Udvikling af DK-model

Der sker en løbende udvikling af DK-modellen, med opdateringer og test af nye modelkoncepter. Ligeledes sker der en udvikling af forskellige programmer og rutiner til pre- og postprocessering af data og simuleringsresultater. Den igangværende udvikling er beskrevet herunder, mens de udviklede hjælpeprogrammer er beskrevet på undersiden "programmer", hvorfra der også er link til download af programmerne.

 

DK-model udvikling i 2010

DK-modellen blev opdateret til den nuværende version (DK-model2009) under NOVANA programmet 2004 – 2009. I det revidere overvågningsprogram for 2011 – 2015 er der lagt op til en styrkelse af modelleringen indenfor NOVANA, ligesom der er påpeget et behov for en koordinering af data og viden oparbejdet indenfor hhv. overvågningen og forvaltningen, herunder anvendelse af samme modelværktøjer for de to opgavetyper. Anvendelse af DK-modellen til begge opgavetyper stiller krav til en videreudvikling og detaljering af modellen. Ligeledes er der behov for udvikling af modelbaserede metoder og principper for at opnå en optimal analyse og optimering af overvågningen, samt sikre en ensartede anvendelse af modellen indenfor forvaltningen.

I overensstemmelse med cyklussen i vandrammedirektivet påbegyndes næste vandplansperiode snart. For at opnå en optimal anvendelse af DK-modellen i næste vandplansperiode, er det nødvendigt at påbegynde den påkrævede opdatering og forbedring af DK-modellen hurtigst muligt, dvs. med starten af den nye overvågningsperiode fra 2011. Dette betyder samtidigt, at det er nødvendigt at udvikle de tilgrundliggende metoder og principper i videst mulig omfang før 2011.

I 2010 er der derfor igangsat et projekt ”Udvikling af principper og metodikker til forbedring af DK-model”, der har til formål at udvikle et fundament for den fremtidige opdatering og forbedring af DK-modellen herunder metoder for en forbedret modelanvendelse. Projektets formål er således udvikling og test af metodikker, mens projektet ikke indeholder den egentlige implementering, dvs. opdatering samt analyser på nationalt niveau. Enkelte mindre modelopdateringer er dog inkluderet i projektet idet disse vurderes at være af generel betydning for den aktuelle anvendelse af DK-modellen.

Nedenfor beskrives de enkelte delopgaver kort. Yderligere information kan opnås ved henvendelse til kontaktgruppen på GEUS (link kontakt).

Følgende delopgaver indgår i udviklingen i 2010

• Opdateringer    
• Udvikling støtteværktøjer
• Hydrostratigrafisk model Jylland
• Indledende analyse af pejlestationsnet    
• Skalavurderinger        
• Vandbalance

Opdateringer

Ny højdemodel

I 2009 blev der frigivet en ny detaljeret højdemodel med en opløsning på 1,6 x 1,6 m (http://www.kms.dk/Referencenet/dhm/). Den nye højdemodel er væsentlig mere præcis end den der anvendes p.t. og vil således give en bedre beskrivelse af modeltopografien. Dette er specielt vigtigt i forbindelse med indplacering af vandløb i den rigtige kote, hvilket har betydning for simulering af vandløb - grundvands interaktionen. Ligeledes vil det have stor betydning når DK-modellen anvendes som udgangspunkt for detailmodeller, hvor der anvendes en finere opløsning i det numeriske grid.

Detaljeringen af den nye højdemodel gør, at det ikke er praktisk muligt at håndtere datafilerne, det vil derfor være nødvendigt at anvende en aggregeret højdemodel. Det vil ikke være muligt at tilgodese topografiske variationer i modellen på en skala der er mindre end modelgriddet (500 x 500 m), men da DK-modellen skal kunne anvendes som udgangspunkt for detailmodeller, vil højdemodellen blive aggregeret til et 100 x 100 m grid.
 

Georeferering af grids

Med den seneste version af MIKE SHE er det blevet muligt at anvende georefererede griddata. Dette sikrer at alle data anvendt i modelopstillingen anvender samme geografiske referencesystem, og at modelfilerne kan trækkes ind i GIS-værktøjer med den korrekte geografiske placering. Alle gridflader anvendt i DK-modellen konverteres følgelig til koordinatsystemet ETRS_1989_UTM_Zone_32N.
 

Udbygning af vandløbsnetværket

Vandløbsnetværket i DK-model2009 indeholder vandløb, der anses for værende betydende for vurdering af den overordnede vandbalance. Der eksisterer dog vandløb, der indgår i overvågningsprogrammet eller er målsatte i vandplanarbejdet, som ikke er medtaget i modellen.

Vandløbsbeskrivelsen i DK-modellen udbygges derfor så samtlige vandløbsoplande med målestationer tilhørende NOVANA er repræsenteret i modellens vandløbsnetværk.

Optimalt set burde modellen ligeledes indeholde samtlige vandløb målsat i vandplansarbejdet. Her er der imidlertid stor national forskel på den detaljering hvormed vandløbene er medtaget. I flere tilfælde er der opstillet målsætninger for vandløb, der har ringe betydning for det hydrologiske kredsløb på den skala som DK-modellen opererer på, ligesom flere af vandløbene har en indbyrdes afstand, der er mindre end gridcelle størrelsen i DK-modellen (500 m) og derfor ikke kan repræsenteres i modellen. Formålet med DK-modellen er at opnå en national beskrivelse af det hydrologiske system, der i videst mulig omfang bygger på en ensartet detaljering for de forskellige landsdele. Dette betyder, at detaljeringen af modellen bør være bestemt ud fra hydrologiske betragtninger og ikke administrative forhold. For udbygning af vandløbsnetværket med målsatte vandløb vil der derfor sker en prioritering, som vil være baseret på hydrologiske betragtninger, dvs. vandløbene vil blive prioriteret på basis af størrelsen af det opland de afdræner. Prioriteringen vil ske på nationalt niveau, dvs. der vil ikke nødvendigvis ske den samme udvidelse af vandløbsnetværkene indenfor de enkelte delområder af DK-modellen.
 

Top

Udvikling af støtteværktøj

I forbindelse med DK-modellen håndteres store datamængder, hvor det ofte ikke er muligt at anvende traditionelle tilgange. Der har derfor været udviklet forskellige ad hoc programmer under DK-model2009, og der forventes ligeledes at være behov for udvikling af hjælpeprogrammer fremover. Alle programmer der udvikles under DK-model2010 projektet udvikles som open-source og kan benyttes frit. I takt med at programmerne udvikles vil de kort beskrives under siden ”programmer” hvorfra der ligeledes vil være link til download af programmerne.
 

Top  

Hydrostratigrafisk model Jylland

Opdatering til DK-model2009 omfattede en udvikling af en samlet hydrostratigrafisk model for Jylland, baseret på de tidligere amtsmodeller suppleret med nye øst-vestgående profiltolkninger. Dette har medført en væsentlig forbedring i forhold til den tidligere model, idet de hydrostratigrafiske lag er anvendt som udgangspunkt for beregningslagene, der nu primært repræsenterer én hydrostratigrafisk enhed (magasin kontra vandstandsende lag). Det er derved muligt at udtrække modelresultater for udvalgte magasiner direkte. Under KS af modellen er det blevet erkendt, at der i nogle områder uden eksisterende amtsmodeller kan være en anseelig forskel på den hydrostratigrafiske tolkning indeholdt i pixlerne og de konstruerede hydrostratigrafiske lag. I disse tilfælde vil der således ikke være sammenhænge mellem magasiner og beregningslag.

Under projektet DK-model2010 gennemgås den hydrostratigrafiske model for Jylland. I områder med stor uoverensstemmelse mellem geologi og hydrostratigrafiske lag analyseres nærmere. Skyldes uoverensstemmelserne en forkert eller for grov hydrostratigrafisk tolkning forfines tolkningen ved oprettelse af supplerende profiler.

Illustration af den geologiske pixeltolkning samt lagflader for de hydrostratigrafiske lag

Top  

Indledende analyse af pejlestationsnet

Forud for næste basiskarakterisering er der behov for en analyse af det eksisterende pejlestationsnet for en vurdering af hvorvidt overvågningen er tilstrækkelig og repræsentativ og evt. kan optimeres. I denne sammenhæng er det nødvendigt at inddrage en fysisk/kemisk karakterisering af de enkelte grundvandsforekomster samt aktuelle og forventede belastninger (indvinding), ligesom forekomsternes robusthed overfor ændrede belastninger samt deres heterogenitet skal vurderes. Den fysiske/kemiske analyse samt vurderingen af forekomsternes robusthed kan underbygges ved anvendelse af DK-modellen gennem udvikling af modelbaserede metoder.

For at øge sikkerheden af konklusionerne truffet på baggrund af moniteringsdataene i øvrigt er der endvidere behov for udvikling af metoder til en kombineret anvendelse af moniteringsdata og modelleringen, hvor modellen supporterer analysen af moniteringsdataene, med henblik på at ekstrahere mest mulig information ud af moniteringsdataene.
 

Top  

Skalavurderinger

Uanset hvilken skala en model opstilles på, vil der forekomme naturlige processer på en skala væsentlig mindre end den der opløses i modellen. Skalaproblematikken kan således ikke alene løses ved opstilling af modeller med finere diskretisering, og der bør derfor udvikles metoder til håndtering af skalaproblematikken. Erfaringer fra DK-modellen har vist, at specielt to forhold kræver særlig fokus i forbindelse med skaleringsproblematikken:
•    Udveksling mellem vandløb og grundvand
•    Beskrivelsen af drænstrømning

Vandløb – grundvand

Det er af stor betydning, at denne udveksling beskrives så korrekt som muligt i modellen, men parametrene der kvantificerer denne udveksling er meget skalaafhængige. Der er således et stort behov for en analyse af disse forhold og udvikling af metoder til håndtering af denne skaleringsproblematik. Udvikling af en opskaleringsmetodik for vandløb-grundvandsinteraktion er et emne der længe har optaget den videnskabelige verden og fortsat byder på mange udfordringer. Det forventes derfor ej heller muligt at udvikle en forkromet opskaleringsmetodik i dette projekt. Derimod fokuseres der på at opsamle praktiske erfaringer opnået i forbindelse med opstilling og afvikling af sammenlignelige modeller med samme anvendelsesformål.

Dræn

I DK-model2009 er der indlagt dræn overalt i modellen. Udover en beskrivelse af kunstigt drænede områder, anvendes drænene til en beskrivelse af naturlige drænsystemer, f.eks. mindre vandløb og grøfter, der ikke kan opløses i modellen. Drænene anvendes således som en skalaparameter til beskrivelse af processer, der foregår på en skala mindre end den der repræsenteres i modellen. Ved udvikling og anvendelse af modellen på en mindre skala vil det være nødvendigt at revurdere denne skalaparameter.
 

Top  

Vandbalance

Under udvikling af den første version af DK-modellen i 2003 (DK-model2003), blev der identificeret et vandbalanceproblem, hvilket ledte til udarbejdelsen af et konsensusnotat med anbefalinger til korrektion af nedbør samt beregning af fordampning (Plauborg et al., 2002 ). Disse anbefalinger er fulgt under opstillingen af DK-model2009. På trods heraf indikerer resultaterne fra kalibreringen og valideringen, at der stadig er problemer ved anvendelse klimainput (Højberg et al., 2010), hvilket understøttes af et delprojekt udført under forskningsprojektet HOBE (Stisen et al., 2010 ).

Til en nærmere belysning af problemet er der etableret et samarbejde mellem GEUS, DMI, DJF og DMU. I dette projekt opstilles alternative metoder til beregning af fordampning samt korrektion og interpolation af nedbøren, der resulterer i alternative klimainput scenarier. Disse scenarier anvendes som input til to delmodeller for hhv. Ringkøbing fjord og Sjælland, der herefter kalibres inverst. Resultaterne fra kalibreringerne vil danne baggrund for en analyse af betydningen af anvendelse af alternative klima input, og identificering af det mest optimale klimainput, der kan tilvejebringes på baggrund af de eksisterende data og viden.

Projektet skal resultere i udarbejdelse af anbefalinger for hvordan vandbalancen beregnes i de kommende år baseret på enighed mellem de relevante faggrupper (til brug i NOVANA, grundvandskortlægning, vandplaner, klimaeffekter, mv). Forventede output er konklusioner til praktisk brug, der beskrives i en rapport med GEUS/DMI/DJF/DMU forfattere, og som vil afløse de tidligere anbefalinger i Plauborg et al. (2002)

Stisen et al., 2010: Stisen S., Sonnenborg T.O., Højberg A.L., Troldborg L. and Refsgaard J.C. Evaluation of climate input biases and water balance issues using a coupled surface-subsurface model.. Submitted to: Vadose Zone Journal – Special Issue HOBE.

Top