modellering av våtmarkers näringsreduktion jan petersson
DESCRIPTION
Modellering av våtmarkers näringsreduktion Jan Petersson Vattenmyndighetens kansli Södra Östersjön. Anläggning av våtmarker Populär åtgärd för att reducera näringsförluster (N och P) från jordbruk - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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