Metoder til kortlægning

Geologerne bruger en hel række forskellige oplysninger, når de kortlægger grundvandsmagasinerne. Udover de fysiske boringer bruges der 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 hen over 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, noterer brøndboreren, 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, des vanskeligere er det at 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 derimod, 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 afsnit.

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 linje.

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.

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.

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.

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 OSD'erne 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.

OSD'erne 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 OSD'er, 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.