Uppskattning av åtgärdsbehov för kväve för att nå god vattenkvalitet i Svealands kustvatten med utgångspunkt i Vattendirektivets bedömningsgrunder

Transkript

1 Uppskattning av åtgärdsbehov för kväve för att nå god vattenkvalitet i Svealands kustvatten med utgångspunkt i Vattendirektivets bedömningsgrunder Rapport till Vattenmyndigheten Norra Östersjöns Vattendistrikt av Jakob Walve och Ulf Larsson, SKVVFs miljöanalysfunktion, Systemekologiska institutionen, Stockholms universitet Uppskattningarna av åtgärdsbehovet utgår från den enkla modell som bedömningsgrunden för kväve och klorofyll baseras på. I denna tas hänsyn till den naturliga kvävetillförseln genom användning av uppskattade referensvärden (bakgrundshalter) för tillrinnande sötvatten och för yttre kusten och en enkel blandningsmodell med en linjär relation mellan salthalt och kväve (fig. 1) y = x R 2 = alla kart.data rv/rv GM/GM GM/data data/data data+arv/data Linear (alla kart.data) Fig 1. Exempel på kvävegradient (y-axeln, µg/l) i förhållande till salthalt (x-axeln) från Nyköping och ut mot öppet hav. Referensvärdet vid olika salthalter enligt bedömningsgrunden visas med mörkblå linje (rv/rv), god-måttlig-gränsen med gul linje (GM/GM). Turkosa linjen visar vad man teoretiskt skulle få för halter om man minskade kvävetillförseln från land så mycket att GM nås vid salthalt=0 med oförändrad förhöjd kvävehalt i öppna Östersjön (nuvarande tillstånd). I de yttre områdena blir det endast en mindre effekt av reducerad belastning och man är där beroende av allmänna förbättringar i Östersjön för att nå god vattenkvalitet. De röda linjerna visar förväntad halt enligt modellen med nuvarande kvävekoncentration i sötvattentillförseln, utan (heldragen) respektive med direktutsläpp från punktkälla till kustområdet (streckad). De faktiska sambanden för många områden överensstämmer överraskande väl med den enkla teoretiska modellen (se exempel i fig.1). För att statusen i havsområdet ska närma

2 sig god-måttlig-gränsen behöver belastningen minska så mycket att att halten i sötvatten går ner mot den beräknade god-måttlig-gränsen vid salthalt=0. Denna gräns är beroende av en generell modellberäknad (av SMHI i bedömningsgrundsarbetet) bakgrundshalt av kväve i sötvatten, samt den ekologiska kvalitetskvoten för god-måttlig-gränsen som anger hur stor avvikelsen från referenshalten maximalt får vara. Sammanställda PLC5-data för olika avrinningsområden visar ofta på högre referenshalter, vilket indikerar att godmåttlig-gränserna bör justeras (fig. 4). Dessa olika god-måttlig-gränser för sötvatten har använts för att uppskatta åtgärdsbehovet för att nå god status i de påverkade havsområdena. I tabell 1 visas dessa målhalter och åtgärdsbehovet i ton kväve och procent utifrån den nuvarande beräknade belastningen enligt PLC y = x R 2 = alla kart.data rv/rv GM/GM GM/data Series7 Linear (alla kart.data) Fig. 2. Klorofyllhalt (y-axeln) i relation till salthalt (x-axeln). Linjer som fig 1. Den röda streckade linjen är beräknad från motsvarande linje i totalkvävediagrammet mha det empiriska sambandet mellan totalkväve och klorofyll som används i bedömningsgrunden. Förväntad effekt av åtgärder på statusen i havsområden i anslutning till olika avrinningsområden har uppskattats för varje havsområde (Tabell 2). I denna tabell visas uppmätt medelhalt av totalkväve (juli-aug 2001, ) och statusklassning som färgkod. Kolumnen i fetstil visar skillnaden mellan uppmätt halt och god-måttlig-gränsen (GM). Kolumnen i rött visar en uppskattning av betydelsen av utsjön för att nå godmåttlig-gränsen, i forma av procent av åtgärdsbehovet för att nå god status. En hög utsjöeffekt gör att man inte kan förvänta sig så stor effekt av åtgärder i avrinningsområdet. De områden som gulmarkerats har både stor förhöjning av kvävehalten över GM (>50 µg/l) och en liten utsjöpåverkan på kväveförhöjningen (<30%). Här kan man alltså förvänta sig tydlig effekt av kraftfulla åtgärder. I övriga områden blir effekterna av åtgärder mindre och osäkrare och en förbättring av förhållandena i utsjön kommer att vara viktiga för att nå god status.

3 N_Ne µg/l N_NeBak µg/l 53/54 Tämnarån S:a Karlholmsfjärden 54/55 Forsmarksån Olandsån S:a Kallrigafjärden 56/57 Skeboån 57/58 Broströmmen 58/59 Norrtäljeån S:a Norrtäljeviken 59/60 Åkersström 60/61 Norrström 61/62 Tyresån 62/63 Trosaån 63/64 Svärtaån 64/65 Nyköpingsån 65/66 Kilaån S:a"Nyköpingsfjärdarna" 66/67 Bergshamraån Penningbyån Åbyån Bränningeån diffust_hfjomr Fitunaån Hammerstaån Kagghamraån Moraån Skillebyån Vitsån Fig. 3 (ovan). Kvävehalten i vattendrag när de når kusten (netto) enligt PLC5 för olika avrinningsområden (med långtidsviktade flödesdata). Blå staplar visar uppskattning av belastning 2005 och röd-lila staplar visar bakgrundsbelastning. Data är sammanställda i tabell N GM BG µg/l N GM PLC5 enl. EK µg/l 53/54 Tämnarån S:a Karlholmsfjärden 54/55 Forsmarksån Olandsån S:a Kallrigafjärden 56/57 Skeboån 57/58 Broströmmen 58/59 Norrtäljeån S:a Norrtäljeviken 59/60 Åkersström 60/61 Norrström 61/62 Tyresån 62/63 Trosaån 63/64 Svärtaån 64/65 Nyköpingsån 65/66 Kilaån S:a"Nyköpingsfjärdarna" 66/67 Bergshamraån Penningbyån Åbyån Bränningeån diffust_hfjomr Fitunaån Hammerstaån Kagghamraån Moraån Skillebyån Vitsån Fig. 4 (ovan). Blå staplar visar God-måttlig-gränsen (GM) i sötvatten enligt bedömningsgrunden (BG) för kusten (referensvärde delat med ekologiska kvalitetskvoten). Röd-lila staplar visar GM enligt PLC5 data sammanställda för respektive område (bakgrundsvärde delat med ekologiska kvalitetskvoten). Uppskattningarna av reduktionsbehovet för kväve för att nå god status har en betydande osäkerhet. Mycket talar för att nuvarande bedömningsgrund för växtplankton och näringsämnen är för sträng, särskilt i inre kustområden. Det finns även betydande osäkerheter i beräknade referensvärden för öppna Östersjön och i tillrinnande sötvatten. Vilka antagande som används påverkar kraftigt uppskattningen av åtgärdsbehovet (Tabell 1, Fig. 6 och 7). I Fig 6 har åtgärdsbehovet under olika antaganden beräknats inklusive punktkällor med direktutsläpp till kusten, i Fig. 7 utan dessa, dvs. reduktionsbehovet i avrinningsområdet. För merparten av avrinningsområdena minskar behovet av åtgärder om individuella bakgrundsvärden från PLC-5 används som referensvärden istället för det schablonvärde som använts i bedömningsgrunden (BG) (troligen någon form av medelvärde för vattendragen inom distriktet). Ett undantag är Norrström där PLC5 ger högre åtgärdsbehov (pga lägre bakgrundshalt än BG). Om dessutom det rimliga antagandet görs att medelkoncentrationen i tillrinnande vatten under sommaren är ca 70% av årsmedelkoncentrationen minskar reduktionsbehovet ytterligare (Tabell 1, Fig. 6 och 7).

4 En faktor som talar för ett större reduktionsbehov i många avrinningsområden än det som framgår här är att uppmätt koncentration ofta är högre än den som beräknats i PLC-5, vilket även ofta erhålls genom att extrapolera från samband mellan salthalt och totalkväve i individuella kustområden till medelkoncentration i tillrinnande vatten [salthalt=0]. Den för närvarande rimligaste bedömningen av åtgärdsbehovet för kväve är den som baseras på PLC5 och att sommarkoncentrationen är 70% av årsmedelvärdet. En fördjupad analys av befintliga data kan sannolikt till del reducera osäkerheten i bedömningen, men många faktorer som påverkar denna kräver ingående utredning, t.ex. orsaken till stora skillnader mellan uppmätt och beräknad koncentration i många vattendrag, använda referensvärdens rimlighet och hur bedömningsgrunderna skall anpassas för att ta hänsyn till naturgivna förutsättningar i vattenförekomster.

5 Fig. 5. Huvudavrinningsområden med namn och nummer.

6 del av 56/57 Östhammarsfjärden 3 Östhammarsfjärden del av 57/58 Ortalaviken 5 Ortalaviken /54 53/54 1 Karlholmsf järden Tämnarån 1 Karlholmsfj ärden S:a Karlholmsfjärden 1 S:a Karlholm sfjärden * /55 54/55 2 Öregrundsgre pen/kallrigafjärden Forsmarksån 2 Kallrigafjärde n Olandsån 2 Kallrigafjärde n S:a Kallrigafjärden 2 S:a Kallrigafjä rden /57 56/57 3 Östhammarsf järden mfl Skeboån 4 Edeboviken /58 57/58 5 Östhammars k ustvatten mfl Broströmmen 6 Norrtäljeviken /59 58/59 6 Norrtäljeviken * Norrtäljeån 6 Norrtäljeviken S:a Norrtäljeviken 6 S:a Norrtäljev iken * /60 59/60 7,8,9 Yxlaområdet/ Bergshamraviken mm Åkersström (11) Trälhavet /61 60/61 11 Stora Värtan/ Edsviken mfl Norrström 11 Saltsjön /62 61/62 Erstaviken m m ** Tyresån 10 Kalvfjärden /63 62/63 12 Horsfjärden/H immerfjärden mfl * Trosaån 13 Trosafjärden /64 63/64 Sörmlandskust en Trosa-Nyköping Svärtaån 14 Sjösafjärden /65 64/65 14 Stads-/Mellan-/ Sjösafjärden Nyköpingsån 14 Stadsfjärden /66 65/66 14 Stadsfjärden Kilaån 14 Stadsfjärden S:a "Nyköpingsfjärdarna" 14 S:a "Nyköpingsfjärdarna" /67 66/67 Marsviken/Br åviken mm del av 59/60 Bergshamraån 8 Bergshamrav iken del av 59/60 Penningbyån 9 Yxlaområdet del av 62/63 Åbyån 12 Stavbofjärden del av 62/63 Bränningeån 12 Hallsfjärden del av 62/63 diffust Himmerfjärdsomr. 12 flera, Hallsfj. t ill Svärdsfjärden * del av 62/63 Fitunaån 12 Himmerfjärd en del av 62/63 Hammerstaån 12 Horsfjärden del av 62/63 Kagghamraån 12 Kaggfjärden del av 62/63 Moraån 12 Näslandsfjärden del av 62/63 Skillebyån 12 Stavbofjärden del av 62/63 Vitsån Horsfjärden Haro-nr Namn Gradient Primärt Havsområde Areal (km2) Sjöareal (km2) Avrinning Mm3/år Avrinning Mm3/km2 N Netto kg/år N Netto Bakgr kg/år N Netto KARV N direkt ARV kg N Netto vattendrag µg/l N uppmätt µg/l N inkl. Direkt ARV µg/l N Netto Bakgr. µg/l N Rv BG µg/l Ekol. Kvalitetskvot GM N GM BG µg/l N GM PLC5 enl. EK µg/l N netto reduktion (kg/år) för att nå GM enl BG % reduktion för att nå GM enligt BG %reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt BG % reduktion för att nå GM enligt BG (70% av årsmedelhalt) %reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt BG (70% av årsmedelhalt) N reduktion (kg/år) för att nå GM enligt plc5 % reduktion för att nå GM enligt plc5 %reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt plc5 % reduktion för att nå GM enligt plc5 (70% av årsmedelhalt) % reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt plc5 (70% av årsmedelhalt) Tabell 1. Uppskattning av åtgärdsbehov för olika avrinningsområden för att nå god status i kustområdet. Se kolumnförklaringar på nästa sida. * del av utsläpp från Karv är direktutsläpp ** direktutsläpp som inkluderats i Norrströms direktutsläpp

7 Förklaring till kolumner i Tabell 1. Kolumn Haro-nr Namn Gradient Primärt Havsområde Areal (km2) Sjöareal (km2) Avrinning Mm3/år Avrinning Mm3/km2 N Netto kg/år N Netto Bakgr kg/år Förklaring Avrinningsområdesnamn Gradientnummer för havsområden och provtagningsstationer som är mer eller mindre direkt påverkade av detta avrinningsområde Det havsområde som vattendraget/avrinningsområdet mynnar i Ytan av avrinningsområdet Sjöytan i avrinningsområdet Avrinning enligt PLC5 Ytspecifik avrinning Nettotransport av kväve till kusten enligt PLC5 Bakgrundsnettotransport av kväve till kusten enligt PLC5 N Netto KARV Del av nettobelastningen som kommer från avloppsreningsverk. OBS inkluderar i PLC5data ibland direktutsläpp till kusten, dvs kommer ej med vattendraget! N direkt ARV kg Direktbelastning från avloppsreningsverk enligt PLC5 N Netto vattendrag µg/l Nettokvävehalt i vattendraget/avrinningsområdet N uppmätt µg/l Uppmätt kvävehalt (flödesviktat medelvärde ). Data från Joakim Pansar, Länsstyrelsen Stockholm N inkl. Direkt ARV µg/l Genomsnittlig kvävehalt om punktkälla vid kusten vägs in. N Netto Bakgr. µg/l Bakgrundsnettokvävehalt i vattendraget/avrinningsområdet N Rv BG µg/l Referensvärde för sötvatten enligt bedömningsgrund Ekol. Kvalitetskvot GM Ekologisk kvalitetskvot för gränsen god-måttlig N GM BG µg/l God-måttlig gränsen enligt bedömningsgrunden N GM PLC5 enl. EK µg/l God-måttlig gränsen enligt bakgrundsvärden från PLC5 för avrinningsområdet Minskning av nettokvävetransporten i vattendraget/ N netto reduktion (kg/år) för att nå GM enl BG avrinningsområdet som är nödvändig för att nå god-måttlig-gränsen enligt bedömningsgrunden (BG) (räknat på N Netto inkl. ev. direktutsläpp) % reduktion för att nå GM enligt BG Som ovan men procent minskning av kvävetransporten (inkl ev direktutsläpp till kustvattnet från punktkälla) %reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt BG % reduktion för att nå GM enligt BG (70% av årsmedelhalt) %reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt BG (70% av årsmedelhalt) N reduktion (kg/år) för att nå GM enligt plc5 % reduktion för att nå GM enligt plc5 Procent minskning av kvävetransporten (exkl direktutsläpp) Procent minskning av kvävetransporten (inkl direktutsläpp) om man antar att den relevanta nuvarande halten i vattendrag är 70% av årsmedelhalten (=sommarhalt) Procent minskning av kvävetransporten (exkl direktutsläpp) om man antar att den relevanta nuvarande halten i vattendrag är 70% av årsmedelhalten (=sommarhalt) Minskning av nettokvävetransporten i vattendraget/ avrinningsområdet som är nödvändig för att nå god-måttlig-gränsen enligt PLC5-data för avrinningsområdet (räknat på N Netto inkl. ev. direktutsläpp) Som ovan men procent minskning av kvävetransporten inkl ev direktutsläpp % reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt plc5 % reduktion för att nå GM enligt plc5 (70% av årsmedelhalt) % reduktion utan punktkälla för att nå GM enligt plc5 (70% av årsmedelhalt) Procent minskning av kvävetransporten exkl direktutsläpp Procent minskning av kvävetransporten inkl direktutsläpp om man antar att den relevanta nuvarande halten i vattendrag är 70% av årsmedelhalten (=sommarhalt) Procent minskning av kvävetransporten exkl direktutsläpp om man antar att den relevanta nuvarande halten i vattendrag är 70% av årsmedelhalten (=sommarhalt)

8 Tabell 2. Kvävehalt (µg/l) med status som färgkod, skillnad mellan kvävehalt och god-måttlig-gräns (GM) (kolumn i fetstil), och inverkan av utsjön på förhöjningen över god-måttlig-gränsen (kolumn i rött). Gulmarkerade rader har både stor förhöjning av kvävehalten över GM (>50 µg/l) och en liten utsjöpåverkan på kväveförhöjningen (<30%). SE=standard error. Typområde H-ID Havsområdesnamn / Station Gradient medel salinitet medel Tot-N (µg/l) SE Tot-N (µg/l) n Tot-N Tot-N (µmol/l) 16 1 Skutskärsfjärden Lövstabukten U Karlholmsfjärden U4, U4b Öregrundsgrepen U5d, U Gällfjärden U Kallriga Fjärden U6b Ängsfjärden U Kasfjärden sek namn Raggaröfjärden U Norrfjärden U Östhammarfjärden U14, U Hargsviken U Galtfjärden U11 3, Edeboviken U Singöfjärden U15 3,4, Ortalaviken U16, U16a, U16b Gävlebuktens utsjövatten Öregrunds kustvatten Östhammars kustvatten NR 3,4, Norrtäljeviken S10, S Vätösundet S4b Björköfjärden S1, S3, S N Lidöfjärden S Tjocköfjärden Granhamnsfjärden S17, S Åkeröfjärden Långfjärden Ålandsfjärden S20, S21, S Gräsköfjärden Edsviken Bergshamraviken S Yxlaområdet S27,S28,S30,S32,S38 8, Skatfjärden S Blidösund S Svartlögafjärden S Norrfjärden S38b, S Gälnan S Kallskärsfjärden S Trälhavet S Västra Saxarfjärden S Lindalssundet Östra Saxarfjärden S Sandöfjärden S63b Träsköfjärden S45, S Skagsfjärden S Möja västerfjärd Sollenkrokafjärden S Kanholmsfjärden S Möja söderfjärd S60b Eknösundet S Älgöfjärden S82, S Prästmaren Kolström S96b Lagnöström Grisslingen S Våmfjärden Tranaröfjärden S94, S Breviken S Nämdöfjärden S Kalkkobbsfjärden Neglingeviken Vårgärdssjön Baggensfjärden S Erstaviken S Ingaröfjärden S Björnöfjärden Kalvfjärden S Ällmorafjärden S Vissvassfjärden S Åvaviken Gränöfjärden S Jungfrufjärden S Norrfjärden S Hanstensfjärden S90b Sandemars fjärd S Fåglaröfjärden S diff totn data-gm % utsjöeffekt till GM Tot-N Rv Tot-N GM utsjö Tot-N data utsjö salinitet data

9 H-ID Havsområdesnamn / Station Gradient medel salinitet medel Tot-N (µg/l) SE Tot-N (µg/l) n Tot-N Tot-N (µmol/l) Edsviken S Brunnsviken S19c Kyrkfjärden Strömmen S79b Lilla Värtan S78b, S Stora Värtan S Askrikefjärden S Torsbyfjärden S Solöfjärden S Säbyvik S Överbyfjärden S Tallaröfjärden S Södra Vaxholmsfjärden S Norra Vaxholmsfjärden S Kodjupet S Rindösundet Skurusundet S Hallsfjärden S129, S130, H Näslandsfjärden S127, H Stavbofjärden S Kaggfjärden S Himmerfjärden H4, H Svärdsfjärden H2, H Gälöfjärden Sö Trosafjärden Sö Fågelöfjärden Sö Fifångsdjupet Gillsviken Sö Asköfjärden Sö Fållnäsviken S121, S122, S Dragfjärden S125b-c, S118, S124b Nynäsviken S Horsfjärden S108, S Mysingen S107, S Gårdsfjärden S Konabbsfjärden S Konabbsfjärden Hållsviken Skettnefjärden Sö Gunnarbofjärden Sö Gupafjärden Sö Tvären Sö Ringsöfjärden Bergöområdet Dragviksfjärden Sö Kråkfjärden Risöområdet Sö16, Sö17, Sö Stadsfjärden Mellanfjärden Sö Sjösafjärden Sö Örsbaken Sö Aspafjärden Ålöfjärden Sö Furöområdet Sö Marsviken Sö1, Sö2, Sö Sillöfjärden Yttre Bråviken Stockholms skärgårds n n S5b Havssvalget Söderarms skärgård Stockholms skärgårds s n Vidingefjärden S Nåtfjärden Uddjupet Nö Kobbfjärden sek namn Lökharfjärden Stenfjärden Kobbfjärden S Ormskärsfjärden Högfjärden Stockholms skärgårds m kustvatten Björkskärsfjärden S Gillögafjärden Rödkobbsfjärden Getholmsfjärden sek namn Brandfjärden Bulleröfjärden Biskopsfjärden Norstensfjärden Stockholms skärgårds s kustvatten Krabbfjärden B Kränkfjärden Sö diff totn data-gm % utsjöeffekt till GM Tot-N Rv Tot-N GM utsjö Tot-N data utsjö salinitet data

10 BG / årsmedelhalt PLC5 / årsmedelhalt BG / 70% av årsmedelhalt PLC5 / 70% av årsmedelhalt Figur 6. Reduktionsbehov för kväve i %. Punktkällor med direktutsläpp till kustvatten är medräknade i Norrström (Henriksdals, Bromma, Käppala ARV), 62/63 (Himmerfjärdsverket), 56/57 (Östhammars ARV), 59/60 (Bergshamra ARV), Nyköpingsån (Nyköpings ARV).

11 BG / årsmedelhalt PLC5 / årsmedelhalt BG / 70% av årsmedelhalt PLC5 / 70% av årsmedelhalt Figur 7. Reduktionsbehov för kväve i %. Punktkällor med direktutsläpp till kustvatten är ej medräknade, dvs reduktionsbehovet avser avrinningsområdet i sig.