Ferskvand, samfundets vigtigste ressource

af Klaus Hinsby

Vand er den vigtigste ressource for ethvert samfund. Det bruges ikke bare til at drikke og det daglige bad, men store mængder anvendes for eksempel også i fødevareproduktionen. Vandet indgår i et evigt kredsløb, der sikrer gode livsbetingelser på jorden. Under solens varme sker der fordampning fra havet, vanddampen fortætter og falder som nedbør på land; vandet søger atter mod havet gennem floder, grundvand og gletsjere.
Påvirkninger et sted i kredsløbet får ofte konsekvenser andre steder. Forurener vi for eksempel grundvandet med for meget nitrat kan iltsvindet i kystnære farvande stige og dermed øge risikoen for fiskedød. For at forvalte ferskvandsressourcen bedst muligt opstilles geologiske modeller. De geologiske modeller udgør grundlaget for opstillling af grundvandsmodeller, der fx beregner grundvandets strømningshastighed. Dette nummer beskriver tekniker til opstilling af geologi og grundvandsmodeller. Modellerne er et vigtigt redskab ved udpegningen af beskyttelseszoner for grundvandet.

Grundvandsudstrømning til flod fra lava (Hraunfoss på Island). Foto: Klaus Hinsby.

I Danmark har vi forholdsvist meget ferskvand til rådighed i underjordiske grundvandsmagasiner, og vi har gennem flere generationer opfattet rent ferskvand i rigelige mængder som et selvfølgeligt gode, men udbredt forurening har på det seneste øget bevidstheden om vandressourcens sårbarhed. Den nationale grundvandsovervågning fastslår i den sidst udkomne årsrapport, at halvdelen af det danske grundvand ned til 40 meters dybde i dag er forurenet med enten nitrat eller pesticider.
Globalt set er problemerne ofte langt større. Vandressourcens kvalitet og mængde anses af en række internationale organisationer for at være klodens største problem i det 21. Århundrede. I international sammenhæng er den øgede fokus på verdens vandproblemer senest illustreret i forbindelse med "Second World Water Forum and Ministerial Conference", som blev afholdt i Haag i marts 2000. Indenfor EU får miljøaspekter i forbindelse med vand-ressourceforvaltning en stadig højere prioritet, som eksemplificeret ved det kommende "Vandrammedirektiv", der sigter mod at beskytte kvaliteten af de europæiske vandressourcer. I det danske bistandsarbejde (Danida, Danced, Dancee) har vandområdet ligeledes en meget høj prioritet.
Eksempler på den stigende betydning som vandområdet tillægges herhjemme er fx vandmiljøplanerne og arbejdet med grundvandszonering.

Geologiske modeller og grundvandsmodeller

Der er derfor et stærkt stigende behov for viden, der kan skabe et solidt grundlag for forvaltning af vandressourcen. Et nødvendigt grundlag er gode grundvandsmodeller, der er baseret på resultaterne af en alsidig geologisk, geokemisk og geofysisk kortlægning af undergrunden. Grundvandsmagasinerne rummer jordens største ferskvandsressource, når man ser bort fra iskapperne på Grønland og Antarktis, og et godt og detaljeret kendskab til magasinernes opbygning er nødvendig for at kunne beskytte og udnytte grundvandet hensigtsmæssigt.

Geologi, grundvand og vandkvalitet

Geologi og klima er de to hovedfaktorer, der kontrollerer tilstedeværelse og tilgængelighed af vand både på og under jordoverfladen. Samspillet mellem bjergarternes og nedbørens kemi styrer grundvandets naturlige sammensætning, og er af afgørende betydning for udviklingen af grundvandets kvalitet. Blandt andet derfor er gode geologiske modeller, i lille såvel som stor skala, af større og større betydning for det moderne samfunds forvaltning af grundvandsressourcerne.

Grundvandets kemiske sammensætning er direkte afhængig af de jord- og bjergarter, som vandet strømmer i. Høje indhold af sundhedsskadelige stoffer, som f.eks. arsen eller nikkel, kan skyldes naturlige processer og hidrøre fra bjergarterne i grundvandsmagasinerne, og behøver ikke at være tegn på forurening fra jordoverfladen.
Pludselige ændringer i grundvandets kvalitet i en boring viser at systemet påvirkes; fx at en forurening er undervejs eller at øget indvinding fremprovokerer naturlige geokemiske processer i jorden, der forringer vandkvaliteten.
Grundvand kan altså blive uegnet til drikkevand både af naturlige og menneskeskabte årsager. Det er nødvendigt at forstå, hvordan de forhøjede indhold af forurenende stoffer er opstået for at kunne gennemføre hensigtsmæssige afværgeforanstaltninger. Et grundigt kendskab til den lokale geologi og gode geologiske modeller er et nødvendigt fundament.

Geologiske modeller tilpasset hydrogeologien

Geologiske modeller har ikke haft samme vægt i hydrogeologien som i oliegeologien, blandt andet fordi hydrogeologien ikke har haft samme økonomiske betydning. Derfor er mange af de moderne geologiske kortlægningsmetoder udviklet i oliegeologien. "Oliemetoderne" bliver dog mere og mere anvendt i hydrogeologien. GEUS har mange års erfaring i opstilling af geologiske modeller både indenfor olie- og hydrogeologi, samt en række avancerede tolkningsværktøjer, der gør det muligt at samarbejde alle tilgængelige datatyper i computer- programmer.
I det følgende fortælles om nogle geologiske kortlægnings- og modelteknikker specielt med fokus på grundvandsmodeller og vandstrømning samt om systemer, der både indeholder vand og olie.
Der er eksempler på kortlægning af sandmagasiner og sprækkede kalkmagasiner, og hvordan de geologiske modeller anvendes i strømningsmodeller for grundvandet.

Inden da beskrives dog kort nogle metoder til bestemmelse af grundvandets alder, der fx kan anvendes til at justere de opstillede strømningsmodeller, og gøre det muligt at forstå og beskrive udviklingen i grundvandets kvalitet. Figurer og resultater er hentet fra aktuelle nationale og internationale forsknings- og demonstrationsprojekter finansieret og udført af GEUS i samarbejde med bl.a. EU, British Geological Survey (BGS), Enterprise Oil (UK), Instituto Geológico e Mineiro (Portugal), International Atomic Energy Agency (IAEA, FN - Wien), Carlsbergfondet og Vejle Amt.

Grundvandets alder

Grundvandet strømmer der, hvor der er mindst modstand. Det betyder at vandet først og fremmest vil strømme gennem sprækker eller store porerum i jord- og bjergarterne. Grundvandet kan opnå ganske betydelige strømningshastigheder i groft sand eller sprækker i ler- og kalklag og forurening kan derfor hurtigt nå til forholdsvis store dybder under uheldige omstændigheder.
En god måde at undersøge grundvandets strømningshastighed på er ved hjælp af aldersbestemmelse. Alderen af grundvand er groft sagt det tidsrum (antal år) grundvandet har opholdt sig i grundvandsmagasinet siden det faldt som nedbør på jord-overfladen.
Der findes en lang række forskellige metoder til at aldersbestemme grundvand. Hver af disse dækker forskellige tidsperioder eller grundvandsaldre og hver har deres styrker og svagheder i forskellige typer af grundvandsmagasiner. Boksen til højre viser et udvalg af de mest almindelige teknikker til aldersbestemmelse af grundvand.

Grundvandets kvalitet

Som tommelfingerregel er vand, der er sivet ned til grundvandsmagasinerne gennem de sidste ca. halvtreds år forurenet i større eller mindre grad som følge af menneskets aktiviteter. Grundvand, der er ældre indeholder ikke forurening, med mindre det er blevet opblandet med yngre grundvand. Omvendt, er der ofte større risiko for at grundvandet naturligt har opløst uønskede fra jord- og bjergarter desto ældre grundvandet er. Grundvandets alder kan derfor umiddelbart give en idé om grundvandets kvalitet, samt om prøvetagningsstedets sårbarhed overfor forurening fra jordoverfladen. Grund- vandets kemiske sammensætning kan dog variere meget afhængig af de bjergarter vandet har kontakt med; derfor er detaljeret kortlægning af både grundvandets og bjergarternes kemi vigtig for forståelsen af de geokemiske processer og for udviklingen af vandkvaliteten i grundvandsmagasinerne.

Figur 1. viser atmosfærens indhold af de , der i øjeblikket anvendes til aldersbestemmelse af ungt grundvand. Ungt og gammelt grundvand defineres normalt som grundvand, der er henholdsvis yngre eller ældre end 50 år. I nogle situationer, især på store kontinenter, hvor grundvandet kan strømme langt og dybt, er det hensigtsmæssigt med endnu en inddeling af grundvandets alder. Meget gammelt grundvand anvendes ofte her om grundvand, hvori der ikke kan måles ¹⁴C (kulstof-14).
Dette grundvand vil normalt være ældre end 35-50.000 år (se boksen). Det grundvand som indvindes og udnyttes globalt kan være alt fra mindre end et år til millioner af år gammelt. Grundvandet, der indvindes til drikkevand i Danmark, er normalt ungt grundvand, men i nogle tilfælde bruges også gammelt grundvand, der er flere tusinde år gammelt. Eksempelvis inde- holder Ribe Formationen grundvand af fremragende kvalitet, der er mere end 1000 år gammelt. Enkelte steder er vandet endda så gammelt, at det er infiltreret under sidste istid, det vil sige det er sivet ned til grundvandsmagasinerne for mere end 10.000 år siden. Det gamle grundvand er upåvirket af forurening og bør beskyttes effektivt mod nedsivende forurening.

Udover at aldersbestemmelse af grundvand kan vise noget om risikoen for, at grundvandet er forurenet, så er aldersbestemmelser også med til at give et fingerpeg om den tilgængelige mængde. Gammelt grundvand gendannes ofte langsomt. Er grundvandsdannelsen i et område langsom, er det vigtigt at følge og justere effekten af indvindingen, således at man undgår uheldige konsekvenser af overud- nyttelse og for kraftige sænkninger af grundvandsspejlet. Computermodeller kan på basis af geologiske modeller som alle-rede nævnt beregne grundvandets strømning i grundvandsmagasinet, og vurdere konsekvenserne af størrelsen af indvindingen. Aldersbestemmelser er vigtige data, der er med til at forbedre og justere computermodellerne.

	Figuren ovenfor viser der kan anvendes til at aldersbestemme grundvand med aldre fra mindre end 10 til mere end en million år. Kilde: British Geological Survey (BGS)/EU-projektet "BASELINE" (se boksen nederst på siden).		GEUS har gennem en årrække haft forskningsaftaler med det Internationale Atom Energi Agentur (IAEA - www.iaea.org), der har hovedsæde i Wien. IAEA har gennem de sidste 3-4 årtier haft markant indflydelse på udviklingen af forskning vedrørende anvendelse af til undersøgelser i det hydrologiske kredsløb. Isotoper er i dag måske det væsentligste redskab til at undersøge processerne i det hydrologiske kredsløb. Isotoperne giver eksempelvis vigtige informationer om klima og nedbør gennem tiderne (fx ved måling på iskerner fra Grønland), strømninger i grundvand, have og søer, og nedbrydningshastigheder af nitrat og pesticider i vandmiljøet. I øjeblikket gennemfører GEUS et forskningsprojekt med titlen "3H response in groundwater and surface water as illustrated by a 30 year 3H record". Projektet er en del af IAEA-s internationale treårige forskningsprogram "Isotope response to hydrological systems to long term exploitation". Projektet løber i perioden 1999-2002, og har følgende andre deltagerlande: Tyskland, USA, Sydafrika, Malaysia, Jordan, Phillipinerne, Tunesien, Schweiz, Tyrkiet, Israel, Indien og Australien. GEUS projektet gen- nemføres i samarbejde med Odense Vand, der årligt har indsamlet og opmagasineret vandprøver fra nedbør, Odense å og to vandforsyningsboringer siden 1963.

Vigtige typer grundvandsmagasiner i Danmark

Sand og opsprækket kalk er de vigtigste grundvandsmagasiner i Danmark. Sandmagasiner med både ungt og gammelt grundvand er allerede undersøgt i flere forskningsprojekter i Jylland (f.eks. Ribe For- mationen) men vi har i øjeblikket kun spredte oplysninger om grundvandets aldersfordeling i de meget vigtige kalkmagasiner omkring København. Et nyt EU forskningsprojekt "BASELINE" (se boks nedenfor) ledet af British Geological Survey (BGS), med deltagelse af GEUS og Danmarks Tekniske Universitet (DTU), samt institutter fra 7 andre Europæiske lande udfører i øjeblikket undersøgelser af grundvandets alder og indhold af naturlige stoffer i stor detalje i de deltagende lande. I Danmark koncentrerer projektet sig om kalk- og kridtmagasiner på Sjælland, men derud-over kortlægges grundvandskvalitetens udvikling og alder i udvalgte dele af sandmagasiner fra miocæntiden i Jylland og sand- magasiner fra kvartærtiden ved Odense.
Sprækkede bjergarter komplicerer strømningsforholdene og transporten af opløste stoffer i grundvandet væsentligt, idet stofferne vandrer frem og tilbage mellem sprækkerne og porerne i bjergarten. Forurening kan derved "gemme" sig i bjergartens porer, og efterfølgende forurene rent grundvand, der strømmer forbi i sprækker i meget lang tid, efter at selve forureningen er ophørt. Samtidig er det meget vanskeligt at forudsige sprækkernes retning, og størrelse; komplicerede og uventede strømningsmønstre opstår derfor ofte i sprækkede grundvandsmagasiner. Kortlægning af enkelte sprækker og sprækkezoner både lokalt og regionalt, er derfor væsentligt i sådanne bjergarter for at kunne beskrive og forudsige grundvandets strømning og stoftransport.
I det følgende afsnit beskrives resultater fra et projekt, der kortlægger udbredelsen af vigtige sandmagasiner fra tertiærtiden (inkl. Ribe Formationen) i store dele af Midt- og Sønderjylland. Projektet gennemføres blandt andet for bedre at kunne bedømme vandmængden og hvordan vandet bedst kan beskyttes.
Efter afsnittet om tertiære grundvandsmagasiner beskrives og demonstreres nye vigtige instrumenter og teknikker til kortlægning af sprækker i fx kalkbjergarter.

			EU-projektet - "BASELINE" - ("Naturlig grundvandskvalitet i Europæiske grundvandsmagasiner: Et grundlag for forvaltning af grundvandsmagasiner") er et tre-årigt forskningsprojekt under det 5. rammeprogram, der løber fra 2000-2003. Projektet skal primært undersøge den grundlæggende uforurenede grundvandskvalitet, men også ungt forurenet vand i ca. 20 vigtige Europæiske grundvandsmagasiner. Projektet koordineres af British Geological Survey (BGS) og involverer udover GEUS og DTU følgende partnere: Instituto Tecnólogico GeoMinero de España (Madrid, Spanien); Universidade de Aveiro (Aveiro, Portugal); Universiteit Gent (Gent, Belgien); Université d-Avignon (Avignon, Frankrig); Université Paris-Sud (Paris, Frankrig); Tallinn Technical University (Tallinn, Estland); University of Mining and Metallurgy (Krakow, Polen); Universität Bern (Bern, Schweiz); Universitat Politécnica de Cataluñya (Barcelona, Spanien). De danske undersøgelser foregår på Sjælland (kalk- og kridtmagasiner), Fyn (kvartært sand), og Jylland (tertiært sand). Miljøstyrelsen, Københavns Vand og Københavns Amt indgår i en Europæisk følgegruppe, der skal give input til undersøgelserne. For yderligere information se internetsiden: www.bgs.ac.uk/hydrogeology.

Referencer - læs videre

---

			Klaus Hinsby. Seniorforsker. Cand. Scient. i Geologi og grundvandskemi fra Københavns Universitet, 1988. Ansat på GEUS fra 1988. Hans hovedinteresse er grundvandets kemiske udvikling og strømning, og metoder til at bestemme grundvandets alder. P.t. i midlertidigt fravær af Hydrologisk Afdelings geofysiker, ansvarlig for den faglige og tekniske udvikling af log-sektionens borehulsmålinger.

---

Dette temanummer fortsætter med "Tertiære grundvandsmagasiner i Jylland"

---