Hydraulisk kommunikasjon mellom grunnvannforekomster og elver

Transkript

1 Hydraulisk kommunikasjon mellom grunnvannforekomster og elver Hva har vi jobbet med de siste årene NGUs 19. hydrogeologisk seminar Panos Dimakis NVE Seksjon for Hydrologisk Modellering

2 Innhold Direkte evaluering av tilgjengelige grunnvannressurser (vanlig praksis) Base flow og BFI metodene HBV og grunnvannsmodulen Grunnvannssimuleringer Videre arbeid 2

3 Direkte evaluering av uttaksgrenser Grunnvannsdannelse for 10 år siden Årlige nedbør ( met. data) Årlige evapotranspirasjon ( met. data + vegetasjon!?) Grunnvannsdannelse siste 10 år bruke NVEs avrenningskart ( fra HBV modellen) for normal perioden

4 Direkte evaluering av uttaksgrenser 5

5 Direkte evaluering av uttaksgrenser Grunnvannsdannelse for 10 år siden Årlige nedbør ( met. data) Årlige evapotranspirasjon ( met. data + vegetasjon!?) Grunnvannsdannelse siste 10 år bruke NVEs avrenningskart ( fra HBV modellen) for normal perioden Disse metodene er enkle og setter brukbare uttaksgrenser for en grunnvannsforekomst men vannføringen i vassdraget er ikke tatt hensyn til (miljøvannføring/minste vannføring/lavvanns vannføring). 6

6 Base Flow og BFI metoder Base Flow = Basis vannføring. Dvs. andelen av vannføringen i vassdraget som kommer fra magasinert vann (fra grunnvannsforekomster og innsjøer) Enkel modell som byger på magasin-styrt vannføring Enkel magasin-modell H Q AH 7

7 Vannføring (m 3 /døgn) Base Flow for Groset Vannføring Groset Base Flow jan 78 mar 78 mai 78 jul 78 sep 78 nov 78 jan 79 mar 79 mai 79 jul 79 sep 79 nov 79 8

8 Vannføring (m 3 /døgn) Base Flow for Groset Vannføring Groset Base Flow jan 81 mar 81 mai 81 jul 81 sep 81 nov 81 jan 82 mar 82 mai 82 jul 82 sep 82 nov 82 9

9 Automatisert BFI estimering Flere vannføringsserier kan lastes ned fra NVEs Hydra II database og etter at de har blitt kontrollert og korrigert utføres en BF analyse automatisk. 10 Skienvassdraget

10 Fordeler og ulemper med BFI Fordeler Lett å bruke krever kun vannføringsdata Landsdekkende - NVEs vannførings stasjoner + multivariate analyser for vassdrag uten data. Ulemper Kan ikke verifiseres (ennå) dvs. vi vet ikke hvor stor usikkerhet er knyttet til BFI estimatene kan de brukes i regulerte vassdrag? Kan ikke skille mellom innsjøer og grunnvannsforekomster. 11

11 HBV modell HBV - Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning tidligere seksjon i SMHI, hvor modellen ble utviklet HBV modellen er en semidistribuert, nedbøravrenningsmodell og er den mest brukte modellen i de nordiske landene. 12 Kilde: Killingtveit, NTNU

12 Lower Zone Upper Zone HBV og grunnvannsmodulen Det mest interessant del av HBV modellen fra en hydrogeologisk synspunkt er grunnvannsmodulen. Soil Moisture Module...men den fungerer både som grunnvannsmagasin og avrennings modul. U PERC Q U K U U Raske avrennings prosesser simuleres via Upper Zone mens Lower Zone skal simulere magasinering i grf. L Alt output dvs. Q U + Q L er behandlet som avrenning 13 Q L K L L

13 Høyde (mm) HBVs grunnvannsmodule Sæterbekken K U = 0,0876 K L = 0,0998 PERC = 18,6787 Alpha = 1,2488 U start = 5,251 L start = 12,958 R 2 = 951, HBV Observert Tid (dager) 14

14 Høyde (mm) HBVs grunnvannsmodule Sæterbekken (2) K U = 0,8500 K L = 0,0988 PERC = 30,4964 Alpha = 0,7795 U start = 11,814 L start = 10,663 R 2 = 946, HBV Observert Tid (dager) 15

15 Vannføring(m 3 /s) HBV vs. FEM-PEST HBV FEM-PEST jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 16

16 HBVs begrensninger Kan ikke skille mellom overflate avrenning og grunnvannstilsig Stein Beldring/NVE jobber med utvikling av en ny HBV som kanskje kan beregne dette! Lars Egil Hauge og Hervé Colleuille jobber med å utvikle en bedre markvannsmodule for HBV basert på COUP modellen. Grunnvannsmodulen kan erstattes med grunnvannslikninger....men er mye mer tidkrevende Beregner grunnvannsmagasinerings tall i [mm] fra tilfeldig datum. U og L i grunnvannsmodulen starter opp med null verdier ved modellens startdato slik at hver celle har sin egen datum Obs. på at U + L gir grunnvannsmagasinering ikke grunnvannsstand. Grunnvannsstands resultatene i senorge.no er egentlig basert på HBVs magasineringstall. 17

17 Kubikk per døgn per 100m Fluks Kubikk per døgn per 100m Grunnvannsmodeller Forene BF analyser og beregninger fra grunnvannsmodeller Base Flow -300 Årsmiddelkurver - Fluks mellom en 500m x 500m grf. og elv Fluks fra grf jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 18 Tid Disse fluksestimatene avviker fra tidligere simuleringsresultater fra Rena. Årsakene til dette? Årsmiddelkurver - Fluks mellom en 500m x 500m grf. og elv 800 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des

18 Kubikk per døgn per 100m Kubikk per døgn per 100m Kubikk per døgn per 100m Årsmiddelkurver - Fluks mellom en 500m x 500m grf. og elv Elv+Grv.dannelse Elv+Grv.dannelse 500 Elv+Grv.dannelse Grv.dannelse Grv.dannelse jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des Tid 19

19 Fluks (m 3 /dag) Størrelse på grf. Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf. og elv jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des

20 Fluks (m 3 /dag) Hydraulisk ledningsevne Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf og elv K= m/s K=0.0001m/s K=0.001m/s K=0.01m/s jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 21

21 Fluks (m 3 /dag) Infiltrasjonslag eller overgangssone Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf. og elv CH 10-4m/s 10-5m/s 10-6m/s jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 22

22 Hva gjør vi videre Det finnes flere analytiske alternativer men på dette tidspunktet er det ønskelig å bruke feltmetoder og få feltdata for å bestemme veien videre. Analytiske estimater uten data for verifisering kan fort lede til urealistiske eller meget strenge terskelverdier for grunnvannsuttak. Ellers! Fokusere på vinterfluks og Base Flow. Følge med videreutviklingen av HBV-modellen grunnvannsmodulen skal erstattes med kinematisk wave type likninger / tilnærminger. Utføre flere grunnvannssimuleringer kanskje prøve enkle regionale simuleringer!? 23