Grunnvannets opphav og betydning for overflatevann
Norge kjennetegnes av et overskudd av vann som skyldes mye nedbør og moderat fordampning. Dette fører til både høy overflateavrenning og infiltrasjon i grunnen. Vann som infiltrerer i grunnen blir først til markvann og når det siger videre ned blir det til grunnvann. 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 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 praktisk talt er grunnvann, 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.'

Figur 1. Det hydrologiske kretsløpet som viser områder hvor det skjer grunnvannsdannelse og områder hvor grunnvann strømmer ut.

Grunnvannsnivåets variasjon gjennom året
Grunnvannsnivået varierer naturlig gjennom året avhengig av tilført vann til grunnen fra regn og snøsmelting og uttak av vann fra planter og fordampning. 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 2 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. 

  • 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 fra plantene om sommeren. 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 viser variasjonen i grunnvannstanden vanligvis bare en bunn - like før snøsmeltingen - og en topp like etter snøsmeltingen. Av og til finnes det også 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 grunnvannstand 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. Årsgjennomsnittet i grunnvannstanden (figur 3) viser merkbare perioder med lavere og høyere grunnvannsstand og en svak positiv trend fra 1959 til 2014. Variasjonene henger tydelig sammen med årsnedbøren.

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 blant annet observert på Romerike/Gardermoen som er det største selvforsynte grunnvannsmagasinet i Norge (figur 4). Variasjonene i grunnvannstanden henger også godt sammen med variasjonen i nedbøren, men da med variasjonen i samlet nedbørmengde over noen år. Detter skjer fordi grunnvannsmagasinene er så store at responsen til tørre og våte perioder er forsinket og dempet.


Figur 4. Grunnvannsstandsvariasjoner registrert på målestasjon Hauerseter (Gardermoen, Romerike). Observert grunnvannsstand er vist med tre års glidende nedbørgjennomsnitt.

 

Ekstreme forhold
I forhold til andre land er grunnvannsmagasinene med løsmasser små og tynne i Norge. Der er derfor svært følsomme for meteorologiske variasjoner. F.eks. illustrerer utviklingen i løpet av sommeren og høsten 2006 dette godt (figur 3 og 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. 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,
som fører til lav vanninfiltrasjon 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 variasjon 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 umettede 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.