Om den Nationale Hydrologiske Model (DK-modellen)

Den Nationale Hydrologiske Model (også kaldet DK-modellen) er en integreret hydrologisk model for hele Danmark der beskriver både de naturlige hydrologiske kredsløb og menneskelige påvirkninger. Modellen simulerer hele ferskvandets kredsløb med nedbør, fordampning, infiltration, overfladisk afstrømning, grundvandsdannelse, drænafstrømning samt afstrømning fra grundvand til vandløb, søer og hav.

Modellen er en fysisk baseret koblet grundvand-overfladevandsmodel og den integrerede tilgang er afgørende for danske forhold, idet her gælder en meget stærk interaktion mellem grundvand og overfladevand, bland andet fordi vandforsyningen i Danmark er næsten 100% baseret på grundvand.

Modellen er udviklet og vedligehold hos GEUS siden 1996 og blev oprindeligt udviklet som en national vandressource model. Siden da er den udviklet og anvendt til at kunne adressere den lange række af hydrologiske problemstillinger som kræver en integreret hydrologisk tilgang og modellen har i dag en høj detaljeringsgrad (100x100m grid) og simulerer hele det hydrologiske kredsløb for hele landet, grundvand - både det dybe- og det terrænnæregrundvand - i interaktion med overfladevand i realtid hvor f eks. hydrologiske indeks kan følges på daglig basis.

Modelsystem og submodeller

DK-modellen er opstillet i modelsystemet MIKE SHE/MIKE HYDRO, som er et deterministisk og fysisk baseret fuldt distribueret modelsystem, der beskriver de væsentligste strømningsprocesser i landfasen af det hydrologiske kredsløb.

MIKE SHE anvendes til beskrivelse af fordampning fra jordoverfladen og rodzonen, den overfladiske afstrømning (2D), strømning i den umættede (1D) og mættede (3D) del af grundvandssystemet inklusive drænvandsafstrømning (2D).

MIKE SHE er koblet til MIKE HYDRO, hvor afstrømningen i vandløb beregnes (1D).

Modelsystemet afvikles i MIKE ZERO. 

Af beregningsmæssige årsager er det nødvendigt at opdele DK-modellen i flere regionale submodeller (DK1–DK7), afgrænsende efter landsdele og grundvandsskel.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Vandets kredsløb

Vinden fører vanddamp med sig, og når den er tung nok, falder den ned som regn eller sne. Når det regner over land, vil en vis del af vandet straks fordampe fra overfladen, men størstedelen af regnen vil sive ned i jorden.

En del af det vand, der siver ned, bliver i rodzonen og optages af planternes rødder og sendes tilbage op i luften gennem bladene. Det vand, som slipper forbi rodzonen, fortsætter nedad, løber i mellemrummene mellem jordpartikler og mineralkorn, og efter noget tid når det ned til den øverste del af det, der kaldes den mættede zone, fordi vandet her har udfyldt alle mellemrummene. Herefter kalder man det grundvand.

På vej ned gennem jorden er der mange vekslende geologiske lag, som påvirker grundvandets strømningshastighed og retning. Vandet har for eksempel svært ved at trænge gennem ler, men let ved at trænge gennem sand og opsprækket kalk. Derfor er det også fra sand og kalk, man pumper det op til drikkevand. Næsten alt drikkevand i Danmark er grundvand, som pumpes op.

Når vandet når grundvandsspejlet, begynder det at opføre sig mere som én sammenhængende vandmasse, hvor det også kan strømme sidelæns og for den sags skyld opad under visse forhold. Da det med tiden vil regne igen, kommer der nemlig nyt vand til, der maser på fra oven og derfor tvinger grundvandet nedefter og ud. 

En meget stor del af vandet når dog ikke ret langt i denne tilstand, før det rammer et dræn i form af en sø, et vandløb, en utæt kloak eller andet. Herfra bliver det ført tilbage til havet, hvor det starter forfra som havvand, damp og så nedbør. 

Det vand, der ikke ryger den vej, vil beholde sin status som grundvand i længere tid og vil fortsætte rejsen nedefter styret af tyngdekraften, landskabets hældning og trykforskelle. 

Læs mere om det hydrologiske kredsløb

Geoviden:
Grundlæggende grundvand

Vandkredsløbet i DK-modellen

Se et udvalg af nogle overordnede processer i vandkredsløbet, der indgår i DK-modellen. 

Geologisk model

Den hydrogeologiske model i DK-modellen er baseret på den Fælles Offentlige Hydrogeologiske Model (FOHM) udviklet af Miljøstyrelsen. Den beskriver de dominerende hydrostratigrafiske lagfølger i Danmark og er opdelt i 4 modeller for hhv. Jylland, Fyn, Sjælland og Bornholm.

Klimadata

Der er anvendt daglige værdier af nedbør samt temperatur og potentiel fordampning. Data er baseret på DMI’s klimagrid 10x10 km for nedbør og 20x20 km for temperatur og fordampning.

Arealanvendelser og jordtyper

Arealanvendelse er baseret på detaljerede kort over arealanvendelsen i Danmark samt over databaser for vegetationsudvikling. Desuden anvendes Danmarks Jordartskort til beskrivelse af de jordfysiske egenskaber i rodzonen.

Vandløb

Vandløb beskrives med MIKE HYDRO og er i DK-modellen repræsenteret ved ca. 18.000 km vandløbsnetværk. Disse vandløbsstrækninger vurderes at kunne give en tilstrækkelig beskrivelse af kredsløbet på oplandsskala samt analyser af effekter af vandindvinding og klimaændringer.

Diskretiseringer

Under modelopstillingen er det udnyttet, at MIKE SHE giver mulighed for at anvende forskellige diskretiseringer for hhv. arealanvendelse, jordtyper samt den geologiske og den numeriske model.

For at udnytte opløsningen i de tilgængelige data optimalt er der anvendt en horisontal diskretisering i model-input og den geologiske model på 100x100 m. Det har dog ikke været praktisk muligt at kalibrere den numeriske model i denne opløsning, hvorfor der her er anvendt en horisontal diskretisering på 500x500 m.

Der anvendes daglige tidsskridt i modellen.

Indvindinger og Markvanding

Samtlige indvindinger lagret i Jupiter, uden skelen til indvindingernes størrelse og betydning for vurdering af den overordnede vandbalance, er inkluderet i modellen.

Samtlige indvindinger er endvidere fordelt ud på de enkelte indtag indenfor et anlæg. Denne fremgangsmetode er begrundet i ønsket om at opbygge modellen, så den i videst muligt omfang kan anvendes som udgangspunkt for detailmodeller.

Markvanding indgår i modellen med et fastsat areal omkring boringen, og mængden er behovsstyret efter vandindholdet i rodzonen.

Typografi og dræn

Modeltopografien er baseret på den Danske Højdemodel (1,6m DHM).

Dræn i DK-modellen repræsenterer kunstige dræn, små vandløb og grøfter, der ikke er inkluderet i vandløbsopsætningen i MIKE HYDRO.

Dræn er i DK-model 2019 differentieret efter arealanvendelse, jordtype og topografisk variabilitet.

Kalibrering og validering

DK-modellen er kalibreret og valideret mod et stort observationsdatasæt, som inkluderer 305 vandføringsstationer med daglige data og ca. 40.000 grundvandspejlboringer på tværs af landet.

Modelkalibrering og -validering sikrer, at modellens prædikative evne optimeres og kan kvantificeres.