Konference om Vandløb og Vandråd Comwell, Kolding 10. april 2014 Arrangeret af Videncentret for Landbrug Vandløbshældningens betydning for målopfyldelsen herunder Q-h- og skikkelsesregulativer Torben Larsen professor, dr.techn., civilingeniør Aalborg Universitet Institut for Byggeri og Anlæg tl@civil.aau.dk 1
Kloge ord om et vandløbs hældning Hør, sig mig lige, hvad er egentlig et vandløb? - Et vandløb er et sted, hvor der løber noget vand. Og hvorfor løber vandet så? - Vandet løber fordi vandløbet har en hældning. Hvad nu hvis vandløbet ikke har nogen hældning? - Så løber det ikke, og så er det ikke noget vandløb. 2
Et vandløbs hældning kan ikke ses direkte, men virkningen af hældningen, dvs. vandhastigheden ses tydelig på vandoverfladen Lidt større vandløb har hældninger I området 0,12 4 promille Dvs. 0,12 4 m pr. km Små vandløb (bække) har ofte ret store hældninger større end 1-2 promille. Grøfter har små hældninger på 0 1 promille (billeder fra Naturstyrelsens og Gudenåkomiteens hjemmesider) 3
Forskydningskraften ved parkering på en skråning Parkeret bil på skråning Håndbremsen virker kun på baghjul F F Tyngdekraften Forskydningskraften F = Bilen masse tyngdekonstanten hældningen 4
Forskydningsspændingen på vandløbsbunden er proportional med hældningen og vanddybden D dybde Tyngdekraften Forskydningsspændingen τ = ρ g D I ρ vandets masse pr. rumfangsenhed 1000 kg/m 3 g tyngdekonstanten 9.81 m/s2 D vanddybden I hældningen 5
Sedimenttransporten styres af bundforskydningsspændingen Det er det strømmende vand, der skaber vandløbet Naturen foretrækker brede vandløb med lav vanddybde fordi det giver mindst sedimenttransport og erosion 6
Sedimenttransporten starter først når bundforskydningsspændingen er større end ca. 0.5 1.0 Newton/m 2 hvilket i middelvandløb svarer til at strømhastigheden er større end 17 25 cm/s Er hastigheden mindre er bunden blød og mudret Hjulströms diagram 7
Meandrering er en naturlig proces Naturen bruger meandrering til at holde hastigheden og dermed erosion og sedimenttransport nede på et minimum. Meanderbuerne vandrer fremad med ca. 1 m pr. år 8
Megen god vandløbshældning forsvandt, da vandløbene i tidligere tider blev gravet igennem moser og vådområder Niveau Sandbund Mudderbund Sandbund Mudderbund Sandbund Oprindeligt vandspejl (Figur venligst stillet til rådighed af Bent Lauge Madsen) Da man fjernede vådområderne, dvs. de strækninger, hvor vandspejlene var næsten vandrette, blev der mindre faldhøjde til rådighed for både de eksisterende og de nye vandløbsstrækninger. Strømhastighederne blev mindre og de bløde, mudrede vandløbsbunde opstod. 9
Hvad så med målopfyldelse? Det der ikke hjælper i blødbundsvandløb men som ellers er udmærket i stejlere vandløb Genslyngning gør vandløbet længere og sætter hastigheden ned og bunden endnu mere blød og mudret. Udlægning af grus fører ingenting til ud over en kort periode herefter bunden slammer til alligevel. Udlægning af større sten stjæler energitabet lokalt omkring stenene og forringer de mellemliggende strækninger. (Hvis stenene i øvrigt ikke synker ned i dyndet og forsvinde helt). Reduceret grødeskæring kan forbedre DVFI lidt, men hvis skæringen reduceres til f.eks. kun en gang i sæsonen giver det en total lukning af tværsnittet (Manning-tal = 5-6) og deraf følgende markante oversvømmelse. 10
Hvad hjælper så på målopfyldelsen for blødbundsvandløb? Beskygning af vandløbene kan føre til acceptabel reduktion af grødeskæringen. 100 % skygge er nok ikke ønskelig, men 50 80 % vil være nyttig. Husk at læse Vedligeholdelse af vandløb af Bent Lauge Madsen m.fl. fra 1980, findes let på www. Forøget bundforskydningsspænding Alt hvad der kan forøge bundforskydningsspændingen τ hjælper τ = Konstant Vandybden Hældningen Altså Forøget vanddybde og/eller forøget hældning 11
Forøget vanddybde kan fjerne blød bund Grødeskæring i strømrende Dobbeltprofil med normalvanføring i dyb smal strømrende 12
Forøg vandløbets hældning Det kan fjerne blød bund Fjern spærringer men husk at fordele den frigivne faldhøjde til en lang vandløbsstrækning. Det handler Ikke kun om fiskepassage. Genindsæt vådområder med vandret vandspejl, og udnyt den frigivne faldhøjde til at forøge vandløbets hældning 13
Det var lidt om vandløbets hældning - og nu til vandløbsregulativer 14
Kristian Vestergaard har skrevet en fin og systematisk gennemgang af metoderne ved udarbejdelse af vandløbsregulativer Ny mail: kvmf@mail.dk Ses på: http://www.sns.dk/erhvogadm/ferskvand/vandloebudvalg/pdf/dec03.pdf 15
Det centrale punkt i den ultrakorte version af spørgsmålet om vandløbsregulativet er punktet om vandløbets evne til at videreføre afstrømningen af nedbøren under behørig afvejning af hensynet til miljø og vedligehold Offentligheden Lodsejerne Offentlighedens hovedinteresse: Godt Miljø og Billig vedligehold Virkemiddel: Restaurering, (Reduceret grøde- Skæring?) Beskygning? osv. Lodsejernes hovedinteresse: Minimal 1. Oversvømmelse 2. Forsumpning Virkemiddel: Grundig vedligehold Grødeskæring Uddybning 16
Hvordan blev regulativerne egentlig til i sin tid? I reguleringsprojekterne blev de nye regulerede vandløb dimensioneret efter velkendte ingeniørmæssige principper 1. Ud fra målebordsbladet afgrænses afstrømningsarealet af oplandet på den pågældende lokaltet. 2. Efter erfaringen vælges en maksimal dimensionsgivende arealspecifik afstrømning f. eks. 100 l/s/km 2 (begrebet sandsynlighed for overskridelse var ikke opfundet). 3. Dimensionsgivende vandføring Q er bestemt Ved produktet af areal og afstrømning. 4. Vandløbets skikkelse og bundkote fastlægges så denne dimensionsgivende vandføring kan videreføres uden oversvømmelse (her benyttedes Chezy eller Manning-formlen). 5. I regulativet nedfældes, at dette er vandløbets skikkelse (og bundkote). 17
Siden opstod valget mellem Q-h-regulativ eller skikkelses-regulativ Ifølge vandløbslovens skal vandløbsregulativet indeholde bestemmelser om enten vandløbets skikkelse eller vandføringsevne. Dette er en lidt ubehændig formulering, fordi målet med begge principper er, at sikre vandføringsevnen, dvs. at sikre at vandløbet for en given vandføring holder sig under en given kote. (Figurer fra By- og Landskabsstyrelsen (2008): Udarbejdelse af vandløbsregulativer) 18
Da PCen afløste regnestokken omkring 1980 kunne regulativer baseret på skikkelse erstattes med dynamisk skikkelse Dynamisk skikkelse vil sige, at man beregningsmæssigt sammenligner vandføringsevnen for det virkelige vandløb med det teoretiske skikkelses-vandløb. Derfor er dynamisk skikkelse er en variant af vandføringsevnen-regulativet. Opfundet i 1600tallet og brugt af militæret og af ingeniører fra ca. 1850. F. eks. er Mannig-formlen: V = M R 2/3 I 1/2 udtænkt til regnestokken, så på den måde lever regnestokken indirekte videre. Introduceret af IBM 12. August 1981 Denne ændring betød i realiteten en (svag) forøget risiko for oversvømmelse. Dette har så vidt vides aldrig været erkendt eller undersøgt. Noget tilsvarende skete inden for afløbsteknikken, hvor beregningsprincipperne blev ændret af nogenlunde samme grund. (se Spildevandskommiteens Skrift 27, 2005) 19
Dimensionering af regnvandskloakker i byer bygger på sandsynlighed for oversvømmelse Endvidere er medtaget forøget nedbør på grund af klimaændringer 20
Alt hvad der vedrører oversvømmelse fra havet bygger på begrebet sandsynlighed for oversvømmelse Alle danske kyster er dækket af Kystdirektoratets højvandstatistikker 21
Vandføringsevne-regulativ Vandspejlets højde må ikke ved medianmaksimumsvandføring overstige den i tabellen angivne vandspejlskote. Bemærk: Her benyttes begrebet sandsynligheden for overskridelse Overordnet set bør dette være udgangspunktet for fremtidens regulativer 22
Forslag til fremtidens Q-h-regulativ Regulativet bør bygge på princippet om sandsynligheden for overskridelse (gentagelsesperiode) og indeholde to punkter: 1. krav til oversvømmelse 2. krav til forsumpning Skikkelsesregulativer bør bygge på samme principper 23
Slut - tak for opmærksomheden 24