Kortlægning af grundvandsmagasinerne

Når man skal planlægge forvaltningen af grundvandet, er man nødt til at have viden om de jordlag det bevæger sig igennem, samt grundvandsressourcernes kvalitet, størrelse og udbredelse. Derfor har man udviklet en hel række metoder og værktøjer som kan give os et godt kendskab til grundvandet som ressource.

Hvordan kortlægger vi grundvandet?

Metoder til kortlægning
Geologerne bruger en hel række forskellige oplysninger, når de kortlægger grundvandsmagasinerne. Udover de fysiske boringer, bruges der også forskellige geofysiske metoder, først og fremmest TEM, SkyTEM, MEP, paces, seismik og logging. Derudover benyttes matematiske grundvandsmodeller til at beskrive og udføre beregninger vedrørende grundvandsmagasinerne og deres ændringer henover året – samt hvordan magasinerne opfører sig ved f.eks. ændret oppumpning eller ændrede klimaforhold i fremtiden. Alt dette har indflydelse på hvordan vi vælger at forvalte vores grundvand.

Det nationale borearkiv
Oplysninger fra boringer hører til nogle af de vigtigste. Når der bores i jorden, skriver brøndboreren ned, hvilke lag han støder på, f.eks. grus, ler, sand eller kalk. Desuden noterer han sig også, hvor dybt grundvandsspejlet ligger. Loven siger, at disse oplysninger skal sendes til GEUS, hvor de samles i et nationalt borearkiv. Herfra kan miljøcentrene og andre brugere trække oplysningerne ud og tegne kort over jordens lag og grundvandsspejlets beliggenhed.

I 2008 ligger der oplysninger om over 240.000 boringer i arkivet. Det lyder umiddelbart af meget, men det svarer kun til omkring seks boringer pr. kvadratkilometer, hvis de var jævnt fordelt over hele landet, og der kan mange steder være langt mellem de dybere boringer. Generelt er det sådan, at jo længere der er mellem boringerne, jo vanskeligere er det tegne kort over undergrundens lag.

Pejling af grundvandet
En pejling af grundvandet er en måling af vandspejlets højde i en boring. Pejlinger foretages i alle indvindingsboringer og viser variationer over året, og fra år til år. Typisk foretages pejlingen i den enkelte boring en gang i kvartalet. Der skelnes mellem rovandspejling og driftspejlinger. Rovandspejlinger måles når pumpen i en indvindingsboring har været stoppet i 4 timer. Det er den tid det tager før man kan være sikker på at man måler grundvandets naturlige højde i boringen. Driftspejlinger viser modsat hvor meget grundvandet sænkes mens man pumper vandet op.

Geofysik og grundvand
Ofte benytter geologerne sig af såkaldte geofysiske metoder til at se hvordan undergrunden ser ud mellem boringerne. Fælles for mange af disse metoder er, at man sender energi ned i jorden enten i form af inducerede magnetfelter, strøm eller lydbølger. Man måler så hvordan undergrundens lag sender denne energi videre eller kaster den tilbage. Herved kan geologerne få et billede af, hvad jordlagene består af. Nogle af de mest anvendte metoder beskrives i følgende kapitel.

Vandressourcer – et område af stor strategisk betydning:Læs on-line Geologi for enhver: Læs on-line Jupiter-databasen, Danmarks geologiske og hydrologiske database:Læs on-line Borearkivet har 75 åre jubileum. Geologisk nyt fra GEUS. nr 3, 2001: Læs on-line

[Til top]

Her kortlægges jordlagenes elektriske modstand med et lille køretøj der slæber elektroder der er monteret på et kabel.



Pejlning af grundvandsboring.



Skærmbillede fra det nationale borearkiv. Gå på opdagelse i JUPITER databasens 240.000 boringer og se hvor dit grundvand kommer fra.

Geofysiske metoder til kortlægning af grundvandsmagasinerne

TEM
TEM-metoden (den Transiente Elektromagnetiske Metode) er en hyppigt anvendt geofysisk metode, som bruges til at bestemme jordens elektriske modstand fra omkring 20 meters dybde, ned til 100-150 meters dybde.

TEM-målinger udføres ved hjælp af et udstyr bestående af to dele, nemlig en sender-del og en modtager-del. Et isoleret strømkabel lægges ud som en firkantspole på jorden. Dette kaldes senderspolen. I senderspolen opbygges en strøm, som efter at have nået et stabilt niveau afbrydes brat, dvs. inden for få milliontedele af et sekund! Derved opstår der i jordlagene under senderspolen hvirvelstrømme, som spreder sig nedad og udad som ”røgringe”.

Det magnetiske respons fra disse hvirvelstrømme måles i en modtagerspole, som kan være anbragt enten midt i senderspolen, eller udenfor den, i en veldefineret position. Hvirvelstrømmenes størrelse og henfald er knyttet til jordlagenes modstandsforhold, som derfor kan tolkes ud fra de målte data.

SkyTEM
SkyTEM-metoden er en epokegørende videreudvikling af den traditionelle, jordbaserede TEM-metode, idet målingerne udføres fra en helikopter. Dette betyder bl.a., at der måles meget tættere, og at større områder kan måles på kort tid (en linje på ca. 40 km pr. time!). Derfor kan SkyTEM udføres i en bedre kvalitet og med større datatæthed, til samme pris eller billigere udregnet pr. km², sammenlignet med traditionelle, jordbaserede TEM-målinger. Andre fordele er, at man ikke ødelægger afgrøder på markerne, og at man undgår stort besvær ved jordbaserede TEM-målinger i f.eks. skovområder og vådområder.

Der kan anvendes flere forskellige senderspoler. Det betyder, at der er mulighed for at kortlægge ret tæt op under jordoverfladen, ligesom det i andre tilfælde er muligt at måle meget dybt, ned til 250 – 300 meters dybde afhængig af de geologiske forhold.

Senderspole og modtagerspole hænger i en krog under helikopteren i en højde af 25 – 35 m over terrænoverfladen. SkyTEM-målingerne udføres uden krav om en bestemt helikopter, fordi alt udstyr er samlet uden for selve helikopteren.

Geoelektrik
En anden af de meget anvendte metoder er geoelektrik. Her måler man den elektriske modstand i jordlagene ved at sende strøm ned igennem jorden. Den elektriske modstand i sand og ler er normalt tilstrækkeligt forskellig til, at man kan skelne mellem lagene. Derfor er geoelektrik velegnet når geologerne skal kortlægge undergrundens ler- og sandlag.

Tidligere målte man enten langs en linje, eller i et punkt, hvor man lavede en måling som viste variationer i elektrisk modstand med dybden. Senere er man gået over til at kombinere målinger, så man både måler hvordan den elektriske modstand varierer horisontalt og med dybden.

PACES
PACES (Pulled Array Continuous Electrical Sounding) bliver også kaldt slæbegeoelektrik, og er en hurtig metode til at kortlægge variationer i den elektriske modstand fra terræn og ned til en dybde af 20-30 m. Et lille køretøj slæber elektroderne, monteret på et kabel, hen over marken mens der måles.

MEP
MEP (Multi Elektrode Profilering) er en anden af de geoelektriske kortlægningsmetoder. Med denne udgave af den geoelektriske metode kortlægges jordlagenes elektriske modstand ned til omkring 60 meters dybde. Målingerne udføres ved at en lang række elektroder opstilles på linje med ens afstand. De forbindes med et kabel til et instrument og en computer, som styrer målingerne.

Seismik
Højopløselig seismik bruges til kortlægning af geologiske strukturer i dybdeintervallet fra 20-30 meter til mere end 500 meter. Den seismiske metode bygger på, at lydbølger reflekteres ved laggrænser, hvor der er ændringer i jordens seismiske hastighed og/eller massefylde. En refleksionsseismisk undersøgelse udføres ved, at der ”affyres skud” med dynamit, riffel eller et vibratorsweep, og de reflekterede lydbølger registreres ved hjælp af en lang række geofoner der måler lydbølgens bevægelse. Disse placeres oftest langs en linie.

I dag er det mest almindeligt at udføre en seismisk undersøgelse på land ved brug af den slæbeseismiske metode, hvor geofonerne er monteret på et langt kabel som slæbes bag en vibrator, som genererer det ”seismiske skud”.

Borehulslogging
Ved borehulslogging udføres en række geofysiske målinger i selve borehullet. Der kan måles både i forede og åbne borehuller, ligesom logging kan ske lige når et borehul er boret, eller på senere tidspunkter i allerede eksisterende borehuller. Langt de fleste geofysiske metoder kan udføres ved borehulslogging. Man benytter her instrumenter hvor sender og modtager kan bygges ind i en cylinder med en diameter på 5-10 cm.

Den elektriske modstand kan måles ved hjælp af elektriske og elektromagnetiske metoder. Ligeledes kan den naturlige gammastråling og den seismiske hastighed i de geologiske lag måles. Derudover kan specielle instrumenter måle bl.a. porøsitet og massefylde. Der måles næsten altid med flere metoder i samme borehul. Den mest almindelige fremgangsmåde er, at måle den elektriske modstand og den naturlige gammastråling.

Forskellige metoder til forskellige formål
Inden for den geoelektriske metode giver MEP-metoden gode muligheder for at kortlægge udstrækningen af f.eks. store, ubrudte sandlag, der er gode grundvandsmagasiner. Tilsvarende kan man også afsløre steder, hvor der på grund af isens forstyrrelser under istiderne er dannet lokale sandlag i områder, der ellers præges af udbredte lag af moræneler. Det er de såkaldte "sandvinduer". Gennem disse vinduer vil vandet hurtigt kunne sive ned gennem jorden og forny grundvandet. Desværre virker disse vinduer også som effektive afløb for forurening fra overfladen. Geologerne er derfor meget interesseret i at få kortlagt sandvinduer, for de har stor betydning, når man planlægger beskyttelsen af grundvandet. Hertil anvendes især PACES-metoden.

TEM-metoden benyttes i stor udstrækning til kortlægning af de større geologiske strukturer.  De seneste år er man gået over til næsten udelukkende at benytte SkyTEM-udgaven af TEM-metoden. En af metodens store forcer har været kortlægningen af et komplekst og udbredt net af begravede dale rundt omkring i Danmark. I de begravede dale kan der nemlig ofte findes vigtige grundvandsmagasiner.

TEM-metoden anvendes desuden i forbindelse med kortlægning af saltstrukturer, forkastningsstrukturer og tilsvarende storskalastrukturer, ligesom den også de fleste steder er velegnet til bestemmelse af dybden til det salte grundvand. I løbet af 2007 er metoden yderligere blevet udviklet til også at kunne give oplysninger om de mere overfladenære aflejringer.

Seismik kan med stor fordel anvendes – ofte i kombination med TEM/SkyTEM – til mere detaljeret kortlægning af indholdet i de begravede dale. Kortlægning af dybereliggende vandførende sandlag i det vestjyske område involverer oftest seismik som den primære metoden inden for geofysikken. Endelig udgør seismik en væsentlig kortlægningsmetode i områder med kalkmagasiner - ofte i kombination med borehulslogging.

Borehulslogging udføres normalt i større undersøgelsesboringer, specielt i kalkområder, med henblik på almindelig lagkorrelation, stratigrafiske korrelationer, detaljeret beskrivelse af laggrænser og optimal placering af filtre i sandmagasiner.

GEUS’ Grundvandskortlægning: Læs on-line GERDA (National Geofysisk Database): Læs on-line SkyTEM – Grundvandskortlægning med helikopter: Hent pdf fil Kortlægning af begravede dale – Gebyrkortlægning og undersøgelsesmetoder: Hent pdf fil GeoFysikSamarbejdet: Læs on-line

[Til top]

SkyTEM – Målinger af jordens elektriske modstand fra helikopter.

Helikopter der flyver afsted med SkyTEM. Se filmklip

PACES - slæbegeoelektrik er en hurtig metode til at kortlæge jordlagenes elektriske modstand.

Elektriske signaler i den røde senderantenne skaber elektromagnetiske hvirvelstrømme i jordlagene, som spreder sig opad og udad som "røgringe". Størrelsen og henfaldet af disse strømme er afhængig af jordlagenes modstand, og det måles af den blå modtagerantenne.

Logvogn.

Grundvandsmodeller

GEUS - og hydrologer generelt - benytter sig mere og mere af beregningsmodeller. De kaldes grundvandsmodeller og de bruges af geologerne når de undersøger hvor meget grundvand der dannes, og hvordan forurening spredes med vandets strømning.

Grundvandsmodeller er matematiske modeller. På en computer kan forskerne beregne hvordan vandet strømmer i jordlagene ud fra eksisterende målinger og data om undergrundens opbygning og om vejret. Modellerne svarer til de numeriske beregningsmodeller som meteorologerne bruger til at forudsige hvordan vejret udvikler sig.

En grundvandsmodel fodres med oplysninger om hvor meget det regner, og hvor stor fordampningen er. Hvordan ser landskabet ud? Er der f.eks. marker eller skov på overfladen? Vigtige oplysninger som indgår i beregningerne. Modellen beregner nu, hvordan vandet siver ned i jorden og senere strømmer som grundvand i jordens forskellige lag, til indvindingsboringer, vandløb og havet.

Modellens grundlag er viden om hvordan jordlagene er opbygget, og hvor godt eller dårligt vandet strømmer i dem. En god solid viden om geologien er derfor alfa og omega for, hvor gode beregningerne bliver. Man giver f.eks. sand og gruslag højere talværdier i modellen end lerlag, for at beskrive at vandet strømmer meget lettere i dem.

Rent praktisk foregår beregningerne på en kraftig computer. Modellen leverer herefter flere typer oplysninger om:
Hvor dybt grundvandspejlet ligger. Hvor vandet strømmer hen. Hvor hurtigt det strømmer. Og hvor meget vand der strømmer fra eller til grundvandet fra vandløb og vådområder.

Grundvandsmodeller er et stærkt værktøj for hydrologerne når de forvalter vores grundvand og overfladevand. Modellerne bliver f.eks. brugt til at forudsige, hvor meget grundvand vi kan forvente at have, hvis klimaet ændres eller hvis kravene til vandløbspåvirkning ændres, som følge at f.eks. EU’s Vandrammedirektiv. Men de kan også beregne hvor meget vand vi kan tillade os at pumpe op i dag uden at vi udtørrer vandløb og vådområder og dermed skader dyr og planter.

Endelig er modellerne et vigtigt værktøj i forureningsbekæmpelsen. Det kan ske at vi får meldinger om, at forurenet grundvand strømmer i retningen af en boring, hvor vi pumper drikkevand op. Her kan vi med modellerne beregne hvor det er bedst at bore ned for at suge det forurenede vand op og få det renset, inden det rammer vandforsyningen og ødelægger den helt. Modellerne kan desuden fortælle hvor grundvandet dannes, og derved hvor der er behov for yderligere grundvandsbeskyttelse.

DK-modellen
I gennem flere år har GEUS arbejdet med at udvikle en landsdækkende hydrologisk model, som kan regne på hele ferskvandskredsløbet. Det drejer sig om den nationale vandressourcemodel - den såkaldte DK-model, som for alvor blev kendt i 2003, hvor GEUS offentliggjorde en nyopgørelse af den drikkevandsressource som kan udnyttes her i Danmark.

Udnyttelsgraden af grundvandet er størst i hovedstadsområdet og mindst i vestjylland, hvilket er omvendt i forhold til ressourcens størrelse. [stor udgave].

Opgørelsen halverede næsten ressourcen i forhold til den seneste 11 år gamle opgørelse - fra 1,8 mia. m³/år til 1,0 mia. m³/år. Den primære forklaring på denne nedskrivning er, at den nye opgørelse regner detaljeret på hele ferskvandskredsløbet, og at man i DK-modellen har taget højde for, at en del af vandet skal bruges af naturen og derfor ikke kan pumpes op. Det drejer sig om vand til søer og vandløb, som helst ikke skal tørre ud. Desuden er der problemer med vandkvaliteten i det øvre grundvand, hvilket betyder, at dele af denne ressource i en årrække må afskrives.

Opgørelsen viser under disse forudsætninger en for stor oppumpning omkring København, Odense og Århus, samt på de lette jorder i Midt- og Vestjylland, hvor behovet for markvanding er stort. I de fleste af disse områder er problemet, at der pumpes så meget vand op, at påvirkningen af vandløb er for kraftig. I andre områder er det risikoen for at trække nitrat og pesticider ned fra de øvre forurenede magasiner og frigivelse af stoffer som fx nikkel fra undergrunden, der begrænser de mængder, vi kan pumpe op.

Vand skal der til, både til os mennesker og til fisk og fugle, som lever i vandløb og søer. Og i 2005 påbegyndte GEUS i samarbejde med de daværende amter en ny modellering af vandbalancen og grundvandsdannelsen i hele landet. Arbejdet, der vil strække sig frem til 2009, foregår nu i samarbejde med miljøcentre og kommuner under det nationale program for overvågning af vandmiljøet og naturen – NOVANA. Projektet omfatter bl.a. en tilpasning af DK-modellen til nye vanddistrikter og opdatering af modellen med data fra miljøcentrenes kortlægning af områder med særlige drikkevandsinteresser (OSD-områder).

Den nye model “DK-model NOVANA” er 4 gange mere detaljeret end den gamle, men er fortsat en storskalamodel, som skal belyse den overordnede vandbalance og grundvandsressourcens størrelse og udnyttelsesgrad under hensyn til klima, arealanvendelse og vandindvindingsstrategi. Men projektet har også til formål at skabe konsensus omkring den overordnede hydrogeologiske tolkning og de anvendte data, så modellen får generel accept i en national forvaltning af grundvandsressourcen. Endelig skal projektet sikre en sammenhængende modeltolkning på tværs af administrative grænser.

Geologiske data forbedrer grundvandsmodeller: Læs on-line National Vandressource Model: Læs on-line Fra Jupiter til DK-model: Læs on-line Vand & Data - DK-modellen: Læs on-line Geologisk Nyt – Ferskvandets kredsløb 1: Hent pdf fil Geologisk Nyt – Ferskvandets kredsløb 2: Hent pdf fil Håndbog i grundvandsmodellering: Læs on-line

[Til top]

Grundvandsmodellen fodres med oplysninger om et givet landskab. Er der f.eks. mark eller skov på overfladen?



Geolog foran PC, i gang med at modellere grundvand.

Danmarks bedste vand beskyttes

Vi er blevet klar over, at vi må beskytte grundvandet, hvis vi også i fremtiden skal kunne pumpe rent drikkevand op. Det er kommunernes og miljøcentrenes opgave at planlægge ud fra to hensyn:
Dels hvor man i fremtiden skal hente den nødvendige mængde rent grundvand. Og dels hvordan grundvandet skal beskyttes mod forurening.

Som et led i regeringens bestræbelser på at beskytte grundvandet er det statens (miljøcentrenes) opgave at vedligeholde og udpege de områder, hvor de vigtigste grundvandsmagasiner findes. De områder hedder OSDer - "Områder med Særlige Drikkevandsinteresser". Det er egne med rent grundvand, som er tilstrækkelige til at sikre befolkningens forsyning med drikkevand i fremtiden.

Skitsekort over områder med særlige drikkevandsinteresser. Miljøcentrene er i fuld gang den detaljerede kortlægning af OSD områderne. [stor udgave].

Resten af landet er inddelt i "Områder med drikkevandsinteresser". Her kan der også godt indvindes drikkevand. Endelig er der "Områder med begrænsede drikkevandsinteresser". Her er det vanskeligt eller umuligt at hente godt grundvand. Vandet er mere eller mindre forurenet.

Områderne er udpeget på basis af mange års kortlægning af undergrundens jordlag. Det har givet et overblik over hvor meget vand der kan pumpes op og hvor godt vandet er. Det har været et omfattende arbejde hvor både kommuner, miljøcentre og GEUS har haft travlt.

I OSDerne skal grundvandet først og fremmest levere drikkevand til befolkningen. Derfor skal grundvandet beskyttes effektivt mod forurening. Opgaven er fordelt sådan, at regionerne har til opgave at kortlægge og fjerne de gamle forureninger som truer grundvandet, mens kommunerne skal sørge for at der ikke opstår nye forureninger.

OSDerne skal være så store at de ikke alene kan klare vores nuværende forbrug af drikkevand men også det fremtidige. Desuden skal grundvandet strømme ud fra områderne så der ikke er mulighed for at forurenet grundvand strømmer ind fra nabo-områderne. Det er også praktisk, at områderne ligger de steder, hvor der rent faktisk er brug for vandet. Mange naturområder er udpeget som OSDer, fordi der ikke er så stor en fare for at grundvandet kan forurenes.

I alt er omkring 35 pct. af Danmark udpeget som OSD-område. I Jylland har det kun været nødvendigt at udpege omkring en fjerdedel af arealet, mens der er brug for meget større arealer på øerne. Det skyldes, at der dannes mere grundvand i Jylland, samt at befolkningstætheden her er mindre end på øerne.

I de egne, hvor der ikke er rent grundvand nok, er det allervigtigste at sørge for drikkevand til de mennesker som lever der. Kommunerne skal dog også tage hensyn til naturen, som det fremgår af Grundvandsdirektivet og EU’s Vandrammedirektiv. Man må derfor ikke indvinde så meget vand at vandløb og vådområder tørrer ud. Dyr og planter har også behov for og ret til vand. Endelig er der så bøndernes og industrifolkenes behov for vand til markvanding og produktion af varer. De må nøjes med at komme i tredje række når det gælder OSD-områderne.

Miljøcentrene er nu i gang med en endnu mere detaljeret kortlægning af hvor grundvandet dannes, og hvor godt det er beskyttet. Det sker for at udpege de områder, hvor der er brug for ekstra beskyttelse af grundvandet. Hvis det viser sig nødvendigt kan man så ændre planerne for byudvikling eller stille særlige krav til driften af landbruget.

GEUS’ vandressource: Læs on-line Foreningen af vandværker i Danmark: Læs on-line Grundvandskortlægningen: Læs on-line Miljøportalen: Læs on-line Dansk vand- og spildevandsforening: Læs on-line Udpegningen af grundvandsforekomster i Danmark: Læs on-line

[Til top]

Mange naturområder er udpeget som OSDer, fordi der ikke er så stor en fare for at grundvandet kan forurenes.