Geologiske data forbedrer grundvandsmodeller

af Jens Christian Refsgaard og Lars Troldborg

En grundvandsmodel er afhængig af den geologiske tolkning og de geologiske data, der indgår i den bagvedliggende geologiske model. Man vil derfor forvente, at en grundvandsmodel bliver mere pålidelig jo flere og bedre geologiske data den fodres med. For at belyse dette er der for det 288 km² store Vårby område (figur 1) på Vestsjælland opstillet tre forskellige geologiske modeller og på den baggrund etableret tre forskellige grundvandsmodeller.

Størstedelen af Vårby Å oplandet er en moræneflade, der skæres af ådale. I den nordlige del af området er der et dødislandskab. Det højtliggende terræn fra Slagelse og mod syd består af forstyrrede kvartære aflejringer, som derved har fået øget geologisk variabilitet. Foto: Vibeke Ernstsen, (Vårby området).

Tre forskellige geologiske tolkninger

Forskellene på de tre geologiske modeller er illustreret på (figur 2), som viser et profil midt gennem området (A-B på figur 1). De tre modeller betegnes som henholdsvis "Simpel", "DK-model" og "Avanceret". De tre geologiske tolkninger er lavet af tre forskellige medarbejdere på GEUS.

1. I den simple model opfattes grundvandssystemet som bestående af to lag, med et gennemgående tykt vandførende magasin (sand), som er overlejet af et lavpermeabelt lerlag af varierende tykkelse. Dette svarer til den meget simple opfattelse af morænelersområderne, som med stor success er blevet benyttet tidligere i bl.a. vandressourceundersøgelser (fx i det nærliggende Suså område for et par årtier siden). Det bemærkes, at der i de enkelte boringer findes både lerlag og sandlag, men med en væsentlig mere kompliceret struktur end svarende til en to-lags model.
Den simple model må altså siges at være relativ fattig på geologiske data.

2. DK-modellen er den geologiske model, som benyttes i GEUS- Nationale Vandressource Model. Denne tolkning er baseret på flere gennemgående geologiske lag. DK-modellen er oprindeligt opstillet til brug for en grundvandsmodel i et beregningsnet på 1 km², dvs. med en væsentlig grovere opløsning end i nærværende Vårby model, som er baseret på et beregningsnet på 250 m. Der er bedre overensstemmelse mellem de geologiske informationer i boringerne og flerlagsmodellen, end for to-lags modellens vedkommende.

3. Den avancerede geologiske model er den mest komplicerede, specielt i de øvre lag. Den er i modsætning til de to andre modeller baseret på, at de geologiske lag ikke nødvendigvis er gennemgående, men kan være afgrænsede som linser.
Selv om det således er den model, der indeholder mest geologisk information, og den der er tættest på boringsinformationerne, ses den stadig at være en forenkling af virkeligheden.

Figur 1. Vårby området på Vestsjælland med modelområdet indtegnet. A-B svarer til profilerne som vist i figur 2. Figur 2A. Geologisk model baseret to-lags beskrivelse Figur 2B. Geologisk model tolket som et flerlagssystem Figur 2C. Geologisk model hvor de geologiske enheder beskrives som ikke gennemgående linser.

Kalibrering af parameterværdier for de tre grundvandsmodeller

De tre modeller er blevet kalibreret mod observationer af trykniveauer (grundvandsstand) fra 315 filtre i området. Det er sket ved at justere den hydrauliske ledningsevne for de enkelte lag således, at afvigelserne mellem de modelberegnede og de observerede trykniveauer gøres så lille som muligt. Antallet af frie modelparametre, som fastsættes gennem denne kalibrering fremgår af tabel 1. Den simple model har tre parametre, nemlig de hydrauliske ledningsevner for henholdsvis den øverste opsprækkede del af moræneleret, den nedre del af moræneleret samt for sandmagasinet.

Tilsvarende repræsenterer de fire parametre i DK-modellen de hydrauliske ledningsevner i henholdsvis det øverste opsprækkede moræneler, det dybere liggende moræneler, sandmagasinet samt de lerområder, som har tektoniske forstyrrelser.
For den avancerede models vedkommende er de fem parametre fordelt som i de øvrige modeller med to for moræneleret og en for sandmagasinet. Derudover er der en parameter for randmoræneområdet, hvor der er glacialtektoniske forstyrrelser, samt en parameter for dybere liggende palæocæne aflejringer.

Bedre geologi giver bedre grundvandsmodeller

Den forholdsvise nøjagtighed af de tre grundvandsmodeller fremgår af tabel 1. Det angivne nøjagtighedskriterium er en vægtet afvigelse for samtlige 315 punkter, hvor de punkter med pålidelige feltobservationer er vægtet højere end de punkter, der har mindre pålidelige feltdata. Som det ses af tabel 1 giver den model, der indeholder flest geologiske informationer de mest nøjagtige resultater. For at undersøge hvor-vidt det lavere indhold af geologisk information kan kompenseres ved at underinddele grundvandsmagasinet i den simple model i flere zoner med forskellige parameterværdier er der foretaget beregninger med 6 zoner. Flere frie parametre giver større mulighed for at tilpasse modelberegninger mod feltdata, men omvendt vil for mange frie parametre som regel resultere i større statistisk usikkerhed i de endelige modelberegninger, når modellen skal benyttes til at forudsige f.eks. vandets alder eller koncentrationer af forurenende stoffer. Det er derfor bedst at have så få frie parametre som muligt i en grundvandsmodel.
Af tabel 1 fremgår det at selv med en kraftig øgning af antallet af frie parametre (fra 3 til 8) vil resultaterne af den simple model ikke blive så god som resultaterne fra de øvrige to modeller, som indeholder flere geologiske informationer. Det kan således konkluderes, at grundvandsmodeller bliver mere pålidelige og giver mere nøjagtige resultater jo mere geologisk information de udnytter.

---

			Jens Christian Refsgaard. Civ. Ing fra DTU i 1976. Ansat på DTU 1976-1984 som underviser, forsker og rådgiver indenfor hydrologi og vandressourcer. Herefter ansat på DHI Vand og Miljø indtil 2000. Tiltrådt som forskningsprofessor i grundvandshydrologi på GEUS i 2000.

			Lars Troldborg. Civ. Ing. fra ISVA på DTU i 1997. Ansat på GEUS i 1998 for at udføre modelarbejde og gennemføre Ph.D. under Den Nationale Vandressource Model. Primært arbejdsområde har været integreret hydrologisk modellering på regional skala og arktisk hydrologi. Påbegyndte Ph.D studiet i 1999 om grundvandsdannelse og sårbarhedszoner.