For at kunne få et indtryk af grundvandsstrømningen i kalken og kunne modellere den, er det vigtigt at få kortlagt alle de betydende strømningsveje og potentielle hydrauliske barrierer i kalkmagasinet samt potentialeforholdene i området. Anbefalingerne til kortlægningen, som beskrevet både i de foregående og følgende afsnit, tager blandt andet udgangspunkt i:

• Vurdering af storskalastrukturer ud fra undergrundskort
• Beskrivelser af dagsprofiler
• Analyse af tilgængelige seismiske linjer
• Terrænanalyser
• Prøvepumpninger
• Borehulslogging, f.eks. flowlogging
• Vurdering af hydrauliske ledningsevner og specifikke kapaciteter
• Sammenstilling af data i en geologisk model

Den viden der oparbejdes gennem kortlægningen af kalkformationerne og de betydende forhold for grundvandsstrømningen, skal danne baggrund for en overordnet beskrivelse af grundvandsstrømningen i området som kan benyttes i det videre arbejde med opstilling af en grundvandsmodel (se Appendix D).

4.2.1 Kortlægning af sprækkemønstre

På grund af de særlige hydrauliske forhold der hersker i kalken, og som er beskrevet i afsnit 3.2 og 3.3, er det vigtigt med indblik i de dominerende sprækkemønstre for at forstå og f.eks. kunne modellere grundvandsstrømningen i et givent kalkmagasin.

Problemstillinger
I daglokaliteter ved f.eks. kystklinter eller kalkbrud kan separate kalkbænke normalt erkendes, og ofte kan små såvel vertikale som horisontale sprækker identificeres (se afsnit 3.2.3). På denne ret beskedne skala er det tydeligt at kalken fra et strømningsmæssigt synspunkt er heterogen, idet strømningen i væsentligt omfang er knyttet til sprækkerne der agerer som mere eller mindre adskilte strømrør, der med stærkt varierende tykkelse slynger sig mellem spaltevæggene (Rasmussen, 2002).

Når man har flere sprækkesæt vil nogle af sættene være mere hydraulisk aktive end andre. De kan have en større apertur (åbning, spaltebredde) og de kan generelt være større og have en højere konnektivitet, og der er muligvis højere sprækketæthed end for andre sprækkesæt. Disse dominerende sprækkesæt vil kunne skabe en strømningsanisotropi eller et foretrukkent strømningsmønster, se også afsnit 3.3.3.

Anbefalinger
Som en del af forarbejdet med at opstille en geologisk model anbefales det også at udføre en regional tektonisk analyse ud fra undergrundskort og en terrænanalyse, inklusive opstilling af hypoteser omkring dominerende sprækkemønstre.

Et dominerende sprækkesæt er som regel relateret til bestemte tektoniske begivenheder eller forhold og det tilhørende stressfelt. Hvis dannelsen af det dominerende sprækkesæt kan forklares ved en bestemt tektonisk model, kan det være muligt at opskalere en sprækkemodel som er baseret på lokale observationer til at gælde for et større område (kortlægningsområde, region etc.). Den opskalerede sprækkemodel kan så eventuelt benyttes til at opstille en strømningsmodel gældende for kalken i området (Jakobsen & Rosenbom, 2002; Rosenbom & Jakobsen, 2005).

Den mest detaljerede viden om sprækkesystemerne i en kalkbjergart opnås ved at undersøge dem i profiler. Sprækkedata indsamles langs målelinjer der er udlagt langs vægge af blottet kalk ved en kystklint eller i en kalkgrav. For at få repræsentative data, skal man måle langs 3 linjer. En vertikal linje hvor man registrerer de horisontale sprækker, og to horisontale linjer vinkelret på hinanden hvor man registrerer de vertikale sprækker. De to horisontale målelinjer skal være vinkelrette, eller næsten vinkelrette på hinanden, for at sikre at sprækkesystemer, der er næsten parallelle med væggen man måler på, ikke overses eller bliver underrepræsenteret.

Langs med linjerne indmåles sprækkernes skæring med disse, og den enkelte sprækkes orientering måles. Desuden måles sprækkesporslængden og sprækkens form beskrives. For vertikale sprækker angives der ligeledes, hvorvidt de er afgrænset af horisontale sprækker, eller om de skærer flere. De vertikale sprækker kan kategoriseres som enkeltlags- eller flerlagssprækker. I hydraulisk henseende har flerlagssprækkerne en større konnektivitet end enkeltlagssprækkerne og må forventes at have en større betydning for det hydrauliske system.

Ved sprækkeopmåling og sprækkeanalyse kan følgende sprækkeparametre anvendes:

• Orientering: strygning, hældning og hældningsretning måles for hver sprække. Sprækkernes orientering kan vises i et stereonet hvor polen til sprækkeplanerne er udtegnet, eller de vertikale sprækkers strygning kan vises i et rosediagram. I rosediagrammet kan hyppigheden af sprækker med en given orientering aflæses i procent.
• Sprækkesystem: et sprækkesystem defineres ud fra sprækkernes orientering og består af parallelt orienterede sprækker. I et stereonet vil et sprækkesystem blive udtegnet samlet. Ikke-systematiske sprækker udtegnes spredt i stereonettet.
• Sprækkeafstand: sprækkeafstand er defineret som den gennemsnitlige afstand mellem sprækkerne vinkelret på et sprækkesystem.
• Sprækkens skæring med andre sprækker: for de vertikale sprækkers vedkommende er det vigtigt at beskrive om de skærer horisontale sprækker, og om de skærer flere af dem.
• Sprækkefladebelægning: det registreres hvorvidt sprækkefladerne har en belægning af jernoxider og/eller manganoxider, hvilket indikerer hydraulisk aktivitet i sprækken.
• Fyld i sprækken: ler og andre materialer vil reducere den hydrauliske aktivitet.
• Udsivning af vand fra en sprække viser at den er vandførende.

I boringer kan udførelse af flowlogs benyttes til at fastlægge og analysere indstrømningshorisonter i kalken og dermed til at vurdere hvor dybt kalken er opsprækket. Optræder indstrømningshorisonter som spring på flowkurven over få centimeter eller decimeter, er strømningen relateret til en eller flere større sprækker. Indstrømningshorisonter der optræder som en jævnt hældende flowkurve over et længere interval, indikerer derimod at strømningen er relateret til mange små sprækker eller er matrixdomineret. Også måling af temperatur og elektrisk ledningsevne med og uden pumpning kan bidrage med information om indstrømningsmønsteret i en boring.

I boringer er det også muligt at karakterisere sprækker ved hjælp af de to avancerede log-sonder optisk og akustisk televiewer. Sonderne optager et 360 grader henholdsvis optisk og akustisk billede af borehulsvæggen hvor det akustiske billede viser variationer i hårdheden af væggen. Begge logtyper vil vise forekomsten af f.eks. sprækker og flintlag med mulighed for at tolke både deres strygning og hældning. Optisk og akustisk televiewer viser imidlertid kun hvor der er sprækker i formationen, og ikke om de er hydraulisk aktive. En hydraulisk tolkning af disse skal derfor kombineres med målinger fra flowlogs og temperatur og ledningsevne med og uden pumpning.

Endelig kan prøvepumpninger ofte give oplysninger om kalkens samlede hydrauliske egenskaber og f.eks. foretrukne strømningsretninger (se også afsnit 3.3.3 og Appendix A).

4.2.2 Kortlægning af lavpermeable horisonter

Lavpermeable horisonter i kalken kan have betydning for både grundvandsdannelsen, grundvandsstrømningen og vandkvaliteten. De kan både medvirke til at begrænse nedtrængende forurening og begrænse saltvandsudvaskningen samt udgøre barrierer for grundvandsstrømningen.

Problemstillinger
Især i Lellinge Grønsand Formationen og skrivekridtet optræder lavpermeable horisonter bestående af lerede eller merglede lag. Betydningen af disse horisonter er størst hvor kalken er mindst påvirket af sprækker, dvs. uden for tektonisk påvirkede områder og i områder hvor kalken f.eks. er mindre påvirket af isbelastning og -aflastning.

I praksis betyder det at lavpermeable horisonter f.eks. kan have stor betydning i skrivekridtet. Hvor overgangszonen mellem fersk og salt grundvand i skrivekridt mange steder optræder som et diffusionsprofil med dybden, kan tilstedeværelsen af ler eller mergellag medføre en mere abrupt grænse i forbindelse med det lavpermeable lag som begrænser udvaskningen af det salte vand (Klitten og Wittrup, 2006; Hinsby m.fl., 2003). I Nielsen og Jørgensen (2008) konkluderes det at der syd for Aalborg optræder en lokalt udbredt mergelhorisont, som opdeler skrivekridtet i et øvre og nedre grundvandsmagasin med forskellige trykniveauer og grundvandskemi. I det øvre magasin træffes ofte nitratholdigt vand, mens saltvand som hovedregel kun findes under mergelhorisonten. Saltvandsgrænsen optræder som en gradvis overgangzone over 50 m som typisk først indtræffer 20 m eller mere under mergelhorisonten.

I Jensen (2003) er det endvidere beskrevet hvordan man ud fra prøvepumpningsresultater tolker, at Lellinge Grønsand Formationen som reservoir er opdelt i mange mindre kalklag (aquiferer) adskilt af lerlag (aquitarder) og uden hydraulisk kontakt, og dermed fremtræder som lukkede kar. Det byder således på nogle særlige tolkningsmæssige udfordringer når boringer er filtersat i forskellige magasinhorisonter.

Herudover betyder kalkens specielle egenskaber som grundvandsmagasin hvor transmissiviteten primært er knyttet til sprækker og i langt mindre grad til matrixpermeabilitet - der som regel er flere størrelsesordener mindre end den sekundære sprækkepermeabilitet (Nygaard, 1993) - og hvor grundvandsstrømningen ofte er knyttet til bestemte intervaller i kalken, at f.eks. forsætninger af lagene kan komme til at udgøre vertikale hydrauliske barrierer ved afskæring af vandførende horisonter.

Anbefalinger
Mergellag og andre lavpermeable horisonter optræder typisk med beskedne tykkelser – ofte i cm-skala – og selvom der kan være en tilstrækkelig modstandskontrast mellem kalken og interne mergellag, er opløseligheden i de elektriske og elektromagnetiske metoder ikke tilstrækkelig god til at mergellagene kan identificeres. Den ringe mægtighed af mergellagene betyder også at de ikke kan kortlægges ved hjælp af seismiske metoder.

Lavpermeable horisonter af ler og mergel kortlægges således bedst med borehulslogging. Ler og mergellag fremtræder ofte tydeligt som maksima på både naturlig gamma og induktionlogs, og som minima på resistivitets-logs.

Der kan ofte optræde flere lavpermeable horisonter i en boring, og gennem logstratigrafisk tolkning (se også afsnit 4.1.2 og 4.1.3 samt Appendix C) kan det afgøres hvilke lag der skal korreleres til hinanden fra boring til boring. På den måde kan det f.eks. i Lellinge Grønsand Formationen være muligt at udrede hvilke boringer der er filtersat i hvilke magasinhorisonter. I nogle tilfælde kan tilstedeværelsen af lavpermeable horisonter som beskrevet ovenfor også tolkes indirekte ud fra prøvepumpningsresultater (se også Apppendix A).

Bløde og ikke opsprækkede dele af kalken kan udgøre tykke intervaller med lav vandføringsevne. De kortlægges bedst med udførelse af flowlogs (se også afsnit 4.2.1) som viser indstrømningshorisonterne i kalken som spring eller hældende forløb på flowkurven, og hvor intervaller uden indstrømning vil fremvise et konstant kurveforløb. Hvis udførelse af flowlogs kombineres med inddeling af kalken i stratigrafiske enheder ved hjælp af logstratigrafi (se også afsnit 4.1.2 og 4.1.3 samt Appendix C) og karakteristik af enhedernes fysiske parametre, kan dele af kalken med lav permeabilitet og vandføringsevne identificeres og korreleres fra boring til boring.

4.2.3 Kortlægning af grundvandspotentialet

Kendskabet til grundvandspotentialet er relevant for at vurdere strømningsforholdene i kalken, størrelsen af den tilgængelige ferskvandsressource samt optegning af indvindings-oplande hvor der skal ske beskyttelse af grundvandsmagasinet. Desuden har den tidslige udvikling af grundvandspotentialet betydning for ændringer i grundvandets kemiske og kvantitative tilstand.

Potentialekortlægningen kan også medvirke til at give nye oplysninger om geologien. Det er i den sammenhæng vigtigt at holde øje med pludselige spring i potentialet som ikke umiddelbart kan forklares ud fra den eksisterende hydrogeologiske viden.

Problemstillinger
Kalkmagasinerne er kendetegnede ved at være regionalt udbredte magasiner hvor interne hydrauliske barrierer og sprækkesystemer har afgørende betydning for strømningsvejene. Kalkmagasinerne afviger herved - i forhold til kvartære og andre prækvartære grundvandsmagasiner - ved deres størrelse, og den måde hvorpå vandet strømmer i magasinet.

Viden om disse interne forhold i kalken og eventuelle anisotropier skal derfor inddrages i potentialekortlægningen.

Anbefalinger
Det anbefales at følge de generelle principper i Geo-Vejledning nr. 4 ”Potentialekortlægning. Vejledning i udarbejdelse af potentialekort” (Mielby m.fl., 2009), se uddrag nedenfor.

Først skal formålet med potentialekortet fastlægges. Herefter bør områdets geologi, grundvandsmagasiner, vandløb og vådområder samt det overordnede datagrundlag indledningsvis vurderes. Det skal fastlægges hvilken/hvilke hydrogeologiske enheder potentialekortet skal repræsentere. Herved sikres en korrekt udvælgelse af boringer, pejlinger og støttepunkter.

Endvidere bør man indledningsvis altid vurdere om der overhovedet kan udarbejdes et potentialekort til det givne formål baseret på det eksisterende datagrundlag, og om der skal indsamles yderligere pejledata, herunder eventuelt iværksættes en synkronpejlerunde. Screeningen vil ofte kunne bygge på eksisterende sammenfatninger fra tidligere potentialekort eller andre kortlægninger, se Figur 46.

Figur 46. Indledende screening af de geologiske og hydrologiske forhold (efter Mielby m.fl., 2009).

Screeningen kan med fordel sammenfattes i en kort hydrogeologisk beskrivelse af området som kan indgå i den senere afrapportering. Det kan her anbefales at udarbejde nogle geologiske profilsnit gennem området. Det skal vurderes hvilke grundvandsmagasiner der er i området, og hvilke magasintyper der er tale om (frit, spændt, artesisk). Det vurderes endvidere om der er hydraulisk kontakt mellem grundvandsmagasinerne i området.

Vandløb, søer og vådområder beskrives med hensyn til strømningsretning, afstrømningsmængder osv. Eventuel kontakt mellem grundvand og vandløb vurderes. Dette kan gøres med udgangspunkt i topografi, medianminimumsdata, hydrografseparation eller ved vurdering af potentialet i forhold til kote af vandløbsbund. Omfanget af dette arbejde vil afhænge af datagrundlaget og formålet med potentialekortet.

Med hensyn til datagrundlag bør antallet af boringer, f.eks. relateret til forskellige dybder, vurderes. Vandindvindingerne i området og eventuelle beregnede indvindingsoplande beskrives, og indvindingernes betydning vurderes i forhold til potentialekortet. Det undersøges om der er gennemført synkronpejlerunder, og hvordan den geografiske fordeling af pejlinger er.

Databehandlingen til et potentialekort kan opdeles i 6 step som angivet i Figur 47. For en detaljeret beskrivelse af de enkelte step i arbejdet henvises til vejledningen.

Figur 47. Procedure for udvælgelse af data og udarbejdelse af potentialekort (efter Mielby m.fl., 2009).

I forbindelse med potentialekortlægning af kalkmagasiner er det specielt vigtigt at få fastlagt, så godt som muligt, om der er lavpermeable lag i kalkformationen. Det skal således afklares, om der er ét eller flere adskilte, oven på hinanden liggende, magasiner, og det skal besluttes om de skal behandles som ét eller flere magasiner.

Viden om sprækker, anisotropi og interne forhold i kalken er afgørende for at vurdere strømningen i kalkmagasinet da de kan afstedkomme andre strømningsmønstre end potentialekortet for et område indikerer. Det kan have stor betydning i forbindelse med både indvinding og f.eks. forurening.

På grund af de særlige strømningsforhold i kalkmagasiner, er det afgørende for den efterfølgende korrekte anvendelse af potentialekortet at det færdige potentialekort suppleres med oplysninger på såvel kort og i tekst med alle oplysninger om forekommende hydrauliske barrierer (horisontale og vertikale), sprækker, forkastninger, bankestrukturer, anisotropier mv.

4.2.4 Oplandsberegninger i kalk

I forbindelse med oplandsberegninger for kalkmagasiner er det overordnet set de samme metodikker der gør sig gældende som for andre magasintyper. Der kan udarbejdes traditionelt håndtegnede oplande, oplande tegnet med AEM-metoden (Analystisk Element Model) og numerisk beregnede oplande for kalkmagasiner. Dog er der enkelte forhold som det er vigtig at have for øje. For mere detaljeret information omkring indvindings- og grundvandsdannende oplande henvises til Geo-Vejledning nr. 2 ”Udpegning af indvindings- og grundvandsdannende oplande, (Del 1)” (Iversen m.fl., 2008).

Problemstillinger
I forbindelse med grundvandsmodellering i kalk (se også Appendix D) inddeles kalken ofte i en øvre meget opsprækket del og en nedre mindre opsprækket del da sprækkerne, og dermed den hydrauliske ledningsevne, som regel aftager med dybden. Placeringen af indvindingsboringers filtre i den numeriske model i forhold til denne opdeling kan have stor indflydelse på de beregnede oplandes form og udbredelse.

Ligeledes kan anisotropi i kalken, med forskelle i den horisontale hydrauliske ledningsevne (f.eks. Kx / Ky = 10 eller 100, se også afsnit 3.3.3) have stor indflydelse på oplandenes form og udbredelse.

I forbindelse med oplandsberegninger beregnes ofte også partikelalder for de vandpartikler der når frem til en indvinding. Her har graden af opsprækning i kalken og den effektive sprækkeporøsitet stor betydning for de beregnede aldre, og ofte er den beregnede partikelalder betydelig mindre for kalkmagasiner end for sandmagasiner.

Anbefalinger
Oplandenes form og udbredelse er som bekendt styret af potentialeforholdene der igen er styret af de geologiske forhold. De beregnede oplande er ligeledes styret af parametriseringen af de hydrauliske egenskaber i de enkelte geologiske lag og zoner. Derfor er det vigtigt med så mange informationer som muligt omkring trykniveauer, både i kalken og i overliggende magasiner. Kalkoverfladens beliggenhed er ligeledes overordentlig vigtigt da de hydrauliske egenskaber ændres markant, når vandstrømningen forløber fra sand og over i kalkmagasinet, og det er vigtigt at fladen er lagt korrekt ind i den numeriske model.

Indplacering af filtre
Ved placering af indvindingsfiltre i den numeriske model anbefales det at de så godt som muligt tilpasses en eventuel konceptuel model med en øvre og en nedre opsprækket del af kalkmagasinet. I nedenstående eksempel består modellen af følgende 3 lag:

• Lag 1: sand (0-20 m.u.t.)
• Lag 2: opsprækket kalk (20-35 m.u.t.)
• Lag 3: mindre opsprækket kalk (35-50 m.u.t.)

En boring som er filtersat 30-40 m.u.t. svarende til at boringen indvinder fra både den opsprækkede og den mindre opsprækkede del, vil typisk i modellen blive filtersat i enten den øvre eller nedre del af kalken. Hvis boringens filtre i modellen udelukkende indplaceres i den nedre mindre opsprækkende del af kalken, vil modelkørsler formodentligt vise kraftige sænkninger i grundvandsspejlet pga. den lavere transmissivitet i denne. Oplandet vil i form og udbredelse blive meget bredere sammenlignet med hvis oplandet var beregnet ud fra en filtersat boring, der er indplaceret i den øvre og mere opsprækkede del af kalken.

Anisotropi
Det anbefales at inddrage al tilgængelig information om eventuel anisotropi i kalken i form af f.eks. undersøgelser af/forventninger til dominerende sprækkemønstre eller ud fra prøvepumpninger og sænkningstragter fra f.eks. større kildepladser (se afsnit 3.3) og udnytte denne information i oplandsberegningerne. Oplandenes ”haler” kan helt eller delvist skifte retning i forhold til hvis beregningerne udføres uden at tage højde for anisotropi. Som bekendt strømmer vandet normalt vinkelret på potentialelinjerne, men i visse tilfælde med kraftig anisotropi er der eksempler på at vandet endog kan strømme parallelt med potentialelinjerne i stedet.

I Figur 48 nedenfor er givet et eksempel fra en semisyntetisk model hvor der er beregnet oplande for 4 boringer A, B, C og D både ud fra en AEM (Analytisk element model) og en numerisk grundvandsmodel (Iversen m.fl., 2009). Boring A indvinder fra et kalkmagasin. På Figur 48, A ses en beregning af indvindingsoplandet til boring A uden anisotropi og på Figur 48, B ses en beregning af indvindingsoplandet hvor den horisontale anisotropi (Kx:Ky) er sat til 1:100. Det fremgår tydeligt af de 2 figurer at indvindingsoplandet både for AEM- og den numeriske model skifter retning fra en vestlig til en mere nordvestlig retning, og at ændringen er mest udtalt tæt på boring A.

Beregning af partikelaldre
I forhold til beregning af partikelaldre anbefales det at modellen valideres imod eventuelle tidsserier over diverse vandkemiske parametre som f.eks. nitrat og sulfat m.fl. På denne måde kan det sikres at modellen er i stand til at simulere realistiske transporttider fra grundvandsspejlet og ned til indvindingsfilteret.

Figur 48. Eksempel på oplandsberegning for boringer henholdsvis uden (A) og med (B) hensyntagen til anisotropi. Boring A på figuren indvinder fra et kalkmagasin (efter Iversen m.fl., 2009).