Emnet vandmøller i naturgeografisk perspektiv

Indledning

På nærværende hjemmeside kan man se film om vandmøllens historie i Danmark. Det er spændende fortællinger om opfindsomhed, teknologi og menneskets tilpasning til naturgrundlaget. Disse er alle emner som er vigtige i faget naturgeografis selvforståelse og de tjener som en vigtig rettesnor, generelt, når man skal undervise i naturgeografi på STX. Men emnet vandmøller er særligt på den måde at det er tydeligt hvor stor betydning naturgrundlaget spiller. Det er denne tætte kobling mellem naturgrundlaget og muligheden for etableringen af vandmøller i Danmark, vi vil have fokus på i de nedenstående øvelser. Desuden vil vi vise hvordan elevers egen dataindsamling kan tilpasses modellering, så de kan bruges til at sige noget relevant om et udvalgt vandløb i Danmark.

Didaktiske forankring

Vi tager udgangspunkt i: Naturgeografi C – stx, august 2017. ( https://emu.dk/stx/naturgeografi/laereplan-og-vejledning?b=t6-t1096 ). I denne står der; ”Gennem kernestoffet skal eleverne opnå faglig fordybelse, viden og kundskaber.”, ud af den række af emner, der står opremset, har vi udvalgt følgende elementer af kernestoffet, som kunne tænkes at blive dækket, af et forløb om vandmøller.

Fokusområder ud fra kernestoffet:

Jordens og landskabernes processer

– Geologiske processer og kredsløb og menneskers anvendelse af ressourcer

– Natur- og menneskeskabte landskabers dannelse, udvikling og betydning for produktion og samfund

Klima og vejrs betydning for menneskets livsvilkår

–Vandets kredsløb, herunder grundvandsdannelse samt udnyttelse af vandressourcer

̶ Klimaets betydning for produktion og menneskers grundlæggende livsvilkår

̶ Klimaændringer og samfundsudviklingens klimapåvirkning

Innovation, bæredygtighed og ressourceforvaltning

̶ Bæredygtig udvikling under forskellige natur- og samfundsforhold, herunder forbrugs- og produktionsmønstre

̶ Teknologiudvikling under forskellige natur- og samfundsforhold

̶ Jordens energiressourcer herunder energistrømme, energiteknologier og energiforbrug

De faglige mål og emnet vandmøller

De faglige mål der særligt vil blive lagt vægt på, i nedenstående forslag til undervisning om vandmøller, er følgende:

̶ give en beskrivelse af udviklingsforløb og processer i naturen og menneskets omgivelser baseret på empiriske data og observationer

̶ identificere, genkende og klassificere rumlige mønstre

̶ udføre simple former for empiribaseret arbejde i laboratorium og i felten

̶ udvælge og anvende digitale kort, geoinformation samt andre geofaglige repræsentationsformer

̶ forstå og kritisk anvende geofaglige modeller og enkle matematiske modeller som repræsentationer af virkeligheden

Feltekskursion

Vi har vurderet at feltarbejde er den bedste form for undervisningsaktivitet når man skal arbejde med vandmøller.

Udgangspunktet for nedenstående forslag til feltekskursioner og indbyggede feltøvelser, med vandmøller som emner, har vi vurderet til at være grundlæggende viden om hydrologi/klima. Jordbundslæren og geomorfologi vil desuden kunne give opgaverne og øvelserne mere faglig dybde, især for de fagligt dygtigste.

Mht. hydrologi vil det være relevant at have kendskab til vandbalanceligningen, have forståelse for potentiel og aktuel fordampning og den der af resulterende overfladiske afstrømnings størrelse og generel viden om Danmarks nedbørsforhold. Desuden vil det være relevant at have viden om fremtidens nedbørsforhold. På hjemmesiden:  https://www.klimatilpasning.dk/viden-om/fremtidens-klima/klimaaendringeridanmark/ , kan man orientere sig om fremtidens klima i Danmark og de deraf følgende hydrologiske konsekvenser. Vi anbefaler desuden at man lader sig inspirere af følgende analyse af Vejle Ådal: http://www.torbenespersen.dk/Publish/Geotop/Publish/Geotopen%20Vejle%20Ådal.html .

Vi anbefaler at man ser de relevante film om vandmøller på hjemmesiden som en opstart inden man går i felten, hvor man kan arbejde med at forstå naturgrundlaget for vandmøller.

Formål med feltekskursionen:

Formål med feltekskursionen er at udføre felteksperimenter for at afdække naturgrundlaget bag en lokal vandmølle og efterfølgende vurdere møllens situation i et fremtidigt klima. Hvis man ikke har en vandmølle i nærheden, kan man blot arbejde med et vandløb og simulere en vandmølle et sted hvor eleverne vurdere at naturgrundlaget er på plads.

Aktiviteter:

Modul1) Vandløbet og landskabet omkring

Lektie til feltekskursion: For eksempel side 94-105 i Geografihåndbogen (Geografi håndbogen 4. udgave, 2005, Systime. ISBN: 8761609366) Efter kan man i de fleste naturgeografibøger og I-bøger finde kapitler om vandets bevægelse i landskabet. Desuden anbefales det at læreren sætter sig ind i : https://www.landbrugsinfo.dk/-/media/landbrugsinfo/public/b/4/5/am_19_3977_modelstudie_geraa.pdf , https://danskevandloeb.dk/2016-04-20-foretraede-miljoe-foedevareudvalg.pptx og https://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2003/87-7972-596-1/html/kap05.htm .
Den enkelte lærer kan vurdere hvilke elementer eleverne kan læse eller hvilke modeller og figurer eleverne skal se. For særlig de dygtigst elever kan disse publikationer bruges som grundlag for feltekskursionen og den efterfølgende diskussion om fremtidens klima og vandmøller. De vil desuden kunne anvendes som udgangspunkt i en SRP-opgave.

Modul 2) Afgrænsning af geografisk lokalitet og hentning af GIS-data

Udpegningen af den geografisk undersøgelseslokalitet via GoogleEarth eller fagportaler med de danske vandløb kan stilles som GIS-øvelse, så eleverne lærer at koble det digitale med felten. Se; http://www.hydrometri.dk/hyd/. Den endelige lokalitet besluttes og turen kan planlægges af eleverne.

Vi anbefaler følgende hjemmesider til GIS-opgaver med henblik på dataindsamling og klimaudfordringerne for de danske vandløb og dermed de danske vandmøller: https://www.klimatilpasning.dk/vaerktoejer/oversvoemmelseskort/se-oversvoemmelseskortet/ , https://www.landbrugsinfo.dk/public/3/2/f/plante_arets_vandbalance .

Modul 3-5) Feltarbejde og journalskrivning

De enkelte felteksperimenter findes i en meget simpel form nedenfor. Det kan anbefales at man anvender bogen Feltgeografi (Poul Kristensen og Bjørn Laigaard, Geografforlaget, 1. udgave, 1. oplag 2007). Der er i bogen særlige feltøvelser, der er henvendt mod arbejdet med vandløb.

Journalskrivning til efterfølgende formidling. Det er vigtigt at eleverne oplever at skulle indsamle data i felten og lærer at beskrive lokaliteten, så de kan bearbejde data og andre input fra felten hjemme i klasserne.

Som supplement til elevernes egen data og beregninger, koblet med deres viden, om klimaforandringernes effekt på deres udvalgt vandløb, kan vi anbefale, at man for særlig de dygtigste elever kan bruge : https://danskevandloeb.dk/ -> Faglig viden. https://danskevandloeb.dk/ har lavet en PPT og et Excel-ark som kan anvendes til at vurdere et vandløbs vandføringsevne. Denne kan så kobles på vandmøllens evne til at udnytte naturgrundlaget.

Journalskrivning til efterfølgende formidling

Det er vigtigt at eleverne oplever at skulle indsamle data i felten og lærer at beskrive lokaliteten, så de kan bearbejde data og andre input fra felten hjemme i klasserne.

Som supplement til elevernes egen data og beregninger, koblet med deres viden, om klimaforandringernes effekt på deres udvalgt vandløb, kan vi anbefale, at man for særlig de dygtigste elever kan bruge : https://danskevandloeb.dk/ -> Faglig viden. https://danskevandloeb.dk/ har lavet en PPT og et Excel-ark som kan anvendes til at vurdere et vandløbs vandføringsevne. Denne kan så kobles på vandmøllens evne til at udnytte naturgrundlaget.

Modul 6) Fremlæggelse af journal

Som en afslutning på feltarbejdet kan eleverne præsentere deres journal som en PPT. Man kan evt. opstille en innovativ opgave, hvor eleverne skal udarbejde en miljøvurderingsplan (VVM) for en lodsejer med henblik på at klarlægge vandmøllens naturgrundlag i fremtidens klima.

Udstyr til feltarbejde:

Fortag kun opmålinger på steder det er tilladt. Vær opmærksom på at der skal være en person klar til at hjælpe de elever der er i vandløbet.

Felteksperimenternes forsøgsbeskrivelse:

Første eksperiment – Måling af åens tværprofil:

  1. Notér jeres præcise forsøgssted, så I kan finde det på Google Earth når I kommer hjem.
  2. Sæt en landmålerstok i jorden på hver side af åen.
  3. Sæt en snor fast hen over åen, og tjek at den er i vatter.
  4. Mål bredden af åen, og længden mellem landmålerstokkene, samt længden fra hver landmålerstok til åens bred, og notér alle målingerne på et ark.
  5. Lav målinger fra snoren til jorden eller åens bund for hver 20 cm., og notér alle målingerne, samt noter hvornår I når vandkanten.

Medbring:

  • Vaterpas
  • Waders, eller minimum gummistøvler
  • Papir og blyant
  • Praktisk påklædning
  • Lommeregner
  • Målebånd
  • Tommestok
  • Stopur
  • Landmålerstokke
  • Kamera
  • Kort over lokalitet.
  • Feltekskursionsguiden
  • God næringsrig madpakke.
  • Flowmeter med data opsamler
  • Målestokke
  • Selvlysende murersnor
  • Hammer

Billedet – viser forsøgsopstilling til måling af åens bredde og til højdeprofil af åens bund (de tre landmålerstokke i midten ignoreres)

Andet eksperiment – Åens hældning:

  1. Sæt 2 landmålerstokke i åen med et mellemrum på 5-7 meter. Og mål samt notér afstanden.
  2. Opsæt en snor mellem de 2 stokke, og sørg for ved hjælp af vaterpas, at snoren ligger vandret. Den ene ende af snoren skal være ved vandoverfladen.
  3. Herefter kan I på den anden stok se hældningen. Mål så hældningen og notér den.
  4. Lad opstillingen stå. Den skal bruges til næste forsøg.

Tredje forsøg – Strømningshastighed:

  1. Læg den medbragte tennisbold, appelsin eller æble i vandet ved den første landmålerstok og mål tiden der går indtil genstanden når den anden landmålerstok.
  2. Notér denne tid.

Gentag alle forsøgene et andet sted på åen, så der sørges for at eleverne har data både ved et sving og på en lige strækning. Brug datologger til at måle strømningshastigheden i et sving. Mål inderst, yderst og i midten i forskellige dybder. Dette gentages så mange steder som muligt.

Databehandling:

Alt efter hvilket grafprogram eller CAS-værktøj eleverne er vant til at bruge kan de få resultater som dette.

OBS. Man kan få en kurve frem ved hjælp af elevernes målinger. Da elevernes målinger er under snoren, skal der være negative tal på y-aksen.  Indstil x-aksen så den svarer til vandkanten.

Da det er vandføringen der ofte er den væsentligste parameter, i forbindelse med vandmøllernes naturgrundlag, er det vigtigt at man udfører felteksperimenterne med strømningsagtighed og tværsnit først. Derefter kan man beregne vandføringen:

Vandføringen benævnes Q og kan beregnes Q = A x V, hvor A er vandløbets tværsnitsareal / dybde x bredde) og V er strømhastigheden. Se evt.: http://www.torbenespersen.dk/Publish/Geotop/Publish/Vandføring.html .

Åens fald kan desuden anvendes til at udregne den potentielle energi der er i vandet før en vandmølle, eller bare på et udvalgt forløb af et vandløb.

Den tilførte energi ved en vandmølle er således: P_tilført= ∆m/∆t ∙g_jord∙h

hvor ∆m er massen af det vand, der strømmer gennem i løbet af tiden ∆t, g er tyngdeaccelerationen og h er den højde vandet falder, altså forskellen mellem vandniveauet oven for vandmøllen og vandniveauet neden for vandmøllen.

Projektet er støttet af