Avbördningskapaciteten som verktyg för bedömning av underhållsbehovet i ett vattendrag - Tillämpning på ett dikningsföretag i Höje å

Abstract (Swedish)

Examensarbetet undersöker möjligheten att låta avbördningskapaciteten – det vill säga sambandet mellan vattennivå och vattenföring – vara vägledande för bedömning av underhållsbehovet i åar och diken. Den potentiella nyttan av en sådan metod bedöms vara hög då den skulle kunna minska frekvensen av omotiverade underhållsinsatser som påverkar vattenmiljön negativt. Arbetet utgår från ett dikningsföretag i Höje ås huvudfåra. Utifrån inmätta tvärsektioner har en representation av dikningsföretaget skapats i modellverktyget HEC-RAS. Modellen har använts för att 1) ta fram referenskurvor för ett antal kontrollpunkter i dikningsföretaget, som beskriver avbördningskapaciteten i fåran efter dikningsföretagets underhåll med klippskopa i september 2015 och 2) modellera en kritisk dämning utifrån ett markavvattningsperspektiv, genom anpassning av Mannings skrovlighetskoefficient, n, i modellen. Tillämpbarheten av de framtagna referenskurvorna – och av metoden generellt – bedöms vara mycket beroende av tillgången till en flödesreferens som kan utnyttjas för både upprättandet och uppföljandet av referenskurvor. I det studerade dikningsföretaget finns en sektion som förmodligen är bestämmande och därmed möjliggör flödesmätning utifrån en avbördningskurva, men sektionens lämplighet behöver utredas vidare. Modelleringar av kritisk dämning visade att det i uppströmshalvan av dikningsföretaget finns höjdförhållanden som skapar en marginal i fårans avbördningskapacitet, i förhållande till jordbrukets behov av dräneringsdjup under odlingssäsongen. Resultaten kan ses som en indikation på att dikningsföretagets frekvens av vegetationsklippning skulle kunna minskas på denna sträcka.

Abstract

This master thesis project investigates the possibility of using stage–discharge relationships for evaluation of river maintenance demands. In Sweden, the potential benefit of this type of methodology is considered high, in order to prevent unnecessary maintenance activities which are harmful for the aquatic environment. The study is focused on a ditching organization in Höje River in southern Sweden, responsible for maintenance on a specific stretch of the river. Based on cross-section coordinate data, a representation of the stretch was created in the river analysis model HEC-RAS. The model was then used to 1) generate reference curves for a number of control points within the stretch, to represent the stage-discharge relationship after the cutting of vegetation that was carried out by the ditching organization in September 2015 and 2) model a critical stage-discharge situation with respect to agricultural demands of drainage capacity, by modification of the Manning roughness coefficient, n, in the model. The applicability of the generated reference curves – and this method in general – is considered to be very dependent on the presence of a flow reference that can be used both in the development and the follow-up of reference curves. Within the studied stretch there is an abandoned gauging station that may be suitable for this purpose, but further investigations are needed. Modeling of a critical stage-discharge situation indicated that maintenance needs are likely to be smaller for the upper half of the modeled stretch. This stretch appears to have a more beneficial gradient situation compared to the lower half, allowing for a higher stage in the river with respect to agricultural drainage needs.

Popular Abstract (Swedish)

Underhåll i åar och diken är ett kontroversiellt ämne som präglas av en grundläggande konflikt mellan markavvattningsintressen och miljövårdsintressen. En nyckelfråga är – hur kan markavvattningen säkras, med minsta möjliga miljöpåverkan? För att uppnå detta behövs bland annat metoder som kan tydliggöra vilket underhållsbehov som faktiskt föreligger.

Åar och diken i jordbrukslandskap behöver emellanåt rensas på vegetation och bottenavlagringar för att en viss vattenföringsförmåga, eller avbördningskapacitet, ska upprätthållas. Detta underhållsarbete är nödvändigt för att hålla vattennivåerna nere och för att jordbrukets markavvattning ska fungera, men innebär samtidigt en störning i vattendraget som kan sammankopplas med en negativ påverkan på både djurliv och vattenkvalitet. Underhållsinsatser med grävskopa betraktas som särskilt problematiska, då fårans slänter och botten skadas och blir känsliga för vidare erosion. I Skåne ingår den större delen av vattendragen i markavvattningssamfälligheter – så kallade dikningsföretag – som har juridiskt ansvar för underhåll på sina respektive sträckor. Ofta beskylls dikningsföretagens underhållsinsatser för att vara rutinmässiga, onödigt omfattande eller omotiverade ur markavvattningssynpunkt. I denna studie har modellverktyget HEC-RAS använts för att ta fram vägledande material för ett dikningsföretag i Höje å, som potentiellt kan vara ett stöd i deras bedömning av underhållsbehovet.

Det studerade dikningsföretaget ligger i sydvästra Skåne, öster om byn Staffanstorp och motsvarar en sträcka på 3.5 kilometer i Höje ås huvudfåra. I dagsläget underhålls sträckan genom en årlig klippning av vegetation med klippskopa. Efter inmätningar i fält av åsträckans läge och höjd kunde en representation av dikningsföretaget skapas i det hydrologiska modellverktyget HEC-RAS. Modellen kalibrerades utifrån fältmätningar av flöde och vattennivå, genom en anpassning av vattenfårans friktionsmotstånd i modellen. Mätningarna av flöde och vattennivå gjordes efter dikningsföretagets underhåll med klippskopa i september 2015, och den kalibrerade modellen representerar därför dikningsföretaget i sitt ”klippta” tillstånd.

Genom modelleringar kunde avbördningskurvor tas fram för ett antal kontrollpunkter i dikningsföretaget, som visar sambandet mellan vattennivå och vattenföring i det vegetationsklippta tillstånd som modellen kalibrerades för. Kurvorna kan fungera som en referens för dikningsföretaget, som genom uppföljande mätningar av flöde och vattennivå i kontrollpunkterna skulle kunna få svar på frågan ”Har avbördningskapaciteten försämrats, i jämförelse med referensåret 2015?”. Idén är hämtad ifrån Danmark där kontrollprogram utifrån så kallade ”kravekurvor” är vägledande för underhållsbehovet. Metoden bygger på att uppföljande mätningar utförs i ett tillstånd som är jämförbart med det som kurvan representerar, i detta fall det klippta tillståndet. De framtagna kurvorna har således en direkt koppling till fårans grundkapacitet och behovet av grävande åtgärder. En viktig förutsättning för metodens reella tillämpbarhet ute i dikningsföretagen är tillgången till en fungerande flödesreferens, dit kontrollpunkternas vattennivåer kan korreleras. Detta kan vara en närliggande vattenförings¬station eller en bestämmande sektion som medför ett entydigt samband mellan vattennivå och vattenföring. Om denna förutsättning är uppfylld förenklas både upprättandet och uppföljandet av avbördningskurvor avsevärt.

Modellen i HEC-RAS användes också för att titta närmare på sambandet mellan underhållsbehov och markavvattningsbehov i det studerade dikningsföretaget. Denna modellering utgick ifrån kritiska vattennivåer längs med sträckan, som togs fram utifrån en analys av hur högt vattnet kan tillåtas stå i ån, utan att försämra funktionen på åkrarnas täckdikningssystem. Ett normalflöde för perioden juli-september kördes i modellen eftersom det under denna period – perioden för grödans tillväxt – kan betraktas som särskilt viktigt att fullt dräneringsdjup kan uppnås. Modellerings¬resultaten visade på en intressant skillnad mellan olika sträckor i dikningsföretaget. I ungefär halva dikningsföretaget, sträckan längst uppströms, kunde ett anmärkningsvärt högt friktionsmotstånd tolereras, innan den modellerade vattennivån blev kritiskt hög. Resultatet kan ses som en indikation på att underhållsbehovet är litet på sträckan. Ett potentiellt första steg för dikningsföretaget är att testa att minska sin frekvens av klippning. De skulle på så vis kunna begränsa sin miljöpåverkan i ån och – inte att förglömma – sina omkostnader för underhåll.

• author: Svenbro, Nina
• supervisor: Rolf Larsson
• organization: Division of Water Resources Engineering
• course: VVR820 20152
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Höje å, avbördningskapacitet, underhåll, markavvattning, dikningsföretag, HEC-RAS
• publication/series: TVVR16/5001
• report number: 16/5001
• ISSN: 1101-9824
• language: Swedish
• additional info: Examiner: Magnus Persson
• id: 8682293
• date added to LUP: 2016-03-03 10:36:21
• date last changed: 2019-04-01 12:09:31