| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Videreudvikling af ådalstypologi

1 Indledning

1.1 Projektbaggrund og formål
1.2 GOI typologiens sammenhæng med basisanalysen af vandområdedistrikter
     1.2.1 Nitrats skæbne i det hydrologiske kredsløb
     1.2.2 Problemområder forårsaget af nitrat
     1.2.3 Tilstrømning til ådale
1.3 Typologi for grundvand / overfladevand interaktion
1.4 Projektafgrænsning
1.5 Fremgangsmåde ved udarbejdelse af nærværende rapport
1.6 Rapportens indhold – læsevejledning
1.7 Sammenfatning

1.1 Projektbaggrund og formål

I EU's Vandrammedirektiv er der opstillet miljømål for grundvandet, som afspejler grundvandets sammenhæng med og betydning for den kemiske og økologiske tilstand i overfladevande, såsom vandløb, søer og kystvande, samt terrestriske økosystemer (vådområder og enge), der er direkte afhængige af grundvandstilførsel. Grundvandets kemiske og kvantitative tilstand må således ikke føre til, at miljømålene i tilknyttede overfladevande ikke kan opnås, ligesom der ikke må ske signifikant skade på de afhængige terrestriske økosystemer (Miljøstyrelsen, 2004).

Vandrammedirektivet åbner mulighed for at basere kortlægning og klassifikation af vandforekomster, (Artikel 5 og Bilag II) på typologier. Herved gives der mulighed for, at vandområdedistriktsmyndigheder ikke skal overvåge hver eneste grundvandsforekomst. De kan i stedet grupperes efter type i relation til geologiske dannelsesmiljøer. Miljøstyrelsen har således i 2002, gennemført et projekt, hvori der er opstillet en typologi for Grundvand / Overfladevand Interaktion (GOI typologi) med henblik på at kunne vurdere ådalenes betydning for vandudveksling og stofomsætning ved overgangen fra grundvand til overfladevand (Nilsson et al, 2003). Nærværende projekt er en videreudvikling af dette arbejde og har til formål at:

• Afslutte den udviklede GOI typologi.
• Sammenstille parameterværdier af betydning for vurdering af ådalenes påvirkning af grundvandstilstrømningen til vandløbene.
• Afprøve GOI typologien på to danske vandløbsoplande.
• Beskrive generelle kravspecifikationer til fremtidige værktøjer, der skal kunne operationalisere anvendelsen af GOI typologien.

Projektet er gennemført i samarbejde mellem GEUS, DMU og Aarhus Universitet i perioden februar 2003 til december 2003. Projektgruppen bestod af:

• Seniorforsker Bertel Nilsson, GEUS (projektleder)
• Forsker Mette Dahl, GEUS
• Geodatalog Frants von Platen-Hallermund, GEUS
• Seniorforsker Brian Kronvang, DMU
• Forsker Hans Estrup Andersen, DMU
• Seniorforsker Carl Christian Hoffmann, DMU
• Lektor Steen Christensen, AU
• PhD studerende Jesper Heidemann Langhoff, AU
• Lektor Keld Rømer Rasmussen, AU
• Forskningsprofessor Jens Christian Refsgaard, GEUS (intern kvalitetssikring)

Projektet havde en styregruppe bestående af:

• Martin Skriver, MST (formand)
• Bente Villumsen, MST
• Bertel Nilsson, GEUS
• Brian Kronvang, DMU
• Steen Christensen, AU
• Mette Dahl, GEUS

1.2 GOI typologiens sammenhæng med basisanalysen af vandområdedistrikter

Generel karakterisering Som konsekvens af at den endelige vejledning til basisanalysen ikke foreligger Juni 2004 tages der i denne rapport udgangspunkt i den foreløbige beskrivelse af hvad basisanalysen samt den videregående karakterisering der foreligger i Miljøstyrelsen (2004) samt Villumsen (2003). Amterne skal i forbindelse med basisanalysen af vandområdedistrikter i 2004 udføre en generel karakterisering af grundvandet, hvori indgår en:

• Kortlægning af grundvandsforekomster, der har tilknyttede afhængige overfladevandssystemer og vådområder.

Arbejdsopgaver knyttet hertil består i:

• Kortlægning af den geologiske opbygning i oplandet.
• Kortlægning af grundvandsmagasiner, der har direkte kontakt til overfladevand.

Metoder til afgrænsning af grundvandsmagasiner er nærmere beskrevet i Miljøstyrelsen (2004). Kortlægningen baseres på eksisterende data og viden i amterne. Under den generelle karakterisering skal grundvandsforekomsterne klassificeres blandt andet på grundlag af deres kontakt med overfladevandet, som illustreret i typologien for grundvandsforekomster i tabel 1.1.

Tabel 1.1 Typologi for grundvandsforekomster, samt vurdering af forekomsternes påvirkning af overfladevand.

Den generelle karakterisering af grundvandet danner grundlag for en vurdering af, om det kan forventes at grundvandsforekomsterne kan opfylde miljømålene, dvs opnå både god kvantitativ tilstand og god kemisk tilstand inden 2015 (Miljøstyrelsen, 2004).

I relation til interaktion mellem grundvand og overfladevand kræver opnåelse af god kvantitativ tilstand for grundvandsforekomster, at grundvandstanden ikke må være så påvirket af menneskelige ændringer, at det vil medføre at:

• Tilknyttede overfladevandområder ikke kan opfylde deres miljømål.
• Der sker en væsentlig forringelse af tilstanden for sådanne overfladevandområder.
• Der sker en væsentlig skade på terrestriske økosystemer (vådområder), der er direkte afhængige af grundvandsforekomsten.

I relation til interaktion mellem grundvand og overfladevand kræver opnåelse af god kemisk tilstand for grundvandsforekomster, at koncentrationen af forurenende stoffer ikke må medføre at:

• Tilknyttede overfladevandområder ikke kan opfylde deres miljømål.
• Der sker en væsentlig forringelse af den økologiske eller kemiske kvalitet for sådanne overfladevandområder.
• Der sker en væsentlig skade på terrestriske økosystemer (vådområder), der er direkte afhængige af grundvandsforekomsten.

Kan disse krav ikke opnås betegnes grundvandsforekomsten som truet.

Videregående karakterisering
I de oplande, hvori der er kvantitative eller kemiske problemer i overfladevandet, der kan være forårsaget af påvirkninger fra grundvandstilstrømningen, skal der foretages en videregående karakterisering af disse truede grundvandsmagasiner, hvorfra tilstrømningen stammer (Miljøstyrelsen, 2004). Under den videregående karakterisering, der finder sted efter 2004, skal:

• Udvekslingen vurderes nærmere med henblik på at analysere problemets omfang.
• Mulige foranstaltninger identificeres, der kan iværksættes i indsatsprogrammet for at opnå god tilstand i grundvandsforekomsten.

Arbejdsopgaver knyttet til den videregående karakterisering består således i at udarbejde:

• Et skøn over udvekslingens retning og omfang mellem de truede grundvandsforekomster og overfladevandet.
• Beskrive vandkvaliteten i udvekslingen, hvor dette er relevant.

Karakteriseringen omfatter også relevante oplysninger om effekterne af menneskelige påvirkninger. Der kan gennemføres supplerende hydrologiske og hydrogeologiske undersøgelser.

GOI typologiens relation til arbejdsopgaverne i basisanalysen
De to faser af karakteriseringen af grundvand / overfladevand interaktion i basisanalysen er begge omfattet af analyser, der foretages i forbindelse med klassifikation af Ådalstype i GOI typologien. Arbejdet udføres under karakterisering af den Tilgrænsende Hydrogeologiske Enhed.

Forårsages kvalitetsproblemer i overfladevandet af nitrat, kan Strømningsvarianter i GOI typologien herefter anvendes til at analysere, hvilke foranstaltninger, der kan tages i anvendelse i ådalen for de vandløbsstrækninger, der modtager nitratholdigt grundvand.

Sammenhængen mellem arbejdet i den generelle karakterisering og den videregående karakterisering er eksemplificeret i de følgende afsnit ved nitrats skæbne i det hydrologiske kredsløb.

1.2.1 Nitrats skæbne i det hydrologiske kredsløb

Nitrat tilføres landbrugsjorden ved gødningsudbringning. Herfra siver nitrat med det infiltrerende vand gennem rodzonen, hvor en mindre del denitrificeres (figur
1.1).

Figur 1.1 Nitrats skæbne i det hydrologiske kredsløb. Problemområder forårsaget af nitrat er vist med et grønt udråbstegn. Indsatsmuligheder er vist i bokse.

Er jorden i indstrømningsområderne drænet vil en del af det nydannende nitratholdige grundvand opfanges af drænene og strømme direkte mod lavereliggende ådale og overfladevandområder. Den resterende del perkolerer med vandet nedad til et lokalt, overfladenært grundvandsmagasin. En del af det overfladenære grundvand strømmer overfladenært mod ådale gennem jorden. Foregår denne strømning over redoxgrænsen, vil grundvandet være nitratholdigt. Er der over 50 mg nitrat/l i grundvandsmagasinet, kan vandet ikke umiddelbart anvendes til drikkevandsindvinding.

Den del af nitraten, der med grundvandet strømmer videre mod regionale, dybere liggende grundvandsmagasiner, kan på sin vej krydse redoxgrænsen, hvorefter nitraten hurtigt denitrificeres. Den dybe, regionale udstrømning til ådale og overfladevandområder fra disse grundvandsmagasiner kan således være nitratfri, hvis magasinet er reduceret. Den kan dog også være nitratholdig, hvis magasinet, eller dele af det, er oxideret.

En større eller mindre del af nitraten vil under passagen af ådalen i udstrømningsområdet reduceres afhængigt af, hvilken strømningsvej vandet følger gennem ådalen. Denitrifikationen finder sted, når vandet kommer i kontakt med ådalens organiske sedimenter under de reducerende forhold, der oftest er forekommende her. Dette vil blive behandlet mere detaljeret nedenfor.

Hvis ikke al nitrat reduceres i ådalen, vil det nå frem til et overfladevandområde. Er dette et vandløb udgør nitrat her ikke i sig selv et miljøproblem. I selve vandløbet kan nitratreduktion også foregå (Christensen og Nielsen, 1987; Kronvang et al., 2001), men i forhold til den store transport af nitrat gennem vandløbet reduceres kun en lille andel (< 5%). I denne sammenhæng fungerer vandløb derfor som en transportkorridor for nitrat.

Når vandløbsvandet strømmer ud i et fjordområde udgør den resterende nitrat i vandet, sammen med fosfor, et væsentligt miljøproblem i fjordsystemet, idet den muliggør en forøget biologisk produktion, der ved nedbrydning i sidste ende kan forårsage iltsvind, fiskedød og bundvendinger (f.eks. Paaby og Møhlenberg, 1996; Sand-Jensen, 1996; Kronvang et al., 1997; Kronvang et al., 2001).

1.2.2 Problemområder forårsaget af nitrat

Nitratindholdet i vandet i det hydrologiske kredsløb udgør således en forureningsrisiko for vandforsyningen til drikkevandsformål i det overfladenære, oxiderede grundvand, og et miljømæssigt problem i enkelte søer, dele af året i fjorde og kystvande. Da emnet for nærværende projekt er udvekslingen mellem grundvand og overfladevand, vil det være problemerne i overfladevandet, der fokuseres på her.

For at mindske problemernes omfang i fjorde og kystvande er det påkrævet at nedbringe nitrattilførslen til alle overfladevandområder, dvs også til vandløbene, der jo fungerer som transportkorridorer for nitrat frem til kystvandene.

1.2.3 Tilstrømning til ådale

Tilstrømningen af vand til ådalen udgøres af tre hovedbidrag: dyb grundvandstilstrømning, overfladenær grundvandstilstrømning og eventuelt drænvandstilstrømning.

Dyb grundvandstilstrømning
Den dybe grundvandstilstrømning fra regionale magasiner har ofte passeret redoxgrænsen på vej mod eller i magasinet (figur 1.1). Den forventes derfor ofte at være nitratfri. Der kan dog være situationer, hvor redoxgrænsen ligger så langt nede, at der kan være nitrat i denne tilstrømning også. Denne tilstrømning forventes dog ofte ikke at volde miljømæssige problemer i overfladevandet på grund af nitrat. Den dybe stabile tilstrømning kan derimod om sommeren være overordentlig vigtig for opretholdelsen af afstrømning i vandløb, og for opretholdelsen af en tilstrækkelig grundvandstilstrømning til de enge og vådområder, der er udstrømningsområder for disse dybe magasiner. Den dybe udstrømning er ofte påvirket af grundvandsindvinding fra disse magasiner (se tabel
1.1).

Overfladenær grundvandstilstrømning
Grundvandstilstrømning fra de overfladenære magasiner (der eksempelvis kan omfatte smeltevandsaflejringer, sandede og grusede moræneaflejringer og opsprækkede lerede moræneaflejringer) kan forløbe over redoxgrænsen (figur 1.1). Vandet kan derfor være nitratholdigt. Under naturlige forhold er det således den overfladenære strømning, der kan bringe nitratholdigt vand til overfladevandet, og dermed skabe mulighed for miljømæssige problemer i overfladevandet på grund af nitrat.

Drænvandstilstrømning
Er oplandet detailafvandet, vil drænene ligeledes bringe nitratholdigt vand til overfladevandet. Dræningen vil samtidig mindske både den naturlige overfladenære afstrømning og den dybere afstrømning.

Vurdering af tilstrømningernes miljømæssige betydning for overfladevandet
Med henblik på at begrænse nitrattilførslen til overfladevandet, er det således væsentligt både at vurdere hvor stor overfladenær tilstrømning, og hvor stor drænvandstilstrømning der er til ådalene indenfor et opland. Hvor denne nitratholdige tilstrømning er stor, kan ådalenes evne til at omsætte nitraten herefter vurderes. GOI typologien forventes at kunne anvendes til at udpege, hvilke grundvandsforekomster, der bringer nitratholdigt grundvand til overfladevandet, samt udpege hvilke ådalsstrækninger, der forventes at have aktiv, potentiel eller ingen nitratreducerende indvirkning på grundvandstilstrømningen til overfladevandet.

1.3 Typologi for Grundvand / Overfladevand Interaktion

GOI typologien omhandler de grundvandsbetingede vådområder i Danmark, primært de ripariske, der ligger i ådalene langs vandløb.

I rapporten er der opstillet en GOI typologi, dvs. et sæt begrebsmæssige modeller, for hvordan interaktionen kan foregå. GOI typologien er forenklet i forhold til den tidligere version beskrevet i Nilsson et al (2003). Typologien er funktionelt opbygget, idet den tager udgangspunkt i ådalens placering i og afhængighed af det hydrologiske kredsløb. Dermed kan typologien eksempelvis anvendes til at:

• Identificere grundvandsforekomster, der har tilknyttede afhængige overfladevandssystemer og vådområder.
• Estimere retning og omfang af udvekslingen mellem grundvand og overfladevand.
• Gruppere og klassificere vådområder i ådale på grundlag af interaktionen mellem grundvand og overfladevand.
• Estimere nitrattilførsel i grundvandstilstrømningen til ådalen og vandløbet.
• Udpege ådale med aktiv, potentiel eller ingen indvirkning på nitratreduktionen.
• Udpege sårbare vådområder i ådale.

GOI typologien er opstillet ud fra en grundlæggende tanke om at udnytte den eksisterende danske viden om geologiske, hydrogeologiske og geomorfologiske forhold. Kun den del af undergrunden, hvori det ferske vand strømmer i løse sedimenter, inddrages i de følgende betragtninger. Typologien kan altså ikke bruges i sprækkedalene på Bornholm.

1.4 Projektafgrænsning

I denne rapport er GOI typologien videreudviklet til også at omfatte en metode, hvormed ådales nitratreduktion kan vurderes. Denne metode er omfattet af niveauet Strømningsvarianter. Ved anvendelse af GOI typologien kan ådale således klassificeres som:

• Aktivt nitratbegrænsende
• Potentielt nitratbegrænsende
• Ikke nitratbegrænsende.

1.5 Fremgangsmåde ved udarbejdelse af nærværende rapport

Projektet har haft følgende indhold:

• Færdiggørelse af GOI typologien baseret på geologiske, hydrogeologiske og ådalsmorfologiske karakteristika.
• Klassifikation af velkendte ådalslokaliteter ifølge GOI typologien i seks vandløbsoplande: Stevns Å, Gjern Å, Rabis Bæk, Karup Å, Haller Å, og Storå. Feltrekognoscering er foretaget langs Gjern Å og Storå til kontrol af klassifikation af Ådalstype og Strømningsvariant.
• Sammenstilling af parameterværdier for Ådalstyper og Strømningsvarianter repræsenteret ved datasæt fra velundersøgte ådalslokaliteter i ovennævnte vandløbsoplande.
• Validering af GOI typologien på repræsentative vandløbsoplande, der dækker et sandet (Storå) og et leret (Odense Å) vandløbsopland. Valideringen består af en dataindsamling og klassifikation af delstrækninger (udspring, øvre, midterste og nedre løb) i oplandene. Valideringen er i videst muligt omfang udarbejdet interaktivt med medarbejdere fra de involverede amter.
• Udarbejdelse af generel kravspecifikation til GIS værktøjer, der foreslås udviklet i en senere fase, så GOI typologien kan gøres operationel for de ansvarlige myndigheder i vandområdedistrikterne.

En kvalitetssikringsgruppe, bestående af deltagere fra flere amter (Ringkjøbing Amt, Fyns Amt og Københavns Amt), Danmarks JordbrugsForskning, Geologisk Institut, Københavns Universitet, og Skov- og Naturstyrelsen, har været inddraget undervejs på en kombineret feltekskursion og workshop fordelt over to dage, hvor projektgruppen fremlagde videnstatus til diskussion og kritik.

1.6 Rapportens indhold – læsevejledning

• Kapitel 1 omhandler projektets ophæng i omverdenen.
• Kapitel 2 beskriver GOI typologiens hierakiske opbygning.
• Kapitel 3 karakteriserer Landskabstyper og Ådalstyper nærmere.
• Kapitel 4 karakteriserer Strømningsvarianter nærmere udfra fordeling af strømningsveje under naturlige forhold samt under påvirkning af afvanding.
• Kapitel 5 beskriver metoder til klassifikation af Landskabstype, Ådalstype og Strømningsvariant.
• Kapitel 6 gennemgår klassifikation og parametre på velkendte ådalslokaliteter.
• Kapitel 7 omfatter en klassifikation af velundersøgte ådalslokaliteter i Gjern Å oplandet.
• Kapitel 8 demonsterer afprøvning af GOI typologien på et sandet opland (Storå) i samarbejde med Ringkjøbing Amt.
• Kapitel 9 demonsterer afprøvning af GOI typologien på et leret opland (Odense
  Å) i samarbejde med Fyns Amt.
• Kapitel 10 omhandler kravspecifikationer til operationelle GIS værktøjer.
• Kapitel 11 opsummerer emner diskuteret på workshoppen.
• Kapitel 12 perspektiverer anvendelsen af GOI typologien samt opsummerer data- og videnshuller.

1.7 Sammenfatning

I kapitel 1 er projektets baggrund i Vandrammedirektivet samt dets formål og organisation gennemgået. Projektets sammenhæng med den generelle og videregående karakterisering af grundvandsforekomster i basisanalysen er beskrevet. GOI typologien foreslås anvendt både under den generelle og den videregående karakterisering af truede grundvandsforekomster, hvor truslen forårsages af, at grundvandsforekomster påvirker tilknyttede overfladevandsystemer uacceptabelt, således at deres miljømål ikke kan opnås. Denne påvirkning kan enten skyldes kvantitive (indvindingsmæssige) eller kemiske forhold. Det er den overfladenære grundvandstilstrømning samt drænvandstilstrømningen, der bringer nitratholdigt grundvand til overfladevandet, der skaber miljøproblemer i overfladevandet. For at vurdere mulige foranstaltninger, der kan iværksættes for at mindske tilførslen, hvor denne er stor, foreslås ådalenes evne til at omsætte nitrat vurderet under anvendelse af GOI typologien.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 December 2004, © Miljøstyrelsen.