INSTITUTIONEN FÖR TEMATISK UTBILDNING OCH FORSKNING EXAMENSARBETE C-UPPSATS Effekter av vattenreglering på tillrinningen till Östersjön Erik Schröder Linköpings Universitet, Campus Norrköping, Miljövetarprogrammet, 61 74 NORRKÖPING
Institution, Avdelning Department, Division Institutionen för tematisk utbildning och forskning, Miljövetarprogrammet Department of thematic studies, Environmental Science Programme Datum 22-6-7 Date Språk Language x Svenska/Swedish Engelska/English Rapporttyp Report category Licentiatavhandling Examensarbete AB-uppsats x C-uppsats D-uppsats Övrig rapport ISBN ISRN LIU-ITUF/MV-C--2/12--SE ISSN Serietitel och serienummer Title of series, numbering URL för elektronisk version http://www.ep.liu.se/exjobb/ituf/ Handledare Tutor Sten Bergström Titel Title Effekter av vattenreglering på tillrinningen till Östersjön Effects of river regulation on runoff to the Baltic Sea Författare Author Erik Schröder Sammanfattning I denna studie har tillrinning till världens största bräckvattenhav, Östersjön, studerats. Östersjöns avrinningsområde inkluderar tillrinningsområden från 14 olika nationer och den totala befolkningen i området uppgår till ca 85 miljoner. Flera stora floder mynnar ut i Östersjön där Neva är den största med ett årligt medelflöde på 25 m 3 /s. En stor del av de vattendrag som mynnar ut i Östersjön är påverkade av vattenregleringar främst för vattenkraftsändamål. Syftet med vattenkraftsregleringar är att lagra vatten från vår sommar och höst för att använda detta vintertid då behovet av elkraft är stort. Regleringar för vattenkraftsändamål leder till förändrade hydrologiska förhållanden i de utbyggda vattendragen. Effekten av vattenregleringar innebär att de flesta flödestopparna blir utjämnade och att flödet vintertid ökar. I denna studie har tillrinning till Östersjön vid reglerade förhållanden samt vid naturliga oreglerade förhållanden studerats. Studien har fokuserats på de tillrinningsområden som mynnar ut i Bottniska viken längs den Svenska kuststräckan. Studien baseras på rekonstruktionsberäkningar av naturliga flöden samt uppmätta flöden som tillhandahållits av SMHI och av Vattenregleringsföretagen. Den studerade perioden är 1979-2. Vidare har regleringar för övriga länder inom östersjöområdet kvantifierats. Resultaten från studien visar att den totala tillrinningen till Östersjön är kraftigt påverkad av regleringar. Studien visar att regleringar medför en kraftigt förändrad årsdynamik i de reglerade vattendragen med en utjämnad vattenföring över året där vårfloden i flera fall nästintill försvinner. Vidare visar resultaten ett ökat flöde vintertid samt att effekten under sensommar och höst är mindre. Effekter på den årliga tillrinningen är dock minimal. Studien fann även att effekten av regleringar ökar med regleringsgraden och är därmed mer tydlig i fjällområden till följd av att de flesta större regleringsmagasin är lokaliserade inom detta område och att regleringsgraden därmed ökar. Inom östersjöområdet som helhet står Sverige för den största andelen regleringar med en total magasineringskapacitet på 28 miljarder m 3 för de vattendrag som mynnar ut i Östersjön, följt av Finland på ca 19 miljarder m 3 och Ryssland på ca 17,5 miljarder m 3. Nyckelord Keywords Östersjön, hydrologi, vattenreglering, vattenkraft, effekter av vattenreglering.
Effekter av vattenreglering på tillrinningen till Östersjön Erik Schröder Handledare: Sten Bergström C-uppsats Vt-2 Miljövetarprogrammet Institutionen för tematisk utbildning Linköpingsuniversitet, Campus Norrköping
Effekter av vattenreglering på tillrinningen till Östersjön Erik Schröder Omslagsbild hämtad från: Bergström, S. (1993) Sveriges hydrologi- grundläggande hydrologiska förhållanden i
Sammanfattning I denna studie har tillrinning till världens största bräckvattenhav, Östersjön, studerats. Östersjöns avrinningsområde inkluderar tillrinningsområden från 14 olika nationer och den totala befolkningen i området uppgår till ca 85 miljoner. Flera stora floder mynnar ut i Östersjön där Neva är den största med ett årligt medelflöde på 25 m 3 /s. En stor del av de vattendrag som mynnar ut i Östersjön är påverkade av vattenregleringar främst för vattenkraftsändamål. Syftet med vattenkraftsregleringar är att lagra vatten från vår sommar och höst för att använda detta vintertid då behovet av elkraft är stort. Regleringar för vattenkraftsändamål leder till förändrade hydrologiska förhållanden i de utbyggda vattendragen. Effekten av vattenregleringar innebär att de flesta flödestopparna blir utjämnade och att flödet vintertid ökar. I denna studie har tillrinning till Östersjön vid reglerade förhållanden samt vid naturliga oreglerade förhållanden studerats. Studien har fokuserats på de tillrinningsområden som mynnar ut i Bottniska viken längs den Svenska kuststräckan. Studien baseras på rekonstruktionsberäkningar av naturliga flöden samt uppmätta flöden som tillhandahållits av SMHI och av Vattenregleringsföretagen. Den studerade perioden är 1979-2. Vidare har regleringar för övriga länder inom östersjöområdet kvantifierats. Resultaten från studien visar att den totala tillrinningen till Östersjön är kraftigt påverkad av regleringar. Studien visar att regleringar medför en kraftigt förändrad årsdynamik i de reglerade vattendragen med en utjämnad vattenföring över året där vårfloden i flera fall nästintill försvinner. Vidare visar resultaten ett ökat flöde vintertid samt att effekten under sensommar och höst är mindre. Effekter på den årliga tillrinningen är dock minimal. Studien fann även att effekten av regleringar ökar med regleringsgraden och därmed är mer tydlig i fjällområden till följd av att de flesta större regleringsmagasin är lokaliserade inom detta område och att regleringsgraden därmed ökar. Inom östersjöområdet som helhet står Sverige för den största andelen regleringar med en total magasineringskapacitet på 28 miljarder m 3, för de vattendrag som mynnar ut i Östersjön, följt av Finland på ca 19 miljarder m 3 och Ryssland på ca 17,5 miljarder m 3. ii
Abstract In this study runoff to the worlds largest brackish water body, The Baltic Sea, has been studied. The Baltic Sea drainage area includes runoff from 14 nations with a total population of 85 million. A number of large rivers enter the Baltic Sea where river Neva is the largest with a mean annual flow of 25 m 3 /s. Many rivers that enter the Baltic Sea are affected by river regulation for the purpose of hydropower production. The main purpose of river regulation is to store water from spring, summer and autumn to be used in winter when the need for electric power is large. River regulation for the purpose of hydropower production leads to changes in the rivers hydrological regime. The effects from river regulation have a smoothing effect on the discharge where most flood peaks are damped. It also causes a higher flow in the winter. In this work runoff to the Baltic Sea under both regulated conditions and unregulated natural conditions has been studied. The study focuses on the drainage areas, which enter the Gulf of Bothnia, along the Swedish coastline. The work is based on calculations of natural flows not affected by regulation and measured regulated flows, contributed by SMHI and the Water Regulation Enterprises. The studied period is 1979-2. Further, river regulation for other countries in the Baltic Sea basin has been quantified. The result from the study shows that seasonal distribution of the total runoff to the Baltic Sea is strongly affected by river regulation. The study shows that river regulation imposes a more equalised discharge over the year where most spring floods are strongly reduced. Further, a higher discharge during the winter period can be found. During autumn the effects from regulations is small. However, effects on annual runoff are minimal. The study also found that the effects from river regulation increase with the degree of regulation and that the discharge from the mountain areas therefore is affected to a larger degree, this because most of the storage reservoirs are located in these areas. For the Baltic Sea basin as a whole, Sweden contributes with the largest part of regulation, with a total storage capacity of 28 billion m 3 for the river flow that enter the Baltic Sea, followed by Finland with 19 billion m 3 and Russia with 17,5 billion m 3. iii
Innehåll 1 Inledning och bakgrund 1 1.1 Studiens syfte 2 1.2 Östersjön, klimat och hydrologi 2 2 Det svenska vattenkraftsystemet 4 2.1 Historisk tillbakablick, vattenkraften i Sverige under ett sekel 4 2.2 Vattenkraftens naturliga förutsättningar 6 2.3 Vattenreglering och vattenkraft 6 2.4 Syften och principer med vattenreglering 7 2.5 Regleringens inverkan på flöden och vattenstånd, regleringsgraden 8 2.5.1 Regleringsmagasin 8 2.5.2 Älvmagasin 1 2.5.3 Outbyggda älvsträckor 1 2.6 De studerade älvarna 11 2.6.1 Luleälven 11 2.6.2 Skellefteälven 11 2.6.3 Umeälven 11 2.6.4 Ångermanälven 13 2.6.5 Indalsälven 13 2.6.6 Ljungan 13 2.6.7 Dalälven 13 3 Datakällor och metodik 14 3.1 Data 14 3.2 Beskrivning av långsiktiga förändringar i flödesdynamiken 15 3.3 Beräkning av effekter på den totala tillrinningen 15 3.4 Kvantifiering av regleringar inom östersjöområdet 15 3.5 Mätfel 15 3.6 Reflektion över val av metod 16 3.7 Beräkning av rekonstruerade flöden 17 3.7.1 Naturlig tillrinning 17 3.7.2 Separat och total tillrinning 18 3.7.3 Rekonstruktioner 19 4 Resultat och diskussion 2 4.1 Långsiktig förändring i flödesdynamiken 2 4.2 Förändringar i årsdynamik, tillrinning från fjällområden 22 4.3 Effekter på den totala tillrinningen från fjällområden 25 4.4 Älvvis förändring i årsdynamik 26 4.5 Effekter på den totala tillrinningen till havet 29 4.6 Internationellt perspektiv på vattenreglering i östersjöområdet 3 5 Slutsats 31 6 Slutord 31 7 Referenser 32 iv
1 Inledning och bakgrund Östersjön är världens största bräckvattenhav. Dess totala yta täcker 377 4 km 2 och den totala volymen uppgår till 21 2 km 3. Östersjön delas in i fem olika delbassänger, Bottenviken, Bottenhavet, Finska viken, Rigabukten och egentliga Östersjön (Bergström och Carlsson, 1994). Den totala kuststräckan är över 15 km (Östersjöns omkrets) och delas av nio länder (Mikulski, 197). Östersjöns avrinningsområde inkluderar tillrinningsområden från 14 olika nationer och den totala befolkningen i området uppgår till ca 85 millioner (Graham, 2). Området sträcker sig från Centraleuropa ända upp till polcirkeln och kantas av berg både i nordväst (de svenska fjällena) och i söder (Karpaterna) (Bergström och Graham, 1998). I norr karaktäriseras området av vidsträckta fjällskogsområden och i söder av jordbruksområden. Den största andelen skogsområden återfinns i Sverige och Finland och Polen svarar för huvuddelen av jordbruksarealerna i området. Totalt sett täcks 6% av områdets yta med sjöar, där de flesta återfinns i Sverige, Finland och Ryssland. I området finns Europas två största sjöar, Ladoga och Onega som båda återfinns i Ryssland (Graham, 2). Flera stora floder mynnar ut i Östersjön där den största är Neva med ett årligt medelflöde på 25 m 3 /s (Bergström och Carlsson, 1994). Flera av vattendragen som mynnar ut i Östersjön är påverkade av regleringar främst för produktion av vattenkraft. Syftet med vattenkraftregleringar är att lagra vatten från vår sommar och höst för att använda detta vintertid då behovet av elkraft är stort (Carlsson och Sanner, 1996). Effekten av regleringar märks tydligast i Sverige där vattenkraften svarar för cirka hälften av landets behov av elkraft. För dessa producerade 5% har nästintill 9% sitt ursprung i de älvar som mynnar ut i Bottniska viken. Med undantag för fyra är alla större älvar i Sverige utbyggda för vattenkraftsändamål. Dessa fyra är Torneälven, Kalixälven, Piteälven samt Vindelälven (Carlsson och Sanner, 1996). Utnyttjande av vattenkraft är också påtagligt i Finland och nedströms de stora sjöarna i Ryssland (Graham, 2). Regleringar för vattenkraftsändamål leder till förändrade hydrologiska förhållanden i de utbyggda vattendragen där de flesta flödestopparna, men dock inte alla, blir utjämnade då de lagras i magasin. Regleringen medför också ett högre flöde vintertid och ett lägre flöde under resterande delen av året vilket syns tydligast i de norra delbassängerna (Bottenviken, Bottenhavet). Denna effekt har stabiliserats sedan 198-talet då de flesta utbyggnadsprojekt är avslutade (Larsson, 21). Undersökningar av Östersjöns vattenbalans är något som attraherat många forskares intresse då Östersjöns miljö kraftigt försämrats. För befolkningen i de länder som lever kring Östersjöns kuster spelar havet en central roll både ur ekonomisk synvinkel samt för rekreation. Flera studier av tillrinningen till Östersjön har genomförts sedan 19-talets början t.ex. av Mikulski, (197), Bergström och Carlsson, (1994 )och Graham, (1999). Studier av effekter på tillrinningen till följd av regleringar är tidigare genomförda av Carlsson och Sanner, (1994). Vid denna studie modellerades naturliga flöden till Bottenviken och Bottenhavet under perioden 1981-199. Studien fann att tillrinningen till Bottniska viken kraftigt förändrats till följd av regleringar. Detta arbete omfattar även tillrinning från Finland vilket ej inkluderats i denna studie. Förutom förändrade hydrologiska förhållanden har undersökningar visat att regleringar även påverkar transporten av närsalter och medför förändringar i vattnets residenstid. Undersökningar av Humborg m.fl. (1997;2) påpekar att transporten av kisel, kväve och fosfor påverkas av 1
dammar och reservoarer då dessa fungerar som fällor för transporten. Kväve och fosfor återförs normalt längre ner i systemen av jordbruk och bebyggelse men då den största tillförseln av kisel sker från vittring i bergsområdena blir påverkan på kiseltransporten större. Effekten av detta innebär en minskad tillförsel av näringsämnen i kustområdena vilket kan leda till förändringar av den ekologiska balansen i dessa områden. Enligt Vörösmarty m.fl, (1997) har också residenstiden i vattendrag globalt sett ökat med i genomsnitt en månad till följd av regleringar. Följden av detta innebär en minskad sedimenttransport och en minskad syresättning av ytvattnet vilket framförallt medför en negativ påverkan på området kring vattendragets mynningspunkt. 1.1 Studiens syfte Huvudsyftet med denna studie är att jämföra tillrinningen till Östersjön vid reglerade samt oreglerade förhållanden för att påvisa vilka effekter regleringar har på tillrinningen till Östersjön. Den undersökta perioden är 1979-2. Fokus har lagts på de tillrinningsområden som mynnar ut i Bottniska viken längs den svenska kuststräckan. Vidare syftar studien till att beskriva hur tillrinning från fjällområden högre upp i systemen är påverkade av regleringar samt att beskriva hur långsiktiga förändringar i flödesdynamiken i Sverige skett till följd av regleringar. Studien syftar även till att kvantifiera storleksordningen av regleringar inom Östersjöområdet. 1.2 Östersjön, klimat och hydrologi Östersjön ligger i västvindsbältet där frontsystem från väst eller sydväst kommer att dominera väderförhållandena. Periodvis kommer frontsystemen från en mer sydlig riktning. Temperaturklimatet för området är till stor del sammankopplat med den latitud som de huvudsakliga frontsystemen följer. Det bör påpekas att Östersjöns stora vattenmassor har en stark inverkan på lokalklimatet över området vilket påverkar lufttemperatur, nederbörd, molntäcke och vindar (HELCOM, 1996). Det rumsliga nederbördsmönstret är i hög grad relaterat till topografin. Dock kan en trend mot ett våtare klimat i de sydliga och västliga delarna av området urskiljas, samt ett torrare i de nordliga och östliga delarna (Larsson, 21). Den normala årliga nederbördsmängden i området kring Bottniska viken är omkring 6-8 mm på den svenska sidan (bergsområdena ej medräknade), för den finska sidan är samma siffra 5-7 mm. De högsta årliga värdena på 1 2 mm faller i de svenska fjälltrakterna medan de lägsta nederbördsmängderna faller i nordöstra Finland på mellan 35 5 mm. Omkring hälften av denna mängd faller som snö (Carlsson och Sanner, 1994). I södra Sverige faller årligen ca 5 mm och längre österut i de baltiska staterna ökar nederbörden till omkring 7 8 mm (Larsson, 21). De hydrologiska förhållandena i Östersjöområdet karaktäriseras av långa kalla vintrar i norr, med markant låga vinterflöden och höga flöden vid tidpunkt för snösmältning. I söder råder mer varierade flödes regimer (Bergström och Carlsson, 1994). En total landareal på omkring 1,6 millioner km 2 står för ett utflöde genom Kattegatt i storleksordningen 1415 m 3 /s eller 447 km 3 / år. Totalt sett motsvaras utflödet av ett flöde i samma storleksordning som Mekongfloden, och ett något lägre flöde än det för Mississippifloden (Bergstöm och Graham, 1998). Vad som inte medräknats här är den totala volym som tillförs Östersjöns havsyta genom nederbörd, vilket årligen beräknas motsvara ett flöde på 199 m 3 /s eller 6 km 3 /år. 2
Ett flertal större vattendrag bidrar till tillrinningen till Östersjön där den största är Neva, andra större vattendrag kan utläsas i tabell 1. Som synes varierar den specifika tillrinningen i hög grad mellan de olika vattendragen (Bergstöm och Carlsson, 1993). I området finns ett flertal större sjöar, där den största är Ladoga i Ryssland. Sjöar har en stor inverkan på ett vattendrags flödesdynamik då den dämpar fluktuationerna i flödet. De påverkar också vattenbalansen för avrinningsområdet då de medför en ökad avdunstning (Bergstöm och Carlsson, 1993). Tabell 1. Årlig samt specifik tillrinning till Östersjön under perioden 195-199 och tillrinningsområdets storlek (Bergström och Carlsson, 1993) Vattendrag Tillrinningsområde (km 2 ) Årlig medeltillrinning (m 3 /s) Årlig specifik tillrinning (l/s* km 2 ) Neva 281 246 8,8 Wisla 194 165 5,5 Daugava 87 9 659 7,5 Neman 98 2 632 6,4 Oder 118 9 573 4,8 Kemijoki 51 4 562 11, Ångermanälven 31 9 489 15, Luleälven 25 2 486 19, Indalsälven 26 7 443 16,5 Den totala tillrinningen till Östersjön samt tillrinningen för dess olika bassänger under perioden 195-199 kan utläsas i tabell 2. Den årliga medeltillrinningen till Östersjön motsvarar en 1,18 meter hög vattenmassa som täcker Östersjöns totala yta. Om inga andra källor medräknas och ingen omblandning sker skulle ett totalt utbyte av Östersjöns vattenmassor ta 48 år (Larsson, 21). Tabell 2. Årlig medeltillrinning till Östersjöns delbassänger under perioden 195-199 (Bergström och Carlsson, 1994). Delbassäng Flöde (m 3 /s) Flöde (km 3 /år) Bottenviken 314 98 Bottenhavet 286 91 Finska viken 3556 112 Riga bukten 12 32 Egentliga Östersjön 361 114 Totalt 1415 447 Säsongsvariationen till de olika delbassängerna i Östersjön är stor. De norra bassängerna mottar ett markant vårflöde beroende på snösmältningen och ett lågt flöde vintertid. Söderut ökar tillflödet gradvis. 3
2 Det svenska vattenkraftsystemet 2.1 Historisk tillbakablick, vattenkraften i Sverige under ett sekel Följande avsnitt bygger till stor del på fakta från Vedung och Brandel, (21) samt Statens offentliga utredningar (1976:28). För ca hundra år sedan började man i Sverige att utveckla tekniken att praktiskt använda elektrisk energi. Vid denna tidpunkt var det ånga som var den dominerande kraftkällan för de belysningsstationer som på flera håll under 188-talet började byggas i landets städer och industriföretag. Något senare kom de första så kallade hydroelektriska anläggningarna att bli den konkurrerande kraftkällan och startskottet för produktion av vattenkraft. Utbyggnaden av dessa anläggningar skedde i första hand i södra och mellersta Sverige (SOU, 1976:28). I samband med det industriella genombrottet i slutet av 189-talet spelade elektrifieringen en betydande roll. För Bergslagens bergs och metallindustri och för norrlandskustens massafabriker ökade intresset för vattenkraft kraftigt. Vid denna tidpunkt tillkom också de första kommunala anläggningarna avsedda för belysning och spårvägstrafik (SOU, 1976:28). Det var under 19-talets första årtionde som vattenkraftutbyggnaden kom igång i större omfattning. Under denna tid bildades de flesta av landets stora kraftföretag med antingen kommunal eller industriell anknytning. De dominerande användningsområdena för elkraften var vid denna tidpunkt den privata förbrukningen och järnvägarna. Den statliga utbyggnaden fick fäste 199 då den Kungliga Vattenfallsstyrelsen bildades, detta vid samma tidpunkt som den nybyggda Trollhättestationen började leverera energi. Under åren 191-14 byggdes landets dittills största vattenkraftsanläggning vid Porjus i Luleälven. Denna anläggning var ämnad att förse malmfälten och malmbanan (den nya järnvägen mellan Luleå och Riksgränsen) med elkraft. Några år senare anlades det mäktiga sjömagasinet vid Suorva i Luleälven (Vedung och Brandel, 21). I samband med första världskrigets slut kunde en viss nedgång i utbyggnadstakten spåras. Utbyggnaden efter denna nedgång koncentrerades framförallt till vattendragen i södra och mellersta Sverige men även till de norrländska älvarnas välbelägna delar. Parallellt med de stora anläggningarna byggdes mindre kraftverk, såkallade bygdekraftverk, i de stora älvarnas biflöden och i de mindre älvarna. En samfällighet eller en förening gick här samman och byggde en damm med anslutande kraftanläggning för avsikt att förse den omgivande bygden med elektricitet (SOU, 1976:28). I början av denna utveckling arbetade varje kraftföretag för sig inom sitt område men genom avtal mellan olika företag tillkom efterhand en samverkan främst på distributionsområdet. Under 192-talet påbörjades även en viss samkörning mellan kraftverk i skilda vattendrag. Under 193- talet täcktes större delen av landets femton väl avgränsade kraftförsörjningsområden från Sydkraft i söder till Porjus i norr och med vattenfallsstyrelsens centralblock i mitten av landet (SOU, 1976:28). Efterhand som vattenkraften blev utbyggd i landets södra och mellersta delar och efterfrågan på elkraft i landet ökade, växte intresset för de norrländska älvarna för att täcka kraftbehovet. Vid denna tidpunkt fanns redan en omfattande utbyggnad i de norrländska älvarna upp till Faxälven och Skellefteälven som försåg lokala industrier och städer med elkraft. Det var i samband med att Krångede kraftstation i Indalsälven togs i bruk 1936 som man för första gången överförde 4
norrlandskraft till mellersta Sverige. Denna överföring var på 2 kv och kan ses som startskottet för ett successivt utbyggande av ett riksomfattande kraftledningsnät som praktiskt taget alla större kraftföretag anslöt sig till. Samkörningen mellan vattenfallstyrelsen och de privata kraftbolagen utökades i samband andra världskrigets början. År 1938 möjliggjordes en samkörning av landets kraftstationer, från Porjus i norr till Malmö i söder, för första gången. Den ökande utvecklingen av överföringstekniken samt en ökad kunskap om sprängnings och dammbyggnationsteknik, speciellt efter andra världskriget, gjorde det möjligt att bygga ut de delar i norrland som tidigare ansetts ekonomiskt oattraktiva (SOU, 1976:28). Överföringsspänningen höjdes 1952 till 38 kv vilket medförde att utbyggnad nu kunde ske i stor skala, detta var vid samma tidpunkt som produktionen vid Harsprånget i Luleälven påbörjades. Kännetecknande drag för utbyggnaden av vattenkraften efter andra världskriget är att den skett koncentrerat i älv efter älv. Under större delen av 194-talet var det Indalsälven som stod för de stora produktionstillskotten, följt av Ångermanälven och Faxälven. Under 195-6- talet genomfördes de största utbyggnaderna i samband med att staten byggde vidare i Indalsälven, Ångermanälven, Skellefteälven, Umeälven och framförallt i Luleälven. De enskilda bolagen byggde vidare i främst i Ljungan, Ljusnan, Umeälven och Skellefteälven (SOU, 1976:28). Från och med 194-talet och fram till mitten av 196-talet byggdes vattenkraften ut i takt med det ökande behovet av elkraft. Under denna period svarade vattenkraften för i stort sett hela landets kraftproduktion. Mot slutet av 196-talet sjönk utbyggnadstakten till följd av ett flertal faktorer. Dels var oljepriserna så låga att en fortsatt vattenkraftsutbyggnad i många fall var olönsam, dels riktades allt mer uppmärksamhet mot de outbyggda älvsträckornas naturvärden. Kontentan av detta blev att produktionen av elkraft successivt övertogs av fossileldade kraftverk (Vedung och Brandel, 21). Intåget av kärnkraft under denna period medförde att vattenkraften som tidigare tjänat som baskraft för landets kraftproduktion nu kom ses toppkraft för att täcka den mer svårreglerade kärnkraften. Från och 197-talet och fram till i dag har energidebatten i Sverige varit turbulent. I samband med oljekrisen 1973 och med en allt mer ökande opinion mot kärnkraften kom vattenkraften åter upp på agendan. Under 198-talet slutfördes de flesta byggnationerna av vattenkraft i landet (Vedung och Brandel, 21). År 1999-2 producerades sammanlagt ca 68 TWh i Sveriges samtliga vattenkraftverk vilket nästintill exakt motsvarade den av kärnkraft producerade elkraften. Sammanlagt under åren 1999-2 svarade vattenkraften för 47% av Sveriges totala energiproduktion vilket sätter den i direkt centrum för landets kraftproduktion (Rolén och Bodén, 2). 5
2.2 Vattenkraftens naturliga förutsättningar All produktion av vattenkraft bygger på två grundförutsättningar: vattenmängd samt fallhöjd. Mer vatten och högre fallhöjd genererar mer lägesenergi som kan utnyttjas för energiproduktion. Utbyggnad av vattendrag tjänar två huvudsyften, dels att omfördela den tillgängliga vattenmängden till lämpligaste tidsperioder och att samla fall och forssträckor till så stora fallhöjder som möjligt. För att på bästa sätt utnyttja tillgängliga vattenmängder genomför man regleringar och trappar på så sätt av vattendragen med dammbyggen och anslutande kraftverk (SOU, 1976:28). Ur teknisk synpunkt gynnas vattenkraftproduktion av en riklig och jämt fördelad nederbörd, låg avdunstning, jämn avrinning, stora nivåskillnader, koncentrerade fallsträckor, goda dammlägen samt gynnsamma magasineringsmöjligheter (Sundborg, 1977). Vattenföringen i svenska vattendrag är starkt säsongsbetonad. Fjällälvarna som avvattnar delar av fjälltrakterna, har ett kraftigt och ofta ganska långvarigt vårflöde, en relativt hög sommarvattenföring och en låg vattenföring vintertid. De norrländska skogsälvarna har ett kortvarigt men tämligen markant vårflöde, medan vattenföringen under sommar och vinter är låg. Vattendragen i södra Sverige har låg vattenföring under sommarmånaderna och högre vattenföring vintertid. Maxima inträffar ofta under vår och höst i samband med snösmältning och riklig nederbörd under hösten. I södra Sverige inträffar vårfloden vanligtvis under mars månad och längst i norr i juni-juli, vilket ur kraftproduktionssynpunkt ger en positiv utjämnande effekt för landet som helhet (Sundborg, 1977). I de stora älvarna utjämnas variationerna delvis genom växlingar i väderleksförhållanden mellan olika delar av nederbördsområdet. En annan betydande faktor för vattenföringen är sjöprocenten. Många och stora sjöar ger upphov till en naturlig dämpning av vattenföringstopparna genom en naturlig magasinering, medan en liten sjöareal medför snabba, kortvariga och höga vattenföringstoppar (SOU, 1976:28). 2.3 Vattenreglering och vattenkraft Att producera vattenkraft är en av många möjligheter att utnyttja vattnet i vattendragen. Långt innan elektriciteten kom i bruk som energiform lät man vattnet i fall och forsar driva kvarnar, sågar och pumpar. Idag är de flesta av Sveriges medelstora vattendrag påverkade av någon form av reglering. Allt som oftast är det sjöarna i ett vattensystem som försätts med dammar för att vatten skall kunna sparas och släppas på vid behov, men exempel finns där dammar byggts för att skapa helt nya vattenmagasin (Bergström, 1993. I ett globalt perspektiv är det främst vattenförsörjning och bevattning som är den huvudsakliga anledningen till byggnationer av regleringsmagasin. Ser man till Sverige är huvudanledningen att förse vattenkraftsystemet med rätt mängder vatten året om för att täcka efterfrågan på elkraft. Förr anlades dammar för att underlätta timmerflottning och flera av dessa finns kvar trots att flottningen upphört. Dammar har även anlagts för att skydda översvämningskänsliga områden (Bergström, 1993). 6
2.4 Syften och principer med vattenreglering Den naturliga vattenföringen i de svenska älvarna varierar i en rytm som inte stämmer överens med växlingarna i behovet av elkraft. Efterfrågan på elkraft är som störst vintertid, vid samma tidpunkt som vattenföringen i de norrländska älvarna är låg. Vidare varierar behovet av elkraft under veckan och dygnet, med en toppbelastning under dagtid på vardagar, och låg belastning kring veckoslut och nattetid. För att anpassa vattenföringen till behovet av elkraft samlas överskottsvatten i vattenmagasin som tappas när efterfrågan på elkraft är stor men den naturliga vattenföringen är låg (Reinius, 1969). Med hänsyn till magasinets huvudsakliga användning kan man skilja mellan fyra huvudtyper av regleringar: årsreglering, flerårsreglering, dygns och veckoreglering (korttidsreglering) samt omvänd reglering (Reinius, 1969). Vid årsreglering eller säsongsreglering lagras vatten i magasin i första hand under vårfloden, om magasinen då inte hunnit fyllas, även vid mindre flödestoppar under sommar och höst. Magasinen tappas sedan normalt under perioden oktober-april. Utjämning av säsongsvariationerna är det huvudsakliga syftet med regleringen av de flesta större sjömagasinen även om dessa också används för korttidsreglering samt viss flerårsreglering, se figur 1. Säsongsreglering medför dessutom i regel en minskning av översvämningsriskerna under vårflödet (Sundborg, 1977). 25 2 15 1 5 januari februari april juni augusti oktober december Figur 1. Vattenföring vid Bodens kraftstation år 1999. Fet linje representerar naturlig rekonstruerad vattenföring, och tunn linje uppmätt vattenföring. Samtliga data är baserade på dygnsvärden mätt i m 3 /s. Diagrammet illustrerar den utjämnade effekten av års och korttidsreglering. Vid flerårsreglering försöker man utöver årsreglering att utjämna vattenföringen från vattenrika år till vattenfattiga. Denna typ av reglering fordrar ett stort magasin, vilket inte blir fyllt varje år utan endast under vattenrika. Ett exempel på ett sådant magasin är Vänern (Reinius, 1969). Eftersom man inte kan förutse från ett år till nästa, om detta kommer bli ett nederbördsfattigt år, sparas en viss del av vattnet i magasinet som reserv och hela magasinets kapacitet utnyttjas mycket sällan (Melin, 197). 7
Vid korttidsreglering anpassas vattenförbrukningen efter belastningsvariationerna under dygnet och veckan (Reinius, 1969). Vatten magasineras under nätter och helger och tappas ur magasinen dagtid på veckans vardagar. Korttidsreglering sker under korta perioder av tappning och återfyllnad och kräver därför inte så stora magasinsvolymer. Ofta kan denna typ av reglering ske i små magasin direkt anslutna till kraftverket. Se figur 2 (Sundborg, 1977). 7 6 5 4 3 2 1 Lördag Söndag Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Lördag Söndag Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Lördag Figur 2. Naturlig rekonstruerad vattenföring (streckad) samt uppmätt vattenföring (fylld) i m 3 /s, vid Bodens kraftstation under två veckor i februari månad år 1999. Diagrammet illustrerar effekten av korttidsreglering. Med omvänd reglering menas att man strävar efter att minimera eller stänga av tappningen under den vattenrika perioden av året och istället ha en större tappning under vattenbristperioden. Denna typ av reglering används vid samkörning av flera kraftverk som är belägna vid älvar där regleringsmöjligheterna är små. Principen för omvänd reglering är i behov av ett mycket stort magasin (Reinius, 1969). 2.5 Regleringens inverkan på flöden och vattenstånd, regleringsgraden Effekter av reglering kan sägas uppträda i tre miljöer. I större regleringsmagasin där års eller flerårsreglering genomförs, vid uppdämda älvsträckor avsedda för främst korttidsreglering samt vid nedströmssträckor där vattenföringen är påverkad av regleringsåtgärder uppströms (Sundborg, 1977). Graden av effekter utav regleringar bestämmes till stor del av regleringsgraden. Regleringsgraden är ett mått på magasineringsmöjligheterna i ett vattendrag och bestäms av relationen mellan den totala magasinsvolymen och volymen av ett års medelvattenföring (SNA, 1995). Förenklat kan det sägas att effekten av regleringar ökar med regleringsgraden. 2.5.1 Regleringsmagasin De flesta större regleringsmagasin har skapats genom en reglering av en sjö eller ett sjösystem. I vissa fall har regleringsåtgärden endast medfört mindre ingrepp i sjöns naturliga vattenståndsförhållanden men ändrat dess säsongsrytm. Dock är dessa förändringar ofta genomgripande och ibland har, helt eller delvis, nya konstgjorda magasin bildats genom överdämning av landområden. Exempel på detta är Tjaktjajaure, Svegsjön samt Trängsletmagasinet (Sundborg, 1977). Gränser för vattenstånd och avtappning regleras av särskilda bestämmelser som fastställts i en vattendom. Det högsta tillåtna vattenståndet kallas dämningsgräns och det lägsta tillåtna benämns 8
som sänkningsgräns. Ett visst överskridande av dämningsgränsen tillåts under mycket korta perioder då tillrinningen är särskilt stor. Skillnaden mellan dämningsgräns och sänkningsgräns kallas regleringsamplitud och ibland även regleringshöjd. Magasinsvolymen är ett mått på den volym vatten som inrymmes mellan dämningsgränsen och sänkningsgränsen (SNA, 1995). Tabell 3. Volymen för de fem största regleringsmagasinen i Sverige utryckt i miljoner kubikmeter (SNA, 1995) Magasin Volym (milj.m 3 ) Vänern (Göta älv) 94 Akkajaure (Luleälven) 6 Tjaktjajaure (Luleälven) 1675 Storsjön (Indalsälven) 125 Satihaure (Luleälven) 124 I områden med bebyggelse begränsas möjligheterna för dämning på ett naturligt sätt på grund av kringliggande bebyggelse. Regleringsamplituden måste bli måttlig och dämningsgränsen ligger därför ofta nära eller i stort sätt obetydligt över den normala högvattennivån. För sänkningsgränsen gäller detsamma fast omvänt. Exempel på mindre regleringar i mellersta och norra Sverige är Orsasjön-Siljan, Storavan-Uddjaur och Hornavan (Sundborg, 1977). I de fall då dämningsgränsen är betydligt högre än tidigare högvattenstånd eller regleringsamplituden är markant större än den normala variationen i vattenstånd men ändå inte extremt stor, mindre än 5-1 meter, kan regleringen klassas att vara medelstor. Exempel på regleringar i denna storleksordning är Storuman, Sädvajaure samt Överuman. Mycket stora regleringar med hög dämningsgräns och regleringsamplituder mellan 1-35 meter har genomförts vid exempelvis Storjuktan, Abelvattnet och vid Ransaren (Sundborg, 1977). Tabell 4. Fem magasin i Sverige med störst regleringsamplitud utryckt i meter (SNA, 1995). Magasin Regleringsamplitud (m) Trängseldammen (Dalälven) 35, Tjaktjajaure (Luleälven) 34,5 Höljesjön (Klarälven) 34, Flåsjön (Ljungan) 3,3 Akkajaure (Luleälven) 3, I vissa fall byggs tunnlar i sjöarnas utlopp för att sänka det lägsta vattenståndet. Detta medför att sänkningsgränsen blir lägre än det tidigare lägsta vattenståndet och sjön kan periodvis torrläggas (SNA, 1995). Genom att en sjö regleras förändras dess naturliga säsongsrytm. I en oreglerad norrlandssjö är vattenståndet vanligtvis högt under vår och försommar. I låglänta strandavsnitt återfinns då översvämmade marker i exempelvis tillflödenas deltaområden. Under sommaren sjunker vattenståndet långsamt undantagsvis för perioder med kraftig nederbörd. Vid tidpunkt för isläggning på hösten är vattenståndet ofta något under den normala vattennivån och sjunker ytterligare under vintern för återigen stiga vid nästkommande vårflod. I en reglerad sjö kommer årsrytmen att bli delvis omvänd. Under senvintern, innan tidpunkt för snösmältning, är vattenståndet som lägst, likt det naturliga. Återfyllningen av magasinet påbörjas före eller i samband med islossningen och pågår under vårfloden och vid vissa tillfällen även under 9
sommaren. Under sensommaren och hösten kommer vattenståndet att nå sitt maxima. Vid naturliga förhållanden råder vid samma tidpunkt ett lågt vattenstånd. Under vintermånaderna, då behovet av elkraft är som störst, kommer magasinet successivt att avtappas (Sundborg, 1977). 2.5.2 Älvmagasin I älvar byggs fors och fallsträckor ut i kombination med ett kraftverk. De flesta älvmagasinen utnyttjas för korttidsreglerig. Årsvis reglering förekommer sällan då magasinsvolymen är otillräcklig. Vanligtvis är det dygnsreglering som tillämpas men i flera fall även veckoreglering. Uppdämda älvsträckor har en mindre regleringsamplitud men desto snabbare fluktuationer i vattenstånd jämfört med ett sjömagasin (Sundborg, 1977). I ett naturligt vattendrag är det ett klart samband mellan vattenföring och vattenstånd och vattenståndet ökar med vattenföringen. Det högsta högvattnet sammanfaller med den högsta vattenföringen vilket oftast är synonymt med vårfloden. I de norrländska älvarna är växlingarna i vattenföring och vattenstånd mycket stora i oreglerade tillstånd. De största variationerna i vattenstånd återfinns i trånga sektioner med lugnflytande vatten och skillnaden mellan högvatten och extremt lågvatten rör sig normalt mellan 4-6 meter (Sundborg, 1977). Vattenståndet i ett älvmagasin bestäms av tillrinning, dämning samt tappning vid dammen. Det står i detta fall inte i direkt samband med vattenföringen. Vid dammen varierar vattenståndet mellan dämnings och sänkningsgräns och ligger vanligtvis betydligt över det naturliga vattenståndet. I ett älvmagasin är fluktuationerna i vattenståndet mindre men mer frekventa jämfört med naturliga förhållanden. Oftast är det dygnsreglering samt veckoreglering som tillämpas. Vid dammläget rör sig amplituden normalt mellan 2-6 decimeter, men kan undantagsvis uppgå till några meter (Sundborg, 1977). 2.5.3 Outbyggda älvsträckor I outbyggda älvsträckor nedströms regleringsmagasin och kraftverksdammar flyter vattnet fritt och påverkas inte av några uppdämningar. Dock medför regleringarna uppströms förändrade vattenföringsförhållanden vilket också påverkar vattenståndet. Normalt sett leder en årsreglering av ett vattendrag till en utjämning av vattenföringen över året där vårflödet reduceras och vattenföringen vintertid ökar. Variationerna i vattenstånd minskar och som följd av detta minskar även risken för översvämningar (Sundborg, 1977). Vid korttidsreglering förkommer regelbundet pulserande vattenföringsvågor nedströms regleringen där vattenföringen varierar starkast närmast dammen. Längre nedströms utjämnas tappningsvågorna vilket leder till långsammare ökningar och minskningar av vattenföringen. Vad gäller vattenståndsamplituden minskar även den nedströms, och kan vid avstånd på 5 till 1 mil från dammläget vara nästintill obetydlig vid dygnsreglering. Detta gäller ej vid veckoreglering som fortfarande kan ge betydande fluktuationer i vattenståndet. De mest påtagliga effekterna nedströms regleringarna är en mer utjämnad årsvattenföring samt en svängning i vattennivån i takt med korttidsregleringens variation i dygns och veckorytm (Sundborg, 1977). 1
2.6 De studerade älvarna Nedan följer en beskrivning av de studerade älvarnas avrinningsområden. Avrinningsområden som ingår i denna studie kan utläsas i figur 3. Studien omfattar de älvar där den huvudsakliga produktionen av vattenkraft sker. Studien omfattar ej Ljusnan då data ej gick att få tillgång till. 2.6.1 Luleälven Luleälven är Sveriges näst vattenrikaste älv, medelvattenföringen var under perioden 1931-9 499 m 3 /s. En mycket stor del av det 25238 km 2 stora avrinningsområdet upptas av fjällområden där nederbörden är hög. Som kraftproducerande älv är Luleälven Sveriges mest betydelsefulla med en regleringsgrad på 72% (se 2.5 för förklaring av regleringsgrad) och en normal årsproduktion på 136 gigawattimmar (GWh) (se tabell 5) (Bergström, 1993). Luleälven är rik på sjöar av betydande storlek, både inom fjälldelarna och det angränsade skogslandet nedanför (SOU, 1976:28). Älvens huvudgrenar Stora och Lilla Luleälven rinner båda upp i sluttningarna av Sarek och Sulitelma. Stora Luleälven rinner genom den 16 mil långa sjökedjan Akkajaure-Langas-Stora Lulevattnet, innan den till sist lämnar fjällområdet. Lilla Luleälvens källflöden uppsamlas i ett nära 12 mil långt sjösystem med Saggat Skalka i förfjällsområdet och Parkijaure Vaikijaure nere i skogslandet. Vid Voullerim förenar sig älvarna. Luleälven är praktiskt taget helt avtrappad genom kraftverksdammar från Suorva till mynningen samt nedströms Seitevare i Lilla Luleälven (SOU, 1976:28). 2.6.2 Skellefteälven Skellefteälvens avrinningsområde är 1173 km 2 stort och medelvattenföringen i älven var under perioden 1931-9, 157 m 3 /s. Regleringsgraden i älven är 62% och under ett normalår svarar älven för en kraftproduktion på 4 GWh (Bergström, 1993). Skellefteälven har ett flertal källflöden intill den norska gränsen i södra Norrbottens fjällområde. Det stora sjöområdet med Hornavan och Uddjaur Storavan ligger nedanför fjällkedjan i lågfjällzonen. Vid Bergnäs rinner älven ut från Storavan och bildar nedströms Bastusel ett tämligen brant lopp ned mot havet för att slutligen mynna ut strax nedom Skellefteå. Skellefteälven är i stort sett helt utbyggd upp till Sädvajaure och Rebnisjaure. Mindre outnyttjade fallhöjder finns mellan de reglerade sjöarna Sädvajaure, Hornavan, Uddjaur Storavan samt inom Bastusels dämningsområde (SOU, 1976:28). 2.6.3 Umeälven Umeälvens avrinningsområde har en yta på 26815 km 2. Medelvattenföringen under perioden 1931-9 var 431 m 3 /s. Regleringsgraden i älven (inklusive Vindelälven) uppgår till 27% och normal produktionen från kraftverken under ett år är ca 77 GWh (Bergström, 1993). Källflödena till Umeälven återfinns i Tärnafjällen nära den norska gränsen samt i två större bivattendrag, Juktån som rinner in i Umeälven nära Gunnarn samt Vindelälven, som mynnar ut i huvudälven tre mil innan den når havet. Umeälven är i stort sett helt reglerad ända upp i sina översta delar (Överuman, Abelvattnet). Sträckan mellan Ajaure och ned till havet är i praktiken fullständigt avtrappad. Älvens nedersta kraftverk, Stornorrfors, som också är älvens största, ligger strax nedanför inflödet från Vindelälven (SOU, 1976:28). 11
Figur 3. Karta över Sverige. Skuggade delar visar de avrinningsområden som ingår i denna studie. 12
2.6.4 Ångermanälven Ångermanälvens med sitt 31865 km 2 stora avrinningsområde har landets tredje största vattenföring på 485 m 3 /s (medelvärde under perioden 1931-9). Regleringsgraden uppgår till 43% och den årliga kraftproduktionen under ett normalår är 11 GWh (Bergström, 1993). Ångermanälven rinner upp i södra Lappland och den nordligaste delen av Jämtland. Samtliga av Ångermanälvens huvudgrenar Ångermanälven, Fjällsjöälven samt Faxälven har sina översta delar i fjällområdet. I stort sätt är alla de större sjöarna i systemet reglerade. Huvudälvens fallhöjder är helt utbyggda från Hällby till Sollefteåforsen i älvens ände. Ovan Kultsjön är Ransaren kraftigt reglerad. Faxälven är i stort sett helt avtrappad (SOU, 1976:28). 2.6.5 Indalsälven Indalsälvens avrinningsområde sträcker sig över en 26725 km 2 stor yta. Medelvattenföringen uppgår till 445 (m 3 /s) (medelvärde under perioden 1931-9). Regleringsgraden för älven är 4% och under ett normalår svarar älven för en kraftproduktion på ca 96 GWh (Bergström, 1993). Älven har sina källflöden i fjällkedjan mellan Sverige och Norge. Den har två källarmar: Järpströmmen och Enaälven-Åreälven som i likhet med en rad biflöden rinner ut i Storsjön. I dag finns 26 större kraftverk i Indalsälven och dess biflöden. Indalsälven är efter Luleälven och Ångermanälven Sveriges största kraftproducerande älv och svarar för en sjundedel av landets vattenkraftproduktion (Forsgren, 1992). 2.6.6 Ljungan Ljungans avrinningsområde har en yta på 12853 km 2. Medelvattenföringen under perioden 1931-199 uppgick till 135 m 3 /s. Regleringsgraden i älven är 29% och under ett normalår svarar älven för en kraftproduktion på ca 23 GWh. (Bergström, 1993). Ljungan rinner genom Härjedalen, Jämtland och Medelpad. Älven rinner upp nord ost om Helagsfjället och mynnar slutligen i Bottenhavet. De största sjöarna i systemet är Revsundssjön, Holmsjön samt Havern (NE, 1993). Ljungan är kraftigt reglerad av vattenkraftsutbyggnader och är i stort sätt helt avtrappad från Storsjön ned till mynningen i Bottenhavet (SOU, 1974:22). 2.6.7 Dalälven Dalälven är Sveriges näst längsta älv (52 km). Avrinningsområdet är till ytan 28965 km 2 stort och medelvattenföringen under perioden 1931-199 uppgick till 344 m 3 /s. Regleringsgraden i Dalälven är 26 % och årligen svarar älven för en kraftproduktion på 41 GWh (Bergström, 1993). Älven har sina källområden i nordvästra Dalarna i gränstrakterna mot Norge. Österdalälven rinner genom den 7 km långa och uppdämda Trängsletsjön ned till Siljan som är påverkad av regleringar. Söder om Siljan förenar sig denna med den andra stora huvudgrenen, Västerdalälven. Den förenade Dalälven mynnar slutligen ut i Bottenhavet. Dalälven är från föreningen mellan Öster- och Västerdalälven ned till mynningen i Bottenhavet starkt påverkad av regleringar för vattenkraftsändamål (SOU, 1974:22). 13
3 Datakällor och metodik 3.1 Data Denna studie baseras på rekonstruktionsberäkningar av naturliga flöden vid oreglerade förhållanden samt uppmätta flöden vid reglerade förhållanden. De naturliga rekonstruerade flödena har tillhandhållits av SMHI samt av Skellefteälvens Vattenregleringsföretag och Vattenregleringsföretagen i Östersund. Samtliga data vid reglerade förhållanden har tillhandahållits av SMHI. De vattendrag som ingår i denna studie kan utläsas i tabell 5. Vattenföringsstationer, med naturliga flöden samt uppmätta flöden, i anslutning till respektive vattendrags mynningspunkt samt områdena i fjälltrakterna lokaliserades med hjälp av litteratur från Svenskt Vattenarkiv; Vattenföring i Sverige Del 1-4 samt Hydrologiska stationsnät (1992). Vattenföringsserier med dygnsmedelvärden, i m 3 /s, för naturliga rekonstruerade flöden samt uppmätta flöden under perioden 1979 till 2 inhämtades med hjälp av SMHI:s interna databassystem WQ-2. Data lades in och behandlades i programmet Microsoft Excel-97. Tabell 5. Vattendrag som ingår i denna studie, arealförhållanden (km 2 ), medelvattenföring vid mynningen under perioden 1931-9 (m 3 /s), regleringsgrad (%) samt normal årsproduktion av elkraft (GWh) (Bergstöm, 1993). Vattendrag Areal (km 2 ) Vattenföring (m 3 /s) Regleringsgrad (%) Årsprod. (GWh) Luleälven 25238 499 72 136 Ångermanälven 31865 485 43 11 Indalsälven 26725 445 4 96 Umeälven 26815 431 27 77 Dalälven 28965 344 26 41 Skellefteälven 1173 157 62 4 Ljungan 12853 135 29 23 I Excel 97 framställdes dagliga medelvärden för naturlig rekonstruerad samt uppmätt tillrinning under perioden 1979-2 för att beskriva hur årsdynamiken i var älv för sig förändrats till följd av regleringar. Eventuella skottårsdagar har ej medräknats utan togs bort vilket ej antas påverka resultatet mer än marginellt. Medelvärden för naturliga rekonstruerade flöden samt för uppmätta reglerade flöden plottades sedan upp mot varandra för att en jämförelse skulle bli möjlig. Data för naturliga flöden i Ljungan, Skellefteälven samt Dalälven har vid genomförandet av denna studie varit tämligen svåra att få tillgång till och skiljer sig därmed en del från de övriga. I Ljungan där data har tillhandahållits av Vattenregleringsföretagen i Östersund, baseras data på veckovärden (medelvärdet under en vecka) för perioden 1979-199 samt dygnsvärden för perioden 1995-2 ett glapp av data finns alltså mellan åren 199-1995. Veckovärdena för perioden 1979-2 har konverterats till dygnsvärden genom att varje veckovärde tagits sju gånger för att representera veckans sju dagar. I Skellefteälven där data tillhandahållits av Skellefteälvens Vattenregleringsföretag, baseras data för Kvistforsen på dygnsvärden från Bergnäs plus den lokala tillrinningen mellan sträckan Bergnäs och Kvistforsen. Den lokala tillrinningen på denna sträcka består av veckovärden som konverterats till dygnsvärden på ovan beskrivet sätt. 14
Data för naturliga flöden i Dalälven är framtagna av Göran Lindström på SMHI. Dessa data, vid stationen Fäggeby, bygger på ett statistiskt samband mellan två för stationen ovanförliggande oreglerade mätpunkter. Den naturliga vattenföringen har vid Fäggeby sedan beräknats i en routing-modell där indata varit, de ovanför stationen Fäggeby, två liggande oreglerade mätpunkterna (Muntligen Lindström, 22). 3.2 Beskrivning av långsiktiga förändringar i flödesdynamiken För att beskriva hur den successiva regleringsutbyggnaden påverkat tillrinningen har långa tidsserier med uppmätt vattenföring i respektive vattendrag skapats. Dessa baseras på dygnsvärden från 19-talets början fram till år 2 framtagna vid SMHI. Här har även ett urval av vattendrag i södra Sverige tagits med utöver de i studien undersökta älvarna för att illustrera effekten av regleringar i övriga Sverige. Dessa vattendrag är Ljusnan, Göta älv, Lagan och Emån. Data inhämtades med hjälp av databassystemet WQ-2 och plottades i Excel-97. Data för Storavan i Skellefteälven samt för Bodens kraftverk i Luleälven är belagda med sekretess för innevarande år och två kalenderår dessförinnan vilket medför att den undersökta perioden för dessa avslutades år 1999 och inte 2 som för de övriga. 3.3 Beräkning av effekter på den totala tillrinningen För att beskriva hur den totala tillrinningen till Östersjön (Bottniska viken) är påverkad av regleringar framställdes dagliga medelvärden för naturliga samt uppmätta flöden under perioden 1979-2 för de vattenföringsstationer belagda i anslutning till respektive vattendrags mynningspunkt. Sedan beräknades summan av de dagliga medelvärdena vid naturliga samt reglerade förhållanden. Summan av de dagliga medelvärdena vid naturliga samt reglerade förhållanden plottades sedan upp emot varandra för att en jämförelse skulle bli möjlig. Samma tillvägagångssätt användes för att beskriva hur tillrinningen från fjäll påverkats av regleringar. Eventuella skottårsdagar har ej medräknats utan togs bort vilket ej antas påverka resultatet mer än marginellt. 3.4 Kvantifiering av regleringar inom östersjöområdet För att kvantifiera storleksordningen av regleringar inom östersjöområdet söktes i litteratur från ICOLD (International Commission on large dams) där merparten av världens dammar finns sammanställda. De dammar som finns registrerade hos ICOLD har en höjd högre än 15 meter eller en volym större än 3 miljoner m 3. För att fastställa storleksordningen söktes dammar i de vattendrag som mynnar ut i Östersjön. För Sverige är data hämtade från Angelin, (1987), här gäller samma kriterier för dammarna som för ICOLD. 3.5 Mätfel Hydrologiska data kan normalt fastställas med tämligen god säkerhet. Dock kan mätningarna störas av isbildning samt av andra hinder som transporteras med vattnet. Osäkerheten hos mätningarna är ca 3-5 % en siffra som vid ogynnsamma förhållanden kan vara något högre (Muntligen Sjödin, 22). I denna studie har tillrinning från grundvatten samt lokala kustområden ej medräknats vilket kan påverka säkerheten hos resultaten för den totala tillrinningen. Det bör också observeras att Ljusnan helt utelämnats vid genomförandet av denna studie. 15