Erfaringer fra JOVA-felt. Johannes Deelstra og Hans Olav Eggestad

Transkript

1 Hydrologi i mindre nedbørfelt Erfaringer fra JOVA-felt Johannes Deelstra og Hans Olav Eggestad Bioforsk Jord og miljø

2 JOVA felter Feltene overvåkes med hensyn på erosjon og avrenning av næringsstoff og pesticider. Feltet er valgt fordi det representerer Norsk jordbruk (forskjellig drift og klima)

3 Vannføringsmåling, vannprøvetaking, Vannføringsmåling; Crump overløp. Vannprøvetaking; blandprøver

4 Sesong variasjon i avrenning Nedbørsfelt Vinter Dec - Feb Vår Mar - Apr Sommer May - Aug Høst Sept - Nov Høgfoss Skas Heigre Hotran Skuterud, Volbu Vinningland

5 Avrenning og tid Andel av årlig avrenning(%) Gjennomsnittlig Nedbørsfelt Antall dager Avrenning(mm) Hotran Vinningland Skas Heigre Skuterud Høgfoss Volbu

6 Intensitet i avrenning

7 100 Skuterud catchment cy (%) cum. frequen hourly discharge daily discharge specific discharge l s -1 ha -1 Under perioder med mye avrenning kan det forekomme store variasjoner i vannføring innenfor en dag Spesifikk avrenning Skuterud og Høgfoss 100 Høgfoss catchment 80 Høgfoss Skuterud ha 450 ha cum. freq quency (%) hourly discharge daily discharge specific discharge l s -1 ha -1

8 Akkumulert avrenning og stofftap og tid, Hotran og Skuterud avr SS TP TN % dager avr SS TP TN % dager

9 Tap av næringsstoffer of suspendert stoff høsten 2000 Skuterud Hotran (gjenn.) (gjenn) Okt-Des År Okt-Des År Okt-Des År Okt-Des År N-tap (kg ha -1 ) P-tap (kg ha -1 ) SS-tap (kg ha -1 )

10 Slik vil vi ha det

11 Vinter, frossen jord, og hva med infiltrasjon Vandsemb nedbørsfelt (2002) Jordprofil mai 2002

12 Det er tap av næringsstoffer i vinter perioden Löytäneenoja Graisupis i Skuterud M36 N tap i frost per. 4.9 (35 %) 4.5 (33 %) 8.7 (20 %) 1.4 (5 %) N tap år Löytäneenoja Graisupis Skuterud M36 P tap i frost per. 0.1 (20 %) 0.1 (33 %) 0.5 (20 %) 0.01 (3 %) P tap år

13 Fryse/tine perioder og avrenning Scenarier framover?

14 Stor variasjon i vannføringen

15 Frost perioder Start winter, 18/11/1993 Skuterud, freezing period rees-days s ( o C) 1500 freezing index End winter, 04/03/1994 Sum deg /04 01/07 01/10 01/01 01/04 01/07 date

16 Start og end på frost periode for perioden

17 Antall fryse/tine perioder for perioden

18 Vinter/snøsmelting i Norske nedbørsfelter Winter runoff (Øygarden, 2000) January 30 January 31 Runoff: 25 mm Runoff: 77 mm Soil loss: 2 kg ha - 1 Soil loss: kg ha -1

19 Effekter av fryse/tine på agregat stabilitet Endring Leire: 25 % etter 6 fryse/tine perioder Silt: 50 % etter 1 fryse/tine periode Forventninger framover; flere fryse/tine perioder kan føre til mer g ; y p erosjon

20 Effekter av fryse/tine perioder på shear strength Redusering: g 25 % etter 6 fryse/tine perioder Erosjons risiko øker ved ustabile vintrer

21 Milde vintrer Mer nedbør Flere fryse/tine perioder Mer erosjon Økt tap av næringsstoffer

22 Endringer i vinter forhold g Forekommer i mange områder i Europa!

23 Takk

24 Hvordan å oppnå et godt økologisk potensial? Ha kunnskap om (agro)hydrologi Kjenne til transportveier t for vann,

25 Jordbruket og grøfting Nesten alt Norsk jordbruksjord er drenert Hvorfor tidlig såing redusere overflateavrenning/erosjon forbedre vekstforholdene Hvordan Cirka 1 m dybde, 6 10 m mellom distans Hva er effekter av grøfting på avrenning

26 Is ice then too cold? If not taken into account the right processes. Freez/thaw cycles aggregate stability change usle, rusle, musle, wepp, eurosem, Infiltration Latent heat of freezing, Change over time in infiltration capacity Effects of snow (Coup, soil, shaw, daisy,??)

27 USLE regression model, no winter USLENO calibrated USLE to Norwegian climate RUSLE revised USLE, K factor adj. according to freeze/thaw cycles CREAMS process based model; hydrology, erosion (ULSE factors) and chemistry (nutrients and pesticides) GLEAMS improved winter hydrology ICECREAMS modified CREAMS, Finnish version SWAT winter hydrology, uses modified USLE (MUSLE) ERONOR hydrology simulated by SOIL model, uses USLE based factors EUROSEM process based model, no winter hydrology routine EROSION-3D winter hydrology routine under development WEPP winter hydrology routine (under review and testing)

28 USLE Universal Soil Loss Equation (Wishmeier and Smith, 1978) A = R * K * L * S * C * P Gives too high h soil loss estimates t for Norwegian soils R factor do not reflect Norwegian precipitation runoff relations (snowmelt) K factor not proper, e.g. artificially levelled soil USLENO (Lundekvam, 1990) A = R no * K no * L no * S no * C no * P Calibrated to one area in Southeast Norway (Romerike) Should be calibrated to more areas before wider use, data for surface runoff and soil loss are however limited Are used to make Norwegian Erosion Risk Maps (!) RUSLE Revised USLE (Renard et al., 1997) Most factors revised; erodibility factor (K) adjusted for freeze/thaw cycles However, the R - factor model still not accounting for winter hydrology processes ERONOR (Lundekvam, 2002) Uses the SOIL model to simulate the hydrology (including winter hydrology) Empirically based soil erosion prediction on daily basis (calibrated USLE factors) (Daily soil loss = daily surface water amount * daily particle concentration in surface water)

29 CREAMS Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural management Systems (Knisel, 1980) Processed based model (hydrology, erosion and chemistry) Uses EI (R-factor), K, C and P from USLE in the erosion calculations Daily simulation SWAT Soil and Water Assessment Tool (Neitssch et al., 2002) An merging of the SWRRB and the ROTO models, large scale model Winter hydrology routines Uses a modified USLE (MUSLE) to calculate erosion (rainfall amount based R factor) EUROSEM The European Soil Erosion Model (Morgan et al., 1998) Operates for short time steps (~one minute) No winter hydrology routines Process based prediction of soil erosion by water EROSION-2D/3D (Smith, 1990/Smith and Werner, 2000) Process based soil erosion model, Simulates soil detachment and deposition on single slopes Winter hydrology routines under development WEPP Water Erosion Prediction Project (Nearing et al., 1989) Event or continuous simulation Winter hydrology routines (under development) Process based simulation of soil erosion by water

30 Summary Erosion models Model Type Scale Time step Winter hydrology Erosion USLE (USLENO, RUSLE) CREAMS (GLEAMS, ICECREAMS) Empirical Slope, field Mean annual estimates No Regression Process based Field Day Yes USLE factors ERONOR Empirical Slope, filed Day, year Yes (SOIL) USLE factors SWAT Process based Watershed, Year Yes MUSLE basin EUROSEM Process based Filed, small watersheds Event (sec/min) No Process based EROSION - Process based Slope Day, year * Process based 2D/3D WEPP Process based Slope, small Event (day), Yes* Process based watersheds year * Under development and testing