Metodik til undersøgelse af ådales geologi, geokemi og vandløbsmorfologi med henblik på at kunne beskrive vand- og stofomsætning i de ånære områder

Samspillet mellem grundvand og overfladevand er specielt vigtigt i de ånære områder. Det er forholdene i de ånære områder der er bestemmende for hvordan en grundvandsoppumpning påvirker vandløbet, ligesom omsætning af nitrat og andre forurenende stoffer i overgangszonen fra grundvand til vandløb kan have stor betydning for vandkvaliteten. Indtil videre har det ikke været muligt at skønne de hydrauliske og geokemiske parameterværdier der styrer henholdsvis de strømningsmæssige og de stofomsætningsmæssige processer uden at gennemføre detaljerede feltstudier i de konkrete områder. Det betyder at skøn over vandløbspåvirkninger og stofomsætninger (fx. nitratfjernelse) i ådale er behæftet med meget store usikkerheder.

Nøglen til vurderingen af de komplicerede processer, der sker i de ånære områder, er en forståelse af den geomorfologiske og geologiske opbygning af denne zone. De få undersøgelser der tidligere er lavet i Danmark og udlandet af den ånære zone viser, at strømnings- og geomorfologiske forhold på såvel lille som større skala er kompleks (fx. Hoffmann et al., 1993; Brüsch og Nilsson, 1993). Nyere forskningsresultater (Langhoff, 2001) antyder dog at det måske er muligt at udnytte geologisk og morfologisk viden og data til at forklare en del af den naturlige variation i de hydrauliske parametre.

Der er behov for at skabe en bedre forståelse af hvorledes processbeskrivelser og parameterværdier, der karakteriserer vandstrømninger og stofomsætninger i de ånære områder kan forklares og bestemmes på baggrund af geologisk og vandløbmorfologisk viden. En sådan viden vil være en forudsætning for kvantitativt at kunne vurdere betydningen af de ånære områder for samspillet mellem grundvand og overfladevand, uden på forhånd at være nødt til at lave detaljerede feltundersøgelser på hver enkelt lokalitet.

Når et tilstrækkeligt vidensgrundlag er etableret vil der være behov for at udvikle operationelle værktøjer til bestemmelse af de geologiske, geokemiske og vandløbsmorfologiske parametre der er styrende for strømningsveje og stofomsætning i udstrømnings zonen på lille og større skala. Metoderne skal tage udgangspunkt i anvendelse af let tilgængelige eksisterende data såsom flyfoto, satellitdata, hydrologiske data, vandløbsmorfologiske data, geologiske data og geokemiske data. Værktøjerne skal målrettes mod anvendelse i de amtskommunale forvaltninger.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Der skal udvikles en metodik, som med udgangspunkt i geologiske aflejringer (sedimentære facies) kan benyttes til karakterisering af rumlige elementer, der har ensartede geokemiske og hydrologiske karakteristika (hydrokemiske facies), samt til at skønne hydrauliske og geokemiske parameterværdier for disse elementer udfra eksisterende data.
	Metodikken skal testes og videreudvikles på nogle få repræsentative ånære områder, hvor der på forholdsvis lille skala indsamles detaljerede feltdata.
	Endelig skal det forsøges at afprøve hvorvidt det er muligt at anvende metodikken på andre områder på såvel lille som stor skala, idet der her kun benyttes eksisterende data.

Undersøgelse af strømningsveje i overfladevand/grundvand på mark- og oplandsskala.

Kvantificering af strømningsveje og opholdstider på oplandsskala fra vandet infiltrerer i marken til det strømmer ud til overfladevand i fx. vandløb eller sø er vigtige for at kunne beregne forurenende stoffers skæbne. For eksempel forsvinder størstedelen af den nitrat der udvaskes fra rodzonen inden den når vandløbet, men det vides ikke i hvilke grundvandslag og/eller ånære områder det sker. Som et andet eksempel kan nævnes, at vi i dag har en mangelfuld viden om hvor meget af afstrømningen der i et givet vandløb stammer fra henholdsvis overfladisk afstrømning, drænvandsafstrømning og afstrømning via forskellige grundvandslag. En sådan forståelse er nødvendig for at kunne lave bare nogenlunde sikre skøn over hvor meget af de forurenende stoffer, som siver ud fra rodzonen, der efterfølgende nedbrydes inden de når vandløbet og dermed hvor meget grundvandet påvirker vandkvaliteten i overfladevand.

Der er i dag generelt en tilstrækkelig viden om de overordnede strømningsveje til at gennemføre studier af grundvandets trykniveauer og vandløbenes vandføringer. Erfaringerne fra analyserne (med og uden modeller) af grundvandsdateringer i Danmark og resultater fra udenlandske undersøgelser viser dog at denne viden ikke er tilstrækkelig til at kunne give en nøjagtig beskrivelse af vandets strømningsveje, opholdstider og dermed alder. Denne viden er nødvendigt for at kunne beregne transport og omsætning af opløste stoffer. Der er fra udlandet både på områderne "streamflow generation" og "hydrogeomorphic components" foretaget en række studier af overfladenære afstrømningskomponenters virke og betydning. En række danske studier er desuden gennemført for forskellige oplande af strømningsveje i grundvand (fx. SMP 96 og i relation til zonering), som viser at kendskab til strømningsveje, opholdstider og redoxzoner er et brugbart instrument til en første vurdering af mulige konsekvenser af en given punktkilde/fladekilde.

Der er behov for at få en bedre forståelse af vandets strømningsveje og opholdstider fra jordoverfladen, via grundvandssystemerne til det dukker frem som overfladevand i vandløb, søer eller kystnære områder. Herunder er der behov for at opnå en bedre forståelse af betydningen af afløbsløse huller, drænrør og præferentielle strømningsveje i geologiske formationer. På baggrund af den forbedrede procesforståelse er der behov for at udvikle og teste metodikker til hvordan dette bedst muligt kan beskrives med hydrologiske modeller, således at det på baggrund af eksisterende data vil blive muligt at forudsige vandets strømningsveje og opholdstider under forskellige hydrogeologiske situationer i Danmark.

Når et tilstrækkeligt vidensgrundlag er etableret vil der være behov for at lave vejledninger for hvorledes eksisterende værktøjer kan benyttes bedst muligt. Metoderne skal kunne tage udgangspunkt i eksisterende data og skal målrettes mod anvendelse i de amtskommunale forvaltninger.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

Gennemførelse af undersøgelser af vandets strømningsveje og opholdstider i nogle få repræsentative oplande. Der skal fokuseres på samspillet mellem grundvand og overfladevand over en længdestrækning i størrelsesorden ½ - 5 km. Undersøgelserne bør gennemføres som kombinerede felt- og modelstudier med indragelse af forskellige sporstof- og dateringsmetoder og med en modellering med en diskretisering i max. 20 m. Det forventes ikke at være behov for udvikling af nye modelkoder, men snarere for at eksperimentere og afprøve eksisterende koder.

Udarbejdelse af vejledninger for hvordan modeller kan benyttes til at beskrive vandets strømningsveje og opholdstider under forskellige danske hydrogeologiske situationer.

Fastsættelse af mindste acceptable vandføring til sikring af god økologisk kvalitet (og målsætningsopfyldelse).

Oppumpning af grundvand til markvanding og drikkevandsformål medfører lokale og regionale problemer med opretholdelse af tilstrækkelig vandmængde i vandløbene. Herved ændres (forringes) habitatkvaliteten i vandløbene. Især mange af de små vandløb tørrer ud eller vandføringen reduceres i et sådant omfang, at vandløbets økologiske forhold forarmes.

Mange af de grundlæggende mekanismer er velkendte, og der er udviklet metoder til bl.a. fastsættelse af vanddækket areal, habitat kvalitet, præference kurver for en række invertebrater og fisk etc. Den nuværende viden er imidlertid vanskelig at operationalisere, og administrative afgørelser om tilladelse til indvinding af grundvand er typisk baseret på skøn. Amterne inddrager forskellige parametre i vurderingerne.

Megen basal viden eksisterer, men der er behov for at kunne belyse sammenhængen mellem samtidigt virkende faktorer (vandføring, fysiske forhold, spildevand etc.) for de økologiske forhold.

Der savnes et objektivt redskab til brug hos de teknisk/administrative myndigheder (amterne) der kan fastlægge krav til mindste vandføringen, og dermed fastsætte størrelsen af den maksimalt acceptable grundvandsindvinding til sikring af god økologisk kvalitet i vandløbene.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

På kort sigt: Eksisterende metoder fra bl.a. England bør afprøves under danske forhold for at undersøge om erfaringer herfra kan anvendes her i landet.

På længere sigt: Der bør foretages en udvikling af værktøjer der bygger på allerede opnåede erfaringer, og som sikrer, at flere samtidigt virkende anthropogene faktorer kan adskilles. Det skal fx. kunne vurderes, hvordan den mest optimale indsats kan foregå (fx. spildevandsrensning kontra begrænsning af indvinding af grundvand?).

Sammenhængen mellem tilstanden i grundvand og i søer

Udvekslingen af grundvand mellem søer og grundvand kan påvirke tilstanden både i søvand og grundvand. Højt indhold af næringsstoffer i grundvandet, herunder især fosfor, kan påvirke vandkvaliteten i søer negativt, mens grundvandstilførsel med lavt næringsstofindhold kan have en positiv indflydelse på søtilstand, fordi der sker en fortynding af næringsrigt overfladevand. Udsivning af forurenet søvand til grundvandet kan evt. have en negativ indflydelse på grundvandets kvalitet. Ændret tilstrømning af grundvand kan også påvirke søers vanddybde og dermed have indflydelse på både fysisk-kemiske (fx. via resuspension) og biologiske (fx. udbredelsen af undervandsplanter) forhold.

Kendskabet til sammenhængen mellem tilstand i grundvand og søer i Danmark er ufuldstændigt. I de fleste søer dominerer overfladetilstrømningen og her har grundvandsudvekslingen kun ringe betydning for vandkvaliteten. Som gennemsnit for de danske overvågningssøer udgør grundvandsdelen omkring 10% af den hydrauliske tilførsel. I de søer, hvor grundvandsdelen udgør en betydelig del af den hydrauliske og næringsstofmæssige tilførsel er der imidlertid generelt en ringe viden om denne belastnings betydning for søernes tilstand. Analyser fra vandværksboringer viser at koncentrationen overstiger 0,15 mg P/l i ca. 20%, og er dermed på et niveau, der kan have stor betydning for vandkvaliteten i mange søer. Eventuelle sæsonmæssige variationer i udvekslingen mellem søvand og grundvand er ligeledes dårligt belyst. Betydningen af udsivning af søvand til grundvand er ukendt.

Der er behov for et øget kendskab til grundvandets kvalitative og kvantitative betydning i de søer, hvor grundvand udgør en betydelig del af den hydrauliske belastning. I den forbindelse er der behov for udvikling af velegnede metoder. Dette gælder ikke mindst de næringsfattige søer, hvor en lille ændring i næringsstoftilførsel kan have stor betydning for vandkvaliteten. Der er også et behov for et øget kendskab vedr. den sæsonmæssige udveksling (indsivning/udsivning) af grundvand og søvand.

Der er behov for udvikling af metoder og prognoseværktøjer, der kan vurdere konsekvenserne af ændrede grundvandsforhold i de søer, hvor grundvandsudvekslingen udgør en betydelig del af den samlede vandbalance.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

Der bør gennemføres et detaljeret studie af grundvandets betydning i et antal søer, hvor det vides at grundvandsdelen udgør en betydelig andel af den samlede næringsstoftilførsel.

Der bør foretages en mere grundig og landsdækkende fastlæggelse af næringsstofkoncentrationer i forskellige typer af grundvand og i forskellige typer af oplande. Der er behov for at undersøge i hvor høj grad landbruget bidrager til forhøjede koncentrationer af fosfor i grundvandet og i hvilket omfang dette påvirker søernes vandkvalitet.

Etablering af metodik for estimering af referencetilstand eller upåvirket tilstand som krævet i Vandrammedirektivet, specielt på områder som er afhængige af samspillet mellem overfladevand og grundvand.

Fastsættelse af upåvirket tilstand involverer mange aspekter, hvoraf kun nogle er centrale for samspillet mellem overfladevand og grundvand. Men spørgsmål om minimumsvandføringer, de ånære områders funktion med forskellige grader af dræning/vandløbsrenovering og vandkvaliteten er dog afgørende afhængige af overfladevands-grundvands interaktionen.

Der eksisterer i dag ingen almen accepteret metodik til fastsættelsen af den upåvirkede tilstand og det er langt fra nogen uproblematisk sag. For overfladevands vedkommende foregår der et Europæisk udvalgsarbejde (EU Water Directors, Working Group 2.3 "Develop guidance on classification of inland surface water status and identification of reference conditions"), som vil være et nyttigt grundlag for det videre arbejde.

Der er ikke behov for egentlig grundforskning.

Der er behov for at få udviklet og testet metodikker til fastsættelse af referencetilstanden svarende til den upåvirkede situation. I den forbindelse skal der træffes nogle vigtige valg om hvor hvilke(t) historisk(e) og kulturgeografisk(e) referencetidspunkt(er) der skal tages udgangspunkt i.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Klarlægning af for hvilke parametre der skal defineres referencetilstande.
	Opgørelse af mulige historiske tidspunkter (scenarier) der kan benyttes som udgangspunkt, samt hvilke metoder og datagrundlag der kan benyttes.
	Eksempler på opgørelse af referencetilstande for de forskellige scenarier.
	Valg af scenarie og udarbejdelse af detaljeret metodik så administrationerne i de enkelte vandområdedistrikter kan fastsætte referencetilstanden. Valget af scenarie skal ske i tæt dialog med det politiske system.

Koncentrationer af forurenende stoffer i grundvand og påvirkningen på overfladevand set i relation til referenceværdier

Vandudvekslingen mellem grundvand og overfladevand har stor betydning for vandkvaliteten og økologien i overfladevande. En sammenstilling af data fra grundvandsovervågningen og økotoksikologiske grænseværdier for overfladevand viser at grundvandet de fleste steder må formodes at indeholder et eller flere tungmetaller i koncentrationer, som hvis de fandtes i overfladevand ville give problemer for bl.a. fisk. Udstrømningen af punktkilder er et andet eksempel hvor vandkvaliteten og –økologien kan påvirkes. I forbindelse med amternes udpegning af områder med særlige drikkevandsinteresser (OSD) har et vigtigt udpegningskriterium været så vidt mulig at undgå arealer der indeholdt kendte punktforureningskilder der måtte være en trussel mod grundvandsressourcen på det pågældende sted. Men i forbindelse med Vandrammedirektivet vurderes punktkilderne overalt i oplandet at få en betydelig opmærksomhed, da de potentielt kan have negative effekt på vandkvaliteten i overfladevande. Den administrative praksis med hensyn til fastsættelse af acceptable påvirkninger på overfladevand udfra fagligt funderede referenceværdier i forbindelse med bl.a. VVM sager er ikke faglig veldokumenteret.

Generelt er vores viden om vandløbskvalitet og –økologi mht. samspillet mellem grundvand og overfladevand mangelfuld. Eftersom langt hovedparten af overfladevandet stammer fra grundvandet, er det interessante spørgsmål, hvor stor en del af tungmetallerne der udfældes eller på anden måde forsvinder fra vandfasen i overgangszonen fra grundvand til vandløb og i selve vandløbet. Det spørgsmål kan der ikke svares entydigt på med den eksisterende viden. Samtidig har vi mangelfuld viden (data) om de maksimale forekomster af fx. tungmetaller, pesticider, PCB, PAH, mv. i drænvand og vandløb ?

Der vil være behov dels for at få etableret et overblik over hvor stort det potentielle problem i virkeligheden er og dels at få lavet nogle stofspecifikke undersøgelser af kemiske processer og parameterværdier for de kemiske miljøer der eksisterer i overgangszonen fra grundvand til overfladevand.

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

	Bedre data om de maksimale koncentrationer af tungmetaller og miljøfremmede stoffer i dræn og vandløb.
	En analyse af grundvandskvaliteten ud fra referenceværdier som er relevante for overfladevande.
	En vurdering af hvilke ændringer der formodes at ske i grundvandskoncentrationerne i overgangen til overfladevande.
	Udvikling af værktøj til at vurdere den mulige påvirkning på overfladevand af forurendende stoffer i grundvand på grundlag af eksisterende grundvandskvalitetsdata og viden om den transformation der sker i overgangszonen.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

I samarbejde med amterne udarbejdes et register over punktkilder der kan være til potentiel fare for udstrømning i overfladevande fra grundvandszonen. Derved opnås en landsdækkende oversigt over problemets omfang.

Undersøgelser af hvorledes de forskellige kemiske stoffer omsættes i overgangszonen mellem grundvand og overfladevand.

Kvantificering af vandbalancen og fordampningen på oplandsbasis.

En korrekt kvantificering af arealnedbør og fordampning er afgørende for vurdering af vandbalance forhold i forskellige sammenhængen fx. overvågning, opgørelse af udnyttelig grundvandsvandressource, kvantificering af vandkredsløbet ved brug af hydrologiske modeller og i forbindelse med zonering.

Nyere undersøgelse (Refsgaard et al., 2001) har vist at der er en manglende konsistens i vandbalancen for både LOOP oplande og på større skala (fx. DK-model) når nye klimadata fra DMI anvendes. Det ser ud til at fordampningen generelt er underestimeret og at grundvandsdannelse og afstrømning generelt overestimeres med 5-30 %. Andre forklarende faktorer kunne dog være at der er systematiske fejl på vurdering af nedbørskorrektioner, afstrømningsmålinger eller restled i vandbalancen (fx. grundvandsafstrømning til hav eller "afdunstning" fra grundvandet).

Integrerede usikkerhedsestimater (såvel enkelte led i vandbalancen som samlet usikkerhed).

Behov for at opnå en beskrivelse af en anvendelse af eksisterende data som på konsistent vis sikrer at vandbalancen på oplandsbasis ikke indeholder ensidige fejl.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

Der gennemføres tværgående vandbalancestudier (felt + model) i 2-3 større oplande (>500 km2) hvor randbetingelser har mindre betydning, og med mere detaljerede målinger.

Sammenligning af forskellige nedbørskorrektioner og fordampningsberegningsmetoder på stor skala og vurdering af konsekvenser for forskellige led i vandkredsløbet.

Fosfor

EU’s Vandramme Direktiv sigter mod en forbedring af de økologiske forhold i vandløb og kræver at de til enhver tid gældende vandkvalitetsforhold holdes op mod en referencetilstand. I Danmark har vi allerede en stor datamængde fra den kemiske overvågning af grundvand, jordvand, drænvand, vandløb, søer og fjorde som kan anvendes ved fastlæggelse af referencetilstanden. Især for fosfor men også for nogle af de miljøfremmede stoffer er der dog transportveje som er dårligt belyst og som ser ud til at have afgørende betydning for det enkelte stofs forekomst i overfladevand. Det drejer sig især om de erosionsbetingede transportveje, samt nedvaskningen af opløste og partikelbundne stoffer fra kritiske kildeområder.

Vi har i Danmark allerede en omfattende viden om forekomsten af fosfor i vandløb og grundvand fra den landsdækkende og regionale overvågning. Desuden er der gennemført flere forskningsprojekter både om fosfors forekomst og transportveje. Der er dog stadig betydelige huller i vor viden. Det er videnshuller som er afgørende for at kunne anvende viden i vandløbsoplande i den praktiske planlægning af foranstaltninger til nedbringelse af forureningen med fosfor.

Der er behov for at få en bedre viden dels om de forskellige processer der styrer udvaskning, transport og omsætning af fosfor og dels om forforkredsløbet på oplandsskala. Det er en nødvendig forudsætning for at kunne etablere en effektiv plan for nedbringelse af fosforforureningen til vore overfladevande.

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

	Udvikling af værktøjer til udpegning af kritiske kildeområder i vandløbsoplande hvad angår fosfornedvaskning og erosionsbetinget tab.
	Udvikling af metoder til at kvantificere hvad erosionsbetinget tab og makropore strømning betyder for forekomst af miljøfremmede stoffer i overfladevand.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Der gennemføres koblede eksperimentelle og markstudier af fosfortab via nedvaskning. Undersøgelser skal omfatte et antal replikater af danske jorder både teksturelt og fosforstatus.
	Betydningen af makropore- og sprækkestrømning for tab af miljøfremmede stoffer og fosfor på forskellige danske jordtyper (drænede jorder).

Kvantificering af grundvandsafstrømningens regionale og tidslige variation.

Grundvandsafstrømning til vandløb (Darcy flow) har en betydelig regional og tidslig variation. Medianminimum anvendes i dag til en række administrative forhold (bl.a. tilladelser til spildevandsudledning, dambrugsproduktion, vandindvinding mv.). Af hensyn til en mere kvalificeret og ensartet anvendelse af medianminimum i vandressourceforvaltningen er det nødvendigt at opbygge et bedre kendskab til det reelle grundvandsbidrag, herunder den tidslige variation over året. Herved kan årsgennemsnit (andel af samlede afstrømning) og variationsramme af Darcy grundvandsafstrømning kortlægges udfra afstrømningsmålinger og baseflowseparationsteknikker for forskellige landsdele og hydrogeologiske forhold. Samtidig er der behov for at se nærmere på mere egnede statistiske mål for grundvandsafstrømningen end medianminimum.

Datagrundlaget for en kvantificering af den regionale variation i medianmimimum foreligger med et i international målestok unikt datagrundlag i form af et meget tæt vandføringsmålestationsnet (> 400 stationer) og tilmed et stort antal synkronmålingsundersøgelser, fra et net med endnu større detaljeringsgrad. Fra fx. DK-modellen vides at baseflow (Darcy flow) fra grundvand til vandløb har en væsentlig årstidsvariation, således at årsmiddelværdien for baseflow er 1.1 – måske 5 gange større end den fastlagte medianminimumsværdi. Dette faktum indgår imidlertid ikke i administrationen på baggrund af medianminimum i Danmark.

Dokumentation af modelbaseret viden i form af nærmere analyser af de mange afstrømningsmålinger der foreligger og at udarbejde landsdækkende kort der angiver Darcy flowets andel af den samlede afstrømning og årlig variationsramme af baseflow (årstidsvariation).

Bedre metoder til hydrografopsplitning i forhold til målinger, vandkemi/aldersdatering mv.

Undersøgelse af afstrømningstidsserier og kvantificering af tidslige og regionale variationer i baseflow under forskellige hydrogeologiske forhold med identifikation af betydende parametre.

Hydrokemisk og biologisk samspil mellem vandløb og ådale.

I danske ådale er der på grund af den store modifikation af vandløbets morfologi oftest ikke noget hydrologisk samspil mellem vandløbet og ådalen i form af tilbagevendende oversvømmelser og ind- og udsivning af vand gennem den hyporheiske zone. I naturlige vandløbssystemer er dette en økologisk vigtig proces både for planter, dyr og stof.

Betydningen af samspil mellem vandløb og ådal er i dag et vigtigt forskningstema i mange lande. I Danmark findes der kun en meget lille viden på området. Der er gennemført en del projekter i lille skala til beskrivelse af grundvandets strømning gennem enge og omsætningen af nitrat via denitrifikation. Der er også lavet enkelte undersøgelser af betydningen af oversvømmelser for stoftilbageholdelse.

Fremtidigt vidensbehov

	Oversvømmelse, vandskifte og sedimentation af fosfor og kvælstof i forskellige ådalstyper.
	Vegetationsmæssige forhold i ådale med forskel i grundvandsstand og hydrologisk samspil med vandløb.
	Fosforomsætning på ånære arealer i forhold til jordtyper, vandmætning, redoxforhold, mv.
	Denitrifikation i forbindelse med oversvømmelser af ådale.
	Betydning af vand og stofudveksling gennem hyporheiske zone.

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

	Opbygning af ekspertsystem til forudsigelse af grundvandets strømning i ådale.
	Metoder til opskalering af viden om denitrifikation i våde enge.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Kortlægning af betydningen af det hydrologiske samspil i naturlige vandløbssystemer for stofomsætning og –tilbageholdelse og vegetationsforhold.
	Undersøgelser af de abiotiske og biologiske effekter af at ændre det hydrologiske samspil mellem vandløb og ådale.
	Eksperimenter vedrørende fosforsorption og –frigivelse under forskellige ådalsforhold (jordtype, vandmætning, redox, mv.
	Ådalen som bufferzone for stof tilført fra oplandet via grundvand, drænvand og overfladevand.

Betydningen af havbunden for fjernelse af næringsstoffer fra udstrømmende grundvand

I Danmark kan man ud fra grundvandsmodellering estimere grundvandstilførslen til de marine områder. For yderligere at estimere næringstransporten er det nødvendigt at kende grundvandets indhold af næringsstoffer samt at kende processerne, der potentielt kan påvirke næringssaltkoncentrationerne undervejs fra grundvandsmagasinerne til det marine miljø. Grundvandets indhold af næringssalte kendes, mens der ikke er nogen viden om processerne, der påvirker grundvandets sammensætning.

Fra udenlandske undersøgelser findes der eksempler på, at denitrifikationen i havbunden er i stand til at fjerne mere end halvdelen af nitraten fra grundvandet på dets vej gennem de øverste 40 cm af havbunden. Imidlertid er der også eksempler på, at der ikke sker nogen fjernelse, og det er derfor svært at generalisere. Der eksisterer ingen danske undersøgelser, og der er kun få udenlandske. Der kan potentielt ske en meget stor fjernelse af nitraten i havbunden, men der er kun meget begrænset viden om, hvad der regulerer denne.

Behov for grundlæggende viden

	Estimering af transporten af nitrat med udsivende grundvand til det marine miljø i danske farvande
	Estimering af den kvantitative rolle af fjernelsen af nitrat fra grundvandet på det vej gennem jordbund og havbund
	Studier af reguleringen af denne fjernelse

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

	Model til forudsigelse af den kvantitative betydning af nitratfjernelsen ud fra kendskab til havbundens sammensætning og den underliggende geologi
	Indbygning af ovenstående model i mere overordnede modeller til vand og næringsstoftransport til fjorde og kystnære områder

Målet er at finde sammenhænge mellem sedimentkarakteristika, geologi og biogeokemiske processer, der tillader opstilling af en model, der i et givet område skal kunne forudsige både transporten af nitrat ud mod havbunden og fjernelsen af denne i havbunden. Der udvælges områder, hvor der er et godt kendskab til geologien og grundvandet langs kysten, således at transporten af nitrat med grundvandet ud til havbunden kan beregnes. Ved direkte målinger kan nitrattransporten med udsivende grundvand bestemmes og områder, hvor der fjernes nitrat ved grundvandets passage gennem havbunden, kan identificeres. I disse områder kan et mere detaljeret studie foretages. Det ville være vigtigt at bestemme størrelsen af fjernelsen og dennes regulering ved direkte målinger af de biogeokemiske processer i havbunden. Et sådant studie skulle i givet fald udføres over en tidshorisont, der tillader identifikation af eventuelle årstidsvariationer i både de biogeokemiske processer og grundvandets mængde og nitratindhold. Det må desuden forventes at svingninger relateret til tidevandscyklus kunne være betydende. Ovennævnte studier kunne gennemføres på flere lokaliteter og sideløbende skal målinger til karakterisering af sedimenterne, grundvandet og evt. de geologiske forhold, hvis disse ikke allerede kendes.

Parameterisering og usikkerhedsvurdering i forbindelse med transiente, fysisk baserede og distribuerede hydrologiske modeller på stor skala /med stor kompleksitet (grundvands-/overfladevand).

Hydrologiske modeller til regional modellering bliver nødvendige værktøjer i forbindelse med Vandrammedirektivet og forvaltning af vandressourcen. Hydrologiske modeller på stor skala forudsætter stringente metodikker til konstruktion, parameterfastlæggelse, opstilling af nøjagtighedskriterier, kalibrering, validering og usikkerhedsvurdering. Automatisk kalibrering er et vigtigt redskab men et meget tidskrævende redskab med de metoder der i dag kendes.

Automatisk kalibrering af komplekse transiente modeller er forsøgt er forsøgt af forskellige danske forskergrupper på forskellige oplande. For Karup oplandet er der således benyttet multi-objektive metoder (shuffled complex evaluation) og MIKE SHE. Stationær kalibrering af DK-model Sønderjylland er gennemført med UCODE og MIKE SHE med efterfølgende god overgang fra stationær til dynamisk model. Gradient-baseret optimering, GLUE-metodik og multi-objektiv metodik har været afprøvet på Gjern Å oplandet Fra udlandet har der endvidere været anvendt nye metoder baseret på Bayesian recursive estimation, hvorved der eventuelt kan opnås en væsentlig effektivisering af den automatiske kalibrering, idet parametrene løbende "opdateres" under hver kørsel efter at ny information er analyseret (fx. en ny hændelse stor/eller lav afstrømning).

Fremtidigt vidensbehov

	Gevinsten ved automatisk contra manuel kalibrering.
	Egnethed af automatiske kalibreringsmetodikker og usikkerhedsvurdering ved stor modelkomplexitet og transiente modeller for grundvand/overfladevand (ca. 100.000 beregningselementer).
	Behov for at fastlægge metoder til vurdering af nødvendig modelkomplexitet til forskellige forhold
	Fastsættelse af nøjagtighedskrav (performance kriterier).

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

Udarbejdelse af vejledninger for hvilken modelkompleksitet der bør anvendes i hvilke situationer.

Udarbejdelse af vejledninger for automatisk kalibrering.

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Identifikation af metodikker udfra litteratur og erfaringer fra udlandet.
	Modelstudier for 3-4 oplande med opstilling af transiente teknikker for (fx. Gjern, Karup) og test af metodik for 1-2 DK-model oplande).
	Vidensyntese med vurdering af afviklingstider, reproducerbarhed, objektivitet og nytteværdi (i forhold til manuel kalibrering og validering).

Referencetilstand og habitatmodeller i vandløb

EU’s Vandramme Direktiv sigter mod en forbedring af de økologiske forhold i vandløb og kræver at de til enhver tid gældende forhold holdes op mod en referencetilstand. Vandramme Direktivet kræver også at danske vandløb beskrives fysisk og at deres grad af fysisk modificering kan beskrives. I Danmark mangler vi den nødvendige viden om den kemiske, fysiske og biologiske tilstand i og omkring upåvirkede eller ringe påvirkede vandløb, dels med henblik på en klassifikation af de danske vandløb, dels for at kunne forudsige referencetilstanden på en given vandløbsstrækning. Vi mangler også at udvikle habitatmodeller som gør det muligt for myndigheder, at analysere de økologiske konsekvenser af ændringer i grundvandsudnyttelse, vandløbsrestaurering, vandløbsvedligeholdelse, samt udformning og tilstand af bræmme og ådal.

I udlandet er der i de senere år arbejdet meget med opstilling af empiriske habitat modeller, der kan benyttes til at beskrive den økologiske referencetilstand i vandløb indenfor forskellige økoregioner og/eller vandløbstyper ud fra en række forklarende fysisk-kemiske variable. De udviklede metoder og modeller kan for eksempel benyttes til at kvantificere eventuelle afvigelser fra referencetilstanden på en given vandløbsstrækning, ved at sammenligne de eksisterende biotiske forhold (fisk, makroinvertebrater og planter) med den af metoden/modellen forudsagte diversitet på et givet niveau (art, familie). Endvidere er der i udlandet arbejdet med at udvikle mere dynamiske habitatmodeller, som analyseværktøj til at vurdere de økologiske konsekvenser på biota af fx. et øget pres på grundvandsresursen, etablering af reservoirer, vandløbsvedligeholdese, vandløbsrestaurering, mv.

Fremtidigt vidensbehov

Standardiseret kortlægning af referencetilstanden i danske vandløb både hvad angår biota (fisk, makroinvertebrater, makrofyter, bundalger) og de fysiske, hydrologiske og kemiske forhold.

Behov for operationalisering og udvikling af metodikker/værktøjer

	Udvikling af et klassifikationssystem for danske vandløb.
	Udvikling af en landsdækkende eller regionsbaseret model til forudsigelse af referencetilstanden for biota.
	Udvikling af dynamiske habitatmodeller der kan anvendes til forudsigelse af ændringer i de økolologiske forhold i vandløb og ådal ved forskellige typer af indgreb (vedligeholdelse, restaurering, etablering af vådområder, oversvømmede enge, mv.
	Udvikling af model til at forudsige den potentielt bedste tilstand for ’heavily modified waterbodies’

Forslag til undersøgelser for at opnå ny viden

	Der gennemføres en landsdækkende kortlægning af referencetilstanden i vandløb og ånære arealer ved standardiserede feltundersøgelser af de biologiske, fysiske og kemiske forhold på et stort antal uforstyrrede vandløbslokaliteter i Danmark og eventuelt lignende økoregioner i udlandet (baltiske lande og Polen).
	Der gennemføres koblede eksperimentelle og feltstudier med henblik på udvikling af præferencekurver for indikator organismer (livsstadier af ørred, eventuelt andre fiskearter, samt makroinvertebrater).
	Eksisterende og/eller nye dynamiske habitatmodeller udvikles af autentis på danske vandløb.