Eco-Hydrological Modelling of Stream Valleys

Vurdering af hydrologiske påvirkninger på terrestriske økosystemer i ådale kræver en multidisciplinær tilgang, som involverer både ingeniører og økologer. Grundvandsudstrømning i ådale og lavlandsområder understøtter en række artsrige plantesamfund, hvis beskyttelse prioriteres på verdensplan. Denne beskyttelse kræver øget viden om områdernes understøttende hydrologi og særligt sammenhænge mellem vegetation, grundvandsudstrømning og vandstandsforhold er afgørende for forvaltningen. Vandindvinding påvirker hydrologien i et opland og dermed også den mængde grundvand, som afstrømmer til overfladevandssystemerne. Numerisk hydrologisk modellering anvendes ofte til evaluering af den udnyttelige vandressource og til vurdering af effekterne af vandindvinding, men ved vurdering af påvirkninger på lokale grundvandsafhængige økosystemer øges betydningen af heterogenitet på lokal skala. Dette kræver nye metoder til at kombinere måleteknikker og hydrologiske modeller på forskellig skala. Denne PhD afhandling undersøger den understøttende hydrologi i rigkærs-habitater i Danmark ved en kombination af feltundersøgelser, hydrologisk modellering og statistiske vegetative analyser i et udvalg af danske rigkær. Feltundersøgelserne har belyst de hydro-geologiske forhold, som skaber en stabil kalkholdig grundvandstilstrømning, der er en forudsætning for specialiserede plantesamfund. Kombinationen af en dybt nedskåret ådal, et højtydende grundvandsmagasin, samt forholdsvis lavpermeable aflejringer i ådalen danner en opadrettet strømning, og den vertikale hydrauliske gradient fremhæves som en nøgleparameter, der kontrollerer udstrømningen. Diffus grundvandsudstrømning er særdeles vanskelig at måle direkte og ny metode som bygger på invers modellering anbefales for at opnå en tilstrækkelig nøjagtighed. Modellen kræver, at den vertikale hydrauliske gradient måles over tid, og som modelinput benyttes desuden nedbør og potentiel fordampning. Det konkluderes desuden at vandstandsdynamikken i rigkær indeholder værdifuld information, som kan anvendes til bestemmelse af udstrømning og hydrauliske parametre. Distribueret 3D modellering er nødvendig ved risikovurdering af vådområder i forhold til vandindvinding. De heterogene udstrømningsmønstre, som ofte findes i ådale, betyder at påvirkningerne ikke rammer hele ådalen ensartet. Det er specifikt fundet at storskala pumpeforsøg har medført en klar vandføringsreduktion på ca. 20 % i et kildevæld, mens der ikke kunne måles ændringer i vandstandsforholdene i et rigkær 50 m derfra, hverken i korte eller dybe rør. Problemerne med at måle vandstandsændringen i rigkærene skyldtes delvist de naturlige fluktuationer. Her kan numeriske modeller biddrage ved at separere den naturlige dynamik fra den vandindvindingsrelaterede påvirkning. Vandstand er den hyppigst målte hydrologiske parameter i vådområder. I dette studie er sammenhænge mellem vandstandsforhold og rigkærsvegetation undersøgt på 35 danske lokaliteter. Alle lokaliteter har piezometerrør installereret med kontinuert registrering af vandstand, og der er foretaget planteregistreringer i cirkler omkring rørene. Resultaterne viser at vandstandsforholdene er direkte begrænsende for forekomsten af typiske rigkærsarter og mosser, og der er opstillet en sjælden kvantitativ sammenhæng mellem antal arter og vandstandsforhold. Statistiske/empiriske modeller er opstillet med henblik på at forudsige antallet af typiske rigkærsarter og mosser baseret på vandstand og vegetationsafledte Ellenberg-værdier. Modellerne er nyttige til at identificere forhold, som begrænser kvaliteten i et rigkær, mens de bagvedliggende antagelser ikke nødvendigvis er gyldige til at forudsige effekter af vandstandsændringer, idet der ikke tages højde for en intern frigivelse af næringsstoffer. Resultaterne af studiet underbygger ikke fastsættelsen af specifikke grænseværdier for ændret udstrømning eller vandstandsforhold, der medfører en signifikant skadevirkning på grundvandsafhængige terrestriske økosystemer. Sådanne grænseværdier ville medføre en kraftig simplificering af disse habitater, som afhænger af en række interagerende forhold. En øget viden om forudsigelse af vandkemiske ændringer og processer, som styrer næringsstoffrigivelse i jorden efter vandstandsændringer, er nødvendige, hvis meningsfulde grænseværdier skal kunne fastslås.