Markvann og grunnvann

Her kan du lese mer om:

• Grunnvannsdannelse i Norge skyldes mye nedbør
• Nydannelse av grunnvann avhenger av jordas lagringskapasitet for vann
• Grunnvannsnivået varierer gjennom året
• Ekstreme grunnvannsforhold kan medføre jordskred og tørke
• Grunnvannstemperaturen er relativt stabil gjennom året

Grunnvannsdannelse i Norge skyldes mye nedbør

I Norge har vi generelt et overskudd av vann som skyldes mye nedbør, kombinert med moderat fordampning. Regn og snøsmeltning fører til at både overflateavrenningen og infiltrasjonen i grunnen er relativt stor. Vann som infiltrerer i bakken blir først til markvann, og når det siger videre ned blir det til grunnvann (figur 1). Norge kjennetegnes av små og hovedsakelig tynne heterogene grunnvannsmagasiner. Dette følger av den kvartærgeologiske historien.

'

Figur 1. Illustrasjon av dannelse av markvann, som er over grunnvannsnivå, og underliggende grunnvann. Regn og snøsmeltning infiltrer ned i bakken, først i markvannsonen (umettet sone) og deretter ned i grunnvannssonen (mettet sone). Grunnvannet kan deretter strømme ut i lavereliggende områder, til for eksempel en bekk eller elv. Målinger og overvåking av grunnvannsnivået (også kalt grunnvannsspeilet) gjøres ved å sette et rør ned i bakken, og observere vannhøyden i dette røret. 

Grunnvannsmagasiner i Norge, som ikke ligger langs vassdrag, er selvforsynte. Det vil si at nydannelsen av grunnvann kun avhenger av nedbør- og snøsmeltingsforhold. Disse magasinene er derfor svært følsomme for klimaendringer, ekstreme hydrologiske forhold og menneskelige inngrep. Vannet som lagres i disse grunnvannsmagasinene beveger seg langsomt og relativt konstant nedover mot et utstrømningsområde, for eksempel en bekk, elv eller innsjø. Disse grunnvannsmagasinene yter et tilskudd til vannføringen ved å strømme inn i elvene.

I vassdrag som ikke har tilsig fra breer, og i perioder uten regn eller snøsmelting, sørger grunnvannstilsig for at vannføringen i elveløpene opprettholdes. Dette betyr at mesteparten av vannet i elvene i tørre og kalde perioder praktisk talt er grunnvann. Dette er også vesentlig for vannkvalitet, vanntemperatur og ferskvannsorganismer.

Nydannelse av grunnvann avhenger av jordas lagringskapasitet for vann

Mye av nedbøren infiltreres i jorda, men det er kun ved et fåtall av tilfeller at vannet transporteres helt ned til grunnvannet. Dette henger blant annet sammen med jordas evne til å holde tilbake det tilførte vannet, som igjen avhenger av jordas porøsitet. Mengden av porerom og sprekker bestemmer løsmassenes porøsitet. Når det er mange sprekker og hulrom er porøsiteten høy og innholdet av vann kan være stort. Typisk vil en sandig jordtype ha mye større porøsitet enn en leirholdig jordtype.

En prognose for når nydannelse av grunnvann kan forventes, kan beregnes ut fra jordas lagringskapasitet (også kalt markvannsunderskudd). Underskuddet er lik den nedbørmengden som kan tilføres før det skjer en videre infiltrasjon til grunnvann, og utstrømming til dreneringsgrøfter. Lagringskapasiteten i markvannsonen varierer med jordtype, desto større porøsitet desto større lagringskapasitet. Lagringskapasiteten kan være opp til 250 mm vann (250 liter/m²) i Norge avhengig av jordtype, vegetasjon og den aktuelle fordampningen.

Det er store variasjoner i lagringskapasitet av vann i markvannsonen mellom ulike år, og ulike regioner. Jordas kapasitet for vannlagring er ofte størst i sommerhalvåret når vannet forbrukes av vegetasjonen, og mengden av nedbøren er mindre enn fordampningen (figur 2). I høyfjellsområder, med morene avsetninger, registreres derimot størst lagringskapasitet for vann om vinteren. Dette skyldes langvarige perioder med snø og tele, som fører til lav vanninfiltrasjon i den øverste delen av jorda.

Figur 2.  Jordas lagerkapasitet for vann, endring i vanninnhold og grunnvannsstand målt i den øvre delen av jorda på markvannstasjon Særheim (Rogaland), gjennom et gitt år.

Grunnvannsnivået varier gjennom året

Grunnvannsnivået varierer naturlig gjennom året. Nivået er avhengig av tilført vann til grunnen fra regn og snøsmelting, og uttak av vann slik som fra planter, fordampning og eventuelle menneskelige uttak.

På grunnlag av observert grunnvannsnivå på utvalgte målestasjoner, har en forsøkt å klassifisere enkelte grunnvannsregioner i Norge med hensyn til karakteristiske endringer i grunnvannstanden over året.

I figur 3 er variasjon i grunnvannstand i tre regioner skjematisk fremstilt. Variasjonsmønsteret gjelder for selvforsynte grunnvannsmagasiner, der nydannelsen av grunnvann er avhengig av nedbør- og snøsmeltingsforholdene. I de magasiner hvor avstanden fra markoverflaten til grunnvannspeilet er stor, vil en kunne få en forskyvning i kurvenes fase.

Figur 3. Grunnvannets naturlige fluktuasjoner i Norge. Modifisert fra Skjeseth og Næsheim. Populærvitenskapelig magasin.

• Lavlandsområder har to årlige topp- og bunnivå. I lavlandsområdene kan en observere to perioder gjennom året. Den ene bunnmålingen observeres på senvinteren like før snøsmeltingen, den andre i september etter økt forbruk av vann gjennom fordamping og opptak fra plantene om sommeren. Den første toppmålingen finner sted like etter snøsmeltingen, som en direkte følge av denne. Den andre toppen observeres på slutten av året som følge påfylling som følge av høstnedbøren.
• Fjellområdene har vanligvis kun ett årlig topp- og bunnivå. Her viser variasjonen i grunnvannstanden vanligvis bare en bunn, som inntreffer like før snøsmeltingen, og en topp like etter snøsmeltingen. Av og til finnes det også en liten topp på høsten, dette avhenger av snø og teleforholdene.
• Kystområder har vanligvis et bunnivå om høsten. I kystområdene faller mye av vinternedbøren som regn, samtidig som det er lite teledannelse grunnet et mildere klima. Vi har derfor en maksimal grunnvannsstand på vinterstid, med avtagende vannstand utover våren og sommeren. Man når et minimum om lag i september, og deretter økende grunnvannstand igjen utover senhøsten og vinteren.

Ekstreme grunnvannsforhold kan medføre jordskred og tørke

I forhold til andre land er grunnvannsmagasinene med løsmasser små og tynne i Norge, dette skyldes vår kvartærgeologisk historie. Grunnvannsmagasinene våre er derfor svært følsomme for meteorologisk variasjoner, spesielt i nedbør og temperatur.

Utviklingen i grunnvannstanden i løpet av sommeren og høsten 2006 illustrer dette godt (figur 4). I løpet av noen uker endret situasjonen seg dramatisk i deler av Norge. I august/september var grunnvannsnivået ekstremt lavt i store deler av landet. Dette førte for eksempel til bekymring for vannforsyningen utover vinteren, og lite tilsig til kraftmagasinene. I november/desember var grunnvannsnivået derimot ekstremt høyt, med større fare enn vanlig for flom og jordskred, men med mye bedre vilkår for oppfylling av kraftmagasiner. De voldsomme variasjonene over året som var karakteristisk for 2006 er vist for to ulike målestasjoner i figur 5.

Figur 4. Grunnvannsstand i 2006 i Norge i forhold til normalen ved inngangen av august (venstre), og desember (høyere). Pkt. 1 er målestasjon Nordfjordeid, og pkt. 2 Bodø (se også figur 5). Fargene i bakgrunnen er basert på simuleringer med en hydrologisk modell, mens punktene (sirkler) representerer virkelige observasjoner. De svarte punktene på kartene er målestasjoner hvor vi ikke har mottatt data for de aktuelle datoene. Normalen for modellen er gjennomsnittsverdien for 1961–1990, mens normalen for observasjonen er for 1975–2004.

Figur 5. Eksempler på ekstreme forhold registrert i 2006 på målestasjoner Nordfjordeid i Sogn og Fjordane (nr 1) og Bodø i Nordland (nr 2). Årskurven 2006 er plottet sammen med median, laveste og høyeste observasjoner.

Mengden grunnvann i bakken er også avgjørende i forhold til flom. Er bakken nærmest mettet med vann, det vil si at grunnvannsspeilet er nært overflaten, øker sjansen for flom ved nedbør og snøsmelting fordi bakken ikke klarer å ta imot alt vannet som kommer.

Grunnvannstemperaturen er relativt stabil gjennom året

Grunnvannstemperaturen, ofte flere meter under overflaten (<5 m), er relativt stabil gjennom året og varierer fra 6 ºC i Sør-Norge til 1 ºC i Nord-Norge. Målinger viser at det er forsinkelse i variasjon av grunnvannstemperatur i forhold til lufttemperaturen. Dette betyr at de laveste grunnvannstemperaturene måles om sommeren, og de høyeste om vinteren. Målinger i Kvænangen, i Finnmark, i perioden 1979-2006 viser tydelig den årlige variasjonen (figur 6).

Man antar ofte at grunnvannstemperatur omtrent tilsvarer den årlige gjennomsnittlige lufttemperaturen. Dette kan gjenspeiles i gjennomsnittlig årlig grunnvannstemperatur i Norden, som vist i figur 7. Andre faktorer som tykkelsen til den umettede sonen (markvannsonen), jordtype, snødekke, frost og vegetasjon påvirker også i en viss grad grunnvannstemperaturen.

Figur 6. Grunnvanntemperatur målt på Kvænangen (Finnmark) i perioden 1979–2006, i blått. Ett års glidende gjennomsnittsverdi er også vist, i rødt.

Figur 7. Kart over grunnvanntemperatur (isolinjer) i de nordiske landene. Basert på data fra de nordisk grunnvannsnett.

Kilder:
Sønsterud og Kirkhusmo, 1988
 
Kirkhusmo LA (1986) The use of groundwater monitoring data from the nordic countries. Norwegian Hydrological Programme, NHP report no. 19, Norway.

Beldring S, Engeland K, Roald LA, Sælthun NR, Voksø A (2003) Estimation of parameters in a distributed precipitation-runoff modell for Norway. Hydrology and Earth System Sciences 7:304–316.

H. Colleuille, Beldring S., Mengistu Z., Wong W.K., Haugen L.E., 2006. Groundwater and Soil Water for Norway based on daily simulations and real-time observations. International Symposium, IAH, Dijon France, 30 mai–01 juni 2006.