Ottos geografi noter til HF
Hydrologi
Hydrologi - om vandets kredsløb

Hydrologi

Faglige mål

Du skal kunne beskrive:
  • modellen for vandetskredsløb
  • og ved at anvende Vandbalanceligningen
  • Beskrive vandbalancen for Danmark

Du skal kunne forklare sammenhængen mellem:
  • Nedbørsfordeling
  • Jordbundsforhold
  • Afstrømning
  • Udvaskning af jorden og jordens frugtbarhed
  • Jorden anvendelse (husdyr / afgrøder)

Vand som ressource

Vandet er en livsvigtig resource, for mennesker , dyr og planeter. Vandet er en forudsætning for livet på jorden og indgår i alle levende væsner. Vores krop består af 2/3 vand, hvoraf ca. 60 % er indeholdt i kroppens celler.

ca. 71 % af jordens overflade er dækket af vand, men ferskvandet udgør kun 2,5 % af de samlede vandmængder og heraf er det meste bundet i iskapperne ved polerne.

Vandet indgår i et evigt kredsløb mellem hav og land hvorunder det skifter mellem sine tre tilstandsformer ( flydende, gas og fast).

Kredsløbet drives af varmen fra solen og tyngdekraften.

I sit kredsløb bidrager vandet til at transport af varme (havstrømme og fortætningsvarme).

Gennem millioner af år formes landskabet af vandet, som nedslider og forvitrer klipper og bjerarter, transporterer og aflejrer sedimenter (nedbrudte bjergarter) og omformer jordoverfladen.

Ca. 80 % af det samlede vandforbrug i verden består af overfladevand (søer, vandløb og floder), og i mange dele af verden er vandforbruget større end den naturlige gendannelse af ferskvand.

Adgang til ferskvandsressourcerne er derfor også grundlag for internationale konflikter, over retten til udnyttelse af ferskvandet i floder, som krydser en eller flere landegrænser.

Vandets kredsløb

Vandets kredsløb

Simpel model af vandets kredsløb

Vandets kredsløb drives af energi fra solen, som får vandet til at fordampe , senere afkøles det og falder som nedbør , for at strømme tilbage til havet.

Du kan også se modellen her over vandets kredsløb på Sjælland - med tal

Vandbalanceligningen

Vandets kredsløb kan beskrives med vandbalanceligningen:

N = F + Au + Ao +/- ΔR

N = Nedbør
F = Fordampning
Ao = afstrømning overjordisk
Au = afstrømning underjordisk, og
ΔR = ændring i resserver (is, søer, grundvand )

Hvad bestemmer størrelsen af de enkelte elementer?

I det følgende skal vi kort se på hvilke forhold der har betydning for størrelsen af de enkelte elementer i vandbalanceligningen.

Nedbøren (N)

Jo varmere luften er, jo mere vand kan den indeholde og dermed vil det kunne regne mere.

Denne sammenhæng fremgår af denne figur:

Vanddampens mætningskurve
Den varme luft skal dog nedkøles til dugpunktet for at vanddampen fortættes (= luftfugtigheden bliver 100%) og bliver til nedbør.

Fordampningen (F)

Fordampningen er først og fremmest bestemt af temperaturen. Jo varmere luften er, jo større er fordampningen.

Men også vindhastighed og luftfugtighed vil have betydning for fordampningen. Blæser det - vil fordampningen være større, og jo tørre luften er (lille luftfugtighed) - jo større vil fordampningen være.

Man skelner mellem Absolut / aktuel Fordampning og Potentiel Fordampning.

  • Aktuel (absolut) fordampning er den mængde vand (mm/m2) som der rent faktisk fordamper fra en given overflade.

    Ved samme temperatur vil fordampningen være størst over hav og sø og vandmættede jorde, samt områder med tæt vegetation som f.eks en skov.

  • Potentielle fordampning. Det er et teoretisk mål for hvor meget vand der KUNNE fordampe HVIS der var rigeligt med vand (som f.eks fra en sø)

Fugtighedsindeks (N/F)

Hvis man kender nedbørsmængden (N) og den potentielle fordampning (F pot.), kan man beregne et fugtighedsindeks.

Et fugtighedsindeks er et decimaltal, som fortæller om et givent område har overskud eller underskud af nedbør.

  • NEDBØRSOVERSKUD - betyder blot at nedbøren (N) er større end fordampningen (F) og der dermed er vand til afstrømningen (Ao / Au) og dermed til planter, dyr og mennesker
  • NEDBØRSUNDERSKUD - betyder at fordampningen (den potentielle) er større end nedbøren! Der er altså IKKE noget vand til afstrømning - og dermed til planter, mennekser og dyr.
Man beregner et fugtighedsindeks med en simpel formel:

Nedbør (N) / Potentiel Fordampning

Hvis resultatet er > 1.0 betyder det, at der er et NEDBØRSOVERSKUD

Omvendt hvis resultatet er < 1.0 er der NEDBØRSUNDERSKUD

Opgave:

Beregn fugtighedsindeks for de to situationer / lokaliteter i foregående figur
Svar ...
  1. N = 600 mm , F =300 mm -> 600/300= 2.0 <=> nedbørsOVERSKUD
  2. N = 100mm , Fpot =300mm -> 100/300 = 0.33 <=> nedbørsUNDERSKUD

Afstrømning (Ao + Au)

Størrelsen af afstrømningen er primært bestemt af terrænforhold og jordbundsforhold:

Terrænforhold og afstrømning

  • I bjergrige eller bakkede landskaber vil størstedelen af vandet løbe bort som overfladisk afstrøming (Ao).

  • I et fladt terræn er det jordbundsforholdene som bestemmer afstrømningens hastigheden.

Jordbundsforhold og afstrømning

  • I lerjord vil den underjordiske afstrømning (Au) være lille og langsom, da vandet kun siver ganske langsomt igennem lerjorden.
  • Omvendt på sandede jorde. Her vil vandet hurtigt sive gennem sandjorden og videre ned til grundvandet.

Detaljeret model af vandets kredsløb

Vandbalancen i DK

Vandbalance for Danmark - se figur med noter
Kilde: Alverdens Geografi
Figuren viser nedbør (N) og fordampning (F) i Danmark gennem årets måneder.
  • Differencen mellem nedbør og fordampning kaldes for nettonedbøren.

  • Hvis nettonedbøren er > 0 så er det nedbørsoverskud,
    som føres tilbage mod havet som Ao og/ eller Au.
  • Hvis nettonedbøen er < 0 (negativ) er der nedbørsunderskud.
  • Når der er nedbørsoverskudet bliver ført tilbage til havet som Ao og/ eller Au.
Helt enkelt:
Hvis N > F vil der være nedbørsoverskud, og det overskydende vand vil derfor 'forsvinde' ved afstrømnig (A0 + Au).

På hvilket tidspunkt af året er der henholdsvis nedbørsoverskud og nedbørsunderskud i Danmark?

Vandbalance for Sjælland
Er der nedbørsoverskud eller underskud på Sjælland ?

Globale vandbalance

Nedbørsfordeling i DK

Nedbørdsfordeling i Danmark
Den gennemsnitlige årlige nedbør i Danmark i referenceperioden 1961-1990 målt i mm. Fra: DMI
  • I det sydvestlige Jylland får man op til 900 mmm nedbør om året,
  • I det østlige Danmark får man kun 600 mm årligt.
Hvorfor tror du det regner mest i Vest- og Sønderjylland ?

Det gør det fordi den dominerende vindretning i Danmark er vestenvinden . Vestenvinden fører lun og fugtig luft ind fra Atlanterhavet og Nordsøen.

Hvilke særlige problemer giver det i forhold til den fremherskende jordbundstype i dette område ?

Afstrømning i Danmark

Se også nedenstående kort over afstrømning i Danmark Afstrømningen i Danmark
Afstrømningen i Danmark. Det er ikke angivet om det er Au eller Ao , det er formendtlig begge dele der vises på kortet.
Kilde: Naturgeografi, jorden og mennesket, s. 205
Sammenhold kortet med fordelingen af jordbundtyper i Danmark.

Er der en sammenhæng mellem afstrømningen og jordbundstyper?

Sammelign også med nedbørskortet - hvilken samenhæng kan der udledes heraf?

Jordbund i Danmark

Kortet vises fordelingen af sandjord og lerjord i Danmark. Sandjordene er mest udbredte i det vestlige Danmark, mens lerjordene findes i det østlige Jylland og på ørerne.

De to jordbundstyper har meget forskellige evne til at holde på vandet og dermed de næringsstoffer som er nødvendige for plantevæksten.

Dette skyldes ikke mindst jordens tekstur som betegner jordens sammensætning, udtrykt som den procentvise fordeling af de forskellige kornstørrelser.

Mere om jordbund på wikipedia

Sand og lerjord

Sandjorden består af grovkornede mineraler mens lerjorden består af finkornede mineraler.

To begreber anvendes til at beskrive sand- og lerjordens forskellige egenskaber.

  1. Porøsitet ,
    dvs. hvor stor en del af jordbundens rumfangsvolumen som består af hulrum. Porøsiteten er stor i sandjord og mindre i lerjorden.
  2. Permeabilitet
    angiver vandgennemstrømningen i jordbunden. Sandjorden har høj permeabilitet, mens lerjorden har en mindre permeabilitet.
Overvej selv hvilken af de to jordbundstyper er mest frugtbar?

Hvor tror du vi har størst problemer med forurening af grundvandet. På ler- eller sandjorde?

Om sandjord og lerjord

Grundvandsforurening

De største trusler mod vores grundvand kommer fra landbrugets brug af sprøjtmidler (pesticider)og kunstgødning (NPK-gødning).

NPK-gødningen indeholder Nitrogen (kvælstof), men den del af nitrogenen som ikke optages af plantevæksten, vil med regnvandet løbe ned i jorden (Au) og ende som Nitrat (NO3) i grundvandsmagasinerne. Nitrat kan give cellemutationer (-> kræft) og hormonforstyrelser hos mennesker. En række drikkevandsboringer er derfor blevet lukket pga for højt nitratindhold.

En række Vandmiljøplaner siden 1987 har tillige søgt at reducere forbruget af gødning i landbruget og dermed udvaskningen af næringsstoffer til grundvandet. udvaskningen

Nitratindholdet i grundvandet 2010. Grænseværdien er 50 mg pr liter vand. (kilde:Birgitte Hansen, GEUS)

Nu har du lært ....

  1. At beskrive vandets kredsløb ved hjælp af vandbalanceligningen (N=F + Ao + Au)
  2. At beskrive sammenhængen mellem luftens temperatur og luftens indhold af vanddamp
  3. At skelne mellem absolut og relativ luftfugtighed
  4. At anvende begrebet luftens dugpunkt (dugpunktstemperaturen)
  5. At beregne et fugtighedsindeks
  6. Hvilke forhold der har betydningen for afstrømningen (terræn og jordbund)
  7. At beskrive vandbalancen for Danmark

Nedenstående om sedimenter er ikke pensum

Sedimenter

Sedimenter er aflejringer af materialer (organiske og uorganiske) som er bleet transporteret og aflejret af vind, vand eller tyngdekraften.

Sedimenter (uorganiske) dannes ved at bjergarter nedbrydes (forvitrer) af vind og vand, til større og mindre sedimenter. Disse nedbrudte bjergarter vil herefter blive transporteret af vind og vand, herunder gletsjere, og af tyngdekraften.

Jo lettere sedimenterne er, jo længere kan de blive transporteret før de aflejres. Fint sand og støv kan således transporteres over store afstande af vindene.

Vandets transport af sedimenter vil afhænge af vandets strømningshastighed og sedimenternes størrelse. Jo større vandstrømningshastighed, jo større sedimenter vil vandet kunne transportere. Ved lave vandstrømningshastigheder vil de større og tunge sedimenter (grus og sten) først aflejres og sidst de mindste og letteste sedimenter ( silt og ler )

Model af nedbrydning, transport og aflejring af sedimenter
Sammenhæng mellem vandstrømningshastighed og erosion, transport og aflejring