Modellering af det terrænnære grundvand: metode og analyse sammenligning

Abstract

Dette speciale fokuserer på analyse og modellering af det terrænnære grundvand. I juni 2025 blev der vedtaget ny dansk lovgivning, som pålægger forsyningsselskaber at håndtere terrænnært grundvand i områder, hvor kommunerne tildeler denne pligt. På nuværende tidspunkt er der dog begrænset viden om, hvilket analyse-, model- og designniveau der er nødvendigt for dimensionering af dræn og risikovurdering i forhold til terrænnært grundvand. Specialet undersøger et casestudie i Auning, hvor der allerede er kendte problemer med højtstående terrænnært grundvand. Undersøgelsen udføres på flere niveauer. Først gennemføres en screening ved hjælp af regionale modeller, historiske kort og registreringer af lokale menneskelige påvirkninger. Derefter følger en analyse af målinger af grundvandsstanden: data indsamlet af Rambøll mellem december 2024 og maj 2025 samt supplerende målinger, der dækker perioden december 2020 til juni 2025. Resultaterne viser, at nogle områder står over for større udfordringer med terrænnært grundvand end andre. Lovgivningen fastslår, at de valgte metoder skal baseres på samfundsøkonomiske cost-benefit-analyser. I dette speciale vurderes den potentielle etablering af underjordiske dræn i eksisterende vejarealer ved hjælp af to tilgange: en forenklet analytisk løsning og en mere avanceret numerisk model, MIKE SHE. Begge tilgange giver resultater af sammenlignelig størrelsesorden, men adskiller sig i graden af usikkerhed. Den analytiske løsning bygger på flere antagelser om strømningsforhold og er begrænset til stationære tilstande, mens MIKE SHE er transiente, inkluderer en større del af den hydrologiske cyklus og kan udføre beregninger af drænafstrømning på tværs af flere områder samtidigt. MIKE SHE vurderes derfor at være mere velegnet til højrisikoområder tæt på beskyttet natur eller eksisterende bygninger, mens den analytiske tilgang kan være tilstrækkelig i lavrisikoområder længere væk fra sårbare lokaliteter. En central erkendelse er, at det terrænnære grundvand i høj grad påvirkes af vandindholdet i kapillarzonen. MIKE SHE anvender en forenklet beskrivelse af den umættede zone, og denne simple repræsentation blev evalueret mod en dedikeret umættet zone-model, Moving Mean Slope (MMS)-modellen. MMS var i stand til at simulere målte grundvandsstande med en nøjagtighed på 0–10 cm og gengav dynamikken og variationerne i grundvandsstanden i langt højere grad end MIKE SHE. Specialets bredere perspektiv er, at det nødvendige detaljeringsniveau for modelleringen bør bestemmes ud fra risikovurderingen af det undersøgte område. En høj risikovurdering bør derfor matche en mere detaljeret model. Særligt viser MMS potentiale som supplement til regionale screeningsværktøjer som HIP og KAMP ved at inddrage Jordartskortet i disse screeningsværktøjer for at tage højde for grundvandsstigning forårsaget af processer i kapillarzonen. Dette kunne opnås gennem en stationær løsning for MMS, der er afhængig af jordtype og nedbør.

This master thesis focuses on the analysis and modelling of near-surface groundwater. In June 2025, new Danish legislation was passed, requiring utility companies to manage near-surface groundwater in areas where municipalities assign this responsibility. However, at the present moment there is limited knowledge on the appropriate level of analysis, modelling, and design required for subsurface drainage and quantification of risk regarding near-surface groundwater. The thesis investigates a case study in Auning, where problems with high levels of near-surface groundwater are already known. The investigation is carried out on several levels. First, a screening is performed using regional models, historical maps, and records of local human impacts. This is followed by an analysis of groundwater level measurements: data collected by Rambøll between December 2024 and May 2025, and additional measurements covering December 2020 to June 2025. The results indicate that some areas face greater challenges with near-surface groundwater than others. The legislation stipulates that chosen methods should be based on socio- economic cost-benefit analyses. In this thesis, the potential implementation of subsurface drains in existing road areas is evaluated using two approaches: a simplified analytical solution and a more advanced numerical model, MIKE SHE. Both approaches produce results of comparable magnitude, though they differ in the level of uncertainty. The analytical solution relies on several assumptions about flow and is limited to stationary conditions, whereas MIKE SHE is transient, incorporates a larger part of the hydrological cycle and can conduct calculations of the sub-surface drainage across multiple areas simultaneously. MIKE SHE is therefore considered more suitable for high-risk areas close to protected nature or existing buildings, while the analytical approach may be sufficient for lower-risk areas located further away from sensitive sites. A key understanding is that near-surface groundwater is strongly influenced by the water content in the capillary zone. MIKE SHE uses a simplified representation of the unsaturated zone, and this simple representation was evaluated against a dedicated unsaturated zone model, the Moving Mean Slope, MMS model. MMS was able to simulate measured groundwater levels within 0– 10 cm accuracy and captured the dynamics and fluctuations of groundwater levels to a much higher degree than MIKE SHE. The broader perspective of this thesis is that the required level of model detail should be determined by the risk assessment of the area under investigation. A high-risk assessment should therefore be matched with a more detailed model. In particular, MMS shows potential as a complement to regional screening tools such as HIP and KAMP, adding Jordartskortet to these screeningtools to account for groundwater rise caused by processes in the capillary zone. This could be achieved through a stationary solution for MMS that that soil and precipitation dependent.

A master thesis from Aalborg University

Modellering af det terrænnære grundvand: metode og analyse sammenligning