 |
Vandløbsøkologiske studier af invertebratfaunaen i - et typisk bornholmsk sprækkedalsvandløb af Preben Kristensen pk@ringeby.dk |
.jpg) |
|
|
Vandløbsøkologiske studier af invertebratfaunaen i - et typisk bornholmsk sprækkedalsvandløb af Preben Kristensen pk@ringeby.dk |
|
Fysisk-kemiske forhold
Vandføringen i Kobbeå i perioden 1980-2002
Vandføringen i Kobbeå i prøveperioden 1999 – 2000
Sammenligning af vandføringen i Kobbeå med vandføringen i andre bornholmske vandløb
Sammenligning af vandføringen i Kobbeå med vandføringen i andre danske vandløb
Vandkemi (næringssalte m.v.) i bornholmske vandløb
__________________________________________
Vandføringen i Kobbeå i perioden 1980-2002
Årsmiddelvandføringen for perioden 1980-2002 var 262 l/sek. Da Kobbeå vandløbssystemet dækker et areal på 24,5 km2, er den årlige middelafstrømning 10,7 l/sek*km2, svarende til 337 mm nedbør. Hvis middelnedbøren i vandløbets opland sættes til 600 mm, svarer det til at 56 % af nedbøren i middel afstrømmer gennem vandløbet.
Fig. 023 viser grafisk vandføringen for 22 års perioden 1980-2001, beregnet som månedsmiddel. Vandføringen i Kobbeå er meget variabel, og der ses en tydelig sæsonvariation. Figuren viser det generelle gennemsnitlige billede, når man betragter vandføringen over en lang tidsperiode. Men der er meget store variationer fra år til år, hvilket ses af variationen af månedsmiddelvandføringen. Billedet er i grove træk som i ovenstående figur, dvs. lav sommervandføring og høje vandføringer i vinterhalvåret, men som det ses kan månedsmiddel for vandføringen i en sommermåned sagtens være større end for en måned i vinterhalvåret, om end det er meget sjældent.
Månedsmiddel for juli var eksempelvis nede på 3 l/s i 1992, men helt oppe på over 500 l/s i samme måned i 1996, grundet en meget kraftig spate den 10. juli med døgnmiddel for vandføringen på over 4.800 l/s.
December er den måned, der har den største månedsmiddelvandføring (494 l/s). Men også her er variationen fra år til år meget stor, lige fra 61 l/s i det nedbørsfattige år 1995 til 1227 l/s i den våde december 1999.
Vandføringen (døgnmiddel) ved målebygværket i 24 års perioden fra 1980-2003 er afbildet på hhv. lineær akse (fig. 024a) og log akse (fig. 024b). De fleste år (20 ud af 22) faldt vandføringen i sommerperioden til 10 l/s eller derunder. I 4 ud af de 22 år var vandføringen i en kortere eller længere periode 1 l/s eller derunder (men den var aldrig helt tør). Der var to meget våde år, hvor vandføringen altid var over ca. 20 l/s. Vandføringen i 24 års perioden var i middel 262 l/s.
Høje pludselige vandføringsstigninger (spates) optræder hvert år, specielt i vinterhalvåret, og de fleste år endda flere gange årligt. I 24 års perioden fra 1980 til 2003 kom vandføringen over 2.000 l/s som døgnmiddel i 19 af årene, og vandføringen oversteg 3.000 l/s som døgnmiddel i 12 af årene. Den maximale vandføring i 24 års perioden var 5.642 l/s som døgnmiddel. Denne episode indtraf den 27-2-2002. Den øjeblikkelige værdi var væsentlig højere end døgnmiddel, nemlig 8.497 l/s.
Den højeste værdi for vandføringen, der nogensinde er målt, siden målebygværket blev taget i brug i 1980, blev målt 1-2-2004. Her måltes en maximal vandføring på 12.500 l/s som timemiddel, hvilket svarer til 6.600 i døgnmiddelværdi, beregnet som middel af timeværdierne. Den maximale øjeblikkelige værdi var naturligvis endnu højere end timemiddelværdien, nemlig 12.870 l/s. Denne spate episode fandt sted som følge af, at vejret efter en frostperiode på ca. 14 dage pludselig slog om til tø, så store snemængder smeltede, samtidig med at der faldt en del regn. Fig. 025 viser forløbet af denne spate episoden. Det skal understreges, at usikkerheden på vandføringsværdierne er stor ved så høje vandføringer, idet værdierne for vandføring er beregnede på basis af korrelationen mellem vandføring og vandstand ved målebygværket for et område, hvor vandføringen i praksis ikke er kontrolleret ved vingemålinger; målingerne er dog i overensstemmelse med teoretiske modeller.
6.680 l/sek som døgnmiddel er altså det maximale, der er målt i den 24 års periode, som man har målt vandføringen i Kobbeå ved Målebygværket. Men set over et længere tidsperspektiv, har vandføringen uden tvivl været endnu højere. Det kunne være interessant at vide, hvor ofte, eller rettere, hvor sjældent det sker at store spate episoder forekommer. Forekomsten af meget store spates er en stokastisk hændelse. En visuel analyse af fordelingen af alle målte værdier for døgnmiddelvandføringen i den 24 års måleperiode (Fig. 026) antyder, at data er log-normal fordelte (Magurran, 1988).
Ud fra forekomsten af spate episoder i perioden januar 1980 til februar 2004 har jeg plottet frekvensen af spate episoder over en given døgnmiddelværdi (i intervaller på 500 l/sek, log akse) som funktion af vandføringens døgnmiddelværdi, og har fundet en rimelig god (r2 = 0,984) logaritmisk sammenhæng mellem frekvensen af spates og størrelsen af den givne spate episode:
y = 453,13e-0,0001x
Den bedste rette linje i dette enkeltlogaritmiske plot (fig. 027) er netop formen for det matematiske udtryk, der beskriver en log-normal fordeling (Magurran, 1988).
Beregningerne forudsætter naturligvis, at mønsteret i den betragtede periode kan anses som repræsentativt, men er dette tilfældet, man kan af regressionen bl.a. aflæse, at en døgnmiddelvandføring på ca. 8.500 l/sek vil optræde ca. hvert 250 år, og at en døgnmiddelvandføring på over 10.000 l/sek finder sted med ca. 1000 års interval. Så langt er naturligvis ikke rimeligt at ekstrapolere, ikke mindst fordi at døgnmiddelværdien for en given spate episode afhænger meget af spatens præcise timing (se diskussionsafsnittet), hvorfor det ville være mere rimeligt at anvende timemiddelværdier for vandføringens størrelse; eksemplet viser dog, at rigtig høje vandføringer i størrelsesordenen 10.000 l/sek. er ekstremt sjældent forekommende.
Vandføringen i Kobbeå i prøveperioden 23. april 1999 – 17. april 2000
Fig. 028ab viser vandføringens variation i 1999-2000 på hhv. normal og log akse (timedata). Den grønne og røde linje markerer hhv. prøveindsamlingens start og afslutning.
Der var en meget kraftig spate på over 7.000 l/s (timedata), svarende til 2.300 l/s (døgnmiddel) blot 5 dage inden den første prøvetagning, der fandt sted den 23-4-1999. Vandføringen faldt derefter gradvist. Sommeren var lidt mere vandrig end normalen, med vandføringer ned til 6 l/s i en kort periode i begyndelsen af august, men ellers var vandføringen generelt mellem 10 l/s – 100 l/s i perioden fra primo juni til medio november, hvor vinterens høje vandføringer satte ind. Vandføringen holdt sig herefter på over 100 l/s i resten af undersøgelsesperioden indtil 17-4-2000. I vinterperioden kom der 8 pulser med vandføringer på 2.000 l/s (timedata) eller mere, og heraf var 4 spates med mere end 3.000 l/s. Vinterens højeste vandføring måltes 13-12-1999, hvor den nåede op på 3.800 l/s (timedata), svarende til 2.600 l/s som døgnmiddel.
Fig. 029 - 034 viser en serie fotos af samme udsnit af prøvestrækningen gennem et år, taget med ca. 2 måneders interval. Fotoserien giver et godt indtryk af vandføringens variation over året, men det skal huskes, at den laveste vandføring på fig. 032 (6 l/s) de fleste år kommer endnu længere ned, og at den maximale vandføring i billedserien (fig. 033), med en øjeblikkelig værdi på 3.700 l/s, overskrides de fleste år.
Blandt de vandløb på Bornholm, hvor BRK fører kontrol med vandføringen, er Kobbeå det vandløb, der reagerer hurtigst og kraftigst efter nedbør. Vandføringen stiger hurtigt til høje værdier, men falder også hurtigt igen. Det skyldes dels det forhold, at undergrunden består af impermeabelt granit, der ikke tillader at vandet siver ned til dybere liggende grundvandsmagasiner, men så at sige ”løber af på overfladen”, dels det forhold, at store dele af oplandet er opdyrket og gennemdrænet agerland med et relativt tyndt muldlag over grundfjeldet.
Fig. 035 viser vandføringen (timedata) i 4 bornholmske vandløb under en spate situation i april 1999 (kort tid inden prøveperioden). Vandføringen i Kobbeå stiger hurtigere end i de øvrige vandløb, og når også højere værdier end nogen af de øvrige vandløb, men falder til gengæld også hurtigt tilbage igen. De 4 vandløbs opland er af forskellig størrelse. For bedre at sammenligne vandløbenes egenskaber, viser fig. 036 den relative vandføring (l/sek*km2) for de samme vandløb. Her skiller Kobbeå sig endnu tydeligere ud fra de øvrige. Kobbeå vandløbssystemets opland ligger udelukkende på en undergrund af granit, kun dækket af et tyndt morænelag. Øle Å oplandet har overvejende den mere porøse sandsten i undergrunden, mens store dele af Bagå vandløbssystemet afvander et område med yngre aflejringer af ler, sand og kul.
Sammenligning af vandføringen i Kobbeå med vandføringen i andre danske vandløb
Kobbeås variable vandføring er i fig. 037-040 sammenlignet med vandføringen i 3 andre danske vandløb for perioden 1989-2000 (Fagdatacenter for Hydrometri, DMU). For at kompensere for forskelle i oplandets størrelse viser graferne den relative vandføring (l/sek*km2). Funder Å i søhøjlandet (fig. 037) er et vandløb, der i høj grad er kildefødt, og vandføringen er næsten konstant over året. Vestjyske Idom Å (fig. 038) afvander et område med rigelige grundvandsreserver i den sandede undergrund. Vandføringen er forholdsvis konstant, men dog med tydelige sæsonvariationer. Bregninge Å på Sjælland (fig. 039) viser endnu større sæsonvariationer end det vestjyske vandløb. En tørkeperiode i 1994-1996 har stor effekt og skyldes sandsynligvis for stor oppumpning af grundvand, som det også var tilfældet ved flere lejligheder i 1970-erne, hvor vandløbet løb tør i flere somre (Overgaard & Thyssen, 1983). Endelig ses Kobbeå nederst (fig. 040) med de voldsomme variationer i vandføringen, der især er betinget af de særlige geologiske forhold i Kobbeås opland.
Lufttemperatur
Fig. 041 viser lufttemperaturens variation ved DMI’s målestation Klemensker Ø.
Som helhed var årets middeltemperatur (luft) ved DMI’s målestation Klemensker Ø 8,8 °C i prøveperioden (maj 1999 – april 2000), hvilket var 1,2 grader varmere end årsmiddeltemperaturen i 17-års perioden 1982-1998. Månedsmiddeltemperaturen var i samtlige måneder i prøveperioden 1999-2000 højere end i de tilsvarende månedsmiddeltemperaturer i perioden 1982-1998.
Hvad angår år-til-år forskelle, så var januar, februar og april 2000 varmere end de tilsvarende måneder i 1999, mens temperaturen i marts var ens for de to år. I middel var temperaturen i januar-april 1,4 °C varmere i 2000 i forhold til 1999.
Efteråret 1999 var varmere end efteråret 1998, idet middeltemperaturen i oktober-december 1999 var 1,9 °C varmere end de tilsvarende måneder i 1998.
Det betyder alt i alt, at vinterhalvåret 1998-99 (før prøveperioden) var noget køligere end vinterhalvåret 1999-2000 (i prøveperioden).
Vandtemperatur
Fig. 042 viser de aktuelle vandtemperaturer, som de er registreret af BRK i forbindelse med prøvetagninger ved målebygværket i 8-års perioden 1990-97. Temperaturerne er alle målt omkring middag. Vandtemperaturerne følger ganske pænt lufttemperaturerne fra DMI. Således ses en forskudt klokkeformet fordeling med maximum i juli-august. Vandtemperaturerne er med få undtagelser under 5 °C i perioden fra årsskiftet og indtil et stykke ind i april, hvorefter temperaturen gradvist øges. Sidste dag med temperaturer under 5 °C var 22. april. Efter sommerens maximum falder temperaturen gennem resten af året med en omtrent konstant rate.
Da vandtemperaturen normalt først topper ud på eftermiddagen, giver disse data imidlertid ikke et sandt billede af temperaturens variation, specielt vedr. de maximale temperaturer, hvorfor der i 2001 iværksattes et program for undersøgelse af temperaturens variation (max. og min.).
Max. og min. vandtemperaturen aflæstes med et interval 7 dage i middel, og resultaterne fremgår af fig. 043 Det er karakteristisk, at der er størst variation i vandtemperaturen (fra min til max) i første halvår, mens variationen er mindre i andet halvår.
Vandtemperaturen holdt sig ret konstant og lav (op til 5 °C) i tiden indtil ca. 1. april, hvorefter vandtemperaturen ret hurtigt øgedes og registreredes over 15 °C medio maj. Den højeste vandtemperatur blev registreret i perioden 13-8 til 24-8, hvor vandtemperaturen varierede mellem 15,4-20,9 °C, mens lufttemperaturen i Kobbeå dalen i samme periode varierede mellem 12,5-23,0 °C, og vandføringen varierede mellem 5-75 l/s. I samme periode (13-8 til 24-8) registreredes lufttemperaturer udenfor Kobbeå sprækkedalen (i Vestermarie, ca. 15 km fra Prøvestrækningen) på 11,3-28,7 °C.
Vandtemperaturen i de varmeste sommermåneder (månederne juli og august) var i middel 16,3 °C, men temperaturen kan altså i enkelte tilfælde komme op på over 20 °C i disse måneder. Fra de maximale temperaturer sidst i august faldt vandtemperaturen gradvist gennem resten af året. Laveste temperaturer nåede under 5 °C medio november.
Ved døgnundersøgelsen 8. – 10. august 2003 måltes vand- og lufttemperaturer på to vandløbsstrækninger: Dels på prøvestrækningen, dels lige nedstrøms en ca. 100 m lysåben strækning, der er beliggende mellem prøvestrækningen og målebygværket, og hertil kommer lufttemperaturen udenfor Kobbeådalen, dvs i ”åbent land”. Døgnundersøgelsen blev foretaget på et tidspunkt, hvor vandføringen var særdeles lav (1,4 l/sek), mens lufttemperaturen var ganske høj (op til ca. 25 °C). Fig. 044 og fig. 045 viser fotos fra den lysåbne strækning.
Fig. 046 viser temperaturens variation i vand og luft på prøvestrækningen samt temperaturen udenfor Kobbeådalen.
I døgnet 9.-10. august 2003 varierede lufttemperaturen udenfor Kobbeådalen mellem ca. 11 °C - 25 °C.
Lufttemperaturen inde i dalen varierede mellem ca. 13 °C – 22 °C, og mest konstant var vandtemperaturen, der varierede mellem ca. 15 °C – 19 °C.
På den lysåbne strækning (fig. 047) varierede lufttemperaturen mellem 12 °C – 23 °C, mens vandtemperaturen på den lysåbne strækning varierede mellem ca. 14 °C – 22 °C. Den mest markante forskel på de to sæt grafer er altså vandtemperaturen, der var væsentlig mere stabil på prøvestrækningen set i forhold til den lysåbne strækning.
Disse forskelle kan måske bedre belyses af de følgende figurer, hvor temperaturen i luft og vand sammenlignes på de to undersøgte strækninger. Af fig. 048 ses, at lufttemperaturen på den beskyggede prøvestrækning om dagen er en smule køligere end på den lysåbne strækning, mens det omvendte forhold gør sig gældende om natten: Her er lufttemperaturen ca. en grad lunere på prøvestrækningen i forhold til den lysåbne strækning. Forskellene er imidlertid ikke ret store.
Sammenlignes derimod vandtemperaturen på prøvestrækningen med den lysåbne strækning ses store forskelle (fig. 049). Om natten er vandtemperaturen en smule varmere på prøvestrækningen i forhold til på den lysåbne strækning, men om dagen, i eftermiddagsheden (fra middag til ca. klokken 18), er der markant køligere i vandet på prøvestrækningen. Forskellen i vandtemperatur er helt op til omtrent 4 °C, når forskellene er størst midt på eftermiddagen.
Fig. 050 viser iltindholdets døgnvariation på hhv. prøvestrækningen og den lysåbne strækning (Mg O2/l). På prøvestrækningen (blå) er iltkoncentrationen rimelig stabil og varierer kun mellem 7,8 – 9,1 mg/l. Selvom iltindholdet er rimeligt stabilt, ses dog en tydelig døgnvariation. Lavest er iltindholdet i perioden omkring klokken 18, hvorefter det er stigende aftenen og natten igennem indtil ca. klokken 06, for at stabiliseres på maximum indtil omkring klokken 12, for derefter at falde hen over eftermiddagen.
På den lysåbne strækning (rød) er der store forskelle fra forholdene på prøvestrækningen. Den daglige amplitude er ekstrem stor, fra de laveste iltkoncentrationer på kun ca. 6 mg O2/l, der optræder i perioden fra kl. 21 til midnat, støt stigende til de maximale værdier på helt op til 12 mg/l, der optræder om eftermiddagen i tidsrummet mellem kl.12-15. Herefter falder iltindholdet relativt hurtigt hen over eftermiddagen.
Fig. 051 viser det samme scenarie, dog er iltindholdet her angivet som relativ mætning i %. På prøvestrækningen er iltmætningen ganske stabil, og variationen over døgnet er kun mellem 83 – 95 %, mens variationen på den lysåbne strækning er meget stor, helt nede fra 62 % og op til en kraftig overmætning på ikke mindre end 133 %.
Der er fra BRK indhentet normaliserede (dvs. vandføringsvægtede) årsmiddelkoncentrationer af næringssalte i Kobbeå, Bagå og Øle Å ved Vibebakke for perioden 1986-2002 (Kobbeå data dog kun for en del af perioden). At koncentrationerne er normaliserede eller vandføringsvægtede betyder, at den anførte koncentration er en middelværdi, der multipliceret med vandføringen i den givne periode giver mængden (i kg) af transporteret stof.
Fig. 052 viser den relative (procentvise) arealanvendelse i de 3 vandløbsoplande, beregnet efter BRK’s egen opdeling (data fra BRK, 2003). Opdelingen er grov og skelner kun mellem 1) dyrkede arealer, dvs gødede landbrugsareler i omdrift, og 2) udyrkede arealer, der indbefatter skove, naturområder, ferskvands- og vådområder, der ikke gødes.
Vibebakke (Fig. 052a) skiller sig klart ud fra de øvrige to vandløb, ved at være dækket af 83 % ugødede arealer: hovedsagelig skov, men også naturområder samt sø- og vådområder. De resterende 17 % dyrkede arealer afvandes gennem det store mose- og vådområde ”Ølene”, der virker som filter for næringsstofferne. Oplandet er på 9,3 km2.
Kobbeå (Fig. 052b) og Bagå (Fig. 052c) ligner hinanden noget med hensyn til oplandets anvendelse. Kobbeå vandløbssystemets opland anvendes dog i væsentlig højere grad (23 %) til ikke opdyrkede (ugødede) formål end Bagå (9 %), og omvendt er anvendelsen til landbrugsformål størst (91 %) for Bagå i forhold til Kobbeå (77 %). Kobbeå vandløbssystemet afvandet et opland på 23,6 km2, mens Bagå er lidt større og afvander et areal på 41,9 km2
Fig. 053 viser normaliserede (vandføringsvægtede) årsmiddelkoncentrationer af næringssalte i Øle Å ved Vibebakke, Kobbeå og Bagå.
Vibebakke skiller sig stærkt ud som referencestation, beliggende i et opland uden eller med meget ringe næringsstofpåvirkning. Niveauet for de sammenlignede kvælstof- og fosforfraktioner lå langt lavere end de tilsvarende værdier for Kobbeå og Bagå. Også med hensyn til pH, så var denne lavere ved Vibebakke, formentlig grundet den sure jord i de store nåletræsplantager, samt sø- og vådområdet Ølene, der minder om en svensk ”Myr”.
Bagå har en noget højere kvælstofkoncentration end Kobbeå. Det omvendte forhold gør sig imidlertid gældende for koncentrationen af fosfor, hvor Kobbeå ligger en smule over Bagå. Hvad angår pH, så er denne konsekvent lidt højere (middel for perioden 1986-92: 0,13 enh.) i Kobbeå end i Bagå, altså tilsyneladende ikke nogen tilfældighed.
For samtlige stationer viste middelkoncentrationen af Nitrat-N og Total-N en stigende tendens fra måleperiodens start og indtil 1990-92, hvorefter niveauet har været faldende, og det er sidst i måleperioden lavere end ved måleprogrammets start. Ammonium-N er kun målt til og med 1992, men viste til gengæld et særdeles kraftigt fald i perioden fra 1987-92 for både Kobbeå og Bagå. Ved Vibebakke stationen er alle kvælstoffraktioner også, om end mere begrænset, reduceret i perioden fra 1988 til 2002.
For Vibebakke ses en forsuring (sænkning af pH) i perioden fra 1988 til begyndelsen af 90-erne, hvorefter pH fra og med 1996 pludselig øgedes markant ca. 0,5 pH grader og har siden holdt sig på det niveau.
Koncentrationen af såvel Ortho-P og total-P viste et markant fald gennem måleperioden i både Kobbeå og Bagå, mens koncentrationen var meget lav og konstant på Vibebakke stationen. Ortho-P koncentrationen i Kobbeå mere end halveredes, fra godt 0,20 mg/l til under 0,10 mg/l i perioden fra 1986-97. Det samme var tilfældet for Bagå, hvor niveauet reduceredes fra ca. 0,17 mg/l til ca. 0,08 mg/l i perioden fra 1986 til 2002. Det er karakteristisk, at reduktionen i fosforkoncentration var størst i perioden indtil ca. 1992, ligesom det var tilfældet for Ammonium-N.
Niveauet for både N og P var altså væsentligt højere i Kobbeå end i Øle Å ved Vibebakke. Kobbeå er altså meget tydeligt påvirket at tilførsel af næringsstoffer fra oplandet, men ved sammenligning med det mere ”landbrugstunge” vandløb Bagå var kvælstofindholdet i Kobbeå noget lavere, mens fosforindholdet til gengæld var en smule højere.
BRK (2003) Vandmiljøovervågning, vandløb og kilder. Årsrapport om Vandmiljøplanens overvågning (NOVA) for vandløb og kilder. Bornholms Regionskommune.
Magurran, A.E. (1988): Ecological Diversity and Its Measurement. Croom Helm, London & Sidney, 179 pp.
.gif){kind=small}