Temamøde om vandbalance

Lisbeth Flindt Jørgensen

Den 8.-9. november 2000 afholdt DVK på Forskningscentrer Foulum et temamøde med titlen "Vandbalancen på mark og regional skala – fokus på nedbør og fordampning” . Der var ca. 100 deltagere fra amter, ingeniørfirmaer og forskningsinstitutioner. Dagens program kan ses på:

./sidst-dk.shtml#top.

Temadagens mål var at gennemgå og diskutere beregningsmetoder til fordampning og vandbalance og belyse den tidslige udvikling af disse størrelse i Danmark, samt at præsentere de institutionelle dataholdere og dataenes kvalitet og mulighederne for at få tilgang til disse.

Den stadig stigende interesse for vores grundvandsressourcer og vandføringen i vore vandløb har gjort det relevant at sætte fokus på de klimatiske elementer, der er bestemmende for nettonedbør og dermed for vandføringen i vore vandløb og potentialet for grundvandsdannelse. Begreberne potentiel og aktuel fordampning er velkendte, men det står til stadighed til diskussion, hvilke beregningsmetoder, der bør anvendes. Nedbør eller nedbør ved jordoverfladen er velkendte begrebsstørrelser, men det stadigt stigende behov for vurdering af grundvandsdannelse og – beskyttelse nødvendiggør, art disse data er tilgængelige i en høj kvalitet.

Temamødet bød bl.a. på indlæg om fordampningens historie; metoder til beregning af potentiel fordampning; nedbørsdata, -måling, -korrektion og –skalering; potentiel fordampning; aktuel fordampning fra forskellige overflader og vandbalanceopgørelser på forskellige skalaer.

Indlæggene var hver især interessante og formede hele temamødet til en god oplevelse. Mødet kom omkring kendte, men også nye aspekter vedrørende det hydrologiske kredsløb. Især blev der lyttet intenst til indlæggene om de nye nedbørskorrektioner fra DMI.

Mødet blev afsluttet med en kort diskussion af perspektiver og behov for yderligere viden på området. Her var der især problemer med vandbalancen på regional skala der prægede debatten.

Vandbalance tal i mm/år for et typisk dansk område. Klik på figuren for at se en stor udgave.

Stor usikkerhed på beregning af potentiel fordampning– abstract fra DVK temamødet november 2000

Finn Plauborg, Danmarks JordbrugsForskning, Forskningscenter Foulum

Danmarks JordbrugsForskning (DJF) offentliggør i august en rapport, der komplementerer tidligere udsendte rapport "Sammenligning af metoder til bestemmelse af potentiel vandfordampning" af Mikkelsen og Olesen (1991).

Den nye rapport får titlen "Revurdering af metoder til beregning af potentiel fordampning". I den nye rapport diskuteres potentiel fordampning beregnet efter forskellige metoder med anvendelse af tidsseriedata fra 14 klimastationer i Danmark.

Rapporten afdækker, at der for visse af DJF´s 12 klimastationer er betydelig forskellig på den summerede årlige potentielle fordampning, når fordampningen beregnes efter henholdsvis Makkink metoden og den modificerede Penman metode. Ved beregning med sidstnævnte metode beregnes for nogle stationer mere end 100 mm mindre end med Makkink.

Rapporten anbefaler til forskel fra Mikkelsen og Olesen (1991) at den bedste operationelle metode til beregning af potentiel fordampning p.t. er Makkink, idet datakvaliteten for visse meteorologiske parametre, bl.a. relativ luftfugtighed i øjeblikket er for dårlig på nogle af DJF´s stationer.

Den modificerede Penman metode, der blev anbefalet af Mikkelsen og Olesen, er følsom over for målefejl på relativ luftfugtighed, således at f.eks. 10 % fejl på RH giver 10 % fejl på fordampningsberegningen. Skiftet tilbage til Makkink kan betragtes som et tilbageskridt og det er således også DJF´s håb, at der kan vendes tilbage til en mere nøjagtig beregningsmetode, når de meteorologiske stationer er blevet udskiftet.

Dette arbejde er gået i gang. Danmarks Meteorologiske Institut er i samarbejde med DJF ved at forny de meteorologiske stationer i Danmark. Denne investering skulle med sikkerhed resultere i en forbedret datakvalitet og dermed forbedrede muligheder for en større kvalitet i beregning af bl.a. potentiel fordampning.

Rapporten er nu udgivet og kan findes som:

Detlefsen, N.K. and Plauborg, F., 2001. Revurdering af metoder til estimering af referencefordampning (potentiel fordampning). DJF rapport 61. Danmarks
JordbrugsForskning. 49 pp.

Fordampning fra landbrugsafgrøder – abstract fra DVK temamødet november 2000

Finn Plauborg, Danmarks JordbrugsForskning, Forskningscenter Foulum

Den aktuelle fordampning fra landbrugsafgrøder er af afgørende betydning for vandbalancen i vilkårlig større region i Danmark, idet landbrugsarealet udgør ca. 62 % af det samlede landområde i Danmark. Den aktuelle fordampning ETa (mm/dag) kan udtrykkes i følgende vandbalance ligning:

hvor P er nedbør, I er vanding, R er overfladeafstrømning, D er afdræning fra rodzonen og DM er den daglige ændring i rodzonens vandindhold.

Den aktuelle fordampning er bestemt af vegetationsdækket, jordtypen og klimaet og opgøres derfor naturligt på markniveau som den mindste rummelige enhed. Den aktuelle fordampning fra en given mark kan måles ved forskellige metoder eller beregnes ved hjælp af vandbalanceligningen eller hydrologiske modeller.

En direkte måling af den aktuelle fordampning har været kendt i adskillige årtier, men det er først indenfor de seneste 10-20 år, at teknikkerne i målemetoderne er blevet forbedret og derfor interessante for den hydrologiske forskning. Ved DJF benyttes Bowen Ratio metoden og Eddy Covariance metoden, der begge muliggør en opgørelse af den aktuelle fordampning i en høj tidslig opløsning, f.eks. timer. En forsat forskningsindsats med anvendelse af disse metoder er vigtig for et forbedret kendskab til størrelsen af den aktuelle fordampning og modellering af de mekanismer i jord-plante-atmosfære-systemet, der regulerer vandtransporten og vandafgivelsen.

I anvendt hydrologi beregnes den aktuelle fordampning via vandbalanceligningen eller en simpel hydrologisk model. Disse metoder er velkendte i mange sektorer og institutioner med interesse for vand og vandressourcer. Inden for landbruget benyttes vandbalance modellen MARKVAND (Plauborg et al., 1991 ) til styring af vandingen gennem vækstperioden. EVACROP (Olesen og Heidmann, 1990) er anden hyppigt anvendt model, der beregner den daglige vandbalance gennem hele året. Modellen benyttes af bl.a. DMU.

Det er til en hver tid vigtigt at forholde sig kritisk til de metoder der anvendes indenfor den anvendte hydrologi. Interessen er især fremtrædende lige nu, hvor der er fokus på vores vandressourcer, deres anvendelse og risikoen for forurening fra forskellige kilder.

I dette indlæg diskutteres begreberne reference fordampning ETo og aktuel fordampning ETa i relation til landbrugsafgrøder. Størrelsen ETo beskriver den aktuelle fordampning fra en reference overflade, der er defineret ved en velvoksende kortklippet græsafgrøde, der er velforsynet med vand.



Anvendt hydrologi

I den anvendte hydrologi beregnes aktuel fordampning ETa (venstre side ligning 1) ved hjælp af modeller, der simplificeret kan udtrykkes ved ligning 2

hvor Ks og Kc er reduktionsfaktorer tilhørende intervallet [0,1]. Ks er funktion af jordens vandindhold og Kc beskriver afgrødens størrelse. Det ses, at Eta ikke kan overstige Eto.

Figur 1 viser beregninger af summeret referencefordampning og fordampning fra ært og vinterhvede beregnet med EVACROP for vækståret 1998 i Foulum. Ligeledes er vist summeret nedbør.

Kc faktoren er forskellig for hvede og ært, hvilket tydeligt afspejler sig i fordampningens størrelse.

Figur 2 viser det beregnede bladarealindeks, der er det bestemmende element i Kc-faktoren.


Usikkerhed

Usikkerheden på ETa opstår ved usikkerheder på Ks, Kc og ETo. Ks indeholder information om jordtype og dens hydrauliske egenskaber samt hvorledes plantens vandoptagelse er formuleret i modellen. En nærmere redegørelse herfor er ikke medtaget i dette indlæg.

Usikkerheden på ETo er ofte genstand for diskussion. Flere formler til beregning af Eto er kendt og anvendes ofte lidt i flæng. Under danske forhold skyldes anvendelsen af flere formler, at der ikke er tilstrækkelig data tilgængelig til beregning af den mest udbyggede formel. En analyse ved DJF har vist, at fejlen på ETo sagtens kan være op 10 %, såfremt data til formlerne er af utilstrækkelige.

Betydning af en systematisk fejl på +10 % på ETo for størrelsen af den aktuelle fordampning fra vinterhvede er vist i figur 3.

Antagelsen af at Kc ikke kan overstige 1 er ligeledes også til stadighed udsat for diskussion. En fysisk analyse af to afgrødesystemer med samme bladarealindeks, f.eks. 3 og afgrødehøjden henholdsvis 0.3 og 2 m viser, at den høje afgrøde fordamper mere end den lave. Endvidere viser en sådan analyse også, at begge afgrøder fordamper mere end ETo, såfremt jordens vandindhold ikke virker begrænsende.

Figur 4 viser en beregning af aktuel fordampning fra vinterhvede, hvor det er antaget at Kc er lig 1.2 i den periode at afgrøden har bladarealindeks større end 3.

Ved DJF er sammenligning målt og beregnet aktuel fordampning fra afgrøder ved Jyndevad, Borris og Foulum forsøgsstationer. Den aktuelle fordampning var målt med neutronmoderations metoden. Resultatet af denne sammenligning er sammenfattet i figur 5. På baggrund af dette arbejde var det ikke muligt entydigt at fastlægge Kc faktorer større end 1.

Referencer

Plauborg, Finn og Olesen, J.E. 1991. Udvikling og validering af modellen MARKVAND til vandingsstyring i landbruget. Tidsskrift for Planteavls Specialserie Beretning nr. S 2113.

Plauborg, F., Andersen, M.N., Heidmann, T. & Olesen, J.E. 1996. Markvand: A decision support system for irrigation scheduling. In: Camp, C.R., Sadler, E.J. & Yoder, R.E. (Eds.). Evaporation and Irrigation Scheduling. Proceedings of the International Conference, Nov. 3-6, 1996, San Antonio, Texas. ASAE. p. 527-535

Olesen, J.E. og Heidmann, T. 1990 EVACROP. Et program til beregning af aktuel fordampning og afstrømning fra rodzonen. V 1.00. AJMET Arbejdsnotat NO.: 9.

Fordampning fra skov og hede – abstract fra DVK temamødet november 2000

Ulla Lyngs Ladekarl, Geologisk Institut, Aarhus Universitet

Det er interessant at sammenligne skov og hede med hensyn til fordampning, fordi de to økosystemer udgør to yderpunkter mht. fordampning. Skov har stort bladareal og stor roddybde og dermed høj fordampning, mens det modsatte er tilfældet for hede. Skovens store bladareal medfører, at en del af nedbøren bliver hængende i trækronerne og fordamper. Især er tabet stort i gran om vinteren pga. nålene. Fra heder er tabet godt 10%, mens det fra gran er ca. 25% af nedbøren. I enkelte tilfælde kan interceptionstabet fra gran overskride den potentielle fordampning.

Direkte måling af fordampningen fra skov er måleteknisk meget svært. Derfor benyttes i stedet vandbalancemodeller til at estimere fordampning og nedsivning. For danske forhold er der især foretaget simuleringer med simple modeller, som benytter bladareal, nedbør og potentiel fordampning til at estimere leddene i vandbalancen. Ofte benyttes en empirisk sammenhæng mellem relativ fordampning og relativt plantetilgængeligt vandindhold, idet mængden af plantetilgængeligt vand er afgørende for fordampningen.

Resultater for områder i Vestjylland (de 5 første lokaliteter på figuren nedenfor) med samme nedbør (ca. 850 mm) og med samme sandede jordbundsforhold viser, at fordampningen fra hede er ca. 33% af nedbøren, mens fordampningen fra løvskov er ca. 55% af nedbøren. Fordampningen fra granskov topper med godt 60% af nedbøren.

På figuren kan man se, at fordampningen fra løvskov på lerjord (Sorø) ligger meget tæt op ad de to øvrige løvskove på sandjord. Hvis man ser bort fra tørre år og våde år, ligger fordampningen fra løvskov på omkring 90% af den potentielle fordampning **. I våde år kan fordampningen endda overskride den potentielle, og man må da benytte andre modeltyper til at bestemme den aktuelle fordampning.

*Gundersen, P., J. Bille-Hansen og U.L. Ladekarl, 1999. Grundvandsdannelse under skove. Videnblade, Skovbrug, Forskningscentret for Skov og Landskab, 9.8-1.

** Ladekarl, U.L., B. Hansen og K.R. Rasmussen, 1994. Måling og vurdering af vandbalancen for løvskov. Abstract til ATV-møde om Skovrejsnings betydning for grundvandsdannelsen, 19-39.