GRAVA - Modelopstilling

Modelopstilling

Grundvandsmodellen er en deterministisk og fuldt distribueret model, som beskriver de væsentligste strømningsprocesser i det hydrologiske kredsløb. Modellen beskriver tre-dimensionel grundvandsstrømning i den mættede zone samt én-dimensionel drænvandsindstrømning.

Modellen er stationær (uforandret over tid), hvilket gør, at modelresultaterne viser periodsevise konstante tilstande men kan ikke bruges til at simulere enkelthændelser. Modellen er opstillet i MODFLOW 2005 modelkoden og er opbygget via flopy version 3.3.2.

I modelopsætningen er følgende moduler fra MODFLOW anvendt:

I nedenstående gennemgåes kun de moduler, hvori der indgår variabler der senere kalibreres. For de resterende moduler henvises der til MODFLOW's manual.

River Package (RIV) - Modellering af vandløb

Vandløb er modelleret som et trykniveausafhængigt flux, der simulerer vandtransporten mellem vandløb og grundvand. Størrelsen på fluxen er afhængig af trykniveauet i vandløbet og i grundvandet, hvor vandstransporten mellem vandløb og grundvand afhænger af trykgradienten. Dette betyder, at hvis vandstanden i vandløbet er under koten på trykniveauet i grundvandet, så vil grundvandet sive ind i vandløbet. Omvendt så vil vand fra vandløbet udsive til grundvandet, hvis trykniveauet i grundvandet er under vandspejlskoten for vandløbet.

Vandløbsmodul i MOFDLOW.

Figur 1: Implementering af vandstransport mellem grundvand og vandløb. a) viser situationen, hvor grundvandsstanden er højere end vandstanden i vandløbet, hvorfor grundvandet strømmer til vandløbet. b) viser et scenarie, hvor grundvandstanden er lavere end i vandløbet, hvorfor vandløbet udsiver vand til grundvandet.

Fluxen mellem vandløb og grundvandet er modelleret ved formlen nedenunder, hvor $h_{vandløb}$ og $h_{grundvand}$ er vandstanden og trykniveau i hhv. vandløbet og grundvandet. Konduktansen $C_{riv}$ er en konstant, der kalibreres (se Kalibrering):

$$ Q = C_{riv} \cdot (h_{vandløb} - h_{grundvand}) $$

I modelområdet er Østeråsystemet Vester og Øster landgrøfte implementeret som vandløb i de åbne sektioner, hvorimod de lukkede kanaler ikke er inkluderet i modellen, se Figur 1 i Modelområde.

Drain Package (DRN) - Modellering af dræn og utætte afløbssystemer

Dræn er ligsom vandløbene modelleret som en trykniveausafhængigt flux, der har en konduktans som proportionalitetsfaktor. Dræn er typisk kendt fra landbruget, hvor landmanden dræner markerne for vand, der derefter ledes til en grøft, vandløb eller lign. I urbane områder kan de ældre dele af afløbssystemet være meget utætte, hvorfor der ofte forekommer en stor indsivning af grundvand til afløbssystemet. Interaktionen mellem grundvand og afløbssystemer og dræn er modelleret ved differensen mellem vandstand i drænet og grundvandsspejlets niveau. Forskellen mellem DRN-modulet og RIV-modulet er, at hvis grundvandsstanden er under drænets niveau, så påvirker drænet ikke længere grundvandet. Derfor er formlen nedenunder meget ens med formlen for flux til vandløbene.

Når $h_{grundvand} > h_{dræn}$:

$$ Q = C_{drn} \cdot (h_{dræn} - h_{grundvand})$$

Når $h_{grundvand} < h_{dræn}$:

$$ Q = 0 $$

Konduktansen, $C_{drn}$, for dræn-modulet er også medtaget i kalibreringen

Modelgrid og Modeltopografi

Modellen er opstillet i UTM zone 32 EUREF89 og har en rumlig opløsning på 5 gange 5 meter. Modellen er 3-dimensionel med en horisontal opløsning på 5 gange 5 meter og 11 geologigiske lag med variende tykkelser. Modeltopografien er baseret på DHM/Terræn raster på 2,5 meter aggregeret til 5 meter [1]. Til at opstille det 3D dimensionelle grid er programmet GRIDGEN anvendt.

Referencer

[1] Danmarks Højdemodel, https://dataforsyningen.dk/data/926.

Indholdsfortegnelse