Home About Browse Search
Svenska


Korrigering av vattenkemi för kalkningspåverkan

val av referenser och beräkning av osäkerheter

Fölster, Jens and Köhler, Stephan and Brömssen, Claudia von and Rönnback, Pernilla and Akselsson, Cecilia (2011). Korrigering av vattenkemi för kalkningspåverkan. Uppsala: (NL, NJ) > Dept. of Aquatic Sciences and Assessment, Sveriges lantbruksuniversitet. Rapport / Sveriges lantbruksuniversitet, Institutionen för vatten och miljö ; 2011:1
[Report]

[img]
Preview
PDF
3MB

Abstract

Kalkning för att motverka försurning har under flera decennier varit en av Sveriges största miljövårdsinsatser. Då försurningstrycket har minskat, finns behov av att minska kalkningsinsatserna. Kalkade sjöar och vattendrag som tidigare varit försurade börjar nu återhämta sig. Kalkdoserna kan då minskas och i en del fall helt avslutas. I vissa fall kan också kalkningen ha startats på felaktiga grunder eftersom underlaget för beslut om att kalka ibland var bristfälligt. När kalkning avslutas ska det inte av misstag ske i vatten som fortfarande är försurade så att återvunna biologiska värden går förlorade. Det är därför viktigt att i varje enskilt fall kunna bedöma hur surhet och försurning skulle vara i ett kalkat vatten om kalkningen avslutades. Den så kallade okalkade surheten och försurningen i kalkade vatten brukar i Sverige beräknas med hjälp av kvoten mellan icke-marint kalcium och magnesium, Ca*/Mg*, från närliggande okalkade referenssjöar. Metoden har använts i flera sammanhang och bedömts ge tillförlitliga resultat i regional skala, men för enskilda vatten är felen ofta stora. I utvärderingen av en stor inventering av alla kalkade så kallade målsjöar 2007 – 2008 poängterades vikten av att minska osäkerheten och att kunna bedöma storleken på osä- kerheten vid beräkning av okalkad surhet och försurning för enskilda vatten. I denna studie utvärderas den befintliga metoden för beräkning av okalkad kemi liksom ansatser till alternativa metoder. Vidare utvärderas variationen i tid och rum hos Ca/Mg i okalkade referenser i ett stort datamaterial med sjöar och vattendrag för att ge underlag till val av metod och beräkning av osäkerheten. Slutligen har verktyg tagits fram för beräkning av okalkad kemi, försurningspåverkan och osäkerheten. Variation i rum och tid av Ca/Mg studerades i ett flertal olika dataset omfattande: • Vattendragsnätverk med provtagning av alla bäckförgreningar i små skogsdominerade avrinningsområden med mellan 15 och 39 provplatser i varje område. • Skogsvattendrag med provtagning mellan 2 och 3 platser längs samma vattendrag omfattande 47 provplatser. • Målsjöundersökningens okalkade referenser utvalda av länsstyrelserna omfattande ca 1800 sjöar. • Trendstationer i 73 sjöar och 67 vattendrag inom den nationella miljöövervakningen. Den hittills använda metoden att beräkna okalkad kemi med den marinkorrigerade kvoten mellan kalcium och magnesium (Ca*/Mg*) jämfördes med motsvarande kvot utan marinkorrigering (Ca/Mg). Det visade sig av Ca/Mg gav mindre fel i uppskattningen av okalkad kemi jämfört med Ca*/Mg*. Ca/Mg var också stabilare i tiden jämfört med Ca*/Mg* som också hade nackdelen att kunna ge negativa värden på beräknad Ca-halt. Alternativa metoder för att beräkna okalkad kemi ur omgivningsfaktorer och kemiska variabler som inte påverkas av kalkning prövades, men de gav inte bättre resultat än metoden med Ca/Mg. Möjligheten att beräkna Ca/Mg ur mineralsammansättningen i markkemidata från miljöövervakningen i skogsmark (RIS-MI) prövades, men de gav stora fel 8 och en kraftig underskattning av Ca/Mg. Vi drog därför slutsatsen att metoden att beräkna okalkad kemi med Ca/Mg-kvoten från okalkade referenser var att föredra. Beräkningen av okalkad kemi med Ca/Mg gav varierande resultat för de olika dataseten. För vattendragsnätverken Krycklan och Ottervattsbäcken i norra Sverige gav modellen tillförlitliga resultat med små fel. I de sydliga vattendragsnätverken gav modellen acceptabla resultat i tre av fyra fall, men först efter att avvikande värden rensats bort. Motiven för att utesluta provplatser var att de hade avvikande geologi i avrinningsområdet eller var misstänkt påverkade av okänd kalkning. Resultaten tyder på att man måste granska referenser noga för att kunna sortera bort sådana som inte är representativa för de kalkade vatten som ska bedömas. Den visar också att man måste vara vaksam på att även om modellen ger god prediktion i de flesta fall, kan den i enstaka fall ge stora fel. Skogsvattendragen omfattar relativt små avrinningsområden som valts ut för att representera skogslandskapet och därför domineras av skog, myr och sjö i avrinningsområdet. För dessa vattendrag fungerade modellen väl, vilket är positivt eftersom den motsvarar vattendrag av samma karaktär och med samma fördelning över landet som många kalkade vatten. Resultaten från målsjöarnas referenser visade på större fel om man inte kunde hitta uppströms liggande referenser som motsvarar minst 20 % av avrinningsområdet. Eftersom uppströms liggande sjöar ofta används som åtgärdssjöar, d.v.s. de kalkas för nedströms effekt på målområden, är man oftast hänvisad till närliggande referenser utanför avrinningsområdet. Den rumsliga variationen ökar ofta med minskande storlek på avrinningsområdet, men för Ca/Mg var denna effekt liten. Det finns därför ingen anledning att utesluta referenser med små avrinningsområden, även om större avrinningsområden är att föredra. En databas med referenssjöar för värden på Ca/Mg togs fram. Den bestod av 1622 okalkade referenser inom målsjöinventeringen som provtogs både hösten 2007 och våren 2008. Sjöar med stor variation i Ca/Mg (skillnaden mellan de två provtagningarna i Ca/Mg större än 1) och misstänkt kalkpåverkade sjöar (både Ca/Mg > 3 och pH > 6,2) hade då rensats ut ur datasetet. I första hand bör uppströms liggande referenser väljas. Om det saknas uppströms liggande referenser bör referensvärdet för Ca/Mg beräknas som medelvärdet av referenserna inom 20 km avstånd bland de referenser som ingår i databasen. Detta värde gav i regel mindre fel än om den referens som länsstyrelserna valt ut för varje sjö användes. Två verktyg togs fram för beräkning av okalkad kemi och försurningspåverkan i kalkade vatten. Verktyget KALKREF tar fram medelvärde och standardavvikelse av Ca/Mg för referenser inom 20 km avstånd. Verktyget OKALK beräknar okalkad kemi, förbereder ett dataset för MAGICbibliotek och tar fram underlag för osäkerhetsbedömning med MonteCarlo-simulering. En tillämpning av verktygen på Målsjöinventeringen visade att 43 % av målsjöarna var försurade med högre sannolikhet än 80 %, medan 24 % hade lägre än 20 % sannolikhet för försurning. För 33 % av sjöarna låg sannolikheten för försurning mellan 20 % och 80 % vilket innebär att försurningsbedömningen är mycket osäker.

Authors/Creators:Fölster, Jens and Köhler, Stephan and Brömssen, Claudia von and Rönnback, Pernilla and Akselsson, Cecilia
Title:Korrigering av vattenkemi för kalkningspåverkan
Subtitle:val av referenser och beräkning av osäkerheter
Alternative abstract:
LanguageAbstract
English

Liming to mitigate the effects of acidified waters has been a major part of Swedish environmental management during recent decades. Since acid deposition has now decreased, there is less of a need for liming. Limed lakes and streams that have been acidified are now recovering. Thus, liming can be reduced and in some cases even terminated. In some cases liming may have started for the wrong premises or due to poor information. When liming is cut back it is important to avoid accidental termination in waters that still are acidified as this could cause a loss of newly restored biological values. It is therefore important to assess how acidic and acidified a limed water should be without liming. The so-called “non-limed” acidity and acidification in Swedish waters is usually calculated by use of the ratio of non-marine calcium and magnesium, Ca*/Mg*, from nearby non-limed reference lakes. The method is widely used and is considered to give reasonable results on a regional scale, but for single waters, the errors are sometimes large. The importance of reducing and quantifying the uncertainty in calculation of non-limed water chemistry was stressed in the evaluation of a large survey of limed lakes in 2007-2008 In this study we evaluated the present method for calculation of non-limed chemistry, as well as several alternative methods. Furthermore, the spatial and temporal variation of Ca/Mg was explored in a large dataset from lakes and streams so as to give a base for choosing a method and for calculation of uncertainty. Finally, tools were developed for calculation of non-limed water chemistry, acidification and uncertainty. Temporal and spatial variation in Ca/Mg was studied in a range of datasets including: • Stream networks sampled in all stream junctions within 6 small forest dominated catchments with between 15 and 39 sampling points within each catchment. • Forest streams with 2 to 3 sampling points along each stream comprising 47 sampling points. • About 1800 non-limed reference lakes sampled 2007 – 2008 in the national survey of limed lakes. • Time series lakes (n = 73) and streams (n = 67) within the national monitoring program. The commonly used method for calculation of non-limed chemistry by using the ratio between non-marine calcium and magnesium (Ca*/Mg*), was compared with the corresponding ratio of total concentrations (Ca/Mg). Using Ca/Mg was shown to give smaller errors in estimated non-limed Ca-concentrations compared to Ca*/Mg*. Ca/Mg was also more stable over time compared to Ca*/Mg*, which also had a drawback of sometimes giving negative concentrations. Alternative methods to calculate non-limed Ca were tested but did not give better results than Ca/Mg. Calculating Ca/Mg using soil chemical composition data from the national forest soil inventory was tested, but it gave large systematic and random errors. We concluded that the method using Ca/Mg to calculate nonlimed water chemistry was preferred. Calculation of non-limed chemistry with Ca/Mg gave different results with the different datasets. For the stream networks in Krycklan and Ottervattsbäcken the model gave relia- 10 ble results with small errors. In southern catchments the model gave acceptable results in three out of four catchments, but only after excluding outliers representing diverging geology or suspected liming. The results indicated that references have to be checked and those not representative for limed acidified lakes should be excluded. It also indicated that even if the model gives reliable results in most cases, large errors might occur in single cases. The dataset with forest streams represents relatively small catchments selected to be representative of the forested landscape, hence forests, mire and lakes are the dominant land cover in these catchments. For those streams, the model worked gave reliable results, which was positive, since they represent the same character and spatial distribution as many limed waters. The results from the non-limed reference lakes showed larger errors if a reference not could be found with more than 20% overlap between the catchments. Since upstream lakes are often limed for downstream effect, references are usually outside the catchment of the limed lakes. The spatial variation of water chemistry often increases with decreasing catchment area, but for Ca/Mg, this effect was small. Hence, there is no reason for excluding references with small catchments, although larger catchments are preferred. A database of reference lakes with values for Ca/Mg was created. It consisted of 1622 non-limed reference lakes from the national survey of limed lakes, sampled autumn 2007 and spring 2008. Lakes with a difference larger than 1 in Ca/Mg between the two sampling dates were excluded as well as lakes with both a Ca/Mg > 3 and a pH > 6,2 units. For calculation of non-limed chemistry, an upstream reference is preferred. Otherwise an average of Ca/Mg in the references within 20 km is recommended. This value gave generally smaller errors compared to the references subjectively selected for each lake by the local counties. Two tools were developed for calculation of non-limed chemistry and acidification in limed waters. The tool KALKREF calculates mean and standard deviation of Ca/Mg for references within 20 km distance. The tool OKALK calculates non-limed chemistry, prepares a dataset for MAGICbibliotek (a tool for assessment of acidification) and prepares data for calculation of uncertainty using a Monte Carlo simulation. An application of the tools to the national survey of limed lakes showed that 43 % of the lakes were acidified with a probability by 80 % or more, while 24 % had a probability of less than 20 % of being acidified. For 33 % of the lakes the probability for acidification was between 20 % and 80 %, which means that the assessment of acidification is very uncertain

Series/Journal:Rapport / Sveriges lantbruksuniversitet, Institutionen för vatten och miljö (BIB14649843)
Year of publishing :2011
Number:2011:1
Number of Pages:69
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Institutionen för vatten och miljö, Sveriges lantbruksuniversitet
Associated Programs and Other Stakeholders:SLU - Environmental assessment > Programme Biodiversity
SLU - Environmental assessment > Programme Acidification
SLU - Environmental assessment > Programme Lakes and watercourses
Language:Swedish
Publication Type:Report
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:P Natural resources > P01 Nature conservation and land resources
P Natural resources > P10 Water resources and management
U Auxiliary disciplines > U10 Mathematical and statistical methods
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 405 Other Agricultural Sciences > Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Fish and Aquacultural Science
Agrovoc terms:methods, water resources, environmental monitoring
Keywords:methods, water resources, environmental monitoring
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2653
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2653
ID Code:12111
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Aquatic Sciences and Assessment
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:13 May 2015 08:37
Metadata Last Modified:28 Feb 2016 02:05

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits