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
Innhold Direkte evaluering av tilgjengelige grunnvannressurser (vanlig praksis) Base flow og BFI metodene HBV og grunnvannsmodulen Grunnvannssimuleringer Videre arbeid 2
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 1961-1990 4
Direkte evaluering av uttaksgrenser 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 1961-1990 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
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
Vannføring (m 3 /døgn) Base Flow for Groset 200000 180000 160000 Vannføring Groset Base Flow 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 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
Vannføring (m 3 /døgn) Base Flow for Groset 200000 180000 160000 Vannføring Groset Base Flow 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 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
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
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
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
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
Høyde (mm) HBVs grunnvannsmodule Sæterbekken 80 70 K U = 0,0876 K L = 0,0998 PERC = 18,6787 Alpha = 1,2488 U start = 5,251 L start = 12,958 R 2 = 951,5457 60 50 40 30 20 10 HBV Observert 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Tid (dager) 14
Høyde (mm) HBVs grunnvannsmodule Sæterbekken (2) 80 70 K U = 0,8500 K L = 0,0988 PERC = 30,4964 Alpha = 0,7795 U start = 11,814 L start = 10,663 R 2 = 946,6033 60 50 40 30 20 10 HBV Observert 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Tid (dager) 15
Vannføring(m 3 /s) HBV vs. FEM-PEST 1.2 1 0.8 HBV FEM-PEST 0.6 0.4 0.2 0 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 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
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 -250-200 Fluks fra grf. -150-100 -50 0 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? -300-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 Årsmiddelkurver - Fluks mellom en 500m x 500m grf. og elv 800 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des
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 800 700 600 Elv+Grv.dannelse Elv+Grv.dannelse 500 Elv+Grv.dannelse Grv.dannelse Grv.dannelse 400 300 200 100 0-100 -200-300 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des Tid 19
Fluks (m 3 /dag) Størrelse på grf. Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf. og elv 800 600 400 200 0-200 100 200 300 400 500 1000 2000 3000 4000 5000-400 20-600 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des
Fluks (m 3 /dag) Hydraulisk ledningsevne Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf og elv 1400 1200 1000 800 K=0.00001m/s K=0.0001m/s K=0.001m/s K=0.01m/s 600 400 200 0-200 -400-600 -800 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 21
Fluks (m 3 /dag) Infiltrasjonslag eller overgangssone Årsmiddelkurver - Fluks mellom grf. og elv 300 250 200 CH 10-4m/s 10-5m/s 10-6m/s 150 100 50 0-50 -100 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des 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
Takk for oppmerksomheten E-post: pad@nve.no Telefon:+47 2295 9169 24