Hydrologi, grunder och introduktion

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Hydrologi, grunder och introduktion"

Viktoria Svensson
för 9 år sedan
Visningar:

1 Hydrologi, grunder och introduktion Disposition Vattnets kretslopp och vattenbalans Mätningar Extremvärden och dimensionering Reglering och annan mänsklig påverkan

2 Vattnets kretslopp och vattenbalans Världens vattentillgångar ngar Source: UNESCO

3 Vattnets kretslopp Vattenbalansens huvudkomponenter Nederbörd Avdunstning Snö Markvatten Grundvatten Sjöar Avrinning

4 Vattenbalansen- vattnet i kretsloppet Vattenbalansekvationen P = Q + E + M P = nederbörd Q = avrinning E = avdunstning M = magasinering Måttenhet millimeter mm, som är liter/m 2 Vattenbalansen i Sverige Nederbörd Avrinning Avdunstning

5 Nederbörds rdsfördelningen under året Norra Sverige ca 50 % snö Södra Sverige % snö Regn Snö Källa: SNA,1995 Årsavrinning - geografisk variation

6 Avrinningens årstidsvariation Källa: SNA, Sorsele 6110km 2 Mellanårsvariation Norra Sverige Torsebro 3676km Södra Sverige

7 Avrinning - Vattenföring Samma sak men olika enheter Avrinning: mm (l/m 2 ) är en totalvolym Avrinning per tidsenhet blir ett flöde Vattenföring: avrunnen volym per tidsenhet, oftast m 3 /s Specifik avrinning = avrinning per tids- och ytenhet: l/s/km 2 Snömagasinering och smältning

8 Snösm smältning short-wave radiation long-wave radiation wind Snösmältningen styrs av tillgänglig energimängd rain evaporation sensible heat flux condensation soil heat flux Graddagmetoden: snösmältning = C * (T - T 0 ) C = graddagfaktor (mm/(dag* o C)) (skog ca 2; öppen mark ca 3.5) T = lufttemperatur ( o C) T 0 = tröskeltemperatur (ca 0 o C) Källa: Bengtsson, 1997 Avdunstning

9 Evapotranspiration Transpiration Evapotranspiration = Evaporation + Transpiration Evaporation Det är skillnad mellan potentiell och verklig evapotranspiration Årlig avdunstning (mm/år) < Källa: SNA, 1995

10 Markfuktighet Infiltration Perkolation Omättade zonen, markvatten Mättade zonen, grundvatten Markvatten och avrinning Vissningsgräns Fältkapacitet Källa: SMHI (Sten Bergström)

11 Avrinningsområdets mosaik Potentiell (Ep) och verklig evapotranspiration (E) E/Ep 1,0 0 Markfuktighet Fältkapacitet

12 Markfuktighetens betydelse för flöden Q (m3/s) P (mm) SM (mm) Vad händer i avrinningsområdet?

13 In- och utströmning i en sluttning

14 Sjöars påverkan på vattenföringen Sjöars påverkan på vattenföringen 2.2 % sjö 12.8 % sjö

15 Mätningar

16 Vattenföringsmätningar Direkta metoder Volym-tid Strömhastighetsmätare Flottör Flygel ADCP Utspädning Indirekta metoder Naturlig bestämmande sektion Anlagd mätsektion Vattenkraftverk Q-mätning traditionell teknik Q = V A V = medelhastighet för en tvärsektion med area A Mätning på 2-3 djup i många sektioner i ett tvärsnitt

17 Flygel - rotor Flygel - elektromagnetisk Doppler/Ultraljud Flottör Hydrologiska mätinstrument ADCP-mätning resultat

18 Bestämmande sektion Avbördningskurva Avbördningskurvor kan ofta beskrivas matematiskt med ett uttryck av formen Q = K * ( W W 0 ) P Q W W 0 K P = vattenföringen = vattenståndet = tröskelvärdet på vattenståndet = empirisk koefficient = empirisk exponent

19 Vattenståndsm ndsmätning - pegel Extremvärden och dimensionering

20 Har höga flöden blivit vanligare? Andel stationer som överskrider 10-års flödet per år i hela landet för 69 oreglerade stationer Andel 10-årsflöden (%)

21 Andel 10-årsflöden (%) Årsmax Reg Reg Reg Reg Återkomsttid- Sannolikheter Återkoms t-tid År Anläggningens beräknade livslängd År , , Sannolikheten i % att händelsen kommer att inträffa

22 Flödeskommitténs riktlinjer kom Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden. Tabell 1. Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden. Flödesdimensioneringsklass *) Konsekvens vid dammbrott (utöver de konsekvenser som följer av flödet i sig om dammen inte rasat) Avbördningskrav I II Icke försumbar sannolikhet för förlust av människoliv eller annan personskada eller Beaktansvärd sannolikhet för allvarlig skada på viktig trafikled, dammanläggning eller därmed jämförlig anläggning eller på betydande miljövärde eller Hög sannolikhet för stor ekonomisk skadegörelse Icke försumbar sannolikhet för skada på trafikled, dammanläggning eller därmed jämförlig anläggning, miljövärde eller annan än dammägaren tillhörig egendom i andra fall än som angetts vid flödesdimensioneringsklass I. Dammanläggningen ska, utan allvarlig skada på dammanläggningen, kunna motstå och framsläppa ett dimensionerande flöde, som beräknas enligt anvisningarna i avsnitt 5 **). Dammanläggningen ska vid dämningsgränsen även kunna framsläppa ett tillrinnande flöde med en återkomsttid av minst 100 år. Dammanläggningen ska vid dämningsgränsen kunna framsläppa ett tillrinnande flöde med en återkomsttid av minst 100 år. Dammanläggningen ska dessutom anpassas till ett flöde som bestäms genom kostnads-/nyttoanalys. *) Beteckningen flödesdimensioneringsklass ersätter beteckningen riskklass som användes i Flödeskommitténs slutrapport från **) Flödenas återkomsttid kan inte anges med denna metod. Jämförelser med frekvensanalys indikerar att flöden som beräknas på detta sätt i genomsnitt har återkomsttider över år. 44

23 Klass I dammar i Sverige High consequence ~200 Medium consequence > Principen för beräkning av klass I flöden

24 Ny upplaga 2007 Hänsyn skall tas till klimat frågan!

25 Reglering och annan mänsklig påverkan

26 naturlig tillrinning Vattenkraftutbyggnad spillvatten reglerad vattenföring 3000 m 3 /s Luleälven lven m 3 /s

27 3000 m 3 /s Luleälven lven m 3 /s Luleälven, lven, Boden 3600 m 3 /s Uppmätt reglerat flöde Naturligt rekonstruerat flöde J F M A M J J A S O N D 1993 J F M A M J J A S O N D 1994 J F M A M J J A S O N D 1995

28 Men vattenkraften dämpar inte alla flöden 4000 m3/s SOLLEFTEÅ Maxflöde åren m3/s Vattenföringen reglerades Qmax Qmax "naturligt" Sollefteå 1998 m 3 /s 2500 Sollefteå Vattenföring apr 2 maj 9 maj 16 maj 23 maj 30 maj 6 jun 13 jun 20 jun 27 jun 4 jul 11 jul 18 jul 25 jul 1 aug 8 aug 15 aug 22 aug 29 aug 5 sep 12 sep 19 sep 26 sep Reglerad Beräknad naturlig

Vänern och Göta älv Karlstad Vänern Göta älv Göteborg Vänerns och Göta älvs problem Vattendom från 1937, baserad på dåtidens kunskap Stort exploateringstryck längs stränderna, vattenkraft, sjöfart

29 Vänern och Göta älv Karlstad Vänern Göta älv Göteborg Vänerns och Göta älvs problem Vattendom från 1937, baserad på dåtidens kunskap Stort exploateringstryck längs stränderna, vattenkraft, sjöfart miljö, vattenförsörjning, jordbruk Stor sårbarhet under dagens klimatförhållanden (2000/2001!) Det krävs en ökning av avbördningskapaciteten Göta älv är skredkänsligt och havet hindrar höga tappningar Problemen förvärras en global uppvärmning Landhöjningen håller inte jämna steg med havsnivåhöjningen

30 Vattenstånd i Vänern Vattendom

31 Tappning från Vänern Vattendomens betydelse för Mälarens nivåer

32 Vattendomens betydelse för tappningen från Mälaren Hjälmaren

33 24 23 Hjälmarens nivåer Hjälmarens tappning GLÖM ALDRIG: Risken att drabbas av ett 100-års flöde under ett sekel är 63%! Hässleholm februari 2002

Relevanta dokument

Hydrologins vetenskapliga grunder

Hydrologins vetenskapliga grunder Vattenbalansens huvudkomponenter Nederbörd Avdunstning Snö Markvatten Grundvatten Sjöar Avrinning 1 Vattenbalansekvationen P = Q + E + M P = nederbörd Q = avrinning E