Dynamisk jämvikt
Alla vattendrag är dynamiska, men graden av dynamik är olika beroende på hydromorfologisk typ. Vid all form av arbete med vattendrag måste man ta hänsyn till dynamiken. Man måste förstå om och åt vilket håll ett vattendrag förändras och om förändringen är mänskligt orsakad. Om t ex grusbottnar spolas bort är det knappast en lösning att tillföra grus. Istället gäller det att förstå förändringsprocessen, det vill säga varför gruset försvann. Man kan i detta exempel också fundera på om dynamiken kan ändras så att det sker en uppbyggnad av grusbanker istället för att de spolas bort.
Grunderna för att förstå dynamiken är att förstå jämviktsprincipen och vattendragens självjustering.
Jämviktsprincipen innebär (mycket förenklat) att under en viss typ av förutsättningar kommer vattendragets morfologi att hamna i ett jämviktstillstånd med en viss typ av utseende. Utseendet beror bland annat på vattenföringen, sedimenttillskottet, bottensubstratet, lutningen och förekomsten av död ved.
En av de mest spännande egenskaperna hos vattendrag är självregleringen. Vattendragen kan förändra lutning, vattenhastighet, omfördela bottensubstrat, transportera eller ackumulera sediment och ändra planform inom vissa begränsningar. Detta sker i ett komplicerat feedbacksystem som stabiliserar vattendragssystemet så att jämvikt uppstår.
Konceptet med jämvikt och självreglering gäller främst C- och E-vattendrag. Det gäller även de flesta B-vattendragen, men där är justeringstakten mycket långsammare och det systemet är inte lika känsligt eftersom en stor del av substratet är fixerat, även om det finns grusbankar, pooler, trösklar av död ved och liknande som har en annan förändringstakt än det grövre materialet. Dessa kan reagera på samma sätt som finkorniga vattendrag även om de större strukturerna inte kan störas från sin jämvikt på samma sätt. Nedanstående text är mest riktad mot vattendrag i TB-tillstånd, främst C- och E-vattendrag. Texten gäller också för SB-vattendrag, men ju mer SB-utpräglat vattendraget är, desto längre tid krävs det för förändringar och för dessa blir då nedanstående koncept inte lika applicerbart i praktiken.
Förmågan till självreglering innebär att om ett vattendrag påverkas, till exempel vid uträtning av ett meandrande avsnitt, kommer vattendraget på egen hand att sträva efter att återskapa de ursprungliga karaktärerna genom att skapa en ny meandrande fåra. Om påverkan är större och grundförutsättningarna ändras, till exempel om vattenföringen eller sedimenttillskott ändras eller om bestämmande sektioner rensas kommer vattendraget istället att genom sin självreglering gå mot ett nytt jämviktstillstånd beroende på de nya förutsättningarna.
För att arbeta med jämviktstillstånd krävs det att hålla isär olika tidsperioder. Jämviktstillståndet ser olika ut beroende om man tittar över 1, 100 eller 1000 år, eller ännu längre tidsspann (se till exempel Schumm 1977). Tittar man på en tidsperiod som är längre än 1000 år finns det som kallas dynamisk jämvikt. Det innebär att det finns en variation i morfologi kring ett genomsnittligt utseende och att det genomsnittliga utseendet varierar över tid. Tittar man på en kortare tidsperiod (cirka 100 till 1000 år) finns ett stadigt jämviktstillstånd. I det tillståndet sker det hela tiden förändringar i motsatt riktning så att det totalt sett inte blir någon nämnvärd förändring. Till exempel i ett aktivt meandrande vattendrag sker det hela tiden erosion på vissa ställen så att meanderslingorna rör sig sakta nedåt i systemet. Denna erosion vägs hela tiden upp av att det sker sedimentation på andra delar så tillståndet sett över en längre sträcka inte förändras.
En av definitionerna för att ett vattendrag ska ses som stabilt och i jämvikt är att tvärsektionens utseende och vattendragets lutning ska vara konstant över en längre tidsperiod. Det är dock inte en enskild punkt som avses utan att utseendet är konstant om man studerar en längre sträcka. I ett sådant tillstånd är transportkapaciteten i balans med sedimenttillförseln och substratet. Om transportkapaciteten underskrider sedimenttillförseln sker aggradation (sedimentation). Om transportkapaciteten överskrider sedimenttillförseln sker det motsatta, det vill säga erosion i botten och stränder (degradation).
Ett vanligt missförstånd kring jämvikt och stabilitet är att det skulle betyda att fåran ska vara helt fixerad och att jämvikten ska vara perfekt. Så är det inte, utan man menar att morfologin pendlar lite kring ett medelvärde vid jämvikt. Det innebär att normala förskjutningar av meanderbågar inte är samma som ostabilitet.
Ett naturligt vattendrag strävar efter att ha en balans mellan erosion och sedimentation. Transportkapaciteten står därmed helt i balans med sedimenttillförseln. Detta gäller i alla fall så länge det inte sker någon dramatisk naturlig händelse som tillfälligt stör balansen. När människan stör balansen hamnar vattendraget i ojämvikt och kommer att sträva mot ett nytt jämviktstillstånd.
Grunderna för att förstå dynamiken är att förstå jämviktsprincipen och vattendragens självjustering.
Jämviktsprincipen innebär (mycket förenklat) att under en viss typ av förutsättningar kommer vattendragets morfologi att hamna i ett jämviktstillstånd med en viss typ av utseende. Utseendet beror bland annat på vattenföringen, sedimenttillskottet, bottensubstratet, lutningen och förekomsten av död ved.
En av de mest spännande egenskaperna hos vattendrag är självregleringen. Vattendragen kan förändra lutning, vattenhastighet, omfördela bottensubstrat, transportera eller ackumulera sediment och ändra planform inom vissa begränsningar. Detta sker i ett komplicerat feedbacksystem som stabiliserar vattendragssystemet så att jämvikt uppstår.
Konceptet med jämvikt och självreglering gäller främst C- och E-vattendrag. Det gäller även de flesta B-vattendragen, men där är justeringstakten mycket långsammare och det systemet är inte lika känsligt eftersom en stor del av substratet är fixerat, även om det finns grusbankar, pooler, trösklar av död ved och liknande som har en annan förändringstakt än det grövre materialet. Dessa kan reagera på samma sätt som finkorniga vattendrag även om de större strukturerna inte kan störas från sin jämvikt på samma sätt. Nedanstående text är mest riktad mot vattendrag i TB-tillstånd, främst C- och E-vattendrag. Texten gäller också för SB-vattendrag, men ju mer SB-utpräglat vattendraget är, desto längre tid krävs det för förändringar och för dessa blir då nedanstående koncept inte lika applicerbart i praktiken.
Förmågan till självreglering innebär att om ett vattendrag påverkas, till exempel vid uträtning av ett meandrande avsnitt, kommer vattendraget på egen hand att sträva efter att återskapa de ursprungliga karaktärerna genom att skapa en ny meandrande fåra. Om påverkan är större och grundförutsättningarna ändras, till exempel om vattenföringen eller sedimenttillskott ändras eller om bestämmande sektioner rensas kommer vattendraget istället att genom sin självreglering gå mot ett nytt jämviktstillstånd beroende på de nya förutsättningarna.
För att arbeta med jämviktstillstånd krävs det att hålla isär olika tidsperioder. Jämviktstillståndet ser olika ut beroende om man tittar över 1, 100 eller 1000 år, eller ännu längre tidsspann (se till exempel Schumm 1977). Tittar man på en tidsperiod som är längre än 1000 år finns det som kallas dynamisk jämvikt. Det innebär att det finns en variation i morfologi kring ett genomsnittligt utseende och att det genomsnittliga utseendet varierar över tid. Tittar man på en kortare tidsperiod (cirka 100 till 1000 år) finns ett stadigt jämviktstillstånd. I det tillståndet sker det hela tiden förändringar i motsatt riktning så att det totalt sett inte blir någon nämnvärd förändring. Till exempel i ett aktivt meandrande vattendrag sker det hela tiden erosion på vissa ställen så att meanderslingorna rör sig sakta nedåt i systemet. Denna erosion vägs hela tiden upp av att det sker sedimentation på andra delar så tillståndet sett över en längre sträcka inte förändras.
En av definitionerna för att ett vattendrag ska ses som stabilt och i jämvikt är att tvärsektionens utseende och vattendragets lutning ska vara konstant över en längre tidsperiod. Det är dock inte en enskild punkt som avses utan att utseendet är konstant om man studerar en längre sträcka. I ett sådant tillstånd är transportkapaciteten i balans med sedimenttillförseln och substratet. Om transportkapaciteten underskrider sedimenttillförseln sker aggradation (sedimentation). Om transportkapaciteten överskrider sedimenttillförseln sker det motsatta, det vill säga erosion i botten och stränder (degradation).
Ett vanligt missförstånd kring jämvikt och stabilitet är att det skulle betyda att fåran ska vara helt fixerad och att jämvikten ska vara perfekt. Så är det inte, utan man menar att morfologin pendlar lite kring ett medelvärde vid jämvikt. Det innebär att normala förskjutningar av meanderbågar inte är samma som ostabilitet.
Ett naturligt vattendrag strävar efter att ha en balans mellan erosion och sedimentation. Transportkapaciteten står därmed helt i balans med sedimenttillförseln. Detta gäller i alla fall så länge det inte sker någon dramatisk naturlig händelse som tillfälligt stör balansen. När människan stör balansen hamnar vattendraget i ojämvikt och kommer att sträva mot ett nytt jämviktstillstånd.
|
För att tydliggöra det hela går det att titta på en enskild parameter, till exempel en delsträckas elevation. Betraktas elevation över en längre tidsperiod (mer än 1000 år) förändras elevationen upp och ned, men följer en viss trend. Betraktas en kortare tidsperiod går den också upp och ned, men ligger hela tiden kring ett konstant medelvärde. I figuren till höger (utdrag ur metodmanual) visas principen med dynamisk jämvikt och jämvikt. |
|
Om människan stör jämvikten kommer vattendraget sträva mot att få tillbaka sitt utseende. T ex vid uträtning som normalt sett ökar lutningen och transportkapaciteten (ökad specifik flödeseffekt) kommer vattendraget att sträva efter att börja meandra igen. Meandringen är vattendragets metod för att minska lutningen genom att fåran blir längre (minskad lutning minskar transportkapaciteten eftersom specifika flödeseffekten minskar). En annan effekt vid rätning är att vattendraget strävar efter att åka råheten vilket bland annat kan ske genom att botten successivt blir mer undulerande.
Om människan påverkar vattendraget så som vid rätning av en meandrande sträcka kan vattendraget justera sin morfologi på två vis. Skillnaden mellan de två olika sätten är en av de mest betydande delarna att hålla reda på när man bedömer tillståndet i ett vattendrag och också av fundamental betydelse för att bedöma vilken åtgärd som är rätt vid restaurering.
I det ena fallet har vattendraget påverkats på en sträcka (till exempel uträtning av en meandring), men grundförutsättningarna såsom flöden, sedimenttillskott och bestämmande sektioner har inte påverkats. I det fallet kommer vattendraget att återställa sin morfologi till det meandrande utseende som det hade först. I det andra fallet är grundförutsättningarna väsentligt påverkade, till exempel om bestämmande sektioner rensas bort. I det fallet kommer vattendraget inte att kunna återställa sin morfologi. Istället tvingas vattendraget att gå mot ett nytt jämviktstillstånd som skiljer sig mot det som var innan. I nämnda exempel, där bestämmande sektioner rensats bort, kommer vattendraget att skapa en ny meandring på en lägre nivå än innan och den slutliga morfologin blir då helt annorlunda, det vill säga det blir ett nytt annorlunda jämviktstillstånd.
I biotopkarteringen skiljer man på dessa två olika sätt som ett vattendrag kan utvecklas, det vill säga att det kan återfå ursprunglig morfologi eller att det går mot ett nytt tillstånd. I första hand görs det när biotopkarteringen analyseras, men det ingår också bland annat i bedömningen under A22-Utvecklingsfas. Vid utvärdering av biotopkarteringen är det bland annat påverkan på bestämmande sektioner som analyseras när det bedöms om vattendraget kan gå mot ursprunglig morfologi eller om utvecklingen leder till en annan morfologi.
Om människan påverkar vattendraget så som vid rätning av en meandrande sträcka kan vattendraget justera sin morfologi på två vis. Skillnaden mellan de två olika sätten är en av de mest betydande delarna att hålla reda på när man bedömer tillståndet i ett vattendrag och också av fundamental betydelse för att bedöma vilken åtgärd som är rätt vid restaurering.
I det ena fallet har vattendraget påverkats på en sträcka (till exempel uträtning av en meandring), men grundförutsättningarna såsom flöden, sedimenttillskott och bestämmande sektioner har inte påverkats. I det fallet kommer vattendraget att återställa sin morfologi till det meandrande utseende som det hade först. I det andra fallet är grundförutsättningarna väsentligt påverkade, till exempel om bestämmande sektioner rensas bort. I det fallet kommer vattendraget inte att kunna återställa sin morfologi. Istället tvingas vattendraget att gå mot ett nytt jämviktstillstånd som skiljer sig mot det som var innan. I nämnda exempel, där bestämmande sektioner rensats bort, kommer vattendraget att skapa en ny meandring på en lägre nivå än innan och den slutliga morfologin blir då helt annorlunda, det vill säga det blir ett nytt annorlunda jämviktstillstånd.
I biotopkarteringen skiljer man på dessa två olika sätt som ett vattendrag kan utvecklas, det vill säga att det kan återfå ursprunglig morfologi eller att det går mot ett nytt tillstånd. I första hand görs det när biotopkarteringen analyseras, men det ingår också bland annat i bedömningen under A22-Utvecklingsfas. Vid utvärdering av biotopkarteringen är det bland annat påverkan på bestämmande sektioner som analyseras när det bedöms om vattendraget kan gå mot ursprunglig morfologi eller om utvecklingen leder till en annan morfologi.
|
I figuren till höger visas principen med jämvikt där vattendragets elevation har valts som den faktor som beskriver morfologin. Man kan lika gärna titta på andra faktorer såsom svämplanets elevation, vattenhastighet, tvärsnittsarea och liknande. I figuren visas stabil jämvikt, ett fall med påverkan där vattendraget kan återgå till ursprungligt tillstånd samt två situationer där vattendraget går mot nya annorlunda jämviktstillstånd.
Det är viktigt att känna igen vilken typ av utveckling som kan förväntas i ett vattendrag, det vill säga vilket av de fyra diagrammen i figuren som passar in på den vattendragssträcka som studeras. Ibland syns det i fält, ibland är det analysen av biotopkarteringen som ger svaret. I praktiken är verkligheten mer komplicerad än vad som visas i figuren eftersom det är många faktorer som samverkar och påverkan på olika delsträckor påverkar varandra. Ett vattendrag som är på väg mot et nytt jämviktstillstånd utövar ofta mer erosionsprocesser än ett som är på väg mot sin ursprungliga morfologi vilket ger erosion på vissa delar, men också sedimentation på vissa delar av vattensystemet. Det är också viktigt att minnas att jämviktskonceptet är just ett koncept och det bör ses som ett verktyg för att förstå vattendragen. Oftast går det i alla fall att i stora drag se vilken typ av utveckling som sker på en delsträcka. Självklart kan de störningar som visas i figuren också ske naturligt. Vid biotopkartering är det dock mest vanligt att förändringen är orsakad av mänsklig påverkan. Det är också viktigt att tänka på att de svenska vattendragen är relativt unga på grund av istiden vilket påverkar balansen. Det kan bland annat innebära att kustnära sträckor inte hunnit få lika mogna svämplan som sträckorna längre upp i systemet. |
|
Koncepten med jämvikter är viktig att använda även vid restaureringar. För vissa vattendragstyper är det inte meningsfullt att restaurera vattendraget i det avseendet att det ursprungliga utseendet återskapas utan bättre att återställa de ursprungliga processerna så att vattendraget går mot ett ursprungligt jämviktsläge. Detta kan göras genom att återställa de grundläggande förhållandena såsom bestämmande sektioner, flödesdynamik och sedimenttillskott. I andra vattendragstyper kan det motsatta råda. I till exempel ett blockdominerat vattendrag där miljön utvecklats vid ett antal 100-årsflöden kan man inte bara jobba med jämvikt, utan där måste man även rent konkret se till att miljön återställs genom att blocken förs tillbaka till fåran.
Inte minst vid utläggning av grus vid restaureringar måste man tänka på detta. Det räcker inte att lägga i grus, det är också nödvändigt att återskapa processerna som gör att grusbottnarna hamnar i jämvikt.
Inte minst vid utläggning av grus vid restaureringar måste man tänka på detta. Det räcker inte att lägga i grus, det är också nödvändigt att återskapa processerna som gör att grusbottnarna hamnar i jämvikt.