sou · H3B351d2 · 2015-09-15 00:00:00 — Prognosti- serade grundvattennivåer kan till exempel ge indikationer på hur tillgången på vatten beräknas förändras och hur grundvattenkvaliteten kan komma att påverkas, men även ge stöd för andra viktiga analyser av e ekter till följd av en förändrad grundvattennivå. SGU har i tidigare arbeten presenterat hur grundvattennivåerna och grundvattenkemi förväntas förändras med ett förändrat klimat (Ojala m. . , m. . , m. . , Aastrup m. . ). m. . ( ) arbete kring grundvattennivåer gjordes på snabbreagerande grundvattenmagasin med ett mindre antal stationer i SGUs grundvatten- nät samt äldre utsläppsscenarier. I arbetet av m. . ( ) ingick både snabbreagerande och långsamreagerande grundvattenmagasin där grundvattennivåerna beräknats med SMHIs hydrologiska modell HBV-modellen (, m. . ). Resultaten av m. . ( ) för perioden – visade på en förändrad grundvattenbildning och därmed lägre grundvattennivåer i landets södra delar, speciellt i den sydöstra delen, samt längs norra delen av . Grundvattennivåns variationsvidd minskade enligt m. . ( ) i norra , beroende på lägre vinterlågvatten. I ökade variationsvidden något. Genom arbete av ( ) visades att det går att använda SMHIs hydrologiska modell S-HYPE för att modellera grundvattennivåer på delavrinningsområdesskala. I och med tillkomsten av nyare utsläppsscenarier, samt det faktum att SMHIs modell går att använda för grundvattenmodellering, kan nu en förnyad studie genomföras som inkluderar ett större antal områden och som också ger resultat för både långsamreagerande och snabbreagerande grund- vattenmagasin. Grundvattennivån är den nivå i marken där alla porer är vattenfyllda och där trycket är lika med atmosfärstrycket. Beroende på jordart, topogra och markförhållanden varierar avståndet ned till grundvattennivån. På en och samma plats varierar grundvattennivån över året beroende på variationer i nederbörd, avdunstning och växternas upptag av vatten. SGUs grundvattennät startade i slutet av -talet och det ursprungliga syftet var att studera tidsmässiga variationer i grundvattnets mängd och beska enhet i förhållande till geologi, topo- gra och klimat för att kunna använda informationen för referensändamål, prognoser, miljö- kontroll och resursberäkningar (). Mätningarna i grundvattennätet genomförs vanligtvis och används bland annat som underlag för SGUs månadsvisa presentationer av grundvattennivåerna i olika delar av . ut- förs mätningar i ca observationsrör som är grupperade i ett sjuttiotal områden i landet. Tack vare de långa tidsserierna över grundvattennivåerna kan värdefulla bearbetningar genomföras över hur dessa har varierat över åren. Tidsvariationer i grundvattennivåer perioden –2014 Uppgifter om grundvattennivåer i snabbreagerande, ”små” magasin från SGUs grundvattennät har sammanställts och utvärderats för perioden – (). Resultaten visar bl.a. på en tidigareläggning av grundvattenbildningen i samband med snösmältningen vilket har bidragit till att avsänkningsperioden har blivit längre . Nivåökningen i samband med snösmältningen har minskat i stora delar av landet och grundvattennivåerna under vinterns första månader har ökat, främst i södra delarna av landet. Grundvattennivåerna uppvisar en generell ökning i praktiskt taget hela landet, även i de sydöstra delarna. Ett grundvattenmagasin är en geologisk bildning, eller en del av en sådan, som innehåller grundvatten som fungerar som en hydraulisk enhet. I grundvattenmagasinet kan vattnet före- komma endera i sprickor eller i porer vilka sinsemellan är sammanbundna så att vatten kan tillföras, lagras, röra sig i och lämna magasinet antingen via en lågpunkt, t.ex. en källa, genom grundvattenuttag i brunnar eller genom läckage till angränsande grundvattenmagasin eller ytvatten. Grundvattenmagasinen kan delas in i snabbreagerande (”små”) respektive långsam- reagerande (”stora”) magasin. De snabbreagerande har en kort responstid och en stor årlig nivå- amplitud medan de långsamreagerande har en lång responstid och en liten nivåamplitud . Detta innebär att de snabbreagerande grundvattenmagasinen påverkas snabbare av en för- ändrad grundvattenbildning till följd av förändrade hydrologiska förhållanden jämfört med de långsamreagerande, där förändringen märks först och först när förändringen är tillräckligt stor. Snabbreagerande grundvattenmagasin nns bl.a. i morän och i berg och de är av stor vikt för den enskilda vattenförsörjningen, då det är där som de esta enskilda brunnarna nns. Grund- vattenmagasinen reagerar snabbt på nederbörd och torka vilket gör att de är känsliga för torr- perioder men även för perioder med mycket nederbörd. I dessa magasin har nederbörd, avdunst- ning och växternas upptag en stor inverkan på grundvattennivåerna. De snabbreagerande grundvattenmagasinen kan karaktäriseras med hjälp av regimkurvor som visar på när grundvatten bildas och när det sker en avsänkning av grundvatten- nivåerna. Regimkurvornas utseende beror av hydrogeologi och klimat vilket gör att regim- kurvorna ser olika ut beroende på var i landet man be nner sig ( g. En sammanställning som utfördes för perioden – uppvisar fyra regioner med olika regimer (SGU ). Längst i söder är grundvattennivån högst och lägst (regim ), vilket främst beror på genomsnittliga årstidsvariationer i avdunstning och växternas vattenupptag. I de inre delarna av och sjunker grundvattennivåerna till följd av minskad eller utebliven grundvattenbildning (regim ). I större delen av dominerar nivåminskningen , vilket innebär att den lägsta grundvattennivån infaller precis före snösmältningen (regim och ). Den största skillnaden jämfört med tidigare sammanställningar är att utbredningen av regionen med den nordligaste regimen (regim ) tydligt har minskat. Grundvattennivåns genomsnittliga va- riationsmönster (regim) i olika delar av landet –2010. Redovis- ningen avser snabbreagerande (”små”) grund- vattenmagasin som vanligtvis nns i jordarten morän och i berggrunden. I medeltal , sett över alla stationer i SGU grundvattennät, varierar grundvatten- nivåerna i de snabbreagerande grundvattenmagasinen ca m i höglänta områden med öppna akviferer och mindre genomsläpplig morän ( g. I låglänta områden med slutna akviferer och mer genomsläpplig morän är amplituden normalt mindre, i många fall mindre än m. De långsamreagerande grundvattenmagasinen utgörs främst av våra isälvsavlagringar (s.k. rullstensåsar). Dessa är ofta större, sammanhängande sand- och grusavlagringar med god genomsläpplighet vilket skapar goda möjligheter för stora grundvattenuttag. Dessa möjligheter till större grundvattenuttag gör att de långsamreagerande grundvattenmagasinen är av stor vikt för den allmänna vattenförsörjningen. Långsamreagerande grundvattenmagasin är mindre känsliga för årstidsvariationer och det är främst mellanårsvariationerna som har betydelse för grundvattennivåerna. Här är variationerna små medan mellanårsvariationerna kan vara större. De är exempelvis normalt att grundvattennivåerna kan stiga eller sjunka under er år i rad ( g. Den nu uppdaterade analysen av de beräknade framtida klimatförändringarnas e ekter på grundvattennivåerna som utförts av SGU baseras på data framtagna av . SGU, Grundvattennätet, , station : Grundvattennivåer, meter under markytan Grundvattennivåer –2015 för en station i ett snabbreagerande (”litet”) ma- gasin i SGUs grundvattennät, station 60:46. SGU, Grundvattennätet, , station : Grundvattennivåer, meter under markytan Grundvattennivåer –2015 för en station i ett långsamreagerande (”stort”) magasin i SGUs grundvattennät, station 60:32. beskrivs kortfattat den metodik som legat till grund för framtagandet av underlaget, dels inter- nationellt, dels vid , och därefter följer en mer detaljerad beskrivning av de beräkningar och analyser som har utförts av SGU. Underlaget till rapporten, som beskrivs närmare i avsnittet Beräknade grundvattennivåer – data från , har baserats på två olika utsläppsscenarier, RCP . Dessa skiljer sig åt genom vilken strålningsdrivning som de representerar och de skiljer sig från de SRES-scenarier som tidigare använts av FNs klimatpanel (). innebär att utsläppen av koldioxid till en början ökar något för att kulminera kring år . Det bedrivs en kraftfull klimatpolitik och befolkningsmängden ligger strax undermiljarder. Vidare antas att energiintensiteten är låg. Energiintensiteten beskriver förhållandet mellan den totala energiförbrukningen och bruttonationalprodukten och en låg energiintensitet innebär en mer e ektiv energianvändning. råder ett lågt arealbehov för jordbruks- produktion (större skördar och förändrade konsumtionsmönster) och det bedrivs omfattande skogsplanteringsprogram. innebär att koldioxidutsläppen är dagens nivå vid år och att det sker en kraftig ökning av metanutsläppen. Jordens befolkning ökar till miljarder vilket leder till ökade anspråk på betes- och odlingsmark. Det råder en fortsatt men långsam teknikutveckling mot energie ektivitet och det nns ett fortsatt stort behov av fossila bränslen. Energiintensiteten är hög och det bedrivs ingen mer o ensiv klimatpolitik än . Det innebär betydligt större utsläpp och högre koncentrationer av växthusgaser än vad som har använts i hydrologiska modeller. För att studera hur jordens klimat reagerar på den förändrade strålningsbalansen till följd av de studerade klimatscenarierna används i ett första steg s.k. klimatmodeller. Dessa är matema- tiska modeller som beskriver förhållanden mellan till exempel lufttryck, temperatur, fuktighet och vind. Modellerna är i ett första steg globala och i nästkommande, nedskalade beräknings- steg regionala. För har tillämpat nio olika globala modeller för beräk- ningar enligt de två scenarierna. Nästa länk i kedjan innan de hydrologiska e ektstudierna tar vid är att resultatet från de regionala klimatmodellerna omskalas. För har detta utförts av med den s.k. DBS-metoden (distributionsbaserad skalering, ). De hydrologiska e ekterna av det förändrade klimatet kan slutligen beskrivas med olika hy- drologiska vattenbalansmodeller. I rapporten för (m. . ), som beskriver klimatförändringarnas påverkan på temperatur, nederbörd, ytvattentillgång etc., görs detta med beräkningar utförda med HBV-modellen (, m. . ). För beskrivningen av påverkan på grundvattennivåerna som redovisas i denna rapport har i stäl- let vattenbalansmodellen S-HYPE tillämpats. HBV-modellen har stora likheter med HYPE. Båda modellberäkningarna har utförts av . HYPE är en hydrologisk beräkningsmodell som utvecklats av mellan åren och S-HYPE är en modell som har anpassats för och är uppdelad på delavrin- ningsområden. S-HYPE är främst kalibrerad med avseende på vattenföring och vattenkvalitets- parametrar. Modellen byggs upp av delavrinningsområden som beskrivs av olika jordklasser och markanvändningsklasser som tillsammans utgör landklasser. Varje kombination av jord- och markanvändningsklass, dvs. landklass, har en given uppsättning parametervärden som beskriver förhållandena inom delavrinningsområdet. Varje delavrinningsområde kan innehålla era olika landklasser där resultatet viktats med avseende på andelen av varje landklass inom delavrin- ningsområdet. För denna studie har SGU enbart använt data som representerar grundvatten- nivåförändringar i jordklasserna morän och grovjord (som kan anses representera isälvsmaterial) och markanvändningsklassen barrskog. I S-HYPE görs beräkningar av en relativ nivåförändring av grundvattennivån utifrån de parametervärden som har satts upp för landklassen. Modellen består av tre jordlager med olika mäktighet och olika vattenhållande egenskaper som kan ange vatten öden i varje landklass. Detnns ingen separat beräkningsdel för grundvatten i HYPE eller S-HYPE utan grundvattennivån de nieras av den mättade zonens vatteninnehåll. Mer information om grundvattenberäkningar och teori nns i m. . ( ), Strömqvist m. . ( ) och ( ). För be- räkningarna som utfördes av användes S-HYPE version _ och HYPE version . . . Beräknade grundvattennivåer – data från För att beskriva grundvattennivåernas förändring i ett framtida klimat har levererat dygnsvärden för grundvattennivåer beräknade med S-HYPE för delavrinningsområden för perioden – . Urvalet av de delavrinningsområdena gjordes med utgångspunkt från SGUs grundvattennät och arbetet av ( ). Beräkningarna i S-HYPE är baserade på data för de nio klimatmodellerna och de två ut- släppsscenarierna (RCP . Data som SGU erhållit har endast beräknats för markanvändningen barrskog och för jordklasserna morän och grovjord. Värdena är inte abso- luta grundvattennivåer utan återspeglar den relativa förändringen i ett givet numeriskt spann. Detta spann är – i jordklassen morän och – , i jordklassen grovjord. BERÄKNINGAR OCH ANALYSER VID SGU För att utvärdera om de beräknade grundvattennivåerna i S-HYPE överensstämmer med de uppmätta nivåerna i SGUs grundvattennät har en särskild studie utförts (). En stark korrelation erhölls för grundvattennivåer beräknade i moränjordar där den omättade zonen generellt är liten. Vidare visade analyser att grundvattennivåer beräknade med S-HYPE för jord- klassen grovjord uppvisade stor osäkerhet och att jordklassen kan behöva delas upp för att öka modellens noggrannhet. Av de delavrinningsområdena har de data som uppvisar en bra korrelation mellan upp- mätta grundvattennivåer och med S-HYPE beräknade grundvattennivåer använts. Endast del- avrinningsområden med en korrelationskoe cent som var högre , har inkluderats i studien vilket innebar ca stationer för morän och stationer för grovjord (isälvsmaterial). Orsaken till att det i vissa delavrinningsområden går bättre att korrelera SGUs grundvattennivåmätning- ar till de med S-HYPE beräknade värdena beror på att modellen för vissa områden på ett bättre sätt beskriver de verkliga förhållanden inom berört delavrinningsområde. Utvärderingen av den relativa förändringen i grundvattennivå har vid SGU tagits fram ge- nom att använda di erenser mellan de med S-HYPE beräknade framtida grundvattennivåerna och de med S-HYPE beräknade grundvattennivåerna för referensperioden – . De fram- tida grundvattennivåerna har beräknats för utsläppsscenarierna RCP . för de två perioderna – och – . Eftersom modellen beräknar relativa grundvattennivåer redovisar de statistiska bearbetning- ar som utförts vid SGU enbart en relativ beskrivning av förändringen och inte någon beskriv- ning av förändringar i absoluta grundvattennivåer. Den relativa förändringen har ett numeriskt värde men redovisas i kartorna i resultatdelen med en beskrivande text, se bilaga . SGUs redovisning återspeglar den framtida förändringen vid de stationer som visar en god korrelation mellan beräknade och uppmätta grundvattennivåer. Den visar således inte en hel- täckande kartbild över förändringen av grundvattennivåerna i . Nedan beskrivs de olika typer av analyser som utförts av SGU för att åskådliggöra föränd- ringarna i beräknade, framtida grundvattennivåer jämfört med referensperioden – . Medelvärden av grundvattennivåer har beräknats för de nio klimatmodellerna för varje utsläpps- scenario och tidsperiod sett över för varje station och typ av grundvattenmagasin. Resul- taten redovisas med beskrivningen oförändrad, liten, måttlig eller stor förväntad påverkan på grund- vattennivåerna. För att se vad texten numeriskt innebär i relativ di erens av grundvattennivåerna mellan tidsperioderna och referensperioden för beräknade värden från S-HYPE, se bilaga . På samma sätt som för årsmedelvärden har årstidsmedelvärden beräknats för de nio klimat- modellerna, där vinter de nierats som perioden december–februari, vår som mars–maj, sommar som juni–augusti och höst som september–november för varje station och typ av grundvatten- magasin. Eftersom årstidsvariationerna är relativt små i långsamreagerande magasin så redovisas dessa inte i avsnittet med årstidsvariationer, se exempel i gur . Resultaten redovisas med beskrivningen oförändrad, liten, måttlig eller stor förväntad påver- kan på grundvattennivåerna. För att se vad texten numeriskt innebär i relativ di erens av grund- vattennivåerna mellan tidsperioderna och referensperioden för beräknade värden från S-HYPE, se bilaga . Regimstudier har utförts för snabbreagerande grundvattenmagasin för de båda utsläpsscenari- erna RCP . och RCP . . Regimkurvorna beskriver den årstidsvisa grundvattennivåföränd- ringen och åskådliggör när som grundvatten bildas och när det sker en avsänkning av grundvattennivåerna. Varje delavrinningsområde har tilldelats en regim, beroende på hur del- avrinningsområdets årstidsvariation ser ut över tidsperioden. Regimgränserna är dragna utifrån vilken regim som delavrinningsområdena tillhör. En ytterligare studie av inomårsvariationen har gjorts. Den visar förändringen i regimmönstret kopplat till enskilda delavrinningsområden. Kartor har framställts som visar hur grundvatten- nivåernas uktuationsintervall förväntas förändras på årsbasis. Analysen är främst intressant för en bedömning av förändringen i nivåvariationen hos de snabbreagerande grundvattenmagasinen men är även av intresse för måttligt långsamreagerande magasin. Teckenförklaringen i de framställda kartorna visar tidsperiodens variation i procent mot referensperioden. Intervallet , – , % innebär ingen större förändring. Värden under, % innebär att den maximala variationen kommer att minska, dvs. att avståndet mellan högsta och lägsta grundvattennivån förväntas vara mindre än jämfört med referens- perioden – . Värden över , % innebär att avståndet mellan högsta och lägsta grund- vattennivå kommer att öka jämfört med referensperioden. Förväntade högsta och lägsta grundvattennivåer Analysen visar den förväntade förändringen av högsta och lägsta grundvattennivåer per tidspe- riod, dvs. inte per enskilda år. beräknades först ett medelvärde av alla klimatmodel- ler där både den högsta och den lägsta grundvattennivån togs ut. För varje tidsperiod jämfördes sedan den högsta respektive lägsta grundvattennivån mot de högsta respektive lägsta grundvat- tennivåerna för referensperioden. Analysen ger en indikation på hur grundvattentillgången kan komma att ändras för hela tidsperioden. För snabbreagerande grundvattenmagasin förväntas grundvattennivåernas årsmedelvärden öka något i de nordliga delarna av . Detta är mest tydligt i slutet av seklet, perioden – För resterande delar av förväntas grundvattennivåerna inte förändras nämnvärt. Eventuellt kan delar av sydöstra få sjunkande grundvattennivåer i slutet av seklet. Även för långsamreagerande grundvattenmagasin är det i de nordliga delarna av som vi kan förvänta oss höjda grundvattennivåer. Utbredningen söderut av höjda grundvattenni- våer förväntas bli större för långsamreagerande grundvattenmagasin än för de snabbreagerande magasinen. Båda utsläppsscenarierna (RCP . och RCP . ) visar att grundvattennivåerna kan förväntas sjunka i sydöstra i slutet av seklet, men det blir mer tydligt för RCP . än för RCP . Grundvattennivåernas avvikelse från referensperiodens års- medelvärde för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 och de två utsläppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Grundvattennivåernas avvikelse från referensperiodens årsmedelvärde för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 för de två utsläppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Årstidsmedelvärden för vinter i snabbreagerande grundvattenmagasin. Grundvattennivåernas avvi- kelse mot referensperiodens årstidsmedelvärden för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 för de två ut- släppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Årstidsmedelvärden för snabbreagerande grundvattenmagasin Ser man istället till hur grundvattennivåerna kommer att förändras under årets olika årstider så förväntas den största förändringen av grundvattennivåerna att ske (vintern) genom höjda grundvattennivåer ( g. Främst kan höjda grundvattennivåer (måttlig till stor förändring) noteras i de norra och mellersta delarna av (decem- ber till februari, g. ) där grundvattennivåerna förväntas höjas oavsett utsläppsscenario och tidsperiod. Vid en jämförelse mellan de olika scenarierna ses den största skillnaden för perioden – ( g. För förväntas grundvattennivåerna vara oför- ändrade även med det kraftigaste utsläppsscenariot RCP . och tidsperioden – . Även förväntas norra delarna av få en liten höjning av grundvat- tennivåerna för båda tidsperioderna och de två utsläppsscenarierna. I slutet av seklet förutses en måttlig höjning i de nordligaste delarna ( g. I förväntas i stort sett oföränd- rade grundvattennivåer för utsläppsscenario RCP . medan grundvattennivåerna däremot kan förväntas sjunka för utsläppsscenario RCP . . Förändringen bedöms bli en liten sänkning av grundvattennivåerna, där i princip hela sydöstra kan påverkas för perioden – I sydvästra förväntas grundvattennivåerna bli oförändrade. Sommarmånaderna förväntas i stort sett få oförändrade grundvattennivåer i hela De allra nordligaste delarna kan få en liten sänkning av grundvattennivåerna i slutet av seklet med båda utsläppsscenarierna ( g. Det nns även en tendens till att enstaka delavrin- ningsområden i och kan väntas få en liten sänkning av grundvattennivåer. kan i stort sett oförändrade grundvattennivåer förväntas i hela för perioden – med båda utsläppsscenarierna ( g, ). För perioden – beräknas grundvattennivåerna bli lite lägre i , och då främst i de sydöstra delarna, men oför- ändrade i resterande delar av ( g. Årstidsmedelvärden för vår i snabbreagerande grundvattenmagasin. Grundvattennivåernas avvikelse mot referensperiodens årstidsmedelvärden för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 för de två utsläpps- scenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Årstidsmedelvärden för sommar i snabbreagerande grundvattenmagasin. Grundvattennivåernas av- vikelse mot referensperiodens årstidsmedelvärden för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 för de två utsläppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Årstidsmedelvärden för höst i snabbreagerande grundvattenmagasin. Grundvattennivåernas avvi- kelse mot referensperiodens årstidsmedelvärden för tidsperioderna 2021–2050 och 2069–2098 för de två ut- släppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. förväntas att grundvattennivåernas variationsmönster förändras så att enbart tre re- gimområden, och i det mest extrema fallet, enbart två områden återstår (RCP . , – ) jämfört med de fyra regimområden som nns . Det är främst den nordligaste regimen med den dominerande grundvattenbildningen vid snösmältningen som försvinner. I stället kommer det i detta område att ske en grundvattenbildning även , då nederbörden förmodas komma som regn och inte som snö, vilket den gör . Gränsen mellan regimområde och förväntas för ytta sig norrut jämfört med dagens gräns men den förmodas inte för ytta sig längre än till en linje mellan och Värm- land. Eventuellt kan regimgränsen komma att för ytta sig något längre norrut längs Norrlands- kusten vid RCP . . I ällkedjan har underlagsdata från inte kunnat användas på grund av stora lokala variationer. Likt situationen förväntas regimerna och förekomma i äll- kedjan även i ett framtida klimat ( g. För de snabbreagerande grundvattenmagasinen beräknas grundvattennivåerna i norra mindre jämfört med medan grundvattennivåerna i förväntas få ett oförändrat variationsmönster ( g. i slutet av seklet kan en större skillnad mel- lan lägsta och högsta nivåer lokalt förväntas förekomma i de inre delarna av södra och som det också kan förekomma mindre spännvidd i nivåvarionerna även i Mä- lardalsregionen och strax söder därom. För stationerna i långsamreagerande grundvattenmagasin är resultatet mer varierat. Främst kan förväntas få en större variation mellan de lägsta och högsta grundvattennivåerna medan (främst ) samt norra kan få en mindre variation av Grundvattenregimer för olika tidsperioder och de två utsläppsscenarierna RCP 4.5 och RCP 8.5. Likt situationen förväntas regimerna 1 och 2 förkomma i …äll- kedjan även i ett framtida klimat (rastrerat område).