Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken

Transkript

1 Författare: Uppdragsgivare: Sture Lindahl Valdemarsviks kommun/envipro Granskare: Granskningsdatum: Dnr: Version: Cecilia Ambjörn /603/ Rapport Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken Sture Lindahl Uppdragstagare SMHI Norrköping Uppdragsgivare Valdemarsviks Kommun Valdemarsvik Distribution Valdemarsviks Kommun, Nina Eskilsson ENVIPRO, Pär Elander Kontaktperson Sture Lindahl sture.lindahl@smhi.se Kontaktperson Nina Eskilsson nina.eskilsson@valdemarsvik.se Klassificering ( ) Allmän ( ) Intern (x) Affärssekretess Nyckelord Vattenomsättning, Valdemarsviken, 3D-beräkningar Övrigt

2 Sammanfattning Totala uttransporten genom Valdemarsviken har beräknats med en tredimensionell numerisk modell för tre olika fall. Analysen har utförts för tre situationer: Årsmedelförhållanden, förhållanden med liten tillrinning i åarna innerst i viken och svag vind och för en situation med hög tillrinning, stark vind och stark påverkan från havet utanför Valdemarsviken. Resultaten redovisas för två tvärsnitt, ett vid Grännäs och ett vid vikens tröskel längre österut. Resultaten av beräkningarna presenteras i tabellen nedan. Beräkningsfall Uttransport vid Grännäs Uttransport vid tröskeln (m 3 /s) (m 3 /s) Årsmedelförhållanden Låg vattenomsättning 14 3 Hög vattenomsättning Att de totala uttransporterna vid Grännäs blir högre än vid tröskeln i de två första fallen beror på att en recirkulation av vatten uppstår innanför tröskeln. Fallet med hög vattenomsättning skall betraktas som ett extremfall med kort varaktighet. Vid detta tillfälle sker uttransport på så gott som alla nivåer. För att beräkna transporter ut ur viken av olika ämnen, så innehåller ju oftast vattnet på olika nivåer olika koncentrationer. Speciellt kan värdena vid botten vara höga, då det är sedimenten som är kontaminerade. Därför kan SMHI erbjuda att specifikt kvantifiera uttransport när bottnen. Bakgrund Valdemarsviks kommun utreder för närvarande förekomsten, spridningen av och risken med föroreningar, främst krom men även kvicksilver mm i Valdemarsvikens sediment. Höga föroreningshalter förekommer framför allt i den inre delen av viken, fram till Grännäs. Som ett komplement till de undersökningar som genomförs inom ramen för utredningen har kommunen beställt en översiktlig värdering av vattentransporten från Valdemarsviks hamn och vidare utåt i viken av SMHI. SMHI - Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken 1

3 Syfte Värderingen skall leda till en uppskattning av total utåtgående transport genom två snitt, ett vid Grännäs och ett vid den grunda tröskeln nära Vittvik, se figur 1. Analysen skall utföras för tre situationer: Årsmedelförhållanden, förhållanden med liten tillrinning i åarna innerst i viken och svag vind och för en situation med hög tillrinning, stark vind och stark påverkan från havet utanför Valdemarsviken. Valdemarsvik Grännäs Vittvik "Tröskeln" Figur 1. Sjökortsutdrag över Valdemarsviken. Tillgängliga data Uppgifter om kustlinje och bottentopografi har hämtats ur Sjöfartsverkets digitaliserade sjökortsdatabas för området. Flöden från vattendragen för vecka och månad för några år har tillhandahållits av beställaren. Komplettering med karakteristiska vattenföringar har utförts av SMHI. Observationer från mätningar av hydrografi från flera stationer och för flera år har levererats av beställaren. Vindförhållanden för området vid Valdemarsviken har tagits fram genom analys i samverkan med meteorolog på SMHI. SMHI - Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken 2

4 Metodik, beräkningsfall För beräkningarna har en tredimensionell numerisk modell utnyttjats. Den aktuella modellen (Phoenics) har använts av SMHI i ett stort antal projekt. Modellen arbetar i ett beräkningsnät som designas för varje nytt beräkningsområde. Beräkningsnätet består av ett stort antal celler som beskriver analysområdet i både horisontal- och djupled (fig. 2). I samråd med beställaren har beräkningsnätet lagts så att det täcker ett område som börjar strax innanför Stora Ålö och slutar vid Valdemarsvik. För varje cell i nätet beräknas hastighet, turbulens, salthalt och temperatur. I detta fall summeras dessutom den totala utåtgående transporten i två tvärsnitt. Figur 2. Modelldjup i meter och beräkningsnät i de inre delarna av Valdemarsviken. De krafter som driver vattnet i modellen genereras i denna beräkning av vind, utflöde genom de två åar som mynnar i vikens inre del och i ett fall dessutom av en vattenståndsskillnad mellan viken och havsområdet utanför den. Med hänsyn till att Valdemarsviken är smal och till stor del omgiven av höjder kommer den troligen att styra upp vinden så att andelen vind med riktning längs viken blir stor jämfört med förhållandena på en friliggande plats. I detta fall studeras därför fall med vind längs med viken. Över året bedöms vind från nordväst dominera. Genomgång av mätdata visar att temperaturskiktning är vanlig i Valdemarsviken. Tydlig salthaltsskiktning förekommer endast under årstider med högre flöden i åarna, och då i de inre delarna. För beräkningarna har därför en temperaturskiktning med ett språngskikt på ca 10 meters djup ansatts. Beräkningarna har inletts med en konstant SMHI - Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken 3

5 salthalt i hela viken. Efterhand har det utströmmande sötvattnet från åarna skapat en svag skiktning i de inre delarna. Följande fall har valts för analys: - Årsmedelfallet, nordvästlig vind 3 m/s, medelvattenföring i åarna sammanlagt 0.43 m 3 /s, temperaturskillnad mellan vattnet över och under språngskiktet 10 grader och salthalten 6.0 promille. - Låg vattenomsättning, nordvästlig vind m/s, medel-låg vattenföring i åarna sammanlagt 0.05 m 3 /s, temperaturskillnad mellan vattnet över och under språngskiktet 10 grader och salthalten 6.0 promille. - Hög vattenomsättning, nordvästlig vind 12 m/s, medel-hög vattenföring i åarna sammanlagt 3.3 m 3 /s, temperaturskillnad mellan vattnet över och under språngskiktet 10 grader och salthalten 6.0 promille. Dessutom en vattenståndskillnad mellan Valdemarsviken och havet utanför som genererar en utgående ström på 0.25 m/s i vikens mynning. Resultat Resultaten av beräkningarna sammanfattas i tabell 1 som totala utåtgående transporter genom de valda tvärsnitten. Beräkningsfall Uttransport vid Grännäs Uttransport vid tröskeln (m 3 /s) (m 3 /s) Årsmedelförhållanden Låg vattenomsättning 14 3 Hög vattenomsättning Tabell 1. Beräknade totala uttransporter för de valda fallen Resultaten i tabellen visar att för fallen medelvattenomsättning och låg vattenomsättning är transporterna större vid Grännäs än vid tröskeln. Anledningen till detta är att en recirkulation uppstår i det djupare området mellan Grännäs och tröskeln. En del vatten transporteras västerut, dyker, går tillbaka som en djupström, stiger och går ut genom Grännässnittet igen, se figur 3. Vid medelfallet leder detta dessutom till en viss uppluckring av temperatursprångskiktet. Sådana försvagningar av språngskiktet kan återfinnas i mätdata även sommartid när skiktningen normalt är stark. I fallet med hög vattenomsättning leder det lägre vattenståndet utanför Valdemarsviken till att en kraftig utström skapas som syftar till att sänka vikens nivå. SMHI - Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken 4

6 Till detta adderas den ström som genereras av den höga vindhastighetens kraft på vattenytan. Utström sker i princip på alla djup. Temperaturskiktningen bryts ned av de starka, drivande krafterna. Detta fall skall betraktas som ett extremfall med kort varaktighet, uppskattningsvis några timmar. Figur 3. Strömmar i ett längdsnitt genom Valdemarsvikens inre del sedd från sydväst. Kommentar För att beräkna transporter ut ur viken av olika ämnen, så innehåller ju oftast vattnet på olika nivåer olika koncentrationer. Speciellt kan värdena vid botten vara höga, då det är sedimenten som är kontaminerade. Därför kan SMHI erbjuda att specifikt kvantifiera uttransport när bottnen. Detta är mycket enkelt att göra då vi nu har en uppsatt 3-dimensionell modell för hela viken. Modellen löser ju upp bottnen i olika delar om det är så att vissa områden är mer belastade än andra, och beräknar vad som sker på olika nivåer. Man kan även koppla de olika beräkningsfallen till en flerårsstatistik för att på så sätt beräkna utflöde av ett ämne under ett visst år eller ett typiskt år. Om man önskar en ökning av precisionen i den tredimensionella modellen krävs mätdata från ett eller flera väldefinierade tillfällen. I det här fallet kunde detta t.ex. vara strömuppgifter från Grännässnittet och tröskelsnittet för några olika, stabila vädersituationer. SMHI - Värdering av vattenomsättningen i Valdemarsviken 5