Hydrogeologisk model
En hydrogeologisk model beskriver de enkelte geologiske lags geofysiske og hydrauliske egenskaber. Den hydrogeologiske model er en fortolkning af de geologiske lags rumlige fordeling afhængigt af deres hydrauliske egenskaber. Den hydrogeologiske model forsimpler derved den geologiske model ved at samkoble geologiske enheder med samme hydrauliske egenskaber. Opstillingen af den hydrogeologiske model er baseret på DK-modellen [1], men den lokale geologi i Kærby er opdateret med en mere detaljeret fortolkning af den terrænnære geologi. Den terrænnære geologi er inspiceret gennem en række prøveudtagninger fra 57 boringer foretaget i 2021, se Figur 1. Dybden på boringerne varierer mellem ca. 2 og 3 meter under terræn.
Figur 1: Boringer med prøveudtagninger.
Hydrologiske afgrænsninger
I grundvandsmodeller defineres der typisk to typer af afgrænsninger: Ydre og indre randbetingelser. De ydre randbetingelser beskriver, hvordan grundvandsmodellen interagerer med det omkringliggende miljø (atmosfæren, tilstødende landområder og havet). Indre randbetingelser beskriver vandudveksling i vandkredsløbet (f.eks. oppumpning af drikkevand).Indre randbetingelser
De indre randbetingelser består af udveksling mellem grundvandet og andre dele af vandkredsløbet, der ikke er en del af grundvandsmodellen. Det er f.eks. oppumpning af grundvand og ind- og udsivning fra og til vandløb. I Kærby-området er der oppumpning af grundvand på den gamle vandværk på Sønderbro 53. I selve Kærby byområde eksisterer der også en række mindre private oppumpninger af grundvand fra f.eks. kældre og lign., der ikke er medtaget i grundvandsmodellen. I grundvandsmodellen er oppumpninger af grundvand simuleret via MODDLOW's WEL modul, hvor pumpemængderne er udtrækket fra indberetninger til Jupiter databasen. Østeråsystemet løber mod nord sammen med Vester og Øster landgrøft igennem Østerådalen og samles ved fisketrappen før, at åløbet udmunder i Limfjorden. Vandløbene er i modellen medtaget for at simulere ind- og udsivningen fra vandløbene afhængigt af vandstanden i vandløbene og placeringen af grundvandsspejlet ved brug af MODFLOW's RIVER modul.
Der er en relativ høj indsivning af grundvand til de aldrende afløbssystemer i Aalborg. I Kærby området er der målt en grundvandsindsivning under tørvejrsperioder på omkring 4-6 gange spildevandsproduktionen i oplandet. Derfor har afløbssystemet en drænende effekt på grundvandsspejlet i de lavtliggende området i Aalborg by. Afløbssystemet i Aalborg inkluderet i modellen som dræn. I Kærby eksisterer der data til at bestemme vandvolumen på grundvandsindsivningen til afløbssystemet, hvorfor modellen er kalibreret ind til at have en fejl på ca. 15 % over en semi-stationær periode. For det resterende del af afløbsystemet i Aalborg er dræningen fra afløbssystemet kalibreret efter målinger af vandspejlskoten, se kalibreringsafsnit.
Ydre randbetingelser
Grundvandsdannelsen til det øvre lag er udtrækket fra det Hydrologiske Informations- og Prognosesystem's (HIP) resultatdatabase og er simuleret af DK-modellen's To-lagsmodel, der beregner grundvandsdannelsen ud fra nedbør, aktuel fordampning og vandindholdet i rodzonen. Dermed er den umættede zone ikke med i grundvandsmodellen, hvilket er antaget som acceptabelt grundet en lille umættet zone i Kærby med en tykkelse på 1 til 1,5 meter.
Grundvandsmodellen's vertikale udstrækning er fastsat til 50 meter under toppen af kalken, hvor den dybere kalk antages impermeabel. Den nedre randbetingelse mellem den øvre og nedre kalk er derfor afspejlet med ingen vandudveksling.
De øvre 50 meter af kalken er antaget at have en betydelig højere hydraulisk ledningsevne med en faktor to, hvilket er nok til at danne en separation af flow mellem det øvre og nedre kalklag [2, 3].
For den nordlige afgrænsning er trykniveauet i det øverste lag sat til at være i det semi-stationære havniveau i kote 0. For de dybere lag er det antaget, at der ingen vandudveksling forekommer på tværs af Limfjorden. For den vestlige, østlige, og sydlige afgræsning er der fastholdt trykniveau i alle lag, hvor trykniveauet er udtrækket fra HIP's periodevise stationære modelresultater.
Figur 1: Når det ferske grundvand møder saltvandet ved Limfjorden opstår der en barriere mellem det grundvandet og saltvandet grundet densitetforskellen.
Hydrauliske egenskaber
De hydrauliske egenskaber beskriver evnen for et geologisk lag til at transportere og opmagasinere vand og er bestemt af partikelstørrelse og forbindelsen mellem porehulrummene. Den hydrauliske ledningsevne beskriver hvor hurtigt vand gennemstrømmer et geologisk jordlag. Typisk har sand- og grusaflejringer en høj hydraulisk ledningsevne og modsat har leraflejringer en lavere hydraulisk ledningsevne. Den hydrauliske ledningsevne varierer typisk indenfor de enkelte jordlag. Typisk er der også retningsbestemt variation (anisotropi), der afhænger af den orientering, som jordlagene blev aflejret i.
Grundet manglende viden om rumlig udstrækning og hydrauliske egenskaber af de enkelte jordlag, så er det nødvendigt at samkoble jordlag med mindre udstrækning og beskrive dem med effektive hydrauliske parametre. Typisk er tynde sandlag, sprækker, og lignende i lerlag således ikke tilstede i den hydrogeologiske model, men er i stedet beskrevet via en højere hydraulisk ledningsevne i lerlaget. De hydrauliske ledningsevner for de forskellige lag er givet i Tabel 1.
| Jordlag | K_h | Anisotropifaktor |
|---|---|---|
| Sand | 3.3150E-04 | 10 |
| Sand og Ler | 6.367E-05 | 10 |
| Ler | 6.023E-07 | 10 |
| Sand | 2.710E-04 | 10 |
| Ler | 5.651E-08 | 10 |
| Sand | 2.710E-04 | 10 |
| Ler | 2.134E-07 | 10 |
| Sand og ler | 5.620E-05 | 10 |
| Prekvartært ler | 5.663E-08 | 10 |
| Prekvartært sand og ler | 9.179E-05 | 10 |
| Kalk | 1.000E-05 | 10? |
De hydrauliske ledningsevner vist i Tabel 1 er brugt som udgangspunktet for modelkalibreringen (se kalibrering), og er derfor ikke de endelige hydrauliske ledningsevner.
Referencer
[1] Simon Stisen, Maria Ondracek, Lars Troldborg, Raphael J. M. Schneider & Michael John van Til: National Vandressource Model. Modelopstilling og kalibrering af DK-model 2019. GEUS rapport 2019/31.
[2] Freeze, R.A., Witherspoon, P.A., 1967. Theoretical analysis of regional ground-water flow: 2. Effect of water table configuration and subsurface permeability variations. Water Resources Research 3 (2), 623e634. http://dx.doi.org/10.1029/WR003i002p00623.
[3] Anderson MP, Woessner WW, Hunt RJ (2015). Applied groundwater modelling simulation of flow and advective transport. Academic, San Diego, CA