Grunnvannets opphav
Norge kjennetegnes av et overskudd av vann som skyldes mye nedbør og moderat fordampning. Dette fører til både høy overflateavrenning og grunnvannsavrenning. Norge kjennetegnes også, som følge av sin kvartærgeologiske historie, av små, hovedsakelig tynne og heterogene grunnvannsmagasiner i løsmasser, med innslag av grove og permeable sedimenter.
Grunnvannsmagasiner i Norge, som ikke ligger langs vassdrag, er selvforsynte. Det vil si at nydannelsen av grunnvann kun avhenger av nedbør- og avsmeltingsforhold. Disse magasinene er derfor svært følsomme for klimaendringer og ekstreme hydrologiske forhold. 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 vassdragene opprettholdes. Dette betyr at mesteparten av vannet i elvene praktisk talt er grunnvannet, noe som er vesentlig for vannkvalitet, vanntemperatur og ferskvannsorganismer.
Figur 1. Det hydrologiske kretsløpet som viser områder hvor det skjer grunnvannsdannelse og områder hvor grunnvann strømmer ut.
Grunnvannsdannelse og naturlige grunnvannsstandsvariasjoner
Mektigheten i den umettede sonen er en avgjørende faktor for hvor lang tid det tar før nedbørvannet når grunnvannet. Grunnvannsvariasjoner er små i grovkornede jordarter (0–1 m) og større i finere jordarter (1–5 m).
Vinterklima med snø og frossen jord hindrer ofte infiltrasjon av vann og dermed grunnvannsdannelse. Størst dannelse av grunnvann finner vanligvis sted på senvinteren ved teleløsningen.
Grunnvannsnivåets variasjon inndeling i regioner
På grunnlag av grunnvannsstandsendringer på utvalgte målestasjoner, har en forsøkt å klassifisere enkelte grunnvannsregioner i Norge med hensyn til karakteristiske vannstansendringer over året. I figur 2 er tre forskjellige typer grunnvannsstandskurver skjematisk fremstilt. Variasjonsmønsteret gjelder for selvforsynte grunnvannsmagasiner, der nydannelsen av grunnvann er avhengig av nedbør- og avsmeltingsforhold. Det bør også nevnes at i de magasiner hvor avstanden fra markoverflaten til grunnvannsspeilet er stor, vil en kunne få en forskyvning i kurvenes fase.
- I lavlandsområdene kan en observere to topper og to bunner gjennom året. Den ene bunnmålingen observeres på senvinteren like før snøsmeltingen, den andre i september. Den første toppmålingen finner sted like etter snøsmeltingen som direkte følge av denne. Den andre toppen observeres på slutten av året som følge av høstnedbøren.
- I fjellområdene har vi vanligvis en bunnnotering like før snøsmeltingen og en topp like etter snøsmeltingen. Man kan i disse områder også ha en liten topp på høsten, avhengig av snø/teleforholdene.
- I kystområdene faller mye av vinternedbøren som regn, samtidig som det er lite teledannelse. Vi har derfor et maksimal grunnvannsstand på vinterstid, med avtagende vannstand utover våren og sommeren til en når et minimum om lag i september, og deretter igjen økende vannstand utover senhøsten/vinteren.
Figur 2. Grunnvannets naturlige fluktuasjoner i Norge. Modifisert fra Skjeseth og Næsheim. Populærvitenskapelig magasin.
Langtidsvariasjoner
Den lengste serien med grunnvannsstand i Norge er målt i et fjellområde 900 m o.h. i Groset, Telemark. Serien (figur 3) viser ingen tydelig trend fra 1949 til 2007, men merkbare perioder med lavere og høyere grunnvannsstand. Hvert år grunnvannsstand når bakkeoverflaten etter snøsmeltinger. Laveste grunnvannsstand måles på slutten av vinteren før snøsmeltingen. Stort teledyp gir raskere og dypere senkning av grunnvannsstand.
Figur 3. Variasjoner i grunnvannsstand registrert på målestasjon Groset, Telemark. Observert grunnvannsstand er vist med ett års glidende nedbørgjennomsnitt
Langtidsvariasjoner i større magasin
Langtidsvariasjonene kan bli store i de større grunnvannsmagasinene med dyp umettet sone. Dette er observert på Romerike/Gardermoen som er det største selvforsynte grunnvannsmagasinet i Norge (figur 4). Slike store fluktuasjoner i grunnvannsstand skyldes forsinket og dempet respons til ulike tørre og våte perioder.
Figur 4. Grunnvannsstandsvariasjoner registrert på målestasjon Hauerseter (Gardermoen, Romerike). Observert grunnvannsstand er vist med tre års glidende nedbørgjennomsnitt.
Ekstreme forhold i 2006
I forhold til andre land er grunnvannsmagasinene med løsmasser små og tynne i Norge. Der er derfor svært følsomme for klimatiske variasjoner. Utviklingen i løpet av sommeren og høsten 2006 illustrerer dette godt (figur 3 og 4). I løpet av noen uker endret situasjonen seg dramatisk i deler av Norge.
Tidlig høst - ekstremt lav grunnvannsstand
I august/september var grunnvannsnivået ekstremt lavt i store deler av landet, med påfølgende lite tilsig til kraftmagasinene. Dette førte til bekymring for vannforsyningen utover vinteren.
Sen høst - ekstremt høy grunnvannstand
I november/desember var grunnvannsnivået ekstremt høyt, med større fare enn vanlig for oversvømmelser og ras, men med mye bedre vilkår for oppfylling av kraftmagasiner. Figur 5 og 6 illustrer godt de voldsomme variasjonene over året som var karakteristisk for 2006.
Figur 5. Grunnvannsstand i 2006 i Norge i forhold til normalt ved inngangen av august (venstre) og desember (høyere). Pkt. 1 er målestasjon Nordfjordeid og pkt. 2 Bodø (se figur 6). Fargene i bakgrunnen er basert på simuleringer med en hydrologisk modell, mens punktene 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 6. 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.
Grunnvannsdannelse og jordas lagerkapasitet for vann
Mye av nedbøren infiltreres i jorda, men det er kun ved et fåtall av tilfeller at vannet transporteres til grunnvannet. Dette henger blant annet sammen med jordas evne til å holde tilbake det tilførte vannet. En prognose for når nydannelse av grunnvann forventes, kan beregnes ut fra jordas lagringskapasitet,
(= markvannsunderskudd). Underskuddet er lik den nedbørmengden som kan tilføres før det skjer en videre avrenning til grunnvann og dreneringsgrøfter. Lagringskapasiteten kan være opp til 250 mm vann i Norge avhengig av jordtyper, vegetasjon og den aktuelle fordampningen.
Det er store variasjoner i lagringskapasitet 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 7). I høye fjellområder, med morene avsetninger, registreres derimot størst lagringskapasitet for vann om vinteren. Dette skyldes langvarige perioder med snø og tele, kombinert med lav vanninfiltrasjon og drenering av jordlagene i den øverste delen av jorda.
Figur 7. Jordas lagerkapasitet for vann, endring i vanninnhold og grunnvannsstand målt i den øvre delen av jorda på markvannsstasjon Særheim (Rogaland).
Variasjoner i grunnvannsdannelse
Figur 8 viser maksimal, minimal og middelårlig grunnvannsavrenning i perioden 1961–1990 beregnet med den distribuerte HBV-modellen Disse karten gir et estimat av maksimal årlig grunnvannsdannelse.
Figur 8. Maksimal, minimal og middel årlig grunnvannsavrenning i perioden 1961–1990 beregnet med den distribuerte HBV-modellen.
Grunnvannstemperatur
Grunnvannstemperaturen, 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. Det registreres en forsinkelse i utviklingen av grunnvannstemperatur i forhold til lufttemperaturen. Dette betyr at de laveste grunnvannstemperaturene måles om sommeren og de høyeste om vinteren.
Man antar ofte at grunnvannstemperatur omtrent tilsvarer den årlige gjennomsnittlige lufttemperaturen. Andre faktorer som mektigheten til den umette sonen, jordtype, snødekke, frost og vegetasjon kontrollerer også i en viss grad grunnvannstemperatur.
Figur 9. Grunnvanntemperatur målt på Kvænangen (Finnmark) i periode 1979–2006 og kart over grunnvanntemperatur i de nordiske landene
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.