Untitled Document

Grundvandsstrømning ved Hampen Sø

Hampen Sø er i sin nuværende tilstand en af Danmarks reneste og mest klarvandede søer, hvilket blandt andet fordrer et varieret og rigt dyre - og planteliv. Tidligere har søen ligget i et åbent hedeslettelandskab, hvor søen er forekommet naturligt næringsfattig. Efter landbrugets effektivisering og stigende udledning af næringssalte er eutrofiering af Hampen Sø gradvist sat ind, men da store dele af søens opland dyrkes som skovbrug og ikke landbrug, har påvirkningen været mindre end set ved andre søer (Fig. 1). Ydermere er udledningen af næringssalte til søen de seneste årtier begrænset væsentligt, hvilket har bevirket, at Hampen Sø i sin nuværende tilstand stadig forekommer relativ ren.

Fig. 1 Hampen Sø med tilstødende skov - og landarealer. Den stiplede linie afgrænser oplandet i nord, syd og øst. Det overordnede strømningsmønster simuleret omkring Hampen Sø og dens opland fra den numeriske grundvandsmodel. Strømningsretningen (pile) er vinkelret på isopotentialelinierne markeret med blåt. Således er den principielle strømningsretning fra grundvandsskellet omkring den jyske højderyg og mod vest (se også Fig. 2).

Modsat mange andre danske søer har Hampen Sø ingen permanente tilløb, men kun små grøfter der periodevis afdræner mindre arealer til søen. Vandtilstrømningen til Hampen sø er således fokuseret som vandudveksling mellem det tilgrænsende grundvandsmagasin og søen. Grundvandstilstrømningen er dermed en væsentlig faktor i vandbalancen for Hampen Sø, men også primær kilde til søens næringsstofberigelse og medfølgende eutrofiering.

Der findes et enkelt afløb i den vestlige og lavvandede del af søen, som kun er vandførende i perioder med høj vandstand. Tilsvarende grundvandstilstrømningen formodes afstrømning fra søen til grundvandet også at finde sted. Hvorvidt vandstrømningen er fra grundvandsmagasinet til søen eller modsat, er afhængigt af den hydrauliske gradient mellem disse. Positiv hydraulisk gradient (+∆h) mellem grundvandsmagasinet og søen afstedkommer grundvandstilstrømning til søen, mens negativ gradient (-∆h) medfører afstrømning. Fig. 2 viser hvordan til - og afstrømningszoner defineres ud fra gradienten. Søens vandoverflade er ~79,1 m.o.h. Øst for søen gælder at h (hydraulisk trykniveau) > 79,1, mens h < 79,1 vest for søen.

Fig. 2 Principskitse af grundvandsstrømning ved Hampen Sø. Skitsen viser hvorledes ind - og udstrømningsområder defineres ud fra den hydrauliske gradient, markeret ved trykdifferensen ∆h, med en positiv gradient i søens østlige ende og en negativ i den vestlige ende. Profilet er markeret ved den grå linie på fig. 1.

Den foreløbige geologiske model for området ved Hampen Sø, beskriver et øvre og et nedre sandlag adskilt af et til to lerlag (Fig. 3). Den manglende hydrauliske kontakt mellem det øvre og nedre sandlag adskiller dermed også hydrogeologien i et øvre og nedre grundvandsmagasin.

Fig. 3 Geologisk profil igennem Hampen Sø.

Ved udregning af vandbalancer for søer har der traditionelt været fokus på vandbalancens mere tilgængelige og målbare parametre som nedbør, fordampning og overfladisk til - og afstrømning. Medregnes grundvandsudvekslingen ikke i vandbalancen vil denne ofte indeholde store fejl og specielt for en søtype som Hampen sø, hvor til - og afstrømning fra det tilgrænsende grundvandsmagasin er stor.

For at bestemme og karakterisere grundvandsudvekslingen ved Hampen Sø er flere felt - og beregnings metoder benyttet. Til direkte bestemmelse af til - og afstrømning i forskellige områder af søen er såkaldte seepagemetre benyttet. Et seepagemeter består af en overskåret olietønde påmonteret en ventil, hvor en 5-10 liters plastpose kan fastgøres. Den overskårede del af olietønden presses ned i søens bundsediment, det pågældende sted grundvandsudvekslingen vil undersøges, og efter seepagemeteret har stået uberørt i 15-20 min., fastgøres plastposen til tøndens ventil. Et bølgeafskærmende element sættes ned over plastposen. Efter nogle timer kan plastpose og ventil afmonteres og vandtilstrømnigen kan måles. Fig. 4 viser et seepagemeter placeret på 1m vand.

Fig. 4 Seepagemeter monteret i Hampen Sø. Ventilen med påsat pose til måling af til - eller afstrømning ses under plexiglasafskærmningen.

Resultater fra seepagemetermålinger viser tilstrømning over 1m2 søbund på op til 3 l/t (l/tm2), mens afstrømningen er målt op til 0,05 l/tm2. Samtidig viser seepagemetermålingerne, at til - eller afstrømningen kan variere meget indenfor få meter.

En anden, men mere indirekte bestemmelse af grundvandsudvekslingen kan ske ved måling af den hydrauliske gradient. Det foregår ved enten at banke filtersatte stålrør 1 meter ned i søbunden (fig. 2), eller ved brug af potentiometer. Et potentiometer består af et pælebor med den modifikation, at der yderst i sneglen sidder et lille filter forbundet med en 5 mm plastslange, der løber op og ud af pæleborets håndtag. Potentiometeret fungerer ved at måle trykforskellen mellem søens fri vandoverflade og det hydrauliske trykniveau i søbunden, hvor potentiometerets filterspids bores ned i.

Ud fra den hydrauliske gradient (dh/ds) og søbundens hydrauliske ledningsevne, kan grundvandsstrømningens størrelse beregnes ved Darcy’s lov.

Undersøgelser af sø - og grundvandets isotopsammensætning kan også bidrage med information om vandudvekslingen. Ved fordampning af søvand fra søens overflade sker der en fraktionering af de stabile iltisotoper, 16O og 18O. Ved fraktioneringen beriges søvandet relativt med 18O i forhold til 16O. I relation til grundvandet, der har et fast 18O/16O forhold, kan søvand og grundvand adskilles på baggrund af deres forskellige isotopsignatur. Den porøse overgangszone mellem søvand og grundvand vil dermed være præget af blandingsforholdet mellem de to komponenter.

I søens tilstrømningsområder vil opblandingen mellem sø - og grundvand være præget af grundvandsstrømningen i retning mod søen, mens den diffusive transport af søvand også vil virke mod land. I udstrømningszonen, hvor søvandet strømmer fra søen til det omgivende grundvandsmagasin, vil isotopsignalet fra søvandet findes længere væk fra søen. Fig. 5 viser forskelle i iltisotopsammensætningen mellem de to zoner ved Hampen Sø.

Fig. 5 Forholdet mellem 18O og 16O beskrives ved δ18O som gives i forhold til den vedtagne ”Vienna Standard Mean Ocean Water” standard og regnes i promille. Ved positiv forøgelse af δ18O bliver prøven mere forarmet i den lette 16O. Udover resultaterne fra af - og tilstrømningszonerne ses længst til venstre δ18O for henholdsvis grundvand fra området og søvand fra Hampen Sø. -30m angiver afstand fra søbred (0m) og ud i søen, mens 90m angiver afstand fra strandkant mod land. Standardafvigelse for δ18O var 0,10. Prøverne er udtaget ca. 1m under grundvandsspejl eller under søbund.

For afstrømningsskurven ses jævnt aftagende δ18O-værdier mod land. Formodes den lineære tendens fortsat, vil δ18O efter 90-100m på land opnå rene grundvandsværdier. δ18O ved tilstrømningszonen viser mindre udsving men ellers værdier, der tilnærmer sig grundvandet. En tydelig forskel ses også ved sammenligning af prøverne udtaget under søen (fra -0 til -30m) for de to zoner. Ved tilstrømningsområdet ses værdier lige under -8, mens de ved afstrømningsområdet ligger på omkring -3,5. Dette giver et tydeligt signal om, hvorvidt porevandet 1 m under søbunden er sø - eller grundvandsfødt.

Udover de beskrevne målemetoder til kvalificering og kvantificering af grundvandsudvekslingen ved Hampen Sø, bruges numeriske beregnings modeller også til verificering og estimering af hydrauliske parametre såvel som elementer i vandbalancen for søen. På Fig. 1 ses hvordan isopotentialelinier for den overfladenære aquifer er simuleret af en numerisk beregningsmodel.

De hydrogeologiske undersøgelser omkring Hampen Sø, den oparbejdede viden omkring interaktionen mellem grundvand og søvand ved sådanne seepage-søer, skulle gerne på sigt indgå som naturlige overvejelser ved beregninger af vandbalancer. Større præcision i de ofte mindre rigtige vandbalancer estimeret for søer, vil formodentlig medføre en bedre indsats for både bevarelsen af rene søer, men også i restaurering af i forvejen forurenede søer. Ydermere kan de hydrogeologiske undersøgelser af forureningskilden på oplandsskala give information til restaurering og bevarelse af et bæredygtigt sømiljø.

De hydrogeologiske undersøgelser omkring Hampen Sø foretages af Københavns Universitet, Afdeling for Geografi og Geologi, samt De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland – GEUS, der begge er deltagende institutioner i Center for sørestaurering.