Vanddynamikken i Gudenåen

Det frie, uopstemmede vandløb

De frie strækninger af Gudenåen er dem, hvor vandløbet ikke er påvirket af vandstanden i en sø eller vandstanden i Randers Fjord (f.eks. strækningen mellem Silkeborg Langsø og udløbet af Alling Å samt strækningen mellem Vestbirk Kraftværk og Klostermølle). Vandstanden på de frie strækninger, og dermed risikoen for oversvømmelse, er bestemt af følgende primære faktorer:

• Åens vandføring; et komplekst resultat af bl.a. oplandsstørrelse og type, beliggenheden af store tilløb, geologien og topografien samt ikke mindst nedbøren og måden denne falder på.
• Åens fysiske tilstand; fald, bundbrede, skråningsanlæg og dybde.
• Begrænsninger for vandets frie løb; rør og broer med begrænset kapacitet.
• Strømningsmodstanden udtrykt ved strækningens Manningtal; et resultat af grøden, profilformen og udhængende træer mv. Et lavt Manningtal betyder stor modstand, hvorimod et højt betyder lav modstand. Stor modstand på det strømmende vand giver høj vandstand.

Fra naturens side er Gudenåens fysiske størrelse bestemt af den mængde vand, der normalvis løber i åen på det pågældende sted, samt af variationen af vandføringen. Der findes ingen generel sammenhæng mellem vandføringens størrelse og størrelsen af vandløb, men det kan som tommelfingerregel siges, at størrelsen af et vandløb i forhold til vandføringen er sådan, at det naturligt vil gå over dets bredder en gang i intervallet hvert andet år. Oversvømmelse er således en naturligt forekommende og ingenlunde sjælden hændelse.

Det frie uopstemmede vandløb er påvirket af de fire ovenstående faktorer, og der vil til tider finde naturlig oversvømmelse sted, som følge af ændring af de fire faktorer.

Det stuvningspåvirkede vandløb

Opstrøms både de naturlige og de opstemmede søer og Randers Fjord vil vandløbet periodevist eller permanent være stuvningspåvirket. Længden af stuvningszonen afhænger af vandstandsvariationen i søen eller Randers Fjord samt af vandløbets fald, se figuren. Således vil stuvningszonen opstrøms Tange Sø være længere end den er opstrøms Vestbirk Søerne, idet Gudenåens fald opstrøms Vestbirk Søerne er større, end det er opstrøms Tange Sø.

Stuvningszonens længde opstrøms Randers Fjord er dynamisk på grund af tidevandet, og i tilfælde af ekstremt lavvande kan den være ikke-eksisterende.

Stuvningszonen opstrøms de opstemmede søer kan reguleres ved at ændre højden på opstemningen.

Skitse af en stuvningszone efter en opstemmet sø. Kilde. DTU Vejledning "Sådan laver man gydebanker for laksefisk.

Den frie og den opstemmede sø

Gudenåen gennemløber flere søer på strækningen fra Tinnet Krat til Randers Fjord. Flere af søerne er naturlige med et vandspejl, der er bestemt af de naturgivne forhold, mens andre er helt eller delvis dannet ved opstemning af Gudenåen med henblik på at udnytte vandets kraft (de opstemmede søer).

Vestbirk Søerne og Tange Sø er eksempler på kunstige søer i Gudenå-systemet. De er etableret på strækninger, hvor åen naturligt har stort fald, og hvor der derfor kunne etableres opstemninger med stor faldhøjde. Åens fald er nu koncentreret ved selve turbineanlægget og de tilhørende frisluser. På grund af det store fald ved bygværkerne er der i de fleste tilfælde ikke problemer med at fastholde den maksimalt tilladte vandstand i søerne, det såkaldte flodemål, idet overskydende vand nemt kan slippes forbi opstemningen, typisk gennem en frisluse.

I nogle søer er vandstanden helt eller delvist bestemt af vandstanden i Gudenåen nedstrøms de frie søer. Det drejer sig bl.a. om Silkeborg Langsø og til dels Mossø.

Forskellen mellem vandstandens variation i opstemmede og frie søer er markant, hvilket fremgår af figuren, der viser vandstanden i Silkeborg Langsø og Tange Sø i år 2020.

Vandstanden i søerne mellem slusen i Silkeborg og Ry Mølle er under normale afstrømningsforhold styret af slusen i Silkeborg, men ved store afstrømninger som den i februar 2020 er der kapacitetsbegrænsninger i både Remstrup Å, igennem Sejs Snævringen og igennem snævringen mellem Lillesø ved Ry og Julsø. Forskellen i vandstand mellem Lillesø ved Ry og slusen i Silkeborg var op mod 60-70 cm i februar 2020. På denne strækning betyder det, at vandstanden ikke kan reguleres ved opstemningen i Silkeborg alene men vandet trinvist er opstuvet både naturligt og unaturligt.

Vandstandens variation i den opstemmede sø (Tange Sø) og den frie sø (Silkeborg Langsø).

Tinnet Krat til Mossø

Figur: Strækningen fra Tinnet Krat til Mossø.

Gudenåen har langt tilbage i historien været udnyttet til vandkraft på strækningen mellem udspringet i Tinnet Krat og Mossø. I dag er det kun Hammer Mølle og Vestbirk Kraftværk, der opstemmer Gudenåen på strækningen, idet opstemningen ved Vilholt Mølle og Klostermølle er blevet nedlagt, tillige med en række engvandingsopstemninger nedstrøms Tørring.

Opstemningen ved Vestbirk Kraftværk danner tre søer: Bredvad, Naldal og Vestbirk Sø. På det sted, hvor Gudenåen løber ind i Bredvad Sø, nedsættes vandhastigheden markant, hvilket nedsætter sedimenttransporten i vandløbet. Det resulterer i, at Bredvad Sø og vandløbsstrækningen umiddelbart ovenfor sander til, hvilket giver en forhøjet vandstand ved Bredvad Mølle.

Der planlægges en faunapassage rundt om søerne via det oprindelige forløb, der bl.a. passerer under Den Genfundne Bro. Passagen vil betyde, at fisk kan passere systemet, men det vil umiddelbart ikke have effekt ift. oversvømmelser.

Generelt er der meget få bebyggede områder, der er i risiko for oversvømmelse fra Gudenåen mellem Tinnet Krat og Mossø, men der er mange rekreative interesser i området, som påvirkes ved det store hændelser.

De største afvandingsmæssige udfordringer i sommerhalvåret skyldes stor grødevækst på delstrækninger. Særligt på strækningen nedstrøms Åstedbro vokser der meget grøde i vandløbet.

Mossø til Silkeborg

Figur: Strækningen fra Mossø til Silkeborg.

Gudenåen mellem Mossø og Silkeborg består udelukkede af søer adskilt af korte strækninger, der har karakter af stuvningspåvirket vandløb. Vandstanden på strækningen styres primært af sluserne ved Silkeborg og Ry Mølle.

På grund af det store fald ved bygværkerne burde der i princippet ikke være problemer med at fastholde den maksimalt tilladte vandstand i søerne (flodemålet), men det er imidlertid tilfældet for Ry Mølle og slusen i Silkeborg. Ved afstrømningshændelsen i februar 2020, der er vurderet til at have en gentagelsesperiode på 50-100 år (50-100-års-hændelse), blev flodemålet ved begge bygværker overskredet med 10-20 cm, idet det ikke var muligt at lukke tilstrækkeligt med vand forbi opstemningerne. Hertil kommer kapacitetsbegrænsningerne på de korte vandløbsstrækninger mellem søerne, der er indsnævringer der tilbageholder vandet i systemet.

Det betyder at søsystemerne flere steder tilbageholder vand og dermed reducerer oversvømmelser nedstrøms ved de store hændelser. Det er også på denne strækning, at der evt. er et potentiale ift. et virkemiddel som vandparkering, da det er her, der naturligt forekommer store lavninger i terræn (søerne).

Silkeborg til Tange

Figur: Strækningen Silkeborg -Tange.

Gudenåen på strækningen mellem Silkeborg og Tange Sø indeholder alle åens hovedelementer:

• Silkeborg Langsø og Sminge Sø er de frie søer, hvor vandstanden er bestemt af vandstanden i Gudenåen på de nedstrøms beliggende strækninger.
• Strækningen fra lidt nedenfor Ringvejsbroen til udløbet af Alling Å er det frie vandløb.
• Strækningen fra udløbet af Alling Å til udløbet af Borre Å er det stuvningspåvirkede vandløb, hvor vandstanden er højere, end den naturligt ville have været som følge af opstemningen ved Tangeværket.
• Strækningen fra udløbet af Borre Å til Tangeværket er den opstemmede sø.

De oplevede oversvømmelser i Silkeborg by skyldes forhøjet vandstand i Silkeborg Langsø, der er bestemt af vandføringsevnen/vandstanden i Gudenåen nedstrøms Ringvejsbroen. På den frie vandløbsstrækning ligger Svostrup Kro, som den seneste vinter oplevede store oversvømmelser. Årsagen hertil var en kombination af meget stor vandføring og overvintrende grøde i vandløbsprofilet.

Tvilum Bro ligger omtrentligt midt på strækningen mellem Silkeborg og Tange Sø. Fra Åstedbro over Voervadsbro til Tvilum Bro sker der en markant ændring af afstrømningsforholdene, blandt andet fordi der sker en dæmpning af vandføringen igennem søerne. Dæmpningen er særlig stor i de frie søer, hvor der naturligt kan magasineres vand med vandstandshævninger til følge, i modsætning til de opstemmede søer, hvor vandstanden forsøges holdes stabil.

Et eksempel på dæmpningen af vandføringen ned igennem Gudenåen fra Åstedbro til Voervadsbro og videre til Tvilum fremgår af figuren nedenfor. Vandføringen er angivet som en arealspecifik afstrømning, hvor vandføringen i åen er divideret med vandløbsoplandet på det pågældende sted. Det muliggør sammenligning af afstrømningsmønstret ned igennem Gudenåen. Hændelsen i marts 2019 svarer til en såkaldt medianmaksimumhændelse, dvs. en maksimumsafstrømning, der i gennemsnit over en længere periode forekommer en gang hvert 2. år. Som det fremgår af figuren, medfører dæmpningen igennem søerne, at den arealspecifikke afstrømning mere end halveres fra Åstedbro til Tvilum.

Figur: Den arealspecifikke afstrømning i Gudenåen ved Åstedbro, Voervadsbro og Tvilum Bro.

Søerne i Gudenåen har generelt en positiv effekt ift. udfordringerne med oversvømmelser da de forsinker vandet, de kan dog lokalt give oversvømmelser i stuvningszonerne og for ejendomme tæt på søerne.

På strækningen mellem Tangeværket og udløbet i Randers Fjord er Gudenåen stort set naturlig uden opstemninger og reguleringer. Strækningen fra Tangeværket til Langå er det frie vandløb, mens strækningen fra Langå til Randers Fjord er stuvningspåvirket fra Randers Fjord, men i perioder med kraftigt lavvande i Randers Fjord dog også et frit vandløb. Lige nedstrøms Tangeværket er vandstanden også påvirket af reguleringen af Tangeværket. I nogle perioder lukkes der nemlig mere vand ud af Tange Sø, end der løber til Tange Sø via Gudenåen og Tange Å. Ved Ulstrup er effekten af reguleringen synlig på afstrømningsforløbet .

Tange til Randers Fjord

Figur: Strækningen fra Tangeværket til Randers Fjord

På strækningen mellem Tangeværket og udløbet i Randers Fjord er Gudenåen stort set naturlig uden opstemninger og reguleringer. Strækningen fra Tangeværket til Langå er det frie vandløb, mens strækningen fra Langå til Randers Fjord er stuvningspåvirket fra Randers Fjord, men i perioder med kraftigt lavvande i Randers Fjord dog også et frit vandløb. Lige nedstrøms Tangeværket er vandstanden også påvirket af reguleringen af Tangeværket. I nogle perioder lukkes der nemlig mere vand ud af Tange Sø, end der løber til Tange Sø via Gudenåen og Tange Å. Ved Ulstrup er effekten af reguleringen synlig på afstrømningsforløbet, som det fremgår af figuren nedenunder.

Figur: Den arealspecifikke afstrømning i Gudenå ved Tvilum Bro og Ulstrup.

Opstemningen ved Tange kan også have et potentiale for vandtilbageholdelse ved en styring af vandstanden, hvor der lukkes vand ud af søen inden en stor nedbørshændelse.

Siden 1917 er der foretaget løbende måling af både vandstand og vandføring i Gudenåen ved Tvilum, hvilket giver en unik mulighed for at vurdere de hydrologiske konsekvenser af øget dræning og befæstelse i oplandet samt klimatiske ændringer.

Ved hændelsen i februar 2020 blev der målt den hidtil højeste vandstand i Gudenåen ved Tvilum siden 1917. Der har imidlertid været hændelser tilbage i tiden, hvor vandføringen har været på niveau med maksimumvandføringen i februar 2020, f.eks. i februar 1945. Men hvor det i 1945 var et tøbrud, der var årsag til den store afstrømning, var det i 2020 store nedbørsmængder over en længere periode.

Der er efterhånden en bred erkendelse af, at særligt vintermånederne bliver varmere og vådere, som det skete i vinteren 2019/2020. Risikoen for oversvømmelser i forbindelse med tøbrud ser dermed ud til at være reduceret, men længerevarende kraftig regn kan medføre tilsvarende høje vandføringer på grund af 100 % vandmætning af oplandet. I tillæg hertil har de varmere vintre den konsekvens, at grødens henfald mindskes markant og medvirker til øget modstand i vandløbet.

Dette forhold var netop årsagen til, at der blev målt en rekordhøj vandstand i Gudenåen i februar 2020, selvom vandføringen ikke nåede et uset niveau.

Selvom der er sket en stor øgning af dræning og befæstelse i oplandet til Gudenåen i de sidste 100 år, er det stadig under de forhold, hvor jorden enten er frosset eller 100 % vandmættet fra vedvarende regn, at der opstår de største vandføringer i Gudenå. Kun 5 % af det samlede opland til Gudenåen er befæstet areal, men når jorden er frosset eller vandmættet, svarer det i princippet til, at 85 % af oplandet til Gudenåen er befæstet areal.

Den større befæstelsesgrad, der er kommet i oplandet, vurderes derfor ikke at have betydning for vandstanden i Gudenåen ved de store hændelser og vurderes kun at kunne have betydning lokalt ved skybrud.

Det har også været drøftet om en mere intensiv dræning i oplandet har medvirket til vandet hurtigere ender i Gudenåen og dermed er skyld i oversvømmelser. Da de store hændelser opleves ved de længevarige regnhændelser, hvor jorden bliver helt vandmættet, så har dræningsintensiteten i oplandet ikke en betydningen på vandstanden i Gudenåen generelt. De drænede arealer kan evt. medvirke til det modsatte, da landbrugsarealernes jordmatrice er tømte for vand, når hændelserne begynder, og de vil have et potentiale for at suge/holde på regnen.

Virkemidler, der kan reducere udfordringerne med oversvømmelser bygger på nedenstående fire principper. Virkemidlerne skal målrettes de lokale udfordringer, men det er vigtigt at være opmærksom på, at alle ændringer af vandets vej og hastighed kan påvirke ændre områder negativt. Derfor er det vigtigt med en helhedsplan, der ser på virkemidlerne samlet.

Forsinkelse i oplandet

Hvis mængden af vand, der løber til Gudenåen, reduceres, bliver oversvømmelserne mindre langs Gudenåen. Vandet skal dog parkeres steder, hvor det ikke giver tilsvarende udfordringer. Forsinkelse af vand har en potentiel effekt på de store vinterhændelser, men det nødvendige volumen til vandparkering er enormt, og det ikke realistisk at finde i oplandet eller i Gudenåen. I tilfælde med oversvømmelser i sommerhalvåret har grøden den afgørende betydning, og her kan opleves oversvømmelser, selvom der ikke kommer mere vand.

Bortlede vandet hurtigere

Ved at udvide og udgrave underlag kan der potentielt transporteres mere vand med strømmen. Det vil kunne friholde arealer for oversvømmelser lokalt, men det kan give tilsvarende udfordringer i andre områder ved Gudenåen. Det vil kun have en effekt på de strækninger, der ikke er stuvningspåvirkede. Det vil have betydning for vandstanden både sommer og vinter, mens øget grødeskæring kun vil have betydning i sommerhalvåret.

Sikre interesser lokalt

Hvis der bygges diger, etableres pumper mv., kan lokale interesser sikres mod oversvømmelser både vinter og sommer. Den samlede betydning for vandtransporten i Gudenåen og konsekvenserne for vandtransporten efter de lokale tiltag afhænger af de enkelte lokale tiltag.

Fjerne interesserne og lade vandet oversvømme

Hvis interesserne ikke kan beskyttes med virkemidler, kan det være nødvendigt at flytte interesserne, fx ved at finde erstatningsjord til landbruget uden for risikoområderne og finde nye stier/veje til de rekreative interesser langs åen.