Betydningen av grunnvanns- og markvannsforhold for tilsig og kraftsituasjon BL-seminar rondheim 9.11.2008 Hervé Colleuille E. Holmqvist, S. Beldring, L.E. Haugen
Disposisjon Grunnvann & tilsig Prognosesystem for mark- og grunnvann Tørke 1995-96 96 Tørke 2002-03 03 Tørke 2006 Konklusjoner og videre arbeid
Vannproduksjon Varme- og kjøleproduksjon Kraftproduksjon
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 80-100 % av det totale avløpet på Østlandet og 40-70 % på Vestlandet
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
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
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
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
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
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
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 322 000 celler Bre Fjell Skog Åpen Myr Innsjø
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
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
Nyttbart tilsig i GWH i perioden 1995-2007 Akkumulert avvik 30000 20000 1995-96 96 2002-03 03 2006 10000 0-10000 -20000-30000 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 Tørre perioder er avmerkert med rødt
Tørke 1995-1996 Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere Grunnvannsstand i forhold til normalt 15.10.1995 15.12.1995 15.02.1996
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 15.04.1996 15.06.1996 15.08.1996
Høst- og vintertørke 2002-2003 1. 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
Groset, Telemark (950 m o.h.) Markvannsunderskudd & -overskudd Høyere underskudd enn normalt allerede i aug./sept. 2002 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 2003 153 mm 116 mm Veldig høyt overskudd > 40 mm Høyt overskudd 20-40 mm Lavt overskudd 10-20 mm Feltkapasitet +-10 mm Lavt underskudd 10-40 mm Høyt underskudd 40-80 mm Veldig høyt underskudd > 80 mm
Snølager, markvannsunderskudd og forvenventet i 2002-03 Groset, Telemark 950 m.o.h. tilsig
2006 1. 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 350.000 norske husholdninger) 28. november Mye høyere Høyere Normal Lavere Mye lavere Ingen data Simulering Observasjoner
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
HBV-modellen simulerer ikke de store markvannsunderskuddene i fjellområder i vintre; Underskuddet kan være opp 200-300 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 10-18 18 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
Norges vassdrags- og energidirektorat www.nve.no Takk for oppmerksomheten Hervé Colleuille, hec@nve.no