SMED Rpport Nr 32 2009 Förättring v eräkning v erosion oh seimenttion (retention) i små vttenrg Nils Hjert, SMHI Mj Brnt, SMHI Chrlott Pers, SMHI Jörgen Roserg, SMHI På upprg v Nturvårsverket
Puliering: www.sme.se Utgivre: Sveriges Meteorologisk oh Hyrologisk Institut Aress: 601 76 Norrköping Strtår: 2006 ISSN: 1653-8102 SMED utgör en förkortning för Svensk MiljöEmissionsDt, som är ett smrete melln IVL, SCB, SLU oh SMHI. Smretet inom SMED inlees 2001 me syftet tt långsiktigt sml oh utvekl en svensk kompetensen inom emissionssttistik kopplt till åtgärsrete inom olik områen, ln nnt som ett svr på Nturvårsverkets ehov v expertstö för Sveriges interntionell rpportering vseene utsläpp till luft oh vtten, vfll smt frlig ämnen. Målsättningen me SMED-smretet är främst tt utvekl oh riv ntionell emissionstser, oh tt tillhnhåll olik tjänster reltere till ess för ntionell, regionl oh lokl mynigheter, luft- oh vttenvårsförun, näringsliv m fl. Mer informtion finns på SMEDs hemsi www.sme.se.
Föror Denn stuie är ett upprg från Nturvårsverket till SMED, Svensk MiljöEmissionsDt, för tt förättr eräkningen v näringsämneselstningen på vår kustvtten. Olik meretre vi SMHI hr rett inom ett projekt uner våren oh sommren 2009. Mj Brnt utforme projektién, skrev projektspeifiktionen smt vr ett stort stö uner rpportskrivnet. Jörgen Roserg oh Chrlott Pers vi forskningsvelningen hjälpte till tt efinier lterntiv vskiljningsproesser som skulle utvärers, oh Chrlott implementere sen ess funktioner i HBV-NP moellen. Nils Hjert vr projektlere, genomföre moelleräkningrn, nlysere resultten oh vr huvunsvrig för rpporten.
Innehåll FÖRORD 1 INNEHÅLL 2 SAMMANFATTNING 3 BAKGRUND 4 SYFTE 5 METODIK 6 Seimenttion oh resuspension 6 Förslg 1: Avskiljning proportionell mot ygnstemperturen 8 Förslg 2: Avskiljning relter till långtismeeltemperturen 8 Förslg 3: Avskiljning proportionell mot seimentpoolen 9 Förslg 4: Avskiljning proportionell mot vttenjupet 9 Förslg 5: Avskiljning proportionell mot elstning från mrk 9 Försöksområen 10 Genomförne 13 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 14 Seimenttion oh nettoseimenttion 14 Jämförelse melln e föreslgn vskiljningsproessern 15 Beräkn reuering v simuler meelhlt 24 Frmtisutsikter 25 REFERENSER 27
Smmnfttning Uner retet me tt eräkn en vttenurn elstningen v fosfor till Sveriges omgivne hvsssänger inom SMED hr et noterts tt prtikulärt unen fosfor oft översktts i simuleringrn i små områen. Fosforutsläpp från jorruksläkge är frmräkne me ICECREAMDB oh inkluerr ren retentionen i mrken frm till vttenrgen (Johnsson m.fl., 2008), oh ärför finns ingen funktion för ytterligre vskiljning i mrken. Det finns heller ingen vskiljning i småvttenrg frm till vttenrget i en hyrologisk moellen. Det är ok troligt tt et förekommer en vskiljning v prtikulär fosfor i iken oh i minre vttenrg uner lågvttenföring oh resuspension vi hög flöen. Syftet me enn stuie är tt t frm en funktion för permnent vskiljning v prtikulärt unen fosfor kopplt till e små vttenrgen oh tt test ett i ett ntl minre sjölös jorruksområen för tt i frmtien förättr e ntionell eräkningrn v fosforelstningen. Stuien omfttr 16 områen i mellerst oh sör Sverige är synoptisk fosformätningr inkluerr frktionern löst rektiv fosfor oh prtikulär fosfor. Jorruksnelen vrierr melln 15-88% v områens yt. Den hyrologisk moellen me rutin för fosforeräkning, HBV-NP, hr moifierts för tt test fyr lterntiv proesser för permnent vskiljning v prtikulärt unen fosfor genom seimenttion i små vttenrg (lokl vskiljning) smt en proess för mrkretention i utströmningsområet. Resultten visr tt e fyr föreslgn vskiljningsproessern som verkr genom seimenttion uppför sig likvärigt oh tt mn får liknne resultt ovsett vilken proess som nväns. Avskiljning genom mrkretention v jorruksläkge oh enskil vlopp ger normlt större effekt än vskiljning genom seimenttion. I e flest fll krävs myket hög permnent vskiljning v prtikulär fosfor i seimenten eller från jorruksläkge/enskil vlopp för tt reuer hltern frmräkne i PLC5 till smm nivå som oservtionern. Enstk oservere konentrtionstoppr är svår tt reprouer me moellen, men meelhlter stämmer reltivt väl efter mximl vskiljning. Det är fysikliskt osnnolikt tt ll seimenter fosfor ins permnent i iken/små vttenrg, eller tt ll prtikulär fosfor från jorruksmrk oh enskil vlopp vskiljs, oh ett kn vr en iniktion på tt ntingen läkgekoeffiientern för prtikulär fosfor är översktte oh/eller tt seimenttionen unersktts v en hyrologisk moellen. I PLC5- eräkningrn styres seimenttion/resuspension v en en prmeter i moellen, vilket gv egränse möjligheter för justering v enn ynmik. En möjlighet som ör utres i frmtien vore tt inför en flexiel inställning v flöesintervllet melln full seimenttion/resuspension, oh knske knyt ett intervll till e ominnt jorrtern i områen för tt sen generliser klireringen ntionellt. Vår slutsts är ok tt e simulere hltern v prtikulär fosfor i smtlig 16 områen förättrs åtskilligt när permnent vskiljning nväns.
Bkgrun Retentionseräkningr för fosfor utföres för först gången heltäkne för Sverige i PLC5-eräkningen me hjälp v HBV-NP moellen (Brnt m.fl., 2008). Vttenrg ingår som en el i moellen. I moellen finns en funktion som eskriver utyte melln löst rektivt oh prtikulär fosfor i vttenrg som påverkr e simulere hltern men som inte vlägsnr fosfor. Dessutom finns en funktion me vilkens hjälp mn kn eroer sior oh ottnr oh på et sättet tillför prtikulär fosfor till vttenrget. Den senre funktionen hr nvänts för tt simuler erosion i Göt älv (Brnt oh Hjert, 2008). Dess funktioner erör vtten från ll elstningskällor. Moellen eskrivs mer ingåene i SMED rpport 2006 nr16 (Johnsson m.fl., 2006). HBV-NP moellen tr emot fosfor från mrkläkge vi läkgekoeffiienter, olik för olik mrknvänning, gröor, jorrter, et. I PLC5s läkgekoeffiienter för jorruksmrk finns ink en generell retention i fältet (Johnsson m.fl., 2008). Däremot skns eventuell vskiljning i iken-småvttenrg som leer till e större vttenrgen som moellers v HBV-NP i PLC5-tillämpningen. Det sker troligen en seimenttion uner lågvttenflöen oh en utsköljning i smn me flöen. En el fosfor stnnr ok för gott i vttenrget genom seimenttion oh upptg i växter. Jorruksiken renss me någr års mellnrum vilket tyer på en seimenttion i vilken fosfor kn finns nrik. I PLC5-eräkningrn nvänes en generell prmeter för utytet melln löst oh prtikulär fosfor i vttenrg hämt från VASTRA-projektet (Jöorn m.fl., 2006). Den får i stor vttenrg reltivt liten effekt oh påverkr myket lite totlfosforhlten oh trnsporten. I viss små vttenrg som nvänes för tt fstställ mrkretentionen för kväve, gjores någr försök me tt juster enn prmeter för tt få ättre ynmik för löst respektive prtikulär fosfor jämfört me uppmätt hlter, men å fnns inte möjlighet tt lägg ner tillräkligt myket ti på ett. Vi utväreringen v PLC5-eräkningrn noteres tt en simulere prtikulär hlten oft är för hög i e små sjölös jorruksområen i jämförelse me mätt. Det är ärför önskvärt tt lägg till en funktion i moellen som möjliggör en lgring oh eventuell vskiljning v prtikulär fosfor i minre vttenrg som tivis hr myket låg vttenhstighet eller är mer eller minre stillståene. För kväve finns frmtget en mrkretention, som enrt fungerr på jorruksläkge oh enskil vlopp. Mrkretentionen eskrivs som en funktion (eroene v tempertur oh elstning), är en prmeter klirers frm utifrån mätt i små sjölös områen per läkgeregion (eller elr v ess) oh låses för hel regioner före klireringen v retentionen i sjör. Mrkretention v kväve oh fosfor kommer tt förättrs inom projektet Klirering oh vliering v jorruksläkgekoeffiienter oh eräkning v retention i små sjölös områen (Avtl 3080912). Avsikten me föreliggne projekt är tt finn en liknne lösning för fosforseimenttion i iken/små vttenrg för nvänning vi storsklig elstningseräkning.
Syfte Syftet me projektet är tt gå igenom efintlig funktioner för erosion oh seimenttion v fosfor i HBV-NP:s vttenrgseskrivning smt föreslå hur mn kn eskriv en lgring oh en vskiljning som är efinitiv i moellen oh tt tillämp oh utvärer en i ett ntl små sjölös områen. Dessutom sk en funktion för vskiljning som enst verkr på jorruksläkge oh elstning från enskil vlopp utvärers. Avsikten är tt hitt en funktion som kn nväns vi klirering v frmti eräkningr, t.ex. PLC6.
Metoik HBV-NP moellen finns i PLC5-versionen uppstt för ett 50-tl små sjölös områen som hr mätt i utloppet. Simuleringr i ess områen v kväve- oh fosforhlter nvänes els för klirering v mrkretention för kväve oh els för en eömning hur väl et smle fosforläkget från respektive områe i PLC5- eräkningen överensstäme me mätt. Erfrenheter från ess utväreringr v fosforsimuleringrn ligger till grun för en översyn v ICECREAMDB som pågår. ICECREAMDB är verktyg för tt fysikliskt eräkn fosforläkge från jorruksmrk (Johnsson m.fl., 2008). Områen vrierr från myket små områen på någon km 2 till PLC5-storlek (250 km 2 ). I ett projekt vles områen ut är mätningr v frktionen prtikulär fosfor fnns oh nvänes för tt test frm lämplig funktion som kn eskriv en permnent vskiljning v prtikulär fosfor i vttenrg. Funktionen seres på vriler som finns frmtgn för PLC5-moelluppsättningen för Sverige (t.ex. lokl vttenrgsläng, vttenhstighet, vttenjup oh övolym). Avsikten är tt nvän funktionen i PLC6 oh liknne frmti eräkningr. Befintlig PLC5-t nvänes inom enn stuie oh syftet vr tt vis hur funktionen kn nväns vi klirering. Någr efinitiv klireringr eftersträves inte eftersom et smtiigt pågår ett nnt utveklingsprojekt inom SMED för tt förättr läkgekoeffiienter för jorruksmrken. Funktionen testes i fler olik typer v vttenrg (me olik nel jorruksmrk oh skog) för tt utre om en vr roust oh om et går tt nvän frmtgn prmetrr generellt för större regioner. Grunhypotesen vr tt en eftersträve vskiljningsproessen enrt erör iken/små vttenrg oh ärför ör läggs på e lokl tillflöen i områet oh inte i huvufårn (som även kn trnsporter vtten från ovnliggne områen). Seimenttion oh resuspension I HBV-NP moellen simulers seimenttion oh resuspension v prtikulär fosfor i vttenrg genom en rutin som ursprungligen utveklts v Jörgen Roserg (Roserg, 2003). Nen ges en kortftt eskrivning v eräkningrn för tt få en kgrun till e moellföränringr som sen testts. Resuspensionen sker enrt från en pool i moellen som estår v tiigre seimentert prtikulär fosfor, oh är ärför åtskil från en eventuell permnent erosionsproess. Funktionen för seimenttion oh resuspension i efintlig moellversion omförelr ärför enst en prtikulär fosforn i tien oh hr ingen påverkn på en totl trnsporten v fosfor eller vttenrgets morfologi. All prtikulär fosfor som seimenterr rs ort från en vttenfsen oh läggs till en seimentpool. Resuspensionen överför sen fosfor från enn pool till suspension igen. Blnsen melln seimenttion oh resuspension eror v vttenföringen. Vi låg vttenföring ominerr seimenttionen:
( Q Q) serelese re Ψ = C prt ; Ψ [ 0,1] (1) Qre är Q är ktuell vttenföring, Q re är nkfull vttenföring (en vttenföring som inträffr me 0,5 % snnolikhet eller vnligtvis någon gång per år), serelese är en prmeter som klirers, C prt är konentrtionen v prtikulär fosfor i vttnet, oh Ψ är en resulterne elen v C prt som hmnr i seimentpoolen, sepool. När vttenföringen suessivt ökr så ökr resuspensionen v prtikulär fosfor från seimentpoolen, oh når mximum vi Q=Q re : serelese Q Ξ = sepool ; Ξ [ 0,1] (2) Q re är Ξ är nelen prtikulär fosfor i sepool som återförs till vttnet. Funktionen är konstruer så tt full resuspension (moilisering v hel seimentpoolen) sker vi en vttenföring som motsvrr Q re men totl seimenttion sker vi noll vttenföring. I HBV-NP kontrollers lltså åe seimenttionen oh resuspensionen v en prmeter, serelese. När serelese = 0 (eller är oefinier) så eräkns ingen seimenttion/resuspension i moellen. Ett lågt väre på serelese meför tt åe seimenttion oh resuspension vtr/ökr reltivt konstnt me vttenföringen (Figur 1), men ett högt väre ger en mer exponentiellt vtgne/ökne proess me vttenföringen (Figur 2). Roserg (2003) rekommenerr tt serelese sätts till ett väre melln 0-5. Ett lågt väre kn vr lämpligt i vttenrg me finkornig seiment men ett högre väre tore pss ättre i vttenrg me grövre seiment. Figur 1. Seimenttion ( settling ) oh resuspension ( relese ) för ett vttenrg me prmetern serelese=2,0. Från Roserg (2003).
Figur 2. Seimenttion ( settling ) oh resuspension ( relese ) för ett vttenrg me prmetern serelese=5,3. Från Roserg (2003). I enn stuie utvärers fyr olik förslg på proesser som permnent vskiljer prtikulär fosfor i vttenrg, som vi eöme som tänkr. Gemensmt för förslgen är tt e verkr genom seimenttions-/resuspensionsproessen. Det är lltså en förutsättning tt seimenttion/resuspension eräkns i moellen,.v.s. tt serelese>0. Därutöver tests ett förslg på proess me permnent vskiljning v prtikulär fosfor från jorruksmrkens vttenflöe till vttenrget oh från utsläpp v enskil vlopp. Förslg 1: Avskiljning proportionell mot ygnstemperturen Denn proess simulerr ett permnent ortfll v prtikulär fosfor i seimentpoolen, permsep, (så länge et finns mteril) som är proportionellt mot lufttemperturen (temp) i vrje tissteg så länge temperturen är över noll, nnrs noll: permsep = p1 sepool temp (3) är p1 är en prmeter som klirers. Resulttet lir tt seimentpoolen minskr uner sommrhlvåret när temperturen är hög, men en är reltivt oföränr uner vinterhlvåret. Gruntnken me enn funktion är tt vskiljningen är en iologisk eller kemisk proess proportionell mot temperturen oh som huvuskligen äger rum uner sommrhlvåret. Förslg 2: Avskiljning relter till långtismeeltemperturen Liknne förslg 1 så är även enn proess tempertureroene, me skillnen tt Arrhenius (vn t Hoff) exponentiell temperturfunktion (tempfkn) nväns istället för ygnstemperturen: ABS ( T 20 15) tempfkn = 0,85 (4)
är T20 är en löpne meeltemperturen e senste 20 ygnen. Fosfor vskiljs i seimentpoolen i vrje tissteg enligt: permsep = p2 sepool tempfkn (5) är p2 är en prmeter som klirers. Resulttet lir en mer utjämn proess jämfört me förslg 1, eftersom ygnsvritionen i tempertur inte hr lik strk påverkn. Temperturfunktionen tempfkn når mximum (=1) när meeltemperturen är 15 C oh minskr omvänt exponentiellt för åe lägre oh högre tempertur. Förslg 3: Avskiljning proportionell mot seimentpoolen Den knske enklste proessen representers v en konstnt proportionell vskiljning v fosfor från seimentpoolen: permsep = p3 sepool (6) är p3 är en prmeter som klirers i intervllet 0-1. Resulttet lir tt seimentpoolen yggs på långsmmre uner lågflöen än v som nnrs vore fllet, vilket i sin tur gör tt resuspensionen vi högflöen minskr. Uner lågflöen påverks inte konentrtionen v prtikulär fosfor i vttnet nämnvärt. Proessen minskr lltså frmför llt moiliseringen v prtikulär fosfor vi flöestoppr. Förslg 4: Avskiljning proportionell mot vttenjupet I enn proess nts vskiljningen v fosfor vr eroene v åe seimentpoolen oh vttenjupet (jup): permsep = p4 sepool jup (7) är p4 är en prmeter som klirers. Vttenjupet vrierr me vttenföringen. När vttenjupet ökr så ökr åe ortfllet oh resuspensionen, vilket resulterr i tt seimentpoolen snt minskr. Förslg 5: Avskiljning proportionell mot elstning från mrk Dett förslg skiljer sig från e tiigre i oh me tt vskiljningen sker på et prtikulär fosfor som lämnr moellens mrkrutin oh tt et fungerr oeroene v resuspensions- oh seimenttionsproessen i vttenrget. Den fosfor som
påverks kommer från jorruksmrk oh enskil vlopp. Proessen är enkel oh representers v en konstnt proportionell vskiljning v enn fosfor: permsep = p5 soilouton (8) är p5 är en prmeter som klirers i intervllet 0-1, oh soilouton (mg/l) är konentrtionen v prtikulär fosfor från jorruksläkge oh enskil vlopp smmntgn. Resulttet lir tt tillskottet v prtikulär fosfor till vttenrget minskr. Försöksområen 61 minre sjölös områen finns uppstt för HBV-NP sen HELCOM PLC5. Av ess hr 16 områen synoptisk mätserier me totlt, vttenlöst rektiv smt prtikulär fosfor (Figur 3, Tell 1). I enn stuie nväns ess 16 områen för tt utvärer effektern v olik typer v permnent seimenttion/upptg v prtikulär fosfor.det är oft stor vstån melln områen, oh kn ärför vr svårt tt generliser resultten till en heltäkne il över lnet. Områen vrierr i storlek melln 1,8-450 km 2 oh hr jorruksmrk på melln 15-88% v ytn (Tell 1). Skogstäket vrierr melln 0-58% oh någr områen hr tätortseyggelse på ett fåtl proent v relen. Ett områe, Brostorpsån, estår nästn till en trejeel v myrmrk, men i övrig områen är myrmrksnelen liten. Jorruksläkget står för en övervägne elen v en totl ruttoelstningen v prtikulär fosfor i försöksområen oh vrierr melln 51-92% (Tell 2). Bortsett från mrkläkget finns även utsläpp v fosfor från punktkällor i områen. Utsläppen från enskil vlopp vrierr melln 1-11% v en totl ruttoelstningen i områen, gvttenutsläppen motsvrr 0-10% oh utsläppen från reningsverk vrierr melln 0-23% (Tell 2). Utsläpp från enskil vlopp ehnls som en iffus käll i HBV-NP oh ers till grunvttnet likt jorruksläkget.
Figur 3. De små sjölös områen (sins) som finns uppstt i HBV-NP me oservtioner v prtikulär fosfor (rö punkter) smt övrig (grön punkter). Av totlt 61 områen hr 16 områen mätserier v prtikulär fosfor (se höger krtil).
Tell 1. Are, mrknvänning oh ominerne jorrt i e stuere områen, sert på Rö Krtn oh jorrtskrtor. Nmn Totl re km 2 Jorruk Dom. Skog Övrig Hygge Myr Vtten Tätyg jorrt 1 Mlst 38,6 47% l 35% 15% 1% 1% 1% 0% Björklingeån 215,4 26% l 54% 10% 3% 5% 1% 1% Mrstäken 16,7 88% sl 3% 10% 0% 0% 0% 0% Strtomtäken 20,9 63% 11% 16% 1% 0% 0% 9% Ryttrken 7,3 59% 25% 14% 2% 0% 0% 0% Köpingeäken 1,8 87% sl 0% 13% 0% 0% 0% 0% Brån 141,7 81% l, sl 3% 11% 1% 0% 0% 4% uppstr Brån 212,4 78% l, sl 6% 12% 1% 0% 0% 2% Vessingeån 55,4 40% sl 34% 10% 1% 11% 0% 3% Brostorpsån 82,0 15% l 46% 9% 1% 29% 0% 0% Susenå 450,0 26% sl 58% 8% 2% 3% 1% 1% Friån 255,6 40% l, sl 39% 14% 2% 4% 0% 2% Yn 105,3 28% sl 56% 12% 3% 1% 0% 0% Djurn 42,5 57% sil 31% 8% 3% 0% 0% 2% Ösn 167,1 48% sl 33% 15% 1% 1% 0% 0% Pösn 71,0 40% sl 32% 16% 1% 7% 1% 2% 1 Jorrter enligt interntionell texturklssning: sn (s), lomy sn (ls), sny lom (sl), lom (l), silt lom (sil), sny ly lom (sl), ly lom (l), silty ly lom (sil), silty ly (si) oh ly (). Tell 2. Bruttoelstningen v prtikulär fosfor per områe me respektive nelr från jorruksläkge, enskil vlopp, gvtten oh kommunl reningsverk. Områen hr sorterts efter fllne nel jorruksmrk (se Tell 1). Resultten visr genomsnittlig elstning för perioen 1985-2004. Nmn Totl re km 2 Totl ruttoelstning v prt-p (kg/km 2 år) Anel från jorruksläkge (%) Anel från enskil vlopp (%) Anel från gvtten (%) Anel från reningsverk (%) Mrstäken 16.7 5 79% 7% 0% 0% Köpingeäken 1.8 9 76% 11% 0% 0% Brån 141.7 39 90% 2% 4% 0% uppstr Brån 212.4 31 90% 3% 1% 0% Strtomtäken 20.9 34 84% 2% 10% 0% Ryttrken 7.3 24 92% 3% 0% 0% Djurn 42.5 23 90% 1% 2% 1% Ösn 167.1 19 85% 2% 1% 0% Mlst 38.6 19 90% 1% 0% 0% Vessingeån 55.4 23 51% 2% 9% 23% Friån 255.6 14 74% 4% 4% 2% Pösn 71 12 61% 4% 8% 3% Yn 105.3 6 54% 8% 2% 0% Björklingeån 215.4 18 83% 5% 1% 1% Susenå 450 14 63% 3% 6% 0% Brostorpsån 82 18 70% 1% 0% 3%
Genomförne De 16 områen me komplett mätserier simuleres inleningsvis utn någon seimenttion/resuspension oh resulterne simuler konentrtion v prtikulär fosfor plottes tillsmmns me oservere vären. Därefter testes e fyr först föreslgn rutinern för permnent vskiljning oh e simulere hltern jämföres inöres oh me oservere hlter. Därefter eräknes en me enn meto mximl reueringen v prtikulär fosfor genom tt nvän serelese=1 oh p3=1 (se Förslg 3: Avskiljning proportionell mot seimentpoolen). Denn simulering ger en slgs lägst nivå för moellen me vskiljning genom seimenttion oh e oservtioner som fller uner enn nivå går inte tt reprouer me moellen. I näst steg nvänes funktionen för retention v jorruksläkge oh elstning från enskil vlopp (se Förslg 5: Avskiljning proportionell mot elstning från mrk). I ess simuleringr nvänes p5=1 för tt eräkn en mximl reueringen v fosforhlten. Till sist eräknes meelhlter för e olik simuleringrn, smt en solut ifferensen melln simulere meelhlter utn/me permnent vskiljning.
Diskussion oh slutstser Genom tt ktiver funktionen för seimenttion/resuspension påverkes konentrtionen v prtikulär fosfor i vttenrgen stort. Utn enn funktion vrierr e eräkne hltern v prtikulär fosfor reltivt egränst me tien. Me seimenttion/resuspension fås en större vrition v hltern. Vritionen är eroene v et klirere väret hos serelese. Den totl seimenttionen uner ett år är högst när serelese=1 (Figur 4). Då skpr ekvtion (1) oh (2) helt linjär funktioner som är vrnrs inverser. Så länge vttenföringen är lägre än 0,5* Q re ominerr seimenttionen, nnrs ominerr resuspensionen. 1.6 1.4 meelårsseimenttion (ton) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 serelese Figur 4. Beräkn meelårsseimenttion (ton) för perioen 1983-2004 i Björklingeån som funktion v prmetern serelese. Seimenttion oh nettoseimenttion Det är viktigt tt skilj melln seimenttion oh nettoseimenttion, vilket eräkns som seimenttion-resuspension. När serelese=1 nväns lir e eräkne hltern v prtikulär fosfor reltivt likvärig e hlter som eräkns utn seimenttion/resuspension (Figur 5), trots tt seimenttionen å är störst (Figur 4). Dett eror på tt et är nettoseimenttionen som vgör hur hlten föränrs, oh nettoseimenttionen kn vr liten trots tt en etyne mäng seiment änå genomgår seimenttion/resuspension. När ll fosfor i seimenten vskiljs permnent åskåliggörs seimenttionens storlek tyligt eftersom å kn ingen fosfor komm tillk genom resuspension (Figur 6). Me serelese=1 oh mximl permnent vskiljning eräkns et högst ortfllet v prtikulär fosfor i moellen. Dett vl v prmetrr ger en störst möjlig reueringen v hlten prtikulär fosfor i vttenrgen oh är intressnt tt eräkn oh jämför me oservere oh tiigre eräkne hlter.
Jämförelse melln e föreslgn vskiljningsproessern När e föreslgn vskiljningsproessern jämföres vr et svårt tt urskilj någr systemtisk skillner melln eräkne fosforhlter. Det gik tt klirer smtlig funktioner till liknne resultt. Dett gjore tt eräkningr me enst en v vskiljningsproessern, vskiljning proportionell mot seimentpoolen reoviss i fortsättningen (Förslg 3). Anleningen till tt just enn rutin vles ut vr tt en vr minst komplier eftersom en ger en konstnt proportionell vskiljning uner året. Känsligheten hos prmetern p3 testes i intervllet 0-1, är p3=0 ger ingen permnent vskiljning oh p3=1 ger mximl permnent vskiljning. Figur 5. Oservere (svrt stplr) oh simulere hlter v prtikulär fosfor i Björklingeäken me serelese=0 (svrt kurv), serelese=1 (rö kurv) smt serelese=3 (lå kurv). Figur 6. Oservere (svrt stplr) oh simulere hlter v prtikulär fosfor i Björklingeäken me serelese=0 (svrt kurv), serelese=1 (rö kurv) smt serelese=3 (lå kurv) när ll en seimentere fosforn vskiljs permnent. På ett tiigt stium frmgik tt en stor vskiljning kräves för tt e simulere hltern skulle kunn reuers tillräkligt. Därför vröts försöken tt iniviuellt klirer områen. Aretet egränses i stället till tt simuler en ursprunglig fosforhlten (utn seimenttion oh vskiljning) oh en mximlt reuere
fosforhlten (me vskiljning genom seimenttion respektive mrkretention). Generellt gv simuleringrn me mximl vskiljning ättre överensstämmelse me e oservere hltern än simuleringrn utn vskiljning (Figur 8-Figur 22). I områen är huvuelen v totlfosfortrnsporten estår v löst rektiv fosfor (SRP) får inte vskiljningen v prtikulär fosfor så stor påverkn på simuler totlfosforhlt. Exempel på sån områen är Strtomtäken (Figur 10) oh Ryttrken (Figur 11). I ess områen krävs en förättr eräkning v löst rektiv fosfor för tt uppnå ättre överensstämmelse melln oservere oh simulere hlter totlfosfor. Figur 7-. Mlsts vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 8-. Björklingeåns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Figur 9-. Mrstäkens vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 10-. Strtomtäkens vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Oserver tt skln är olik i e olik igrmmen oh tt extremvären fller utnför skln. Figur 11-. Ryttrkens vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 12-. Köpingeäkens vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Viss extremvären fller utnför skln. Figur 13-. Bråns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Viss extremvären fller utnför skln.
Figur 14-. Uppströms Bråns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Viss extremvären fller utnför skln. Figur 15-. Vessingeåns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Viss extremvären fller utnför skln.
Figur 16-. Brostorpsåns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Figur 17-. Susenås vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 18-. Friåns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Figur 19-. Yns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 20-. Djurns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Figur 21-. Ösns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje.
Figur 22-. Pösns vttenföring (), tot-p konentrtion (), löst rektiv fosfor (SRP) konentrtion () oh prt-p konentrtion (). Oservere hlter viss som svrt stplr, simulere hlter utn vskiljning viss me fet rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning genom seimenttion (förslg 3) viss me tunn rö linje, oh simulere hlter me mximl vskiljning v jorruksläkge oh enskil vlopp (förslg 5) viss me lå linje. Beräkn reuering v simuler meelhlt Den eräkne meelhlten v prtikulär fosfor i PLC5-eräkningen vrierr melln 0,026 mg/l i Yn till 0,194 mg/l i Strtomtäken (Tell 3). Dett reflekterr frmför llt skillner i nel jorruksmrk, jorrt smt elstning från punktkällor (Tell 1 oh Tell 2). Även effekten v vskiljning, ovsett meto, vgörs till störst el v elstningens storlek (Tell 3). Störst reuering v meelhlt syns i Strtomtäken, följt v Ryttrken oh Brån, men reueringen är reltivt liten i Suseån oh Yn (Tell 3). Avskiljning genom retention v jorruksläkge oh enskil vlopp ger generellt en större reuering v meelhlten jämfört me vskiljning genom seimenttion, i viss områen är reueringen nästn uelt så stor (Tell 3). Dett gäller frmförllt områen me stor reltiv elstning från jorruksläkge oh enskil vlopp.
Tell 3. Effekter på meelhlter (1985-2004) vi mximl vskiljning genom seimenttion respektive mrkretention. Beräkne meelhlter (mg/l) v prtikulär fosfor utn vskiljning ( urspr ), me seimenttion ( se ), oh me mrkretention ( ret ), smt solut ifferenser i hlt. Områen hr sorterts efter fllne smmnlg nel v ruttoelstning från jorruksläkge oh enskil vlopp (se Tell 2). Nmn Prt-P (urspr) Prt-P (se) Prt-P (ret) Differens (se-urspr) Differens (ret-urspr) Ryttrken 0.15 0.09 0.02-0.06-0.13 uppstr Brån 0.10 0.04 0.01-0.06-0.09 Brån 0.13 0.05 0.02-0.08-0.11 Mlst 0.11 0.06 0.02-0.05-0.09 Djurn 0.11 0.05 0.02-0.06-0.09 Björklingeån 0.09 0.05 0.02-0.05-0.07 Köpingeäken 0.04 0.02 0.01-0.03-0.03 Ösn 0.07 0.03 0.01-0.04-0.06 Mrstäken 0.03 0.02 0.01-0.01-0.02 Strtomtäken 0.19 0.12 0.05-0.08-0.14 Friån 0.06 0.03 0.02-0.03-0.04 Brostorpsån 0.03 0.01 0.01-0.02-0.02 Susenå 0.03 0.02 0.01-0.01-0.02 Pösn 0.04 0.02 0.02-0.02-0.03 Yn 0.03 0.01 0.01-0.02-0.02 Vessingeån 0.07 0.04 0.04-0.02-0.03 Den mximl vskiljning som simulerts här ger en iniktion på hur myket hltern v prtikulär fosfor kn sänks genom metoern som testts i projektet. I mjoriteten v områen tyks änå enn mximl vskiljning ge en reltivt go överensstämmelse melln simulere oh oservere hlter (se t.ex. Björklingeån i Figur 8). Frmtisutsikter Resultten i enn stuie visr tt et går tt förättr simuleringen v prtikulär fosfor vsevärt genom tt inför en funktion för permnent vskiljning i ike oh små vttenrg lterntivt me mrkretention. Enstk oservere konentrtionstoppr är svår tt reprouer me moellen, men meelnivåern stämmer reltivt väl när mn simulerr mximl vskiljning. Det är osnnolikt tt ll seimenter fosfor ins permnent i iken/små vttenrg utn tt sköljs ut uner högflöen, oh ett kn vr en iniktion på tt ntingen läkgekoeffiientern för prtikulär fosfor är översktte oh/eller tt seimenttionen unersktts v en hyrologisk moellen. Läkgekoeffiientern unersöks för närvrne inom ett nnt prllellt SMED-projekt som les v SLU, oh et är för tiigt tt uttl sig om hur stor föränringrn kn komm tt li i ess ännu. I nuläget styrs seimenttion/resuspension v en en prmeter i moellen, vilket ger egränse möjligheter för justering v seimenttionsynmiken. En möjlighet som ör utres i frmtien är tt inför en vlfri inställning v flöesintervllet melln full seimenttion/resuspension, oh unersök om ett intervll går tt koppl till e ominnt jorrtern i områen. Grunhypotesen är tt
seimentens prtikelstorlek återspeglr prtikelstorleken hos jorrten i omgivningen. Ett områe me snig jorrt kn tänks h en nnn seimenttionsynmik jämfört me ett områe me lerig jorrt. Vttenhstigheten för full seimenttion ör vr högre för snprtiklr jämfört me lerprtiklr, oh ett gäller även vttenhstigheten för full resuspension. Genom tt exempelvis inför två ny prmetrr i moellen, Q min oh Q mx, skulle mn fritt kunn skl funktionen för seimenttion/resuspension, oh på så sätt få större möjlighet tt påverk reueringen v prtikulär fosfor. Prolemet är tt ntlet mätserier är för lågt för tt få frm tillräkligt me unerlg för en utvärering v metoiken oh generlisering till omätt områen. Ett lterntiv till vskiljning genom seimenttion är en funktion för retention v elstningen från jorruksläkge oh enskil vlopp som testts. Förelen me enn funktion är tt en är oeroene v seimenttionen/resuspensionen oh verkr irekt på konentrtionen i grunvttnet. Fysikliskt kn ett motsvr en vskiljningsproess i utströmningsområen som ligger i nslutning till minre vttenrg/iken. En nnn förel hos enn funktion är tt en kn ge en större potentiell reuktion v fosforhlten än funktionen som är knuten till seimenttionen. I en frmti stuie ör mn unersök om prmeter p5 går tt klirer regionlt,.v.s. knyt en till nr egenskper i vrinningsområen. Denn stuie är lämplig tt utför när projektet Klirering oh vliering v jorruksläkgekoeffiienter oh eräkning v retention i små sjölös områen hr slutförts. Resultten från enn stuie visr tt frmti elstningseräkningr me HBV-NP kn förättrs eträffne trnsporten v prtikulär fosfor me hjälp v e funktioner som testts i ett projekt. Den funktion som vi nser är lämpligst tt nvän är förslg 5 som sers på elstningen från jorruksmrk oh enskil vlopp.
Referenser Brnt, M., Ejhe, H., Rpp, L., 2008. Näringselstningen på Östersjön oh Västerhvet 2006. Sveriges unerlg till HELCOMs femte Pollution Lo Compiltion. Nturvårsverket Rpport 5815. 95 s. Brnt, M. oh Hjert, N. Avtl 3080801. Fosfortrnsport i Göt älv. SMED. Johnsson, H., Lrsson, M., Brnt, M., Pers, L., oh Roserg, J. 2006. Frmtgning v nytt fosforeräkningssätt för eräkningssystem för iffus elstning, retention oh tillförsel till hvet för PLC5 rpporteringen 2007. SMED rpport 16. Johnsson, H., Lrsson, M., Linsjö, A., Mårtensson, K., Persson, K., Torstensson, G., 2008. Läkge v näringsämnen från svensk åkermrk. Beräkningr v normlläkge v kväve oh fosfor för 1995 oh 2005. Nturvårsverket Rpport 5823. 152 s. Jöorn, A., Dnielsson, I., Osrsson, H., 2006. På tl om vtten. VASTRA Rpport 6. Roserg, J., 2003. Moeling phosphorous trnsport n retention in river networks. Exmensrete 20p., Institutionen för Geovetenskp, Uppsl Universitet. ISSN1650-6553. Geotrykeriet, Uppsl 2003.