Vattenmyndigheten Södra Östersjön Applikation för Vattenmyndigheten Finn de områden som göder havet mest Uppdragsnummer Göteborg 2009-03-16 12800211 DHI Sverige AB GÖTEBORG STOCKHOLM VÄXJÖ LUND Org. Nr. 556550-9600 Lilla Bommen 1 Svartmangatan 18 Honnörsgatan 16 Kyrkogatan 3 Box 3287 411 04 Göteborg 111 29 Stockholm 350 53 Växjö 222 22 Lund Tel: 031-80 87 90 Tel: 08-402 12 80 Tel: 0470-75 27 60 Tel: 046-16 56 80 Fax: 031-15 21 20 Fax: 08-402 12 81 Fax: 0470-75 27 61 Fax: 046-16 56 81
LEDNINGSSYSTEM FÖR KVALITET ENLIGT ISO 9001:2000 Certifiering pågår, beräknas vara klart under februari 2009 Projektets namn: Applikation Vattenmyndigheten Projekt nr: 12800211 Projektledare: Cecilia Wennberg Beställare: Vattenmyndigheten Södra Östersjön Kvalitetsansvarig: Flemming Torbjörn Hansen Beställarens ombud: Niklas Holmgren Handläggare: Dick Karlsson Granskad: CEW/ 2009-02-19 Rapport version: Slutrapport 2009-03-15 Godkänd av: FTH / 2009-02-19 DHI Sverige AB / SIGN/ Uppdragsnr: 12800211 Utskriftsdatum: 2009-03-16 i
Innehållsförteckning Sammanfattning iii Inledning 1 1 Genomförande 2 2 Modellsystem MIKE BASIN 3 2.1 Allmänt om modellsystemet... 3 2.2 Hydrologisk modell (NAM)... 4 2.3 Belastningsmodell (LOAD)... 5 2.4 Vattenkvalitetsmodell (WQ)... 6 3 Lyckebyån 7 3.1 Indata... 7 3.2 Etablering hydrologisk modell... 7 3.3 Etablering belastningsmodell... 9 3.3.1 Källbeskrivning... 9 3.3.2 Punktkällor... 10 3.3.3 Diffusa källor... 11 3.3.4 Typhalter... 12 3.3.5 Jordbruksblock... 13 3.3.6 Retention... 17 3.4 Etablering vattenkvalitetsmodell... 18 3.5 Modellkalibrering... 19 3.5.1 Mätpunkter... 19 3.5.2 Flöde... 20 3.5.3 Kväve... 21 3.5.4 Fosfor... 24 3.6 Sammanfattning kalibreringsresultat Lyckebyån... 24 4 Kustområde 89090 25 4.1 Indata... 25 4.2 Etablering hydrologisk modell... 25 4.3 Etablering belastningsmodell... 27 4.3.1 Källbeskrivning... 28 4.3.2 Punktkällor... 28 4.3.3 Diffusa källor... 29 4.3.4 Typhalter... 30 4.3.5 Jordbruksblock... 31 4.3.6 Retention... 34 4.4 Etablering vattenkvalitetsmodell... 35 4.5 Modellkalibrering... 36 4.5.1 Mätpunkter... 36 4.5.2 Flöde... 37 4.5.3 Kväve... 38 4.5.4 Fosfor... 40 4.6 Sammanfattning kalibreringsresultat Kustområde 89090... 40 5 Resultat 42 i
5.1 Beräknade mängder till avrinningsområdet... 42 5.1.1 Lyckebyån... 42 5.1.2 Kustområde 89090... 42 5.2 Beräknade mängder till vattendraget... 43 5.2.1 Lyckebyån... 43 5.2.2 Kustområde 89090... 44 5.3 Beräknade mängder till havet... 45 5.3.1 Lyckebyån... 45 5.3.2 Kustområde 89090... 46 5.4 Diskussion kring resultaten... 47 6 Modellapplikationens fortsatta användning 49 Bilaga 1 - indata 50 Bilaga 2 kalibreringsresultat kväve Lyckebyån 51 Bilaga 3 kalibreringsresultat fosfor Lyckebyån 56 Bilaga 4 kalibreringsresultat kväve Kustområde 89090 64 Bilaga 5 kalibreringsresultat fosfor Kustområde 89090 72 ii
Sammanfattning Regeringen beslöt 2006-09-07 att till Södra Östersjöns vattenmyndighet avsätta totalt 3 miljoner för att utföra uppdraget Finn de områden som göder havet mest enligt aktionsplanen för havsmiljö (Rapport 5563) som Naturvårdsverket i samråd med 15 andra myndigheter arbetat fram. Länsstyrelsen definierade utifrån detta ett behov av ett datorbaserat modelleringsverktyg som ska användas för att definiera och beskriva olika källor samt simulera koncentrationer och transporter av kväve- och fosfor i ett avrinningsområde med olika påverkansfaktorer. DHI Sverige har fått uppdraget från Vattenmyndigheten att sätta upp en modellapplikation för två delområden, Kustområde 89090 som utgör Skånes sydvästra kustområde och Lyckebyåns avrinningsområden. Tillämpningen syftar dels till att öka detaljeringsgraden i beräkningarna av närsaltstransporten men också till att visualisera och beskriva vilka möjligheter som finns med dessa modellverktyg. Arbetet påbörjades i maj 2008 och slutredovisades i december 2008. Det modellsystem som har använts för att bygga modellapplikationen är MIKE BASIN. MIKE BASIN är ett modellsystem för övergripande vattenplanering. Systemet integrerar GIS (ArcMAP) med hydrologisk och process modellering och bildar ett enkelt men ändå kraftfullt verktyg för utredningar kring vattentillgångar, reservoarers funktioner och vattenkvalitet i såväl ytvatten som grundvatten. Modulerna LOAD Calculator (LC) och Water Quality (WQ) används i MIKE BASIN för att simulera belastning och transport av ämnen i vattnet. LC används för att räkna ut vilken mängd av ett ämne som når vattendraget medan WQ simulerar transport och omvandling av ämnet i själva vattendraget. En stor del av arbetet har bestått i att gå igenom och bearbeta indata och underlag som erhållits från Vattenmyndigheten som har använts i modellapplikationen. Under genomförandet har två utbildningstillfällen genomförts med Vattenmyndigheten. Vid första tillfället gavs en allmän utbildning i hanteringen av modellsystemet MIKE BASIN. Vid det andra utbildningstillfället gavs utbildning och träning i användandet av modellapplikationen för Kustområde 89090 och Lyckebyån. För både Kustområdet 89090 och Lyckebyån har skapats en komplett MIKE Basin modell med beskrivning av belastningar från både punkt och diffusa källor, hydrologisk modell för beräkning av avrinningen samt en vattenkvalitetsmodell som inkluderar retentionen och de vattenkvalitativa processerna för kväve och fosfor i vattendraget. I belastningsmodellen beskrivs bidraget av N och P från olika markanvändning såsom skog, jordbruksmark, öppen mark, hygge, myr samt punktkällor som avloppsreningsverk, enskilda avlopp och dagvatten. Kvävebelastningen delas upp på fraktionerna ammonium, nitrat och organiskt kväve. Punktkällor inkluderar källor med en konstant eller tidsvarierande belastning oberoende av variationen i nederbörd (t. ex. industrier, avloppsreningsverk och enskilda avlopp). Diffusa källor inkluderar källor som varierar över tid som funktion av avrinningen (t. ex. från jordbruk, skog, myr etc.) För Lyckebyån dominerar markanvändningen för skog och för Kustområdet 89090 jordbruksmarken. En särskild bearbetning har gjorts för beräkning av belastningen från jordbruksmarken. Typhalter från PLC5 arbetet har ansatts för de olika marktyperna. För jordbruksmarken har detta kombinerats med typ av gröda, jordmån samt lutningsklass och fosforinnehåll i jorden till en aggregerad beräkning av N och P- bidraget från respektive jordbruksblock. Till skillnad från PLC5 arbetet har ett annat underlag för jordmånen använts. Retention sker i marken, i vattendragen och i sjöarna. I MIKE BASIN beskrivs retentionen på olika delar i de olika delmodellerna. I modellen har inkluderats en retention i avrinningen från jordbruksblocken och övrig markanvändning innan vattnet når vattendraget vilket beskrivs i LOAD Calculator. Dessutom är processerna i vattendragen aktiverade i beräkningen så att retentionen i vattendraget är inkluderad. iii
Indata som har använts för belastningarna (brutto) är i något fall inte reellt brutto utan faktiskt nettobelastningen till vattendraget (fosfor). Några av typhalterna från PLC5 är beräknade som belastning som når vattendraget och inte till rotzonen, vilket betyder att retentionen i markzonen redan är inkluderad i typhalterna. Detta gäller t.ex. för N- och P-typhalter för övrig markanvändning samt för P-typhalter som använts för jordbruksblocken. Dessa typhalter representerar koncentrationen i vattendraget, dvs. efter transport och retention i avrinningsområdet, och representerar därmed inte den egentliga bruttobelastningen. Dessutom fördelas den diffusa bruttobelastningen i modellen på ytvattnet och basflödet, på sådant sätt att transport och retention av N och P i basflödet inte modelleras men ges en lägre koncentration än ytavrinningen. Därmed beaktas effekten ytterligare av retentionen i marklagren. Retentionen i sjöarna har analyserats utifrån de mätningar som finns uppströms och nedströms sjöarna. Utifrån det har effekten av retentionen i sjöarna bedömts vara av liten betydelse inom Lyckebyåns avrinningsområde. För Kustområdet 89090 är detta inte av relevans. Modellerna har kalibrerats för flöde (vattenbalans), belastning (LOAD) och vattenkvalitet (processer). Kalibreringen av kväve har skett genom jämförelse av beräknat och uppmätt koncentration i vattendraget för nitrat respektive jämförelse av beräknad summa av ammonium och organisk kväve mot uppmätt totalkväve minus nitratkväve. Kalibreringsresultaten för nitrat i Lyckebyån visar generellt en god överensstämmelse med mätdata, speciellt vad gäller koncentrationsnivåerna under vinterhalvåret. Kalibreringen av beräknade koncentrationer, speciellt under vinterhalvåret, är avgörande för att kunna beräkna korrekt total årlig transport till Östersjön. Förutom koncentrationerna under vinterhalvåret så beskriver modellen den årliga variationen av nitrat tillfredsställande. För att modellen på ett riktigt sätt ska kunna beskriva den totala kvävetransporten är det nödvändigt att försöka kvantifiera det diffusa bidraget av organiskt kväve. Kalibreringsresultaten för totalfosfor visade, på samma sätt, att det var möjligt att beräkna de uppmätta koncentrationerna under vintern, medan både årsvariationen och variationerna mellan år bara kunde beskrivas i begränsad omfattning. Detta beror dels på att det inte var möjligt att kalibrera punktkällornas betydelse och dels att punktkoncentrationerna av totalfosfor under perioder med högt flöde ofta styrs av erosionsprocesser som inte kan beskrivas med modellen. Eftersom det saknas tillräckliga detaljerade mätdata för kalibrering av den hydrologiska modellen så var det inte möjligt att kalibrera varken kväve eller fosfortillskottet från punktkällorna. Detta beror på att en precis simulering av vattenföringen under lågflöden är avgörande för att kunna göra en tillfredsställande kalibrering av punktkällornas betydelse. Kalibreringsresultaten för kustområde 89090 är generellt goda för både kväve och fosfor speciellt vad gäller koncentrationsnivåerna under vintern när den största andelen av transporten till Östersjön sker. För nitrat är den årliga variationen mestadels bra beskriven men för vissa stationer har oförklarligt höga nitratkoncentrationer uppmätts. Modellen återger inte ammonium- och totalfosforkoncentrationerna under somrarna helt bra. Det har inte varit möjligt att kalibrera punktkällornas betydelse som är viktigast i detta sammanhang. För det krävs mer detaljerade flödesdata under sommarperioden för en mer noggrann kalibrering av den hydrologiska modellen. Resultaten redovisas som totala mängder (kg/år) till havet och fördelningen på delavrinningsområden, samt på olika källor. Beräkningen sker för representativt (valt) medelår som är 2005 för både Lyckebyån och Kustområde 89090. Alla resultat är exklusive atmosfärisk deposition. Den totala belastningen på Lyckebyåns avrinningsområde är, för ett medelår, ca 210 ton kväve/år och 4,1 ton fosfor/år. Dominerande källor är enligt uppgift jordbruksblock och övrig markanvändning. iv
Den totala belastningen på Kustområde 89090 avrinningsområden är, för ett medelår, ca 2400 ton kväve/år och 23 ton fosfor/år. Dominerande källor är enligt uppgift jordbruksblock och övrig markanvändning. När retention i Lyckebyåns avrinningsområde beaktats, dvs. belastningen till vattendraget beräknas, reduceras belastningen av kväve för ett medelår, från ca 210 till 138 ton per år. Mängden fosfor reduceras marginellt och är fortfarande ca 4,1 ton per år. Detta förklaras med att alla diffusa indata för fosfor i form av typhalter från jordbruksblock och övrig markanvändning som utgångspunkt är nettobelastningar. Dominerande källor är enligt beräkningarna jordbruksblock och övrig markanvändning. För Kustområde 89090 innebär motsvarande beräkningar en reduktion av belastningen av kväve, för ett medelår, från ca 2400 till 1400 ton per år. Mängden fosfor reduceras marginellt från ca 23 till ca 19 ton per år. Dominerande källor är enligt beräkningarna jordbruksblock och övrig markanvändning. För Lyckebyån beräknas tillförseln av totalfosfor och totalkväve till havet från hela avrinningsområdet till ca 3,9 ton/år resp ca 129 ton/år. För Kustområde 89090 beräknas tillförseln av totalfosfor och totalkväve till havet från hela avrinningsområdet till ca 18 ton/år resp. ca 1300 ton/år. Indata och belastningar som ligger i applikationen har varierande detaljeringsgrad. För enskilda avlopp har inte projektets ursprungliga ambition uppnåtts med en fullständig beskrivning av anläggningstyp och verkningsgrader för varje enskild anläggning. Istället ligger belastningen från de enskilda avloppen utspridd över delavrinningsområdena. Belastning från jordbruksmark har beräknats utifrån uppgifter om jordbruksblocken för 2005, vilket innebär att variationerna i belastning från jordbruksmark för olika år inte är med i beräkningarna. Överensstämmelsen mellan beräknade och uppmätta halter är god, speciellt i vinterhalvåret som är avgörande för beräkningen av transporten av näringsämnen till havet. Det indikerar att man har lyckats beskriva transporten av närsalterna trots de osäkerheter som finns i indata och de komplicerade förlopp och processer som råder. Atmosfärisk deposition valdes i starten av projektet att inte inkluderas i beskrivningen. Valet baserades på jämförelser mellan inkommande och utgående uppmätta koncentrationer vid sjöarna. Sammanfattningsvis bedöms modellapplikationen för Lyckebyån och Sydkusten vara tillämpliga för att beräkna belastningen av närsalter till havet. Det finns möjligheter till förbättringar i den nuvarande beskrivning som skulle ge ytterligare noggrannhet i resultatet och beräknade belastningssiffror. v
Inledning Regeringen beslöt 2006-09-07 att till Södra Östersjöns vattenmyndighet avsätta totalt 3 miljoner för att utföra uppdraget Finn de områden som göder havet mest enligt aktionsplanen för havsmiljö (Rapport 5563) som Naturvårdsverket i samråd med 15 andra myndigheter arbetat fram. Även Norra Östersjöns och Västerhavets vattendistrikt har fått 3 miljoner var för att utföra motsvarande uppdrag. I delar kommer uppdragen att ge synergieffekter till varandra. Baserat på det första delprojektets resultat skall en fördjupad analys att genomföras i 2 mindre (500-5000 km2) områden. Målet är att kvantifiera effekten av olika åtgärdsscenarier och att analysera var åtgärder skulle ge störst effekt. Länsstyrelsen har alltså behov av ett datorbaserat modelleringsverktyg som ska användas för att definiera och beskriva olika källor samt simulera koncentrationer och transporter av kväve- och fosfor i ett avrinningsområde med olika påverkansfaktorer DHI Sverige har fått uppdraget från Vattenmyndigheten att sätta upp en modellapplikation för två delområden, Kustområde 89090 som utgör Skånes sydvästra kustområde och Lyckebyåns avrinningsområden. Tillämpningen syftar dels till att öka detaljeringsgraden i beräkningarna av närsaltstransporten men också till att visualisera och beskriva vilka möjligheter som finns med dessa modellverktyg. Arbetet påbörjades i maj 2008 och slutredovisades i december 2008. Projektgruppen har bestått av Niklas Holmgren, projektledare, Willem Stolte och Emma Östensson från Vattenmyndigheten Södra Östersjön, samt Cecilia Wennberg, projektledare, Flemming Torbjörn Hansen och Dick Karlsson, DHI Sverige. Denna rapport redovisar det arbete som har gjorts inom ramen för uppdraget och de resultat som har tagits fram. Rapporten är skriven för att kunna följa en arbetsgång och arbetsmetodik. Detaljer kring själva modellapplikationen och dess innehåll återfinns i programmanualer och i de applikationsdata som har levererats till vattenmyndigheten och som utgör en del av redovisningen av uppdraget. 1
1 Genomförande Arbetet med att etablera applikationen för Södra Östersjöns Vattendistrikt har innefattat olika delmoment som framgår av figur nedan. Figur 1.1 Genomförande av uppdraget. Det modellsystem som har använts för att bygga modellapplikationen är MIKE BASIN som beskrivs mer i detalj i kapitel 3. En stor del av arbetet har bestått i att få, gå igenom och bearbeta indata och underlag som erhållits från Vattenmyndigheten som har använts i modellapplikationen. Under genomförandet har två utbildningstillfällen genomförts med Vattenmyndigheten. Vid första tillfället gavs en allmän utbildning i hanteringen av modellsystemet MIKE BASIN. Vid det andra utbildningstillfället gavs utbildning och träning i användandet av modellapplikationen för Kustområde 89090 och Lyckebyån. 2
2 Modellsystem MIKE BASIN MIKE BASIN Figur 2-1. Principerna för komponenterna i MIKE BASIN 2.1 Allmänt om modellsystemet MIKE BASIN är ett modellsystem för övergripande vattenplanering. Systemet integrerar GIS (ArcMAP) med hydrologisk modellering och bildar ett enkelt men ändå kraftfullt verktyg för utredningar kring vattentillgångar, reservoarers funktioner och vattenkvalitet i såväl ytvatten som grundvatten. Avrinningsområdet byggs upp baserat på topografi och vattendrag. Punkter där biflöden sammanstrålar/förgrenas, reservoarer och vattenanvändning beskrivs med noder i modellen. Modellen byggs upp helt i GIS-miljö. De hydrologiska beräkningarna baseras på kompletta avrinnings- och avdunstningsberäkningar, massbalansberäkning i vattendraget samt linjär magasinsteori för grundvattenkomponenten. Retentionen inom delområden kan beskrivas för olika källor och ämnen, och vid transporten i vattendraget kan olika former av nedbrytningsprocesser inkluderas. De ämnen som normalt inkluderas i vattenkvalitetsprocesserna är BOD, kväve, fosfor och E.coli-bakterier. Möjlighet finns även för användaren att själv definiera ämnen såsom t.ex. olika tungmetaller och bekämpningsmedel. En speciell modul hanterar olika typer av föroreningsbelastningar och dess avrinning, transport och retention fram till vattendraget, både för punktkällor och diffusa källor. Här kan t.ex. GIS-skikt för markanvändning och jordarter användas som underlag för beräkning av barriäreffekter och nedbrytningsförlopp för diffusa källor. MIKE BASIN beräknar flöden och kvalitetsparametrar i olika punkter längs hela vattendragets sträckning, där resultat kan redovisas som tidsserier eller tabeller. Kopplingen till GIS medför flexibel och illustrativ resultatpresentation. MIKE BASIN har använts i många projekt kring övergripande avrinningsområdesplanering, vattenkraft, vattenkvalitet m.m. runt om i världen. MIKE BASIN har i ett flertal 3
tillämpningar visat sig vara ett användbart verktyg för studier som faller inom EU:s ramdirektiv för vatten. 2.2 Hydrologisk modell (NAM) Den hydrologiska modellen NAM simulerar nederbörds- och avrinningsprocesserna på avrinningsområdesnivå. Modellen kan antingen användas självständigt eller på så sätt att den skapar avrinning från flera delavrinningsområden som lateralt tillskott in till ett vattendrag. På så sätt är de möjligt att hantera ett enskilt avrinningsområde eller ett stort flodområde med många avrinningsområden och ett komplext nätverk av floder och kanaler inom samma modellbeskrivning. Meterologiska data som krävs som indata till NAM modellen är nederbörd, avdunstning och temperatur (om snömagasinet är inkluderat). Utifrån detta beräknas avrinning och andra värden för den hydrologiska cykeln i marken såsom markfuktighet och grundvattenbildning. Beräknad avrinning från avrinningsområdet är uppdelat på ytavrinning, interflow (omättad zon) och grundvattenkomponenter. Det finns en automatisk kalibreringsrutin i NAM-modellen som möjliggör kalibrering av de 9 viktigaste parametrarna. Autokalibreringen baseras på simultan optimering av upp till 4 olika mål, inklusive vattenbalansen, hydrografens utseende, toppflöden och lågflöden. NAM modellen är ett väl beprövat verktyg som har använts i ett stort antal områden runt om i världen som representerar många olika typer av hydrologiska förutsättningar och klimat förhållanden. Principerna för de processer som modellen beskriver framgår av figur 3.2 nedan. 4
Figur 2-2 Modellstruktur i den hydrologiska modellen NAM. NAM model structure. 2.3 Belastningsmodell (LOAD) Modulerna LOAD Calculator (LC) och Water Quality (WQ) används i MIKE BASIN för att simulera belastning och transport av ämnen i vattnet. LC används för att räkna ut vilken mängd av ett ämne som når vattendraget medan WQ simulerar transport och omvandling av ämnet i själva vattendraget. Nedan följer en beskrivning av hur LOAD Calculator används, både för sig själv och som förberedelse till WQ. Beskrivningen förutsätter en viss kännedom om MIKE BASIN och uppbyggnad av själva MIKE BASINmodellen tas inte upp här. Kväve, organiskt material, BOD, fosfor och E.coli bakterier kan behandlas med de formler som finns i programmet och det finns också möjlighet att själv definiera ämnen som ska beräknas. Beskrivningen nedan utgår från beräkningar av kväve, som kan modelleras som nitrat, ammonium eller totalkväve, även om samma principer många gånger gäller för samtliga ämnen. Det går också att beräkna belastningen av två eller flera ämnen på samma gång. Eftersom MIKE BASIN är ett verktyg som används för modellering av processer inom avrinningsområden sker också beräkningar med LC för avrinnings- eller delavrinnningsområden. Indata till LC består främst av shapefiler innehållande de olika kvävekällorna och med de uppgifter som krävs för att beräkna belastningen från dessa i attributtabel- 5
len. Indata ska inte delas upp efter avrinningsområdena utan LC klipper själv filerna i indata efter en polygonfil som innehåller de önskade områdena. Belastningen beräknas utifrån fyra olika typer av källor; punktkällor, jordbruk, djurhållning och hushåll med enskilda avlopp. Den första typen består av ett punktskikt medan de övriga beskrivs i polygonform. Olika typer av markanvändning beskrivs med hjälp av polygonskikt som ges olika belastningar. I projektet har ingen specifik källa för djurhållning angivits. Den information som ska finnas i attributtabellen ser något olika ut för respektive källa och det lättaste sättet att se hur informationen ska vara uppbyggd är därför att läsa igenom beskrivningen nedan om hur de olika källorna matas in i modellen. 2.4 Vattenkvalitetsmodell (WQ) När vattenbalans och källor till föroreningar i avrinningsområdet beskrivits kan transportberäkningar av diverse föroreningskomponenter utföras (WQ-beräkning). Modulen innehåller transportberäkningar och processer som sker i vattendraget. De processer som kan studeras är: Denitrifikation Nitrifikation Fosfor retention BOD processer E.coli nedbrytning X (valfri) Nedbrytning och retention i vattendraget baseras på beräknad transporttid. Transporttiden kan uppskattas genom enkla hastighetsberäkningar (Mannings formel eller rating curve). Väljer man Mannings formel tas hänsyn till vattendragets råhet och geometri (lutning, längd och bredd). När nödvändig indata beskrivits utförs simuleringen, på samma sätt som för en vattenbalansberäkning. 6
3 Lyckebyån 3.1 Indata Indata har till största del inhämtats av Vattenmyndigheten och kommer från många olika källor såsom SGU, kommunerna, SMHI, Länsstyrelserna, Vattenvårdsförbund, LRF, NV och SMED. Lista med indata, och datakälla, redovisas i bilaga /1/. 3.2 Etablering hydrologisk modell Den hydrologiska modellen byggs upp med hjälp av indata i form av meteorologiska data såsom nederbörd, temperatur och avdunstning. Uppmätta flödesdata används att kalibrera modellen mot. I ett första steg etableras en modell för hela avrinningsområdet. Därefter distribueras den ut på delavrinningsområden. Figur 3-1 MIKE BASIN modellen där delavrinningsområdesgränser, vattendrag, beräkningsnoder och punktkällor (orangea prickar) illustreras. Följande indata har använts vid etableringen av den hydrologiska modellen: Nederbördsmätningar från nederbördsstationer i gult, se Figur 4-2, med data från 1990 till 2006-08. Ytterligare sex stationer erhölls men hade antingen ingen data alls eller saknade data under stora delar av perioden. Några låg dessutom så långt från avrinningsområdet att de viktades bort (Thiessen metoden). 7
Nederbördsstationer finns utspridda över avrinningsområdet och har därför viktats m.h.t. dess enskilda vikt för avrinningsområdet, se Figur 4-3. Detta har gjorts med Thiessen analys. Stationer med data från Herråkra, Gullaskruv, Lessebo, Emmaboda D, Tvingelshed och Lyckeby kommer således att används i den hydrologiska modellen. I de fall att det har saknats mätvärden för en nederbördsstation har luckor fyllts med data från stationer som har haft liknande nederbördsmönster. Det finns två stationer med kontinuerlig temperatur mätning, Bredåkra (nära Hoby) och Lessebo. Potentiell avdunstning hämtades från SMHI för Karlshamn. I de fall att det har saknats mätvärden för en nederbördsstation har luckor fyllts med data från stationer som har haft liknande nederbördsmönster. Modellen har kalibrerats mot dygnsmedelflöde vid Mariefors (SMHI stationsnummer: 2400) som beräknats med PULS-modellen. Figur 3-2 SMHI-stationer med uppmätt nederbörd. Data har erhållits för gulmarkerade stationer. 8
Acc (mm) Applikation Vattenmyndigheten Figur 3-3 Viktning av nederbördsmätarnas betydelse. Ackumulerad Nederbörd 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Emmaboda D Lessebo Linneryd Konga Mjuamåla Lyckeby Hoby Torsås Tvingelshed Gullaskruv Herråkra 0 1989-10-19 1992-07-15 1995-04-11 1998-01-05 2000-10-01 2003-06-28 2006-03-24 datum Figur 3-4 Ackumulerad nederbördsvolym för befintliga mätserier (mm). 3.3 Etablering belastningsmodell Belastningsmodellen byggs upp i LOAD Calculator (LC). Belastningar definieras som olika källor där de antingen utgör diffusa eller punktkällor. För applikationen har fokus varit på kväve och fosfor belastningen till havet. Därför har belastningar av kväve och fosfor för de olika källorna lagts in i belastningsmodellen. Kvävebelastningen delas upp på fraktionerna ammonium, nitrat och organiskt kväve. 3.3.1 Källbeskrivning De källor som har beskrivits i applikationen är följande: Markanvändning såsom skog, jordbruksmark, öppen mark, hygge, myr Avloppsreningsverk 9
Enskilda avlopp Dagvatten Underlaget för källorna består av GIS skikt som polygoner eller punktdata. Valda belastningar från de olika källorna har antingen beräknats eller erhållits. Atmosfärisk deposition valdes i starten av projektet att inte inkluderas i beskrivningen. Valet baserades på en mycket liten skillnad vid jämförelser mellan inkommande och utgående uppmätta koncentrationer vid sjöarna. I modellapplikationen skiljer man på diffusa källor och punktkällor. Punktkällor inkluderar källor med en konstant eller tidsvarierande belastning oberoende av variationen i nederbörd (t.ex. industrier, avloppsreningsverk och enskilda avlopp). Diffusa källor inkluderar källor som varierar över tid som funktion av avrinningen (t.ex. från jordbruk, skog, myr etc.). Nedan följer en genomgång av de olika källorna och hur de har hanterats i belastningsmodellen. 3.3.2 Punktkällor Punktkällorna som belastar Lyckebyån består av avloppsreningsverk, enskilda avlopp och dagvatten. Belastningen från avloppsreningsverk baserades på data för den samlade årliga belastningen för varje verk och med antagande om jämn fördelning över året (vilket i praktiken oftast inte korrekt eftersom det även finns en påverkan av nederbördsberoende flöden till reningsverken). Avloppsreningsverkens läge framgår av Figur 3-5. Enskilda avlopp är beskrivet som total årlig belastning (från PLC5) per PLC 5 avrinningsområde se Figur 3-12, då det inte var möjligt att få fram data för de enskilda avloppen. Data for dagvatten baseras också på PLC 5 data. För dagvatten antogs också en jämn fördelning av belastningen över året. Det är inte korrekt då dagvattnet är direkt relaterat till nederbördens intensitet och volym liksom ledningsnätet som det transporteras i, men detaljeringsgraden i den dynamiken har inte beskrivits. För beräkningen av årsmängder har detta ingen betydelse och effekten av denna förenkling bedöms ej vara av betydelse för kalibreringsresultaten. 10
Figur 3-5 Punktkällor inom Lyckebyåns avrinningsområde. 3.3.3 Diffusa källor Till de diffusa källorna hör läckage från marken inom avrinningsområdet som styrs av vilken markanvändning som finns samt hydrologiska förhållanden. Diffusa källor är uppdelade mellan jordbruksblock och övrig markanvändning. För jordbruksmark har läckaget beräknats med jordbruksblock, se kapitel 3.3.5. Andelen skog dominerar kraftigt inom avrinningsområdet, se Figur 3-7. 11
Markklass Figur 3-6 Fördelning markanvändning inom Lyckebyåns avrinningsområde. Figur 3-7 Fördelning på areal av markanvändning inom Lyckebyåns avrinningsområde, jbb betyder jordbruksblock. 3.3.4 Typhalter De typhalter som har använts är hämtade från PLC5 arbetet och de matriser som finns för läckage från jordbruksblock med en viss jordmån & gröda samt för fosfor P-innehåll i jorden och lutning. Typhalter för övriga markanvändningar har valts enligt Tabell 3-8 Typhalter är baserat på typhalter som använts i PLC 5. 12
Tabell 3-8 Typhalter för övrig markanvändning i Lyckebyåns avrinningsområde. Typhalter Kväve, N Typhalt, mg/l 1 Skogsmark 0,52 2 Hyggen 2 3 Fjäll Ej inkluderad 4 Jordbruksmark 1,9 5 Öppen mark 1,5 6 Myrmark 0,96 7 Vatten 0 8 Tätort 1,5 Typhalter Fosfor, P 1 Skogsmark 0,008 2 Hyggen 0,0128 3 Fjäll Ej inkluderad 4 Jordbruksmark 0,03 5 Öppen mar 0,008 6 Myrmark 0,008 7 Vatten 0 8 Tätort 0,008 3.3.5 Jordbruksblock Läckaget från jordbruksmarken har beräknats med hänsyn till läckage koefficienter för olika förutsättningar vad gäller de enskilda jordbruksblockens distribution, marklutning, typ av gröda och jordmån. Arbetsgången framgår av bild nedan. 13
Figur 3-9 Arbetsgång för framtagande av N- och P-flux från jordbruksblock. I databasen etableras koppling mellan Jordbruksblock ID (inkl. Information om jordmån, lutning och P-innehåll) och Gröda data från AIKS, och mellan Gröda data och avrinningskoefficienter (=typhalter). N -och P-flux per jordbruksblock beräknas och exporteras till LOAD beräkningen. Typhalter för olika kombinationer har hämtats från PLC5 arbetet med skillnaden att nu har ett annat underlag för jordmånerna använts än det som tidigare använts i PLC5 arbetet. Dessutom var det ytterligare några saker som komplicerade jämförelsen med data från PLC5: - typhalter saknades för några typer av grödor - inte alla polygoner i de filer som beskriver jordbruksblockens utbredning hade samma identifiering som AIKS databasen - arealerna för jordbruksblockens polygoner var inte identiska med summan av arealerna i AIKS databasen för alla JBB ID - det saknades i flera fall arealer i AIKS databas Av ovanstående anledning gjordes några antaganden vid bearbetningen av indata: - om jordbruksblockens areal fanns i AIKS databas så blev denna areal använd, annars användes arealen beskriven i jordbruksblockens GIS-polygoner 1 - för jordbruksblocks ID utan information om gröda användes en medeltyphalt för alla grödor (exklusive extensiv vall och grönträda) för varje jordtyp 1 I PLC5 anvendtes en anden metode til korrektion for forskel i arealer mellem AIKS databasen og arealerne af polygoner i Jordbruksblock GIS temaet. 14
Figur 3-10 Underlag för beräkningar av belastningar från jordbruksblock (JBB): Jordtyp (till vänster), Lutnings klasser (mitten) och Klass indelning av Jordbruksmarkens innehåll av förrådsfosfor (till höger). Figur 3-11 Beräknade belastningar från jordbruksblocken för år 2005. 15
Figur 3-12 Belastningar från enskilda avlopp inom Lyckebyåns avrinningsområde (vänstra figur=kväve; högra figur=fosfor). Figur 3-13 Dagvattenbelastning inom Lyckebyåns avrinningsområde (vänstra figur=kväve; högra figur=fosfor). 16
3.3.6 Retention Retention sker i marken, i vattendragen och i sjöarna. I MIKE BASIN beskrivs retentionen på olika delar i de olika delmodellerna. Indata som har använts för belastningarna (brutto) är i något fall inte reellt brutto utan faktiskt nettobelastningen till vattendraget. I modellen har inkluderats en retention i avrinningen från jordbruksblocken och övrig markanvändning innan vattnet når vattendraget vilket beskrivs i LOAD Calculator. Dessutom är processerna i vattendragen aktiverade i beräkningen så att retentionen i vattendraget är inkluderad. Några av typhalterna från PLC5 är beräknade som belastning som når vattendraget och inte till rotzonen, vilket betyder att retentionen i markzonen redan är inkluderad i typhalterna. Detta gäller t.ex. för N- och P-typhalter för övrig markanvändning samt för P- typhalter som använts för jordbruksblocken. Dessa typhalter representerar koncentrationen i vattendraget, dvs. efter transport och retention i avrinningsområdet, och representerar därmed inte den egentliga bruttobelastningen. Till en början antogs det för Lyckebyån att bruttobelastningen från ytor med övrig markanvändning svarade till nettotyphalterna från PLC5 multiplicerat med 2. Motivet att fördubbla typhalterna var att ca hälften av kväve och fosforbidraget från den diffusa belastningen transporteras med grundvattnet och att största delen av både kväve och fosfor försvinner i grundvattnet innan det når vattendraget. För Lyckebyån visade det sig dock att typhalter som representerar nettobelastning enligt PLC5 i tillräckligt hög grad beskrev vinterhalvårets koncentrationsnivåer för både kväve och fosfor och därför var det inte nödvändigt att kalibrera typhalterna. Nedbrytningen innan belastningen når vattendraget beskrivs med den sk distance decay funktionen. Distance decay har använts med 1 % per km för N och 0 för P. 17
Figur 3-14 Storleken på den avståndsberoende nedbrytningen där rött indikerar högst värden och ljusare gult de lägsta värdena. Färgerna representerar således avståndet från delavrinningsområdet till närmaste vattendrag (= huvudvattendrag medtaget i Mike Basin~fetmarkerade). Dessutom fördelas den diffusa bruttobelastningen belastningen i modellen på ytvattnet och basflödet, på sådant sätt att transport och retention av N och P i basflödet inte modelleras men ges en lägre koncentration än ytavrinningen. Därmed beaktas effekten ytterligare av retentionen i marklagren. Retentionen i sjöarna har analyserats utifrån de mätningar som finns uppströms och nedströms sjöarna. Utifrån det har effekten av retentionen i sjöarna bedömts vara av liten betydelse inom Lyckebyåns avrinningsområde. 3.4 Etablering vattenkvalitetsmodell Modellen för processbeskrivning av vad som sker i vattendraget omfattar de delar av vattendraget som är fetmarkerade i figur nedan. Retentionen i övriga delar av vattendraget är inte inkluderat explicit, men indirekt som en del av retentionen i marken (avrinningsområdet). Enligt vattenkvalitetsmätningarna så har sjöarna ganska liten effekt på närsalttransporten på så sätt att det är ungefär lika hög koncentration före som efter sjön. Orsaken till detta kan vara att olika processer kompenserar varandra eller at processer som TP retention och/eller denitrifikation är obetydlig. Det betyder i detta sammanhang att inga processer beskrivits för sjöarna, se också kommentarer kring atmosfärisk deposition i kapitel 3.3.1. 18
Figur 3-15 För fetmarkerade delar av vattendraget har processer beskrivits. Övriga delar av vattendraget har konservativ transport. 3.5 Modellkalibrering Modellen har kalibrerats för flöde (vattenbalans), belastning (LOAD) och vattenkvalitet (processer). 3.5.1 Mätpunkter Det finns relativt många mätpunkter längs Lyckebyån, se Figur 3-16. De flesta av dessa har beaktats under kalibreringsarbetet men inte alla redovisas i denna rapport. 19
Figur 3-16 Mätpunkter för vattenkvalitet längs Lyckebyån. 3.5.2 Flöde Flödesdata för kalibrering av den hydrologiska modellen har utgjorts av beräknade flöden från SMHI. Det finns således ingen uppmätt flödesserie tillgängligt för Lyckebyån. I figur nedan visas kalibreringsresultaten för kalibreringen av den hydrologiska modellen. Resultaten visas som jämförelse mellan beräknat flöde (svart) och det av SMHI tidigare beräknade flödet (blått) med PULS modellen. 20
Flöde (m3/s) Applikation Vattenmyndigheten 40 35 Uppmätt Beräknat 30 25 20 15 10 5 0 90-08-01 92-07-31 94-07-31 96-07-30 98-07-30 00-07-29 02-07-29 04-07-28 06-07-28 Figur 3-17 Jämförelse av beräknat flöde (svart) och uppmätt flöde (rött). 3.5.3 Kväve Kalibreringen har skett genom jämförelse av beräknat och uppmätt nitratkoncentrationer respektive jämförelse av beräknad summa av ammonium och organisk kväve mot uppmätt totalkväve minus nitratkväve. Sammanställning av kalibreringsgrafer finns i Bilaga 2. Resultatet visar att modellen överensstämmer väl med mätningarna både för vintern och för sommaren. Från station 8, se Figur 3-18, ned till station 15 stämmer dock sommarkoncentrationerna inte. Simulerade koncentrationer är för höga vilket kan tillskrivas avloppsreningsverket i Emmaboda på så sätt att: 1. lågflödet är för lågt i modellen 2. totalkväve från Emmaboda ARV är för högt 3. en kombination av 1 och 2 Figur 3-18 Jämförelse av beräknat (svart) och uppmätt (blått) nitratkoncentration vid station 8. 21
För station 17 stämmer både sommar och vinterkoncentrationerna bra, se Figur 3-19. Anledningen till att Emmaboda ARV inte slår igenom här beror sannolikt på att station 16 (som är ett biflöde) simulerar för låga sommarvärden vilket ger en utspädning av nitrat-koncentrationen på sommaren vid station 17. Mätningarna vid station 16 visar tydligt att det finns en nitrat-punktkälla uppströms mätstationen, kanske ett avloppsreningsverk, som inte finns med i modellen. Det finns också en möjlighet att det finns en punktkälla mellan station 15 och 17 som inte är med i modellen. Figur 3-19 Jämförelse av beräknat (svart) och uppmätt (blått) nitratkoncentration vid station 17. Den höga nitratpulsen från Emmaboda ARV under sommaren försvinner mellan station 9a och 10 enligt mätdata se Figur 3-20. Det är inga större sjöar som kan förklara detta. Det enda som kan förklara det är tillflödet från biflödet från station 55 som ger en utspädning av vattnet. Eftersom detta inte beskrivs i modellen är sannolikt inte vattenbalansen helt korrekt beskriven. Det kan t.ex. vara så att sjön uppströms station 55 leder ut mer vatten under lågflöde än vad som beskrivits i modellen. Samtidigt är kanske lågflödet uppströms station 9a för högt. Det är också möjligt att kvävebidraget från Emmaboda är för högt. Figur 3-20 Uppmätt (blått) nitrat/nitritkoncentration vid station 8, 10, 13 och 9a. 22
Generellt är de beräknade vinterkoncentrationerna av organiskt kväve + ammonium för låga under vintern, se Figur 3-21. De beräknade koncentrationerna är styrda av hög koncentration av organiskt kväve i basflödet (0,4 mg/l). Som utgångspunkt bör man förvänta sig att koncentrationen av organsikt kväve är mycket låga i grundvattnet. Det är dock möjligt att grundvattenavrinningen liksom övrig avrinning passerar humusrika jordlager innan det når vattendraget och att det därmed tar upp ett relativt högt innehåll av organiskt kväve. Figur 3-21 Uppmätt (blått) och beräknat organiskt kväve+ammonium vid station 17 (runoff coefficient satt till 1 för hela avrinningsområdet). För att utvärdera effekten av organiskt kväve och ammonium på vintern gjordes en beräkning där runoff coefficient för organiskt kväve sattes till 1,5, se Figur 3-22. Resultatet indikerar att organiskt kväve från diffuse källor skall öka mycket mer än 1,5, kanske med en faktor 10, för att nå de uppmätta värdena. Det finns ingen så stor diffus källa beskriven i modellen men det skulle kunna ge en god beskrivning av både koncentrationsnivån och dynamiken under året. Det har inte varit möjligt att bedöma det diffusa bidraget av organiskt kväve utifrån befintlig information. Det organiska kvävet utgör den största andelen av totalkvävet i Lyckebyån vilket innebär att detta utgör en väsentlig osäkerhet i beräkningen av den samlade transporten av totalkväve. N117 BOD [mg/l] N117 BOD [mg/l] 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 2001 2002 Figur 3-22 Exempel på beräknad koncentration organiskt kväve med RC=1 (blått) respektive 1,5 (svart). 23
3.5.4 Fosfor Generellt är det god överensstämmelse mellan uppmätt och beräknad totalfosfor för de flesta stationerna. Alla mätningar och beräkningar visar högre koncentrationer på sommaren än på vintern, vilket indikerar att punktkällor har en väsentlig betydelse av totalfosforkoncentrationerna i vattendraget. Sammanställning av kalibreringsgrafer finns i Bilaga 3. Beräknade vinterkoncentrationer stämmer väl med uppmätt medelkoncentration som är mellan ca.10 och 30 µg/l. För några stationer finns det variationer mellan åren som inte beskrivs av modellen. Totalfosforkoncentrationen i vattendraget under högflöden beror ofta på avrinning som skapar jorderosion och erosion av vattendraget och dessa orsakssamband kan inte simuleras i MIKE BASIN. Det har inte varit möjligt att kalibrera sommarkoncentrationen av totalfosfor på grund av avsaknad av mätdata för vattenföringen. Detta betyder att endast PULS-data använts som kalibreringsunderlag för hydrologin. En korrekt beskrivning av lågflödet är en förutsättning för att beräkna toppkoncentrationerna i vattendraget under somrarna. 3.6 Sammanfattning kalibreringsresultat Lyckebyån Kalibreringsresultaten för nitrat i Lyckebyån visar generellt en god överensstämmelse med mätdata, speciellt vad gäller koncentrationsnivåerna under vinterhalvåret. Kalibreringen av beräknade koncentrationer, speciellt under vinterhalvåret, är avgörande för att kunna beräkna korrekt total årlig transport till Östersjön. Förutom koncentrationerna under vinterhalvåret så beskriver modellen den årliga variationen av nitrat tillfredsställande. Totalkväve var inte möjligt att kalibrera då den tillgängliga informationen vad gäller primärt diffusa källor inte kunde förklara den höga koncentrationen av organiskt kväve i vattnet. Medan uppmätta vinterkoncentrationer av nitrat visade värden mellan 0,2 och 0,4 mg/l vid Lyckebyåns utlopp så visade mätningarna samtidigt motsvarande värden för organiskt kväve + ammonium på mellan 0,4 och 0,6 mg/l. Detta betyder att organiskt kväve faktiskt står för mer än hälften av totalkväve transporten till Östersjön. För att modellen på ett riktigt sätt ska kunna beskriva den totala kvävetransporten är det nödvändigt att försöka kvantifiera det diffusa bidraget av organiskt kväve. Kalibreringsresultaten för totalfosfor visade, på samma sätt, att det var möjligt att beräkna de uppmätta koncentrationerna under vintern, medan både årsvariationen och variationerna mellan år bara kunde beskrivas i begränsad omfattning. Detta beror dels på att det inte var möjligt att kalibrera punktkällornas betydelse och dels att punktkoncentrationerna av totalfosfor under perioder med högt flöde ofta styrs av erosionsprocesser som inte kan beskrivas av modellen. Eftersom det saknas mätdata för kalibrering av den hydrologiska modellen (det var bara PULS-data som fanns tillgängligt) så var det inte möjligt att kalibrera varken kväve eller fosfor-tillskottet från punktkällorna. Detta beror på att en precis simulering av vattenföringen under lågflöden är avgörande för att kunna göra en tillfredsställande kalibrering av punktkällornas betydelse. 24
4 Kustområde 89090 Området som berörs omfattar Kustområdet med numrering 89090 enligt Vattenmyndighetens indelning. 4.1 Indata Indata har till största del inhämtats av Vattenmyndigheten och kommer från många olika källor såsom SGU, kommunerna, SMHI, Länsstyrelserna, Vattenvårdsförbund, LRF, NV och SMED. Lista med indata, och datakälla, redovisas i bilaga /1/. 4.2 Etablering hydrologisk modell Den hydrologiska modellen byggs upp med hjälp av indata i form av meterologiska data såsom nederbörd, temperatur och avdunstning. Uppmätta flödesdata används att kalibrera modellen mot. I ett första steg etableras en modell för hela avrinningsområdet. Därefter distribueras den ut på delavrinningsområden. Figur 3-1 MIKE BASIN modellen där delavrinningsområdesgränser, vattendrag, beräkningsnoder och punktkällor (orangea prickar) illustreras. Följande indata har använts vid etableringen av den hydrologiska modellen: Nederbördsmätningar från nederbördsstationer i gult, se Figur 4-2, med data från 1990 till 2008. Ytterligare sju stationer erhölls men hade antingen ingen data alls eller saknade data under stora delar av perioden. Några låg dessutom så långt från avrinningsområdet att de viktades bort (Thiessen metoden). Nederbördsstationer finns utspridda över avrinningsområdet och har därför viktats m.h.t. dess enskilda vikt för avrinningsområdet, se Figur 4-3. Detta har gjorts med Thiessen analys. Stationer med data Malmö, Vellinge, Falsterbo, Trelleborg, Skurup, Beddingestrand och Ystad kommer således att användas i den hydrologiska modellen. 25
Det finns fyra stationer med kontinuerlig temperaturmätning; Malmö, Falsterbo, Sturup och Ystad. Potentiell avdunstning hämtades från SMHI för Malmö, Falsterbo och Ystad. I de fall att det har saknats mätvärden för en nederbördsstation har luckor fyllts med data från stationer som har haft liknande nederbördsmönster. Modellen har kalibrerats mot dygnsmedelflöde vid Skivarpsåns utlopp (SMHI stationsnummer 2129, Tånemölla som beräknats med PULS-modellen) Figur 4-2 SMHI-stationer med uppmätt nederbörd. Data har erhållits för gulmarkerade stationer. 26
Ack (mm) Applikation Vattenmyndigheten Figur 4-3 Viktning av nederbördsmätarnas betydelse. Ackumulerad Nederbörd 14000 12000 10000 8000 6000 Skurup Beddingestrand Falsterbo Ystad Vellinge Trelleborg Malmö 4000 2000 0 1989-10-19 1992-07-15 1995-04-11 1998-01-05 2000-10-01 2003-06-28 2006-03-24 2008-12-18 Datum Figur 4-4 Ackumulerad nederbördsvolym för befintliga mätserier (mm). 4.3 Etablering belastningsmodell Belastningsmodellen byggs upp i LOAD Calculator (LC). Belastningar definieras som olika källor där de antingen utgör diffusa eller punktkällor. För applikationen har fokus varit på kväve och fosfor belastningen till havet. Belastningar av kväve och fosfor för de olika källorna harg lagts in i belastningsmodellen. Kvävebelastningen delas upp på fraktionerna ammonium, nitrat och organiskt kväve. 27
4.3.1 Källbeskrivning De källor som har beskrivits i applikationen är följande: Markanvändning såsom skog, jordbruksmark, öppen mark, hygge, myr Industrier Avloppsreningsverk Enskilda avlopp Dagvatten Underlaget för källorna består av GIS skikt som polygoner eller punktdata. Valda belastningar från de olika källorna har antingen beräknats eller erhållits. Atmosfärisk deposition valdes i starten av projektet att inte inkluderas i beskrivningen då bedömningen gjordes att den var av liten betydelse för belastningen. För Kustområdet 89090 är detta antagande korrekt då det finns väldigt få eller inga sjöar inom avrinningsområdet. I modellapplikationen skiljer man på diffusa källor och punktkällor. Punktkällor inkluderar källor med en konstant eller tidsvarierande belastning oberoende av variationen i nederbörd (t.ex. industrier, avloppsreningsverk och enskilda avlopp). Diffusa källor inkluderar källor som varierar över tid som funktion av avrinningen (t.ex. från jordbruk, skog, myr etc.). Nedan följer en genomgång av de olika källorna och hur de har hanterats i belastningsmodellen. 4.3.2 Punktkällor De större punktkällorna som belastar Kustområde 89090 består av avloppsreningsverk och industrier enligt Figur 4-5. Fyra avloppsreningsverk (Klagshamns, Trelleborg, Smygeham och Ystad) belastar havet direkt medan övriga belastar vattendragen. Det finns också mindre punktkällor så som enskilda avlopp och dagvatten. Belastningen från avloppsreningsverk baserades på data för den samlade årliga belastningen för varje verk och med antagande om jämn fördelning över året (vilket i praktiken oftast inte är korrekt eftersom det även finns en påverkan av nederbördsberoende flöden till reningsverken). Avloppsreningsverkens läge framgår av Figur 4-5. Enskilda avlopp är beskrivet som total årlig belastning (från PLC5) per PLC 5 avrinningsområde (se Figur 4-12) då det inte var möjligt att få fram data för de enskilda avloppen. Data for dagvatten baseras också på PLC 5 data (se Figur 4-13). För dagvatten antogs också en jämn fördelning av belastningen över året. Det är inte korrekt då dagvattnet är direkt relaterat till nederbördens intensitet och volym liksom ledningsnätet som det transporteras i, men detaljeringsgraden i den dynamiken har inte beskrivits. För beräkningen av årsmängder har detta ingen betydelse och effekten av denna förenkling bedöms ej vara av betydelse för kalibreringsresultaten. 28
Figur 4-5 Punktkällor inom Kustområde 89090. 4.3.3 Diffusa källor Till de diffusa källorna hör läckage från marken inom avrinningsområdet som styrs av vilken markanvändning som finns samt hydrologiska förhållanden. Diffusa källor är uppdelade mellan jordbruksblock och övrig markanvändning. För jordbruksmark har läckaget beräknats med jordbruksblock, se kapitel 3.3.5. Andelen jordbruksblock dominerar kraftigt inom avrinningsområdet, se Figur 4-7. Marktyp Figur 4-6 Fördelning av övrig markanvändning inom Kustområde 89090 avrinningsområde. 29
Figur 4-7 Fördelning på areal av markanvändning inom Kustområde 89090s avrinningsområde, jbb är jordbruksblock. 4.3.4 Typhalter De typhalter som har använts är hämtade från PLC5 och de matriser som finns för läckage av N och P från jordbruksblock med en viss jordmån och gröda samt för fosforinnehåll i jorden och lutning. I kalibreringen av belastningsmodellen har halterna justerats till det dubbla värdet mot ursprungshalter från PLC5. Detta förklaras av att typhalterna från PLC5 motsvarar halter till vattendraget och inte till rotzonen. I MIKE BASIN representerar halterna vad som når rotzonen och skall därmed genomgå den markretention som sker under transport fram till vattendraget. Typhalter för övriga markanvändningar har valts enligt tabell nedan. Tabell 4-8 Typhalter för övrig markanvändning i Kustområde 89090. Typhalter Kväve, N Typhalt, mg/l 1 Skogsmark 1,04 2 Hyggen 4 3 Fjäll Ej inkluderad 4 Jordbruksmark 3,8 5 Öppen mark 3 6 Myrmark 1,92 7 Vatten 0 8 Tätort 3 Typhalter Fosfor, P 1 Skogsmark 0,016 2 Hyggen 0,0256 30
3 Fjäll Ej inkluderad 4 Jordbruksmark 0,06 5 Öppen mar 0,016 6 Myrmark 0,016 7 Vatten 0 8 Tätort 0,016 4.3.5 Jordbruksblock Läckaget från jordbruksmarken har beräknats med hänsyn till läckage koefficienter för olika förutsättningar vad gäller de enskilda jordbruksblockens distribution, marklutning, typ av gröda och jordmån. Arbetsgången framgår av bild nedan. Figur 4-9 Arbetsgång för framtagande av N- och P-flux från jordbruksblock. I databasen etableras koppling mellan Jordbruksblock ID (inkl. Information om jordmån, lutning och P-innehåll) och Gröda data från AIKS, och mellan Gröda data och avrinningskoefficienter (=typhalter). N och P-flux per jordbruksblock beräknas och exporteras till LOAD. Typhalter för olika kombinationer har hämtats från PLC5 arbetet med skillnaden att nu har ett annat underlag för jordmånerna använts än det som tidigare använts i PLC5 arbetet. Dessutom var det ytterligare några saker som komplicerade jämförelsen med data från PLC5: - typhalter saknades för några typer av grödor - inte alla polygoner i de filer som beskriver jordbruksblockens utbredning hade samma identifiering som AIKS databasen 31
- arealerna för jordbruksblockens polygoner var inte identiska med summan av arealerna i AIKS databasen för alla JBB ID - det saknades i flera fall arealer i AIKS databas Av ovanstående anledning gjordes några antaganden vid bearbetningen av indata: - om jordbruksblockens areal fanns i AIKS databas så blev denna areal använd, annars användes arealen beskriven i jordbruksblockens GIS-polygoner 2 - för jordbruksblocks ID utan information om gröda användes en medeltyphalt för alla grödor (exklusive extensiv vall och grönträda) för varje jordtyp 2 I PLC5 användes en annan metod för korrektion av skillnader i arealer mellan AIKS databasen och arealerna för polygonerna i Jordbruksblocken från GIS temat. 32
Figur 4-10 Underlag för beräkningar av belastningar från jordbruksblock (JBB). Jordtyp (överst), Lutningsklass (mitten) och Klassindelning av Jordbruksmarkens innehåll av förrådsfosfor (nederst). 33
I modellen har inkluderats en retention i avrinningen från jordbruksblocken (JJB) och övrig markanvändning innan vattnet når vattendraget vilket beskrivs i LOAD Calculakg N/ha,år Figur 4-11 Beräknade belastningar med LOAD Calculator från jordbruksblocken för år 2005. Figur 4-12 Belastningar från enskilda avlopp inom Kustområde 89090s avrinningsområde (vänstra figur=kväve; högra figur=fosfor). Figur 4-13 Dagvattenbelastning inom Kustområde 89090s avrinningsområde (vänstra figur=kväve; högra figur=fosfor). 4.3.6 Retention Retention sker i marken, i vattendragen och i sjöarna. I MIKE BASIN beskrivs retentionen på olika delar i de olika delmodellerna. Indata som har använts för belastningarna (brutto) är i något fall inte reellt brutto utan faktiskt nettobelastningen till vattendragen. 34
tor. Dessutom är processerna i vattendragen aktiverade så att retentionen i vattendraget är inkluderad. Några av typhalterna från PLC5 är beräknade som belastning som når vattendraget och inte till rotzonen, vilket betyder att retentionen i markzonen redan är inkluderad i typhalterna. Detta gäller t.ex. för N- och P-typhalter för övrig markanvändning samt för P- typhalter som använts för jordbruksblocken. Dessa typhalter representerar koncentrationen i vattendraget, dvs. efter transport och retention i avrinningsområdet, och representerar därmed inte den egentliga bruttobelastningen. Detta betyder att man utgått från typhalterna i PLC5 och sedan har en kalibrering skett av källbelastningen utifrån mätningar i vattendraget. I början antogs för Kustområdet 89090 att bruttobelastningen från ytor med övrig markanvändning svarade till nettotyphalterna från PLC5 multiplicerat med 2. Motivet att fördubbla typhalterna var att ca hälften av kväve- och fosforbidraget från den diffusa belastningen transporteras med grundvattnet och att största delen av både kväve och fosfor försvinner i grundvattnet innan det når vattendraget. Nedbrytningen innan belastningen når vattendraget beskrivs med den sk distance decay funktionen. Distance decay har använts med 1 % per km för N och 0 för P. Figur 4-14 Storleken på den avståndsberoende nedbrytningen där rött indikerar högst värden och ljusare gult de lägsta värdena. Färgerna representerar således avståndet från delavrinningsområdet till närmaste vattendrag. (= huvudvattendrag medtaget i MIKE BASIN~fetmarkerade). Dessutom fördelas den diffusa bruttobelastningen i modellen på ytvattnet och basflödet på sådant sätt att transport och retention av N och P i basflödet inte modelleras men ges en lägre koncentration än ytavrinningen. Därmed beaktas effekten ytterligare av retentionen i marklagren. 4.4 Etablering vattenkvalitetsmodell Modellen för processbeskrivning av vad som sker i vattendraget omfattar de delar av vattendraget som är fetmarkerade i figur nedan. Retentionen i övriga delar av vattendraget är inte inkluderat explicit, men indirekt som en del av retentionen i marken (avrinningsområdet). 35
Processer i vattendraget är bara inkluderade i de fall där större punktkällor, mätstationer eller sjöar finns uppströms vattendragets utlopp till havet. Generellt så är vattenkvalitetsprocesserna i kustområde 89090 avrinningsområde utan större betydelse då alla vattendrag är korta och transporttiden i vattendraget därför oftast är mindre än en dag. I projektområdet finns det bara en sjö av betydelse, Krageholmssjön. Denna ligger långt uppströms i Svartåns avrinningsområde. Sjön har stor uppehållstid och har därför stor potentiell betydelse för retention av kväve och fosfor. Eftersom den har ett litet avrinningsområde bedöms dock att retentionen i sjön i relation till den samlade kväve- och fosforbelastningen från Kustområde 89090 saknar betydelse. Figur 4-15 För fetmarkerade delar av vattendraget har processer beskrivits. Övriga delar av vattendraget har konservativ transport. 4.5 Modellkalibrering Modellen har kalibrerats för flöde (vattenbalans), belastning (LOAD) och vattenkvalitet (processer). 4.5.1 Mätpunkter Det finns relativt många mätpunkter längs Kustområde 89090, se Figur 3-16. De flesta av dessa har beaktats under kalibreringsarbetet men inte alla redovisas i denna rapport. 36
Figur 4-16 Mätpunkter för vattenkvalitet längs Kustområde 89090. Stationer angivet med rött valdes som de primära kalibreringsstationerna för kalibreringen av vattenkvalitetsmodellen. 4.5.2 Flöde Flödesdata för kalibrering av den hydrologiska modellen har utgjorts av beräknade flöden från SMHI. Det finns uppmätta flödesdata från Skivarspån men ingen kontinuerlig flödesserie som har kunnat användas för kalibrering av den hydrologiska modellen. Det finns uppmätta flödesdata för Skivarspån som studerats vid kalibreringen av vattenkvaliteten, se längre fram. I figur nedan visas kalibreringsresultaten för kalibreringen av den hydrologiska modellen. Resultaten visas som jämförelse mellan beräknat flöde (svart) och det av SMHI tidigare beräknade flödet (blått) med PULS modellen. 37
Flöde (m3/s) Applikation Vattenmyndigheten 18 16 14 Uppmätt Beräknat 12 10 8 6 4 2 0 90-01-01 92-01-01 93-12-31 95-12-31 97-12-30 99-12-30 01-12-29 03-12-29 05-12-28 07-12-28 Figur 4-17 Jämförelse av beräknat (rött) och uppmätt (svart) flöde vid Skivarpsån. Vid kalibreringen av vattenkvalitetsmodellen (se längre fram) var det tydligt att det uppstår problem med basflödet på sommaren. Basflödet är nästan noll vilket innebär at punktkällorna får en stigande vikt (= resulterar i en stigande koncentration i vattendraget) i beräkningsresultaten under sommarperioden, vilket inte återges i mätningarna. Det förklaras av att de flesta punktkällorna är angivna som belastning (=kg/år) utan flöde, och inte som en koncentration kopplat till ett flöde. Därmed får små absoluta (men stora relativa) avvikelser mellan simulerat och jämförande flöde stor betydelse för simulerade koncentrationer under lågflödesperioder. De första kalibreringsberäkningarna uppvisade orealistiskt höga koncentrationer av framförallt ammonium och totalfosfor vid lågflöden. För att dämpa denna effekt beslutades att tillföra ett extra basflöde på 50 l/s för en del av vattendraget (för Äspöån 10 l/s). Det skall understrykas att detta är en ren uppskattning och ger uttryck för behovet av att mäta flödet under sommarperioden för at korrekt kunna simulera vattenkvaliteten och punktkällornas betydelse under dessa förhållanden. 4.5.3 Kväve Kalibreringen av modellen för Kustområde 89090 för nitrat visar god överensstämmelse med mätdata vad gäller koncentrationsnivåerna för både sommar och vinterhalvåret för de flesta mätstationerna, och återger väl variationer av koncentration mellan år och under åren. För Dalköpingeån, Gislövsån och Äspöån är uppmätta sommarkoncentrationer av nitratkväve högre än 5 mg/l medans modellresultaten ger omkring 1-2 mg/l. Sommarkoncentrationen för övriga stationer oftast ligger under 2 mg/l. Det har inte varit möjligt att förklara de höga sommarkoncentrationer av nitrat utifrån de indata som använts. 38
Figur 4-18 Jämförelse av beräknad (svart) och uppmätt (blå) nitratkoncentration från Skivarpsåns mätstation (vid Skivarp). Eftersom totalkvävekoncentrationerna primärt utgörs av nitrat så är de beräknade totalkvävekoncentrationerna under vintern rimliga i förhållande till uppmätta värden. Dessutom är nitrat, ammonium och Kjeldahl-kväve uppmätt vid en mätstation i Skivarpsån. Även här var det god överensstämde mellan modellresultat och mätningar. Figur 4-19 Jämförelse av beräknad koncentration för organiskt kväve (svart) och uppmätt koncentration av Kjeldahl-N minus ammonium (blå) från Skivarpsåns mätstation (vid Skivarp). Det var inte möjligt att kalibrera ammoniumkoncentrationerna dels p.g.a. att den hydrologiska modellen inte är kalibrerad med uppmätta vattenföringar (utan PULS-data) och dels p.g.a. brist på ammoniumdata. För en station, Skivarpsån, visade dock beräknade och uppmätta vinterkoncentrationer god överensstämmelse. 39
Figur 4-20 Jämförelse av beräknad (svart) och uppmätt (blå) ammoniumkoncentration från Skivarpsåns mätstation (vid Skivarp). 4.5.4 Fosfor Kalibreringen av modellen för Kustområde 89090 för fosfor visar god överensstämmelse med mätdata vad gäller koncentrationsnivåerna för vinterhalvåret medan variationer av koncentration mellan år och under år inte beskrivs så bra. Detta beror primärt på att lågflödessituationer inte är tillräckligt bra beskrivna i den hydrologiska modellen, samt att koncentrationer av totalfosfor under perioder med hög vattenföring ofta styrs av erosionsprocesser som inte beskrivs i modellen. Figur 4-21 Jämförelse av beräknad (svart) och uppmätt (blå) fosforkoncentration för Albäcksån. 4.6 Sammanfattning kalibreringsresultat Kustområde 89090 Kalibreringsresultaten är generellt goda för både kväve och fosfor speciellt vad gäller koncentrationsnivåerna under vintern när den största andelen av transporten till Östersjön sker. För nitrat är den årliga variationen mestadels bra beskriven men för vissa stationer har oförklarligt höga nitratkoncentrationer uppmätts. Modellen beskriver inte 40
ammonium- och totalfosforkoncentrationerna under somrarna helt bra. Det har inte varit möjligt att kalibrera punktkällornas betydelse som är viktigast i detta sammanhang. För det krävs mer detaljerade flödesdata under sommarperioden för en mer noggrann kalibrering av den hydrologiska modellen. 41
5 Resultat Från beräkningarna med modellapplikationen finns en mängd olika resultat som kan tas fram. För detta uppdrag har frågeställningen handlat om den totala belastningen av kväve och fosfor till havet och hur belastningarna fördelar sig på olika källor. Resultaten redovisas därför som totala mängder (kg/år) till havet och fördelningen av andelar på delavrinningsområden, samt på olika källor. Beräkningen sker för representativt (valt) medelår som är 2005 för både Lyckebyån och Kustområde 89090. Nedan redovisas beräknade mängder till avrinningsområdet, beräknade mängder till vattendraget och beräknade mängder till havet. Beräknade mängder till avrinningsområdet är grundbelastningen direkt vid respektive källa (innan påverkan från processer). Beräknade mängder till vattendraget är efter påverkan av retention inom avrinningsområdet. Beräknade mängder till havet är efter påverkan från processer i vattendrag och sjöar. Alla resultat är exklusive atmosfärisk deposition. 5.1 Beräknade mängder till avrinningsområdet 5.1.1 Lyckebyån Den totala belastningen på Lyckebyåns avrinningsområde är, för ett medelår, ca 210 ton kväve/år och 4,1 ton fosfor/år, se Tabell 5-1. Dominerande källor är enligt uppgift jordbruksblock och övrig markanvändning. Tabell 5-1 Belastning av totalkväve och totalfosfor till avrinningsområdena (kg/år resp % av total) N (kg/år) N (%) P (kg/år) P (%) Totalt alla källor utom atmosfärisk deposition 209 702 4 083 Diffusa källor (jordbruksblock och övrig markanvändning) 169 534 81 2 543 62 Domestik (enskilda avlopp och dagvatten) 10 100 5 1 143 28 Punktkällor (avloppsreningsverk till vattendrag) 30 068 14 396 10 5.1.2 Kustområde 89090 Den totala belastningen på Kustområde 89090s avrinningsområden är, för ett medelår, ca 2400 ton kväve/år och 23 ton fosfor/år, se Tabell 5-2. Dominerande källor är enligt uppgift jordbruksblock och övrig markanvändning. Tabell 5-2 Belastning av totalkväve och totalfosfor till avrinningsområdena (kg/år resp % av total) N (kg/år) N (%) P (kg/år) P (%) Totalt alla källor utom atmosfärisk deposition 2 387 530 23 066 Diffusa källor (jordbruksblock och övrig markanvändning) 2 329 136 98 16 421 71 Domestik (enskilda avlopp och dagvatten) 54 506 2 5 285 23 Punktkällor (avloppsreningsverk mm till vattendrag) 3 888 0 1 360 6 42
5.2 Beräknade mängder till vattendraget 5.2.1 Lyckebyån När retention i avrinningsområdet beaktats reduceras belastningen av kväve, för ett medelår, från ca 210 till 138 ton per år. Mängden fosfor reduceras marginellt och är fortfarande ca 4,1 ton per år, se Tabell 5-3. Detta förklaras med att alla diffusa indata för fosfor i form av typhalter från jordbruksblock och övrig markanvändning som utgångspunkt är nettobelastningar. Dominerande källor är enligt beräkningarna jordbruksblock och övrig markanvändning. Nettobelastning (efter retention) på respektive delavrinningsområden illustreras för kväve i Figur 5-4 och för fosfor i Figur 5-5 som procent av total belastning inom hela avrinningsområdet. Tabell 5-3 Belastning av totalkväve och totalfosfor till vattendraget (kg/år resp % av total). N (kg/år) N (%) P (kg/år) P (%) Totalt alla källor utom atmosfärisk deposition 138 189 4 052 Diffusa källor (jordbruksblock och övrig markanvändning) 98 426 71 2 511 62 Domestik (enskilda avlopp och dagvatten) 9 695 7 1 143 28 Punktkällor (avloppsreningsverk till vattendrag) 30 068 22 396 10 Figur 5-4 Beräknad andel totalkväve till vattendraget (% av total belastning inom hela avrinningsområdet) från respektive avrinningsområde. Avloppsreninsverk är inte med i denna sammanställning. (100%=138189-30068=ca 108 ton). 43
Figur 5-5 Beräknad andel totalfosfor till vattendraget (% av total belastning inom hela avrinningsområdet) från respektive avrinningsområde. Avloppsreninsverk är inte med i denna sammanställning. (100%=4052-396=ca 3,7 ton). 5.2.2 Kustområde 89090 När retention i avrinningsområdet beaktats reduceras belastningen av kväve, för ett medelår, från ca 2400 till 1400 ton per år. Mängden fosfor reduceras marginellt från ca 23 till ca 19 ton per år, se Tabell 5-6. Dominerande källor är enligt beräkningarna jordbruksblock och övrig markanvändning. Nettobelastning (efter retention) på respektive delavrinningsområden illustreras för kväve i Figur 5-7 och för fosfor i Figur 5-8 som procent av total belastning inom hela avrinningsområdet. Tabell 5-6 Belastning av totalkväve och totalfosfor till vattendraget (kg/år resp % av total). N (kg/år) N (%) P (kg/år) P (%) Totalt alla källor utom atmosfärisk deposition 1 373 647 18 539 Diffusa källor (jordbruksblock och övrig markanvändning) 1 320 141 96 12 201 66 Domestik (enskilda avlopp och dagvatten) 49 619 4 4 978 27 Punktkällor (avloppsreningsverk mm till vattendrag) 3 888 0 1 360 7 Punktkällor till Östersjön (INTE inkluderade i total) 171 230 4 310 44
Figur 5-7 Beräknad andel totalkväve till vattendraget (% av total belastning inom hela avrinningsområdet) från respektive avrinningsområde. Avloppsreningsverk är inte med i denna sammanställning. (100%=1373647-3888= ca 1370 ton). Figur 5-8 Beräknad andel totalfosfor till vattendraget (% av total belastning inom hela avrinningsområdet) från respektive avrinningsområde. Avloppsreningsverk är inte med i denna sammanställning. (100%=18539-1360=ca 17,2 ton). 5.3 Beräknade mängder till havet 5.3.1 Lyckebyån Beräknad volym vatten till havet var under 2005, som valts som representativt medelår, ca 178 Mm 3 (medelflöde ca 5,6 m 3 /s). I Figur 5-9 illustreras beräknad volym för respektive år under perioden 1994 till 2005. 45
Volym (m3) Volym (m3) Applikation Vattenmyndigheten 350 000 000 300 000 000 250 000 000 200 000 000 150 000 000 100 000 000 50 000 000 0 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Figur 5-9 Beräknade årsvolymer vatten som tillförs havet från Lyckebyån. Medelflöde under perioden är ca 207 Mm 3. Tillförseln av totalfosfor och totalkväve till havet från hela avrinningsområdet beräknades till ca 3,9 ton/år resp ca 129 ton/år. 5.3.2 Kustområde 89090 Beräknad volym vatten till havet var under 2005, som valts som representativt medelår, ca 168 Mm 3 (medelflöde ca 5,3 m 3 /s) från vattendragen längs Kustområde 89090. I Figur 5-10 illustreras beräknad volym för respektive år under perioden 2000 till 2007. 300 000 000 250 000 000 200 000 000 150 000 000 100 000 000 50 000 000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Figur 5-10 Beräknade årsvolymer vatten som tillförs havet från vattendragen längs Kustområde 89090. Medelflöde under perioden är ca 5,3 m 3 /s. Tillförseln av totalfosfor och totalkväve till havet från hela avrinningsområdet beräknades till ca 18 ton/år resp ca 1300 ton/år. 46
5.4 Diskussion kring resultaten Modellapplikationen har etablerats utifrån behovet av att kunna beräkna transporten av näringsämnen till havet. Resultaten som erhålls innehåller dels detta men också ytterligare detaljresultat inom avrinningsområdet. Modellapplikationen och resultaten som beräknas är behäftade med ett antal osäkerheter kopplade till osäkerheter i den indata och underlag som har varit tillgänglig. Avsaknaden av uppmätt flöde för båda avrinningsområdena innebär att den hydrologiska modellen är kalibrerad mot ett annat beräknat flöde. Därmed kalibreras modellen mot data som också innehåller osäkerheter orsakade av förutsättningarna i indata för när dessa data togs fram. Transport beräkningarna är till stor del beroende av flödena varför detta kan vara av signifikant betydelse för slutresultatet vad gäller beräknade mängder till havet. För ett av alla vattendragen utmed Kustområde 89090 har det endast funnits beräknade kontinuerliga flöden för ett av dessa, att kalibrera den hydrologiska modellen mot. Vissa uppmätta flödesdata har funnits tillgängliga som kontrolldata. Det har funnits relativt gott om mätpunkter för kalibrering av vattenkvalitet i Lyckebyån där de också ligger inom samma vattendrag vilket förbättrar förutsättningar. För Kustområde 89090 är förutsättningarna något annorlunda med flera separata vattendrag. I de flesta fall har det endast funnits en mätpunkt för varje vattendrag. Dessutom finns det en osäkerhet i beräknade lågflöden för de mindre vattendragen beroende på avsaknaden av uppmätta flödesdata under lågflödesperioder. Detta sammantaget har försvårat kalibreringen av vattenkvaliteten under lågflödesperioder. Indata och belastningar som ligger i applikationen har varierande detaljeringsgrad. För enskilda avlopp har inte projektets ursprungliga ambition uppnåtts med en fullständig beskrivning av anläggningstyp och verkningsgrader för varje enskild anläggning. Istället ligger belastningen från de enskilda avloppen utspridd över delavrinningsområdena. Det innebär en osäkerhet i beskrivningen av var belastningen från de enskilda avloppen går in i vattendraget liksom möjligheten att beskriva retentionen i marktransporten för de enskilda anläggningarna. Belastning från jordbruksmark har beräknats utifrån uppgifter om jordbruksblocken för 2005, vilket innebär att variationerna i belastning från jordbruksmark för olika år inte är med i beräkningarna. Överensstämmelsen mellan beräknade och uppmätta halter är god, speciellt under vinterhalvåret som är avgörande för beräkningen av transporten av näringsämnen till havet. Det indikerar att man har lyckats beskriva transporten av närsalterna trots de osäkerheter som finns i indata och de komplicerade förlopp och processer som råder. Sammanfattningsvis bedöms modellapplikationen för Lyckebyån och Sydkusten vara tillämplig för att beräkna belastningen av närsalter till havet. Det finns möjligheter till 47
förbättringar i den nuvarande beskrivning som skulle ge ytterligare noggrannhet i resultatet och beräknade belastningssiffror. 48
6 Modellapplikationens fortsatta användning Med den framtagna modellapplikationen för Lyckebyån och Sydkusten har Vattenmyndigheten ett GIS baserad modellsystem som beräknar närsaltstransporten utifrån de källor som finns inom området. Modellen möjliggör också analys och värdering av förändringar i nuvarande förutsättningar genom att ändra i modellbeskrivningen och göra nya beräkningar med förändrade förutsättningar. Det finns förbättringspotential kvar i applikationen. En del rör beskrivningen av de enskilda avloppen där det rekommenderas att man fortsätter att samla in underlag och data så att man kan lägga in en ökad detaljeringsnivå på beskrivningen. Det underlättar då också möjligheterna att värdera effekten av olika åtgärder för de enskilda avloppen, både för hela avrinningsområdet och för mindre delområden. Det är dock en förutsättning för punktkällornas retention och betydelse för vattenkvaliteten under lågflöden att kalibrering kan göras av flöden och koncentrationer under lågflödesperioder. Källan atmosfärisk deposition bör läggas in i källbeskrivningen i modellerna för bägge områdena. Modellapplikationen utgör ett bra verktyg för personer som är verksamma inom vattenarbetet för att öka förståelsen för hur systemen fungerar och vilken effekt olika åtgärdsscenarion kan ge. I arbetet med att etablera och använda modellapplikationen ges användarna en förståelse för var det i framtiden kan vara lämpligt att placera mätstationer och kontrollpunkter för att säkerställa kontroll och övervakning som ger svar på önskade frågeställningar. När vattenmyndigheten i Södra Östersjön nu har skaffat sig programmet MIKE BASIN och med de utbildningar som skett inom ramen för denna studie så kan man gå vidare och sätta upp andra avrinningsområden inom sitt distrikt och studera på motsvarande sätt. 49
Bilaga 1 - indata Data Datakälla Avrinningsområden SMED Bakgrundskarta VM4 Beskrivning sjöar SMHI Buffertzoner längs med vattendragen LRF? (DHI arbetar med detta) Dagvattenutsläpp per ARO SMED PLC5 Dagvattenutsläpp per ARO SMED PLC5 Dammregister SMHI Diffus belastning per ARO SMED PLC5 Diffus belastning per ARO SMED PLC5 Dikesföretag LST Blekinge Enskilda avlopp Vellinge kommun Enskilda avlopp Skurup kommun Enskilda avlopp Trelleborg kommun Enskilda avlopp Ystad kommun Enskilda avlopp Emmaboda kommun Enskilda avlopp Karlskrona kommun Enskilda avlopp Lessebo kommun Flödesmätningar SMHI Höjddata LST Kalmar Jordarter PLC5 SMED Jordarter SGU SGU Jordarter SLU/SCB SLU Jordbruksblock SJV Jordbruksverksamhet, djur SCB Kommungränser VM4 Lutningarna mot vattendragen SMED Markanvändning SMED Meteorologiska data SMHI Mätdata vattenkemi SLU Mätdata vattenkemi Lyckebyåns vattenförbund Mätdata vattenkemi Sydkustens vattenvårdsförbund Nationell jordartskarta SGU SGU PULS flödesberäkningar LST Skåne Stora punktkällor NP SMED PLC5 Stora punktkällor NP SMED PLC5 Stora punktkällor NP SMED Utlakningskoefficienter SMED Vandringshinderr LST Skåne Vattendrag inom området SMHI Vattenförättning LST Kronoberg Vattenskyddsområde Naturvårdsverket Våtmarker LST Kalmar Våtmarker LST Blekinge Våtmarker LST Kronoberg Våtmarker (genomförda) LST Skåne Våtmarker (planerade) Trelleborg kommun 50
Bilaga 2 kalibreringsresultat kväve Lyckebyån Beräknat ämne Uppmätt ämne Mätpunkt Förklaring till nedanstående bilder 51
Kalibrering av retentionskoefficienter: Grön: TN (inorg) = 0.4, ON = 1 Blå: TN (inorg) = 0.25, ON = 1 Röd: TN (inorg) = 1 ON = 1 52
53
54
55
Bilaga 3 kalibreringsresultat fosfor Lyckebyån 56
St3: N155 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.040 0.020 0.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N155 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.040 0.020 0.000 1999 2000 2001 2002 57
St5: N107 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 0.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N107 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.040 0.020 0.000 1999 2000 2001 2002 58
St8: N142 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.050 0.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N142 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.050 0.000 1999 2000 2001 2002 59
St13: N131 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.10 0.05 0.00 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N131 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 0.000 1999 2000 2001 2002 60
St17: N116 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N116 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 0.000 1999 2000 2001 2002 61
St54: N72 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 0.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N72 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.060 0.040 0.020 0.000 1999 2000 2001 2002 62
St55: N171 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.030 0.020 0.010 0.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 N171 P_tot [mg/l] Tot-P [mg/l] 0.030 0.020 0.010 0.000 1999 2000 2001 2002 63
Bilaga 4 kalibreringsresultat kväve Kustområde 89090 64
A1 _Albäcksån: 65
S1_Ståstorpsån: 66
D1 Dalköpingeån: 67
G1 Gislövsån: 68
Ä1 Äspöån: 69
T1 Tullstorpsån: 70
Skivarpsån: 71