1. Resumé
Strategiske investeringer i forskning på vandområdet skal bidrage til at finde vidensbaserede og teknologiske løsninger på en række udfordringer i forhold til forvaltningen af vandressourcer. Danmark står overfor store samfundsmæssige udfordringer i spændingsfeltet mellem effektiv fødevareproduktion og vandmiljø, særligt i forhold til udledning af næringsstoffer og sikring af drikkevandsforsyningen. Disse udfordringer kræver helhedsorienterede løsninger som inkluderer en markant interessentinddragelse, styrkelse af dataindsamling og mere effektiv integration af eksisterende data, databaser og modeller. En holistisk tilgang til de komplekse problemstillinger på vandområdet skal sikre afbalancerede beslutninger på et optimalt videns-grundlag til glæde for både, fødevareerhverv, miljø og folkesundhed. Nye teknologiske værktøjer og metoder som understøtter en sådan integreret tilgang til vandrelaterede problemkomplekser vil desuden forbedre den danske vandsektors konkurrenceevne på det globale marked.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Danmark står overfor en række store samfundsudfordringer relateret til vandområdet som f.eks.:
Landbrug og vandmiljø. Interessekonflikten mellem landbrugserhvervet og vandmiljøet har eksistereret siden den første vandmiljøplan i 1985, men er blevet tilspidset siden 2000 på grund af de skrappere miljøkrav i EU’s Vand-rammedirektiv. Som beskrevet af Natur- og Landbrugskommisionen i 2013 er det udfordrende for myndighederne at finde løsninger, der både kan tilgodese erhvervets behov for at drive rentabelt landbrug og samtidig sikre så godt et vandmiljø, at vi kan opfylde kravene i EU’s Vandrammedirektiv, Nitratdirektiv og Grundvandsdirektiv. Landbrugspakken fra 2016 kræver betydelig ny viden og mange nye data for at målsætningerne om et godt vandmiljø kan opfyldes på en omkostningseffektiv måde gennem en målrettet lokal regulering. Det er derfor nødvendigt, at landbrugets fremtidige næringsstofregulering i høj grad bygger på et mere detaljeret vidensgrundlag om den geologiske opbygning af undergrunden, vandets strømningsveje og grundvandets kemiske tilstand. Udover nitratudledningen fra landbruget, er der også udfordringer med hensyn til fosfors påvirkning af vandmiljøet, pesticiders trussel mod drikkevandets kvalitet, markvandingens påvirkning af sommervandføringer i vandløb og vandløbsnære landbrugsområder som periodevis står under vand.
Grundvandskvalitet og sundhed. I Danmark baserer vi vores drikkevand på rent grundvand. De kemiske stoffer som findes i grundvandet, stammer enten fra naturlige eller antropogene kilder, og de kan påvirke vores sundhed i både negativ og positiv retning. Det har været kendt i århundreder, at miljøet kan påvirke vores sundhed. Men at studere komplekse sammenhænge mellem grundvandskvaliteten og sundhed er et nyt forskningsfelt, hvor der i Danmark er enestående muligheder for at genere ny viden. F.eks. er der et samfundsmæssigt behov for at udforske sammenhænge mellem folkesundheden og hårdheden af vandet inden der i stor udstrækning indføres blødgøringsanlæg på vandværkerne.
Klimatilpasning i byer, det åbne land og kystområder. Klimaændringerne kan allerede ses mange steder, f.eks. i form af øget hyppighed af voldsomme skybrud om sommeren og længerevarende regnperioder om vinteren. På grund af mangelfuld viden, kendes mange af klimaeffekterne i dag kun med meget stor usikkerhed, hvilket vanskeliggør arbejdet med at designe samfundsøkonomisk effektive løsninger til klimatilpasning. Arbejdet med klima-tilpasningen har indtil videre været fokuseret på at afbøde effekten af hyppigere og kraftigere skybrud i byområder. Men i de kommende år vil der blive behov for også at se på klimatilpasning i det åbne land for at imødegå øgede oversvømmelser af landbrugs- og byområder, mere tørre somre med øget vandingsbehov, klimagenereret øget udvaskning af næringsstoffer, m.v. Samtidig kan stigende vandstand i havene give anledning til saltvandsindtrængning i kystnære grundvandsmagasiner, hvilket kan give problemer for vandforsyningen, samt oversvømmelser af lavtliggende byområder ved kysten, hvilket kan give problemer for mange borgere.
Vand, energi og forsyning. Vand er essentiel for mange sektorer. Vand indgår som en vigtig faktor i landbrugsproduktionen, i energisektoren i forbindelse med bioenergi og visse former for lagring, i naturen samt i den klassiske vandforsyning til husholdninger og industri. Der er et stort potentiale for at øge viden om samspillet mellem sektorerne i vand-energi-fødevareproduktion-natur (nexus).
3. Forskningsbehov
Integration af monitering, databaser og hydrologiske modeller. Der er behov for udvikling af værktøjer, der integrerer data fra moniteringsprogrammer, satellitter og databaser med de eksisterende geologiske og hydrologiske modeller samt at udvikle nye IT-applikationer til at understøtte lokale og centrale beslutninger i relation til vandforvaltning og varsling. Det kan f.eks. være udvikling af mere nøjagtige offentligt tilgængelige prognoser af hele vandkredsløbet i Danmark, herunder vejr (temperatur, vind, nedbør m.v. ), grundvandsforhold, vandløbsafstrømning, oversvømmelser, m.v.
Borger-data-indsamling til forbedret vandforvaltning. Som en udløber af en global ”Big data” tankegang er der behov for at udvikle nye metodikker og værktøjer, herunder nye billige sensorer og apps til smartphones, som kan understøtte vandrelateret dataindsamling fra borgere og lokale interessenter. Der er desuden behov for at udvikle nye metodikker og værktøjer til integration af data fra privat og offentlig monitering, herunder at karakterisere kvalitetssikringsstatus og usikkerhed på data. Denne integration af data har mange nye udfordringer. F.eks. når nøjagtige ”hårde” data fra nationale overvågningsprogrammer skal integreres med mange, og i nogle tilfælde, mindre nøjagtige ”bløde” data indsamlet af lokale interessenter.. Tilsvarende, er der behov for at kunne kombinere de nye data med viden om vandets strømninger fra fageksperter såvel som fra lokale interessenter på en måde, så der både tilføres ny faglig viden, og så de lokale interessenter opnår en større grad af tillid og medejerskab hertil. Endelig er der behov for at udvikle mere effektive metodikker og værktøjer til forvaltning af vandressourcen med fokus på håndtering af komplekse situationer, hvor der er stor usikkerhed om fremtidige forhold, og hvor interessenters holdninger er afgørende for den praktiske implementering.
Menneskeskabte ændringer i vandets kredsløb i det åbne land og samspil med klimaændringer. Der er behov for at opnå en bedre viden om og udvikle mere nøjagtige beregningsværktøjer til beskrivelse af effekter af de menneskeskabte ændringer i vandets kredsløb i det åbne land, som f.eks. oppumpning fra grundvandsmagasiner, dræning med grøfter og drænrør, markvan-ding samt ændringer i arealanvendelse og landbrugspraksis. Herunder er der behov for mere viden om samspillet mellem de menneskabte ændringer og effekter af klimaændringer.
Udvikling af værktøjer til effektevaluering af næringsstoffer og pesticider i vandkredsløbet. Der er et akut behov for udvikling af omkostningseffektive værktøjer til udpegning af landbrugsområder, hvor mindsket brug af pesticider og næringsstoffer har den største effekt på kvaliteten af vores grund- og overfladevand, herunder søer, vandløb, vådområder og fjorde. I denne sammenhæng mangler der viden om de væsentligste miljøfaktorer, der bestemmer, hvor pesticider og nærringsstoffer udvaskes, herunder viden om samspillet mellem geologiske, hydrologiske, geokemiske og mikrobiologiske forhold. Der er et stort behov for at udvikle holistiske metodikker, der kan sammenkoble miljøhensyn og regulering af de forskellige vandmedier. Dette kan ske ved at udvikle metodikker, der kan sammenkoble agronomisk, hydrologisk, geologisk og geokemisk viden om næringsstoffer og pesticiders skæbne i vandkredsløbet i forhold til beskyttelseskrav af grundvand, vandløb, søer, fjorde og det marine miljø.
Grundvandets betydning for vandets kredsløb i byer. I byområderne er der behov for bedre viden om nedsivningsmuligheder til brug for planlægning f.eks. ved etablering af lokalt afledet regnvand til håndtering af skybrud. Der er behov for viden om: 1) muligheder for infiltration, 2) størrelsen på jordens bufferkapacitet, 3) konsekvenser af hævet vandstand og 4) betydningen af nedsivning af tag- og vejvand for grundvandskvaliteten.
Det er vigtigt at genere mere viden om den geologiske heterogenitet, da denne f.eks. spiller en stor rolle for mulighederne for nedsivning fra rodzone til grundvandsmagasin. Videnopbygning kan ske ved specifikke nedsivnings-forsøg og sprækkeundersøgelser, ved geologisk kortlægning og ved udvikling af nye zoneringskoncepter baseret på modellering.
Udvikling af teknologier til rensning af forurenet grund- og drikkevand. Der er et stort behov for udvikling af bæredygtige og omkostningseffektive teknologier til rensning af forurenet grund- og drikkevand med fokus på pesticider og andre mikroforureninger. Der findes i denne sammenhæng et stort og uudnyttet potentiale i anvendelsen af naturlige bakterier med særlige evner til at nedbryde fremmedstoffer i forskellige oprensningsscenarier.
Miljømæssige konsekvenser af geotermisk energi og varme/kuldelagring. I de kommende år forudses en øget udnyttelse af både dybe geotermiske energikilder og den mere overfladenære geotermiske ressource, som led i den grønne omstilling, samt et stigende behov for sæsonlagring af overskydende energi fra både industri, solpaneler og vind. Både i Danmark og internationalt arbejdes der med lagring af varme i udvalgte geologiske formationer, som en af de mulige løsninger. Der er behov for øget viden om, hvordan menneskeskabte temperaturændringer påvirker jord- og vandmiljø i forbindelse med udnyttelse af jordens geotermiske ressourcer og dens potentiale for energilagring f.eks.. i forbindelse med varmelagring i vandførende lag. Der er specifikt behov for øget viden om de mikrobiologiske og geokemiske processer i jorden, når denne opvarmes. Samtidig øger den stigende udnyttelse af de overfladenære geologiske ressourcer kravene til ressourceforvaltning i myndighedernes planlægning og dermed til nem og overskuelig adgang til data, geologiske kort og modeller. Der er således behov for at kunne identificere lag/reservoirer, der er afskærmet fra miljø- og grundvandsinteresser, og hvor varmelagring vil kunne foregå uden at påvirke disse negativt.
Udvikling af nye metoder til strukturel karakterisering af geologi. Viden om de strukturelle geologiske forhold og geologiens heterogenitet er helt essentiel i forhold til løsning af mange samfundsmæssige problemstillinger, f.eks.. i forhold til varmelagring i jorden, udpegning af robuste/følsomme landbrugsarealer samt modellering af vandets og kemiske stoffers kredsløb. Der er behov for mere forskning i metoder til kortlægning og modellering af de strukturelle geologiske forhold. Herudover er der et stort potentiale i udvikling af metoder, der inddrager og integrerer detaljerede geofysiske målinger (f.eks. luftbårne) og boringsdata (geologiske, geofysiske, hydrologiske, kemiske). Der er både behov for udvikling af mere effektive metoder (f.eks. stokastiske) og for udvikling af metoder, der kan optimere modelresultaterne. Der er endvidere behov for metoder, som i højere grad muliggør kvantificering af usikkerheder, hvor data-, tolknings- og modelusikkerhed indgår.
Drikkevandskvalitet og folkesundhed. I Danmark producerer vi vores drikkevand fra grundvand, som kun gennemgår en simpel behandling på vandværkerne. Samtidig er forbruget af flaskevand relativt lavt i forhold til andre europæiske lande. Vi har derfor unikke betingelser for at studere hvordan det lokale geologiske grundlag og den lokale udvaskning af forurenende stoffer til grundvandet påvirker drikkevandets kvalitet og folkesundheden. I Danmark har vi en lang tradition for at lagre både vores miljø- og sundhedsdata i nationale databaser og registre. GEUS administrer den offentlige database JUPITER som bl.a. indeholder kemiske analyser fra grund- og drikkevand, som for nogle stoffer går mere end 100 år tilbage i tiden. Vi har også digitale oplysninger om forsyningsområderne for de almene vandværker i Danmark. Samtidig har vi alle et CPR-nummer som er geokodet. Det vil sige, at vi ved, hvor hver enkelt person har boet gennem hele livet og vi kender den kemiske sammensætning af drikkevandet og sundhedshistorien. Det betyder, at vi med vores data kan udføre epidemiologiske register-undersøgelser på individniveau for hele landets befolkning og på den måde opnå viden om sammenhænge mellem kvaliteten af vores drikkevand og folkesundheden. International set giver det os helt enestående forsknings-muligheder som ikke er mulige i andre lande.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
En vigtig forudsætning for at forskningsindsatsen reelt bidrager til udvikling af en mere intelligent vandinfrastruktur er, at den indgår i en sammenhængende plan for opgradering af infrastrukturen. Dvs. at ejere og brugerne af infrastrukturen er indstillet på at benytte den nye viden, nye integrerede værktøjer, de mange nye data, og nye applikationer, der vil blive resultatet.
Derfor er det meget væsentligt, at en bred vifte af slutbrugere aktivt inddrages i forskningen. Det drejer sig om i) lokale borgere og interessenter, som bl.a. skal engageres i problemformuleringer og lokal dataindsamling; ii) myndigheder (stat og kommuner), som skal udnytte resultaterne i den daglige vandforvaltning, og som derfor skal medvirke i problemformulering og indgå i en aktiv test af de nye systemer/produkter; iii) firmaer, som skal bidrage med udvikling af nye sensorer og informationsteknologiske løsninger.
Der er behov for en kombination af programmer for strategisk forskning med sigte på at opnå mere grundlæggende viden og forbedrede løsnings-metoder på bl.a. vandmiljøområdet og programmer, der fokuserer på innovation og teknologiudvikling.
Endelig er der behov for udvikling af nationale værktøjer til at understøtte vandforvaltningen. Eksempler herpå kan være:
- En dynamisk kobling af GEUS’ Nationale Vandressource Model og DMI’s vejrprognosemodel HARMONIE, som kan udgøre grundlaget for realtids prognoser af vandstand og strømninger i grundvand og vandløb og som samtidig kan skabe en platform, som giver alle nationale og lokale aktører mulighed for at udvikle en række tillægs-produkter
- Indbygning af de detaljerede resultater fra Den Nationale Grundvandskortlægning i GEUS’ Nationale Vandressource- og Kvælstof-model til brug i den fremtidige kvælstofregulering af landbruget i forhold til beskyttelse af både grundvand og overfladevand.
Udover at forbedre den konkrete vandressource forvaltning i Danmark ligger der et stort eksportpotentiale for danske rådgivere i integrerede teknologiske løsninger indenfor vandområdet. Eksempler herpå kan være:
- Nye renseteknologier for forurenet grund- og drikkevand, der har et stort markedspotentiale, og det vil derfor være naturligt at inddrage industri og slutbrugere i forskningen.
- Internationale rådgivningsopgaver indenfor helhedsorienterede løsninger på vandområdet, der kombinerer nye teknologier, informationsplatforme og sensorer med databasestrukturer og modelværktøjer.
5. Danske forudsætninger
Der er særdeles gode forudsætninger for at forskningsindsatsen kan lykkes: i) Danmark har en særdeles stærk international forskningsmæssig position både med hensyn til vand og informationsteknologi; ii) Vi har i Danmark mulighed for helhedsorienterede løsninger som inkluderer integrerede analyseværktøjer baseret på nationale databaser for både klima-, vand-, kemi-, geologi- og sundhedsdata; iii) Danmark har en bred vifte af små og store højteknologiske virksomheder indenfor vandområdet som vil kunne bidrage med innovation og efterfølgende salg internationalt; iv) Danmark har en række store, faglig stærke rådgivende firmaer, der er interesseret i at udvikle og teste nye koncepter og produkter i Danmark og efterfølgende sælge viden internationalt. ; v) lokale interessenter er veluddannede og motiverede til at bidrage med dataindsamling og lokal viden.
6. Mål, effekt og perspektiver
Det overordnede mål er, at forskningsindsatsen, via markant forbedret data og vidensgrundlag i kombination med en bred interessentinddragelse, kan udgøre forudsætningen for, at der kan findes praktiske, blivende løsninger på de store samfundsmæssige udfordringer på vandområdet ift. f.eks.. næringsstofudledning, grundvandsbeskyttelse og klimatilpasning. Kombinationen af den helhedsorienterede tilgang, via integrering af forskellige datatyper og modeller, og nye informationsteknologiske løsninger forventes endvidere at kunne forstærke den i forvejen store danske eksport på vandområdet.
7. Kontaktperson
Simon Stisen, sst@geus.dkmailto:, 91 33 36 33
Jens Christian Refsgaard, jcr@geus.dk, 30 70 98 30
8. Forslagets prioritering
Forslaget har høj prioritet.