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!
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
Top Related