Operativ prediktionsmodell för miljöpåverkan av vägsalt en förstudie

Transkript

1 Instutionen för Mark- och vattenteknik Operativ prediktionsmodell för miljöpåverkan av vägsalt en förstudie Per-Erik Jansson 1, Ann-Catrine Norrström 1, Hans Cedermark 2, Lennart Folkeson 3 1 Institutionen för Mark- och vattenteknik, KTH 2 Centrum för Drift och underhåll av infrastruktur, KTH 3 Väg- och transportforskningsinstitutet Bakgrund och problemformulering Vintersaltning med natriumklorid (NaCl) förekommer i hela södra Sverige och upp i Dalarna och Västernorrlands län. Längre upp i Sverige saltas mycket lite med undantag för E4:an. Spridningen av vägsalt i Sverige startade i mitten av 1960-talet och givorna har ökat stadigt sedan dess. Idag sprider Vägverket mellan och ton per år. Till det kommer den andel som kommunerna sprider. Natriumklorids påverkan på den omgivande miljön har studerats i olika inventeringar och forskningsprojekt sedan 1970-talet i Sverige. Det är framför allt Cl jonens påverkan som har undersökts i grundvatten och ytvatten (Bäckman et al, 1979; Bäckman & Folkeson, 1995; Thunqvist EL, 2000;), enskilda brunnar (Olofsson & Sandström, 1998) och vegetation (Blomqvist, 2001). Klorid transporteras ganska fritt i marken och deltar i mycket ringa utsträckning i kemiska processer jämfört med andra ämnen. Det innebär att det är förhöjda Cl halter som observeras först. De skador som Cl jonen ger upphov till i vattentäkter är ringa, men en förhöjd halt visar att det finns en hydraulisk kontakt mellan vägen och vattentäkten. Det finns därmed risk för att andra mer farliga ämnen kan nå vattentäkten på sikt. I motsats till Cl så deltar andra ämnen i markprocesser och det sker därmed en fördröjning av deras transport i marken. Natrium, den andra jonen i vägsalt fördröjs i den omättade markzonen genom jonbytesprocesserna. Den första indikationen på en påverkan av natrium är en ökad hårdhet (kalcium+magnesium) i grundvatten (Fabricius & Olofsson, 1996; Norrström & Bergstedt, 2001) och i ytvatten (Shanley, 1994; Mason et al., 1999). Natrium påverkar också markförhållandena så att en uttransport av de tungmetaller som finns ackumulerade längs vägar kan frigöras för vidare transport (Norrström & Jacks, 1998; Norrström & Bergstedt, 2001). Även om det idag finns relativt mycket kunskap om påverkan på naturmiljön och på tekniska kunstruktioner när vägsalt sprids så existerar inget enkelt alternativ. Väghållaren måste därför göra en avvägning mellan transportpolitikens delmål trafiksäkerhet, transportkvalitet och 1

2 miljö, anpassa och effektivisera saltgivan så att negativa effekter på den omgivande miljön minimeras och hålls inom en acceptabel nivå. Det är inte heller enkelt att fastställa några entydiga och allmängiltiga samband mellan förändrade tillstånd (effekter) och uppkomna skador på omgivande miljö. Effekterna är dock påtagliga och enligt miljöbalken så åligger det den som sprider saltet att redovisa kunskaper både om vilka effekter som åstadkoms och vilka eventuella skadeverkningar som uppkommer genom dessa effekter. Salttransporten och effekter i den omgivande miljön styrs av en lång rad faktorer utöver saltgivan. Bland dessa faktorer kan nämnas trafikkaraktäristika, väderlek samt topografi och markförhållanden. Den omgivande miljön reagerar olika fort i olika delar vilket gör det svårt att särskilja mellan sena förändringar och tidigare. Största fördröjningarna finns normalt i stora och djupa grundvattenmagasin men även den kemiska sammansättningen av markvattenzonen kan vara kraftigt fördröjd. Den sammanlagda saltbelastning som skett under lång tid måste därför beaktas både för att förstå hur motåtgärder verkar och hur negativa effekter uppkommer. Det är dessutom ofta svårt att särskilja naturliga variationer från de som orsakas av en saltgiva som sprids på vägen. Salt finns dessutom naturligt i alla typer av natursystem. I de fall man befinner sig under HK (Högsta Kustlinjen) kan höga salthalter bero på relikt salt och det finns idag ingen helt tillförlitlig metod att särskilja källorna. Flera kommuner är oroade över ökande salthalter i kommunala och enskilda vattentäkterna och upplever vintervägsaltning som en konflikt mot vattenkvalitetsmålet. När det gäller kloridens påverkan på grund- och ytvatten finns många skadefall med säkerhet dokumenterade (Thunqvist, 2000). I Hammarby vattentäkt i Upplands Väsby har Cl koncentrationen ökat från ca 15 mg/l på 1960-talet innan E4 byggdes till 120 mg/l idag (Knutsson et al, 1998). Men även om det idag finns relativt mycket kunskap om påverkan på naturmiljön och på tekniska konstruktioner när vägsalt sprids så existerar inget enkelt alternativ. Samtidigt har kraven på trafiksäkerhet och framkomlighet ökat på vägarna även under vinterförhållanden. Försök har gjorts med att begränsa saltspridningen (se bl a Öberg et al, 1985). Problemet är att antal olyckor och trafikskadade har ökat på de vägar som ingått i försöken. Det finns alltså en konflikt mellan trafiksäkerhet och en god miljö. Väghållaren måste därför göra en avvägning mellan transportpolitikens delmål trafiksäkerhet, transportkvalitet och miljö, anpassa och effektivisera saltgivan så att negativa effekter på den omgivande miljön minimeras och hålls inom en känd nivå. I en nypublicerad rapport föreslås ett antal förändringar i driftsstrategin så att saltmängderna minskar i anslutning till vattentäkter (Johansson, 2001). Men det behövs också ett effektivare redskap för styrning av saltinsatserna så att skador på vegetation, mark och grundvatten kan minimeras. Vägsaltets spridning till vägars omgivning Vägsalts spridning från vägen till omgivningen finns dokumenterat i ett antal rapporter (Pedersen och Fostad 1996; Eliasson, 1996; Blomqvist & Johansson, 1999; Thunqvist, 2000; Blomqvist 2001). De olika spridningsvägarna är avrinning, stänk och spray. Avrinning är den del av saltet som löst rinner av från vägen som vägdagvatten och infiltrerar i marken i vägens omgivning alternativt leds bort från vägområdet. Övriga spridningsmekanismer är salt som kastas upp från vägbanan och sedan transporteras vidare till omgivningen som stänk eller med hjälp av vinden som spray. En konceptuell modell för vägsalts olika spridningsvägar visas i Figur 1 (Blomqvist, 2001). De olika spridningvägarnas del i den totala uttransporten från vägen beror av några olika faktorer tex trafikens instensitet, typ av vägbeläggning, nederbörd och vind. Den del som transporteras ut med hjälp av vinden kan nå olika långt bort från vägområdet beroende på bl a vindens hastighet och riktning. De flesta undersökningar visar att större delen av saltet deponeras inom 10 m från vägområdet (Pedersen och Fostad 2

3 1996; Eliasson, 1996; Blomqvist & Johansson, 1999). Blomqvist & Johansson, (1998) fann att 90% av den del av saltet som spreds som stänk, plogning eller spray deponerades inom 20 m från vägen. Spridningen är stor och i ovan refererade studier har ingen hänsyn tagits till terrängförhållandena. Den övriga delen av saltet transporteras med vägdagvattnet från vägen och infiltrerar i marken i anslutning till vägen. Bakgrundsdeposition Vind Stänk och plogning Spray Avrinning Grundvattentransport Figur 1. Konceptuell modell för vägsalts spridning till omgivningen från vägen. Från Blomqvist (2001). Oberoende av spridningssätt för saltet från vägen så når saltet så småningom grundvattnet för vidare transport. För effekter på grundvattnet har det ingen betydelse hur saltet sprids från vägen men för påverkan på vegetationen och halter i markvattnet har det stor betydelse. Forskning om vägsalts spridning till vägens omgivningen pågår inom ramen för Vintermodellen genom Göran Blomqvist, VTI. Transport av salt i markvattenzonen Saltets transport i den omättade zonen eller markvattenzonen är beroende av ett antal faktorer där markens textur är en av de viktigaste, andra viktiga faktorer är vegetationen och dräneringsförhållanden (topografi). Markens textur är avgörande för infiltrationskapaciteten och också för den vidare transport i den omättade zonen. Kloridjonen transporteras tämligen fritt i marken eftersom den i motsats till andra ämnen inte deltar i någon större utsträckning i markprocesserna även om det nyligen har kommit indikationer på anjonbyte med sulfat (Ryttar & Norrström, 2000). Det innebär att genom att följa klorids transport i grunden ges information om vattentransporten i marken. Den andra jonen i vägsalt fördröjs i markzonen genom jonbytesprocesser och den första effekten som observeras av natrium är en ökad hårdhet (kalcium+magnesium) i grundvatten (Fabricius & Olofsson, 1996; Norrström & Bergstedt, 2001) och i ytvatten (Shanley, 1994; Mason et al., 1999). Natrium påverkar också markförhållandena så att en uttransport av de tungmetaller som finns ackumulerade längs vägar kan frigöras för vidare transport (Norrström & Jacks, 1998; Norrström & Bergstedt, 2001). Saltets transport och inverkan på markvattenzonen är studerad i begränsad utsträckning. 3

4 Pedersen & Fostad (1996) placerade ut sonder för provtagning av markvatten 4, 10 och 17 m från vägkant och på jorddjupen 15 och 35 cm. Provtagning skedde månadsvis och proverna analyserades på Na, Cl, kalcium (Ca), magnesium (Mg), kalium (K), aluminium (Al), ph och elektrisk ledningsförmåga. Den norska studien visade att nederbördsförhållandena under sommarhalvåret avgör tidpunkten för och hastigheten för salturtvättningen. Det krävs stora nederbördsmängder för att saltet ska tvättas ur markvattenzonen. Nederbörden blir därmed bestämmande därmed saltkoncentrationen i marken. Även om fördröjningseffekterna kan vara stora krävs en större tidsupplösning än provtagning varje månad under vissa säsonger för att följa saltets spridning i markvattenzonen, beskriva växtplatsens miljö och den påverkan på jonbytesprocesser som leder till en ökning av grundvattnets hårdhet. Det finns också behov av att undersöka markvattenzonen i olika jordarter, i den norska studien var det främst siltiga jordar som undersöktes. I Sverige är en stor del av vägarna anlagda på isälvsavlagringar som har en grövre textur och där vattenomsättningen är betydligt snabbare. Några studier har också undersökt Na och Cl i jorden som egentligen inte ger någon bra information om salturtvättningen med tiden (Bäckman & Folkesson, 1995; Norrström & Jacks, 1998; Norrström & Bergstedt, 2001). Men i en studie av Norrström & Jacks (1998) påvisades också betydelsen av stora vattenflöden för salturtvättningen på samma sätt som i den norska studien, vid en jämförelse mellan centrala och perifera delar av en infiltrationsgrop för vägdagvatten. Det finns alltså ett behov av experimentiella studier med bestämning av markvattenhalt med TDR-teknik samt provtagning av markvatten med undertryckslysimetrar. En sådan studie skulle ge ytterligare bidrag till information om saltets spridning från vägen och depositionen på olika avstånd från vägen. Vägsalt i grundvattenzonen Kloridökning i både kommunala vattentäkter och i enskilda brunnar är väl dokumenterat i ett flertal inventeringar och forskningsrapporter (tex Bäckman et al., 1979; Fabricius & Olofsson, 1996; Knutsson et al, 1998; Olofsson & Sandström, 1998). Thunqvist (2000) sammanställde kända skadefall av kommunala vattentäkter. En bedömning är att det behövs inga ytterligare behov av mätningar i grundvattenzonen med avseende på Cl. Övrigt Om och när modellen utvecklas mot andra ämnen tex tungmetaller och påverkan på vegetationen inkluderas, krävs helt andra forskningsresurser då det finns många kunskapsluckor kvar. När det gäller den andra jonen i vägsalt dvs natrium och sekundära effekter av vägsalt tex tungmetalläckage finns fortfarande många kunskapluckor kvar. Vägsalts betydelse för tungmetallers frigörelse från markpartiklar och nedtransport till grundvatten är fortfarande mycket lite studerat. Det finns några enstaka laboratoriestudier (Amrhein et al, 1993; Norrström & Bergstedt, 2001) och fältstudier (Norrström & Jacks, 1998). För påverkan på vegetation finns det fortfarande många osäkerheter kvar eftersom det inte är möjligt idag att särskilja hur olika stressfaktorer verkar på olika arter. Behovet av en operativ prediktionsmodell De krav som samhället ställer på verksamhetsutövare har ökat i och med att Miljöbalken infördes i Sverige. En verksamhetsutövare måste idag ha kännedom om de miljöeffekter som deras verksamhet ger upphov till. Tillsammans med riksdagens 15 miljökvalitetsmål syftar miljöbalken till att främja en hållbar utveckling. När EU:s Vattendirektiv införs om några år i 4

5 Sverige kommer troligen kraven på dokumentation av förväntade miljöeffekter i tillgängliga databaser att öka. Slutligen har Naturvårdsverket nyligen presenterat en utredning som föreslår att alla grundvattenresurser ska värderas, även de för eventuellt framtida bruk (Naturvårdsverket, 2001). Sammantaget medför detta att Vägverket måste skaffa sig bättre kunskap om vintervägsaltningens effekter på naturmiljön och effektivare redskap för styrning av saltinsatserna så att skador på vegetation, mark och grundvatten kan minimeras. I framtiden måste Vägverket i större utsträckning värna om naturen i allmänhet och inte som idag bara när ett specifikt ersättningintresse uppkommer. Det leder till att Vägverket måste införa ett redskap i organisationen som kan förutsäga vägsalts skadeeffekter. Idag finns en hel del kunskap och erfarenheter om vägsalts miljöpåverkan som delvis finns dokumenterad i ett antal forskningsrapporter. Men vi saknar överblick och användbara redskap för att göra förutsägelser om vägsalts miljöpåverkan på omgivningen. Modellen kan också användas som ett instrument som visar var behovet av ytterligare experimentell forskning finns. Identifiering av forskningsuppgift Doktoranduppgift Det är viktigt att avgränsa det här föreslagna projektet så att det kan genomföras som ett specifikt projekt där huvudmålet är att använda och utveckla modellen som ett operativt redskap för Vägverket. Men inom detta forskningsområde finns det ett behov att på sikt ha flera doktorander då många osäkerheter föreligger speciellt om vi skall klara kravet på en hög precision i förutsägelsen av miljöeffekter. Den blivande doktoranden bör ha fokusering på natursystemen. Doktoranduppgiften avgränsas till att utveckla modellen för förutsägelser om klorids påverkan på vägens omgivning. Mer specifikt blir doktorandens uppgift att visa med vilken noggrannhet som förutsägelserna kan göras och vilken information som förloras när man går över till en grövre skala. Vidare vilka fel som kan uppkomma pga bristande noggrannhet i indata. Expertstöd Vissa av arbetsmomenten kommer emellertid att kräva specifik datortekniskt kompetens, andra kommer främst att kräva goda kunskaper om salt och saltrelaterade processer i våra natursystem. Det innebär att det finns behov av stödjande expertis inom mark, vatten, vegetation och meteorologi. Relativt stort stöd behövs genom tekniker för att projektet skall bli slagkraftigt och möjligt att använda operativt vid Vägverket. Men det är utanför detta projekts ram att utveckla modellen så att den kan användas operativt fullt ut det kommer enbart att leverera en prototyp till den operativa prediktionsmodellen. Modellutveckling (ansats 1 och 2) Modellutvecklingen börjar med klorids spridning och koncentration i marken, och utvecklas senare när det finns en grund att bygga på till att även omfatta andra ämnen. Växtplatsens miljö skall beskrivas utgående från tillstånd i luft och mark, markens omättade zon skall beskrivas som ett transportmedium för föroreningstransport och tillståndet i grundvattenzonen skall beskrivas som en förväntad koncentration. Utgående från mekanistiska detaljerade modeller konstrueras en enkel modell som kan användas operativt av Vägverket. Den förenklade modellen skall ge acceptabel precision utgående från tillgängliga data. Den förenklade modellen skall också klargöra med vilken insats som en mer detaljerad information om effekter av saltspridning skall kunna erhållas. De mekanistiska 5

6 detaljerade modellerna utgörs av 4 delmodeller; Vägapplikationsmodellen, Spridningsmodellen, Markvattenmodellen och Grundvattenmodellen (Figur 2). 4 delmodeller 1 Salt Vatten Figur 2. De fyra detaljerade mekanistiska delmodellerna som utgör grund för prediktionsmodellen. 1 = Vägapplikationsmodellen; 2 = Spridningsmodellen; 3 = Markvattenmodellen; 4 = Grundvattenmodellen. Delmodellerna 1 och 2 producerar inga utdata som har betydelse för projektets slutprodukt de utgör stöd för de andra delmodellerna. De dynamiska indata och utdata som krävs och produceras inom de olika delmodellerna presenteras i Tabell 1. Utfallet av modellen påverkas också av några viktiga egenskaper. Vägapplikationsmodellen (1) Vägapplikationsmodellen beskriver hur stor andel av saltgivan som transporteras ut till vägens omgivning. Det är stor skillnad i förlust mellan vägsaltets spridningssätt, om det sprids torrt, befuktat eller i lösning (Ericsson, 1995). Förlusterna är störst för torrt salt men trots dess brister är kända används det fortfarande (Henrysson, 2000). Enligt Ljungberg (2000) beror det på bristande kunskap hos entreprenörerna. Den vanligaste spridningsmetoden är med befuktat salt trots att saltlösning innebär både mindre giva och har de minsta förlusterna från vägen till omgivningen. En annan viktig indataparameter är trafikens intensitet och hastighet. Vid höga trafikmängder och höga hastigheter blir förlusterna större. De krav som finns på denna delmodell uppfylls av den Restsaltmodell som är under utveckling av Torbjörn Gustafsson & Jörgen Bogren, Göteborgs universitet. Utvecklingen av restsaltmodellen har 6

7 kommit långt men nederbördsdata behöver optimeras och olika typer av vägbeläggning testat innan modellen kan användas fullt ut. Tabell 1. Dynamiska in- och utdata samt viktiga egenskaper som påverkar resultatet i de olika delmodellerna. Variabler med fet stil representerar de viktiga utdata som genereras av modellen som helhet. Dynamiska indata Dynamiska utdata Viktiga egenskaper Vägapplikationsmodellen Spridningsmodellen Markvattenmodellen Grundvattenmodellen Saltgiva, spridningsmetod, nederbörd, vind, lufttemperatur, trafikintensitet, trafikslag, hastighet Saltgiva, spridningsmetod, nederbörd, vind, temperatur,trafikintensitet, trafikslag Infiltrationshastighet, vind, nederbörd, lufttemperatur Grundvatteninflöde (salt + vatten) Mängd salt på vägen, Saltets fördelning runt vägen Inflöde till mark Kloridkoncentration omättad zon, Grundvatteninflöde, Förändrade egenskaper för transport av föroreningar Kloridkoncentration Grundvatten (ev. dricksvatten) Vägbeläggning Vegetation, Fysikaliska mark- Egenskaper, Markens textur, Vegetationsegenskaper, Dräneringsförhållanden (topografi) Hydrauliska egenskaper, Topografi, Geologisk karta Spridningsmodellen (2) Delmodell 2 beskriver saltets depositionsmönster i vägens omgivning. Dynamiska indata är i mycket samma som för delmodell 1 men i Spridningsmodellen har de betydelse för spridningsmönstret dvs det avstånd från vägen som saltet deponeras. I Vägapplikationsmodellen bestämmer samma indata förlusten av salt från vägen. Vegetationens utseende och utbredning har stor betydelse för hur långt saltet sprids från vägen och kan fungera som ett skydd mot föroreningsspridning. Markens fysikaliska egenskaper påverkar infiltrationskapaciteten i marken och inflödet dit. En grund för delmodellen finns redan (Blomqvist, 2001) och en vidareutveckling pågår av Göran Blomqvist VTI inom ramen för VTI-projektet Vintermodellen som finansieras av Vägverket. Markvattenmodellen (3) Tonvikten på modellutveckling inom det nu sökta projektet kommer att ligga på Markvattenmodellen genom jämförelser och utveckling av Coup-modellen (Jansson & Karlberg, 2001). Salthalten i omättad zon har betydelse för växters vattenupptagning och näringsstatus. Den påverkar också jonbytesprocesserna i marken så att natrium i saltet tränger ut andra baskatjoner (dvs kalcium, magnesium & kalium) från jordens utbytespositioner. Höga natriumhalter påverkar också 7

8 markens struktur så att jordens aggregat bryts upp och kan leda till att finare partiklar, till vilka en stor andel av föroreningar binds, kan transporteras ned till grundvattnet. Grundvattenmodellen (4) Utveckling av Grundvattenmodellen bygger på olika befintliga modeller. En hel del modelleringar har gjorts för kloridtransport i grundvattenzonen med olika typer av modeller. Utgående från Finska representativa exempel utvecklade Niemi (1998) en modell för att bedömma risken för saltkontaminering av grundvattenakvifärer. Syftet med studien var att identifiera riskfaktorer för en förhöjning av klorid i akvifärerna. Den viktigaste faktorn för den observerade Cl halten var storleken på akvifären. Lindström (1998 ) kopplade ihop modellerna MACRO (omättade zonen) och MOC (mättade zonen) med ett GIS baserat system IDRISI för att bedöma risken för kloridkontaminering av vägsalt i en akvifär. Resultaten visade att det kommer att ta dekader innan kloridhalterna återgår till ursprungliga värden efter att vägsaltningen har upphört. Andra exempel är modelleringar utförda på uppdrag av kommuner och Vägverket tex för Stråskära och Bergaåsens vattentäkter. Utvecklingen av Grundvattenmodellen bygger på de befintliga modellerna. Det som kommer att studeras mer specifikt är vilken information som förloras när man går över till en grövre skala. De fyra delmodellerna sätts ihop till en totalmodell där vi kan identifiera vilka parametrar och indata som har den största betydelsen för resultatet. För att göra denna test är det lämpligt att välja ett antal hypotetiska typfall. Den modelleringen kommer att visa vilka förändringar i koncentration av salt vi kan förvänta oss med givna faktorer som tex saltgiva, trafikmängd, klimatet och andra omgivningsfaktorer som indata. Kloriden i vägsaltet kan även nyttjas som spårämne för att förstå vattenomsättningen i den omättade zonen i de olika typfallen. Skalor i tid och rum Vilken skala som modellen ska kunna förutsäga påverkan beror på vad som åsyftas och vilken precision som är önskvärd. En första ansats är att alla in- och utdata ges per dygn och för riskbedömning för kloridförorening en gång per månad. För klorid i grundvattenzonen räcker det troligen med att kunna särskilja de olika årstiderna. I den omättade zonen och om det är marken som växtplats som åsyftas finns behov av en högre tidsupplösning. Detsamma gäller för andra ämnen tex tungmetaller och markprocesser som jonbyte. Men en finare skala innebär samtidigt sämre precision. Den skala som viktiga indata förekommer i styr också precisionen på modellens förutsägelser. Modellen bör kunna förutsäga effekter eller sannolikheten för effekter i en skala av 200 meter vägsträcka. Effekterna på vegetation, mark och grundvatten bör kunna förutsägas i bägge riktningarna från asfaltkant i fyra zoner, förslagsvis 0-15 meter, 15-50, m och m (den sista zonen gäller enbart grundvattnet). En stor del av tillgänglig information i Nationella databaser förekommer i skalan 50 x 50 m. Känslighetsanalyser kommer att klargöra den osäkerhet som beror på olikheter i skalor. När de känslighetsanalyserna föreligger kommer det att vara möjligt att mer noggrant definiera skalor. Ett problem är att marken är ett trögt system och när det gäller natrium sker upplagring i marken varför saltskador på grundvatten och i viss mån vegetation är ett resultat av den sammanlagda saltbelastning som skett under lång tid. Det gör att tidsskalan kan bli ganska grov. 8

9 Viktiga indatas dokumentation och tillgänglighet För att kunna utforma den operativa modellen skall befintliga kunskaper formuleras i bästa möjliga matematiska form. Vi har sedan tidigare goda konceptuella modeller för hela systemet och färdiga detaljerade matematiska modeller för delsystem finns. För att på bästa sätt utveckla den nya matematiska modellen måste vi i hög grad ta hänsyn till hur information från olika datorkällor skall kunna organiseras. Exempel på sådana datorkällor är: forskningsprojekt, Vägverkets egna väg-, trafik- och saltningsdata, befintlig information från VVIS-stationer, från SMHI s nederbördsnät, från lantmäteriets digitala databas och hydrogeologisk information vid SGU. Vägverkets indata Klimatvariabler hämtas via Internet från en centraldator vid Vägverket i Borlänge, det är data som har rapporteras in från VViS-stationer och SMHI med hög tidsupplösning. Dessa data är lättåtkomliga flera år bakåt i tiden. Saltgivan dokumenteras noggrant hos Vägverkets entreprenörer och är förhållandevis lättillgänglig men kräver i regel en tämligen stor arbetsinsats. Dokumentationen sker dock ofta i en grov skala såsom mängd salt per bil, tillfälle och vägsträcka. Längden på vägsträckan varierar beroende på väglaget men utgörs ofta 3-4 mil att jämföra med ambitionen i prediktionsmodellen som är att förutsäga saltpåverkan per 200 m vägsträcka. I de fall hela vägsträckan saltas med samma giva finns den efterfrågade informationen tillgänglig. Det förekommer också att entreprenörer har en differentierad saltgiva men den informationen finns i regel inte dokumenterad. I de distrikt där GPS-systemet används kan mycket mer detaljerad information om saltgivor, position och spridningstidpunkt erhållas. Systemet är under utveckling och på sikt kommer troligen alla entreprenörer att införa GPS-systemet eftersom det kommer att ställas krav från Vägverket centralt om elektronisk dokumentering. Under kommande höst/vinter kommer en kunddatabas att läggas upp med alla entreprenörer som idag använder GPS-systemet (Mats Olsson Vägverket Produktion, personlig kommunikation). Trafikmängderna mäts vid fasta mätstationer timme för timme på strategiska platser. På övriga vägar sker mätningar av trafikmängder vart 3 år. Det är möjligt att särskilja olika trafikslag tex andel tunga fordon (Poul Holmgren, Vägverket Konsult Trafik, personlig kommunikation). Information från SGU Sveriges geologiska undersökning (SGU) har både kartor, som ofta förekommer i skalan 1: , och databaser med viktig information som behövs till modellutvecklingen. Test av modellen Modellen skall vara enkel och pedagogisk, dvs det skall lätt kunna framgå hur den är uppbyggd och den skall kunna modifieras i enskilda delar då eventuell ny bättre kunskap kommer fram. På sikt bör modellen kunna tillämpas på alla större vägar där en frekvent spridning av salt sker. Genom känslighetsanalyser av modellen skall också göras för att kunna utveckla modellen och styra experimenten på det effektivaste sättet. Hur stora fel kan uppkomma för att den nuvarande informationen är felaktig? Denna fråga kan testas genom att undersöka kvaliteten i existerande databaser. Efter inledande test av modellen och en studie av hur noggranna indata som kan erhållas genom existerande databaser bör mer precisa forskningsförslag kunna läggas fram om behovet att förfina modellen. Modellens utformning kommer att vara en kompromiss mellan tillgängliga indata och behov av precision av utdata. Ett viktigt sätt att testa modellen kommer därför bli 9

10 känslighetsanalyser och jämförelser med andra modeller. Det är främst mer detaljerade modeller som kan vara intressanta för att utröna hur stora fel som uppkommer då fel i modellformulering och osäkerhet i indata samverkar. Men det är också intressant att jämföra modellresultaten med andra statistiska modeller som exempelvis den riskananysmodell som utvecklats av Olofsson (1999). Olofsson modell är baserad på en stor mängd data från brunnar i anslutning till vägar. Genom att variera egenskaper i den mekanistiska modellen kan den återge det resultat som är statistiskt förankrat i Olofssons modell. Gontiers (2001) ger en utförlig översikt av hur Olofssons modell kan användas. Det kommer att vara ett viktigt steg i modelltesten att kunna generera data från den mekanistiska modellen så att de överenstämmer med den statistiska-empiriska modell. Modelltest 1 Till en början testas modellen på väl utvalda lokaler där god tillgång till kringdata finns. I ett första skede kommer ett eller flera försöksområden att väljas ut för att testa en första variant av modellen. Den testen kommer att svara på hur noggranna indata som kan erhållas genom nu existerande databaser. Det ska vara väl dokumenterade områden där vissa installationer finns tex grundvattenrör. Förslag på försöksområden är: Bergaåsen. En isälvsavlgring längs E4 mellan Ljungby och Värnamo som Växjö, Alvesta och Ljungby kommuner har planer på att använda som en gemensam framtid vattentäkt. Höga kloridhaler har uppmätts nära vägen, 120 till 400 mg/l. Men har också noterat starkt förhöjda värden av kadmium, zink och bly nära E4. Hög andel tunga fordon, var fjärde fordon tros vara lastbil, dock inte så hög ÅDT totalt. Ett väl dokumenterat område map geologi och hydrologi. Ett stort antal grundvattenrör finns installerade för provpumpning och kemisk analys. En matematisk grundvattenmodell har utvecklats utgående från provpumpningar och provborrningar. I modellen kan grundvattenuttag och infiltration simuleras. Saltgivor finns detaljerat dokumenterat enligt Mikael Johansson, Vägverket Produktion. Det finns förslag på att på sikt avleda dagvattnet till sjön Lagan. Det skulle möjliggöra modellering av saltmängder före och efter en åtgärd. Vintermodellen försöksområden. Låga trafikmängder, begränsad information om för övrigt om områdena. Göran Blomqvist har sina försöksområden här för vidareutveckling av Spridningsmodellen. Heby. Lars Bäckman har ett projekt för att spåra förändringar i brunnar i kloridhalter efter vissa åtgärder tex en förändring av vägytan, lägre hastighet, mindre saltgiva. Använder bara brunnar i de ytliga, sekundära avlagringarna. SGU har mätningar av dels två källor sedan 60- talet och provtar även det djupare grundvattnet sedan Enligt uppgift används GPSsystem på vägsträckan. Upplands Väsby. Finns mycket information om geologin och grundvattenströmning i detta område. Ett antal grundvattenrör finns installerade i grundvattnets flödesriktning mot vattentäkten. Det finns en hel del historiska kemiska vattendata tillgängliga. Markkemin är väl dokumenterad i ytskiktet (Norrström & Jacks, 1998). Mycket höga trafikmängder. En nackdel är att det är motorväg eftersom det innebär svårigheter vid provtagning i vägens nära omgivning. 10

11 Badelundaåsen. (Germundsbos vattentäkt) Det finns mycket data tillgängliga från vattentäkten samt installationer av ett antal grundvattenrör. Fullskaleförsök Den andra modelltesten sker senare då ett antal typområden väljs ut. Modellen är tänkt att kunna tillämpas på alla större vägar där saltspridning förekommer. De flesta kända fall där en påverkan av vägsalt har dokumenteras i grundvattnet utgörs av isälvsavlagring bestående av huvudsakligen grus och sand. Men den dominerande jordarten i en stor del av Sverige är morän. De valda typområdena ska motsvara olika exempel som förekommer längs Sveriges vägnät i de delar där saltspridning sker. Faktorer att beakta vid indelning i typområden Jordart Avrinningsområdets och akvifärens storlek Typ av väg (A1, A2, A3, B1) och bredden på vägen Klimatzoner (avgör saltmängden under säsongen) Nederbördsmängder Förhållandet avrinningsområdets area och andel väg Avståndet från vägen till akvifären Trafikmängden Vegetationens utformning Topografin kring vägen Typ av väg A1, A2, A3, B1 Den inledande modelltest 1 kommer att göra det möjligt att mer detaljerat avgöra olika faktorers betydelse. Utvärdering Resultaten från modellkörningarna kommer att ge utdata i form av kloridkoncentration i markvattenzonen, förändrade egenskaper för transport av föroreningar och kloridkoncentration i grundvatten (Tabell 2). Utvärderingen och syntes av den informationen är utanför doktoranduppgiften och stöd kommer att behövas i form av experter inom mark, vatten och vegetation. Experternas uppgift blir ge rekommendationer för användning och tolkning av resultaten. Samt ge en anvisning om viken skadebild som de uppkomna resultaten kan ge upphov till. I en första fas utvecklas och testas modellen som ett redskap för att kunna förutsäga förväntade miljöeffekter på vegetation och grundvatten. I ett senare skede när modellen också närmare har testats så skall det kunna vara möjligt att använda modellen också operativt för att kunna styra saltspridningen på ett effektivare och mer miljöanpassat sätt. Detta skede bör bygga på en ekonomisk värdering av grundvatten- och vegetationspåverkan enligt vad som planeras inom VTI:s Vintermodell (VTI, 2000). Modellen skall också kunna användas för att identifiera särskilt känsliga områden där speciella skyddsanordningar kan konstrueras för att minimera miljöeffekter om saltanvändningen ej kan minskas med hänsyn till trafiksäkerheten. 11

12 Implementering av modellen Implementeringen sker i samråd med styr- och referensgruppen, i vilken Vägverket kommer att ingå. Modellen skall på sikt kunna köras on-line, dvs den skall kunna ge en aktuell bild av hur mycket salt som spridits vid en given tidpunkt och vilket miljötillstånd som råder längs en väg, vilket kräver att väg- och driftdata är tillgängliga i en GIS-databas. För att underlätta den praktiska användbarheten är det viktigt att modellen kopplas till modern visualiseringsteknik. Den bör kunna tillämpas på alla större vägar där en frekvent spridning av salt sker. Samarbete Förhoppningen är modellutvecklingen ska kunna samordnas med Vintermodellen. Ett samarbete med Göran Blomqvist och Göteborgs Universitet där Restsaltmodellen utvecklas är av hög prioritetet. Gemensamma databaser med Vintermodellen är av stort intresse från vår sida. Referenser Amrhein, C., Mosher, P.A. and Strong, J.E. (1993). Colloid-assisted transport of trace metals in roadside soils receiving de-icing salts. Soil Sci. Soc. Am. J. 57, Blomqvist G, Air-borne transport of de-icing salt and damage to pine and spruce trees in a roadside environment. Licentiatavhandling vid Inst för Anläggning och miljö, KTH. Stockholm Blomqvist G, DE-icing salt and the roadside environment: Air-borne exposure, damage to Norway spruce and system monitoring. Doktorsavhandling vid Inst för Anläggning och miljö, KTH. Bäckman, L; Knutsson, G & Ruhling, Å., Vägars inverkan på omgivande natur. Vegetation, mark och grundvatten. VTI rapport 175. Linköping. Bäckman L. Och Folkeson L, Påverkan av vägsalt på vegetation, grundvatten och mark längs E20 och 48 i Skaraborgs län under VTI rapport 775, Linköping. Eliasson, Å., Spridning av vägsalt kring vägar. Examensarbete vid Inst för Geografi, Göteborgs Universitet. Ericsson, B., Projekt Restsalt En sammanfattning av kunskapsläget. Delrapport Rapport nr 1995:062. Bergab, Vägverket. Borlänge Fabricius C & Olofsson, B, Salinization of private wells from deicing chemicals. SWIM-96, 14th salt intrusion meeting. SGU rapporter och meddelande Henrysson, G., Vinterväghållningsmetoder i Sverige. Internrapport Vägverket Produktion. Borlänge Gontier, M Vulnerability assessment of de-icing salt contamination of private wells. Master of Science Degree Theis, Division of Land and Water Recources, Department of Civil and Environmental Engineering, Royal Institute of Technology, 41 pp. Jansson PE & Karlberg, L, Coupled heat and mass transfer model for soil-plant-atmosphere system; Royal Institute of Technology, Division of Land and Water Resources, Webdocument: (ftp://amov.ce.kth.se/coupmodel/coupmodel.pdf), 321 pp.. Knutsson G, Maxe L, Olofsson B, Jacks G & Eriksson A, The origin of increased chloride content in the groundwater at Upplands Väsby. In Deicing and dustbinding risk to aquifers; Nystén T and Suokko T (eds). Proceedings of an International symposium, Helsinki, Finland October Nordic Hydrological Programme NHP rapport nr 43. Lindström, R Groundwater contamination from roads - modelling of road de-icing in a GIS environment. In Deicing and dustbinding risk to aquifers; Nystén T and Suokko T 12

13 (eds). Proceedings of an International symposium, Helsinki, Finland October Nordic Hydrological Programme NHP rapport nr 43. Ljungberg, M., Vinterväghållning och expertsystem en kunskapsöversikt. VTI meddelande Linköping. Mason, C.F., Norton, S.A., Fernandez I.J. and Katz L.E.: Deconstruction of the chemical effects on road salt on stream water chemistry. J. Environ. Qual. 28: Naturvårdverket, Regeringsuppdrag: Utgångspunkter för värdering av grundvatten- och grusförekomster och konstgjord grundvattenbildning (regeringsbeslut 22 nr 3089/8) Niemi, A, Modeling of chloride transport in aquifers due to salt from highway de-icing representative example conditions in Finnish aquifers. In Deicing and dustbinding risk to aquifers; Nystén T and Suokko T (eds). Proceedings of an International symposium, Helsinki, Finland October Nordic Hydrological Programme NHP rapport nr 43. Norrström AC & Jacks G, Concentration and fractionation of heavy metals in roadside soils receiving de-icing salts. Sci. Tot. Environ. 218: Norrström, AC and Bergstedt, E, The impact of road de-icing salts (NaCl) on colloid dispersion and base cation pools in roadside soils. Water, Air and Soil Pollution (In press July 2001). Olofsson, B. and Sandström, S., Increased salinity in private drilled wells in Sweden - natural or man-made? In Deicing and dustbinding - risk to aquifers, Nystén, T. & Suokko, T. (Eds), NHP Report No 43. Proceedings of an International symposium, Helsinki, Finland October Olofsson, B Methods for chemical differentiation of salt groundwater in Sweden. KTH, Department of Civil and Environmental Engineering, Internal Research Report. Perdersen & Fogstad. Effekter av vägsalt på jord, vatten och vegetation. Del I. Studier av jord och vegetation (på norska). Forskningsparken I Ås/Institutt for plantefag, NLH, Rapport 1/96. Shanley, J.B.: Effects of ion exchange on stream solute fluxes in a basin receiving highway deicing salts. J. Environ. Qual. 23: Thunqvist EL, Pollution of groundwater and surface water by roads with emphasis on the use of de-icing salts. Licentiatavhandling vid Inst för Anläggning och miljö, KTH. Stockholm. VTI, Vintermodell. Ansökan till KFB Linköping. 13