Ny forskning af Hans Jørgen Henriksen og Jens Christian Refsgaard, De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland - GEUS

Klimaændringer vil i de kommende år rykke rundt på oplandene for indvinding af drikkevand i Danmark, og dermed vil der opstå nye forureningstrusler for grundvandet.

De nye indsatsplaner som kommunerne skal implementere risikerer at slå fejl, hvis konsekvenserne af klimaforandringerne ikke tænkes ind i vandplanlægningen og beskyttelsen af grundvandet.

Vi advarer om, at den mere end to milliarder kr. store kortlægning af det danske grundvand ikke er et tilstrækkeligt fagligt grundlag for indsatsplaner for vandforsyningen. Kortlægningen risikerer at skulle suppleres som følge af klimaændringer. For udbredelsen af indvindingsoplandene kan meget vel ændre sig i et fremtidigt klima med ændret hydrologi, grundvanddannelse, arealanvendelse og vandbehov.

Historiske data ikke tilstrækkeligt grundlag
Klimaet ændrer sig fremover, og det får konsekvenser for identifikation og afgrænsning af indvindingsoplande og grundvandsdannende områder til kildepladser.

  
Klimaændringer betyder, at ”stationariteten er død” (Milly et al., 2008). Det vil sige, at hvor man før kunne afgrænse vandindvindingsoplande og sårbarhed ud fra historiske data for nedbør, temperatur, fordampning, grundvandstand og afstrømning, så udgør disse data ikke længere et tilstrækkeligt grundlag.

Ferskvandskredsløbet er ikke længere i balance, men i opbrud. Videngrundlaget ændrer sig i dag hurtigt. Usikkerhederne er blevet markant større og skal i dag indarbejdes i beslutningsgrundlaget.

Hydrologiske modeller skal løbende opdateres og ændret vandindvinding skal tænkes ind
I en ikke stationær verden er det afgørende, at der indsamles moniteringsdata, der kan indgå i opdateringen af de hydrologiske modeller, så de hele tiden bygger på et så solidt grundlag som muligt.

Derudover er det nødvendigt, at ikke kun direkte effekter, dvs. effekter af ændret nedbør, temperatur og fordampning på grundvandsstand og afstrømning tages med planlægningen. Også de indirekte effekter af klimaændringerne skal der tages højde for. Det gælder f.eks. ændrede behov for vandindvinding til markvanding, husholdninger, industri og erhverv.

Man må søge svar på spørgsmål som: Hvilke dyrkningsafgrøder vinder frem? Hvordan ser byudvikling, infrastruktur, vandindvinding og drænforhold ud om 50 eller 100 år, og hvordan vil det påvirke ferskvandskredsløbet, de grundvandsdannende områder og indvindingsoplandene til vandværker?

Behov for en ny strategi for planlægningen
I dag vurderer man indvindingsoplande og grundvandsbeskyttende områder ud fra antagelser om, at det historiske klima og den nuværende infrastruktur (herunder forsyningsstruktur, dræning mv.) er en brugbar projektion for de kommende 30-100 år.

Ud fra disse antagelser beregner og afgrænser man indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande for de vigtigste kildepladser. Kommuner og vandværker fokuserer efterfølgende på grundvandsbeskyttelsen f.eks. med skovrejsning. Ligesom de etablerer særlige beskyttelseszoner, f.eks. med forbud mod pesticider eller dyrkningsaftaler vedrørende nitratforurening.

Men den strategi er ikke længere optimal.

Strategien skal tage højde for nye oplande
Den kendte strategi er ikke længere optimal, fordi den ikke er i stand til at favne de samlede usikkerheder, der kommer i spil i takt med permanente havstigninger, ændret nedbør og fordampning samt ændret vandindvinding. Nye undersøgelser  (CLIWAT, NONAM, KIMONO og PRECIOUS) viser, at det er vigtigt at have fokus på både de direkte og de indirekte effekter af klimaændringer. ”Det anbefales derfor, at man udfører klimascenarier, der kan belyse effekten af ændret nedbør og fordampning i fremtiden (incl. betydning for ændret arealanvendelse og vandindvinding), og hvilken betydning det har for enkelte indvindingsoplande og grundvandsdannende oplandes udbredelse og usikkerhedsbånd” (Henriksen et al., 2010).

Strategien kan heller ikke identificere barrierer og muligheder i en tidslinie.

Strategien er ganske enkelt for snæver, fordi den ikke indregner de forhold, der for alvor kan flytte rundt på indvindingsoplande og grundvandsdannende oplande. Det gælder ændret vandindvinding, ændret dræning og ændret oversvømmelsesrisiko af områder, der ikke tidligere har været oversvømmet, f.eks. fra permanente havstigninger og ekstremhændelser.

Ny forskning: Udvikling af eksplorative scenarier
Ny forskning, som endnu ikke har været anvendt og afprøvet i Danmark, viser nye veje til nye strategier for planlægning af vandindvinding.

Forskningen viser, at det er muligt at udvikle et antal - typisk tre til fire - eksplorative scenarier (narrative storylines), der kan beskrive fremtidige samfundsmæssige, naturmæssige og kulturbetingede forhold.

Disse scenarier, som f.eks. kan udvikles frem til år 2050 eller 2100, skal herefter tilbageføres (backcasting) med tidslinier til nutidssituationen med analyser af væsentlige barrierer og muligheder, der skal tages højde for i forvaltningen.

Identifikation af robuste tilpasningstiltag
Man kan herefter identificere nogle særligt robuste tilpasningstiltag, som er effektive i alle valgte scenarier, ved at sammenstille de forskellige tilbageførte tidslinier (Kok et al., 2011). Centralt i en sådan kvantitativ vurdering af robuste tilpasningstiltag indgår brugen af hydrologiske modeller som analyseværktøjer og tilhørende usikkerhedsvurdering (Refsgaard et al., 2007; Keur et al., 2008) samt monitering af klima, grundvandstand og afstrømning.

Selve scenarieudviklingen kan med fordel gennemføres med aktiv interessentinvolvering (Hare, in press). I forbindelse med afgrænsning af indvindingsoplande indgår dels usikkerheder på input fra forskellige globale og regionale klimamodeller og usikkerheder som følge af geologi og hydrauliske parameterværdier.

Ud fra de backcastede fremtidsscenarier får man input til, hvordan infrastruktur, teknologi, indvindingsbehov og drænforhold udvikler sig. Disse udviklinger kan derfor oversættes til og indregnes i de kvantitative projektioner af vandforsyningsbehov, arealanvendelse mm. ud i fremtiden (Kok et al., 2011).
 

Behov for at afprøve de nye metoder
Som nævnt er de nye metoder endnu ikke afprøvet i Danmark. Vi står derfor over for et stort vidensbehov, hvor en afprøvning af backcasting må være et første skridt i afprøvningen af nye metoder til identifikation af robuste klimatilpasningstiltag i det åbne land.

I de nye metoder må interessentinvolvering f.eks. ’causal loop diagrams’, ’cognitive mapping’, ’bayesian belief networks’ og ’fuzzy cognitive mapping’ udgøre alternativer til såkaldt ’group model building’ og ’viden elicitering’ (Hare, 2011; Henriksen et al., 2011) samt til analyse af årsag-videnssammenhænge, betydning af feedback processer og øvrige usikkerhedsfaktorer (Henriksen and Barlebo, 2011; Keur et al., 2008).

Sidegevinst: adaptiv forvaltning
En sidegevinst ved de nye metoder er, at man åbner op for en adaptiv forvaltning af vandplanlægning, indvindingsoplande og grundvandsbeskyttelsestiltag.

Man får en struktureret, iterativ proces for optimal beslutningstagning under usikkerhed, med det formål at reducere usikkerheden over tid ved systemmonitering (Huntjens et al., 2010; Pahl-Wostl, 2009; Henriksen og Barlebo, 2008; Moellenkamp et al., 2010; Von Korff et al., 2010).

Den adaptive forvaltning opnås i praksis gennem scenarie udvikling, monitering, modellering og løbende opdatering af tilpasningen i forhold til klimaændringer med udgangspunkt i en mere nøje planlægning af robuste tiltag, der virker godt, uanset om den ene eller den anden globale klimamodel faktisk viser sig at være mest korrekt.

Forudsætninger for vellykket adaptiv forvaltning
Ved adaptiv forvaltning begynder man en læringsproces, der ikke alene søger at inddrager nye ideer og løsninger til effektive klimatilpasningstiltag, men som også identificerer nødvendige reformer i lovgivning vedr. forvaltning af grundvandsbeskyttelse.

En adaptiv vandforvaltning sigter på brede løsninger på tværs af kommunegrænser og sektorer, og på tværs af forskellige forvaltningsskalaer (global, national, lokal).

Forudsætninger for at adaptiv vandforvaltning kan lykkes er, at:

• staten sørger for at alle relevante data er nemt tilgængelige for alle myndigheder, interessenter og borgere
• stat/region/kommuner efterspørger vidensbaserede data og løsninger
• staten sikrer ressourcer til udvikling af innovative løsninger, dvs. forskning, udvikling og demonstrationsprojekter
• forvaltningspraksis gøres åben med fokus på en aktiv involvering af interessenter
• forvaltning af grundvandsbeskyttelse baseres på adaptive principper, hvor der sikres balance mellem statens rolle i planlægningen og en (tvær)kommunal rolle i implementeringen.

   

Konklusion: Muligt at sikre rent grundvand
Vi kan vinde over grundvandsforureningen og sikre det rene grundvand.

Det forudsætter, at vi identificerer robuste klimatilpasningstiltag og hen ad vejen tilpasser de institutionelle rammer til de udfordringer, vi står overfor.

Der er behov for at afprøve de beskrevne metoder i en dansk kontekst. I første omgang bør vi rette fokus på en forbedret scenarieudvikling og analyse med aktiv involvering af interessenter.

CLIWAT: Effects of climate change on groundwater and surface water systems in the North Sea region.
KIMONO: Concept for integrated assessment and steering of risk for climate generated groundwater flooding of point pollutions in the coastal zone.
NONAM: Nordic Network on Adaptive Management in relation to climate change.
PRECIOUS: Climatic Impacts on Pesticide Leaching to the Aquatic Environments.

Referencer: 
Hare, M.P. (in press). Forms of participatory modelling and its potential for widespread adoption in the water sector. Environmental Policy and Governance. Pre-proof available.

Henriksen, H.J., Iversen, CH og Wernberg, T (2010) Usikkerheder på indvindings- og grundvandsdannende oplande. GEUS rapport. Delprojekt 3.

Henriksen, H.J. and Barlebo, HC (2008) Reflections on the use of Bayesian belief networks for adaptive  management. Journal of Environmental Management, 88, 1025-1036.  

Henriksen, H.J., Zorrilla-Miras, P, de la Hera, A and Brugnach, M. (2011) Use of bayesian belief networks for dealing with ambiguity in integrated groundwater management. Integrated Environmental Assessment and Management.  

Huntjens, P, Pahl-Wostl, C and Grin, J (2010): Climate change adaptation in European river basins.  Reg Environ Change (2010) 10:263–284 DOI 10.1007/s10113-009-0108-6.  

Keur, P van der, Henriksen, HJ, Refsgaard, JC, Brugnach, M, Pahl-Wostl, C, Dewulf, A and Buiteveld, H (2008): Identification of Major Sources of Uncertainty in Current IWRM Practice. Illustrated for the Rhine Basin Water Resour Manage DOI 10.1007/s11269-008-9248-6.  

Kok, K, van Vliet, M, Bärlund, I, Dubel, A, and Sendzimir, J (2011) Combining participative backcasting and exploratory scenario development: Experiences from the SCENES project. Technological Forecasting & Social Change 78 (2011) 835–851.

Milly, PCD, Betancourt, J, Falkenmark, M, Hirsch, RM, Kundzewicz, ZW,  Lettenmaier, DP,  and Stouffer, RJ (2008): Stationarity Is Dead: Whither Water Management. Science, 319.    

Moellenkamp, S., Lamers, M., Huesmann, C., Rotter, S., Pahl-Wostl, C., Speil, K., Pohl, W. (2010). Informal participatory platforms for adaptive management – insights into niche finding, collaborative design and outcomes from a participatory process in the Rhine. Ecology and Society. 15(4):41

Pahl-Wostl C (2009) A conceptual framework for analyzing adaptive capacity and multi-level learning processes in resource governance regimes. Global Environmental Change 19: 354-365.  

Refsgaard, JC,  van der Sluijs, JP, Højberg, AL, and Vanrolleghem, PA (2007): Uncertainty in the environmental modelling process. A framework and guidance.Environmental Modelling & Software, 1543-1556.

Region Midt (2009) Vind over vandet.  

Von Korff, Y, d’Aquino, P, Daniell, KA and Bijlsma, R (2010) Designing participation processes for water management and beyond. Ecology and Society 15 (3):