Modellering av våtmarkers näringsreduktion

Jan PeterssonVattenmyndighetens kansli Södra Östersjön

Anläggning av våtmarker- Populär åtgärd för att reducera näringsförluster (N och P) från jordbruk- Historiska sjösänkningar och torrläggningar av våtmarker, delvis orsak till de höga N och P halterna

Effektiv åtgärd?Litteraturstudie (Weisner 2004)N: 31-2850 kg N ha årP: 5-710 kg P ha år

-Hög näringsbelastning per yta = Positiv inverkan på retentionen (höga koncentrationer + måttligt flöde)

Beräkningsmodeller för N- resp. P-retention i våtmarker (Wittgren et al. 2001; Tonderski et al. 2005) Retention per dygn, beroende av: N och P koncentration Inkommande vattenvolym Våtmarkens area Våtmarkens medeldjup Våtmarkens volym

MIKE BASINHydrologi- och vattenkvalitetsmodell

Effekt av planerade våtmarker

Vilka faktorer påverkar retentionen?

Tullstorpsåprojektet

Nr Planned wetland locations

Omfattande vattenvårdsåtgärder (2009-2013), bla 48 våtmarker Övergripande mål:

Reducera näringsläckagetGod ekologisk status

MIKE BASIN

N och P konc. Vattenflöden

BeräkningsmodellerN & P retention i våtmarker

Retention per dygn

RESULTATRESULTATBeräknad retention

0 200 400 600

1

4

6

12

14

19

26

32

34

42

Wet

land

ID

N retention kg ha year

Specifik60 – 600 kg ha y(medel 270)

Relativ4 – 70 %(medel 13 %)

N

0 5 10 15 20 25

1

4

6

12

14

19

26

32

34

42

Wet

land

ID

P retention kg ha year

PSpecifik2 – 20 kg ha y(medel 12)

Relativ7 – 80 %(medel 35 %)

RetentionsmodellernaIngen hänsyn till Våtmarkens utformning (förutom area och volym) Typ och utbredning av vegetation

Osäkerheter

MIKE BASIN Antaganden i modellen Indata till modellen

Våtmarkernas tillrinningsområdenPåverkar:KoncentrationerVattenvolym/upphållstidAvgörande vid planering/lokalisering av våtmarken

ViVaNVirtuellt VattendragsNätverk

Utvecklats av SLU (Jakob Nisell, Anders Lindsjö, Johan Temnerud) Finansierats av Naturvårdsverket

Rikstäckande GIS-skikt Sjöar Vattendrag Flödesriktningar Medelflöden Avrinningsområden

Sjöar och vattendragVägkartans hydrografSkala 1:100 000

VattendelareSMHI:s DARO (2000)

Digital Terräng Modell 50x50 mLantmäteriets höjddatabas (1998)

11

Modifierad DTM”Bränt” inVatten & vattendelare

22

Ackumulerat flödeAckumulerat flöde

Flödesriktning (raster 50x50 m) Avrinningsområden (ackumulerad area)

Avrinning L/s*km233

ViVaN- METODIK

44

Skala 1:100 000

ViVaN- METODIK

Vattendragslängd-vägkartan

Vattendragslängd-vägkartan

Virtuellt vattendragsnätverkVirtuellt vattendragsnätverk

Kalibrering- tröskelvärdeper HARO

Ackumulerat flödeAckumulerat flöde Tröskelvärde >0,25 l sek = vattendrag

ViVaN

Sammanhållet vattendragsnätverkBeräkning av Avrinningsområden Ackumulerat flöde

Underlag för Lämpliga provtagningsstationer Storlek på aro Dominerande markanvändning etc

Tack för er uppmärksamhet!

jan.f.petersson@lansstyrelsen.se

Reduktion av P är bl.a beroende av den hydrologiska belastningen

Grovt antagande:1 ha stora våtmarker bör vara relativt effektiva vid flödesbelastningar inom intervallet 100-150 Lps

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300 350 400

lps/ha

TP

ret (

g/m

2/yr

)SpecTPret

Data: Braskerud et al, J. Environ. Qual 34: 2145-2155

AntagandenAntaganden

Sjöar Vattendrag MedelflödenFlödesriktningar Avrinningsområden

Utsökning av alla celler där flödet är100 ≥ 150 = våtmarkslägen

Utsökning av alla celler där flödet är100 ≥ 150 = våtmarkslägen

TillrinningsområdenTillrinningsområden

ReclassifyReclassify Region groupRegion group

GIS verktyg

WatershedWatershed

GIS verktyg

ViVaN data

RESULTATRESULTAT

-60

-40

-20

0

20

40

60

-50 -40 -30 -20 -10 1 10 20 30 40 50

Förändring indata (%)

Fö

rän

dri

ng

re

ten

tio

n N

(%

)

Area Tot-N Flöde Temp

-60

-40

-20

0

20

40

60

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Förändring indata (%)

Fö

rän

dri

ng

re

ten

tio

n N

(%

)

Area Tot-N Flöde Temp

Lågbelastad

Högbelastad

Känslighetsanalys

N

N

-100

-80

-60

-40

-200

20

40

60

80

-50 -40 -30 -20 -10 1 10 20 30 40 50

Förändring indata (%)

Fö

rän

dri

ng

re

ten

tio

n P

(%

)

Area Tot-P Flöde Temp

-60

-40

-20

0

20

40

60

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Förändring indata (%)

Fö

rän

dri

ng

re

ten

tio

n P

(%

)

Area Tot-P Flöde Temp

P

P

wet

wetaTstartend V

tAkCC exp

Awet = våtmarksareal (m2)Cend = slut- och utflödes koncentration (g/m3)Cstart = initial koncentration tot-N (g/m3)kaT = arealbaserad och temperaturberoende avskiljningskoefficient (m/d)∆t = tidssteg (d)Vwet = Våtmarkens volym (m3)

wet

wetatmninninnoutwetnendnstart V

AJVCVVCC

,,1,1,

,

)(

nin

wetatmninninnstart V

AJVCC

,

,,,

Cin,n = inflödeskoncentration till aktuell sats (g/m3)Jatm = kvävedeposition på våtmarken (g/m2/d)n, n-1 = suffix som anger aktuell respektive föregående satsVin = vatteninflöde till aktuell sats (m3/d) = utflödet från föregående sats = Vout,n-1 Ek. 4

nanaT Tkk ,

ka = arealbaserad avskiljningskoefficient (m/d/˚C) = 0,0023T = vattentemperatur (˚C)

Beräkningsmodellen för N-retention i våtmarker

Beräkningsmodellen för P-retention i våtmarker

)()()()()()()(

tQtCtMtMtQtCdt

tdCVinrelsedinin

AtCktM sedsed )()(

ACktM tTinrelrel 20)(302,1)(

tQ

CVCVtQC

in

ininut

)(

C = fosforkoncentrationen i våtmarken (mg/L)V = våtmarkens volym (m3)A = våtmarksareal (m2)Cin = fosforkoncentrationen i inkommande vatten (mg/L)Qin = inkommande vattenvolym (m3/d)Msed = sedimentation av tot-P (g/d)Mrel = frigivning av tot-P (g/d)T30 = 30 dagars luftmedeltemperatur (˚C)∆t = tidssteg (d)ksed = sedimentationskoefficientkrel = frigivningskoefficient