Specifik flödeseffekt
När vattnet rör sig nedåt i vattensystemet med hjälp av tyngdkraften är det lägesenergi som omvandlas till kinetisk energi och vidare till värme. Att förstå hur denna omvandling sker är nödvändigt för att förstå varför olika typer av mänsklig påverkan ger en viss effekt på vattendraget.
Energin börjar alltid som lägesenergi som övergår till kinetisk när tyngdkraften drar vattnet nedåt i vattensystemet. Att vattnet inte accelererar konstant när det rör sig ned i vattensystemet innebär att energin samtidigt omvandlas till någon annan form, vilket främst är värme. Omvandlingen till värme sker främst genom att friktionsmotståndet, men även turbulens orsakar förlust av kinetisk energi. En del av energin går också åt till att transportera sediment och därmed omforma vattendragets morfologi. Detta innebär att beroende på hur mycket energi som finns tillgänglig och beroende på hur mycket strukturer som orsakar energiförbrukning (strukturer som ger friktion, turbulens) finns det olika mycket energi för att skulptera om biotoperna. Ett vattendrags kapacitet att utföra geomorfologiskt arbete och på så vis förändra vattendragets läge och morfologi kan beskrivas med tillgången på flödeseffekt (stream power). Flödeseffekten definieras som:
Ω=ρgQS
Ω=Flödeseffekt (W/m)
ρ=Vattnets densitet (kg/m3)
g=Gravitationskraften (m/s2)
Q=Vattenföring (m3/s)
S=Vattenytans lutning (m/m)
Ur ekvationen framgår det att flödeseffekten beror på hur stort vattendraget är, ju större vattendrag (högre vattenföring) desto högre flödeseffekt. För att få ett bättre värde att jobba och ett jämförelsevärde mellan vattendrag med olika storlekar kan man istället använda specifik flödeseffekt (specific stream power), vilket erhålls genom att dela energin med vattendragets bredd:
ω= ρgQS/b
ω=Specifik flödeseffekt (W/m2)
b=Vattendragsbredd (m)
Specifik flödeseffekt beskriver således hur stor effekt som vattnet har på en viss yta och enheten som används är normalt sett watt per kvadratmeter (W/m2).
Specifik flödeseffekt är ett användbart begrepp. Eftersom den beskriver effekten på en viss yta beskriver den därmed hur mycket arbete vattnet kan utföra på en viss yta. Med en viss lutning, ett visst flöde och en viss bredd har vattnet en viss mängd energi tillgänglig för att förflytta sediment, transportera vatten runt stenar eller förbi död ved eller för att erodera stränder. Ökar energiförbrukningen, till exempel om mängden död ved ökar, kommer det finnas mindre mängd energi på en viss yta som kan utföra erosion. Händer det omvända det vill säga mängden död ved eller andra strukturer som förbrukar energi minskar finns det mer energi för erosion.
Följande är exempel på vad som ger energiförbrukning. Den energi som blir över används för erosion och transport.
Vid biotopkartering används specifik flödeseffekt främst som ett koncept och som ett bedömningsverktyg när ett fluvialt system eller en delsträcka studeras. Bland annat kan det användas för att förutspå förändringar i planform, förklara onaturlig nedskärning, förklara varför avvattningsanläggningar inte fungerar eller vid åtgärdsplanering.
Vid biotopkarteringen bedöms flödeseffekten indirekt genom att många variabler som beskriver utseendet bedöms. Till exempel om en blockrik strömsträcka rensas och smalnas av kommer flödeseffekten att öka (minskad bredd) på samma gång som energiförbrukande strukturer försvinner. Ett annat exempel är om block rensats bort i en bestämmande sektion så att lutningen uppströms ökar vilket är en vanlig orsak till erosion. Genom att förstå hur flödeseffekten hänger ihop med biotopens utseende underlättas biotopkarteringen, men det är också när biotopkarteringsresultaten utvärderas som det är viktigt att läsa av vad förändrad flödeseffekt har för effekt på olika sträckor och hur det påverkar systemet.
Tips
Vid biotopkarteringen är det bra att tänka på att det är flödeseffekten som är drivkraften hos vattendraget, det är tack var den olika habitat uppstår, och att i fält försöka läsa av vilka energiförbrukande strukturer som finns och vad som kan tänkas hända om de förändras. Till exempel: vad händer om beskuggningen minskar och energiförbrukande strukturer såsom vattenvegetationen förändras? Vad händer om mängden död ved ökar? Varför ser vi sedimentation? Har sedimenttillskottet ökat eller har energiförbrukande strukturer ökat?
Tumregel
En tumregel är att ökad specifik flödeseffekt ger en förändring (via självjustering) i morfologi via erosionsprocesser och minskad specifik flödeseffekt ger förändring via sedimentationsprocesser. Endast när specifika flödeseffekten är i balans med vattendragets känslighet för erosion är miljön stabil.
Ett typiskt exempel är meandrande vattendrag i finkorniga sediment. Rätas ett sådant ut ökar flödeseffekten (vattendraget blir kortare, därmed ökar lutningen) på samma gång som energiförbrukande strukturer tas bort. Den höga flödeseffekten leder då till erosion, erosionen leder i sin tur till lateral förskjutning av fåran vilket innebär att fårans specifika flödeseffekt minskar (minskad lutning eftersom fåran blir mer meandrande). Om vattendraget istället både rätas ut och görs bredare kan flödeseffekten minska. Det leder då istället till sedimentationsprocesser som i sin tur leder till ökad lutning och senare smalnas fåran också av. När vattendraget på så vis har ökat specifika flödeseffekten kan den börja återmeandra genom lateral förskjutning.
Konceptet med specifik flödeseffekt är applicerbart på alla vattendragstyper, men effekten av en förändring i flödeseffekt är mest tydlig ju finkornigare vattendraget är och ju mindre strukturer såsom död ved som finns i vattendraget som kan förbruka energi.
Energin börjar alltid som lägesenergi som övergår till kinetisk när tyngdkraften drar vattnet nedåt i vattensystemet. Att vattnet inte accelererar konstant när det rör sig ned i vattensystemet innebär att energin samtidigt omvandlas till någon annan form, vilket främst är värme. Omvandlingen till värme sker främst genom att friktionsmotståndet, men även turbulens orsakar förlust av kinetisk energi. En del av energin går också åt till att transportera sediment och därmed omforma vattendragets morfologi. Detta innebär att beroende på hur mycket energi som finns tillgänglig och beroende på hur mycket strukturer som orsakar energiförbrukning (strukturer som ger friktion, turbulens) finns det olika mycket energi för att skulptera om biotoperna. Ett vattendrags kapacitet att utföra geomorfologiskt arbete och på så vis förändra vattendragets läge och morfologi kan beskrivas med tillgången på flödeseffekt (stream power). Flödeseffekten definieras som:
Ω=ρgQS
Ω=Flödeseffekt (W/m)
ρ=Vattnets densitet (kg/m3)
g=Gravitationskraften (m/s2)
Q=Vattenföring (m3/s)
S=Vattenytans lutning (m/m)
Ur ekvationen framgår det att flödeseffekten beror på hur stort vattendraget är, ju större vattendrag (högre vattenföring) desto högre flödeseffekt. För att få ett bättre värde att jobba och ett jämförelsevärde mellan vattendrag med olika storlekar kan man istället använda specifik flödeseffekt (specific stream power), vilket erhålls genom att dela energin med vattendragets bredd:
ω= ρgQS/b
ω=Specifik flödeseffekt (W/m2)
b=Vattendragsbredd (m)
Specifik flödeseffekt beskriver således hur stor effekt som vattnet har på en viss yta och enheten som används är normalt sett watt per kvadratmeter (W/m2).
Specifik flödeseffekt är ett användbart begrepp. Eftersom den beskriver effekten på en viss yta beskriver den därmed hur mycket arbete vattnet kan utföra på en viss yta. Med en viss lutning, ett visst flöde och en viss bredd har vattnet en viss mängd energi tillgänglig för att förflytta sediment, transportera vatten runt stenar eller förbi död ved eller för att erodera stränder. Ökar energiförbrukningen, till exempel om mängden död ved ökar, kommer det finnas mindre mängd energi på en viss yta som kan utföra erosion. Händer det omvända det vill säga mängden död ved eller andra strukturer som förbrukar energi minskar finns det mer energi för erosion.
Följande är exempel på vad som ger energiförbrukning. Den energi som blir över används för erosion och transport.
- Intern friktion
- Turbulens
- Friktion mot botten och stränder (varierar beroende på substrat och mångformighet)
- Variationer i profil (t ex undulerande botten) och oregelbundenheter i stranden
- Variationer i vattnets riktning (kurvatur, t ex meandringar)
- Friktion mot växtlighet
- Friktion mot död ved
- Förändringar i topografi orsakad av död ved eller bäverdamm (trösklar som koncentrerar energiförbrukningen)
Vid biotopkartering används specifik flödeseffekt främst som ett koncept och som ett bedömningsverktyg när ett fluvialt system eller en delsträcka studeras. Bland annat kan det användas för att förutspå förändringar i planform, förklara onaturlig nedskärning, förklara varför avvattningsanläggningar inte fungerar eller vid åtgärdsplanering.
Vid biotopkarteringen bedöms flödeseffekten indirekt genom att många variabler som beskriver utseendet bedöms. Till exempel om en blockrik strömsträcka rensas och smalnas av kommer flödeseffekten att öka (minskad bredd) på samma gång som energiförbrukande strukturer försvinner. Ett annat exempel är om block rensats bort i en bestämmande sektion så att lutningen uppströms ökar vilket är en vanlig orsak till erosion. Genom att förstå hur flödeseffekten hänger ihop med biotopens utseende underlättas biotopkarteringen, men det är också när biotopkarteringsresultaten utvärderas som det är viktigt att läsa av vad förändrad flödeseffekt har för effekt på olika sträckor och hur det påverkar systemet.
Tips
Vid biotopkarteringen är det bra att tänka på att det är flödeseffekten som är drivkraften hos vattendraget, det är tack var den olika habitat uppstår, och att i fält försöka läsa av vilka energiförbrukande strukturer som finns och vad som kan tänkas hända om de förändras. Till exempel: vad händer om beskuggningen minskar och energiförbrukande strukturer såsom vattenvegetationen förändras? Vad händer om mängden död ved ökar? Varför ser vi sedimentation? Har sedimenttillskottet ökat eller har energiförbrukande strukturer ökat?
Tumregel
En tumregel är att ökad specifik flödeseffekt ger en förändring (via självjustering) i morfologi via erosionsprocesser och minskad specifik flödeseffekt ger förändring via sedimentationsprocesser. Endast när specifika flödeseffekten är i balans med vattendragets känslighet för erosion är miljön stabil.
Ett typiskt exempel är meandrande vattendrag i finkorniga sediment. Rätas ett sådant ut ökar flödeseffekten (vattendraget blir kortare, därmed ökar lutningen) på samma gång som energiförbrukande strukturer tas bort. Den höga flödeseffekten leder då till erosion, erosionen leder i sin tur till lateral förskjutning av fåran vilket innebär att fårans specifika flödeseffekt minskar (minskad lutning eftersom fåran blir mer meandrande). Om vattendraget istället både rätas ut och görs bredare kan flödeseffekten minska. Det leder då istället till sedimentationsprocesser som i sin tur leder till ökad lutning och senare smalnas fåran också av. När vattendraget på så vis har ökat specifika flödeseffekten kan den börja återmeandra genom lateral förskjutning.
Konceptet med specifik flödeseffekt är applicerbart på alla vattendragstyper, men effekten av en förändring i flödeseffekt är mest tydlig ju finkornigare vattendraget är och ju mindre strukturer såsom död ved som finns i vattendraget som kan förbruka energi.
|
Exempel
Till höger visas ett utdrag ur metodmanualen med exempel. Värt att notera för exemplen som visas i figuren är att i båda fallen finns sekundära svämplan. Om sekundära svämplan har bildats fördelas flödeseffekten över en bredare fåra då sekundära svämplanen står under vatten, vilket ger minskad specifik flödeseffekt. På samma sätt fungerar ett riktigt svämplan. |
|