DANMARKS OG GRØNLANDS GEOLOGISKE UNDERSØGELSE RAPPORT 1997/139
National Vandressource Model
Modelopstilling og kalibrering for Fyn
Hans Jørgen Henriksen, Christen J. Knudby, Per Rasmussen og Per Nyegaard
pdf-udgave af rapporten er under udarbejdelse

RESUMÉ af rapport 1997/139

Det er projektets overordnede formål at udvikle en landsdækkende vandressourcemodel som skal danne grundlag for vurdering af Danmarks samlede tilgængelige drikkevandsressource, herunder dennes tidsmæssige variation og regionale fordeling.

Der er opstillet en konceptuel model for Fyn på baggrund af cirkeldiagramkort, litteratur og oplysninger i GEUS's borearkiv. På baggrund heraf er vandførende og lavpermeable lag med regional udstrækning fastlagt, med tolkning af rumlig udbredelse og sammenhæng. Den konceptuelle model består af 9 hydrostratigrafiske lag, hvor lag 1, 2, 4, 6 og 8 overvejende består af ler mens lag 3, 5 og 7 består af smeltevandssand. Lag 9 består af kalk.

Det er vurderet, at en horisontal diskretisering i et 1x1 km beregningsnet udgør en øvre grænse for, hvor groft topografiske og geologiske forhold, vandløbssystemer samt vandindvinding kan repræsenteres, såfremt de opstillede formål med modelarbejdet skal kunne opfyldes.

Som grundlag for opbygningen af DK-modellen er MIKE SHE systemet valgt. MIKE SHE er et deterministisk og fysisk baseret fuldt distribueret modelsystem som beskriver de væsentligste strømningsprocesser i landfasen af det hydrologiske kredsløb. Beregningsmodulerne: OC (overland- and channel flow), SZ (saturated zone flow) og EX (exchange flow between aquifer and rivers) er anvendt. Input til modellen udgøres af daglig nettonedbør beregnet ved hjælp af et simpelt rodzonemodul.

Topografiske forhold, jordartsforhold, arealanvendelse og vandløbssystem er på baggrund af GIS-bearbejdning anvendt som input til DK-modellens 1x1 km beregningsmasker for Fyn. Topografi er baseret på KMS's 50 m griddata. Jordart er baseret på opdeling afjordarter på sand og ler udfra GEUS's digitale jordartskort. Arealanvendelse er baseret på Corine data. Vandløbssystem er baseret på data fra den digitale vandskelsdatabase (ZETA).

Som input til rodzonemodulet er anvendt døgnværdier for nedbør og potentiel fordampning på baggrund af et 40x40 km klimagrid for hele landet. Klimagriddata er beregnet af Dansk Jordbrugsforskning, Foulum. For hvert af de 5 klimagrid der indgår i DK-modellen for Fyn er genereret 6 forskellige nellonedbørsserier for forskellige kombinationer af arealanvendelse, jordart og kote. Der er anvendt kombinationerne: skov, vådbundsområde, åbent land/sandjord over kote 50, åbent land/lerjord over kote 50, åbent landlsandjord under kote 50 og åbent land/lerjord under kote 50. For hver af disse 30 kombinationer af klimagrid og arealtyper er beregnet en daglig nettonedbør for perioden 1971-96.

Det er vurderet, at en del af nettonedbøren, på grund af skalaen 1x1 km, skal routes direkte til OC, i stedet for til SZ. Den fysiske basis herfor er dels skalaforholdet, som generelt bevirker at modeltopografien er mere udjævnet end den faktiske topografiske variation. Derved undervurderes genereringen af overfladisk/overfladenær afstrømning. Desuden vil regnvand på befæstede arealer i byområder blive afledt til overfladevandsystemet. Der er taget hensyn til disse forhold ved at fordele nettonedbøren mellem OC og SZ på baggrund af den topografiske variation og den procentvise andel af byområder indenfor hvert enkelt grid i modelområdet.

Indenfor hvert enkelt lag i den hydrostratigrafiske model er der antaget konstant hydraulisk ledningsevne. Transmissiviteten for de enkelte modellag er derfor udelukkende distribueret jf. tykkelsesvariationen over modelområdet. Lag bestående af smeltevandssand har samme hydrauliske ledningsevne (lag 3, 5 og 7). Den vertikale ledningsevne antages 10 gange lavere end den horisontale. Lerlag (lag 2, 4, 6 og 8) antages ligeledes at have samme hydrauliske ledningsevne. I modsætning hertil er transmissiviteten for kalken (lag 9) distribueret på grundlag af interpolation på basis af observationer fra borearkivet (specifik ydelse). Det øverste lerlag i modellen (lag 1) er som følge af bl.a. opsprækning vurderet at have en væsentlig højere ledningsevne i forhold til de øvrige lerlag. Af hensyn til den numeriske løsning (problemer med tynde beregningslag som løber tørre) er lag 1,2 og 3 slået sammen til ét beregningslag, således at beregningsmodellen består af ialt 7 lag. Ovenstående simplificering af det fysiske system er begrundet med dels et problem med at finde repræsentative målinger af f.eks den hydrauliske ledningsevne i forhold til en modelskala på 1x1 km, dels et hovedprincip om at søge så enkel og simpel en parametrisering som mulig, således at en risiko for en 'overparametrisering' undgås, og således at størst mulig gennemskuelighed fastholdes.

Samtlige oppumpninger større end 25.000 m³/år for perioden 1985-96 er repræsenteret i modellen på baggrund af oplysninger i vandressource databasen. Desuden er anvendt supplerende data leveret af Fyns Amt for 2 år i perioden 1971-85. Oppumpninger er inkluderet med årlige værdier, og der er dermed set bort fra evt. sæsonvariationer.

Til kalibrering og verificering af modellen er anvendt en 'differentiel split sample test'. Som kalibreringsperiode er benyttet 1988-90. Verificering er foretaget udfra 1991-96. Ialt indgår 1510 trykniveauobservationer fra perioden 1970-96 samt simuleret og observeret daglig vandføring ved 12 stationer for 1988-90. Kalibreringen er foretaget i flere runder hvor modelsetup og parameterværdier gradvist er blevet detaljeret og distribueret og afvigelser kvantificeret i forhold til afstrømning og trykniveau. En verifikation af modelopstillingen er foretaget ved at udvælge 3 kalibreringskørsler med god overensstemmelse mellem simulerede og observerede data og køre disse for hele perioden 1971-96 og herefter udregne forskellige teststørrelser (RMS, FL- og R²) med henblik på kvantificering af overensstemmelse i forhold til trykniveau i grundvand og vandløbsafstrømning. I verifikationen indgik en vurdering af betydningen af startværdier samt randbetingelser. Der er givet eksempler på simuleringskørsler med ændret vandindvinding og ændret nettonedbørsinput. Endelig er der foretaget en partikelbaneberegning af indvindingsoplande til udvalgte større vandværker på Fyn. Herved er eksempler på brug af DK-modellen i forbindelse med vurderinger af vandressourcens størrelse søgt illustreret.