h\l/\q.a 1 VATTEN 61:183-192. Lund 25 BORTPUMPNING AV SJÖARS BOTTENVATTEN FÖR ATT MINSKA INTERNBELASTNINGEN AV FOSFOR Erfarenheter från Brnsjön Hyplimnetic withdrawal t reduce internal phsphrus lading in lakes Experiences frm Lake Brnsjön av ANNIKA LIND VALV ch BARBRO ULÉN? I Vizn SciTec Inc., BC Research Cmplex, 365 Wesbrk Mall, V6S 2L2 Vancuver BC, Canada e-pst: annika_lindvall@htmail. cm 2 Avdelningen för vattenvårdslära, SLU e-pst: bar br. ulen @mv. slu. se & Abstract Eutrphicatin f lakes is a serius prblem, especially in agricultural areas. It is mainly due t external and internal lads f phsphrus (P), which increase the P cncentratin in the lake water. Lake Brnsjön is a reserve surce f water supply fr Stckhlm and is lcated 25 km suthwest f the city. Maximum yearly cncentratin f ttal P has increased during recent years t 92 ug I" 1 during 2-24 cmpared t 7 ug I" 1 during the 199s. The lake seems t be in the beginning f a negative prcess with accelerating P cncentratins and lw levels f xygen (O 2 ) in the hyplimnin during stagnant perids. During the summer f 24, 48 m 3 f water cntaining 158 kg P were pumped frm the hyplimnin f the nrth-west basin f Lake Brnsjön. Pumping started in early June and lasted during the entire stratified perid. The O 2 depletin was quite high during June-August,.24 mg cm" 2 dygn" 1, and there was n clear effect n the P cncentratin f the hyplimnetic withdrawal. Hwever, there was n additinal O 2 cnsumptin in that year, in cntrast t the significant trend bserved in at least previus 18 years. Better results with imprved O 2 cnditins wuld prbably have been achieved with a mre effective pump capable f 12 1 s" r mre cmpared with the 4 1 s" 1 emplyed here. Sme alternative methds f managing the pumped water are discussed. Key wrds - accelerating eutrphicatin, drinking water, hyplimnetic withdrawal, phsphrus lading, xygen cnsumptin. A Sammanfattning Eutrfiering av sjöar är ett vanligt prblem, speciellt i jrdbruksmråden. Det berr främst på att det sker både extern ch intern belastning sm leder till ökande halt fsfr (P) i vattnet. Brnsjön är en reserwattentäkt till Stckhlm ch ligger 25 km sydväst m staden. Årliga maximala halten fsfr (P) har ökat till 92 ug 1" under åren 2 24 från att ha legat på 7 ug 1" under nittitalet. Sjön verkar vara i början av en negativ utveckling med ökande halter av P ch låga halter av syre (O 2 ) i hyplimnin under skiktade perider. Under smmaren 24 pumpades 48 m 3 bttenvatten innehållande 158 kg P från hyplimnin i den nrdvästra bassängen i Brnsjön. Pumpningen påbörjades i början av juni ch pågick under hela den skiktade periden. Minskningen av O 2 under juni - augusti var relativt snabb;,24 mg cm" dygn" ch det blev ingen tydlig effekt av pumpningen på vattnets fsfrhalter. Knsumtinen av O 2 frtsatte dck inte att accelerera detta år vilket har varit trenden under minst 18 år tidigare. Antagligen skulle man få bättre resultat med förbättrade O 2 -kncentratiner med en effektivare pump ch högre pumphastighet; 12 1 s" 1 eller mer jämfört med den nu använda hastigheten 4 1 s" 1. Några alternativa sätt att ta vara på det brtpumpade vattnet diskuteras. VATTEN-3-5 183
Figur 1. Karta över Brnsjön ch dess tillrinningsmråde. Gränsen för tillrinningsmrådet är markerad med fet linje. Prvpunkterna i de lika delbassängerna i sjön ch vid utlppet är markerade med symbler: stjärna = utlppet, kvadrat = nrdvästra, triangel = östra ch cirkel = södra. Inledning Eutrfiering av sjöar förekmmer mer eller mindre i de flesta bebdda mråden ch är speciellt vanliga i jrdbruksmråden. I Sverige är det de södra kustnära mrådena samt mrådena runt Mälaren, Hjälmaren Vänern ch Vättern där näringsrikedm i sjöar är märkbar (Jhanssn & Perssn, 21) ch den ökar till följd av mänsklig påverkan från t.ex. enskilda avlpp, reningsverk, industrier ch jrdbruk. Detta brukar leda till att det bli mer alger, minskat siktdjup, ändrad artsammansättning ch ökad igenväxning. Även m tillförseln av näringsämnen till en sjö (extern belastning) minskar så kan frtfarande höga halter av närningsämnen finnas kvar i sjöns sediment från tidigare. Näringen kan frigöras till den fria vattenmassan i sjön (intern belastning) ch prblem med eutrfieringen kan kvarstå under lång tid. Ett antal metder har utvecklats för att mtverka effekterna av eutrfieringen (Eiseltvå, 1994, Mss et al., 1996 m.fl.). De flesta går ut på att binda fsfrn i sedimenten ch/eller att upprätthålla gda syreförhållanden i sjön ch därmed minska internbelastningen. Generellt gäller att metderna får bäst effekt först efter det att den externa belastningen har minimerats. Den här artikeln syftar till att beskriva syre- ch fsfrförhållandena i en sjö med accelererande eutrfiering, samt att utvärdera ett försök under smmaren 24 där man under fem månader pumpade brt bttenvatten under språngskiktet. Brnsjön Brnsjön ligger ca 2,5 mil sydväst m Stckhlm ch är en förkastningssjö med mestadels branta stränder. Den ttala sjöytan är 6,6 km 2 ch medeldjupet ligger på 1 m. Sjön består av tre delbassänger (Figur 1). Den södra bassängen (S) har ett maxdjup på 13,8 m ch den östra (Ö) bassängen på 16 m. Den nrdvästra (NV) ch djupaste bassängen, där försöket med pumpning utförts, har ett maxdjup på 18,3 m. Även m NV ch Ö bassängen har lika mrfmetri så är vlymförhållandet mellan hyplimnin ch epilimnin densamma i de båda bassängerna. Hyplimnin utgör där 27 % (räknat från 9 m från 184 VATTEN -3-5
Tabell 1. Klassificering av Brnsjön baseratpå närsalter, siktdjup, klrfyll ch syrgas enligt Naturvårdsverkets bedömningsgrunder (1999). Parameter (år klassningen baseras på) Benämning Klass Ttalfsfrhalt (år 24) Ttalkvävehalt (år 24) Kvten ttalkväve/ttalfsfr (år 24) Siktdjup (år 23) Klrfyll (år 21-23) Syrehalt (år 21-24) Måttligt höga halter, mestrfi 2 Måttligt höga halter 2 Kväve ch fsfr är i balans 2 Måttligt siktdjup 3 Måttligt höga halter 2 Syrefritt eller nästan syrefritt 5 ytan) av den ttala vlymen medan den utgör en mindre andel (15 %) i S bassängen. Sjön sm är reserwattentäkt för södra Strstckhlm är fridlyst. Större delen av tillrinningsmrådet ägs av Stckhlm Vatten AB men Södertälje kmmun äger mindre delar av tillrinningsmrådet väster m Ladvik (Figur 1). 1988 fastställdes det nu gällande vattenskyddsmrådet sm i strt sett sammanfaller med vattendelaren. Det huvudsakliga tillflödet till Brnsjön sker via två tillflöden, Oxelbydiket ch Bergahlmsdiket, sm tillsammans awattnar 2/3 av tillrinningsmrådet. Dikena mynnar i S bassängen ch vattnet rör sedan sig från S till Ö bassängen. Där finns en ledning på 6 m djup genm vilken vatten kan tas till Nrsbrgs vattenverk, alternativt ledas ut till Mälaren. Praktiskt taget hela utflödet från sjön går via denna ledning. Det naturliga utlppet finns vid Vallinge vid sjöns nrdligaste del, men här awattnas bara sjön i undantagsfall vid högt vattenstånd. Sjön ch dess tillrinning övervakas nggrant sedan mer än ett par decennier av Stckhlm Vatten AB. Blaget utför all prvtagning ch analys av närsalter mm. Detta sker enligt Svensk Standard på blagets labratrium sm är ackrediterat av SWEDAC (Styrelsen för ackreditering ch teknisk kntrll). Smmaren 1987 påbörjades syresättningen av bttenvattnet i Ö bassängen genm luftning med ett s.k. Limnaggregat. Luftningen har vanligen pågått från juni/juli till september/ktber, förutm några år med krtare avbrtt på grund av driftstpp. Åtgärden var avsedd sm en krtsiktig lösning i väntan på effekter av de åtgärder inm jrdbruket ch enskilda avlpp sm började vidtas i slutet av 8-talet, respektive runt år 2 (Christer Lännergren, 24.). Luftningen avbröts i samband med försöket med brtpumpning av bttenvattnet 24 för att använda Ö bassängen sm referens. Vatten kemisk status Brnsjön har måttligt höga halter av ttalfsfr (TtP) ch ttalkväve (TtN) ch klassas därmed sm en mestrf sjö (Naturvårdsverket, 1999). Baserat på samma klassificering råder kväve-fsfrbalans i sjön med N/P kvter på mkring 23. Om kvten är låg, t.ex. genm en hög interbelastning av P, så ökar risken för att cyanbakterier (»blågröna alger») ska bilda massförekmster. Enligt närsaltsparametrarna, siktdjup ch klrfyll klassificeras sjön sm mestrf, ch befinner sig i klass 2-3 på en femgradig skala (Tabell 1). Kriterierna för syre (O 2 ) indikerar däremt betydligt sämre status i ch med att sjön tidvis har syrefria eller nästan syrefria förhållanden i bttenvattnet. Enligt kriterierna för skiktade sjöar utnyttjas mätvärden från prvtagningsdjup sm representerar minst 1% av sjöns bttenyta eftersm O 2 förhållanden från en sjö sm har förhållandevis liten vlym i djuphålan kan ge en missvisande bild. Prduktinen i det trfgena skiktet reflekteras vanligen i den O 2 knsumtin sm sker i hyplimnin ch detta mått kan därför ses sm en indikatr på sjöns trfigrad. Syret i hyplimnin i NV bassängen har förbrukats allt frtare periden juni-augusti under åren 1986 23 (Figur 2). Trenden är signifikant (p <,5), ch apprximerad till en rät linje mtsvarar den en årlig ökning i O 2 -förbrukningen på,6 mg O 2 cm~ dygn" 1. Under de senaste åren har syrgasminskningen legat runt,25 mg cm~ dygn" vilket mtsvarar en s c\i.15 - E -.2' 1985 9 199 1995 År -* _ Figur 2. Syrgasminskning underjuni augusti på 12 17 m djup i nrdvästra bassängen, 1986 23. Den heldragna linjen mtsvarar en syrgasknsumtin sm årligen ökar med,6 mg O 2 cm" 2 dygn" 1. Trenden är signifikant (p <,5). 2 VATTEN -3-5 185
Figur 3. Syrgasminskning under juni augusti på 12 14 m, östra bassängen, 1986-23. Den heldragna linjen mtsvarar en syrgasknsumtin sm årligen ökar med,2 mg O 2 cm" dygn" 1. Trenden är endast marginellt signifikant (p <,1). klassning av sjön sm mestrf (Wetzel, 21), dvs. indikerar bättre status än m man bara studerar syreförhållandena statiskt. I Brnsjöns Ö bassäng har O 2 -förbrukningen inte varit lika str (Figur 3) ch hastigheten har inte ökat lika påtagligt. Den årliga ökningen har mtsvarat,2 mg O 2 cm" 2 dygn" 1, en trend sm bara varit svagt signifikant (p <,1). Den måttliga O 2 -förbrukningen är en indikatin på att luftningen i Ö bassängen har haft effekt på förhållandena där. Under 24, när luftningen var avstängd, var O 2 -förhållandena sämre än tidigare år (Figur 4 b). Under september ktber var P kncentratinerna påtagligt höga ch internbelastning från sedimenten betydande (Figur 4 c). Värdet på Q 2 -minskningen kan dck generellt ha underskattats någt eftersm O 2 -gradienterna allra närmast btten är känd. I NV ch Ö bassängen är det vattenvlymerna under 17 resp. 14 m djup sm inte undersökts, vilket vlymsmässigt mtsvarar 2,5 % resp. 23 % av hela hyplimnin. Karakterisering av bttensedimenten Brnsjöns sediment undersöktes 1987 ch befanns innehålla relativt höga P-kncentratiner (Petterssn, 1988). En viss anrikning av P i ackumulatinsbttnarna verkade ha ägt rum. Sedimenten på dessa mråden är av gyttjetyp ch dminerads således av material sm bildats i sjön. Detta innehåller mycket rganiskt bunden ch rörlig P sm kan brytas ned till fsfat (PO 4 -P), sm sedan mlagras i sedimentet eller frigörs till vattenfasen. Fsfr bunden till järn (Fe) ch aluminium (Al) utgjrde ca 25 % av ttalinnehållet av P medan andelen labil P var < 1 %. Prvattnets innehåll av Fe påvisade xiderade förhållanden vid sedimentytan med låga halter PO 4 -P sm följd. Djupare ner var halterna påfallande höga, ch ttalt beräknades det finnas ungefär 1 tn PO4-P i prvattnet i sedimentets översta decimeterskikt. En str del av detta förråd kan lätt avges till vattenfasen m anaerbi uppstår vid sedimentytan ch Fe reduceras. I ett labratrieförsök med utflöde av PO4-P knstaterades att mycket stra mängder P läckte ut från ytsedimenten vid högt ph (Petterssn, 1988). I strt sett hela andelen P bunden till Fe ch Al lämnade sedimentet ch återfanns sm PO4-P i vanstående vatten. Även m endast 1 % av Brnsjöns sediment drabbas av högt ph skulle på så sätt ca 3 tn P kunna frigöras. Med erfarenhet från sedimentundersökningar i jämförbara sjöar ansågs den järnbundna fsfrn dminera (Petterssn, 1988). Anaerbi vid sedimentytan bedömdes därför rsaka i strt sett samma snabba frigörelse av PO4-P från sedimentytan sm förhöjt ph. Brnsjön tycks nu befinna sig i början av en negativ utveckling med högre halter av TtP ch sämre O 2 -förhållandena (Lännergren, 24). Vattenmassan innehåll av P under senare år har varit större än tidigare, trligtvis berende på en ökad internbelastning. Under höstcirkulatinen har mängden TtP i vattnet ökat med upp till 1 kg i NV bassängen (Figur 5), vilket är i samma strleksrdning sm den årliga externa tillförseln till sjön via tillflödena. Prblem med algblmningar har inte förekmmit ännu, men eftersm sjön är reserwattentäkt var det av speciellt intresse att sätta in åtgärder innan vattenkvaliteten riskerade att försämras mer markant. Det var ckså viktigt med att starta åtgärder eftersm Brnsjön har långsam msättning av vattnet vilket innebär att en återhämtning från eutrfa förhållanden sker långsamt. Åtgärder för att minska den externa fsfrbelastningen Åkermarken i tillrinningsmrådet arrenderas ut av ägaren Stckhlm stad. Arbetet med att minska belastningen av P från åkermarken sker i samarbete med lantbrukarna. I slutet av 8-talet infördes begränsningar av gödselanvändningen ch skyddszner anlades kring huvudflödena. Ttalt finns ca 1 enskilda avlpp i hela tillrinningsmrådet. Av de båda huvudtillflödena avvattnar Oxelbydiket fler hushåll än Bergahlmsdiket ch har dessutm en större andel enskilda avlpp utan tillfredställande rening. Oxelbydiket har ckså en större andel jrdbruksmark ch generellt har halterna TtP varit högre där än i Bergahlmsdiket (Figur 6). Standarden på några av de enskilda avlppen har förbättrats efter år 2 inm prjektet»bra Små Avlpp vid Brnsjön» (Hellström & Jnssn, 24). Halterna TtP i de båda huvudtillflödena, Oxelbydiket ch Bergahlmsdiket, (Figur 6) indikerar dck ganska förändrade halter i tillflödena sedan mitten av 198-talet. 186 VATTEN -3-5
Nrdvästra bassängen 17m Östra bassängen 14m 1 2. / / c i a ^> ^* d? O cp SÄ (g T n 4 k 9 1 1S 2 25 S 3S / / n " /\ k O 1 p t" TOO O af * O <b SO 1 15 2 25 rf3 3S = > $ 5 1 15 2 2S 3 3S! J <y a fl J 1 j 4 c, t O Jn 1 I 1 8 e*ö 8 5 1 15 2 25 3 1 ISO 2 25 3 35 Figur 4. Temperatur (a), syre (b) ch ttalfsfr (c) i nrdvästra ch östra bassängen på 17 respektive 14 m djup, jämförelse mellan värden från 24 (punkter med heldragen linje) ch värden från 1986-23 (cirklar). Dag 2 är 18 juli, dag 25 är 6 sept. ch dag 3 är 26 kt. Försök att minska intern fsfrbelastning genm brtpumpning av bttenvatten Brtpumpning av bttenvatten i NV bassängen av Brnsjön utfördes 24. Det var ett piltförsök för att undersöka m en sådan åtgärd verkade vara ett effektivt sätt att förbättra O 2 ch P förhållandena i sjön. En utpumpning av vatten från hyplimnin bör påbörjas efter att sjön har skiktat sig men innan O 2 -fria förhållanden uppträder (Ck et al., 23). Intaget bör placeras så att Figur 5. Ttalt innehåll av fsfr (kg) i vattenmassan i den nrdvästra I Bmsjön 1986-23. VATTEN -3-5 187
Figur 6. Ttalfsfrhalter i de två största tillflödena till Brnsjön; Oxelbydiket (ljusgrå) ch Bergahlmsdiket (mörkgrå). Figuren är från Lännergren, (24). transprten av P maximeras, vanligtvis1 2 m vanför btten vid maxdjupet. Hur mycket vatten sm ska pumpas brt måste vägas av mellan att inte störa skiktningen i sjön ch att ändå ta ut tillräckligt med vatten för att se effekter på kncentratinerna O 2 ch P i bttenvattnet. Om skiktningen störs kan näringsrikt ch O 2 -fattigt vatten kmma upp i det prduktiva skiktet. Syrehalterna i bttenvattnet i Brnsjöns NV bassäng brukar börja minska i juni för att redan i juli nå låga halter. Pumpningen påbörjades därför 11 juni ch pågick under hela den skiktade periden t..m. 1 nvember. Önskvärd kapacitet på pumpen uppskattades till 5 1 s" 1. Direkta mätningar i utlppet utförda med en saltmetd visade dck att den verkliga kapaciteten mtsvarade ca 4 1 s^1 (B Värnhed publ.). Installeringen av pumpen gjrdes med hjälp av dykare. Pumpen sattes fast på en plattfrm av träpallar ch placerades i djuphålan i NV bassängen ch en slang drgs till utlppet till Mälaren vid Vällinge (Figur 1). Pumpningen var sedan igång 11/6-1/11, frånsett ett avbrtt 29/6-2/7 då Tabell 2. Prvtagningsdjup (m) i nrdvästra (NV) ch östra (Ö) bassängen. I NV bassängen tgs förutm de rdinarie prven även täta prver närmast btten vid tre tillfälle i september. NV bassängen Ordinarie djup Täta prv Ö bassängen Ordinarie djup slangen från pumpen till utlppet gick av vid en av skarvarna. Ttalt pumpades 48 m3 bttenvatten ch med detta 158 kg P ut ur sjön under hela säsngen. Under periden sm pumpningen pågick tgs vattenprv för analys av syrgas ch närsalter en gång i veckan vid lika djup (Tabell 2) i de båda bassängernas djuphåla ch av det utpumpade vattnet. Temperaturen mättes samtidigt på varje meter. Under september-ktber tgs även prver i NV bassängen på 17,5 ch 18 m djup. Vid tre tillfällen i september undersöktes ckså P-gradienten i djuphålan genm vattenprvtagning i 8 skikt närmast btten med en specialbyggd prvtagare (Tabell 2). Resultat ch diskussin Kncentratiner i utpumpat vatten Vattnet sm pumpades ur sjön innehöll höga halter TtP ch var sm högst 878 ug I" 1 den 13:e ktber. Jämförelser med halterna TtP mellan 17 ch 18 m djup indikerade att pumpen hade tagit vatten från skiktet 17,5-18 m djup vilket ungefär stämmer överens med dess läge van btten. Kncentratinen TtP i det utpumpade vattnet ökade kntinuerligt fram till slutet av ktber men varierade kraftigt, speciellt under augusti (Figur 7). I mitten av augusti steg halten från 221 ug 1" 5 7 1 12 13 14 15 16 _ 17 - - - _ _ - 16, 16,2 16,5 16,8 17, 17,3 17,8 18, 5 7 1 12 13 14 15 Figur 7. Kncentratinen av ttalfsfr i det utpumpade vattnet under juni ktber, 24. 188 VATTEN -3-5
31 aug Ttalfsfr (jig/t) 5 1 15 2 25 3 35 7 sep Ttalfsfr (ngi) 1 15 2 25 3 35 5 13 sep Ttalfsfr (ng/1) 1 15 y/tyi 4 6 8 1 Figur 8. Ttalfsfrhalter i nrdvästra bassängen (cirklar) ch östra bassängen (trianglar) vid tre prvtagningstillfällen under sensmmaren, 24. Vid 14 15 m:s djup var halten högre än vid 15 16 m:s djup i den nrdvästra bassängen. till 571 ug 1 på en vecka. Knduktiviteten i det utpumpade vattnet varierade på ett liknande sätt med värden mellan 24,7 ch 29,8 msnt 1. Medelvärdet för kncentratinen av TtN i det utpumpade vattnet var 875 ug 1~ ch den högsta kncentratinen uppmättes den 2 ktber till 142 ug I" 1. Det utpumpade vattnet hade ungefär samma kncentratin O 2 sm bttenvattnet i NV bassängen. Kncentratinen var låg redan i juni ch svavelväte uppmättes vid några tillfällen under september-ktber. Under denna perid var samtidigt O 2 halten under detektinsgränsen (<,3 mg 1~ ) på 17 18 m:s djup i sjön. Fsfr ch temperaturskiktning i sjön Förhållandena i Ö ch NV bassängerna är inte helt jämförbara eftersm de har lika mrfmetri. Ö bassängen har ckså luftats sedan 1987, vilket kan ha förändrat förhållandena i sedimentet. Under 24 påvisades tydligt högre halter TtP under språngskiktet i Ö bassängen jämfört med NV bassängen (Figur 8). Gradienterna för NV bassängen hade ckså en regelbundenhet; vid 14-15 m:s djup var halten fta någt högre än vid 16 m:s djup, dvs. kncentratinen var förhöjd i jämnhöjd med tröskeln till Ö bassängen. Detta skulle kunna indikera att vatten med hög halt av P har rört sig från Ö till NV bassängen t. ex. genm interna seicher, ch att det på så sätt skett ett extra tillsktt av P till den NV bassängen. Halterna i NV bassängen var år 24 ungefär lika sm tidigare år men var vanligt höga i Ö bassängen (Figur 4). Denna skillnad kan ha åtminstne tre rsaker: Pumpningen hade effekt ch medförde lägre halter i NV bassängen; Lättlösligt P har frigjrts från de förråd i sedimenten sm har byggts upp under många år med luftning ch medförde högre halter i Ö bassängen; Omsättning av P ch O 2 i de lika bassängerna har skett lika berende på deras skilda mrfmetri. Trligtvis har alla tre faktrerna inverkat ch det är svårt att säga vilken sm varit viktigast. Utan utpumpningen skulle dck fsfrhalten varit klart högre än utan pumpning (Figur 9). När man jämför förhållandena i NV bassängen med tidigare år är det svårt att se några tydliga effekter av pumpningen. Minskningen av O 2 under juni-augusti var frtfarande snabb ch mtsvarade,24 mg cm" 2 dygn". Syretäringen frtsatte dck inte att öka detta år ch trenden (Figur 2) kan i bästa fall vara bruten. Brtförande av näringsrikt vatten i hyplimnin anses generellt kunna behöva pågå i åtminstne 3 5 år innan NV bassängen Ö bassängen Figur 9. Förändringen av fsfrmängden i bttenvattnet under 12 m djup i NV ch Ö bassängen, juli nvember 24, i NV bassängen med ch utan pumpade mängder. Figuren är från Lännergren (24). J A S O N VATTEN -3-5 189
Augusti September Oktber Figur 1. Temperaturen ( C) i nrdvästra bassängen, juni-ktber 24. man ser en förbättring i vattnet vanför språngskiktet (Ck et al., 1993). Pumpningen kan ckså ha haft dlda psitiva effekter i ch med temperaturskiktningen var mycket stabil smmaren 24 (Figur 1), med vanligt låg temperatur närmast btten (Figur 4). Fsfrgradienterna närmast btten i början av september var markanta (Figur 11). Inblandningen av O 2 -rikt vatten från mindre djup har därför varit liten, ch kncentratinsgradienten för P brde ha varit ännu kraftigare än utan pumpning. Sjön hade en liknande temperaturskiktning år 1995 ch halten P började då öka någt tidigare på smmaren än under år 24 (Figur 12). Tyvärr saknas data för halten TtP under sensmmaren 1995 då kncentratinen kan förmdas ha varit sm högst, ch någn rdentlig jämförelse kan inte göras med år 24. Avstängning av luftningsaggregat i O bassängen har medfört försämrade O 2 -förhållanden där (Figur 4 b) ch P-halterna har varit vanligt höga under sensmmaren (Figur 4 c). Det senare skulle kunna förklaras av att man byggt upp ett förråd av lättlösligt P i sedimenten under Ttalfsfr (fig/t) 1 2 3 4 5 6 Figur 11. Fsfrgradient i djuphålan i nrdvästra tre tillfallen i september, 24. - 7 sep. - 13 sep. - 22 sep. de ca 15 smmarsäsnger sm bassängen luftats. När aggregatet varit avstängt har mycket av denna kunnat frigöras, speciellt sm skiktningen under 24 var vanligt stabil. Detta mtsägs dck av att en nästan lika hög halt TtP uppmättes redan år 1986, året innan luftningen började. Halten i slutet av augusti var då betydligt högre än år 24 (Figur 13). Syrgasförhållandena ch temperaturförhållanden var relativt lika de båda åren. De vanligt dåliga O 2 -förhållandena indikerades därmed vara den viktigaste faktrn för höga P halter, inte ett eventuellt uppbyggt förråd av lättlöslig fsfr i sedimenten. Kncentratinen av ttalfsfr kan dck ha varit ännu högre 1986 eftersm prvtagningarna då bara utfördes en gång i månaden. Vattenmsättning ch pumpkapacitet Kapaciteten på pumpen var för liten ch en större andel av vattenmassan hade behövt bytas ut för att man skulle få en tydlig förbättring av O 2 -förhållandena i NV bassängen. Cke et al. (1993) rekmmenderar en msättningstid för hela hyplimnin på 2 3 månader för att pumpningen ska vara effektiv. För Brnsjöns del mtsvarar detta en pumpningskapacitet på 6 1 s" 1 ch med en sådan pumpningshastighet blir risken str att skiktningen i sjön störs. Den använda pumpningskapacitet på 4 1 s" 1 mtsvarar å andra sidan att det tar hela 3,8 år innan vattenmassan byts ut, baserat på vlymen under 1 m: djup sm är 474 m3. Beräknat på vlymen under 14 m djup (96 m3), dvs. den del av hyplimnin sm har låga O 2 -nivåer, tar msättningen av vattnet 9 månader m pumphastigheten är 4 1 s~. För att minska tiden till 3 månader krävs en pumpningskapacitet på 12 1 s~\ en pumphastighet sm brde ge bättre förutsättningar för ett effektivt resultat. Med en högre pumningskapacitet förväntas ckså näringshalterna i det utpumpade vattnet bli lägre än under 24. 19 VATTEN -3-5
O 5 1 15 2 26 3 36 5 1 15 2 25 3 35 Dagnumrrr 5 1 1 SO 2 25 3 35 Figur 12. Temperatur, syre ch fsfr på 17 m djup vid nrdvästra bassängen. Jämförelse mellan åren 1995 (trianglar) ch 24 (cirklar). Dag 15 är 29 maj, dag 2 är 18 juli ch dag 25 är 6 september. Alternativ för att ta hand m brtpumpat vatten Att pumpa det näringsrika bttenvattnet till Mälaren är inte en långsiktigt bra lösning eftersm det innebär en näringsbelastning på en annan värdefull sjö. Bttenvattnet bör tas m hand ch ett alternativ är att ta det till Nrsbrgs vattenverk ch använda det i prduktinen av dricksvatten. Om detta ska kunna ske krävs vissa mbyggnatiner i verket. Det är dessutm klart m tillräckligt gd vattenkvalitet kan uppnås, eftersm bttenvattnet från Brnsjön är svårfällt (Abrahamssn, 24). Omfattande undersökningar kmmer att behöver göras innan ett sådant mhändertagande kan bli aktuellt. Ett annat alternativ är att infiltrera vattnet i en ås strax nrdst m Brnsjön. Även detta alternativ behöver dck utredas nggrant ch att mrådet vid sjön är naturskyddsmråde innebär svårigheter att få tillstånd för detta alternativ. Syftet med pumpningen i denna undersökning var att förbättra O 2 -förhållandet i bttenvattnet ch därmed minska internbelastningen. Ett alternativ till detta är att pumpa ut bttenvatten för att minska innehållet av P i sjön. Då bör kapaciteten på pumpen anpassas så att pumpningen ökar under sensmmaren då halterna är högre. Med denna metd är det speciellt viktigt att ta hand m vattnet eftersm innehållet av näringsämnen är strt. Med en pumphastighet sm initialt är mkring 41 s~, med sm under eftersmmaren ökar till 121 s~ skulle, baserat på 24 års resultat, på så vis över 3 kg P kunna brtföras från sjön. Med 3 års pumpning mtsvarar detta ungefär ett års interbelastning i NV bassängen. Det är ckså ungefär samma mängd sm innehållet i prvattnet i sedimentets översta skikt ( 1 cm). En så pass str brtförsel av P brde därför efter några år påverka interbelastningen i psitiv riktning. Slutsatser Det bör utredas m det går att göra ytterligare insatser för att minska den externa belastningen till Brnsjön. En nggrann kartläggning av källrna i tillrinningsmrådet skulle vara användbar för att förstå var det är bäst att sätta in åtgärder. Samtidigt sm bttensedimenten i sjön brde undersökas nggrannare brde det ckså göras en karakterisering av jrdbruksmarken i tillrinningsmrådet. Det bör ckså undersökas hur mycket näringsämnen de enskilda avlppen, sm inte har åtgärdats i Oxelbydikets dalgång, bidrar med till den externa fsfrbelastningen. Internbelastningen av fsfr är så str i Brnsjön att Figur 13. Syrgas- ch fsfrhalter ar 1986 (punkter) ch 24 (cirklar), i östra bassängen på 14 m djup. Dag 15 är 29 maj, dag 2 är 18 juli ch dag 25 är 6 september. VATTEN -3-5 191
man bör åtgärda denna. Om pumpningen ska få större effekt på syre- ch fsfrförhållandena än under 24 så behöver bttenvattnet föras brt med större hastighet, minst 12 1 s" 1. Sjön är fta mycket stabilt skiktad ch pumpningskapaciteten bör kunna ökas utan störning. Efter några års pumpning bör man kunna se psitiva effekter på syre- ch fsfrförhållandena. Ett alternativ till att pumpa för att förbättra syrgasförhållandet är att pumpa ut bttenvatten för att föra brt fsfr från sjön. Då bör kapaciteten på pumpen anpassas så att fsfrkncentratinen i bttenvattnet förblir hög under pumpningsperiden. Bttenvattnet sm pumpas ut bör tas m hand vid pumpning men de lika alternativen behöver utredas mer. Erkännande Ett strt tack till Christer Lännergren, Stckhlm Vatten AB för hjälp ch synpunkter under arbetet. Referenser Abrahamssn J., 24. Fällningsförsök med bttenvatten från Brnsjön. Stckhlm Vatten AB, publicerat material. Cke G. D., Welch E. B., Petersn S. A. & Newrth P. R., 1993. Restratin and Management f Lakes and Reservirs, Secnd Editin. Lewis Publishers, Bca Ratn. Eiseltvå, M (ed) 1994. Restratin f Lake Ecsystems - a hlistic apprach. IWRB Publicatin 32. The Waterfwl and Wetland Reserach Bureau, Slimbridge, Glucester, GL2 7BX, UK. Hellström D. & Jnssn L., 24. Bra små avlpp vid Brnsjön, resultat från 15 enskilda anläggningar. Stckhlm Vatten (Ppulärversinen). ISBN: 91-7289-263-3. Jhanssn H. & Perssn G., 21. Svenska sjöar med höga fsfrhalter 79 naturligt eutrfa eller eutrfierade sjöar?. Institutinen för miljöanalys Rapprt 21:8. Lännergren C., 24. Prjekt - Utpumpning av bttenvatten från Brnsjön. Stckhlm Vatten AB, publicerat material. Mss B., Madgwick, J.& Phillips, G., 1996. A guide t the restratin f nutrient-enriched shallw lakes. - Brads Authrity, UK. Naturvårdsverket., 1999. Bedömningsgrunder för miljökvalitet - Sjöar ch vattendrag. Rapprt 4913. Naturvårdsverket, Uppsala. Petterssn K., 1988. Brnsjöns sediment - fsfrsituatinen 1987. Erkenlabratriet, Limnlgiska institutinen, Uppsala universitet, publicerat material (Rapprt till Stckhlm Vatten AB). Wetzel R.G., 2. Limnlgy - Lake and River Ecsystems, Third editin. Elsevier Science, Orland. Värnhed B., 2. Restaureringen av Flaten, september - ktber 2. Stckhlm Vatten AB, publicerat material. Värnhed B., 24. Syrsättningskapacitet hs luftningsaggregatet i Brnsjön. Stckhlm Vatten AB, publicerat material. 192 VATTEN -3-5