Hydrologi i små nedbørfelt betydningen for tiltaksgjennomføring Johannes Deelstra
Evaluering av hydrologien i JOVA feltene, og sammenlikning med andre felt i Norge og nedbørfelt i Estland og Latvia, Formålet; Øke forståelsen for hydrologien i jordbruksdominerte nedbørfelter, hva er de dominerende strømningsveier for vann og, hvor lenge oppholder vannet seg i nedbørsfelter. se på forskjeller i karakteristikker mellom små og store felt, og hva som er de dominerende årsakene til disse forskjellene. effekten av tidsoppløsning evaluert ved at de samme hydrologiske karakteristikker ble beregnet Kunnskap om hydrologien og hvordan den påvirker jord - og næringsstofftap er viktig for å kunne foreta riktige valg og gjennomføring av tiltak mot forurensning både nå og under fremtidige klimaendringer
Østersjøen j Verdens sykeste hav en kvart av Østersjøen kan karakteriseres som død d d hav h. Jordbruk er den viktigste bidragsyter av næringsstoffer http://www.aftenposten.no/fakta/innsikt/article 2642025.ece 2642025 Årungen Til tross for betydelig innsats for å bedre vannkvaliteten i Årungen er situasjonen i dag omtrent den samme som tidlig på 1980-tallet (se Fylkesmannen i Oslo og Akershus; miljøstatus for Årungen). Fra; http://www.niva.no/symfoni/infoportal/publikasjon.nsf/.vieinterforsideniva/ EB5D1CA5E003A507C1257339004B4BEB
Strømningsveier og erosjon. Snøsmelting, forst i jord, klimaendring; hvordan skal det påvirke strømningsveier for vann
Nedbørsfelter i Latvia, Estonia og Norway I de fleste kontinuerlig registrering av vannhyøyde/ vannføring Ofte time verdier er tilgjengelig Vannføringsmåling ofte som i JOVA felter. Ellers vha kalibrering tverrsnitt elvestrekning Kombinasjon av trykksensor, logger og vannføringsmåler
Årlig avrenning og næringsstofftap generert i en begrenst antyall dager runoff SS TP TN % days 50 26 12 16 23 90 118 66 80 106 100 365 365 365 365 Et eksempel for Skuterud, Norge (4.5 km 2 ) Avrenningen skjer i en kort tidsperiode -> dette stiller store krav til vannprøvetakingen
Karakteristisk for mange mindre Norske nedbørfelter er den store døgnvariasjon i vannføringen
Et eksempel av stor døgnvariasjon ved variasjonskoeffisient (cv) og skewness CV Skewness Nedbørsfelt Areal(ha) Time Døgn Time Døgn vannf. vannf. vannf. vannf. Høgfoss 29500 125.1 122.5 3.0 2.9 Jova felt Hotran 2000 229.1 203.2 6.6 5.1 Mørdre 680 245.4 221.9 5.4 4.1 Skuterud 450 239.2 208.5 6.2 4.7 Kolstad 308 194.6 182.4 4.7 3.5 Felt i Estland, Latvia Räpu (Est.) 2550 134.6 133.2 2.9 2.8 Rägina (Est.) 2130 121.8 121.0 2.1 2.0 Mell. catch. (Lat.) 964 187.6 182.0 3.7 3.4
Specific discharge and catchment scale spec. disch 1 catchment day hr Räpu 0.6 0.7 Rägina Mellupite 0.4 1 0.5 1.2 Skuterud 2.9 5.7 Mørdre 17 1.7 28 2.8 Kolstad 1.4 2.4 Høgfoss 1.3 1.5 Lena 13 1.3 15 1.5 1 spesifikk avrenning (l s -1 ha -1 ); I mindre, JOVA liknende nedbørsfelt har vi stor døgnvariasjon i vannføring Dette har vi mindre i store felt Felter i Latvia og Estland har betydelig mindre døgnvariasjon Spesifikk avrenning beregnet på døgn- og timer verdier for vannføring for Skuterud(4.5 km^2) and Høgfoss(300 km^2) Avrenningsdata med høy tidsoppløsning viktig i for dimensjoneringen i effekter av klimaendringer
Ting kan skje fort Avrenning vinter (Øygarden, 2000) 30 Januar 31 Januar Avrenning; 25 mm Avrenning; 77 mm Jord tap; 2 kg ha - 1 Jord tap; 3 050 kg ha -1
Døgnvariasjon kan uttrykkes gjennom en flashiness indeks Gjennomsnittlige døgnverdier for vannføring; FI day n i 1 q i n i q q i i 1 1 pathlength Timeverdier for vannføring n i 1 FI hr n i q hr q i Baker et al. 2004. Journal of the American Water Resources Association 40: 503 522
Flashiness daily versus hourly Høgfoss; 295 km 2 Skuterud; 4.5 km 2
Hva sier flashiness indeks om næringsstofftap Sammenlikning nedbørsfelter Estland og Norge Catchment TN-loss TP-loss (kg ha -1 ) (kg ha -1 ) FIhr Skuterud (Nor) 46.3 2.4 1.84 Mørdre (Nor) 21 1.6 1.54 Rägina (Est) 7.9 0.2 0.30 Räpu (Est) 6.7 0.2 0.30 Deelstra and Iital, 2008. Boreal Environment Research
Flashiness index, subsurface drainage and scale Size (ha) Fihr Fiday Mørdre 680 1.54 0.54 Vandsemb dr 5 1.47 0.64 Kolstad 308 0.94 0.29 Bye 4 079 0.79 037 0.37 1.Basert på verdiene for FI, kan grøftesystemer ha stor effekt på avrenning Mellupite c. 964 0.67 0.37 Mellupite dr. 12 1.10 0.51 Berze c. 368 0.37 Berze dr 76.6 0.31
Flashiness index, subsurface drainage and scale Size (ha) Fihr Fiday Høgfoss 29500 0.40 0.24 Skuterud 450 1.84 0.57 Lena 18100 0.47 0.24 Kolstad 308 0.94 0.29 Berze river 85100 0.15 Berze c. 368 0.37 1.Størrelse på nedbørsfelt er viktig. Nedgangen i FI kan indikere et stort potensial for retensjon. 2.Høy FI -> lav retensjon= lav retensjon av nætringsstoffer (vann inn -> vann ut). Kasari 264000 0.15 Räpu 2550 0.30 0.17 Rägina 2130 0.30 0.18
Flashiness index, subsurface drainage and scale Size Fihr Fiday Høgfoss 29500 0.40 0.24 Skuterud 450 1.84 0.57 Mørdre 680 1.54 0.54 Vandsemb dr 5 1.47 0.64 Lena 18100 0.47 0.24 Kolstad 308 0.94 0.29 Bye 4 079 0.79 037 0.37 Mellupite c. 964 0.67 0.37 Mellupite dr. 12 1.10 0.51 Berze e river 85100 0.15 Berze c. 368 0.37 Berze dr 76.6 0.31 Kasari 264000 0.15 Räpu 2550 0.30 0.17 Rägina 2130 0.30 0.18 1.Basert på verdiene for FI, kan grøftesystemer ha stor effekt på avrenning 1.Størrelse på nedbørsfelt er viktig. Nedgangen i FI kan indikere et stort potensial for retensjon. 2.Høy FI -> lav retensjon= lav retensjon av nætringsstoffer (vann inn -> vann ut). 1.Mindre norske nedbørsfelter har en høyere FI sammenliknet med Baltiske nedbørsfelter. Mulige årsaker;; Jordtype, topografi Grøftesystemer, grøftedistans Norge, L = 8 m; Baltisk; L= 20 25 m
Grøftesystemer og jordbruk Hvorfor trenger vi grøftesystemer? Dårlig naturlig dreneringstilstand krever Optimale forhold i rotsone for tilvekst Muliggjør jordarbeiding vår/høst Reduserer overflateavrenning -> erosjon/p-tap. Men Samtidig transporterer grøftesystemer mye næringsstoff Dårlig fungerende grøftesystemer før til dannelse lystgass (N 2 O) drain groundwater level
Transport av næringsstofffer gjennom grøftesystemer, et eksempel Vandsemb, 1992-2004 surface subsurface. N-loss (kg/ha) 2 22 P-loss (kg/ha) 0.6 0.5 SS(kg/ha) 470 90 Runoff (mm) 126 202 Dominerende jordtype; silt Drain spacing, L = 8 10 m Drain depth, d = 0.8 10 1.0 m bss. Bye, 1994-2007 surface subsurface N-loss (kg/ha) 1.1 29 P-loss (kg/ha) 0.3 0.04 SS(kg/ha) 220 20 Runoff (mm) 14 165 Dominerende jordtype; lett leire Lite suspendert stoff gjennom grøftesystemer. Hva med leir jord drain groundwater level
Kan grøftesystemer også transportere suspendert stoff? Makroporer/preferential flow Hurtig vanntransport gjennom grøftesystemer (høy FI) Ken det føre til transport av jordpartikler Skuterud, 1994-2006 N_loss (kg/ha) 45 P_loss (kg/ha) 2 SS(kg/ha) 1190 Total runoff (mm) 504
Oppsumering Avrenningen i mindre Norske nedbørsfelt (JOVA-type) har betydelig større døgnvariasjon i vannføring enn Baltiske nedbørsfelt. Dette kan være en forklarende årsak for tap av næringsstoffer. Faktorer som spiller en rolle er. Grøftesystemer/grøfteintensitet Jordtype Topografi Større nedbørsfelt har betydelig mindre døgnvariasjon sammenliknet med mindre felt. Hvilken betydning har dette for retensjon av næringsstoffer/suspendert stoff Tidsoppløsning må tas hensyn til, spesielt i mindre nedbørsfelt. Viktig for dimensjoneringen av hydrotekniske anlegg og i forklaringen av næringsstofftap. Å forstå hydrologien (strømningsveier, intensiteter, mm) er viktig mht Riktig valg av tiltak, Kunne forstå effekter av klimaendring på hydrologi og næringsstofftap
Takk for oppmerksomhet