen og
den numeriske kodes præcision.
Først her begynder vi at få en fornem-
melse for iboende usikkerhedsfaktorers
betydning og indvirkning på modellens
resultater. Men det er lidt af et analysear-
bejde, når modellens "performance" viser
sig at give problemer, hvad enten det drejer
sig om dårlige vandbalancer, afvigelser på
trykniveau i grundvandet i visse områder
eller forfejlet simulering af afstrømninger i
forhold til målte daglige vandføringer.
betydning og indvirkning på modellens
resultater. Men det er lidt af et analysear-
bejde, når modellens "performance" viser
sig at give problemer, hvad enten det drejer
sig om dårlige vandbalancer, afvigelser på
trykniveau i grundvandet i visse områder
eller forfejlet simulering af afstrømninger i
forhold til målte daglige vandføringer.
Her må vi som Sherlock Holmes og Dok-
tor Watson vende hver en sten og bruge
både logik og menneskelig intuition for at
få identificeret problemet og få rettet fej-
både logik og menneskelig intuition for at
få identificeret problemet og få rettet fej-
len. Måske skal drejebogen skrives lidt om.
Nogen gange kan det være modelkoden,
der volder problemer, andre gange forkerte
data for vandløb, geologi, topografi eller
hydrauliske parametre, andre gange mang-
ler ved den konceptuelle model eller fejl i
modelopstilling.
data for vandløb, geologi, topografi eller
hydrauliske parametre, andre gange mang-
ler ved den konceptuelle model eller fejl i
modelopstilling.
Det er med andre ord let at påvise fejle-
ne eller de områder og punkter, hvor model-
lens "performance" halter, dvs. hvor mo-
dellen ikke kan opfylde de forud fastlagte
krav til nøjagtighed. Det er derimod svært
at give en præcis forklaring på, hvorvidt
disse uoverensstemmelser mellem model
og virkelighed skyldes fejl i den konceptu-
elle model, i modelkoden eller i opstilling
og kalibrering af den stedspecifikke model.
lens "performance" halter, dvs. hvor mo-
dellen ikke kan opfylde de forud fastlagte
krav til nøjagtighed. Det er derimod svært
at give en præcis forklaring på, hvorvidt
disse uoverensstemmelser mellem model
og virkelighed skyldes fejl i den konceptu-
elle model, i modelkoden eller i opstilling
og kalibrering af den stedspecifikke model.
Med DK-modellen er det lykkedes at
opfylde de opstillede krav til nøjagtighed
både for trykniveau og afstrømning for 10
deloplande. Modellen er opstillet for Born-
holm, men her resterer fortsat en endelig
kalibrering og validering (figuren nedenfor).
både for trykniveau og afstrømning for 10
deloplande. Modellen er opstillet for Born-
holm, men her resterer fortsat en endelig
kalibrering og validering (figuren nedenfor).
Parameter-
estimat
estimat
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fyn
Vestsjæl. Sydsjæl. NØ-Sjæl. Sydjyl.
SV-Jyl.
SØ-Jyl.
Vestjyl.
Østjyl.
Nordjyl.
1,45 x 10
-7
1,45 x 10
-7
1,45 x 10
-7
1,5 x 10
-7
5 x 10
-9
1,9 x 10
-9
1,9 x 10
-9
1,9 x 10
-9
1,76 x 10
-8
6,21 x 10
-9
2,28 x 10
-8
1,23 x 10
-8
7,97 x 10
-9
7,97 x 10
-9
1,5 x 10
-4
2,19 x 10
-4
1,35 x 10
-4
1,35 x 10
-4
1,35 x 10
-4
5,00 x 10
-4
6,80 x 10
-4
3,95 x 10
-4
3,95 x 10
-4
2,09 x 10
-4
1,05 x 10
-4
6,19 x 10
-4
2,78 x 10
-4
4,57 x 10
-4
9,89 x 10
-4
2,18 x 10
-4
2,18 x 10
-4
3,04 x 10
-9
2,62 x 10
-8
1,07 x 10
-8
1,07 x 10
-8
1,63 x 10
-7
1,50 x 10
-7
9,79 x 10
-5
2,94 x 10
-5
3,45 x 10
-5
3,45 x 10
-5
1,40 x 10
-3
K
z opsprækket
moræneler
K
z glimmerler
og -silt
K
z moræneler
K
x smeltevands-
sand
K
x glimmer-
sand
K
x kvartssand
Estimerede hydrauliske parametre (m/s) for hydraulisk ledningsevne (K
x
: horisontal, K
z
: vertikal).
(Grafik: Forfatterne og UVH)
0
50 km
Nettonedbør mm/år
150
50100
100150
150200
200250
250300
300350
350400
400500
500600
600900
10
9
8
7
1
5
6
2
3
4
11
Nettonedbør (mm/år) og modeloplande for DK-model (Kilde GEUS)
8
GeologiskNyt 5/03
Om at regne forlæns eller baglæns
I Vandrammedirektiv-sammenhæng ville vi
helst angribe problemstillingen ved blot at
regne baglæns nede fra fjordene og opad i
vandløbssystemerne. Men vi må erkende,
at vi ikke kommer uden om også at regne
"forlæns" på vandkredsløbet. Kun derved
kan vi validere den konceptuelle model på
baggrund af uafhængige data (se boksen på
modstående side).
I Vandrammedirektiv-sammenhæng ville vi
helst angribe problemstillingen ved blot at
regne baglæns nede fra fjordene og opad i
vandløbssystemerne. Men vi må erkende,
at vi ikke kommer uden om også at regne
"forlæns" på vandkredsløbet. Kun derved
kan vi validere den konceptuelle model på
baggrund af uafhængige data (se boksen på
modstående side).
Vi kender kun alt for mange uheldige
eksempler på uigennemtænkte lidt for for-
enklede betragtninger. Hvor tit har vi ikke
set eksempler på vandbalancer, hvor fx en
fejl i vandbalancen er blevet fortolket som
"underjordisk afstrømning" eller "grund-
vandstyveri" til/fra et naboopland, uden at
man har været kritisk over for de øvrige
størrelser fx nedbørsinput eller fordampning.
enklede betragtninger. Hvor tit har vi ikke
set eksempler på vandbalancer, hvor fx en
fejl i vandbalancen er blevet fortolket som
"underjordisk afstrømning" eller "grund-
vandstyveri" til/fra et naboopland, uden at
man har været kritisk over for de øvrige
størrelser fx nedbørsinput eller fordampning.
Et andet eksempel på, hvor galt det kan
gå med forsimplede empiriske metoder, er
Vandrådets opgørelse af nettonedbøren så
sent som i 1992 til 12 mia. m
Vandrådets opgørelse af nettonedbøren så
sent som i 1992 til 12 mia. m
3
/år på basis af
ufuldstændige vandbalancer og regnen bag-
læns fra afstrømninger i vandløb. Det ny-
este skøn med DK-model viser 16 mia. m
læns fra afstrømninger i vandløb. Det ny-
este skøn med DK-model viser 16 mia. m
3
år altså en forskel på hele 25 %.
Et tredje eksempel er beregninger af vand-
balancen for LOOP-områder baseret på
simple metoder, der efterfølgende viste fejl
i perkolationen/afstrømningen på ca. 20-40
%, en fejl der forplantede sig til en fejl af
samme størrelsesorden på kvælstofudvask-
ningen. (LOOP består af fem landovervåg-
ningsoplande, tre leroplande og to sandop-
lande. Landovervågningen giver detalje-
rede beskrivelser af dyrkningspraksis, fy-
sisk-kemiske målinger i rodzonen, kemiske
analyser af grundvand, gylle og vandløb).
simple metoder, der efterfølgende viste fejl
i perkolationen/afstrømningen på ca. 20-40
%, en fejl der forplantede sig til en fejl af
samme størrelsesorden på kvælstofudvask-
ningen. (LOOP består af fem landovervåg-
ningsoplande, tre leroplande og to sandop-
lande. Landovervågningen giver detalje-
rede beskrivelser af dyrkningspraksis, fy-
sisk-kemiske målinger i rodzonen, kemiske
analyser af grundvand, gylle og vandløb).
Netop LOOP-oplandene er relativt små,
og derfor var det svært at lukke vand-
balancen for disse oplande, fordi den un-
derjordiske afstrømning her spiller en me-
get stor rolle i forhold til de øvrige størrel-
ser i vandbalancen.
balancen for disse oplande, fordi den un-
derjordiske afstrømning her spiller en me-
get stor rolle i forhold til de øvrige størrel-
ser i vandbalancen.
Med den færdige DK-model har det væ-
ret muligt at gennemføre en lang række
simuleringer med forskellig nettonedbør og
oppumpning, hvorved ressourcens størrelse
har kunnet vurderes på basis af forskellige
forudsætninger, se figurene til højre øverst
og nederst. I disse forudsætninger specifi-
ceres det, hvor meget grundvandsdannelsen
eller hvor meget vandføringen må ændre
sig som følge af vandindvinding.
simuleringer med forskellig nettonedbør og
oppumpning, hvorved ressourcens størrelse
har kunnet vurderes på basis af forskellige
forudsætninger, se figurene til højre øverst
og nederst. I disse forudsætninger specifi-
ceres det, hvor meget grundvandsdannelsen
eller hvor meget vandføringen må ændre
sig som følge af vandindvinding.
DK-modellen som referenceramme
DK-modellen har vist sig at være et godt
støtteværktøj (referenceramme) i mange
zoneringsopgaver, hvor amterne og vand-
værkerne foretager detailkortlægning og
modellering for områder med særlige
drikkevandsinteresser og oplande til vand-
værker. DK-modellen er velegnet til
ressourceopgørelse på større skala, sva-
rende til den, der er påkrævet for vand-
områdedistrikter i forbindelse med Vand-
rammedirektivet og i NOVANA sammen-
hæng, det nye Natur- og miljøovervågnings-
DK-modellen har vist sig at være et godt
støtteværktøj (referenceramme) i mange
zoneringsopgaver, hvor amterne og vand-
værkerne foretager detailkortlægning og
modellering for områder med særlige
drikkevandsinteresser og oplande til vand-
værker. DK-modellen er velegnet til
ressourceopgørelse på større skala, sva-
rende til den, der er påkrævet for vand-
områdedistrikter i forbindelse med Vand-
rammedirektivet og i NOVANA sammen-
hæng, det nye Natur- og miljøovervågnings-
Nedbør
35
10
200
110
135
180
Fordampning
Fordampning
over hav
Grundvands-
afstrømning
Sol
O
v
e
rf
la
d
e
n
æ
r
af
st
rømning
Hav
Vandløbs-
afstrømning
Umættet
zone
Grundvand
Infiltr
ation
Atmosfære
Vind
Oppumpning
20
895
515
Netto-
nedbør
(mm/år) og
model-
oplande for
DK-model
(Kilde
GEUS)
nedbør
(mm/år) og
model-
oplande for
DK-model
(Kilde
GEUS)
program, der igangsættes ved årsskiftet.
DK-modellen udgør et godt grundlag for
studier af klimapåvirkningens indflydelse på
vandressourcerne i Danmark.
vandressourcerne i Danmark.
Potentielt er modellen desuden et godt
grundlag for studier af nitratkredsløb på op-
landsskala. Der er i 2003 startet et ph.d.-pro-
jekt, der kigger nærmere på dette potentiale.
landsskala. Der er i 2003 startet et ph.d.-pro-
jekt, der kigger nærmere på dette potentiale.
Vi står overfor en række udfordringer
med hensyn til at kunne mestre systemati-
ske, kvantitative usikkerhedsvurderinger.
Vi har med DK-modellen lært, at nøglen til
en større bevidsthed om usikkerhed, nøjag-
ske, kvantitative usikkerhedsvurderinger.
Vi har med DK-modellen lært, at nøglen til
en større bevidsthed om usikkerhed, nøjag-
tighed og gyldighed forudsætter, at vi fra
starten laver en bedre drejebog, og at vi
undervejs arbejder ud fra den, og om nød-
vendigt går tilbage til den konceptuelle mo-
del, og evt. justerer den, når det viser sig
påkrævet.
starten laver en bedre drejebog, og at vi
undervejs arbejder ud fra den, og om nød-
vendigt går tilbage til den konceptuelle mo-
del, og evt. justerer den, når det viser sig
påkrævet.
Litteratur:
Harrar, W.G., Sonnenborg, T.O og Henrik-
sen, H.J. (2003) Capture zone, travel time,
and solute-transport predictions using in-
verse modeling and different geological
sen, H.J. (2003) Capture zone, travel time,
and solute-transport predictions using in-
verse modeling and different geological
0
50 km
Grundvandsdannelse mm/år
Opadrettet gradient
025
2550
50100
100150
150200
200300
300500
500900
025
2550
50100
100150
150200
200300
300500
500900
Grundvandsdannelse i
mm/år til dybere reser-
ver i 30-50 m's dybde
(Kilde GEUS)
mm/år til dybere reser-
ver i 30-50 m's dybde
(Kilde GEUS)
9
GeologiskNyt 5/03
Nedbør
Fordampning
Fordampning
direkte fra blade
Snesmeltning
Grundvandsspe
jl
Model for overflade-
og vandløbsafstrømning
og vandløbsafstrømning
Rodzone model
1- dimensionel model
for umættet zone
for umættet zone
3- dimensionel model for
mættet zone
mættet zone
Stoftransport-model
(Kilde: Århus Amtskommune)
En geologisk model viser den rumlige
fordeling af bjergarter og jordlag, der
findes i undergrunden i et område.
Før i tiden blev geologiske modeller
konstrueret og tegnet i hånden, men
i dag foregår det meste af arbejdet af
på computere, mens indsamlingen af
data til brug for opstillingen af model-
lerne stadig i høj grad foregår i felten.
fordeling af bjergarter og jordlag, der
findes i undergrunden i et område.
Før i tiden blev geologiske modeller
konstrueret og tegnet i hånden, men
i dag foregår det meste af arbejdet af
på computere, mens indsamlingen af
data til brug for opstillingen af model-
lerne stadig i høj grad foregår i felten.
En grundvandsmodel er en matematisk beskrivelse af
vandets strømning i de forskellige jordlag (se figur)
der er opstillet i den geologiske model. Det vigtigste
grundlag for en grundvandsmodel er derfor den geo-
logiske 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 igen-
nem mediet end lerlag. I praksis er en grundvands-
model et computerprogram, som udfører og sam-
menkæder alle de beregninger, der tilsammen be-
skriver vandets strømnings- og opmagasinerings-
forhold i grundvandssystemerne, såvel som udveks-
lingen mellem grundvand, vandløb og søer.
vandets strømning i de forskellige jordlag (se figur)
der er opstillet i den geologiske model. Det vigtigste
grundlag for en grundvandsmodel er derfor den geo-
logiske 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 igen-
nem mediet end lerlag. I praksis er en grundvands-
model et computerprogram, som udfører og sam-
menkæder alle de beregninger, der tilsammen be-
skriver vandets strømnings- og opmagasinerings-
forhold i grundvandssystemerne, såvel som udveks-
lingen mellem grundvand, vandløb og søer.
En model er en forenklet beskrivelse af den fak-
tiske virkelighed og vil derfor aldrig kunne vise
et fuldt korrekt billede af grundvandsforholdene.
Jo flere informationer og data, for eksempel
geologiske data, man putter ind i en grund-
vandsmodel, desto bedre og mere nøjagtig kan
det forventes, at modellens efterligning af virke-
ligheden (naturen) bliver, i lighed med meteoro-
logernes vejrprognoser.
tiske virkelighed og vil derfor aldrig kunne vise
et fuldt korrekt billede af grundvandsforholdene.
Jo flere informationer og data, for eksempel
geologiske data, man putter ind i en grund-
vandsmodel, desto bedre og mere nøjagtig kan
det forventes, at modellens efterligning af virke-
ligheden (naturen) bliver, i lighed med meteoro-
logernes vejrprognoser.
En geologisk model og
en grundvandsmodel
en grundvandsmodel
NYHED!
NYHED!
NYHED!
NYHED!
Ny software til SAS 1000/4000
- 150-200 % forbedring i forhold til
tidligere versioner (lavere end
version 3.00)
- 150-200 % forbedring i forhold til
tidligere versioner (lavere end
version 3.00)
Terrameter logging/SAS LOG til
SAS 4000
SAS 4000
RAMAG - Ny software til WADI VLF
Georadar fra Malå Geoscience AB
Dyno Nobel Danmark A/S
Telefon 43 45 15 38
Homepage www.dynonobel.dk
models. Hydrogeology Journal. Springer-
Verlag 2003. Published online 20. juli 2003.
Verlag 2003. Published online 20. juli 2003.
Refsgaard, J.C and Henriksen, H.J. (in press)
Modelling guidelines - Terminology and
guiding principles. Accepted for publi-
cation in Advances in Water Resources.
Modelling guidelines - Terminology and
guiding principles. Accepted for publi-
cation in Advances in Water Resources.
Sonnenborg, T.O., Christensen, B.S.B., Nye-
gaard, P., Henriksen, H.J. og Refsgaard,
J.C. (2003) Transient modeling of regional
groundwater flow using parameter esti-
mates from steady-state automatic calibra-
tion. Journal of Hydrology (273) 188-204.
gaard, P., Henriksen, H.J. og Refsgaard,
J.C. (2003) Transient modeling of regional
groundwater flow using parameter esti-
mates from steady-state automatic calibra-
tion. Journal of Hydrology (273) 188-204.
