Kustmorfometri i Lyckebyfjärden, Karlskrona kommun Beräkning med hjälp av GIS i syfte att ge beslutsunderlag för optimala reningsinsatser Mårten Berglund Distribuerad modellering med geografiska informationssystem, 2 p Vt 2006 2006-03-10 Lärare: Andreas Bryhn Institutionen för geovetenskaper Uppsala universitet
Inledning Syfte Syftet med detta projekt har varit att studera kustmorfometrin i ett avgränsat kustområde och utifrån beräknad omsättningstid av ytvattnet avgöra om eventuella reningsinsatser bör utföras inom eller utanför detta kustområde. En kort omsättningstid innebär att vattnet inom kustområdet snabbt blandar sig med vattnet från omgivande hav och eventuella miljöproblem inom området kan då troligen knytas till föroreningar från det omgivande havet. En lång omsättningstid innebär att vattnet inom kustområdet tar lång tid på sig att blandas ut med det omgivande havet, varför eventuella miljöproblem istället kan knytas till föroreningar inom området. Allmänt om kustområdet Som kustområde har Lyckebyfjärden med angränsande vikar i Karlskrona kommun valts ut (se Figur 1); ett av författaren välkänt område. Eventuella riskkällor inom området är framförallt Verköhamnen, som under senare år börjat utnyttjas allt mer p.g.a. den ökade färjetrafiken till Polen. Förutom de problem som buller och luftföroreningar från hamnen kan innebära för människors hälsa och miljön i området, innebär också risken för eventuella utsläpp i vattnet från hamnen en fara. Eftersom vindarna här oftast är sydliga, kan man också tänka sig att eventuella utsläpp förs längre in i området, snarare än att blandas ut med omgivande hav. Eftersom en ytterligare utvidgning av verksamheten i hamnen planeras, måste enligt miljöbalkens regler, en ny tillståndsansökan med tillhörande miljökonsekvensbeskrivning lämnas in. Föreliggande rapport skulle därför kunna tänkas utgöra ett av beslutsunderlagen vid prövningen av en sådan tillståndsansökan. En lång omsättningstid skulle innebära att eventuella utsläpp från hamnverksamheten medför större fara för människors hälsa och miljön i kustområdet detta är då ett argument för att avslå en tillståndsansökan. Figur 1. Karta över kustområdet med omgivningar i Karlskrona kommun. Lyckebyfjärden ligger mellan Hästö och Verkö. (Källa: Sjöfartsverket, 1989 och Nationalencyklopedins Sverigeatlas, 1998.) 2
Metod För beräkningar och framtagandet av kartor har programvaran ArcGIS 9 använts. Tillvägagångssätt i detta program och detaljerade beräkningar återges i Bilaga 1. Avgränsning av kustområdet För att avgränsa ett kustområde kan den s.k. flaskhalsmetoden användas. Detta innebär att kvoten mellan den totala tvärsnittsarean av inloppen till området och arean av vattnet i området, ska minimeras, när avgränsningen görs. Mer exakt, så ska E = 100 A t / A minimeras, där E är exponeringen från vågor och strömmar in i området, A t är den totala tvärsnittsarean av inloppen till området, och A är områdets vattenarea. 1 I föreliggande fall har Lyckebyfjärden med angränsande vatten och vikar norr om fjärden betraktats som ett enda kustområde. Avgränsningen mot omgivande hav har gjorts vid inloppet mellan Verkö och fastlandet i områdets nordöstra del, samt vid inloppet mellan södra Hästö och Verköhamnen i områdets södra del. Inloppet mellan Vämö och fastlandet i den nordvästra delen av området har försummats. Se Figur 2. Den södra avgränsningen skulle kunna ha satts något längre norrut. Om detta hade inneburit ett lägre värde på ovanstående kvot är dock ej helt säkert eftersom vattenarean av området då samtidigt gjorts mindre. Dessutom är vi också intresserade av att till området inkludera den norra kajen av Verköhamnen där Polenfärjorna lägger till. Figur 2. Avgränsningen av kustområdet. Djupet markeras med olika nyanser av blått. På landområden syns den ursprungliga kartbilden nedtonad med en ljusgrön nyans. 1 Nordvarg och Håkanson, 2002. 3
Resultat Följande kustmorfometriska data har erhållits för området: Ytvattenarean inom kustområdet (A): 3,4 km 2. Volym (V): 7,1 miljoner m 3 (= 0,007 km 3 ). Maxdjup (D max ): 11,7 m. Medeldjup (D medel ): V / A = 2,1 m. Formfaktor (V d ): 3 D medel / D max = 0,54. Tvärsnittsarea (A t ): 6150 m 2. Exponeringsfaktor (E): 100. A t / A = 0,18 %. Omsättningstid för ytvattnet (T sw ): e 3,49 4,33 E = 5,2 dygn. En tredimensionell bild över kustmorfometrin återges i Figur 3. Figur 3. 3-D-karta inom det avgränsade kustområdet med djupförhållanden i vattnet. Djupet är här mycket förstorat. Diskussion Omsättningstiden för ytvattnet i kustområdet är ca 5 dygn. Hade man valt en annan avgränsning av kustområdet en bit längre in med t.ex. hälften så stor tvärsnittsarea och kanske tio procent mindre ytvattenarea så hade omsättningstiden ökat till ca 8 dygn. Möjligtvis skulle en sådan tidsskillnad kunna ha signifikans i stort rör det sig dock här om en storleksordning på ungefär en veckas omsättningstid för ytvattnet. Det är mycket svårt att kunna ge någon exakt rekommendation kring huruvida eventuella reningsinsatser bör fokuseras till själva kustområdet eller tvärtom till omgivande hav. Detta beror mycket på vilken typ av miljöproblem som det rör sig om. Problem med eutrofiering inom området kan troligen mer knytas till omgivande hav på en vecka hinner det troligen inte ske någon större tillväxt av plankton, m.m., orsakat av endast lokala utsläpp. Mer toxiska utsläpp av olja eller olika kemikalier från t.ex. hamnverksamheten, skulle dock på en vecka hinna få negativa effekter på 4
människor, djur- och växtliv i området. Reningsinsatser eller förebyggande åtgärder vad gäller sådana miljöproblem bör då förläggas inom området. En mycket allmän och trivial slutsats som här också kan dras, är att väl skyddade kustområden med lång omsättningstid är mer utsatta för typiska lokala miljöproblem (utsläpp från lokalt belägen industri, m.m.), än vad mindre skyddade kustområden är. Regionala och globala miljöproblem som t.ex. övergödning verkar dock på så lång sikt, så även här drabbas väl skyddade områden. Är ett område med lång omsättningstid eutrofierat, så innebär alltså inte detta att miljöproblemet med säkerhet har sin källa i själva området. Oskyddade områden med kort omsättningstid å andra sidan, är mindre utsatta för lokala miljöproblem, medan regionala och globala miljöproblem slår lika hårt överallt (förutom det faktum att för ett oskyddat område har t.ex. övergödningen en tendens att sköljas bort). Detta behöver ju dock inte innebära att reningsinsatser eller förebyggande åtgärder mot övergödning inom området skulle vara felaktigt bara för att det inte medför någon märkbar förändring av den lokala miljön; en sådan insats utgör ju faktiskt ett litet steg mot en minskning av den totala mängden global övergödning. Referenser Båtsportkort Sydostkusten 2005. Kort 22. Utlängan Tärnö 821 NE. Sjöfartsverket, Norrköping 1989. Nationalencyklopedins Sverigeatlas. Bokförlaget Bra Böcker AB, 1998. Nordvarg, L. & Håkanson, L. Predicting the environmental response of fish farming in coastal areas of the Åland archipelago (Baltic Sea) using management models for coastal water planning. Aquaculture 206, s. 217-243. 2002. 5
Bilaga 1 En geodatabas skapas i ArcCatalog där de olika filerna för de olika lagrena till kartan ska läggas. Den första filen hasto.bmp (inscannad från sjökort) dras sen in i ArcMap. I ArcMap sparas kartan i namnet hasto.mxd. Fyra koordinater i RT 90-format (hämtade från Gröna kartan) läggs in i hasto.mxd. Typen av koordinatsystem importeras in till hasto.mxd. En vektorfil djup skapas bestående av djupkurvorna från originalkartan (hasto.bmp). Vektorfilen kust består av en polygon som utgör avgränsningen av kustområdet. Utifrån vektorfilen djup interpoleras ett nytt lager fram i hasto.mxd, nämligen TopoToR_djup1. Detta är ett raster som med olika nyanser av blått motsvarar djupet i vattnet. Detta raster i kombination med lagret kust och hasto.bmp utgör Figur 2. Rastret TopoToR_djup1 skärs av med gränserna i lagret kust. Det nya raster som uppkommer, Calculation, förs över till ArcScene. I ArcScene görs Calculation-lagret om till ett tredimensionellt lager genom Properties Base Heights Obtain heights for layer from surface. Med Vertical Exaggeration satt till 50 uppstår en bra djupverkan. Värden över 0 meter över havet tas bort (sådana förekommer p.g.a att interpolationen fungerar lite för bra). Med hasto.bmp och kustvektorfilen överförda till ArcScene med hög transparens, erhålls grunden till Figur 3. Beräkningar kan göras såväl på ett TIN-lager (konverterat från Calculation-lagret) eller direkt på Calculation-lagret (beräkningarna utförs i själva verket alltid från rastret som bygger upp Calculation-lagret). Area, volym och maxdjup erhålls så. Tvärsnittsarean erhålls på följande sätt. I ArcMap mäts vid vattenytan avståndet (l) mellan de två punkterna som tvärsnittet löper mellan. Tio samples tas på djupet mellan dessa två punkter (det sista samplet precis intill den bortre änden av tvärsnittet), genom att använda Identify-verktyget. Tvärsnittsarean erhålls då genom A t = l / 10 d i, vilket motsvarar en integrering av djupkurvan där dx = l / 10 är varje rektangels bredd, och d i är varje rektangels höjd i punkten i. 6