Nedbør - LandbrugsInfo
Nedbør - LandbrugsInfo
Nedbør - LandbrugsInfo
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
HYDROLOGI<br />
Generelt og i Danmark<br />
Torben O. Sonnenborg<br />
Hydrologisk Afdeling<br />
Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser<br />
(GEUS)
GEUS – De nationale geologiske<br />
undersøgelser for Danmark og Grønland<br />
• Forskningsinstitution under Klima- og Energiministeriet<br />
• Ca. 300 medarbejdere<br />
ENERGI<br />
• Geologi (kontinentals.)<br />
• Mineraler (guld, mm)<br />
• Energi (olie, gas)<br />
VAND<br />
• Hydrologi<br />
• Grundvandskortlægning<br />
• Geokemi
Disposition<br />
• Vandets kredsløb<br />
– <strong>Nedbør</strong><br />
– Fordampning<br />
• Nettonedbør<br />
• Overfladevandsafstrømning<br />
• Grundvandsdannelse<br />
• Strømningsveje og transporttider
Det hydrologiske kredsløb
<strong>Nedbør</strong>
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• <strong>Nedbør</strong><br />
– Måling af nedbør
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• Korrektion af nedbør<br />
Shelter Class Angle to horizon (α) Shelter description<br />
A 19 < α 30 Well<br />
B 5 < α 19 Moderately<br />
C 0 < α 5 Unsheltered<br />
D α > 30 Overprotected
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• Korrektion af nedbør (%)<br />
Shelter<br />
Class<br />
J F M A M J J A S O N D Y<br />
A 29 30 26 19 11 9 8 8 9 10 17 26 16<br />
B 41 42 35 24 13 11 10 10 11 14 23 37 21<br />
C 53 53 45 29 12 13 12 12 13 17 29 48 27<br />
= (1+<br />
k) P<br />
Pc m<br />
• De fleste målere er kategori B<br />
• Problemer med vandbalancen!
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• Geografisk fordeling<br />
Observeret nedbør Korrigeret nedbør
<strong>Nedbør</strong> - mekanismer<br />
Vigtigste betingelse: Afkøling af luftmasse<br />
1. Front-systemer<br />
2. Konvektion<br />
3. Orografisk
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• Årsager til geografisk fordeling<br />
Korrigeret nedbør
Vandets kredsløb - <strong>Nedbør</strong><br />
• Sæsonmæssig fordeling<br />
mm/måned<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
<strong>Nedbør</strong><br />
J F M A M J J A S O N D<br />
Måned<br />
Vestjylland<br />
Sjælland
Fordampning
Fordampning<br />
• Hvad er fordampning?<br />
• Evaporation<br />
• Transpiration<br />
• Evapotranspiration<br />
• Hvad styrer fordampningen?<br />
– Gradient i vanddampindhold<br />
80<br />
– Energitilførsel (sol)<br />
60<br />
– Transportmekanisme (vind)<br />
• Damptryk, e:<br />
Vanddamptryk (hPa)<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Mættet damptrykskurve<br />
0 10 20 30 40<br />
Temperatur (C)
Fordampning<br />
• Hvordan bestemmes fordampning?<br />
• Måles ikke direkte<br />
• Beregnes:<br />
1. Referencefordampning, ET 0<br />
Fordampning fra areal med 15 cm højt græs,<br />
som er velforsynet med vand<br />
2. Potentiel fordampning, ET p<br />
Fordampning fra areal med bestemt afgrøde,<br />
som er velforsynet med vand<br />
3. Aktuel fordampning, ET a<br />
Fordampning fra areal med bestemt afgrøde,<br />
under de aktuelle vækstbetingelser
Fordampning - Referencefordampning<br />
• Makkink:<br />
ET 0.<br />
7<br />
ET<br />
0,<br />
obs<br />
• Penman:<br />
0<br />
0.<br />
408<br />
e<br />
e<br />
R<br />
e<br />
n<br />
e<br />
R<br />
G<br />
g<br />
1<br />
Vanddamptryk (hPa)<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
900<br />
u<br />
T 273<br />
0.<br />
34u<br />
2<br />
Mættet damptrykskurve<br />
0 10 20 30 40<br />
2<br />
e<br />
Temperatur (C)<br />
s<br />
e<br />
a
Fordampning - referencefordampning<br />
Makkink Penman
Vandets kredsløb - Fordampning<br />
• Referencefordampning: Sæsonvariationer<br />
mm/måned<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Reference fordampning<br />
J F M A M J J A S O N D<br />
Måned<br />
Vestjylland<br />
Sjælland
Fordampning – Potentiel fordampning<br />
• Potentiel fordampning (ET p)<br />
– Afgrødekoefficient<br />
ETp ET0<br />
K<br />
c<br />
Vegetationstype Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec<br />
Jord 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1 1,0-1,1<br />
Vårafgrøder 1,0 1,0-1,05 1,05-1,15 1,05-1,15 1,0<br />
Vinterafgrøder 1,0-1,05 1,0-1,05 1,0-1,05 1,0-1,05 1,0-1,15 1,0-1,15 1,0-1,15 1,0<br />
Skov 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2 1,1-1,2<br />
Vådområder 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2
Fordampning – Aktuel fordampning<br />
• Afhængig af vandindhold i rodzonen<br />
ETa ETp<br />
• Eksempel på f( ):<br />
ETa/ETp<br />
1.0<br />
0<br />
vp<br />
f<br />
(<br />
)<br />
mk<br />
50% af tilgængeligt vandindhold<br />
Vandindhold
Nettonedbør
Vandets kredsløb - Nettonedbør<br />
• Definition:<br />
– <strong>Nedbør</strong> – aktuel fordampning<br />
– Mængden af vand der er til rådighed for<br />
grundvand og overfladevand<br />
• Kvantificering i praksis
Nettonedbør<br />
• Min. nettonedbør (<strong>Nedbør</strong> – Ref.evap.)<br />
Datatype 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Middel<br />
<strong>Nedbør</strong> (korrigeret) 985 785 853 912 1072 801 599 750 1036 1105 947 895<br />
Referencefordamp. 581 556 617 551 598 620 568 627 536 598 554 582<br />
Forskel 404 229 236 361 475 181 31 123 500 507 393 313<br />
Alle tal i mm/år
Nettonedbør<br />
• Baseret på<br />
vandløbsafstrømning
Nettonedbør<br />
Beregning:<br />
1. Vandbalance<br />
2. Vandstrømningsbeskrivelse
Nettonedbør – vandbalance metode<br />
• Konceptuel model<br />
<strong>Nedbør</strong><br />
Infiltration Jord evaporation<br />
Rodzone Transpiration<br />
Perkolation<br />
Grundvandsdannelse<br />
Evapotranspiration<br />
Grundvandsspejl
Umættet og mættet zone
Vandindhold<br />
Volumen relationer<br />
– Porøsitet:<br />
– Vandindhold:<br />
– Eksempel 1:<br />
n<br />
V<br />
V<br />
• 2 m 3 vandmættet jord<br />
• n = 0.25<br />
• Hvor meget vand?<br />
f<br />
t<br />
V<br />
V<br />
w<br />
t<br />
– Eksempel 2:<br />
• 1 m 3 umættet jord<br />
• n = 0.30; = 0.10<br />
• Hvor meget vand?
Nettonedbør – vandbalance metode<br />
• Rodzonen opfattes som ét system<br />
N<br />
NN<br />
1. 2 = 1 + N<br />
2. ET a( 2) findes<br />
3. 3 = 2 - ET a( 2)<br />
4. NN = 3 - MK<br />
Jordoverflade<br />
Bund af rodzonen<br />
Tidsskridt:<br />
• Daglig<br />
Parametre:<br />
• Rodzonekapacitet
Beregning af nettonedbør<br />
• Beregning af vandstrømning (f.eks. Daisy)<br />
N<br />
ET a<br />
Jordoverflade<br />
q<br />
f<br />
Grundvandsspejl<br />
( K(<br />
), I z, ETa<br />
)<br />
Tidsskridt:<br />
• Minutter - timer<br />
Parametre:<br />
• Hydraulisk ledningsevne<br />
• Retentionskurve
Nettonedbør i Danmark
Vandets kredsløb - Nettonedbør<br />
• Sæsonvariation<br />
mm/måned<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
Nettonedbør<br />
J F M A M J J A S O N D<br />
Måned<br />
Vestjylland<br />
Sjælland
Afstrømningsfordeling
Fordeling af nettonedbør<br />
Nettonedbør<br />
Grundvandsdannelse<br />
Terræn<br />
Dræn<br />
Grundvandsstand
Overfladeafstrømning<br />
• Svært at kvantificere umiddelbart<br />
• Afstrømning på jordoverfladen<br />
– Grundvandsstand = terræn<br />
– <strong>Nedbør</strong>sintensitet > infiltrationskapacitet<br />
– Befæstede arealer; Lerjorde (stor hældning)<br />
– Jordbund frossen + regnhændelse
Fordeling af nettonedbør<br />
• Opsplitning af vandløbshydrograf<br />
Vandløbsafstrømning<br />
<strong>Nedbør</strong>shændelse<br />
Overfladevand + Interflow + Baseflow<br />
Interflow + Baseflow<br />
Baseflow<br />
Tid
Afstrømningskomponenter<br />
• Modelresultater fra Skjern Å systemet<br />
m 3 /s<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Omme Å<br />
J F M A M J J A S O N D<br />
Måned<br />
Total<br />
Baseflow<br />
Dræn<br />
Overflade
Grundvandsdannelse<br />
(dybe systemer)<br />
mm/år
Vandbalance for Danmark
Vandbalance for Danmark
Vandbalance for Danmark - Sjælland<br />
Kote (m)<br />
Hav<br />
Sand og opsprækket ler<br />
Ler<br />
Sandet ler<br />
Sand<br />
Kalk
Vandbalance for Danmark - Vestjylland<br />
196<br />
Overfladenær<br />
afstrømning<br />
og drænafstrømning<br />
til vandløb<br />
289<br />
Grundvandsafstrømning<br />
til vandløb<br />
Vandbalance for JSV<br />
Hav<br />
Kvartssand<br />
Smeltevandssand<br />
Glimmersand<br />
Moræneler<br />
Glimmerler
Transporttider
Transporttider og -hastigheder<br />
• Hurtigst: Overfladevandsafstrømning<br />
– Timer til dage<br />
• Middel: Drænafstrømning<br />
– Dage<br />
• Langsom: Grundvandsafstrømning<br />
– År
Transporttid og –hastighed:<br />
Umættet zone<br />
Fluks og porevandshastighed:<br />
– Fluks:<br />
q<br />
– Eksempel 1:<br />
NN<br />
• Vandmættet jordsøjle<br />
• NN = 500 mm/år<br />
• n = 0.25<br />
• Hvor hurtigt strømmer<br />
vandet?<br />
Hastighed:<br />
v<br />
– Eksempel 2:<br />
q<br />
• Umættet jordsøjle<br />
• NN = 500 mm/år<br />
• n = 0.30<br />
• = 0.10<br />
• Hvor hurtigt strømmer<br />
vandet?
Strømningshastigheder i grundvandet<br />
• Fluksen er styret af Darcy’s lov:<br />
q<br />
K<br />
dh<br />
dx<br />
K<br />
h<br />
L<br />
K<br />
Ih<br />
hvor K er hydraulisk ledningsevne, h er det<br />
hydrauliske trykniveau, L er afstanden og I h er<br />
gradienten på trykniveauet (grundvandsspejlet)<br />
• Hydraulisk trykniveau:<br />
– Vandstandens højde over middel havniveau
Strømningshastigheder i grundvandet<br />
• Hastigheden er givet ved:<br />
v<br />
q<br />
n<br />
hvor n er porøsiteten (0,1 – 0,4)
Øvelse: Transporttid til vandløb<br />
Vandløb<br />
25 m<br />
• Hvad er transporttiden fra punktet til<br />
vandløbet?<br />
Målepunkt<br />
30 m<br />
K = 10 m/dag<br />
n = 0,25
Vertikalt profil<br />
1 km<br />
1. Årlig gennemsnitsbetragtninger<br />
Jordoverflade<br />
2. Transporttid gennem umættet zone<br />
(vandindhold: 0.1; Nettonedbør: 500 mm/år)<br />
3. Transporttid gennem grundvandszone<br />
2 m
Change language