Vandføringens Medianminimum Qmm (Natur & Miljø 2013 Nyborg Strand Spor A session 4) Maj 2013 Ole Smith osmi@orbicon.dk Tlf. 40178926
Indhold Lidt historie, begreber og grundlag Qmm definition og relationer Qmm tilvejebringelsen, fokus på det datagrundlaget Qmm - hvor godt er vi dækket Qmm - udvikling, tid og sted Qmm - opdateringsbehov Qmm - i praksis 3. juni 2013 2
Environmental flow bruges i mange lande som som udtryk for kvantiteten, timingen og kvaliteten af det vandflow som er nødvendigt for at bevare et ferskvandsområdes økosystem, herunder levebrødet og trivslen for de mennesker som er afhængige af disse økosystemer. I DK arbejder vi med samme problemstillinger, da vi f.eks. skal sikre os mod oversvømmelser, sikre god vandafledning, sikre en god natur, reducere næringsstofbelastningen, samt sikre grundvandsressourcen både kvantitativt og kvalitativt. Begrebet økologisk acceptabel mindstevandføring bruges som et udtryk for hvad naturen kan tåle. F.eks. omsat til Qmm Krav. Qmm målt eller Vandføringens medianminimum anvendes landsdækkende som grundlaget for denne fastsættelse. 3. juni 2013 3
Økologisk acceptabel vandføring Qmm Krav Qmm Oprindelig Qmm Målt 3. juni 2013 4
I vandplanerne anvendes vandføringens medianminimum som grundlag til at vurdere hvor meget vand der som minimum bør være i vandløbet og dermed også hvor meget vand der er til rådighed til andre formål. Hvad er så vandføringens medianminimum?..og hvorledes frembringes den? 3. juni 2013 5
Vi spoler tiden næsten 100 år tilbage 3. juni 2013 6
Marts 1918 Kr. Thomsen 3. juni 2013 7
Der oprettes 30 målelokaliteter i årene 1917-1918 Målestationerne var starten på opbygning af det grundlag som i gennem tiden er anvendt til vurdering af: afstrømningsmønstre mængder trends. og karakteristiske afstrømninger 3. juni 2013 8
Fastsættelse af statistiske afstrømninger kræver tidsserier Derfor er et referencenet net af faste vandløbsmålestationer en nødvendighed: 1918 oprettes 30 målestationer (mindre end 10 har været i uafbrudt drift siden) 2013 (overslag) Aktive stationer NST regi 230 Q-stationer Kommuner, forsyninger mv. 100 Q-stationer 150 H-stationer Aktive og nedlagte målestationer i dk, kilde HYMER 3. juni 2013 9
Integreret netværks design Stationer med operationelt formål Benchmark stationer Repræsentative oplands stationer Projekt stationer 3. juni 2013 10
Vandstandsstationer - eksempler 3. juni 2013 11
Vandføringsmålinger Måles typisk med mekanisk vandføringsmåler, et vingeinstrument. Vandhastigheden måles i punkter i forskellige dybder og i forskellige vertikaler på tværs af vandløbet. En måling tager typisk ½ til 1 time, ekskl. transport mv. Vandføringen i større vandløb kan også måles med akustiske doppler målere der trækkes på tværs af vandløbet. 3. juni 2013 12
Water level cm Water level cm Flow l/s Vandføringsstation (QH-station) Vandføringen bestemmes ud fra forhold mellem vandføringen (Q) og vandstanden (H). Vandstanden registreres som på en vandstandsstation. Manuelle vandføringsmålinger, typisk 8-12 gange årligt, alt afhængigt af hvor meget vandløbets vandføringsevne varierer over året, bl.a. som følge af grøde. På baggrund af vingemålinger og sammenhørende vandstandsaflæsninger etableres en QH-relation til beregning af en kontinunert serie af vandføringen. 120 10000 100 8000 80 6000 60 4000 2000 40 20 375 jan 2004 feb 2004 mar 2004 apr 2004 maj 2004 jun 2004 jul 2004 aug 2004 sep 2004 okt 2004 nov 2004 dec 2004 350 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Flow l/s 325 300 275 250 3. juni 2013 13
Vandføringsberegning Korrektion af vandstand Konstruktion af QH-kurver Beregning af vandføring Dokumentation www.orbicon.dk 3. juni 2013 14
VNF [l/s] HAST [m/s] VST [mm] QVH-stationer Her måles vandhastigheden ved hjælp af ultralyd, typisk dopplerprincippet. Registrering af vandstand sikrer kendskab til arealet Et krav er; en god sammenhæng med målt hastighed og profilets middelhastighed Med middelhastighed og areal beregnes vandføring På QVH-stationer foretages få enkeltmålinger af vandføringen. 500 0 01-04 15-04 01-05 15-05 01-06 DDH Mstnr. : 52.68 Værebro å, Snydebro 15-06 01-07 15-07 01-08 15-08 52.68 [ 1] [VST] [EDT] [Øje] [MI] 52.68 [ 1] [VST] [VIR] [Øje] [MI] 01-09 15-09 0 01-04 15-04 01-05 15-05 01-06 DDH Mstnr. : 52.68 Værebro å, Snydebro 52.68 [ 1] [HAST] [EDT] [Øje] [MI] 52.68 [ 3] [HAST] [EDT] [Øje] [MI] 15-06 01-07 15-07 01-08 15-08 01-09 52.68 [ 2] [HAST] [EDT] [Øje] [MI] 15-09 0 01-04 15-04 01-05 15-05 01-06 DDH Mstnr. : 52.68 Værebro å, Snydebro 15-06 01-07 15-07 01-08 15-08 52.68 [ 3] [VNF] [EDT] [Øje] [MI] 52.68 [ 1] [VNF] [VIR] [Øje] [MI] 01-09 15-09 3. juni 2013 15
VNF [l/s] Tidsserier er grundlaget for frembringelse af mange karakteristiske afstrømninger, f.eks. middel, maks og min, men også gentagelseshændelser, varigheder mv. 25000 20000 15000 10000 5000 0 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 DDH Mstnr. : 45.01 Odense å, Nørre Broby 45.01 [51] [VNF] [RAW] [Mid] [DD] 3. juni 2013 16
Karakteristiske afstrømninger afledt af data fra fastemålestationer Kilde: DMU rapport 340 Afstrømningsforhold i Danske Vandløb 3. juni 2013 17
Definition på Vandføringens medianminimum Qmm. Vandføringens minimum kan karakteriseres på forskellige måder. Som en hændelse med en gentagelsesperiode på 2, 5, 10 eller 50 år, eller som varigheder - hvor ofte forekommer en given vandføring og hvor længe er vandføringen under et givet niveau. Et af de simpleste nøgletal for vandføringens minimum er medianminimum, som svarer til den årsminimumvandføring som henholdsvis overskrides/underskrides en gang hvert andet år - i gennemsnit. 3. juni 2013 18
Jørgen Lundager Jensen, Hedeselskabet 1973: Formålet med at indføre medianminimum er at karakterisere afstrømningens minima med et tal der er udtryk for de mere normalt optrædende små værdier til forskel for de ekstremt små værdier der kun optræder med mange års mellemrum. 3. juni 2013 19
I modsætning til middelværdien er medianen alene baseret på en ordningsrelation, d.v.s. at det ikke er de enkelte observationers absolutte værdier, der bestemmer medianen, men blot den indbyrdes ordning. Medianen beregnes som den midterste værdi for n-ulige og gennemsnittet af de to midterste værdier for n-lige: Det betyder at følgende serier har forskellige fordelinger og middelværdier, men samme medianværdier: Serie 1 2 3 1 3 0 2 4 0.5 3 5 1 4 6 1.5 5 7 2 10 8 13 20 9 25 30 10 50 40 11 100 50 12 200 Mean 16.5 7.5 39.3 Median 7.5 7.5 7.5 Dette er illustreret ovenfor, hvor tre forskellige serier er vist; dog har de samme medianværdi. Der er derfor en masse information, om de observerede data, som ikke benyttes. 3. juni 2013 20
03.01 Uggerby Å, Median minimum = 401 l/s Antal dage med vandføring mindre end mm 0.9 0.8 0.7 0.6 1971 22 15 3 0 0 1972 0 0 0 0 0 1973 58 50 20 3 1 1974 62 46 38 14 5 1975 39 21 12 0 0 1976 94 75 67 52 48 1977 54 41 20 0 0 1978 0 0 0 0 0 1979 6 5 1 0 0 1980 0 0 0 0 0 1981 0 0 0 0 0 1982 4 0 0 0 0 1983 0 0 0 0 0 1984 0 0 0 0 0 1985 0 0 0 0 0 1986 0 0 0 0 0 1987 0 0 0 0 0 1988 0 0 0 0 0 1989 6 1 0 0 0 1990 15 9 0 0 0 Grand Total 360 263 161 69 54 21.02 Gudenå, Median minimum = 892 l/s Antal dage med vandføring mindre end mm 0.9 0.8 0.7 0.6 1971 0 0 0 0 0 1972 27 9 0 0 0 1973 15 4 0 0 0 1974 22 0 0 0 0 1975 33 11 0 0 0 1976 92 56 1 0 0 1977 26 8 0 0 0 1978 0 0 0 0 0 1979 0 0 0 0 0 1980 1 0 0 0 0 1981 0 0 0 0 0 1982 2 0 0 0 0 1983 0 0 0 0 0 1984 0 0 0 0 0 1985 0 0 0 0 0 1986 0 0 0 0 0 1987 0 0 0 0 0 1988 0 0 0 0 0 1989 34 19 2 0 0 1990 21 0 0 0 0 Grand Total 273 107 3 0 0 3. juni 2013 21
Qmm estimeret på baggrund af faste målestationer 3. juni 2013 22 Kilde: DMU rapport 340 Afstrømningsforhold i Danske Vandløb
Detaljeringsgrad for Qmm Det landsdækkende net af faste målestationer er ikke tilstrækkeligt til at kunne give de detailoplysninger som ofte kræves når vandføringens medianminimum skal bestemmes, specielt ikke i oplande med stor menneskelig påvirkning. Da det vil være alt for ressourcekrævende at opstille hydrometriske stationer på alle interessepunkter, anvender man typisk synkrone vandføringsmålinger til fladekortlægningen af Qmm 3. juni 2013 23
Q mm estimeret overvejende på baggrund af målinger 3. juni 2013 24
3. juni 2013 25
Referenceperioden For at kunne sammenligne medianminimum på de enkelte lokaliteter har det været nødvendigt at indføre en referenceperiode som alle beregninger kan henvise til. Som datagrundlag for fastlæggelse af medianminimum bruges en referenceperiode på 30 år, der forskydes løbende hvert 5. år. Således er den gældende referenceperiode 1981-. 3. juni 2013 26
Behovet for opdatering af medianminimum Vandføringens medianminimum i vandløb er ikke en endelig fast størrelse, Den vil ændre sig over tid som følge af ændringer i de hydrologiske forhold i vandløbets opland. Der kan tales om 2 overordnede ændringer: Naturlige ændringer som følge af klimatiske ændringer som typisk ændrer forholdene i et helt vandløbssystem. Kunstige påvirkninger som ændrer forholdene i dele af et vandløbssystem. (f.eks ændringer i grundvandsindvindningen og arealanvendelsen) 3. juni 2013 27
Udvikling i årsmiddel og årsminimumafstrømningen for udvalgte stationer (l/s/km2) 3. juni 2013 28
Eksempel på ændring af medianminimumvandføringen i et indvindingspåvirket opland 3. juni 2013 29
Krav 6 l/s Krav 2 l/s Krav 0 l/s 0 0 0 2012 2001 9 4 3 5 0 0 1990 1994 Indvinding
http://www.orbicon.dk/datagrundlag-for-medianminimumvandføringer.9786.aspx 3. juni 2013 32
Vandføringens medianminimum - styrker og svagheder Enkel at beregne og forstå. Kræver ikke så stort datagrundlag. Let at tilvejebringe og udbrede i oplandet (f.eks. ved synkronmålinger) i.fht. til middelminimum beskriver medianminimum bedre vandløb med udtørring enkelte år. Medianminimum metoden er en standardiseret metode. Er ikke så følsom over for enkelte ekstreme år i modsætning til abs. min. Beskriver ikke længden/varigheden af eventuelle tørre perioder. Beskriver ikke hvor langt under medianminimum vandføringen kan komme. Qmm kan ikke stå alene som udtryk for hvad våd natur har brug for. 3. juni 2013 33