Modell som används i Sverige FyrisNP

Transkript

1 Modell som används i Sverige FyrisNP Elin Widén Nilsson, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) Workshop modeller för Hav møter Land, Oslo 16 april 2013

2 Elin Widén Nilsson Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) Arbetsuppgifter Vidareutveckling av FyrisNP-modellen Utvärdering av PLC-beräkningar inom SMED-konsortiet Intresse Osäkerhetsanalys Bakgrund Tekn.dr. i hydrologi, globala hydrologiska modeller

3 Upplägg PLC5-data Tillämpning vid Kungsbacka och i Stigfjorden Rekommendationer mätningar FyrisNP FyrisCOST Leifs frågor

4 PLC5-data Nationellt

5 PLC Periodical PLC = Pollution Load Compilation Källfördelning hela Sverige Rapportering till HELCOM ungefär vart femte år PLC Annual varje år baserat på flodmynningar Noggrann metodik i Sverige Genomförs av SMED-konsortiet SMED = Svenska MiljöEmissionsData. Består av IVL Svenska miljöinstitutet Statistiska centralbyrån, SCB Sveriges hydrologiska och meteorologiska institut, SMHI Sveriges lantbruksuniversitet, SLU

6 PLC5 Rapport Näringsbelastningen på Östersjön och Västerhavet 2006 Brandt m.fl / Naturvårdsverket rapport 5815 Data Beräkningarna för PLC6 startar nästa år

7 Beräkningar - källfördelning Diffusa källor (jordbruk, skog etc.): Markanvändning [km 2 ] x typhalt [mg/l] x avrinning [l/km 2 ] Punktkällor (reningsverk, industrier, enskilda avlopp) Deposition på vatten Retention Kommunenkät viktigt med svar

8 Typhalter [mg/l] Kallas även läckagekoefficienter, typkoncentrationer eller markläckage Jordbruk Simulerade med NLeCCS-systemet (SOILNDB, ICECREAMDB) Tar in tillgänglig statistik på odlingsperiod, gödsling, skördenivåer i 22 produktionsområden i Sverige Beräknas per region för kombinationer av gröda och jordart (samt fosforklass och lutningsklass) Skog Generaliseringar baserade på mätningar i skogsbäckar Används, med modifikationer, för hygge, myr, öppen mark och fjäll Dagvatten Förberäknas med StormTac

9 Dataunderlag och nogrannhet, PLC5 Aggregerar till 1000 PLC5-områdden, blir tillförlitligare Varningstext om PLC5-data redovisat för områden: Belastningsberäkningar i PLC5 baseras på förädling av indata från olika nationella databaser och ingen information eller uppdateringar utifrån lokal information har skett. Ambitionen har trots detta varit att ta fram belastningsdata med så fin geografisk upplösning som möjligt, vilket innebär osäkerheter, som man skall ta i beaktning vid användning av indata och resultat från beräkningarna. Här kommer nu exempel på lokala anpassningar

10 Lokal anpassning med FyrisNP i avrinningsområdet till Stigfjorden samt i Hovmanneån och Torpaån utanför Kungsbacka

11 Områdena Stigfjorden Omgärdas av öarna Orust och Tjörn 116 km 2 Hovmanneån och Torpaån Utanför Kungsbacka med utlopp i Inre och Yttre Kungsbackafjorden 42 km 2

12 Kungsbacka, Hovmanneån och Torpaån Hovmanneån Torpaån

13 Orust Hagaån Stigfjorden Strane å Kärrebergsån Finare indelning precis gjord efter diskussion med kommunen. Resultaten ej klara Rörabäcken Tjörn

14 Data

15 Data PLC med lokal anpassning Basen är PLC5-data ( Förbättringar Fler delavrinningsområden för att anpassa till mätdata Mätdata N och P Inventeringar av enskilda avlopp Reningsschabloner och utsläppsschabloner PLC6 Många detaljer, vissa osäkra äldre uppgifter Kungsbacka Läckagekoefficienter för år 2009 (beräkning till den fördjupade miljömålsuppföljningen). Jordbruksarealer och grödor Lutningar närmast vattendraget för att använda kontinuerliga fosforekvationer istället för klasser Punktkällor (Stigfjorden) Kompletterat vattenarealen med kartskikt för små sjöar som ej syns i översiktskartan.

16 Data till FyrisNP tillägg till PLC5 Uppmätta flöden saknas, därför används vattenflöde simulerat med S-HYPE (vattenwebb.smhi.se) Vattenflödena är av stor betydelse för näringstransporten samtidigt som det är osäkert med simulerade värden Grova flödesuppskattningar finns för på Orust, antyder osäkerheter i flödessimuleringarna Tidsserier med vattendragstemperatur Uppmätt då tillgängligt (närliggande Kungsbackaån används för Hovmanneån och Torpaån) Lufttemperatur då vattentemperatur saknas Vattendragens area Längd från GIS, bredder grovt från Google Earth

17 Området, som FyrisNP ser det

18 Kungsbacka Har ett fiktivt litet område i havet som tar emot belastningen. Detta är ett lite nytt sätt att använda modellen. 40 % jordbruksmark Jordbruksjordarten Sandy Loam från nationella grova data Resultaten visar att detta kan vara fel Hög fosforklass enligt nationella grova data Lutningsklass 1-2 (av 3) Hovmanneån = delaro 2 Är störst Det är bara där som det finns dagvatten

19 Kungsbacka, resultat

20 Kungsbacka för låg bruttobelastning P Tydligast i delaro 2 = Hovmanneån N överskattat i delaro 2

21 Test med SandyClayLoam istället Lerhalt (%) Clay 10 Silty clay 9 Sandy clay Sandy clay loam 6 Clay loam 7 Silty clay loam 8 Loam 4 Sandy loam 3 Loamy Silt loam 5 Sand 1 sand 2 Silt Sandhalt (%)

22 Kungsbacka jordartsbyte Bättre för både N och P med SandyClayLoam Inte slutgiltiga parametervärdeskombinationen.

23 Jordartsbyte Totala belastningen mycket större med SandyClayLoam, särskilt för fosfor 1,5 ton per år SandyLoam 52 ton kväve 2,9 ton per år SandyClayLoam 45 ton kväve Källfördelningen påverkas, särskilt för fosfor Gå ut och mät

24 Källfördelning jordbruket dominerar, Kungsbacka N P Med SandyClayLoam är andelen jordbruk 70 % och enskilda avlopp 9 %. Med SandyLoam var det 51 respektive 18 %.

25 Bakgrund + antropogen belastning (med SandyClayLoam) Hovmanneån och Torpaån tillsammans Hovmanneån och Torpaån tillsammans Nettobelastning fosfor % Antropogent Bakgrund Nettobelastning kväve % Antropogent Bakgrund Fosfor, 63 % antropogent Kväve, 54 % antropogent

26 Enskilda avlopp (EA) Större utsläpp enligt avloppsinventeringen med PLC6- schabloner än PLC5-värdet. Flera fel i inventeringen. Håller på att uppdateras. 9 % av belastningen för P, och 6 % för N, givet den lerigare jorden 18 % för P känns inte rimligt Men höga koncentrationer vid låga flöden kan tyda på 1,6 enskilda avlopp Scenario, inga enskilda avlopp - 9 % P; - 6 % N Scenario, godkända enskilda avlopp (minst slamavskiljare + infiltrationsbädd) - 1,6 % P; - 0,5 % N N (mg/l) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Q (m3/month)

27 Scenarier för jordbruksåtgärder Strukturkalkning P Antar grovt 20 % reduktion av läckaget överallt (givet leriga jordar) Våtmarker Modellen placerar dem i utloppet av ett delavrinningsområde Testat 0,5 %, 1 % och 3 % av jordbruksarealen i delavrinningsområdet Närmast vattnet är marken odlad. Finns inte mycket övrig öppen mark att lägga en våtmark på utan kommer nog behöva ta jordbruksareal. Avleder en andel av vattnet för att få en uppehållstid på minst 2 dygn. Dynamisk ekvation för kväve, antar konstant reduktion 11 % för P Skyddszoner, fånggrödor, sedimentationsdammar, Osäkert eftersom det finns så lite mätdata

28 Scenarier, reduktion i utloppet Åtgärd Reduktion N Reduktion P Strukturkalk - 15 % Enskilda avlopp bort 6 % 9 % Givet att det inte redan görs och SandyClayLoam Men hamnar delvis i annat delavrinningsområde då. Enskilda avlopp godkända 0,5 % 1,6 % Våtmark 0,5 % av jordbruksarealen i de 2 största delavrinningsomr. Våtmark 3 % av jordbruksarealen i utloppet 1,6 % 1,6 % 7 % 7 % Orimligt stora våtmarker? De största reduktionerna i Hovmanneån p.g.a. höga koncentrationer och ett stort område och därmed en väldigt stor våtmark

29 Fortsatt arbete Kungsbacka Avsluta scenarioberäkningarna Stigfjorden Gör om modelluppsättningen med den nyaste delavrinningsområdesindelningen Scenarioberäkningar Båda Ta fram andelen ytavrinning i fosforläckaget Kurs i modellering med FyrisNP 3-4 juni

30 Rekommendationer

31 Rekommendationer mätningar Mark Jordbruksjordart Fosforhalt i jordbruksmarken Tillgång till Jordbruksverkets nya mätningar, eller invänta nya kartan? Vattenkemi - Stigfjorden, ansöker om pengar för nytt utökat mätprogram Fortsätt i de tidigare mätpunkterna för att kunna göra uppföljning. Det tar tid innan eventuella förändringar syns. Några prover i skogen för att undersöka den lokala skogstyphalten Område med bara enskilda avlopp finns ej. Barium kan användas för att skilja fosfor från enskilda avlopp och jordbruksmark åt. Ny metod! Vattenföring För att få mer exakta tranportberäkningar (koncentration x flöde) under tiden mätningarna görs Kontinuerlig nivåmätning + flödesmätningar ibland för att ta fram avbördningskurva SMHI sätter upp tillfälliga mätstationer

32 Modellerna

33 FyrisNP FyrisNP Källfördelningsmodell Enkel fritt tillgänglig, men vi helst att man går en kurs först Indatafil i Excel Endast två parametervärden som kalibreras Rumslig upplösning: Delavrinningsområdesnivå Tidsupplösning: Månad eller vecka Mer info (manual och teknisk beskrivning)

34 FyrisNP Type: Semi distributed, empirical based, management model Computer code: Visual Basic,.NET-Framework Modeled substances: Total-N and Total-P Separate modules: Lakes, constructed wetlands, external loading Calibration: Manual, automatic (Simplex algorithm), stepwise, Monte Carlo N

35 FyrisCOST FyrisCOST Kostnadseffektiviet åtgärder Bygger på FyrisNP- och NLeCCS-resultat Ny, ännu ej tillräckligt stabil för att kunna delas ut Används i den nya nationella skyddzonsdatabasen Mer info

36 Leifs frågor

37 Fråga 1 Kan modellen fremstå som en felles plattform/portal/brukergrensesnitt selv om det kan være flere bakenforliggende modeller som inngangsverdier går inn i og resultater kommer ut fra? Ja Men måste vara medveten om det Kan använda modellen för att hitta orimligheter i de modellerade och uppmätta indata

38 Fråga 2 Kan modellen brukes på svensk og norsk side slik at man får et felles enhetlig verktøy og enhetlige resultater for like og tilstøtende vannforekomster på norsk og svensk side? Ja, om man harmoniserar indata. Jordbruksläckage Modellering Hur ser jordbruksstatistiken ut? Försök att sätta upp «NLeCCS Light«i Ryssland och Serbien. I Baltikum (Šileika m.fl. 2012) och Serbien anvädns mätningar i små jordbruksåar.

39 Fråga 3 Er modellens brukervennlighet slik at den kan brukes på kommunalt eller vannområde-nivå? Ja, FyrisNP har Användarvänlighet i fokus. Endast två parametervärden att kalibrera. Excelfil som indata Modellen fritt tillgänglig efter en en/tvådagarskurs Minst två exempel på användare som fått modellen och som kunnat sätta upp den på egen hand med hjälp av manualer och lite mailkontakt.

40 Fråga 4 Kan modellen øke effektiviteten i arbeidet frem mot gjennomføring av tiltak? Ja och nej Jämfört med att sitta och räkna i excelark ger modellen bättre överskådlighet Modellen visar på felaktigheter i indata där ytterligare mätningar behövs Men trots att FyrisNP är en enkel modell tar den tid att sätta upp, särskilt om det är en ovan användare eller nya delavrinnigsområden behöver tas fram.

41 Fråga 5 Kan modellen øke presisjonen i resultatene som benyttes som grunnlag for tiltaksgjennomføring? Ja och nej Dynamisk beräkning kan vara fördelaktigt framför t.ex. Vollenweider Blir inte bättre än upplösningen i indata Är ett bra sätt att organisera indata på och hitta felaktiga bruttobelastningar. Pekar på var ytterligare mätningar behövs. Osäkerheter i modeller, indata och effekten av åtgärder. T.ex.: Med för många parametrar att kalibrera kan man få rätt resultat av fel anledning Spårbarhet om man sparar gamla modellversioner, modellkod, indatafiler och information om använda parametervärden. Filosofisk fråga om expertbedömningar med eller modellberäkningar är mest tillförlitligt.

42 Fråga 6 Vil modellen kunne støtte opp under eventuelle andre pågående nasjonale verktøy for tiltaksplanlegging? FyrisNP finns uppsatt för typområdena för jordbruksmark. Där kan man testa läckagekoefficienterna som det nationella NLeCCSsystemet beräknat. Ingen modell är perfekt. Får normalt sett bättre resultat med ensemblemodellering. Tillämpning i lokala områden här kan modellerna vara ett sätt att mötas och diskutera rimligheten i indata och resultat. FyrisCOST var grunden till den nationella skyddszonsdatabasen som lanserades i december:

43 Modeller är ett sätt att sortera data och tankar kring processerna i naturen Även utan en datormodell så har man sin bild, d.v.s. sin modell av verkligheten Scenarioverktyg all models are wrong, but some are useful (Georg Box)

44 Tack!