Hvor fort bør en elv renne?
Froud-pinnen heter den, en hvilken som helst kvist du kan plukke på en tur langs elvebredden, men den må være om lag to cm tykk. Stikker du den i vannet og planter den i bunnen, kan du studere hvordan vannoverflaten oppfører seg i møtet med den plutselige hindringen.
Men en ting er å måle farten. En annen ting er å vite hva hastigheten betyr for elva og miljøet rundt den.
For mye og for lite er ikke bra
- Renner vannet for raskt skyller det bort vegetasjonen på bunnen, og dermed næringsgrunnlaget for mye av livet i elven. Går det for sakte får man stagnerende vann, det organiske materialet brytes for langsomt ned, og elven begynner å lukte. Lukten minner litt om råtne egg, beskriver Seip.
Er farten lavere enn optimalt vil det danne seg bølger når vannet treffer oversiden av pinnen. Da sier man at Froud-nummeret er mindre enn 1.0. Når de små bølgene på oversiden av pinnen akkurat forsvinner er farten kommet opp i en meter i sekundet - og det er helt optimalt for miljøet i elven. De som ser nøyere etter vil også se at en v-formet bølge med spissen opp mot pinnen og bena nedstrøms blir spissere og spissere når vannhastigheten øker.
- Det gamle Froude-nummeret har samme verdi som vannhastigheten bare når elven er grunn, omtrent 10 cm dyp. Det kommer av at en tar hensyn til dybden av elven når man beregner nummeret. Den nye undersøkelsen viste imidlertid at de horisontale overflatebølgene ikke bryr seg om vanndybden, de bryr seg bare om vannhastigheten, forteller Knut Seip.
Han har vært ved Universite Claude Bernard i Lyon i Frankrike og studert en av sideelvene til velkjente Rhône, sammen med medarbeidere fra universitetet. Beregningene han har gjort på grunnlag av undersøkelsene av de franske elvene gjør at man må revurdere kunnskapen man tidligere har hatt om bruken av Froud-pinnen.
Et lite fossefall sørger for god oksygentilførsel i elven, akkurat som når man pisker krem. (Foto: Knut Seip)
Tidligere har man trodd at pinnen sier noe om det man kaller Froude-nummeret (derav det engelske navnet Froude number stick). Ideen var at pinnen målte effekten av vanndybde og vannhastighet på de horisontale krusningene på vannet.
- Men resultatene mine viser at når de små bølgene på oversiden av pinnen forsvinner er vannhastigheten ca en meter i sekundet, uansett hvor dyp elven er. Dette er nytt, sier Seip.
Resultatet er at en Froude-pinne strengt tatt ikke lenger kan kalles en Froude-pinne, men en vannhastighets-pinne.
Nødvendig med hastighetsvariasjon
Seip minner imidlertid om at hastighetsvariasjoner er bra for elven. For hver 200 meter, sånn omtrent, er det en fordel at det dannes virvler på overflaten av vannet.
- Når vannet renner så fort at det "bobler" er det nesten som å piske krem, man får en oksygentilførsel til elven som gjør det mulig for at dyr og fisk kan puste, presiserer professoren.
Forurensning og kloakk fjerner oksygen fra vannet, og det er derfor viktig å finne en balanse i enhver elv, og altså helst slik at det dannes virvler på overflaten. Mye næringsstoffer i vannet krever mye oksygen, for at stoffene skal brytes ned fort nok.
Konsekvenser for miljøet
Hva slags betydning har så vannhastigheten for andre enn fisk, småkryp, vegetasjon og de som morer seg med å sende lekebåter ned små fossefall?
Knut Seips samarbeidspartner professor Bernard Statzner forbereder forsøkene med Froude-pinnen. (Foto: Knut Seip)
Knut Seip forklarer:
- Noen ganger må man gi elver nytt løp, for eksempel i forbindelse med byggeprosjekter. Da er dette nyttig kunnskap, for eksempel vil det være farlig å lage en rett elv, uten svinger og kroker. Det gjør blant annet at elven renner fortere og det blir større fare for flom. Et godt eksempel på en vellykket omlegging av en elv er ved det nye Rikshospitalet.
- Et annet eksempel kan for eksempel være en fabrikk som ligger ved en elv. Vannhastigheten vil ha mye å si for hvor mye utslipp man kan tåle fra fabrikken. Står vannet relativt stille slik at oksygentilførselen er lav, tåler også elven bare små utslipp, påpeker Seip.
Han minner om følgende latinske ordtak, som i engelsk språkdrakt viser at kunnskapen om elvers liv og vannkvalitet er gammel:
"Water becomes corrupt unless kept in motion".
Artikkelen Seip skrev på bakgrunn av oppholdet i Frankrike ble publisert i 2004 i det anerkjente tidsskriftet River Research and Applications.
[ Hege Fagerheim ]
Les mer
Leserkommentarer til artikkelen
Elver
Godt å se forskning, særlig fra IU, i nyhetene!
Som skole-elev lærte jeg den empiriske reglen at avstanden mellom grunt og dypt vann i en elv (riffles and pools) er mellom 5 og 7 ganger bredden til elva. Jeg har aldri hørt denne regelen referert siden, men jeg sjekker det når jeg går langs en elv... prøv selv! Er dette kjent?
Viktig forskning
Dette er viktig og interessant forskning. Håper vi blir servert et torsdagsseminar med flere detaljer.
Avstand mellom stryk i en elv
Ja, det er en tommelfingerregel at avstanden mellom stryk kan være omkring 7 ganger elvens bredde. En referanse kan være Gordon et al.1992.Stream hydrology. An introduction for ecologist.Chichester. John Wiley and sons. Forøvrig er det flere tommelfingerregler i Chap. 20 Water environments- rivers and wetlands i : Seip og Wenstøp 2005. Quantitative environmental decisions - a primer. (Kompendium - snart bok )
Mer interessant om Froude?
Det er interessant hvis William Froude's opprinnelige forskning også kan anvendes på elveløp selv om Norges kuperte utforming sjelden verifiserer 7-ganger regelen (kfr. ovenfor) mht. forholdet mellom strykenes avstand og elvens bredde?
Jeg kjenner en del til området langs Glomma nedenfor Øyeren hvor bl. a. de opprinnelige strykene Solbergfoss og Kykkelsrud forlengst er temmet i et kraftverk, mens elven forøvrig er så rolig med lang avstand mellom strykene, at det nok må være en del andre faktorer som spiller inn.
Froude's opprinnelige forskning gikk ut på å kvantifisere og finne relasjoner mellom skrogmotstand og bølgedannelse i rom sjø. Til dette benyttet han modellforsøk hvor bl. a. flate rektangulære plater ble trukket gjennom vannet.
Dagens skrogutforming i og under vannlinjen, enten det gjelder større skip eller seilbåter, er et resultat av innsatsen til Froude og mange senere forskere. F. eks. har de fleste større skip nå en "bulb" forut like under vannlinjen for bl. a. å minske vannfriksjonen mot resten av skroget, mens racerne i seiling stadig er opptatt av det optimale mht. skrogform, -lengde langs vannlinjen, -vekt og seilareal og, ikke minst, det beste bunnstoffet for å motstå kreftene fra vannets viskositet.
Forøvrig flott at noe så naturvitenskapelig og jordnært som vann også kan avspeile noe av HiO's mangfoldighet i utdanningene, ved å finne vei til nettsidene.