Modellering af vand- og stofkredsløbet

Modellering af vand- og stofkredsløbet udføres med henblik på at estimere mængden og kvaliteten af ferskvandsressourcen og for at vurdere usikkerhederne på estimaterne.

Hos GEUS spænder vores opgaver bredt inden for dette felt. Vi beskæftiger os med alt fra detaljerede processtudier i lille skala inden for et enkelt medie, såsom den umættede eller mættede grundvandszone i det hydrologiske system, til integreret oplandsskala- eller urbanskalamodellering, der omfatter hele grundvands- og overfladevandssystemet. Opgaverne fordeler sig ud på følgende emner:

  • Ferskvandsressourcen
  • Stoftransport og forureningsspredning
  • Kvalitetssikring og usikkerhedsvurderinger
  • Remote sensing til rumlig estimering af hydrologiske variabler i stor skala.


Ferskvandsressourcen

Forvaltning af ferskvandsressourcen kræver en integreret tilgang, hvor samtlige komponenter af ferskvandssystemet betragtes sammenhængende. Dette tilskyndes bl.a. af EU’s Vandrammedirektiv (VRD), hvor målet er at opnå en god tilstand for både grundvand og overfladevand.

VRD pålægger de enkelte medlemsstater at overvåge den samlede ferskvandsressource og dokumentere usikkerhedskilder relateret til overvågningen. Dette byder på nye udfordringer, hvor der er behov for et tættere samspil mellem overvågning og modellering for bedre udnyttelse af overvågningsdata og forståelse af ferskvandsressourcen.

Integreret oplandsskalamodellering er et centralt område for GEUS, herunder skalaproblematikken, metoder til opskalering fra punkt- og småskalamålinger til storskalamodellering, nye metoder til at kombinere traditionelle observationer med remote sensing data og modellering.

Med den Nationale Vandressource Model (DK-model) er der udviklet en integreret overflade- grundvandsmodel for hele Danmark til vurdering af ferskvandsressourcen på nationalt niveau. Modellen anvendes i forbindelse med den danske forvaltning af grundvandsressourcen (implementering af de danske vandplaner). Modellen er endvidere udgangspunkt for en række udviklings- og forskningsstudier, hvor nye metoder udvikles og afprøves i forskellig skala.


Stoftransport

Diffuse forureningskilder, såsom anvendelse af gødning og pesticider, udgør en væsentlig trussel mod kvaliteten af den danske ferskvandsressource.

Hos GEUS gennemfører vi stoftransportmodellering af næringsstoffer og miljøfremmede stoffer for både den umættede og mættede grundvandszone, med speciel fokus på den diffuse fladebelastning.

Sårbarheden over for pesticidudvaskning er undersøgt på nationalt og EU-niveau, mens andre projekter har drejet sig om klimaændringernes betydning for den fremtidige pesticidudvaskning i Danmark. Simulering af stoftransport i oplandsskala udgør en særlig udfordring. Med DK-modellen som rygrad til beskrivelse af de overordnede strømningsforhold, gennemføres nationale estimater for nitrattransport og omsætning heraf i grundvandszonen.


Kvalitetssikring og usikkerhedsvurderinger

GEUS har udviklet nationale vejledninger til opstilling og anvendelse af geologiske og hydrologiske modeller og gennem EU-projekter bidraget til udvikling af 'best-practice' for modellering af forskellige hydrologiske medier. Endvidere er vi regelmæssigt tilknyttet modelopgaver som uvildig reviewer.

Ved anvendelse af modelresultater i forbindelse med forvaltning er det vigtigt, at den samlede usikkerhed på beregningerne vurderes og kommunikeres til slutbrugerne. GEUS har via nationale og internationale projekter samt Ph.d.-projekter bidraget til at bringe usikkerheden i centrum, med speciel fokus rettet på den del af usikkerheden, der er relateret til den konceptuelle model, herunder den geologiske forståelse.

Remote sensing til rumlig estimering af hydrologiske variabler i stor skala

Vi anvender satellitbilleder til estimering af den rumlige udbredelse af forskellige hydrologiske variabler, primært med henblik på integrering i distribuerede hydrologiske modeller.

Tidsserier af remote sensing kan benyttes til forskellige formål. Eksempelvis til måling af vegetation og albedo, som anvendes til parameterisering af modellerne, hydrologiske tilstandsvariabler og flukse, f.eks. overfladetemperatur samt fordampning, som anvendes til rumlig validering og kalibrering af hydrologiske modelsimuleringer. Særligt den sidste komponent er central i den del af GEUS’ forskning, som omhandler en fundamentalt ny tilgang til evaluering af rumlige modeller.