Vandets kredsløb beskriver, hvordan vand bevæger sig mellem atmosfæren, jordoverfladen og undergrunden. Vandbalanceligningen sætter tal på en del af kredsløbet: Hvor meget vand kommer ind i et område, hvor meget forlader det, og hvor meget bliver lagret?
I videoen tegner og forklarer jeg kredsløbet og ligningen. Derefter kan du følge regneeksemplet og prøve selv.
Vandets kredsløb: fra fordampning til nedbør
Solens energi får vand til at fordampe fra blandt andet hav, søer og jord. Planter afgiver også vanddamp gennem bladene. Vanddamp er vand på gasform. Når fugtig luft afkøles tilstrækkeligt, kan vanddampen kondensere til små dråber eller danne iskrystaller. Det er dem, vi ser som skyer.
Dråber eller iskrystaller kan vokse og falde som nedbør. Noget vand løber mod vandløb og hav, noget fordamper igen, og noget siver ned i jorden. Solen leverer energien til fordampningen, mens tyngdekraften blandt andet driver vandets bevægelse ned gennem landskabet. Kredsløbet har ikke ét bestemt startpunkt.
Vandbalanceligningen: N = A + F + ΔR
For et afgrænset område og en bestemt periode kan en enkel vandbalance skrives som N = A + F + ΔR. Modellen forudsætter her, at nedbør er tilførslen, og at øvrige vandstrømme er indeholdt i den valgte afgrænsning. Ved fx import af vand eller tilstrømning udefra skal balancen udvides.
- N er nedbør: Vandet, der falder over området.
- A er afstrømning: Vandet, der forlader området ved strømning på overfladen eller i undergrunden.
- F er samlet fordampning: Både direkte fordampning og planters transpiration.
- ΔR er ændringen i vandlageret: Det vand, der samlet tilføjes eller fjernes fra fx jord, grundvand, søer og sne i perioden.
Det græske bogstav Δ, delta, betyder ændring. Alle størrelser skal gælde samme område og periode. Man bruger ofte millimeter vand over området, fx mm pr. år. Én millimeter over én kvadratmeter svarer til én liter.
Regneeksempel: find ændringen i vandlageret
Et område får på et år 800 mm nedbør. Der fordamper 450 mm, og 300 mm strømmer væk. Vi isolerer lagerændringen: ΔR = N − A − F = 800 − 300 − 450 = 50 mm. Vandlageret er altså vokset med 50 mm i perioden.
Hvis nedbøren i stedet er 600 mm, mens de andre tal er uændrede, bliver ΔR = −150 mm. Et negativt tal betyder, at der er taget vand fra lageret. Det kan fx ske i en tør periode, hvor fordampning og afstrømning tilsammen overstiger nedbøren.
Overfladisk og underjordisk afstrømning
Afstrømningen kan opdeles i overfladisk afstrømning, Aₒ, og underjordisk afstrømning, Aᵤ. Overfladisk afstrømning løber på jordoverfladen. Underjordisk afstrømning bevæger sig gennem jorden og kan senere nå et vandløb eller havet.
Nedsivning kaldes infiltration. Hvor hurtigt vand trænger ind, afhænger blandt andet af jordens porøsitet og permeabilitet, jordens vandindhold, nedbørens intensitet og belægninger som asfalt. Sand kan ofte lede vand lettere end kompakt ler, men jordtypen alene afgør ikke hele vandbalancen.
Grundvand findes under grundvandsspejlet i den mættede zone, hvor porer og sprækker er fyldt med vand. Nedsivning gennem det øvre jordlag er derfor ikke automatisk det samme som grundvandsdannelse: Noget vand optages af planter og fordamper, før det når ned.
Evaporation og transpiration
Evaporation, Fₑᵥₐ, er direkte fordampning fra fx vand, jord og våde overflader. Transpiration, Fₜᵣₐₙₛ, er planternes afgivelse af vanddamp. De to processer kaldes tilsammen evapotranspiration. Den udvidede ligning bliver derfor N = Aₒ + Aᵤ + Fₑᵥₐ + Fₜᵣₐₙₛ + ΔR.
Fordampningen afhænger af blandt andet energi fra Solen, vind, luftfugtighed og adgang til vand. Man kan derfor ikke alene ud fra ler eller sand afgøre, hvilken jord der altid har størst fordampning.
Hvordan ændrer vandbalancen sig gennem året?
I Danmark er fordampningen ofte størst i den varme vækstsæson. I den kølige del af året er fordampningen typisk mindre, så en større del af nedbøren kan bidrage til nedsivning og grundvandsdannelse. En positiv ΔR er dog ændringen i hele det valgte vandlager, ikke nødvendigvis kun i grundvandet.
Prøv selv
Et område får 900 mm nedbør, mister 500 mm ved fordampning og har en lagerstigning på 40 mm. Hvor stor er afstrømningen? Brug A = N − F − ΔR. Tegn bagefter kredsløbet og sæt bogstaverne fra ligningen på de rigtige pile og lagre.
