INDRETNING AF STANDEN 2014 DECORATION OF THE STAND
Hydrologisk modellering af landovervågningsoplandet Lillebæk Anne Lausten Hansen Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS) Oversigt • Introduktion • Formål • Studieområde • Metode • Resultater • Konklusioner Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Nitrat transport og reduktion i grundvand • Nitrat udvaskes fra rodzonen og transporteres med vandet ned i under‐ grunden og videre frem mod vandløb og søer. • Nitrat reduktion foregår i den reducerede (iltfrie) zone under redox‐grænsen. • Omfanget af nitrat reduktion afhænger af: ¾ Redox‐grænsens beliggenhed ¾ Strømningsvejene i grundvandet Introduktion Formål Værktøj: Modeller Studieområde Metode Resultater Konklusioner Hvad er en model? • Geologisk model Vir ≠ l e Mod de e h g keli n ¾ Rumlig beskrivelse af undergrundens jordlag. ¾ Grundlag for den hydrologiske model. • Hydrologisk model ¾ Matematisk beskrivelse af vandets strømning. ¾ Inddeles i kasser (celler) for at kunne beskrive rumlig variation. ¾ Modellen udfører og sammenkobler beregninger for alle celler. ¾ Modellens parametre kalibreres i forhold til observationer. Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Nitrat modellering i DK – Status • Nitrat modellering for oplande mellem 5 km2 og mere end 1000 km2. • Modellerne er i stand til at simulere vand‐ og nitrattransport for oplande, hvor de er kalibreret. • Modellerne er ikke i stand til at simulere vand‐ og nitrattransport for mindre deloplande indenfor det opland hvor de er kalibreret. • Stor usikkerhed på udpegning af sårbare og rubuste områder. Introduktion Formål Studieområde Delopland -Ikke kalibreret -Ingen prædiktivitet Opland -Kalibreret -Prædiktivitet Metode Resultater Konklusioner Kan vi gøre det bedre med det data vi allerede har til rådighed? Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Formål At anvende drænafstrømning fra mindre områder (1‐4 ha) indenfor Lillebæk oplandet i kalibrering af en oplandsmodel. •Hypoteser 1. Model simuleringen på oplandsskala vil forbedres. 2. Model simuleringen på lille skala vil forbedres. Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Studieområde ‐ Lillebæk Moniteret siden 1989 som del af land‐ overvågningsprogrammet (evaluering af vandmiljøplanerne). •Areal: 4.7 km2 •Arealanvendelse: Landbrug (88%) •Nedbør: 839 mm/år •Nedsivning: 273 mm/år •Vandløbsafstrømning: 231 mm/år Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Studieområde ‐ Lillebæk • Geologien i området ¾ Består hovedsagelig af ler ¾ Tre sandlag => grundvandsmagasiner • Landbrugsjorde i området stærkt drænet ¾ Afstrømning til vandløb domineret af drænafstrømning Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Studieområde ‐ Lillebæk • Observations data: Hydraulisk trykniveau: ¾ Hydraulisk trykniveau (13 boringer) •Grundvandets energiniveau •Vandet strømmer fra højt til lavt trykniveau ¾ Vandløbsafstrømning (2 stationer) ¾ Drænafstrømning (5 områder (1‐4 ha)) Det er sjældent at denne type data er tilgængelig Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Modelopsætning • Model værktøj: MIKE SHE ¾ 1D vandløbsafstrømning ¾ 2D overfladeafstrømning ¾ 3D grundvandsstrømning ¾ Drænafstrømning: lineært reservoir, ledes til nærmeste vandløb • Input data: Nedsivning simuleret med rodzone modellen Daisy • Simuleringsperiode: 1990‐2004 • Cellestørrelse: 50 m • Model parametre: Konstante indenfor hver geologisk lag Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Model kalibrering • Invers kalibrering (= automatisk model kalibrering) ¾ Kalibreringsperiode: 2000‐2004 ¾ Valideringsperiode: 1997‐1999 • PEST parameter optimeringsværktøj • 7 mest følsomme parametre udvalgt til kalibrering: ¾ Horisontal hydraulisk ledningsevne (Clay1, Sand2, Sand3) ¾ Vertikal hydraulisk ledningsevne (Clay1, Clay2) ¾ Dræn parameter Ved en kalibrering indstilles models parametre i forhold til observationerne Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Model kalibrering • Multi‐kriterie kalibrering: ¾ Hydraulisk trykniveau: ¾ ME (middelfejl) ¾ RMSE (middelværdi af kvadratfafvigelsessummen) ¾ Errampl (amplitude fejl) ¾ Vandløbsafstrømning Statistiske parametre til at evaluere hvor godt modellens simulerede værdier stemmer overens med de observerede ¾ R2 (Nash‐Sutchliffe koefficient) ¾ Qerr (fejl på middel vandføring) ¾ Qerr_summer (fejl på middel sommervandføring) ¾ Drænafstrømning ¾ R2_drain (Nash‐Sutchliffe koefficient) ¾ Qerr_drain (fejl på middel vandføring) Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Model kalibrering • Gradvis implementering af observations data: ¾ Sim1: Hydraulisk trykniveau ¾ Sim2: Hydraulisk trykniveau + vandløbsafstrømning ¾ Sim3: Hydraulisk trykniveau + vandløbsafstrømning + drænafstrømning ¾ Sim4: Som Sim3 men med flere dræn parametre Giver stort set samme resultat som Sim3. Drændataene indeholder ikke nok information til at bestemme flere dræn parametre Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Hydraulisk trykniveau ‐ statistik ¾ ME: Forværres ved inkludering af vandløb‐ og drænafstrømning ¾ RMSE: Forværres ved inkludering af vandløb‐ og drænafstrømning ¾ Errampl: Ingen trend Optimale værdier: •ME = 0 •RMSE = 0 •Errampl = 0 Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Hydraulisk trykniveau – model simulering ¾ Modellen er i stand til at simulere det generelle trykniveau tilfredsstillende. ¾ Modellen har problemer med at beskrive variation i årlig fluktuation mellem boringer. Årlig fluktuation underestimeres Introduktion Formål Årlig fluktuation overestimeres Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Vandløbsafstrømning ‐ statistik ¾ R2: Forbedres ved inkludering af vandløb‐ og drænafstrømning. ¾ Qerr: Forbedres ved inkludering af vandløbsafstrømning. Ingen yderligere forbedring ved inkludering af drænafstrømning. ¾ Qerr_summer: Forbedres ved inkludering af vandløb‐ og drænafstrømning (med undtagel‐ se af station 470033 i valideringsperioden). Optimale værdier: •R2 = 1 •Qerr = 0 •Qerr_summer = 0 Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Vandløbsafstrømning – model simulering ¾ Modellen simulere vandløbsafstrømning tilfredsstillende ved begge stationer. ¾ Nogle peaks er modellen dog ikke i stand til at beskrive. Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Drænafstrømning ‐ statistik ¾ R2_drain: Meget lave værdier og kun over 0 for et område. Forbedres for 2 drænområder. ¾ Qerr_drain: Meget høje værdier. Forbedres for 3 drænområder. Optimale værdier: •R2_drain = 1 •Qerr_drain = 0 Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Resultater • Drænafstrømning – model simulering ¾ Modellen er ikke i stand til at simulere drænafstrømningen tilfredsstillende. Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner Konklusioner • Inddragelse af drændata forbedre den generelle model simulering lidt (hypotese 1 √ ). • Modellen er ikke i stand til at simulere en korrekt drænafstrømning, og den forbedres ikke væsentligt ved indragelse af drændata (hypotese 2×). • Modellen kan ikke reproducere lokale variationer i trykniveauet. Dette skyldes at den geologiske model er for homogen. • Den begrænsende faktor for en models evne til at beskrive lokale strømningsforhold er den rumlige skala hvormed vi kan beskrive geologien. Vi for ve forbe nter at vor dr es mode es når vi ha resultater l base ret på r en ny geo lo SkyTE M dat gisk a! Introduktion Formål Studieområde Metode Resultater Konklusioner
© Copyright 2024