Uppdragsnr: 10080422 1 (7) PM 2007-01-17 Förutsättningar för reduktion av blågröna alger i Sundstatjärn via inpumpning av Klarälvsvatten 1 Inledning 1.1 Uppdraget WSP har på uppdrag av Karlstads kommuns Teknik- och fastighetsförvaltning granskat examensarbetet Reduktion av blågröna alger en förbättring av badvattenkvalitet i Sundstatjärn 1. Granskningen omfattar genomläsning och bedömning om slutsatserna i examensarbetet är tillräckligt underbyggda för att utgöra underlag till projektering enligt teknisk lösning. Härutöver har ALcontrol i Karlstad utfört en temperatur- och syreprofil i syfte att bedöma eventuell skiktning i Sundstatjärn. Med utgångspunkt från resultatet av utvärderingen har ett förslag till tekniskt utförande upprättats med en konsekvensbedömning utifrån förslaget. 1.2 Bakgrund Återkommande algblomningar i Sundstatjärn medför att badvattenkvaliteten i sjön är problematisk under sommarhalvåret. Karlstads kommun har en vilja att förbättra badvattenkvaliteten och har som en del i ett åtgärdsförslag föreslagit inpumpning av vatten från Klarälven i syfte att minska fosforhalten i Sundstatjärn. Detta skulle i sin tur medföra att risken för algblomningar minskar. Med detta som bakgrund utfördes examensarbetet Reduktion av blågröna alger en förbättring av badvattenkvaliteten i Sundstatjärn med syftet att utreda om åtgärdsförslaget är effektivt samt om det är genomförbart. 2 Utvärdering av examensarbetet Underlaget i examensarbetet är inte tillräckligt för att fastställa att inpumpning av Klarälvsvatten enligt föreslagen teknisk lösning kommer att medföra att algblomning av blågröna alger helt kommer att kunna undvikas. Examensarbetet innehåller bl.a. följande osäkerheter och brister: Den valda begränsande faktorn i form av totalfosforhalten 25 µg/l bedöms vara för låg eftersom algblomningar kan förekomma vid halter av 20-25 µg/l om temperaturen är hög vilken den kan förmodas vara i Sundstatjärn under badsäsong. Kritisk 1 Nilsson, A. 2005. Reduktion av blågröna alger en förbättring av badvattenkvaliteten i Sundstatjärn. Examensarbete, Karlstads universitet, Energi- och miljöprogrammet. WSP Samhällsbyggnad VA Energi, Mark och Miljö Box 117 SE-651 04 Karlstad Besök: Lagergrens gata 8 Tel: +46 54 13 20 00 Fax: +46 54 13 21 99 WSP Sverige AB Org nr: 556057-4880 Styrelsens säte: Stockholm www.wspgroup.se
Uppdragsnr: 10080422 2 (7) gräns för algblomning bör sättas till 20 µg/l istället för 25 µg/l. Detta innebär att inpumpningskapaciteten eller pumpperioden behöver ökas jämfört med vad som redovisats i examensarbetet. Eventuell internbelastning av fosfor från sediment har inte utretts eller bedömts, och därmed inte heller inkluderats i den utförda reduktionsbeäkningen. Utförd mätning av temperatur- och syreprofil i Sundstatjärn visar att risken för internbelastning bedöms vara stor under sommartid. Se bilaga 1. Inflödet av dagvatten till Sundstatjärn samt tillskottet av fosfor från inkommande dagvatten har inte inkluderats i den utförda reduktionsberäkningen. Tillkommande fosformängd via dagvatten till Sundstatjärn har beräknats till 5,1 kg/år 2. Detta motsvarar 35 % av den totala mängden fosfor i vattnet vilket bör betecknas som mer än försumbart. Ytterligare bedömning av examensarbetet redovisas i bilaga 2. 3 Förslag till tekniskt utförande 3.1 Förutsättningar Sundstatjärn saknar såväl naturligt in- som utlopp. Det finns däremot två dagvatteninlopp till tjärnen. Härutöver finns det en sannolik tillrinning av grundvatten. Tillrinnande vatten till Sundstatjärn avbördas via en ledning i sjöns södra del som ansluter till en dagvattenledning med utlopp till Klarälven. Anslutningsledningen är avsedd för avbördning av vatten från Sundstatjärn medan dagvattenledningen i första hand är avsedd för avbördning av dagvatten. Anslutningsledningen har enligt examensarbetet en flödeskapacitet av omkring 625 m³/h (175 l/s). Dagvattensystemet har ingen överkapacitet under perioder med regn. Övriga perioder kan dagvattensystemet nyttjas för avbördning av vatten från Sundstatjärn. Lokaliseringen av inkommande dagvattenledningar och anslutningsledningen från Sundstatjärnen redovisas i figur 1. 2 Se Föroreningsberäkningar för dagvatten i Karlstads kommun, förhandskopia 2001-04-26. VBB VIAK AB.
Uppdragsnr: 10080422 3 (7) Figur 1. Inkommande dagvatten samt utlopp i form av anslutningsledning till dagvattensystemet. 3.2 Pumpstrategi Pumpning bör utföras från våren då isen släppt och vidare under hela badsäsongen. Eftersom avbördningen av vatten från Sundstatjärn sker via en anslutningsledning till dagvattensystemet så kommer avbördningskapaciteten att vara stor under regnfria perioder och obefintlig vid regn eller snösmältning då dagvattenledningarna går fulla med uppsamlat dagvatten. Pumpning till Sundstatjärn bör med hänsyn till detta endast utföras under perioder utan regn. Maximal avbördning från Sundstatjärn vid regnfria förhållanden begränsas av anslutningsledningens flödeskapacitet - dvs ca 175 l/s. Inpumpning av vatten till Sundstatjärn bör ske till tjärnens norra del i syfte att möjliggöra så lång uppehållstid som möjligt för det tillkommande vattnet i Sundstatjärn. Inloppet för Klarälvsvatten bör vara utformat så att inkommande vatten sprids i Sundstatjärnen så mycket som möjligt. Se figur 2.
Uppdragsnr: 10080422 4 (7) Figur 2. Schematisk placering av inpumpning av vatten från Klarälven till Sundstatjärnen. Eventuell utsmyckning av sjön i form av en fontän kan ge positiva effekter genom omblandning och syresättning av vattnet. En eventuell fontän bör dock utföras som en separat anläggning med separat pump. Det är viktigt att fontänen skapar en omrörning och syresättning av bottenvattnet utan att sedimentet rörs upp, för att denna skall vara positiv för vattenmiljön. Om fontänen endast pumpar upp bottenvatten utan omrörning och syresättning, kan det ge negativa effekter genom att fosforrikt bottenvatten förs upp i ytvattnet där algtillväxt kan ske. 3.3 Dimensionering Eftersom det för närvarande inte finns någon hållbar beräkning på minimigräns för den inflödeskapacitet som krävs för att säkerställa att algblomning uteblir, så måste dimensionering av ledningar utföras med utgångspunkt från någon annan begränsande faktor. Sådana faktorer är kapaciteten på utgående ledning (dvs möjlighet till avbördning) alternativt ekonomiska förutsättningar för anläggande och drift. Maximal avbördningskapacitet uppgår till ca 175 l/s (625 m³/tim). Kostnad för anläggande av 250 m ledningar för inpumpning med motsvarande flöde bedöms uppgå till 400.000-500.000 kr 3. Övriga kostnader för pump, pumphus och intag, styrning m.m. bedöms uppgå till 200.000-300.000 kr. Härutöver tillkommer driftkostnad. Om total anläggningskostnad skall kunna understiga 500.000 4 bör flöde på inpumpningen minskas betydligt. Ett antagande är att inkommande flöde måste begränsas till 3 Vid anläggande av 250 m ledning med ungefärlig sträckning enligt figur 1. Ledningskostnad bedöms uppgå till 1.600-2.000 kr/m. 4 Karlstads kommuns budget för projektet.
Uppdragsnr: 10080422 5 (7) kapaciteten 50-85 l/s (ca 185-300 m³/tim). Detta skulle innebära en omsättningstid på vattnet i Sundstatjärn som uppgår till 30-45 dagar. Detta innebär en betydligt billigare ledningskostnad samt mindre pumpar. För att fastställa kostnad för anläggande krävs bl.a. framtagande av ledningssträckning och fastställande av inpumpningskapacitet. 3.4 Övriga anläggningsdetaljer Vattenledningarna föreslås att anläggas som sommarvattenledningar med hänvisning till att överföring endast kommer att utföras under sommarperioden. Detta medför en lägre kostnad än om ledningarna läggs frostfritt. För att kunna styra pumpningen så att ingen pumpning utförs under regnperioder så måste lämplig pumpautomatik installeras. 4 Konsekvenser av inpumpning av Klarälvvatten Eftersom det har bekräftats att algsvampen Alphytophthora har angripit alar längs Klarälven så kommer en överföring av vatten från Klarälven till Sundstatjärn att medföra att denna algsvamp sprids till Sundstatjärn. Den primära konsekvensen av en sådan spridning är att alar kring tjärnen kommer att dö inom en tidsperiod på ca 5 år. Algsvampen sprids via ytvatten (och i jord). Spridningen orsakas i många fall av mänskliga aktiviteter som ytvattenöverledning, bevattning, transport av jordmassor m.m. Svampsporerna är mycket små (8-9 µm) vilket medför att filtrering av vatten i den mängd som krävs för förbättring av badvattenkvaliteten i Sundstatjärn bedöms orealistiskt. 5 Slutsats Inpumpning av Klarälvsvatten kommer med största sannolikhet medföra att den algsvamp som angripit alträd i Klarälven sprids till Sundstatjärn och där kommer angripa de alträd som finns i strandkanten. Detta kommer att medföra att dessa alar dör inom en tidsperiod på ca 5 år. Om man trots detta vill pumpa över Klarälvsvatten i syfte att förbättra badvattenkvaliteten så bör system för överpumpning dimensioneras till ett maximalt flöde på 175 l/s. Detta skulle medföra en omsättningstid i Sundstatjärn som uppgår till ca 2 veckor. Total anläggningskostnad för inpumpning av 175 l/s bedöms uppgå till 600.000-800.000 kr. En anläggning med lägre maximalt inflöde än 175 l/s kommer att förbättra badvattenkvaliteten i Sundstatjärn, men huruvida detta innebär att algblomning med säkerhet kan undvikas kan med nuvarande kunskap inte fastställas. Andra eventuella möjligheter till att förbättra badvattenkvaliteten i Sundstatjärn utöver inpumpning av Klarälvsvatten kan vara: minskat inflöde av fosfor via dagvatten förbättrad syresättning av bottenvattnet i syfte att minska internbelastningen av fosfor
Uppdragsnr: 10080422 6 (7) 6 Diskussion Eftersom underlag saknas för att fastställa vilket flöde av Klarälvsvatten som krävs för att säkerställa att algblomning undviks, så bör eventuell anläggning för inpumpning av Klarälvsvatten till Sundstatjärnen utföras utifrån ekonomisk försvarbar teknisk lösning med hänsyn till såväl investerings- som driftskostnad. Om inpumpning inte avses att utföras så bör möjligheter att minska fosforbelastningen från inkommande dagvatten till Sundstatjärnen utredas. Möjliga åtgärder kan vara att rena dagvattnet innan detta släpps ut till Sundstatjärn eller att avleda dagvattnet förbi Sundstatjärn och vidare till Klarälven. Kostnader för dessa åtgärder bör ställas i relation till effekter i form av minskad fosforbelastning. Anläggande av en fontän i Sundstatjärn kan medföra en viss ökad omrörning av vattnet och därigenom ökad syresättning av bottenvattnet vilket i sin tur kan leda till att internbelastningen minskar. Om vatten till fontänen tas från en nivå i tjärnen med låga syrehalter kan detta innebära att syrefattigt vatten syresätts samt att omblandningen av vatten i tjärnen ökar. Det är dock viktigt att utformningen av fontänen inte medför att bottensediment rörs upp eller att vatten med höga fosforhalter pumpas från tjärnens djupare nivåer till ytan. Detta skulle istället kunna förorsaka ökad algtillväxt. Mätningar av fosforhalter som utförts av Karlstads kommun miljökontor indikerar dock ingen skillnad på fosforhalterna vid botten och i ytvattnet. Variationen av syrehalt på olika nivåer vid ALcontrols mätning 2006-07-24 redovisas i figur 3. Syreprofil Sunstatjärn, 2006-07-24 Syre (mg/l) 10 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0,5 1 Djup (m) 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Figur 3. Mätningar av syrehalten på olika djup i Sundstatjärnen 2006-07-24. Syrehalten är betydligt lägre i tjärnens djupare delar än i ytvattnet. En eventuell fontän i Sundstatjärn bör placeras på djupt vatten och på betydande avstånd från utloppet. Vatten till fontänen kan med fördel hämtas från relativt djupa nivåer i tjärnen under förutsättning att dessa inte innehåller högre fosforhalter än ytvattnet. Fontänens utformning och drift får inte medföra att bottensediment rörs upp. Vatten-
Uppdragsnr: 10080422 7 (7) kemin i Sundstatjärnen bör följas upp efter anläggande av fontän. Detta gäller särskilt parametrar som har en betydelse för algblomning såsom fosforhalt, syrehalt m.m. Karlstad 2007-01-17 WSP Samhällsbyggnad Erik Wikström BILAGOR: Temperatur- och syreprofil i Sundstatjärn. ALcontrol 2006-07-24. Synpunkter på examensarbete. Holgersson, T. ALcontrol 2006-07-11.
SYNPUNKTER PÅ EXAMENSARBETE REDUKTION AV BLÅGRÖNA ALGER EN FÖRBÄTTRING AV BADVATTENKVALITET I SUNDSTATJÄRN Bakgrund På uppdrag av WSP Samhällsbyggnad i Karlstad har ALcontrol fått uppdraget att granska ett examensarbete som skall utgöra underlag för prospektering av ledning och pump för överledning av Klarälvsvatten till Sundstatjärn. Syftet med överledningen av Klarälvsvatten att minska risken för algblomningar. Diskussion då pumpning är föreslagen (1000-2000 m 3 /dygn). Detta innebär att det i normalfallet sannolikt behöver pumpas 70-90 dagar för att omsätta sjön, ej 45 dagar som anges som norm i examensarbete, undantag torra vårar. Med en trolig pumpstart i april innebär detta att det i normalfallet ej går att omsätta sjön före badvattensäsongen (juni-augusti), beroende på att pumpning kommer att krävas i juni månad. Således behöver sannolikt pumpkapaciteten ökas för att öka omsättningshastigheten i sjön. Detta förutsätter dock att utloppsledningen klarar av ett ökat flöde. Vattenomsättning Enligt examensarbetet rekommenderas ett flöde på 4445 m 3 /dygn från Klarälven under 45 dagar under våren (mars-maj) för att byta ut vattnet i Sundstatjärn. (Sjön har en beräknad volym på 200 000 m 3.) Beroende på naturligt tillflöde och dagvattentillflöde kan dock en längre tidsperiod krävas, upp till 90 dagar vid större nederbörd enligt examensarbetet. Kommentar Utgående från en grov skattning från topografisk karta bör Sundstatjärns avrinningsområde uppgå till ca 1 km 2 (100 ha). Med en enligt SMHI skattad specifik avrinning på ca 10 l/s km 2 i området ger detta ett tillflöde på i medeltal ca 864 m 3 /dygn. Beroende på att hårdgjorda ytor finns i avrinningsområdet, vilket förhindrar grundvattenbildning, är sannolikt tillrinningen större än angivet värde. Generellt är avrinning störst under vår och höst samt under mildperioder under vintern. Därför är sannolikt tillflödet betydligt större under vårperioden Reduktionsberäkning Kritisk gräns för algblomning har satts till 25 µg/l. Kommentar Utgående från ALcontrols erfarenhet kan algblomningar förekomma redan vid fosforhalter mellan 20-25 µg/l, särskilt om temperaturen är hög. Sundstatjärn är en liten och grund sjö, vilket innebär att vattnet uppvärms snabbt och kan uppnå höga temperaturer under sommaren. Temperaturer på 24-25 C är inte ovanliga, vilket i detta sammanhang är höga temperaturer. Således rekommenderas en fosforhalt under 20 µg/l för att man skall vara säker på att undvika algblomningar. Även detta kräver ökad vattenomsättning utgående från beräkningsmodell i examensarbete. Enligt examensarbete är mängden fosfor i dagvattnet, skattat till 5 kg/år, förhållandevis liten jämfört med mängden fosfor i sjön (avser sjövattnet).
Kommentar Medelhalt i sjövattnet är 46 µg/l. Med en volym på 200 000 m3 ger detta en sammanlagd mängd på 9,2 kg i vattenmassan. Naturlig omsättningstid kan beräknas till ca 230 dagar, 7-8 månader utgående på tillflöde på 864 m 3 /dygn. Vattenmassan byts således ut ca 1,6 ggr/år, vilket ger en total fosformängd i sjövattnet på ca 14 kg/år. Av detta utgör ca 35 % (5 kg) av dagvattentillskott, vilket inte kan anses vara försumbart. Man kan också utgå från att tillförseln av fosfor via dagvatten är störst under högflödesperioder, vilket sammanfaller med föreslagen pumpperiod. Detta eftersom fosfor till största delen är partikelbunden. (Slamhalt i dagvatten ökar normalt med ökat flöde.) Avgång av fosfor via sedimentering och tillskott av fosfor via internbelastning har ej gått att beräkna och man har därför ej tagit hänsyn till detta i beräkningar. Kommentar: Sjön har en dyig botten och fiskdöd har förekommit en del vintrar, vilket tyder på att syrebrist förekommer åtminstone under vintern. Vid syrebrist släpper upplagrat fosfor från sedimentet och tillförs bottenvattnet. Det bedöms därför som sannolikt att sjön tillförs fosfor från sediment under vintern, som blandas upp i vattenmassan under våren innan sjön skiktas. Denna fosfor, som är en del av vattenvolymens fosfor, kan dock tas bort om sjöns vattenvolym omsätts helt. Det råder dock osäkerhet huruvida internbelastning sker under sommaren. Sjön är liten och grund med ett maxdjup på 4 m. Sjön är delvis vindskyddad i söder och öster genom byggnader. Detta innebär att vindpåverkan i sjön sannolikt är begränsad. Det är därför inte osannolikt att sjön skiktas under sommaren trots det ringa djupet (bör kontrolleras). Eftersom blågröna alger kan vandra i vattenmassan och gå ner under språngskitet och tanka fosfor och därmed föra upp detta till ytvattnet kan inte interbelastning försummas utan att detta verifieras. Detta eftersom internbelastningen i små grunda näringsrika sjöar kan vara betydande under sommaren. Under denna tid är pumpning ej föreslagen. Övrigt Badvattenkvalitet i Klarälven Vid pumpning har man ej kommenterat badvattenkvaliteten i Klarälven ur mikrobiologiskt hänseende. Vid pumpning under våren enligt föreslagen modell har detta heller ingen större betydelse då eventuella sjukdomsalstrande bakterier normalt självdör inom någon vecka. Skulle pumpning ske under badsäsong och med större kapacitet än föreslaget, kan dock Klarälvsvattnets bakteriehalter ha betydelse då utflödet av vattnet kommer att ske i närheten av badplatsen i sjön. Om det skulle bli aktuellt med pumpning sommartid bör man ha kunskap om vattenkvaliteten vid intagsområdet. Detta ligger nedströms utsläppspunkt från Skåre reningsverk. Bräddning av avloppsvatten och tillförsel av förorenat dagvatten i Klarälven kan heller inte uteslutas. Dessa bakteriekällor förväntas få störst genomslag i samband med lågflöde i Klarälven, vilket normalt förekommer under högoch sensommar, d.v.s. under badsäsong. Hänsyn till bräddpunkter och dagvattenutflöde bör tas om pumpning skall ske sommartid. Utformning av inlopp- och utlopp i sjön För att omsättningen av vattnet skall bli effektiv i Sundstatjärn är det viktigt att tillflödet av vattnet sker så att detta breder utsig på så stor yta som möjligt. Om utflöde sker kilformat på liten yta mot centrum på sjön kan vattnet bli mer stillastående på sidorna av sjön, vilket försämrar vattenutbytet.
Vid utloppet är det viktigt att partiklar (alger och fosforhaltiga partiklar) lätt följer med vattnet ut ur sjön. Det är ur denna synpunkt en fördel om vattnet ej blir stillastående i anslutning till utloppet, vilket kan ske om området är mycket grunt eller om det finns rikligt med vattenväxter i berört området. Vassbekämpning Vassbekämpning ökar risken för algblomningar dels genom att upptaget av näringsämnen i vegetation minskar (ökar mängden tillgängligt fosfor och kväve för alger genom minskad konkurrens) och dels genom att vassbekämpningen rör om bottensedimentet, vilket också ger en tillförsel av växtnäringsämnen. Det kan således vara en fördel att lämna en del vegetation kvar i sjön och att tidpunkt för bekämpning läggs så sent som möjligt på säsongen. Slutkommentar Risk bedöms föreligga att föreslagen vattenomsättning är otillräckligt. Mer kunskap om fosfortillskott från dagvatten och internbelastning skulle förbättra underlaget för att bedöma erforderlig överledningskapacitet. Vidare kan det vara bra att ta ställning till om det finns möjlighet att skära bort tillförseln av fosfor från dagvattennätet eller att rena detta före utflödet i Sundstatjärn. Fosforhalten varierar kraftigt i Sundstatjärn både mellan olika år och inom samma år, utgående från kommunens mätningar, värden mellan 6-79 µg/l finns registrerade. Stor variation tyder på periodvis tillfällig fosforbelastning av sjön, vilket bedöms kunna vara orsakat av dagvattenbelastning, internbelastning eller annan källa. (Det sistnämnda skulle t.ex. kunna vara en läckande avloppsledning, vassbekämpning, gödsling av grönområden runt sjön, eller liknande). Periodvis tillfällig fosforbelastning under badsäsong innebär fortsatt risk för algblomning om inte pumpning sker även under sommaren. För att öka förutsättningarna för minskad algblomning behöver sannolikt vattenomsättningen ökas betydligt, och även ske under pågående badsäsong. Alger behöver som regel några veckor på sig för att utveckla en fullskalig blomning. Om omsättningstiden i sjön uppgår till max en vecka skulle förmodligen inte alger kunna utvecklas oavsett fosforhalt. Detta skulle kräva en tiodubbling av överledningskapaciteten och förmodligen även kräva förändringar av utloppskapaciteten. Frågan är om detta är tekniskt och ekonomiskt möjligt. Ett annat alternativ är att ha en stor pumpkapacitet i beredskap och utnyttja denna främst i samband med tecken på begynnande algblomning. Detta skulle minska driftkostnaden men skulle ha den nackdelen at man periodvis måste stänga av badet, dock under kortare perioder än tidigare. ALcontrol Karlstad 2006-07-11 Holger Torstensson (Limnolog konsultavdelningen)