Betydningen av grunnvanns- og markvannsforhold for tilsig og kraftsituasjon. Hervé Colleuille

Transkript

1 Betydningen av grunnvanns- og markvannsforhold for tilsig og kraftsituasjon BL-seminar rondheim Hervé Colleuille E. Holmqvist, S. Beldring, L.E. Haugen

2 Disposisjon Grunnvann & tilsig Prognosesystem for mark- og grunnvann Tørke Tørke Tørke 2006 Konklusjoner og videre arbeid

3 Vannproduksjon Varme- og kjøleproduksjon Kraftproduksjon

4 I perioder uten nedbør eller snøsmelting sørger grunnvannstilsig for at vannføringen i elver og tilsig til kraftmagasiner opprettholdes Selv i flomperioder utgjør grunnvann en betydelig del av vannføringen Vannføring Overflateavrenning Grunnvann Om vinteren utgjør grunnvann % av det totale avløpet på Østlandet og % på Vestlandet

5 Siden grunnvann utgjør en så stor del av totalt tilsig er best mulig forståelse av prosesser tilknyttet grunnvannsdannelse og -tilsig av stor betydning for prognosering av forventet tilsig Grunnvannstilsig

6 Jordas lagerkapasitet for vann (Markvannsunderskudd) estimerer hvor mye nedbørs- og snøsmeltemengder jorda kan lagre før det skjer avrenning Snø + tele Evapotranspirasjon Grunnvann Jordas lagerkapasitet for vann er størst: i Sør-Norge og lavlandet i sommerhalvåret når vegetasjonens vannforbruk er størst; i Nord-Norge og høyfjellsområdet i vinterhalvåret når nydannelse av grunnvann er begrenset av snø og frost

7 Økningen i markvannsunderskudd om vinteren skyldes uttapping av grunnvannsmagasiner som fører til en drenering av jordas øverste meter og gir dermed et underskudd av vann i jorda Grunnvannstilsig Markvannsunderskuddet kan utgjøre 10 til 100 % av snømengder Tilsiget til kraftmagasiner om våren kan være mye mindre enn forventet ut fra målte snømengder

8 Flom Tørke Kraft H. Colleuille S. Beldring L.E. Haugen T. Øverlie Z. Mengistu J. Andersen W.K. Wong Analyse- og prognosesystem for grunnvann og markvann basert på modellsimuleringer og sanntidsdata Mål: Utvikle et system som vil gjøre NVE bedre i stand til å analysere, følge opp og prognosere ekstreme hydrologiske situasjoner Skred

9 Nasjonalt overvåkingsnett 65 måleområder for grunnvann 17 markvannsstasjoner Pga. spredt stasjonsnett og korte måleperioder (¼( st. >30 år), er det nødvendig å anvende hydrologiske modeller til analyse av landsdekkende grunn/marvannstilstand

10 Presenterer markvanns- og grunnvannstilstand basert på 2 typer uavhengig informasjon: Fargene i bakgrunnen er basert på simuleringer (distribuert HBV-modell modell) Punktene representerer observasjoner eller COUP-simuleringer

11 Bergström, 1995 Distribuert HBV-modell S. Elv S. Beldring et al., 2003 Daglige observasjoner av nedbør og temperatur Karakteristikk av vegetasjon i ulike sesonger Geografisk informasjon: % av landskapstype i hver enkelt celle (1 km 2 ) Hydrauliske egenskaper i hver landskapstype Topografi, elv & reservoar celler Bre Fjell Skog Åpen Myr Innsjø

12 Fysisk-basert COUP-modell Jansson & Karlberg,, 2004 Simulerer vann- og energidynamikk daglig i en lagdelt jordprofil dekket med vegetasjon (1D) Input: Driving variables Air temperature Relative humidity Wind speed Precipitation Global radiation Soil characteristics Soil water retention Hydraulic conductivity Soil thermal conductivity Plant growth Canopy height Leaf Area Index Root depth Regn & snø Planter & evapot. Markvann Grunnvann

13 Flom og jordskred Høst 2000 Ingen lagerkapasitet for vann kombinert med kraftig regn førte til en rask økning av grunnvannsstand Flere jordskred, samt alvorlige og langvarige flommer i Sør-Øst Norge fra midten av oktober til midten av desember Mye lavere Lavere Normal Høyere Mye høyere Markvannsunderskudd COUP-simuleringer Grunnvannsstand Prosent av normalen Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere

14 Nyttbart tilsig i GWH i perioden Akkumulert avvik Tørre perioder er avmerkert med rødt

15 Tørke Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere Grunnvannsstand i forhold til normalt

16 1. Tørr høst 2. Kald og tørr vinter Lite snø Ekstremt dyp frost Ekstremt lavt grunnvannsstand Stort markvannsunderskudd Svært lavt tilsig 3. Nedbørfattig sommer 1996 Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere

17 Høst- og vintertørke Tørr høst 2. Kald vinter Ekstremt lavt grunnvannsstand Svært lavt tilsig august 2002 Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere Grunnvannsstand i forhold til normalt oktober 2002 april 2003

18 Groset, Telemark (950 m o.h.) Markvannsunderskudd & -overskudd Høyere underskudd enn normalt allerede i aug./sept Maksimun underskudd på 200 mm rundt 1. april 2003 Tilsvarer et energiunderskudd på nesten 130 GWh = ett års strømforbruk for 6500 norske husstander +105 mm 102 mm 178 mm 194 mm 15. april mm 116 mm Veldig høyt overskudd > 40 mm Høyt overskudd mm Lavt overskudd mm Feltkapasitet +-10 mm Lavt underskudd mm Høyt underskudd mm Veldig høyt underskudd > 80 mm

19 Snølager, markvannsunderskudd og forvenventet i Groset, Telemark 950 m.o.h. tilsig

20 august 1. september 1. oktober Grunnvannsstand Prosent av normalen Det forsvant en energimengde tilsvarende 7 TWh til oppfylling av mark- og grunnvann (Tilsvarer årsforbruket 1. til november norske husholdninger) 28. november Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere Ingen data Simulering Observasjoner

21 Tilsiget til kraftmagasiner om våren kan være mye mindre enn forventet ut fra målte snømengder Kraftmagasiner om sommeren kan få mindre påfyll enn nedbørmengder skulle tilsi Virkningen av oppfyllingen av markvannslageret ved infiltrasjon av smeltevann og regn er ofte undervurdert Grunnvanntilsig utgjør en betydelig del av tilsig og kraftmagasiner Kunnskap om tilstanden til markvann og grunnvann er derfor viktig for å vurdere og prognosere kraftsituasjonen

22 HBV-modellen simulerer ikke de store markvannsunderskuddene i fjellområder i vintre; Underskuddet kan være opp mm; Noe som kan tilsvare en stor andel av forventet avrenning fra snøsmeltingen. COUP-simuleringer gir et bedre bilde av markvannssituasjon enn HBV-simuleringer og kan brukes for å forbedre estimert forventet tilsig. Oppdateringen av COUP-modeller er pr. i dag ekstremt tidskrevende og vi har kun parametriserte COUP- modeller (flere( i lavland kun 10 er validert) Det er nødvendig å programmere en forenklet fysisk basert prognoseverktøy for grunnvann/markvann basert på COUP- modell slik at man kan få en automatisk daglig oppdatering av status. Representativitet til punkt simuleringer med standard COUP-modell (mht. vegetasjon, jordtyper..) må vurderes ytterligere

23 Norges vassdrags- og energidirektorat Takk for oppmerksomheten Hervé Colleuille,