HYdrokemisk interaktion mellem Grundvand og Overfladevand (HYGRO) 4 Typologi for grundvand-overfladevand- interaktionerI afsnit 3.1 fremgik det, at forskelle i grundvandstilstrømningen til vandløb indenfor Danmarks grænser ikke alene kan beskrives udfra nedbørsvariationen og variationen i den regionale geologiske opbygning. I dette kapitel opstilles der derfor en typologi for interaktionen mellem grundvand og overfladevand i Danmark, som medtager alle de forhold, der vurderes at være styrende for interaktionen. Det er tilstræbt at gøre typologien operationel, således at klassificeringen kan tage udgangspunkt i let tilgængelige og eksisterende data og dermed undgå detailstudier. I afsnit 4.1 introduceres typologien, der er underinddelt i en række typologiske enheder, som benævnes interaktionsenheder. Enhederne, der hver især er med til at karakterisere typen af grundvands- / overfladevands- interaktion (GOI-type) for den enkelte vandløbsstrækning, beskrives detaljeret i afsnit 4.2. Listen af mulige typer bør på dette stade opfattes som vejledende. I afsnit 4.3 gennemgås en metodik til klassifikation af GOI-typer. Kapitlet afsluttes i afsnit 4.4 med et eksempel på klassificering af Haller Å oplandet. I nærværende kapitel fokuseres primært på grundvandets strømningsveje, mens omsætning og opholdstid for de forskellige GOI-typer beskrives i henholdsvis afsnit 5.2 og 5.3. Den i det følgende benyttede nomenklatur er beskrevet i afsnit 3.1. 4.1 IntroduktionSom omtalt i kapitel 3.1 udgør forskellen mellem nedbør, fordampning og grundvandsindvinding den maksimale vandmængde, der kan strømme til vandløbene. Tilførelsen kan ske ved direkte afstrømning på overfladen, som interflow via temporær vandmætning i en ellers umættet zone eller ved nedsivning til et grundvandsmagasin og udsivning herfra til overfladevand som vandløb, søer og kystzone (det marine miljø i en afstand af 1 sømil fra kysten) (Figur 4.1). I grundvandsmagasinet er strømningen styret af grundvandsmagasinets potentiale gradienter samt den rumlige fordeling af hydrauliske ledningsevner og magasinkoefficienter. Grundvandet kan i ådalene blive til overfladevand, hvis grundvandspotentialet overstiger terræn eller vandløbsniveauet i vandløbet (vandspejlskoten), og der er hydraulisk kontakt hertil. Figur 4.1. Beskrivelse af interaktionen mellem grundvand og overfladevand (såkaldt GOI) er ikke nogen ny disciplin. Der er i tidens løb opstillet adskillige analytiske og numeriske modeller herfor og også udført nogle feltstudier. Imidlertid eksisterer der ingen metodik (nøgle) til klassificering af de måder, hvorpå interaktionen kan foregå, og det er derfor meget vanskeligt at foretage en sammenligning af de udførte studier (f.eks. Calver, 2001). Det er derfor ønskeligt at opstille dels en typologi, dvs. et sæt begrebsmæssige modeller, for hvordan interaktionen kan foregå, og dels en metodik til bestemmelse af interaktionstypen for et givent vandløb (vandløbsstrækning). Dermed kan: 1) vandløb klassificeres efter typen af interaktion (såkaldt GOI-type); 2) data fra forskellige feltstudier grupperes; 3) typiske parametre identificeres og værdisættes; og 4) interaktionen mellem grundvand og overfladevand for nye områder beskrives uden nye detailstudier (aktualitetsprincippet). Winter (1995a og 1995b) har opstillet en metodik, der på regional skala kan anvendes til karakterisering af GOI-typer indenfor U.S.A. Imidlertid strækker U.S.A. sig over flere klimazoner, og landet omfatter områder med vidt forskellig geologisk oprindelse og vidt forskellige landskaber. Winter har derfor ved sin klassificering anvendt såvel klimatiske, geologiske som landskabsmæssige kriterier for GOI-typerne (Winter, 1995a og 1995b). Da Danmark ligger inden for én klimazone og har langt mindre geologisk og landskabsmæssig variabilitet end U.S.A., er der i nærværende studie fokuseret på at finde nogle finere kriterier for opstilling af GOI-typer. Typologien er opstillet ud fra en grundlæggende tanke om på rationel vis at udnytte den eksisterende danske viden om geologiske og hydrogeologiske forhold. Kun den del af undergrunden, hvori det ferske vand strømmer, inddrages i de følgende betragtninger. Ved udarbejdelsen af typologien er anvendt en strategi, hvor den horisontale skala mindskes fra eet typologisk trin til det næste (hierakisk opbygning). Typologien inddrager ikke interaktionen mellem grundvand, søer og kystzone. Indledningsvis foretages opdeling på grundlag af den overordnede danske geologi og hydrogeologi (det geologiske miljø - grundfjeld kontra sedimenter - Bornholm kontra resten). Dernæst betragtes den regionale geologi, hydrologi og hydrogeologi, dvs. information som vedrører et helt eller væsentlige dele af et opland - landskabstypen. Videre betragtes de hydrogeologiske forhold i dele af et vandløbssystem - først de omgivende aflejringer og deres mulighed for at forsyne vandløbet med grundvand (tilgrænsende grundvandsmagasin) og dernæst selve vandløbssystemet og dets mulighed for at modtage (udveksle) vand fra omgivelserne (hovedtype). Endelig fokuseres på de hydrologiske og hydrogeologiske forhold i selve ådalens engbræmme (dvs. ripariske zone). Her påvirkes grundvand f.eks. i betydelig grad af biogeokemiske processer, og dette giver anledning til inddeling efter naturlig variant. I betydeligt omfang kan menneskelig aktivitet ændre på de naturgivne forhold, og dette giver anledning til også at skelne mellem naturlige og menneskeskabte varianter. Det er tilstræbt at gøre typologien operationel, således at klassificeringen kan tage udgangspunkt i let tilgængelige og eksisterende geologiske, landskabsmorfologiske og hydrogeologiske data, som for eksempel Danmarks Jordarter (GEUS, 1999), Per Smeds Landskabskort (Smed, 1991) og litteraturen. Endvidere er det tilstræbt, at typologien skal guide brugeren frem til det rigtige valg af GOI-type. Typologien er derfor underinddelt i en række typologiske interaktions enheder, der hver især er med til at karakterisere GOI for det pågældende vandløb (vandløbsstræk). Datagrundlaget for klassificeringen af interaktions enhederne går fra national over regional til lokal skala. 4.2 Grundvand-overfladevand Interaktions enheder (GOI)De regionale og lokale forskelle i nettonedbøren er små i Danmark (se afsnit 3), hvorfor ådalene samlet henføres under et kystnært tempereret klima. Afgørende for variationen af GOI er derfor først og fremmest variationerne i de geologiske, geomorfologiske og hydrogeologiske forhold. Det foreslås, at en beskrivelse af denne variation inddeles i følgende interaktions enheder, som skal beskrives i nævnte rækkefølge: Geologisk aflejringsmiljø; landskabstype; ådalens tilgrænsende grundvandsmagasin; hovedtype; naturlig variant; og menneskeskabt variant (Tabel 4.1). Tabel 4.1
Niveau II: Klassificering efter landskabstype bygger på, at de landskabsdannende processers karakter varierer geografisk indenfor de geologiske aflejringsmiljøer og indeholder information om karakteristiske geologiske lagfølger og en karakteristisk geomorfologi og dermed om den rumlige fordeling af vandførende og semipermeable lag. Niveau III: Klassificering efter typen af tilgrænsende grundvandsmagasin under ådalen skyldes, at grundvandsmagasinet er styrende for tilstrømningen af grundvand til ådalen. Niveau IV: Klassificering efter hovedtype inkluderer størrelsen af det tilgrænsende grundvandsmagasin samt ådalsmorfologi (relief, bredde og nedskæring). Morfologien anvendes da der ofte er en sammenhæng mellem ådalens morfologi og den geologiske opbygning af ådalsmagasinet. Ud fra kombinationen af ådalens morfologi og af det tilgrænsende grundvandsmagasins størrelse, kan størrelsen og variationen af grundvandstilstrømningen til ådalsmagasinet samt grundvandets kvalitet og alder vurderes. Niveau V: Klassificering efter naturlige varianter bygger på, at ådalens hydrogeologi, dvs. fordeling af lav-, semi- og højpermeable aflejringer, er styrende for strømningsvejen for grundvandstilstrømningen gennem ådalsmagasinet til vandløbet. Niveau VI: Klassificering efter menneskeskabte varianter (antropogen påvirkning) skyldes, at de naturlige strømningsveje for grundvandet til vandløbet kan modificeres eller direkte ændres på grund af menneskets indgreb i naturen. Klassificeringen efter den beskrevne metode betyder, at en GOI-type tilhører ét geologisk aflejringsmijø, én landskabstype, én type tilgrænsende grundvandsmagasin og én hovedtype. Disse typologiske enheder er hierarkisk unikke. Derimod kan der eksistere flere varianter af både naturlig og menneskeskabt karakter indenfor samme GOI-type. De enkelte interaktionsenheder beskrives uddybende i det følgende. 4.2.1 Geologisk aflejringsmiljø (Niveau I)Definition Geologisk aflejringsmiljø udgør den overordnede enhed (tabel 4.2). Enheden tager udgangspunkt i de strømningsmæssige forskelle mellem sedimentære aflejringer og stærkt konsoliderede aflejringer eller grundfjeld. Tabel 4.2 Beskrivelse I f.eks. grundfjeld uden sprækker foregår strømning på overfladen. Med et stigende antal sprækker i grundfjeldet betinger disse, at en større og større andel af strømningen foregår her, men strømningens udbredelse er helt bestemt af forekomsten af sprækker (præferentielt strømning). I sedimentære aflejringer foregår grundvandsstrømningen som en funktion af porøsitet, permeabilitet og konsolidering. I sedimenter er den karakteristiske enhed for strømningen et vandførende lag, som tillader vandet at strømme (horisontalt) i alle retninger. I semipermeable lag foregår ingen nævneværdig horisontal strømning, men langsom vertikal op- eller nedsivning over udstrakte arealer kan alligevel have stor betydning for de regionale strømningsforhold. Geologisk aflejringsmiljø omfatter
Bortset fra Bornholm er det sedimentære geologiske aflejringsmiljø helt dominerende i Danmark, og grundfjeld belyses ikke yderligere her. 4.2.2 Landskabstype (Niveau II)Definition Anden enhed er landskabstypen, som er dannet af processer, hvis karakter varierer geografisk indenfor det geologiske aflejringsmiljø. Hver landskabstype indeholder derfor karakteristiske geologiske lagfølger og en karakteristisk geomorfologi. Beskrivelse Kendskabet til aflejringernes dannelseshistorie giver mulighed for at vurdere de geologiske lagfølger, hydrogeologiske parametre, samt porevandets overordnede hydrokemiske sammensætning. I Danmark finder vi såvel glaciale som postglaciale aflejringer indenfor det sedimentære geologiske aflejringsmiljø. I glacialt dominerede områder, hvor tills er blevet aflejret, vil man forvente en geologisk lagfølge bestående enten af vekslende bundmoræne- og smeltevandslag eller randmoræne-strøg med opskudte flager. De hydrogeologiske parametre vil variere afhængigt af till / flage sammensætningen, mens de hydrokemiske forhold også vil afhænge af den topografiske placering (se kapitel 3 og hovedtype nedenfor). På smeltevandssletter vil man forvente en mere homogen lagfølge bestående af alluviale, højpermeable aflejringer med relativ stor effektiv porøsitet. Grundvandspejlet vil findes i det øverste vandførende lag (frit magasin). Grundvandet kan have lav pH og et højt indhold af ferrojern og næringssalte. I områder med postglaciale hævede havaflejringer eller inddigede områder kan porevandet være mere saltholdigt end i de glaciale aflejringer og indeholde sulfat som følge af iltning af pyrit. Den geologiske lagfølge og de hydrogeologiske parametre vil variere fra sted til sted. I Nordjylland består de postglaciale havaflejringer (Yoldiafladen og Littorinafladen) af både sand, silt, ler og gytje (Andersen og Sjørring, 1992). Klitlandskaber vil ofte have en homogen geologisk lagfølge bestående af fint- eller mellemkornet sand, og undertiden domineres flade strækninger mellem klitterne af et grundvandspejl, som ligger tæt på terræn. Porevandets næringsindhold er ofte lavt, og tørdeposition af salt langs kysten vil kunne øge saliniteten lokalt. Den hydrauliske ledningsevne og magasintal er afhængig af kornstørrelsen og kan variere en del. En speciel landskabstype er områderne med forskvandsaflejringer - ofte med et højt eller dominerende indhold af organisk materiale. For søaflejringer og højmoser vil den hydrauliske ledningsevne og effektive porøsitet ofte være lav. Derimod kan højmosens porøsitet blive endog meget højt (0.9, se afsnit 5.1.2). Specielt højmoserne er karakteriseret af næringsfattigt porevand, mens indholdet i lavmoserne er højere. Landskabtyperne omfatter
4.2.3 Tilgrænsende grundvandsmagasin (Niveau III)Definition Den tredje enhed er den hydrogeologiske karakter af de til ådalen tilgrænsende geologiske lag. Disses hydrauliske egenskaber er afgørende for størrelsen af grundvandstilstrømningen til ådalen. Beskrivelse Omkranses ådalen af lav- eller semipermeable aflejringer vil grundvandstilstrømningen være domineret af overfladenære grundvandsbidrag (drænvand, interflow). Derimod vil den overfladenære grundvandstilstrømning blive suppleret med tilstrømning af grundvand fra dybereliggende vandførende lag, såfremt disse er til stede og har hydraulisk forbindelse til ådalens aflejringer. Tilgrænsende grundvandsmagasin omfatter
4.2.4 Hovedtype (Niveau IV)Definition Den fjerde enhed, hovedtypen, tager udgangspunkt i, at variationer i ådalens topografi (bredde, relief, nedskæring) er styrende for ådalsmagasinets opfyldningsgrad og kan endvidere bruges sammen med de tilgrænsende aflejringers karakteristika til at vurdere grundvandstilstrømningens størrelse, kvalitet og alder. Beskrivelse Kendskabet til ådalens genese og ådalens topografi (bredde, relief og nedskæring) giver mulighed for at vurdere den sedimentologiske karakter af de materialer, som opfylder ådalen. Ådalsmagasinets fordeling af organiske og minerogene lag og lagenes fysiske og kemiske egenskaber er styrende for, hvorledes vand kan tilføres ådalen og for vandets opholdstid. Desuden bestemmer ådalssedimenternes karakter muligheden for kemiske reaktioner, hvorigennen stoffer, som transporteres med vandet, kan reagere med sedimenterne og bindes eller omsættes eller, om stoffer kan frigives fra sedimenterne til det gennemsivende vand. Generelt vil gælde at ådalens bredde og nedskæring øges fra udspringet, indtil ådalen eventuelt munder ud på en flodslette i nærheden af havet. Eventuelt kan der optræde ændringer i nedskæringsforholdene, hvor ådalen f.eks. møder en større afsmeltningsslette med beskedent relief. Kombinerer man ådalens tilgrænsende grundvandsmagasin med ådalens hovedtype, giver dette mulighed for at vurdere grundvandstilstrømningens mængde, stabilitet og vandkvalitet. Hvor det tilstrømmende grundvand er af lokal oprindelse, vil den tilstrømmende grundvandsmængde være lille og strømningsmønstret i ådalsmagasinet vil være fluktuerende. Såfremt ådalsmagasinet har lille udstrækning, vil også den gennemsnitlige opholdstid i ådalsmagasinet være lille. Nedbør og fordampning vil være væsentlige størrelser i vandbalancen for ådalsmagasinet, og det tilstrømmende grundvand vil være ungt, aerobt, næringsrigt og kan evt. indeholde pesticider. Hvor det tilstrømmende grundvand er af regional oprindelse vil grundvandsstrømningen være stor og strømningsmønstret i ådalsmagasinet vil være tidsmæssigt mere udjævnet. Er ådalsmagasinet stort, vil også vandet her have lille gennemsnitlig opholdstid i ådalsmagasinet. Grundvand vil i dette tilfælde være det dominerende led i vandbalancen for ådalsmagasinet, og det vil være gammelt, anaerobt, næringsfattigt, og vil sandsynligvis ikke indeholde pesticider. Hovedtyperne Der er foreslået 11 hovedtyper af ådale. En oversigt over disse ses i tabel 4.3 med tilhørende stiliserede tværsnit i figur 4.2a & b. I tabellens første og anden kolonne er opført henholdsvis ådalens topografiske karakteristika og det tilgrænsende magasins karakteristika. Vurdering af ådalens hydrologi og af vandkvaliteten af det til ådalen tilstrømmende grundvand fremgår af henholdsvis kolonne tre og fire. Som det fremgår af tabel 4.3, findes hovedtyperne 1 til 5 oftest indenfor landskabstypen moræne (fig. 4.2a), mens hovedtype 6 til 10 oftest findes indenfor landskabstypen smeltevandsslette (fig. 4.2b). I hævede marine aflejringer findes endvidere hovedtype 11 (fig. 4.2b). Fig 4.2a. Figur 4.2b. Tabel 4.3 Eksempler på stilistiske tværsnit gennem henholdsvis landskabstypen moræne (A) og smeltevandsslette (B) ses i figur 4.3. For tværsnit A, landskabstype moræne, ses vekslende lagpakker af moræne- og smeltevandsaflejringer af enten lokal eller regional udbredelse. Et regionalt kalkmagasin afgrænser de kvartære aflejringer nedadtil. Forholdet mellem tilstrømningen af overfladenært og dybt grundvand afhænger alt andet lige af den vertikale udstrækning og den hydrauliske ledningsevne af de tilgrænsende aflejringer. Numrene på figuren svarer til typiske tværsnit af de tilsvarende hovedtyper i figur 4.2. På tværsnit B, landskabstypen smeltevandsslette, ses tykke relativt homogene smeltevandsaflejringer, som stedvist kan være underlejret af moræne. Det sker f.eks., hvor en smeltevandsslette støder op til en israndslinie. Figur 4.3. 4.2.5 Variant (Niveau V & VI)Variant udgør den mindste enhed. Varianterne er inddelt efter naturlige og menneskeskabte varianter (antropogen påvirkning). Flere varianter kan forekomme indenfor samme hovedtype. 4.2.5.1 Naturlig variant (niveau V) Definition Naturlig variant tager udgangspunkt i, at grundvandets strømningsvej mellem ådalsmagasinet og vandløbet er styret af tilstedeværelsen og beliggenheden af semi eller lavpermeable lag i det ånære område. Beskrivelse I nærværende afsnit beskrives kun strømningsvejen, mens omsætning og opholdstid beskrives i henholdsvis afsnit 5.2 og 5.3. Strømningsvejen for grundvandet gennem ådalsmagasinet kan være diffus (matrix), præferentiel (makropore), eller overfladisk enten i veldefinerede løb eller over hele engfladen (Figur 4.4). Det er forskellen mellem vandstanden i vandløbet og trykniveauet i det tilstødende grundvandsmagasin som afgør om GOI vil være effluent (strømning fra ådalsmagasin til vandløb), influent (strømning fra vandløb til ådalsmagasin) eller ikke forekommer. Forudsat at der er effluente forhold, hvilket er oftest forekommende i Danmark (se kapitel 3.1), vil strømningsvejen for afstrømningen til vandløbet være styret af ådalsmagasinets rumlige fordeling af såvel lav-, semi- og højpermeable lag. Er f.eks. ådalens aflejringer hydraulisk ledende, homogene og isotrope vil der være en diffus grundvandstrømning til hele ådalen (figur 4.4.A.). Afstrømningen til vandløbet vil derfor dels foregå direkte gennem vandløbsbunden og dels gennem engen. Er grundvandets trykniveau højere end engens terrænkote kan en del af tilstrømningen til vandløbet eventuelt foregå på engens overflade (overfladeafstrømning). Er den hydrauliske kontakt gennem vandløbsbunden dårlig, vil den relative andel af tilstrømningen via engen (evt. på dens overflade) øges (figur 4.4.D). Udtalte topografiske knæk kan medføre lokale effluente forhold med tilhørende lokale strømningssystemer, for eksempel ved ådalens skræntfod (Figur 4.4.E.). Opstrømning ved skræntfoden kan også være betinget af gennemgående lav- eller semipermeable lag. (figur 4.4.B). Præferentiel strømning (makropore strømning) er et relativt ubelyst fænomen i ådals sammenhæng. Dog kan det for eksempel optræde hvor lav- eller semipermeable tørveaflejringer i det ripariske område gennembrydes af opsivende grundvand (figur 4.4.C). Naturlig variant omfatter (jf. tabel 4.1)
Figur 4.4. 4.2.5.2 Menneskeskabt variant (niveau VI) Definition Den menneskeskabte variant tager udgangspunkt i, at grundvandets strømning gennem ådalsmagasinet til vandløbet kan påvirkes ved menneskeskabte indgreb. Beskrivelse Ved menneskeskabt påvirkning af strømningsvejene til vandløbet påvirkes også opholdstiden i ådalsmagasintet samt binding, omsætning og frigivelse af stoffer, som transporteres med vandet. Den menneskebetingede påvirkning spænder vidt. Betydelige indgreb er f.eks. hovedafvanding, hvor strømningsvejene til vandløbet ændres og tørvepakken ofte iltes. Mindre indgreb kan indtræffe f.eks. som følge af klov- og hovdyrs enggræsning (Trimble og Mendel, 1995). I Danmark er det via lovgivningen forsøgt at undgå skader på engen langs vandløbets brinker. De menneskeskabte varianter kan som nævnt være mangeartede, og de mest almindelige er anført nedenfor. De foreslåede menneskeskabte varianter er illustreret i figur 3.1(3). Den menneskeskabte variant omfatter
4.3 KortlægningsmetodikI det følgende beskrives en metodik til kortlægning af typen af interaktion mellem grundvand og vandløb i Danmark. Metodikken tager udgangspunkt i brugen af eksisterende data. Det eksisterende datagrundlag omfatter en regional geologisk og hydrogeologisk kortlægning; topografiske kort; tematiske kort; digitale terræn modeller; ortofotos og luftfotos; og endeligt litterært kildemateriale. Enhedernes geologisk aflejringsmiljø, landskabstype og tilgrænsende grundvandsmagasin klassificeres på baggrund af eksisterende data. Har en regional geologisk og hydrogeologisk kortlægning ikke tidligere fundet sted, udføres denne som grundlaget for klassificeringen af enhedens tilgrænsende grundvandsmagasin. Metodikker til geologisk og hydrogeologisk kortlægning er allerede kendt og belyses derfor ikke her. Ved klassificering af enhedernes hovedtype og variant suppleres de eksisterende data med nye ådalsmorfologiske data. For at undgå detailstudier benyttes en kombination af ortofotos, luftfotos, eksisterende data og litteraturen. En efterfølgende feltverificering og rekognoscering bruges som kontrol. Klassificeringen af GOI-type afsluttes efter enheden variant, såfremt kvalitetskravene for kortlægningen er fundet tilfredsstillende. Kvalitetskravene forventes defineret i en senere fase. Da topografiske kort, tematiske kort, digitale højdemodeller og ortofotos oftest eksisterer på digital form, kan analysen af de eksisterende data, samt digitaliseringen af de ådalsmorfologiske grænser med fordel gøres i et GIS-miljø (geografisk informationssystem). I det følgende gennemgås metodikken til kortlægning af og datagrundlaget for de respektive interaktions enheder. De nævnte data er vejledende. For en detaljeret beskrivelse af digitale kort og GIS baserede data henvises til følgende: Geodata-info, http://www.geodata-info.dk; Kort og Matrikelstyrelsen, http://www.kms.dk; Danmarks Miljøundersøgelser, http://www.dmu.dk; Danmarks og Grønlands Geologiske undersøgelser, http://www.geus.dk; Forsvarets Forskningstjeneste, http://www.ddre.dk . 4.3.1 Geologisk aflejringsmiljø (niveau I)Klassificeringen af det geologiske miljø foretages enklest ved kombination af kvartærgeologiske kort (f.eks. Hansen, 1965), prækvartærgeologiske og andre geologiske kort over Danmark (f.eks. Sorgenfrei og Berthelsen, 1954). 4.3.2 Landskabstype (niveau II)Karakterisering af landskabstypens genetiske dannelseshistorie kan gøres ud fra en kortbladsanalyse. Da enheden landskabstype skal beskrives på regional skala, vil Per Smeds Landskabskort sammen med et jordartskort ofte kunne anvendes ved klassificeringen. Det skal her fremhæves, at Per Smeds Landskabskort er af stor målestok (ikke angivet), og at tolkninger ikke alle steder er lige præcise. Vurderes det nødvendigt med et nærmere kendskab til den genetiske dannelseshistorie, eller er der ligefrem behov for en ny kortbladsanalyse, kan topografiske kort i form af kurveplaner, Aerial Information System (AIS), luftfoto, geologisk funderede tematiske kort og endelig litteraturen inddrages. Metodikken for kortbladsanalyse er kendt og beskrives derfor ikke yderligere her. Af relevante data kan nævnes:
4.3.3 Tilgrænsende grundvandsmagasin (niveau III)Til klassificering af enheden tilgrænsende grundvandsmagasin skal der benyttes en regional geologisk og hydrogeologisk kortlægning af oplandet. I et vist omfang findes sådanne for de forskellige amter, men de har ikke altid tilstrækkelig detaljeringsgrad. Normalt kan analysen baseres på et studie af den ved kortlægningen udarbejdede litteratur med tilhørende tematiske kort (f.eks. jordartskort og basisdatakort) og databaseinformation (f.eks. JUPITER og GERDA). Er den regionalgeologiske og hydrogeologiske kortlægning af oplandet ufuldstændig eller mangelfuld, bør der ske opdatering heraf. Metodikker hertil er velkendte og skal derfor ikke beskrives yderligere her. Relevante eksisterende data omfatter f.eks.:
4.3.4 Hovedtype (niveau IV)Som nævnt i afsnit 4.2 anvendes ådalens bredde, relief, nedskæringsgrad, samt ådalens tilgrænsende grundvandsmagasin til at klassificere hovedtypen. Bredden af ådalen kan estimeres ud fra f.eks. 4-cm kort eller kurveplaner; men et mere præcist billede opnås ved en digitalisering på grundlag af ortofotos og luftfotos (Langhoff, 2001). Det kan være nødvendigt at korrigere bredden efter feltverificeringen, da krat og træer på fotos kan gøre det umuligt at bestemme skræntfodens position. Denne kan også være vanskelig at bestemme uden feltrekognoscering, såfremt overgangen til den tilgrænsende terrasse er jævn. En Digital Terræn Model (DTM) med en stor vertikal opløsning kunne med fordel også anvendes. Det understreges, at luftfotos, analyseret ved hjælp af spejlstereoskopi, altid bør anvendes, idet denne metode ofte afslører strukturer i landskabet, som ikke ellers er beskrevet andet steds (Kuehn et al, 2000; Langhoff, 2001). Det anbefales at anvende ortofotos som baggrundskort for digitalisering af diverse geomorfologiske grænser. De nyeste landsdækkende ortofotos har en pixellængde på 40 cm, en anbefalet målestok på 1:25.000 og en plannøjagtighed på omkring 2,5 pixels, cirka en meter (Kampsax, 1999). Imidlertid kan egentlige anbefalinger til nøjagtighedskriterier for digitaliseringen af de ådalsmorfologiske grænser først gives efter en verificering af interaktionstypologien og kortlægningsmetodikken. Dette forventes udført i en senere fase. Til bestemmelse af relieffet kan enten DTM eller en topografisk kurveplan benyttes. Nedskæringsgraden kan evt. vurderes ud fra boreoplysninger eller geofysiske undersøgelser i området. Størrelsen af de til ådalen tilgrænsende aflejringer vurderes som beskrevet ovenfor (afsnit 4.3.3). Eksisterende data, som kan benyttes ved bestemmelse af hovedtypen, omfatter f.eks.:
4.3.5 Naturlig og menneskeskabt variant (niveau V & VI)Indirekte parametre Varianten klassificeres ud fra dens indflydelse på grundvandets strømningsvej fra ådalsmagasinet til vandløbet. Således klassificeres de naturlige varianter efter udbredelse af semi- eller lavpermeable aflejringer i den ånære zone, mens de menneskeskabte varianter klassificeres efter den måde menneskeskabte indgreb modificerer eller ændrer strømningsvejen til vandløbet. For at kunne begrænse mængden af detailstudier eller med tiden undgå disse ved klassificeringen af GOI-typer skal styrende parametre for GOI opstilles. På Karup Hedeslette (smeltevandsslette) har hidtidige studier vist, at forholdet mellem bredden af ådalens våde eng og vandløbets effektive bredde, kan anvendes som indikator for størrelse af grundvandsstrømningen direkte gennem vandløbsbunden. Når forholdet er lille er strømningen gennem vandløbsbunden stor (Figur 4.5.A.). Er forholdet stort, foregår grundvandsudstrømningen diffust over hele engen (Figur 4.5.B). I den forbindelse anses vandløbets effektive bredde (Figur 4.6) for at være vandløbsbredden multipliceret med slyngningsgraden (sinuositeten), mens bredden af den våde eng angives ved bredden af den zone, hvor der forekommer tørveaflejringer langs vandløbet. Figur 4.5. Ortofotos kan anvendes til at bestemme grænsen mellem den ripariske zone (gule nuancer, Maj-Juli 1999) og det udenfor liggende område (grønne nuancer, Maj-Juli 1999). Ud fra ortofoto kan man ikke opløse fugtigheden indenfor den ripariske zone, og sumpede områder kan derfor kun kortlægges ved feltrekognoscering Figur 4.6. Menneskeskabte varianter Generelt ved kortlægning af menneskeskabte varianter benyttes en kombination af historiske og recente topografiske kort, tematiske kort, ortofotos og luftfotos samt litteraturen for at opnå en overordnet forståelse af, hvordan landskabet har udviklet sig gennem tiden. Først gennemgås digitale ortofotos og historiske og recente luftfotos som analyseres ved brug af spejlstereoskopi og om muligt panorama luftfotos (engelsk: oblique aerial photos). Dette efterfølges af en gennemgang af historiske og recente topografiske kort: Sognekort; målebordsblade; 4-cm kort og kurveplaner (analoge data); TOP10DK (digitale data). Kortlægningen afsluttes med feltverificering og rekognosering. Eksisterende data som kan benyttes ved bestemmelse af variant omfatter f.eks.:
4.4 Eksempler, Haller å oplandetI dette afsnit gennemgås et eksempel på brug af metodik (afsnit 4.3) og arbejdsgang ved udarbejdelse af GOI-typer langs et vandløb. Haller Å oplandets placering på Karup Hedeslette fremgår af Figur 4.7. Ådalens nedskæring begynder i et dødislandskab umiddelbart øst for Weichsel istidens Hovedopholdslinie gennem Jylland. Mod vest, på smeltevandssletten, skærer ådalen sig stadigt dybere ned i den øverste terrasse indtil udmunding på den nederste terrasse i Karup dalen. Den øverste del af vandløbet ved Hauge Sø er kun vandførende i vinterhalvåret. Resten af vandløbet er vandførende hele året fra ca 2 km vest for Hovedopholdslinien og indtil ca 10 km nedstrøms, hvor det støder til Karup Å. Grundvands-afstrømningen (baseflow), der er jævnt fordelt langs hele vandløbet, er på 42 l/s/km (Langhoff, 2001). Estimatet for grundvandsafstrømningen stammer fra en synkron vandføringskampagne, foretaget forud for klassificeringen (Langhoff, 2001). Grundvandsindvinding forekommer kun i ringe grad langs ådalen (Langhoff, 2001). Figur 4.7. Oprindeligt mæandrerede vandløbet i hele ådalens bredde, men ved menneskelig påvirkning i form af hovedafvanding og konstruktionen af dambrug blev vandløbet udrettet og fordybet, og der skete ændringer i den måde, hvorpå grundvandet løber til vandløbet. Detailafvanding er kun observeret enkelte steder, mens engvanding tidligere har foregået langs det meste af ådalen. Ved klassificeringen af interaktionen langs Haller Å var det derfor nødvendigt at indføre flere forskellige GOI-typer, hvis forskelle primært viser sig at bero på variant niveau. Klassificeringen følger kortlægningsmetodikken og typologiens hierarkiske enheder med løbende reference til datagrundlaget. Tidsforbruget for klassificeringen af GOI ved Haller Å til og med variantniveau VI (jf. tabel 4.1), hvor de følgende anvendte data er let tilgængelige, estimeres til omtrent 2-3 arbejdsdage inklusiv en dags feltrekognosering og verificering. 4.4.1 Geologisk aflejringsmiljø (niveau I) Ved brug af kvartærgeologiske kort (Hansen, 1965) og prækvartærgeologiske kort (Sorgenfrei og Berthelsen, 1954) klassificeredes det geologisk aflejringsmiljø som sedimentært. 4.4.2 Landskabstype (niveau II)Glacialmorfologien blev analyseret ud fra: Ussings (1903) og Milthers landskabsanlyser (1935)samt Krügers (1985) overvejelser vedrørende dannelse af dale på smeltevandssletter; Per Smeds Landskabskort (1982), figur 4.8; Jordartskort (GEUS, 1999); målebordsblade og 4-cm kort med kurveplaner; ortofotos (Kampsax, 1999). Endelig blev luftfotos (Danish Secret Service, 1954) gennemgået med spejlstereoskopi. Derved klassificeredes landskabstype som moræne og smeltevandslette for ådalen øst henholdsvis vest for Hovedopholdslinien. Figur 4.8. 4.4.3 Tilgrænsende grundvandsmagasin (niveau III)Til den videre klassificering af enheden tilgrænsende grundvandsmagasin, blev eksisterende hydrogeologiske undersøgelser for ådalen og de omkring liggende oplande gennemgået (bl.a. Miljøstyrelsen, 1983; Nyholm, 1997 og 1999; Nyholm og Christensen, 2000; Nyholm og Rasmussen, 2000) og analyseret sammen med følgende data: jordartskort (GEUS, 1999); basisdatakort (Geodætisk Institut, 1979a og b); geologisk database ZEUS (JUPITER); geologiske kort (Hansen, 1995; Gravesen og Hansen, 1990); samt Prækvartære kort (Binzer og Stockmarr, 1994; Nyholm, 1997 og 1999). På figur 4.9. ses et stilistisk længdesnit, der sammenfatter tolkningen af de tilgrænsende aflejringer. Herved klassificeres tilgrænsende grundvandsmagasin som semipermeabel for enheden moræne og højpermeabel for enheden smeltevandsslette. Figur 4.9. 4.4.4 Hovedtype (niveau IV)Til datagrundlaget for den videre analyse på ådalsniveau tilføjes digitalisering af forskellige geomorfologiske grænser (ådalsmorfologiske data) ud fra bl.a. kurveplaner og remote sensing. Her som ortofotos i et GIS miljø og luftfoto. På figur 4.10. ses Haller Ådalen og de tilgrænsende korte erosionsrender og længere erosionskløfter. Ådalen skærer sig stadigt dybere ned i det øverste terrasseniveau, alt imens ådalsbredden øges fra 70 m til omkring 130 m ved udmunding til Karup dalen. Tilsvarende øges relieffet og bredden af erosionsrender henholdsvis erosionkløfter i det fossile vandløbssystems retning. Figur 4.10. Hovedtypefordelingen er givet ud fra hydrogeologiske og geomorfologiske kriterier. Den eksisterende analyse af det tilgrænsende grundvandsmagasin udvides med en vurdering af grundvandsmagasinets størrelse, samt geomorfologiske parametre i form af ådalens bredde, relief og nedskæring. Relief og nedskæring blev bestemt ved hjælp af kurveplaner og den geologiske samt hydrogeologiske indsigt etableret tidligere under GOI-type klassificeringen. Skræntfodens placering langs ådalen blev digitaliseret på baggrund af ortofotos (målestok: 1:25.000), målebordsblade (målestok: 1:20.000), 4-cm kort (målestok: 1:25.000), samt spejlstereoskopi af luftfoto (målestok: 1:25.000). Endeligt blev den feltverificeret og rettet, hvor nøjagtigheden for skræntfodens placering var begrænset af f.eks. krat og træer eller, hvor overgangen fra ådalen til den tilgrænsende terrasse var jævn. Eksempler på digitaliserede geomorfologiske grænser ses på figur 4.11. Figur 4.11. En oversigt over skræntfoden langs Haller Ådalen ses på figur 4.12 Figur 4.12. Hovedtyper, klassificeret indenfor oplandet samt deres relative udstrækning/placering langs Haller Å, fremgår af figur 4.13. Hovedtype 1 på morænen er karakteriseret ved: en lille smal dal med ringe relief og lille nedskæring med tilgrænsende semi- og lavpermeable aflejringer, bestående fortrinsvis af sandet eller leret moræne, hvorfor det tilgrænsende grundvandsmagasin er lille eller manglende. Hovedtype 1 strækker sig fra Hauge Sø til smeltevandssletten og er kun vandførende i vinterhalvåret. På smeltevandssletten nedstrøms for Hovedtype 1 er dalen lille og smal med ringe relief og et lille grundvandsmagasin. Vandløbet er kun vandførende i vinterhalvåret. De tilgrænsende aflejringer er højpermeable og består af sand og grus, så denne strækning klassificeres som Hovedtype 6. Nedstrøms herfra er vandløbet altid vandførende og indtil Karup-dalen ca 9 km længere nedstrøms er ådalen relativ dyb og bred med betydeligt relief. De tilgrænsende højpermeable aflejringers relative mægtighed går fra lille til større, Hovedtype 8. Før sammenløbet med Karup Å bliver dalen markant bredere, relieffet mindskes og de tilgrænsende højpermeable aflejringer får stor mægtighed, Hovedtype 9. To af erosionsdalene, som ses på kurveplanet langs Haller Ådalen, er fugtige eller våde hele året. De to erosionsdale tilhører Hovedtype 7, som er karakteriseret ved en ret dyb og bred dal med et relativt stort relief og et lille tilgrænsende grundvandsmagasin. Figur 4.13. 4.4.5 Naturlig og menneskeskabt variant (niveau V & VI) Ved Haller Å kan principskitser for strømningsmønstret opstilles for henholdsvis Ravnholt (A) og Stordal (B) (figur 4.5). I det følgende gennemgås de overordnede hydrologiske, hydrogeologiske og ådalsmorfologiske forhold ved de to lokaliteter. Ved Ravnholt mæandrerede vandløbet oprindeligt i hele ådalens bredde, men i 1940erne blev vandløbet reguleret og fordybet i forbindelse med en hovedafvanding (Hedeselskabet, 1942). Herved blev tørveaflejringerne gennemskåret, og vandløbet fik direkte kontakt til ådalsmagasinet. Herved er den menneskeskabte variant Hovedafvanding identificeret. I sommerhalvåret er vandløbets vandstand beliggende 1-1.5 m under engens niveau. Omkring 90% af grundvandet strømmer direkte til vandløbet gennem vandløbsbunden. De sidste 10% af grundvandet strømmer til vandløbet overfladisk fra tidligere tørvegrave og områder, hvor det oprindelige løb befandt sig (Langhoff m. fl., 2001). Ved Stordal er engen flad (hældning < 1), og overgangen fra engen til vandløbet over brinkerne er jævn (Langhoff et al, 2002). Det kan ikke afgøres på baggrund af det givne datamateriale, i hvilken udstrækning vandløbet ved Stordal er blevet reguleret (om overhovedet). Omkring 10% af grundvandet strømmer direkte gennem vandløbsbunden, mens det resterende grundvand strømmer diffust til engen, hvorfra det følger engens mikrotopografi til vandløbet. Den mikrotopografiske afstrømning beskrives mere indgående senere i kapitlet. Ved Stordal er der observeret cementerede lag under vandløbsbunden (Langhoff, 2001). Herved er den naturlige variant Semi- eller lavpermeable lag direkte under vandløbsbunden identificeret. På figur 4.11. ses eksempler på digitaliserede grænser for udbredelsen af den våde eng samt sumpede områder. Sumpede områder finder man ved Ravnholt, hvor tørvegravning tidligere fandt sted. Samme variant findes stedvist i områder, hvor det oprindelige vandløb befandt sig før hovedafvanding. Ved Stordal dækker de sumpede områder hele engen. Således falder skræntfoden, vegetationsgrænsen for den våde og grænsen for de sumpede områder sammen ved Stordal, mens den våde eng kun dækker dele af engen ved Ravnholt. For hele ådalen blev grænsen mellem den våde og tørre eng digitaliseret ud fra ortofotos og senere feltverificeret. Feltverificering medførte kun enkelte mindre justeringer af grænsen mellem den våde og den tørre eng. Sumpede områder kunne derimod ikke kortlægges ud fra de eksisterende ortofotos eller luftfotos og blev derfor kortlagt ved feltrekognoscering. Efterfølgende blev den hydrauliske kontakt gennem vandløbsbunden mellem ådalsmagasinet og vandløbsbunden langs hele vandløbet tolket (Figur 4.14). Det fremgår, at grundvandstilstrømning til vandløbet foregår på lange stræk enten direkte gennem vandløbsbunden, diffust over hele ådalen, eller som en kombination af de to. For sidst nævnte er grundvandstilstrømningen gennem vandløbsbunden relativt større end for det helt diffuse tilfælde. Parameterværdier for bl.a. lækagekoefficienten gennemgås i kapitel 5. Figur 4.14. Ud fra Nyholms (1997 og 1999) diskussion af ådalsmagasinets genese forventes det, at ådalsmagasinet tilhører den naturlige variant Gennembrudt lavpermeabelt lag i ådalsmagasinet. Den mikrotopografiske afstrømning ved Stordal følger primært fangrender orienteret vinkelret på skræntfoden (Langhoff, 2001). Fangrender blev brugt i forbindelse med afvanding under tidligere tiders engvanding (Rasmussen, 1964). To typer af engvandingsanlæg har gennem tiderne været anvendt i Danmark, ryganlæg og naturlig hæng (figur 4.15). Figur. 4.15. Ved engvanding stuves vandet op ved opstemninger og ledes videre i fordelingsgrøfter, hvorfra vandet ledes ud på engen via rislerender og videre til vandløbet via fangrender (Rasmussen, 1964). Ved brug af luftfotos, ortofotos, generalstabens kort og feltrekognoscering er der langs Haller Å identificeret 9 opstemninger med tilhørende fordelingsgrøfter (figur 4.16). Kun opstemning 9 er i dag delvist aktiv. Ved feltrekognoscering er kun ryganlæg identificeret (Langhoff, 2001). Herved er de menneskeskabte varianter Engvanding og Opstemning dokumenteret. Figur. 4.16. De menneskeskabte varianter Detailafvanding i form af Grøftning og Dambrug recente såvel som nedlagte blev kortlagt ud fra generalstabens kort; 4-cm kort; ortofotos; og luftfotos. Grøfterne afvander enkelte lavtliggende marker samt enkelte dele af engen. Et eksempel på sidstnævnte ses ved Ravnholt på figur (4.11.A). Ved dambrugene er det døde vandløbsstræk reguleret og oftest fordybet. Der pumpes kun (koldt) grundvand til dammene i enkelte år, hvor temperaturen ellers ville blive ugunstig for produktionen af fisk. 4.4.6 InteraktionsenhederKlassificering af GOI-typer, i Haller Å oplandet, fremstår som en kombination af forskellige interaktions enheder. En samlet oversigt over alle interaktionsenhederne ses i figur 4.17. Figur 4.17.
|