Hydroteknisk och hydrologisk utredning av planerad våtmarksrestaurering i Brötarna

Transkript

1 Grap Hydroteknisk och hydrologisk utredning av planerad våtmarksrestaurering i Brötarna Geosigma AB September 2010

2 GEOSIGMA SYSTEM FÖR KVALITETSLEDNING Uppdragsledare: Sofia Brodd Uppdragsnr: Grap nr: : Antal Sidor: 23 Antal Bilagor: 0 Beställare: Länsstyrelsen i Jämtlands län Beställares referens: Lisa Håhus Beställares referensnr: Titel och eventuell undertitel: Hydroteknisk och hydrologisk utredning av planerad våtmarksrestaurering i Brötarna Författad av: Sofia Brodd, Tomas Svensson, Stig Jönsson Granskad av: Stig Jönsson Datum: Datum: GEOSIGMA AB geosigma@geosigma.se Bankgiro: PlusGiro: Org.nr: Huvudkontor Uppsala Postadr: Box 894, Uppsala Besöksadr: Vattholmav. 8, Uppsala Tel: Verkstad Uppsala Seminarieg Uppsala Tel: Fax: Göteborg Stora Badhusgatan Göteborg Tel: Fax: Stockholm Vegagatan 4,2tr STOCKHOLM Tel: F ax: Sidan 2 (23)

3 Sammanfattning Naturreservatet Brötarna består av cirka 50 km diken. Av dessa ingår cirka hälften i denna studie. Dikena är mellan 0,5-2 meter breda och cirka 0,5-1,0 meter djupa. Torvmäktigheten i området, enligt uppgift från Länsstyrelsen, är 1-2 meter och det är mineraljord i botten på dikena. Dikena ska dämmas. Om pluggningen leder till att en större del av skogsridåerna längs diken och övriga dikeskopplade skogsuppslag dör ut, kommer man att få en ökad årsavrinning och höjd medelvattenföring i vattendragen nedströms. En höjning av medelvattenföringen kommer dock inte att bli särskilt stor, som högst upp till 10 %. Extrema högvattenföringar kan förväntas minska. Eftersom en stor del av myrområdena är mycket flacka och våta kommer normala höga flöden inte att öka efter pluggning av dikena. Lågvattenföringen kommer generellt att öka på grund av minskad evapotranspiration från växter, framför allt under sommarmånaderna. Lågvattenföringen i Stockbäcken kan förväntas minska och högvattenföringen i Hemmingsån kan förväntas öka, åtminstone vad gäller normala högvattensituationer (Kap 4.2). Det är framför allt de översta metrarna av torvmarken som kommer att påverkas av dämningen. På större avstånd än cirka 50 meter från dikena kommer grundvattennivån normalt att stiga mindre än någon decimeter. Undantag kan finnas där flödesvägarna är korta. Endast i dikenas omedelbara närhet (inom cirka 20 meter) kan man få en påverkan som överstiger meter. Dikenas djup har ingen större betydelse när man kommer djupare än cirka meter, så länge som man befinner sig i torven och inte når mer konduktiva material under torven (Kap 5). Grundvattennivåerna borde vara återställda till nivåer motsvarande de som gäller för odikade förhållanden efter en normal våravsmältning (Kap 5.1). Inga områden utanför reservatsgränsen kommer att påverkas av dämningarna. Stockbäcken kan få en minskning av medelvattenflödet med som mest 40 % och Hemmingsån kan få en ökning av medelvattenföringen med maximalt 20 %. En viss ökad risk för översvämningar i Hemmingsån kan inte uteslutas (Kap 6). För att uppnå önskad effekt med restaureringen rekommenderar vi en generell höjdskillnad på vattennivån mellan angränsande pluggar på 0.3 meter. Vi förslår att pluggarna utförs med fascister enligt den metod som Länsstyrelsen prövat i Brötarna. Fascisterna bör tätas för att säkerställa en hög vattennivå även under perioder med låga flöden (Kap 7). Sidan 3 (23)

4 Innehåll Sammanfattning Uppdraget Bakgrund Syfte Förutsättningar Allmänt myrmarker Undersökningsområde Avrinning Allmänt Avrinning Brötarna Beräkningar Grundvattennivåförändringar Tidsåtgång för återställande av grundvattennivåer efter pluggning Riskobjekt och omgivningspåverkan Erosion Pluggar Allmänt Beräkningar Referenser Sidan 4 (23)

5 1 Uppdraget 1.1 Bakgrund Länsstyrelsen i Jämtlands län ska inom projektet Life to ad(d)mire restaurera fem Natura 2000 våtmarker genom pluggning av diken och röjning av vegetation. De fem våtmarkerna är utdikade myrmarksområden. En av dessa våtmarker är Brötarna. Här ska restaureringen ske genom att diken pluggas med täta dämningar. 1.2 Syfte Uppdragets övergripande syfte är att kartlägga risker med restaureringarna, utreda effekter och konsekvenser av planerade åtgärder samt utreda lämplig teknik för att återställa hydrologin till, så långt som möjligt, de förhållanden som rådde innan områdena dikades. 1.3 Förutsättningar Utredningen bygger på kartmaterial levererat av Länsstyrelsen i Jämtland samt iakttagelser gjorda vid platsbesök i maj För bedömning av vegetationsutbredning på myrarna har dessutom flygbilder tillgängliga på web-siterna hitta.se och google earth använts. En kontroll med Lantmäteriet visade att dessa flygbilder är tagna under åren i Jämtlands län. I våra bedömningar i denna rapport har vi inte tagit hänsyn till eventuella framtida klimatförändringar. Sidan 5 (23)

6 2 Allmänt myrmarker Förutsättningen för att en myr ska kunna bildas är att det finns ett överskott av vatten i förhållande till avdunstningen, så att marken kan förbli vattendränkt. Myr är en torvbildande våtmark där de döda växterna inte förmultnar fullständigt, utan lagras på växtplatsen i form av torv. Detta är möjligt framförallt på grund av de syrefria förhållanden som råder i myren. I områden där nederbördsöverskottet endast är temporärt bildas inga myrar utan bara temporära sjöar där vattnet sedan avdunstar under den varma perioden. En annan viktig faktor vid bildandet av myrmarker är hur stor andel av nederbördsvattnet som försvinner ner i berggrunden och därmed inte kan medverka i torvbildningen. I Sverige har vi relativt tät granit- och gnejsberggrund som oftast täcks av grunda, halvtäta moräner eller täta leror. Därför är förhållandena goda för torvbildning. Beroende på klimatet utbildas olika myrtyper i olika delar av vårt land. Där spelar till exempel avrinningen och vegetationsperiodens längd stor roll. Av den anledningen är också andelen myrmark högre i de norra delarna av landet. Våtmark är ett samlingsbegrepp för alla miljöer som präglats av inverkan från vatten och här ingår myrar. Myr i sin tur är ett samlingsbegrepp för all torvmark, och omfattar mossar och kärr. Mossar är myrar som bara får sitt vatten från nederbörden och kärr är myrar som får sitt vatten både från nederbörd och från tillströmmande yt- eller grundvatten. Kärr indelas efter vattnets mineralhalt i fattigkärr, intermediära kärr, rikkärr och extremrikkärr. Där de topografiska skillnaderna är stora bildas ofta inga myrar då avrinningen sker för snabbt. Däremot kan torvbildningen starta där lutningen minskar, till exempel längs fjällranden eller i dalbottnarna. Om torvbildningen är snabb bildas också myrar på sluttningarna (soligena myrar) eller till och med högst uppe på topparna (täckmyrar). Täckmyrar har ofta en väldigt liten torvtjocklek. Soligena myrar, backkärr eller hängmyrar, är vanliga i Norrland på nivåer över 400 meter över havet medan strängmyrar dominerar på lägre liggande myrar. Dessa strängmyrar kan kallas blandmyrar eftersom kärrpartier avlöses av öar eller strängar med dvärgbjörk, eller till och med större träd, som ligger tvärs sluttningen. Samtliga myrar i Sverige har bildats efter istiden och har därmed en historia på högst cirka år. Normalt brukar myrarna inte vara helt ensartat mossar eller kärr, utan ofta finns en mosaik av olika vegetationssamhällen, vilket är vanligt i stora delar av Norrland. Våtmarkers magasineringskapacitet motsvarar ungefär sjöars, eftersom cirka % av torven, sett från volymsynpunkt, redan består av vatten. Av våtmarkerna är det framförallt översvämningsmarker som kan utjämna flödet eftersom vattnet då kan breda ut sig över nya ytor, detta särskilt om vattendjupet kan tillåtas blir stort. Sjöar och våtmarker med varierande vattendjup kan dock fungera som lika goda magasin. I själva myren är vattnets flödeshastighet normalt mycket låg och vattnet är många gånger mer eller mindre stillastående. Vattnet kan dels rinna över mossytan och dels genom själva torven. Ibland kan större makroporer eller erosionsskåror bildas, särskilt i ytskiktet, där huvuddelen av vattenflödet passerar under perioder med god vattentillgång. Under torrare förhållanden dränerar vattnet framförallt genom själva torven. Vattenrörelserna i torven sker huvudsakligen horisontellt. Därför behöver vatten i den övre delen av torvpacken inte alls ha någon kontakt med torvens undre delar. Sidan 6 (23)

7 3 Undersökningsområde Naturreservatet Brötarna ligger i Bergs kommun i Jämtlands län, cirka 20 km nordväst om Svenstavik. Området utgörs av en höjdplatå med små höjdskillnader knappt 600 meter över havet. Berggrunden utgörs av Finnsäterskiffer, Flatruetskiffer, amfibolit och Långåsandsten. Jordarterna på fastmarkerna är moiga och grusiga moräner. Brötarna är ett stort och mångformigt myrkomplex som är rikt på fastmarksholmar med naturskog och med inslag av ett fåtal mindre sjöar (andelen vatten är totalt cirka 10 ha). De mest skyddsvärda myrpartierna är välutbildade strängflarkkärr och blandmyrar. Mosaikblandmyr, svagt välvd mosse, topogena och soligena kärr ingår också i komplexet. På myrarna finns ett glest bestånd av martallar och torrakor. Fastmarksholmarna är beväxta med barrblandskog av skiftande ålder med små eller inga ingrepp. Fågellivet är rikt med flera vadararter och rovfåglar. Spår av varfågel har hittats i området. Naturreservatet Brötarna består av cirka 50 km diken. Av dessa ingår cirka hälften i denna studie. Dikena är mellan 0,5-2 meter breda och cirka 0,5-1,0 meter djupa. Torvmäktigheten i området, enligt uppgift från Länsstyrelsen, är 1-2 meter och det är mineraljord i botten på dikena. Dikena ska dämmas. Sidan 7 (23)

8 4 Avrinning 4.1 Allmänt Många studier har gjorts på hur vattenbalans och avrinningsförhållanden påverkas av dikning. Framförallt gäller detta så kallad skogsdikning som görs för att förbättra förutsättningarna för ny skog att växa upp. Det finns två olika anledningar till att skogsdikning utförs. Den ena görs på mineraljord där kalavverkning av skog leder till höjda grundvattennivåer och försumpning och den andra görs på marker med naturligt höga grundvattennivåer, till exempel torvbildande myrmarker. Det är ett rimligt antagande att pluggning av dikade våtmarker i hydrologiskt avseende leder till en omvänd process jämfört med dikning, även om vissa icke reversibla förändringar i torven inte kan uteslutas. Avrinningen i ett vattendrag är en funktion av klimat, landskapstyp och markanvändning. Viktiga egenskaper hos avrinningsområdet är lutningsförhållanden, geomorfologi, jordart, grundvattenförhållanden, avrinningsområdets form och yta och dräneringssystemets utseende. Olikheter i dessa förhållanden är förmodligen ett viktigt skäl till att den påverkan som presenteras i olika undersökningar när det gäller våtmarksdikningens effekter, varierar i så hög grad. Den sänkning av grundvattenytan som åstadkoms genom dikning av våtmarker medför att den omättade zonen i marken ökar, framförallt i närheten av dikena. Initialt efter dikning innebär detta att man får en ökad magasinskapacitet som kan fånga upp en stor del av nederbörden och som sedan långsamt dräneras och upprätthåller en låg avrinning över längre tid. Man får alltså en dämpning av responsen mellan nederbörd och avrinning. När man sedan fått en ökad växtlighet till följd av dikningen kommer en stor del av vattnet i det utökade magasinet att gå till växternas transpiration, speciellt under växtsäsongen, och leda till minskade lågvattenflöden. Å andra sidan innebär ett tätare dräneringssystem att flödesvägarna genom marken, från infiltration till avrinning, kortas av. Detta förhållande verkar i motsatt riktning mot den ökade magasinskapaciteten och tenderar att korta av responstiden mellan nederbörd och avrinning och öka avrinningen totalt sett. En mycket viktig faktor som påverkar den totala avrinningen från myrar är förekomsten av vegetationen. På en myr utan träd får man vanligtvis en ökad avrinning på grund av snabbare transportvägar, medan uppväxten av skog minskar den totala avrinningen till följd av ökad evapotranspiration (summan av avdunstning och växternas transpiration). Evapotranspirationen kan utgöra så mycket som % av nederbörden, och orsaka en drastisk minskning av avrinningen jämfört med icke skogbeväxta förhållanden (Lundin 1994). Den största effekten kan man vänta sig på lågvattenflödena. Undantag är de fall där man dikat ner i mineraljorden och därigenom lokalt kan få ett ökat bidrag av grundvatten från omgivande marker. Skilda förutsättningar har också lett till olika resultat vad gäller höga flöden. Enligt vissa experter på området är effekten på höga flöden innan en mogen skog har etablerat sig (efter år) marginella (Laine, 1982). Andra hävdar att dikning orsakar ett snabbare avrinningsförlopp, och kortare varaktighet hos höga flöden, involverande både en tidigare och högre flödestopp och ett minskat basflöde. Åter andra hävdar att flödestoppen blir lägre och att basflödet ökar. Dessa divergerande resultat kan säkert förklaras av olika förutsättningar (se ovan) varav en kan vara andelen våtmark i förhållande till avrinningsområdets hela yta. En Sidan 8 (23)

9 sammanställning av undersökningar indikerar att minst 50 % av ett område måste utgöras av våtmark och mer än 25 % av våtmarken måste vara dikad för att man ska få ökade höga flöden (Verry 1988). I Naturvårdsverkets rapport Skogs- och myrdikningens konsekvenser (Naturvårdsverket 1984), drar man slutsatsen att man kan förvänta sig olika påverkan på höga flöden beroende på förutsättningarna i marken när flödet uppstår. Vid mindre eller måttliga flöden efter en torrperiod kan effekten av ett omättat markmagasin bli att flödestoppen jämnas ut och blir mindre än den skulle ha varit under odikade förhållanden. Om tillförseln av vatten fortsätter efter att marken blivit mättat upp till de mer hydrauliskt konduktiva ytnära skikten, borde det effektivare dräneringssystemet innebära att de högsta flödena ökar jämfört med odikade förhållanden. Utifrån ovanstående kan följande sammanfattning göras av de effekter man kan förvänta sig vid pluggning av diken: 1. Den minskade transpirationen som på sikt blir en följd av att en del av växtligheten (buskar och träd) dör innebär att den totala avrinningen (årsavrinningen) ökar efterhand. Den relativa ökningen av vattenföringen i ett vattendrag beror framför allt på andelen skogsbevuxen våtmark som påverkas, sett i relation till avrinningsområdets storlek. 2. Lågvattenföringen bör öka eftersom den minskade transpirationen när träd och buskar dör leder till generellt höjda grundvattennivåer, speciellt sommartid. Undantag från detta kan förekomma där dikning ner i underliggande mineraljord medfört ett större grundvattentillskott från omgivande fastmarker. Denna andel bör minska efter pluggning även om den inte upphör helt (åtminstone inte i ett initialt skede). 3. Storleken på höga flöden kan både minska och öka. När det gäller de allra högsta flödena (extremflöden) kan man förvänta sig en minskning. Andelen våtmarker och andelen av dessa som har diken som pluggas är avgörande för påverkans storlek. 4.2 Avrinning Brötarna De grävda dikena mellan Hemmingsån och Stockbäcken har medfört att en omfördelning av vatten från Hemmingsån till Stockbäcken har skett. I Figur 4-1 finns dels den nuvarande vattendelaren mellan de två vattendragen inritad och dels en tänkbar vattendelare efter att en lyckad pluggning genomförts. De orangea, numrerade trianglarna markerar de punkter i vattendragen som tilldelats avrinningsområden och som flödesberäkningar är gjorda för. Den nuvarande vattendelaren mellan områdena är framtagen av SMHI och återfinns i deras kartdatabas. Eftersom det är svårt att med någon större noggrannhet fastställa vattendelarens läge i detta mycket flacka myrområde har den tänkta vattendelaren efter pluggning valts så att den representerar största tänkbara förändring till följd av pluggningen. Samtidigt kan man också tänka sig att den nuvarande vattendelaren på vissa ställen (mellan diken) är dragen något för långt söderut för att omfatta de norrgående dikena mellan vattendragen. Man bör därför betrakta den framräknade skillnaden före och efter pluggning som redovisas i Tabell 4-1 under avsnitt 4.3 som den maximalt tänkbara. Den relativa förändringen blir dock störst för Stockbäcken som alltså skulle kunna få en minskad medelvattenföring på upp till 40 % i punkt 1 på kartan. Längre nedströms minskar det relativa inflytandet allt eftersom avrinningsområdet växer. En granskning av flygbilder över området visar att det finns skogsridåer längs flera av de diken som man avser att plugga. På vissa ställen kan man se att dikena har orsakat nyuppslag av träd över större områden, exempelvis öster om det långa dike som går längs med den östra reservatsgränsen till Hemmingsån eller öster om det dike på Stockmyren som mynnar i Sidan 9 (23)

10 Stockbäcken (Figur 4-2). Båda dessa diken tvärar höjdkurvorna på kartan och har därför en avskärmande effekt på grundvattenströmmen. I utsnittet från fastighetskartan i Figur 4-2 kan man i den bakomliggande flygbilden ana en gles skog i det inringade området öster om diket. Stockbäcken Hemmingsån Figur 4-1. Karta över Brötarna och vattendelare för olika avrinningsområden i och kring reservatet. Om man lyckas med pluggningen och följden blir att en större del av skogsridåerna längs diken och övriga dikeskopplade skogsuppslag dör ut, kommer man att få en ökad årsavrinning och höjd medelvattenföring i vattendragen nedströms. Totalt sett, när man studerar flygbilder över området, är dock intrycket att den mängd vegetation som är beroende av dikena för sin överlevnad utgör en förhållandevis liten del av hela avrinningsområdena. Därför kommer sannolikt en höjning av medelvattenföringen inte att bli särskilt stor, som högst upp till 10 %. Extrema högvattenföringar kan förväntas minska. När det gäller mer normala högflödessituationer beror utfallet på förhållandet mellan magasineringseffekt i marken kring dikena och dräneringseffekten av diken (se avsnitt 4.1). Eftersom en stor del av myrområdena är mycket flacka och våta kommer normala höga flöden inte att öka efter pluggning av dikena. Lågvattenföringen kommer generellt att öka på grund av minskad evapotranspiration från växter, framför allt under sommarmånaderna. Sidan 10 (23)

11 Ovanstående resonemang för hög- och lågvattenföring gäller om man bortser från den effekt som en förflyttning av vattendelaren mellan Stockbäcken och Hemmingsån kommer att få. Denna kommer troligen att dominera över den generella påverkan på vattenbalansen som pluggningen av diken innebär, det vill säga lågvattenföringen i Stockbäcken kan förväntas minska och högvattenföringen i Hemmingsån kan förväntas öka, åtminstone vad gäller normala högvattensituationer. För att man ska kunna säga något mer bestämt om förhållandena efter en pluggning jämfört med före behöver man bättre upplösning i höjddata över området mellan Stockbäcken och Hemmingsån. Figur 4-2. Exempel på nyuppslag av skog till följd av ett dike som skärmar av den naturliga grundvattenströmmen. 4.3 Beräkningar Beräkningar av karaktäristiska flöden har gjorts i ett antal punkter i dräneringssystemet (vattendrag och diken). För att beräkna flödena har först vattendelare för de olika avrinningsområdena bestämts med hjälp av topografiska kartan. Det ska betonas att dragningen av vattendelare i flacka myrmarker är vanskligt och areabestämningen, särskilt för små områden, kan vara behäftade med ganska stora relativa fel. Därefter har medelavrinningen för perioden lästs av från SMHI:s avrinningskartor (SMHI, Faktablad nr 12, 2002). Med hjälp av medelavrinningen (Mq) kan man sedan beräkna medelvattenföringen genom att multiplicera Mq med avrinningsområdets area. Följande karaktäristiska flöden har bestämts: MQ = medelvattenföring (över en lång period) MLQ = medellågvattenföring (medelvärde av årets lägsta vattenföring för en lång period) MHQ = medelhögvattenföring (medelvärde av årets högsta vattenföring för en lång period) Sidan 11 (23)

12 MLQ och MHQ har beräknats med empiriska formler framtagna av SMHI (f. Stadshydrologen Ragnar Melin) som är olika för olika delar av landet och för olika storlek på avrinningsområde och sjöandel. En viss hänsyn tas även till storleken på närmast uppströms belägna sjö, i så måtto att betydelsen av denna viktas upp i förhållande till övriga sjöar i vattendraget. Sjöarna har en utjämnande effekt på flöden och under mycket våta förhållanden fungerar även myrar på samma sätt genom att de bildar en sammanhållen översvämmad yta. Där man har stora flacka myrområden kan man därför anta att beräkningarna överskattar högvattenföringen och underskattar lågvattenföringen. Även andra förhållanden (utöver sjö- och myrandel) kan naturligtvis påverka såväl hög- som lågvattenföringen, till exempel områdets form, lutningar, jordarter, geomorfologi, klimat med mera. Därför bör man betrakta skattade låg- och högvattenflöden som förhållandevis grova riktvärden. När det gäller medelvattenföringen bör den stämma ganska väl för den period som ligger till grund för avrinningsberäkningarna (Mq), men variationer i klimatet gör naturligtvis att även denna varierar över tiden. I Figur 4-1visas avrinningsområden nedströms planerade dikespluggningar i Stockbäckens (1) och Hemmingsåns (2) dräneringssystem. I Tabell 4-1visas area och beräknade karaktäristiska flöden för de två avrinningsområdena. Punktnummer i tabellen återfinns även på kartan i Figur 4-1. Tabell 4-1. Karaktäristiska flöden för avrinningsområden i Brötarna. Område Punkt Area (km 2 ) Mq (l/(s * km 2 )) MQ (l/s) MLQ (l/s) MHQ (l/s) Brötarna, före pluggning 1 6, Brötarna, före pluggning 2 14, ,1-7, Brötarna, efter pluggning 1 4, Brötarna, efter pluggning 2 17, ,7-9, Sidan 12 (23)

13 5 Grundvattennivåförändringar För att få några generella skattningar av avsänkningarnas storlek till följd av den dikning som skett sattes en modell upp i Modflow 1 över ett tvärsnitt av en våtmark. Modelleringen är gjord i ett tvådimensionellt rutnät av celler som kan tilldelas olika hydrauliska egenskaper. Modellen är ansatt så att flödet i torven är riktat mot ett dike i ena änden av tvärsnittet. Syftet med detta var att undersöka påverkansområdets storlek eftersom det vid en dämning av dikena är inom detta område som grundvattennivåerna kommer att höjas. Samtliga modellsimuleringar avser stationära förhållanden, det vill säga förhållanden som gäller efter en längre tids anpassning till de förutsättningar som antagits i modellen (till exempel grundvattenbildnings storlek). En torvmarks hydrauliska egenskaper varierar från ytan mot djupet beroende på olika humifieringsgrad. Detta får till följd att den hydrauliska konduktiviteten, som är ett mått på den vattenledande förmågan, avtar mot djupet. Med avseende på den hydrauliska konduktiviteten (K-värdet) kan man grovt sett indela torven i ett ytligt lager om m med en högre hydraulisk konduktivitet (K 10-4 m/s), motsvarande den som man ofta kan finna i morän, och ett djupare lager därunder med en betydligt lägre hydraulisk konduktivitet (K 10-6 m/s). De värden på K som angivits här ligger i det övre registret bland de uppgifter som går att finna i litteraturen och har använts för att man snarare ska överskatta än underskatta avsänkningarnas storlek och därmed även påverkansområdet kring dikena. Denna tudelning av torvens hydrauliska egenskaper innebär att det främst är de översta metrarna som påverkas av dikningen och att det är här som man kommer att få höjda grundvattennivåer vid dämning av diken. Endast i dikenas omedelbara närhet (inom cirka 20 meter från dikena) kan man under vissa omständigheter få en större påverkan. Det innebär dessutom att dikenas djup inte har någon större betydelse när man kommer djupare än cirka meter, så länge som de befinner sig enbart i torv och inte når ner i mer konduktiva material under torven. Vill man torrlägga en torvmark så bör man alltså snarare göra många grunda än få djupa diken. Figur 5-1 till Figur 5-3 visar resultaten av modellsimuleringar under några olika förutsättningar. Figurerna visar hur grundvattennivån avtar med avståndet från diken. Dikena har antagits vara 1 meter djupa och man kan anta att ursprungsnivån i odikade förhållanden legat på cirka 1 meter eller strax däröver. Figur 5-1 illustrerar olika våta förhållanden. Den bortre gränsen i tvärsnittet har antagits vara en sluten gräns, det vill säga inget tillskott av grundvatten har kommit från omgivande marker utan endast från grundvattenbildning uppifrån (nederbörd minus avdunstning). 1 Modflow är den internationellt mest använda och väldokumenterade modellen för grundvattensimuleringar. Sidan 13 (23)

14 Figur 5-1. Beräknad grundvattennivå som en funktion av avstånd till ett en meter djupt dike vid olika storlek på grundvattenbildningen. Blå kurva representerar våta förhållanden (högre grundvattenbildning) och den röda kurvan torrare förhållanden (lägre grundvattenbildning). Den blå linjen visar grundvattennivån vid en grundvattenbildning motsvarande medelförhållanden i Brötarna. Grundvattenbildningen har antagits motsvara avrinningen och hämtats från SMHI:s kartor över avrinningen i Sverige (SMHI, Faktablad nr 12, 2002). Medelavrinningen är enligt dessa kartor 8 10 l/s km 2 i Brötarna. Den röda linjen visar förhållandena vid en grundvattenbildning motsvarande ¼ av medelavrinningen och representerar torrare förhållanden under året. Som man kan förvänta sig är grundvattennivåerna högre under våta förhållanden och skillnaden är större ju närmare diket man kommer. Vid den högre grundvattenbildningen var det nödvändigt att komplettera modellen med ytterligare ett lager med högre K-värde (10-3 m/s) för att modellsimuleringen skulle gå att genomföra med rimliga resultat. I verkligheten hade man sannolikt fått ytavrinning under dessa förhållanden. Eftersom en stor del av avrinningen sker under en kortare period av året, främst i samband med snösmältning och ibland även under regniga höstperioder, kan medelavrinningen knappast sägas representera den grundvattenbildning och de förhållanden som råder under större delen av året. En god gissning är nog att den röda linjen bättre representerar medelförhållandena under året. Tillrinningsområdets storlek runt dikena, eller om man så vill tvärsnittets längd innan man når omgivande fastmark, har också betydelse för avsänkningens storlek. Detta visas i Figur 5-2 där den röda linjen är densamma som i Figur 5-1 och den blå linjen visar grundvattenytan när tvärsnittets längd endast är 50 meter. I övrigt är förhållandena i de båda simuleringarna lika. De största avsänkningarna, och därmed även den största höjningen av grundvattennivåerna vid dämning kan man alltså förvänta sig där flödesvägarna i torven är korta och omgivande mark inte tillför något eller mycket lite vatten från sidan, till exempel om man har en myr som angränsar till berg i dagen eller till en vattendelare. Sidan 14 (23)

15 Figur 5-2. Beräknad grundvattennivå som en funktion av avstånd till ett en meter djupt dike vid olika avstånd mellan diket och omgivande fastmark. Det har antagits att torvmarken inte får något tillskott av vatten från omgivande fastmark. Mellan närliggande diken får man en större avsänkning på ett visst avstånd från dikena än intill ett enskilt dike. Detta visas i Figur 5-3 där ett dike placerats även i tvärsnittets andra ände. Ju närmre dikena ligger desto större blir samverkanseffekten i form av större avsänkningar. I Brötarna är avstånden mellan dikena så stora att denna samverkanseffekt uteblir utom i närheten av dikeskorsningar. Sidan 15 (23)

16 Figur 5-3. Beräknad grundvattennivå som en funktion av avstånd till två stycken en (1) meter djupa diken. Samverkanseffekten ökar avsänkningen mellan dikena jämfört med om man endast har ett dike (röd kurva). Ansatserna vid modellberäkningarna är valda så att de snarare överskattar än underskattar avsänkningarnas storlek och sammanfattningsvis visar resultaten följande: Det är framför allt de översta metrarna av torvmarken (med högre vattenledande förmåga) som kommer att påverkas av dämningen På större avstånd än cirka 50 meter från dikena kommer grundvattennivån normalt att stiga mindre än någon decimeter. Undantag kan finnas där flödesvägarna är korta. Endast i dikenas omedelbara närhet (inom cirka 20 meter) kan man få en påverkan som överstiger meter. Dikenas djup har ingen större betydelse när man kommer djupare än cirka meter, så länge som man befinner sig i torven och inte når mer konduktiva material under torven. Ytterligare förhållanden som bör beaktas vid bedömningen av dämningens påverkan på grundvattennivåerna är följande: Tillskott av grundvatten från omgivande fastmark. Modellberäkningarna har inte tagit hänsyn till ett sådant tillskott. Dikena går ner i underliggande friktionsjord. Modellberäkningarna är gjorda enbart för torv. Diken som skär grundvattenströmmens naturliga flödesriktning. I den typen av myrmarker som finns i de undersökta områdena har man i normalfallet även ett tillskott av vatten från omgivande fastmarker. Under sådana omständigheter bör påverkansområdet kring dikena i själva verket vara mindre än om man inte har detta laterala tillskott. Om dikena når ner i en underliggande mineraljord med högre vattenledande förmåga blir effekten av dikena mer svår att förutsäga. Via mineraljorden kan avsänkningen bli större på längre avstånd beroende på mineraljordens utbredning. Man kan också tänka sig att man får Sidan 16 (23)

17 ett visst dränage från torven och ner i den underliggande mineraljorden, även om detta bör vara ganska litet med tanke på torvens låga hydrauliska konduktivitet på djupet. Diken som skär grundvattenströmmens huvudriktning har en markant större effekt på omgivande marker nerströms än uppströms diket. Ett tydligt exempel kan ses i Brötarnas naturreservat, Figur 5-4. I kartan kan man se att diket i centrum sneddar över kartans höjdkurvor. Eftersom man kan anta att grundvattenströmmen i stort sett går vinkelrätt mot höjdkurvorna kommer diket därmed även att skära snett mot grundvattenströmmens huvudriktning. Fotot till höger är taget på samma dike från en helikopter, riktat mot norr, och det är uppenbart att man har betydligt torrare förhållanden, med fler uppvuxna träd på nerströmssidan (öster om diket) än på uppströmssidan (väster om diket). Figur 5-4. Effekten av ett dike som skär av den naturliga grundvattenströmmen i en sluttning. Torrare förhållanden råder på nerströmssidan av diket. 5.1 Tidsåtgång för återställande av grundvattennivåer efter pluggning Mäktigheten hos det markskikt som är dränerad på grund av dikning varierar över året och är normalt som störst i slutet av växtsäsongen. Man kan anta att den modellsimulering som gjorts med den lägre grundvattenbildningen ganska nära motsvarar denna situation (se Figur 5-5). En beräkning av den omättade volymen (blåtonad i figuren) visar att denna utgör cirka 12.5 m 3 per breddmeter av diket. Även om den totala porositeten i torv är hög (uppemot 90 %) är den dränerbara delen betydligt mindre och om man tar hänsyn till ett visst växttäcke som kan ta upp en del av det tillgängliga vattnet, återstår det kanske en porvolym på ca 50 % som behöver fyllas för att man ska uppnå mättnad, eller drygt 6 m 3 per breddmeter dike. Omräknat i vattenpelare blir detta cirka 60 mm. Denna siffra ska jämföras med en medelavrinning som motsvarar cirka 300 mm i Brötarna. Den slutsats man kan dra av ovanstående beräkning är att en normal våravsmältning med marginal borde räcka för att fylla såväl diken som kringliggande mark så att grundvattennivåerna återgår till nivåer motsvarande de som gäller för odikade förhållanden. Detta förutsätter naturligtvis att pluggningen blir lyckad så att läckaget via pluggarna är lågt. Sidan 17 (23)

18 Grundvattennivå (m) K=10-4 m/s K=10-6 m/s Avstånd (m) Figur 5-5. Beräknad grundvattennivå som en funktion av avstånd till ett en meter djupt dike. Den omättade delen av torven (tonad del) finns framför allt nära dikena och i den mer genomsläppliga delen av torven (0.6 1 meter). Sidan 18 (23)

19 6 Riskobjekt och omgivningspåverkan Vid bedömning av påverkan på omgivande grundvattennivåer till följd av pluggningen av diken har bland annat resultaten av modellsimuleringarna och slutsatserna i avsnitt 5 använts. Eftersom det närmsta avståndet mellan reservatsgränsen och något av diken som är planerade att dämmas är 325 meter (dike som ansluter till Stockbäcken i reservatets nordvästra hörn) kommer inga områden utanför reservatsgränsen att påverkas av dämningarna. Störst påverkan på grundvattennivåerna kommer man sannolikt att få öster om det långa dike (sydligast av planerade dämningar) som skär höjdkurvorna, och därmed även grundvattenströmmen, i sluttningen från Storbrännholmen ner mot Hemmingsån (se avsnitt 5). Även detta dike är dock tillräckligt långt från reservatsgränsen, cirka 450 meter som kortast, för att man inte ska få någon höjning av grundvattennivåerna utanför denna. Den förflyttning av vattendelaren som blir följden av dämning av de diken norr om Hemmingsån som leder till Stockbäcken kommer otvivelaktigt att påverka flödena i Hemmingsån och Stockbäcken. Störst relativ påverkan får man i Stockbäcken där en minskning av medelvattenflödet maximalt skulle kunna uppgå till ca 40 % omedelbart nedströms de pluggade dikena. Sannolikt kommer dock påverkan att vara mindre än så. Detta gäller även den ökning av medelvattenföringen som beräknats till maximalt 20 % i Hemmingsån i en punkt omedelbart nedströms de pluggade dikena. Längre ner i systemet avtar den relativa betydelsen av förändringen allt eftersom nya biflöden ansluter. En viss ökad risk för översvämningar i Hemmingsån kan inte uteslutas, men för att kunna uttala sig med någon säkerhet på denna punkt behöver man i första hand utreda höjdförhållandena mellan Stockbäcken och Hemmingsån och i andra hand Hemmingsåns benägenhet för översvämningar. 6.1 Erosion Risken för erosion av torven där vattnet på grund av pluggarna söker sig nya vägar beror i första hand på vattenhastighet och markens egenskaper. Vegetation minskar risken för erosion och kombinationen av ett sammanhängande växttäcke och flacka förhållanden gör att risken för erosion är liten. Torvmarkerna har idag ett mycket rikt marknära växtliv som ger dem ett bra skydd mot erosion. Syftet med restaureringarna är att återställa torvmarkerna till ursprungliga förhållanden och att bevara den vegetation och de kärlväxter som är specifika för de olika våtmarksområdena. Restaureringen kan visserligen öka frekvensen av ytavrinning men bör inte påverka marktäcket och dess skyddande effekt mot erosion. Brötarna är ett flackt område och sammantaget bedömer vi att risken för erosion utanför dikena till följd av restaureringarna är liten. Däremot kan man inte utesluta att man får en viss erosion kring pluggarna om vattnet söker sig nya vägar runt dessa utan att breda ut sig åt sidorna. Detta kan i viss mån motverkas genom att man placerar och konstruerar pluggarna så att möjligheten till lokala flödesvägar alldeles intill pluggarna minimeras, se vidare i avsnitt 7.1. Sidan 19 (23)

20 7 Pluggar 7.1 Allmänt Att anlägga fördämningar för att återställa våtmarker har flera gynnsamma effekter. Generellt gäller att en liten fallhöjd per plugg ger bättre förutsättningar för att naturliga strukturer som flarkar kan omleda vatten ut från dikets närområde. Detta bidrar till att naturliga avrinningsmönster av mer översilande karaktär kan etableras. En stor fallhöjd över respektive plugg skapar en hydraulisk gradient som driver infiltrerat vatten uppströms pluggen in mot diket nedströms. Det gör att området på nedsidan dräneras som tidigare. Denna mekanism finns givetvis även vid små höjdskillnader mellan nivåerna men ju mindre nivåskillnad desto större möjligheter för mindre, lokala strukturer att leda vatten ut från dikets närområde. Dämning av diken med stor fallhöjd kräver således korta avstånd mellan pluggar för att uppnå en effekt som sträcker sig utanför dikets absoluta närområde. En mycket lokal effekt kan förväntas för diken där lutningen är sådan att man måste acceptera att en relativt stor höjdskillnad måste tas av respektive plugg. För diken med stor lutning kan därför en relativt liten effekt förväntas samtidigt som arbetsinsatsen är stor. Den enda effektiva åtgärden i denna typ av diken är igenläggning, vilket rekommenderas där material finns tillgängligt. I områden där antalet pluggar blir mycket stort kan det annars vara att föredra att koncentrera åtgärderna till vissa prioriterade områden med extra skyddsvärda lokaler. För avskärande diken med stor lutning kan det trots de ovan nämnda skälen ge en god effekt med pluggning då den allmänna hydrauliska gradienten är tvärs över diket. Detta betyder att från de magasin som bildas uppströms respektive plugg kan vatten infiltrera och föras vidare bort från diket och ha en effekt på hela området beläget lägre än diket. Där pluggarna ska byggas rekommenderar vi att de utförs med fascister enligt den metod som Länsstyrelsen redan prövat i Brötarna. Fascisterna bör tätas för att säkerställa en hög vattennivå även under perioder med låga flöden. Detta gäller speciellt för diken i områden med liten lutning. Geotextil i kombination med tätande torvlager på uppströmssidan är ett alternativ för att täta pluggarna. Ett annat alternativ kan vara att använda geomembran (tät duk). För att uppnå den önskade omfördelningen av vatten från dike till omkringliggande våtmark är det viktigt att pluggarnas överkant är i nivå med omgivande markyta. Detta för att det normalt finns ett relativt högkonduktivt material i den övre delen av torvpacken. Om nivåerna ökar men magasinet inte når den högkonduktiva zonen är mycket av de önskade effekterna av dämningen förlorad, det innebär att det står vatten i diket men ingen infiltration eller ytavrinning till omkringliggande våtmark sker. För att uppnå önskad effekt rekommenderar vi en generell höjdskillnad på vattennivån mellan angränsande pluggar på 0.3 meter. En mindre höjdskillnad ger en bättre effekt på omkringliggande våtmark, men gör också att antalet pluggar ökar. En nivåskillnad på 0.3 meter per plugg är en kompromiss där hänsyn tagits till arbetsinsats och hydrologiska parametrar. Denna nivå kommer på vissa sträcker vara högre eller mindre därför att lokala anpassningar krävs, till exempel där fallhöjden är stor. I diken med friktionsjord i botten kan man räkna med att läckage sker under pluggen, i det grövre materialet. Vid anläggandet av pluggar i dessa områden bör man täta under pluggen för att minimera detta läckage. Stenar och grus i dikets botten bör avlägsnas och ersättas av tätare material. Sidan 20 (23)

21 7.2 Beräkningar För de flesta av dikena i Brötarna är höjdskillnaderna små vilket ställer höga krav på upplösningen hos höjddata för att uppskatta antal pluggar. Små nivåvariationer fångas inte upp då höjddata har en grov upplösning och därmed blir skattningen av antalet pluggar samt avståndet mellan pluggarna osäkert längs dessa sträckor. I Tabell 7-1 redovisas antal pluggar och avståndet mellan pluggarna. De diken som ska restaureras har tilldelats ett nummer som även återfinns i Figur 7-1. Figur 7-1. Diken aktuella för återställning i Brötarnas naturreservat. Beräknat antal pluggar och avståndet mellan dessa bygger på dikenas lutning och önskvärd dämningsnivå. Man behöver även beakta områdesspecifika förhållanden på plats för att slutgiltigt avgöra placeringen av pluggarna. Ett exempel på detta illustreras i Figur 7-2. I bilden syns tydliga tvärgående strukturer kring ett av de diken som ska dämmas i Brötarnas naturreservat. Generellt sett bör placering av pluggar ske vid strukturer som dessa eftersom de kan styra ut flödet åt sidorna och hjälpa till att skapa ett brett översilande flöde. Detta innebär att slutgiltigt beslut om placering av pluggarna bör tas på plats. Sidan 21 (23)

22 Figur 7-2. Pluggar bör förläggas till tydliga tvärgående strukturer i samtliga diken där detta förekommer. Tabell 7-1. Antal pluggar samt avstånd mellan pluggarna för varje dike som ska dämmas. Dike Avstånd (m) Antal Nivåskillnad (m) 1a b a b c Sidan 22 (23)

23 8 Referenser Eriksson, S. och Wallentinus, H-G. Torven och den biologiska mångfalden. Stiftelsen Svensk Torvforskning projektrapport 50. Laine, J Short-term effects of peat land drainage on the runoff conditions and the quality of discharge water. In: Peat, its Properties and Perspectives of Utilization. Proceedings of the International Symposium of the IPS commission IV and II, Minsk, Lisa Håhus och Per Olof Nystrand, Länsstyrelsen i Jämtlands län. Muntlig referens. Lundin, L Impacts of forest drainage on flow regime. Studia Forestalia Suecica, No 192, Swedish University of Agricultural Sciences, Faculty of Forestry. Uppsala, Sweden. Länsstyrelsen i Jämtlands län Bevarandeplan för Natura 2000-område Tysjöarna SE Länsstyrelsen i Jämtlands län Förfrågningsunderlag Upphandling av hydrotekniska och hydrologiska utredningar inom Öjsjömyrarna, Blekbäcken Stensundet, Brötarna, Tysjöarna och Ånnsjön. Bilaga 4. Länsstyrelsen i Jämtlands län Bevarandeplan för Natura 2000-område Brötarna SE Länsstyrelsen i Jämtlands län Bevarandeplan för Natura 2000-område Blekbäcken - Stensundet SE Länsstyrelsen i Jämtlands län Bevarandeplan för Natura 2000-område Ånnsjön SE Länsstyrelsen i Jämtlands län Bevarandeplan för Natura 2000-område Öjsjömyrarna SE Naturvårdsverket Skogs- och myrdikningens miljökonsekvenser. Slutrapport från ett projektområde. Naturvårdsverket rapport Naturvårdsverket Åtgärdsprogram för bevarande av rikkärr. Naturvårdsverket Rapport Petersen, R. C., Petersen, L.B. M. och Lacoursiere, J A Building block model for Stream Restoration, River Conservation and Management. Stream Corridor Restoration, Principles, Processes and practices, By FISRWG, GPO Item No A; SuDocs No. A 57.6/2:EN/PT.653. ISBN Verry, E.S The hydrology of wetlands and man s influence on it. In: Proceedings of the Symposium on the Hydrology of Wetlands in Temperate and Cold Regions. Vol 2. The publications of the Academy of Finland 5/1988, Sidan 23 (23)