Analyse af pejledata og potentialeforhold i grundvandet – HeadAnalyser

Datamaterialet til at vurdere grundvandets strømningsretning og den hydrauliske gradient er ofte spinkelt ved indledende undersøgelser. Der kan også ved større datasæt være udfordringer ved for eksempel:

• Mange data på et relativt lille areal – måske kun på selve den forurenede grund – så forskellen mellem de målte potentialer i boringerne er mindre end  måleusikkerheden på pejlingerne
• Boringer er placeret meget snævert i området, så det er svært entydigt at bestemme strømningsretningen
• Der er målinger fra flere adskilte grundvandsmagasiner, så data skal opdeles på de enkelte magasiner
• Fejlbehæftede data pga. unøjagtighed af kote, boringskoordinater, eller pejling.

Det er væsentligt at identificere disse fejlkilder og luge ud i data, inden potentialekort optegnes, eller data bruges til vurdering af grundvandets hastighed ved hjælp af Darcy’s lov. Rick Devlin, Kansas University har udviklet et Excelbaseret værktøj, som beregner grundvandets strømningsretning og den hydrauliske gradient (Devlin and Schillig, 2017).

Beregningerne af strømningsretningen baserer sig på, at man ved tre målepunkter kan beregne retning og hydraulisk gradient ud fra trigonometri (figur 1). Hvis man har flere målepunkter, kan der for hver ny trekant med et sæt af tre målepunkter beregnes strømningsretning og hydraulisk gradient.

Vi har videreudviklet dette program i en brugervenlig version, som kan genere forskellige plot og beregninger. Programmet er udviklet i Python, men har en brugerflade, så der ikke er behov for installering eller kendskab til Python for at bruge programmet, se figur 2. Programmet er tænkt som et analyseværktøj til pejledata og har derfor fået navnet ”HeadAnalyser”.

FIGUR 1 Illustration af beregnet strømningsretning ud fra tre boringer med målinger af grundvandspotentialet

FIGUR 2 Brugerflade for headanalyser 

 

Beregningerne i programmet vurderer kvaliteten/usikkerheden af data ved at se på trekanternes geometri og forskellen mellem potentialerne i forhold til måleusikkerheden. Hvis forskellen mellem potentialer er mindre end måleusikkerheden kasseres beregningen.

På den måde kan der udføres en vurdering af strømningsretningen og variationen mellem de beregnede retninger for alle ”godkendte” trekanter (figur 3). Tilsvarende kan den gennemsnitlige hydrauliske gradient og spredningen på denne beregnes (figur 4). Der kan optegnes strømningspile, og det kan identificeres, hvilke målepunkter der potentielt er fejlbehæftede. Hvis man vil dykke ned i selve beregningerne, anbefales det at læse Devlin og Schillig (2017), som giver den videnskabelige baggrund for HeadAnalyser.

FIGUR 3 Beregning af grundvandets strømningsretning på pejlinger af grundvandsspejlet og boringernes koordinater

Datapunkter kan elimineres, hvorefter  der dynamisk udføres en genberegning. Data kan også sorteres efter filterdybde eller placering i området, så der er mulighed for at identificere atypiske data eller flere magasiner i området. Pejledata  bliver automatisk kontureret med en simpel interpolationsrutine, der kan vælges mellem flere muligheder, så der er et første bud på et potentialekort. Kortet opdateres løbende, når data frasorteres, men er ikke det primære output fra programmet. Hvis man vil producere et potentialekort, anbefales det at bruge HeadAnalyser til dataanalysen og derefter eksportere det endelige datasæt til et andet program, såsom  Surfer eller Q-GIS, hvor selve kontureringen derefter kan foretages.

HeadAnalyser kan hentes fra hjemmesiden: https://www.sara.env.dtu.dk/ under Modelværktøjer.

FIGUR 4 Stolpediagrammet viser variationen i den beregnede hydrauliske gradient i et grundvandsmagasin

   

Reference

Devlin, J.F., Schillig, P.C., 2017. HydrogeoEstimatorXL: an excel-based tool for estimating hydraulic gradient magnitude and direction.

Hydrogeol. J. 25 (3), 867–875. https://www.doi.org/10.1007/s10040-016-1518-4