Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand

Transkript

1 Hedeselskabet Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand STATUS FOR EFFEKT OG PERSPEKTIVER 2015

2 Hedeselskabet Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand STATUS FOR EFFEKT OG PERSPEKTIVER 2015 Rekvirent Rådgiver Hedeselskabet Orbicon A/S Jens Juuls Vej Viby J Projektnummer Projektleder Tekst Kvalitetssikring Bjarne Moeslund Henrik Skovgaard Bjarne Moeslund Revisionsnr. 0.2 Godkendt af Henrik Vest Sørensen Udgivet

3 INDHOLDSFORTEGNELSE RESUMÉ INDLEDNING OVERVÅGNINGSRESULTATER Kvælstof og fosfor Sulfat, BI5, svovlbrinte og sulfit Vand, nedbør og temperatur STATUS MATRICEANLÆG VED ONDRUP MOSE Resultater Resultater kvælstof (N) Resultater fosfor (P) Hydraulisk belastning Samlet vurdering MATRICEANLÆG VED RYÅ Hovedresultater Resultater kvælstof (N) Resultater fosfor (P) Hydraulisk belastning Konklusion MATRICEANLÆG VED HUSTEDVEJ/ÅKÆR Å Hovedresultater Resultater kvælstof (N) Resultater fosfor (P) Øvrige måleparametre Hydraulisk belastning Konklusion... 50

4 7. MINIVÅDOMRÅDERNES OMKOSTNINGS-EFFEKTIVITET MATRICEANLÆGGENES ØVRIGE KVALITETER DET VIDERE ARBEJDE - HVAD MANGLER VI AF VIDEN? Udformning og design POTENTIALET FOR PLACERING AF MINIVÅDOMRÅDER I DANMARK Minivådområdets placering Lokaliteter, der er uegnede til placering af minivådområder MILJØMÆSSIGE PERSPEKTIVER VED BRUG AF MATRICEANLÆG REFERENCER... 68

5 RESUMÉ Orbicon har gennem de seneste 6 år etableret, drevet og overvåget minivådområder med filtermatrice (matriceanlæg), fortrinsvis finansieret af midler fra Hedeselskabet. Derudover arbejder Aarhus Universitet AGRO med matriceanlæg, men resultaterne af Orbicons arbejde udgør i dag det primære erfaringsgrundlag for matriceanlæg. Overvågningen af matriceanlæg har tilvejebragt data, der dokumenterer anlæggenes evne og kapacitet til at fjerne kvælstof fra drænvand. De tre ældste matriceanlæg har således i driftsperioden været i stand til i gennemsnit at fjerne mellem 26% og 42% af det med drænvandet tilførte kvælstof. Ved en korrekt dimensionering og konstruktion vil et matriceanlæg kunne fjerne %. Orbicon har derudover dokumenteret, at matriceanlæg tilbageholder mellem 43 % og 68 % af det med drænvandet tilførte fosfor. De tre anlæg har derudover vist, at fjernelsen af både kvælstof og fosfor begynder umiddelbart efter anlæggelsen og fortsætter derefter uden større behov for vedligeholdelse. Der vil være behov for en udskiftning af matricen (træflis) og oprensning af sedimentationsbassinet hvert 5-10 år. Det opgravede materiale kan anvendes som jordforbedring på marken. Matriceanlæggene har et særligt potentiale som virkemiddel i drænoplande, hvor arealet af anlægget bør være så lille som muligt at hensyn til dyrkningsinteresserne, af hensyn til beskyttet natur eller af landskabelige eller terrænmæssige grunde. Projektet har bragt matriceanlæg frem mod præsentation som et omkostningseffektivt supplement til eksisterende og planlagte virkemidler til næringsstoffjernelse i oplande til sårbare søer, fjorde og kystvande, herunder traditionelle N-vådområder, P-ådale og minivådområder med åbne bassiner. Med midler fra Naturstyrelsen (Miljøteknologiordningen fra 2011) har seniorforsker Brian Jacobsen fra Institut for Fødevare- og Ressourceøkonomi (IFRO) på Københavns Universitet beregninger af omkostningseffektiviteten. Analysen er fra april 2013 og blev efterfølgende sendt til Natur- og Landbrugskommissionen, der har indarbejdet den i rapporten omkring et bæredygtigt forhold mellem natur, miljø og landbrug. Konklusion fra rapporten, lyder: Konklusion Fordelen ved minivådområder er, at de lokalt kan fjerne meget kvælstof og fosfor, uden der skal udtages store arealer. I denne analyse er udgangspunktet et hypotetisk minivådområde, med en filtermatrice, der har et lille areal (0,1 ha) i forhold til oplandet på ca ha. Dette giver virkemidlet en større fleksibilitet og hurtigere implementeringshastighed end traditionelle vådområder, da det ofte tager lang tid for mange lodsejere at blive enige. Analysen af omkostningseffektiviteten viser, at vådområdernes effektivitet og drifts- og anlægsbudget er vigtige parametre at optimere på, mens indkomsttabet pr. ha kun har mindre

6 betydning. Omkostningseffektiviteten er beregnet til kr. pr. kg N, når fosfor ikke indregnes. Indregning af fosfor til 500 kr. pr. kg P reducerer omkostningseffektiviteten i forhold til N til kr. pr. kg N. Set i forhold til andre virkemidler, så er minivådområder på niveau med disse, og det er hverken det billigste eller det dyreste alternativ. Det vurderes således, at prisen på et kg N, der fjernes ved brug af minivådområder med infiltrationsmatrice, er på niveau med traditionelle vådområder. Indregnes fosforeffekten, er virkemidlet mere omkostningseffektivt end en række andre virkemidler, men en reel vurdering kræver, at fosforeffekten også indregnes ved vurdering af omkostningerne af andre virkemidler. Såfremt det er muligt at opnå størrelsesøkonomiske fordele ved at etablere disse minivådområder, vil det gøre virkemidlet mere omkostningseffektivt. For at kunne konkurrere med andre virkemidler med en god placering og stor N-effekt, så kræves der som minimum, at minivådområder har en høj effektivitet. For at minivådområder skal blive yderligere konkurrencedygtige, så kræves det også, at der udvikles stordriftsfordele med anlæg, drift og vedligeholdelse. Hvis det derudover kan anlægges, hvor fosforfjernelse er påkrævet, vurderes det som et omkostningseffektivt virkemiddel. Driften og overvågningen af matriceanlæg for midler fra Hedeselskabet ophører ved udgangen af 2015, men herefter videreføres driften og overvågningen i regi af partnerskabet Future Cropping under Innovationsfonden, der overordnet har til formål at forøge planteproduktionen i landbruget med en mindre belastning af vandmiljøet med næringsstoffer. Future Cropping skal klarlægge de sidste tekniske detaljer omkring konstruktion og miljøeffekt af matriceanlæg og tilvejebringe den videnskabelige dokumentation for anlægstypens funktion og effektivitet. Målet er en godkendelse af matriceanlæg som virkemiddel på linje med andre godkendte virkemidler til reduktion af tabet af kvælstof og fosfor fra dyrkede arealer til vandmiljøet.

7 1. INDLEDNING Orbicon og Hedeselskabet har gennem 6 år samarbejdet om udvikling af minivådområder, og generelt har der været gode resultater for fjernelse af næringsstoffer (kvælstof og fosfor). Minivådområderne bryder den direkte transport mellem mark og vandløb og reducerer derved mængden af udvaskede næringsstoffer fra drænede landbrugsoplande til vandløb, søer og fjorde. Dette notat opsamler resultaterne af Orbicons drift og overvågning af minivådområder af typen med filtermatrice. Notatet er en opdatering af det notat, som Orbicon udarbejdede og stilede til Naturstyrelsen i 2013 (Orbicon, 2013). I Danmark er der arbejdet med udvikling af to typer minivådområder, åbne bassiner og matriceanlæg. Orbicon har især arbejdet med udvikling af matriceanlæg, SEGES med åbne bassiner og Aarhus Universitet med åbne bassiner samt et matriceanlæg ved Gjern. Minivådområder med åbne bassiner består typisk af et sedimentationsbassin og en serie af forbundne, plantebevoksede vandhuller/bassiner. For at opnå en omkostningseffektiv fjernelse af kvælstof skal anlægget ifølge Kjærgaard m.fl., 2014a have en størrelse på typisk 1 % af det opland, der afstrømmer til anlægget (1 ha anlæg pr. 100 ha drænopland afhængigt af drænafstrømningen) Matriceanlæggene er mere effektive end åbne bassiner, målt pr. arealenhed, idet der i anlægget er indbygget en bioaktiv matrice bestående af træflis, hvilket reducerer arealbehovet til 0,15-0,30 % af det opland, der afstrømmer til anlægget (0,15-0,30 ha anlæg pr. 100 ha drænopland). Anlægsstørrelsen afhænger af drænafstrømningens størrelse, men bør i følge den nyeste viden have et volumen, der sikrer en opholdstid af vandet på mindst 10 timer ved vinterafstrømningen (Kjærgaard m.fl., 2014b). Orbicons forsøgsanlæg viser, at der også kan opnås en stor næringsstoffjernelse i matriceanlæg på ca. 0,15 ha i drænoplande på ha. I matriceanlæggene er kulstofkilden (matricen) til rådighed for den bakterielle kvælstoffjernelse umiddelbart efter anlæggelsen, mens de åbne bassiner kræver en modning gennem opvækst af vand- og sumpplanter og deraf følgende opbygning af den for kvælstoffjernelsen nødvendige kulstofpulje. Minivådområder er et omkostningseffektivt virkemiddel i de områder i Danmark, hvor der er en betydelig andel af drænede jorde. Det drejer sig især om lerjorde og jorde med hydraulisk begrænsende jordlag i jordprofilen, både på kuperede højbundsarealer og på lavbundsarealer (Kjærgaard m.fl., 2014). Det skyldes, at transportvejen fra mark til vandløb, søer og fjorde er kort og hurtig i oplande med en høj grad af dræning. I oplande, hvor hovedparten af kvælstoftabet fra rodzonen sker til grundvandet gennem iltfrie jordlag, vil der derimod være en stor naturlig kvælstoffjernelse og der- 7 / 68

8 med et lavere tab til overfladevand, sammenlignet med et drænet opland. Ud over fjernelse af kvælstof har det vist sig, at matriceanlæggene er meget effektive til at tilbageholde fosfor. En opgørelse fra Aarhus Universitet viser, at mere end 50 % (1,5 mio. ha) af det danske landbrugsareal er systematisk drænet (Olesen, 2009), fordelt med ca. 40% af de jyske landbrugsarealer og ca. 80% af øernes landbrugsarealer. Tabet af næringsstoffer via dræn er estimeret til % ( ton N/år) af det totale N-tab og ca. 33 % (400 ton P/år) af det totale fosfortab (Grant m.fl., 2010). Der er betydelige regionale og lokale forskelle, afhængig af jordtype, topografi, afgrøder, dræningsgrad, klimatiske forhold m.m., men potentialet for anvendelse af drænfiltre i form af minivådområder inden udløb i sårbare recipienter vurderes at være stort i Danmark. Orbicon udarbejder ved årsskiftet 2015/2016 en manual til anlæggelse af minivådområder med filtermatrice på baggrund af de erfaringer, som Orbicon har opbygget gennem årene, suppleret med eksisterende viden fra andre sider. Foto: Minivådområde (matriceanlæg) etableret af Orbicon ved Ondrup Mose i Odder Kommune. 8 / 68

9 Princippet i konstruktionen af minivådområder med matrice er, at drænvand fra landbrugsarealer først ledes til et sedimentationsbassin, hvor sand, silt og partikelbundne næringsstoffer, herunder fosfor, bundfældes. Fra sedimentationsbassinet bliver vandet infiltreret gennem en specielt opbygget matrice af træflis, hvor nitrat og fosfor bliver omsat og filtreret fra. Matricen er således en tredimensionel konstrueret enhed, der består af organiske komponenter, som udgør kulstofkilden til de bakterier, der omsætter kvælstof ved denitrifikation (omsætning af nitrat til frit kvælstof). Matricen er på den måde analog til de organiske jorder (planter, tørv mv.), der udgør kulstofkilden for bakteriel kvælstoffjernelse i naturlige vådområder. Matricen er derudover i stand til at tilbageholde fosfor gennem både adsorption til matriceelementerne samt ved aflejring af fosfor bundet til ler- og siltpartikler og jern i hulrummene mellem matriceelementerne. Matricen vil med tiden blive omsat og mindre vandpermeabel, men kan let gennemluftes eller dele udskiftes og erstattes. Den udtjente matrice kan transporteres ud på landbrugsjorden, hvor den kan indgå som element i jordforbedringen ved at kunne berige jorden med såvel organisk stof som fosfor. Det samme gælder fosfor og partikulært materiale, der sedimenterer i forbassinet. Afslutningen på matriceanlægget er et efterklaringsbassin, der er beplantet med sumpplanter for blandt andet at ilte vandet og periodevist at muliggøre afgasning af svovlbrinte mv. inden vandet ledes videre til vandløb eller sø. Matriceanlægget designes ydermere således, at det kan fungere som levested for planter, padder og smådyr m.fl. og på den måde medvirke til at øge naturindholdet i agerlandet. Matriceanlæggets styrke er, at kvælstof- og fosforfjernelsen fra et stort drænopland koncentreres på et lille, afgrænset areal. Det kan lade sig gøre, fordi man gennem matricen skaber et meget stort overfladeareal for de bakterier og processer, der skaber næringsstoffjernelsen. Matriceanlæg er på den måde at sammenligne med renseanlæg til rensning af spildevand - de skaber en effektiv stoftilbageholdelse, stofomsætning og rensning på et lille areal. 9 / 68

10 I forbindelse med opstarten af projekt minivådområder blev der nedsat en følgegruppe, dels for at skabe en forbindelse mellem projektet og relevante myndigheder og interessenter, dels for at få et forum for dialog og sparring, og dels for at for at få en løbende kommunikation om projektets indhold, forløb og resultater. Følgegruppen er bemandet på en måde, så medlemmerne repræsenterer de myndigheder, der træffer beslutningerne om de fremtidige virkemidler til reduktion af næringsstofbelastningen, de myndigheder, der administrerer virkemidlerne i medfør af de statslige vand- og naturplaner, herunder også forskningsinstitutioner samt de interessenter, der har en interesse i virkemidlerne i relation til egne aktiviteter: NaturErhvervstyrelsen (Miljøkontoret). Naturstyrelsen (ved Naturstyrelsen Aarhus). Kommunernes Landsforening (Teknik og Miljø). Vejle Kommune. Jammerbugt Kommune. Limfjordssekretariatet. Københavns Universitet. Aarhus Universitet. Birkelse Hovedgaard. Dansk Landbrug Midt- og Østjylland. Danmarks Jægerforbund. Den videre udvikling af drænfilterløsninger med matriceanlæg og generelle metoder til prædiktering af drænafstrømning sker hovedsageligt i regi af projektet Future Cropping, som er et partnerskab under Innovationsfonden, hvor Orbicon i samarbejde med Aarhus Universitet, SEGES og flere andre partnere arbejder med at udvikle koncepter, der tilgodeser landbrugets vækstmuligheder gennem øget planteavl uden at forringe vandmiljøet. Der findes flere oplysninger om minivådområder og matriceanlæg på hjemmesiden 10 / 68

11 2. OVERVÅGNINGSRESULTATER For at kunne dokumentere matriceanlæggenes funktion og effektivitet er hvert anlæg blevet overvåget med sigte på at kunne kvantificere, dokumentere og formidle både den generelle effektivitet og de specifikke virkninger af de individuelle designmæssige særpræg Kvælstof og fosfor Indløbs- og afløbsvandets indhold af total-kvælstof (TN) og total-fosfor (TP) (og i sommerperioden også sulfat) er overvåget med fuldautomatiske prøvesamplere (ISCO 3700). Prøverne er udtaget i et dertil gravet forbassin inden Thompson-overfaldet ved indløbet, samt i efterklaringsbassinet i afløbet fra anlægget, hvor slanger fra ISCOsamplerne opsuger vand til analyse (se nedenstående billeder fra suge bassinerne i Ondrup Mose). Disse samplere er kodet, så prøver er blevet udtaget hver time. Sampleren tømmes og vandet analyseres hver 14. dag. I perioder er også udtaget øjebliksprøver i tilløb og afløb af uorganiske kvælstof og fosfor, BOD, Fe m.m. Indløbsbassin Afløbs-/ efterklaringsbassin Aarhus Universitet (AU) har deltaget i udarbejdelsen af overvågningsprogrammet, som hovedsagelig er foretaget og finansieret af Orbicon/Hedeselskabet og Naturstyrelsen. Overvågningen af anlæggene er fra 2015 overgået til projektet Future Cropping og fortsætter foreløbigt frem til 2020 i overensstemmelse med de aftaler om metoder, som er aftalt i projektet med AU AGRO. Overvågningsprogrammet opfylder således de krav til intensitet, overvågningsparametre og datavaliditet, som AU AGRO har formuleret for egne matriceanlæg Sulfat, BI 5, svovlbrinte og sulfit Igennem sommeren 2012 blev overvågningsprogrammet suppleret med udtagning af prøver til bestemmelse af sulfat, BI5, svovlbrinte og sulfit. Dette er implementeret for at kunne dokumentere omfanget af et eventuelt recipientmæssigt problem med udledning af enten svovlbrinte, sulfid og/ eller organisk stof. 11 / 68

12 Naturstyrelsen Aarhus har som deltager i følgegruppearbejdet bidraget med ideer og forslag i forbindelse med udarbejdelsen af overvågningsprogrammet, mens analyselaboratoriet Eurofins har foretaget analyserne af vandprøverne Vand, nedbør og temperatur Vandgennemstrømningen i anlæggene overvåges ved brug af profiludskårne overfaldskanter (Thompson-overfald) og fuldautomatisk vandstandslogning, således at vandbalancen kan opstilles under hensyntagen til skiftende vandføringer. For at imødegå eventuelle katastrofehændelser i forbindelse med kraftig nedbør er matriceanlæggene udstyret med nødoverløb. Vandflowet forbi anlæggene kan herved bestemmes og kvantificeres. Hvert anlæg er desuden udstyret med nedbørsmåler og temperatursensorer i ind- og udløb. Alle parametre registreres på datalogger. Orbicons hydrometriske afdeling har udarbejdet principperne for måling af vandføring, opsat plots på hjemmeside samt beregnet vandbalance med data fra Orbicons eget hydrometriske program Hymer. Hymer bruges af såvel universiteter som lokale enheder af Naturstyrelsen til beregning af vandbalance i forskellige systemer. Vand- og stofbalancen er til dette notat beregnet for hele måleperioden, men kan efter behov opdeles i f.eks. hydrologiske år fra august til august. 12 / 68

13 3. STATUS 2015 Siden opstarten af projektet i 2010 med design, anlæggelse og test af minivådområder i fuldskala har Orbicon anlagt i alt 4 minivådområder med matrice forskellige steder i Jylland. Orbicon har desuden anlagt et minivådområde med åbent bassin ved Tanggaard Bæk. Resultaterne fra Tanggaard Bæk er tidligere afrapporteret i 2013 (Orbicon, 2013) og indgår ikke i denne rapport. 1. Matriceanlæg ved Ondrup Mose, Odder. Oplandet til Norsminde Fjord. Anlagt i Matriceanlæg ved Ryå 1, Åbybro. Oplandet til Limfjorden. Anlagt i Matriceanlæg ved Ryå 2, Gjøl-Fristrup. Oplandet til Limfjorden. Anlagt i Matriceanlæg ved Hustedvej, Kolding. Oplandet til Kolding Fjord. Anlagt i De 4 matriceanlæg har alle forskellig udformning med det formål at teste virkningen af forskellige designmæssige detaljer på kvælstoffjernelsen og fosfortilbageholdelsen. Ryå 2, som blev sat i drift i 2015, består af både et matriceanlæg og et åbent bassin, hvor vandet via pumper og fordelingsbygværker kan styres gennem de to anlæg. Data fra dette anlæg er ikke bearbejdet i skrivende stund men vil indgå i senere opdateringer af notatet, hvor også effektiviteten af de to anlægstyper kan sammenlignes direkte. Foto: Matriceanlæg ved Ryå 2. Til venstre i billedet ses det lange sedimentationsbassin og til højre filtermatricen med bøgeflis. 13 / 68

14 Anlæggene er etableret over en periode på 4-5 år, hvilket har gjort det muligt at implementere gode erfaringer fra anlæg til anlæg. Det har betydet, at mange af de problemer, der var med de første anlæg, er blevet løst undervejs, således at vi i dag står med et koncept, der vil kunne betegnes som 1. generations matriceanlæg, og som danner udgangspunkt for en tidligere udførte cost-benefitanalyse af Københavns Universitet (se afsnit 7). Udover Orbicons 4 matriceanlæg er der også inddraget foreløbige erfaringer fra Aarhus Universitets matriceanlæg ved Gjern. Testanlægget ved Gjern blev anlagt i oktober 2012 i regi af det såkaldte SupremeTech program. Anlægget er overordnet beskrevet af DCA i Kjærgaard m.fl., 2014b, men forventes først endeligt afrapporteret primo 2016: Testanlægget består af seks parallelle filtermatricer (1 m dybe) på samlet 600 m 2, hvor filtermatricedelen udgør 100 % af anlægget (Kjærgaard og Hoffmann, 2013). Anlægget modtager vand fra dræn, der afvander et drænopland på knap 80 ha svarende til et forhold mellem minivådområde og drænopland på 0,075 %. På det sidste drænforløb løber drænvandet delvist i en åben og lukket kanal. Måleåret 2012/2013 er karakteriseret ved længerevarende frost periode, hvilket ikke var tilfældet for måleåret 2013/2014. Den hydrauliske opholdstid varierer over den 2 årige måleperiode fra ca. 5 timer til 90 timer afhængigt af variationer i vandføringen (maks 6 L/s), og repræsenterer således en betydelig variation i hydraulisk opholdstid (Hoffmann & Kjærgaard, 2014). Instrumentering og måleprogram tillader meget detaljerede undersøgelser af sammenhæng mellem opholdstid og virkemiddelseffekt. Fjernelsen af kvælstof er beregnet til >50 % i Gjern-anlægget med en variation på mellem 27 % om vinteren og 80 % om sommeren (Kjærgaard m.fl., 2014b). Effektvurderingen for Orbicons anlæg som gennemsnit over hele måleperioden i de enkelte anlæg fremgår af tabel Det fremgår, at matriceanlæg kan fjerne % kvælstof og % fosfor fra det tilførte drænvand. Dermed er fjernelsen af kvælstof på niveau med resultatet fra fem undersøgte minivådområder med åbne bassiner, der viser en fjernelse af kvælstof på % af N-tabet fra drænoplandet. Det er sandsynligt, at der med en optimal konstruktion af matriceanlæg (optimal opholdstid) kan opnås en fjernelse af kvælstof på % og en fjernelse af fosfor på %. 14 / 68

15 Dataserie Vandtilførsel middel Enhed Ondrup Mose ved Odder Hustedvej/Åkær Å ved Kolding Ryå 1 ved Åbybro Ryå 2 ved Gjøl-Fristrup Gjern (DCA, AU) l/s 5,7 5,9-9,7 - N-tilførsel Kg N N-fraførsel Kg N N-fjernelse Kg N N-fjernelse % af tilførsel >50 % N-fjernelse Kg N/d 1,1 0,7 1,3 P-tilførsel Kg P P-fraførsel Kg P P-fjernelse Kg P P-fjernelse % af tilførsel P-fjernelse Kg P/d 0,07 0,04 0,06 Tabel 3.1.1: Fjernelse af kvælstof og fosfor i matriceanlæg i måleperioden i de enkelte anlæg. I de følgende afsnit er de enkelte anlæg beskrevet med mere detaljerede resultater. 15 / 68

16 4. MATRICEANLÆG VED ONDRUP MOSE Matriceanlægget ved Ondrup Mose er etableret på et areal tilhørende gårdejer Ole Lyngby Pedersen, og det modtager vand fra et ca. 110 hektar stort, intensivt dyrket landbrugsområde. Store dele af oplandet til minivådområdet er stærkt kuperet med leret jordbund, mens andre dele er fladere med mere sandet jordbund. Minivådområdet består af et sedimentationsbassin, et matricebassin med træflis og et efterklaringsbassin, og det har et samlet areal på ca m². Sedimentationsbassin Sedimentationsbassinet er designet, så sand, silt og organiske partikler tilbageholdes med stor effektivitet. Anlægsdesignet er baseret på den bedste viden omkring sedimentationsforhold fra regnvandsbassiner kombineret med den bedste viden om, hvilke forhold der ville skabe det bedste naturindhold for padder, fugle, insekter, sumpplanter 16 / 68

17 og vildt. Bassinet er således anlagt med varierede dybdeforhold i bunden og har et beplantet tværgående bælte af sumpplanter, som tjener til filtration af partikler (kaldet en beplantet filterzone). Brinkerne har lav hældning, som tilgodeser padder, fugle, insekter og vildt i området. Matricebassin Matricebassinet, der er opdelt på langs med 2 identiske baner, giver mulighed for test af 2 typer matricer. Begge matricer er opbygget af grofthakket bøgeflis, hvor den ene matrice er beplantet med tagrør, mens den anden står uden vegetation. Dette giver mulighed for at teste langtidseffekten af planters effekt på såvel næringsstoftilbageholdelse som infiltrationskapacitet og dermed levetid på anlægget. I 2014/2015 er matricen blevet udskiftet med en ny ensartet matrice af grofthakket bøgeflis. Efterklaringsbassin Dette bassin er anlagt for at kunne genilte vandet efter passage gennem matricen, idet et af grundvilkårene for bakteriel omdannelse af nitrat (denitrifikation) til luftformigt kvælstof, er iltfrie forhold, som opstår i matricen. Ydermere danner en 4 meter bræmme af nøddesten (Ø20-32mm) en stor kontaktoverflade for bakterier og afløbsvand, som skal fungere i forhold til omsætning af eventuel lækage af organiske forbindelser fra matricen. I sommeren 2012 blev der i forbindelse med de lave vandføringer og svovlbrinteproduktion etableret en iltningsgabion med coatede Leca-nødder (Leca mm) der skulle tjene til afgasning af svovlbrinte. Endeligt passerer udløbsvandet en 3 meter lang stensat grøft, der tjener til yderligere iltning af vandet. Overvågning Naturstyrelsen bevilligede i oktober 2013 kr til at videreføre overvågningen af Orbicons længst fungerende minivådområde i Ondrup Mose. I forbindelse med tildelingen af bevillingen blev det aftalt, at Naturstyrelsen skulle modtage et kortfattet statusnotat om overvågningen. I februar 2015 udarbejdede Orbicon et notat med en kortfattet præsentation af de overvågningsdata fra anlægget, der er indsamlet i perioden september 2010 til november 2014, og hvortil bevillingen fra Naturstyrelsen har bidraget i perioden Overvågningen er blevet fortsat i 2015 med midler fra Hedeselskabet, og overvågningen fortsætter i de kommende år i regi af Future Cropping. Overvågningsprogrammet har været udført ved hjælp af ISCO samplere i indløb og udløb af anlægget, som løbende opsamler vandprøver. Hver 14. dag er puljede prøver fra henholdsvis indløb og udløb blevet analyseret for total-n og total-p. En gang månedligt er der udtaget øjebliksprøver af uorganisk kvælstof og fosfor samt sulfat og jern. Desuden er vandføringen beregnet på baggrund af en datalogger for vandstanden i indløbet gennem Thomson overfaldet og sammenhænge mellem vandstand og vandføring. Ved høj hydraulisk belastning (over ca. 50 l/s) afledes en del af vandføringen via et overløb uden om filtermatricen. Andelen, der afstrømmer via disse overløb, er ikke 17 / 68

18 kvantificeret. Det ændrer ikke ved konklusionerne om næringsstoffjernelse i anlægget, der er baseret på målte data, men medfører en overestimering af næringsstoffjernelsen i forhold til drænoplandet. Det vil sige, hvor meget af drænoplandets næringsstoftab via dræn, der kan fjernes i anlægget. Det skønnes, at ca. 25 % af vandføringen på årsbasis strømmer uden om anlægget Resultater I den periode (september 2010 juli 2015), hvor der er målt på koncentrationerne af kvælstof og fosfor i ind- og afløb med ISCO-sampling samt vandtilførslen til minivådområdet, har minivådområdet fjernet/tilbageholdt følgende mængder af næringsstoffer. Opgørelsen er baseret på en årlig gennemsnitlig fjernelse i hydrologiske år fra august-august. Kvælstof (N) Tilførsel: Fjernelse: kg kg Fjernelsen svarer til 42 % af tilførslen eller en fjernelse på 1,1 kg N/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 5,0 mg N/l Fosfor (P) Tilførsel: Fjernelse: 169 kg 115 kg Fjernelsen svarer til 68 % af tilførslen eller en fjernelse på 0,07 kg P/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 0,207 mg P/l Resultater kvælstof (N) Overvågningen viser, at anlægget i Ondrup Mose i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en meget høj procentuel fjernelse af kvælstof, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 4.2.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen varierer mellem ca. 3 og 7,5 mg N/l, mens udløbskoncentrationen stort set altid er lavere og varierer mellem ca. 0,5 og 6 mg N/l. 18 / 68

19 9 8 N-koncentrationer i indløb og afløb (mg N/l) N ind N ud Figur 4.2.1: Målte koncentrationer af kvælstof i indløb og afløb fra minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli De beregnede transporter af kvælstof (total-n) til og fra anlægget i perioden september 2010 til juli 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af kvælstof i kg pr. døgn, mens figur viser den procentuelle fjernelse af kvælstof. Endelig viser figur den månedlige fjernelse af kvælstof i perioden. Det bemærkes, at der har været enkelte kortvarige udfald af den løbende monitering af vandstanden i indløbet, hvilket har bevirket enkelte huller i tidsserien med daglige transportværdier. De angivne værdier for kvælstoffjernelse skal derfor betragtes som minimumsværdier. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af total-n i anlægget er beregnet til ca. 42 % Den årlige procentuelle fjernelse af kvælstof har været stort set uforandret gennem hele perioden, men der er en betydelig årstidsvariation. I sommerperioder med lav vandføring er anlægget i stand til at fjerne over 80 % på grund af lang opholdstid og høj vandtemperatur. Om vinteren i perioder med stor vandføring og lave temperaturer fjernes der kun omkring 20 %. I perioder med hård frost og isdække kan fjernelsen være under 20 %. I nogle enkelte tilfælde er der en negativ fjernelse af kvælstof. Det kan skyldes anlægsarbejde, hvor der ophvirvles materiale i bassinerne eller matricen eller hændelser, hvor tidsforskydningen mellem indløbsvand og afløbsvand kan medføre højere koncentrationer i afløbsvandet, fordi man ikke måler på det samme vand. Dette forhold vægter dog ikke så meget i den samlede opgørelse, når der indgår så mange målinger i tilløb og afløb. 19 / 68

20 30 25 N-transport til og fra anlægget (kg/døgn) N ind N ud Figur 4.2.2: Oversigt over transporten af total-n til og fra minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli N-fjernelse i anlægget (kg/døgn) Figur 4.2.3: Oversigt over fjernelsen af total-n i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli / 68

21 Kg/md. Hedeselskabet - Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand 120 N-fjernelse i anlægget (%) Figur Oversigt over den procentuelle fjernelse af total-n i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget. N-fjernelse i anlægget (kg/md) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figur Den månedlige fjernelse af total-n i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget. 21 / 68

22 4.3. Resultater fosfor (P) Overvågningen viser, at anlægget i Ondrup Mose i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en meget høj fjernelse af fosfor, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 4.3.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen varierer mellem ca. 0,1 og 0,5 mg P/l med enkelte meget høje værdier mellem ca. 0,5 og 1,0 mg P/l, mens udløbskoncentrationen stort set altid er lavere og varierer mellem ca. 0,05 og 0,3 mg P/l. 1,2 P-koncentrationer i indløb og afløb, mg P/l P ind P ud 1 0,8 0,6 0,4 0, Figur 4.3.1: Målte koncentrationer af fosfor i indløb og afløb fra minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli De beregnede transporter af fosfor (total-p) til og fra anlægget i perioden september 2010 til juli 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af fosfor i kg pr. døgn, mens figur viser den procentuelle fjernelse af fosfor. Endelig viser figur den månedlige fjernelse af fosfor i perioden. Det bemærkes, at der har været enkelte kortvarige udfald af den løbende monitering af vandstanden i indløbet, hvilket har bevirket enkelte huller i tidsserien med daglige transportværdier. De angivne værdier for fjernelse af fosfor skal derfor betragtes som minimumsværdier. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af fosfor i anlægget er beregnet til ca. 68 % for hele perioden. Den årlige procentuelle fjernelse af fosfor har været stort set uforandret gennem hele perioden, men der er en betydelig årstidsvariation. Fjernelsen af fosfor er størst om vinteren, hvor der er værdier helt oppe på 1,5-3 kg P/d. Det er sammenfaldende med store vinterafstrømninger fra drænoplandet, hvor der sker udvaskning og erosion af partikulært bundet fosfor, som hovedsageligt sedimenterer ud i sedimentationsbassinet og til dels i matricen. Det fremgår af figur 4.3.3, at P-retentionen ofte er / 68

23 100 % af den tilførte mængde, især om vinteren, men nogle gange også i sommermånederne. Det fremgår endvidere, at den procentuelle retention af total-p har været negativ i sommerperioder med ringe vandgennemstrømning i anlægget. De betydelige negative fjernelser i sommermånederne forekommer typisk på tidspunkter, hvor vandgennemstrømningen i anlægget er lille. De numerisk store lækageværdier modsvares derfor at små transportværdier på grund af lav vandafstrømning, og lækagen fra anlægget af tidligere tilbageholdt fosfor er derfor meget begrænset i absolutte mængder. 4 3,5 P-transport til og fra anlægget (kg/døgn) P ind P ud 3 2,5 2 1,5 1 0, Figur 4.3.2: Oversigt over transporten af total-p til og fra minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli / 68

24 4 P-fjernelse i anlægget (kg/døgn) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, ,5 Figur 4.3.3: Oversigt over fjernelsen af total-p i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli P-fjernelse i anlægget (%) Figur 4.3.4: Oversigt over den procentuelle fjernelse af total-p i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli / 68

25 Q (l/s) Hedeselskabet - Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand P-fjernelse i anlægget(kg/md.) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figur Den månedlige fjernelse af total-p i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget Hydraulisk belastning Den gennemsnitlige vandgennemstrømning i anlægget i perioden september 2010 til juli 2015 er beregnet til ca. 5,7 l/s svarende til 0,05 l/s/ha drænopland. 60 Vandtransport gennem anlægget (l/s) Figur 4.4.1: Oversigt over vandgennemstrømningen i minivådområdet i Ondrup Mose i perioden september 2010 til juli / 68

26 Gennemsnitligt varierer vandføringen fra 4,2 l/s (sommer) til 7,2 l/s (vinter) svarende til en gennemsnitlig hydraulisk opholdstid på 2,2 (vinter) og 4,5 (sommer) døgn. Der er observeret maksimale vandføringer på l/s og minimumsvandføringer på 1-2 l/s. Det bemærkes, at der har været enkelte kortvarige udfald af den løbende monitering af vandstanden i indløbet, hvilket har bevirket enkelte huller i tidsserien med daglige transportværdier. Den samlede hydrauliske belastning skal derfor betragtes som en minimumsværdi. Ved høj hydraulisk belastning afledes en del af vandføringen via et overløb uden om filtermatricen. Andelen, der afstrømmer via overløb ved høje hydrauliske belastninger fra drænoplandet er ikke kvantificeret, men skønnes at være i størrelsesordenen 25 %. Derfor er den estimerede virkemiddelseffekt i anlægget i forhold til drænoplandets samlede kvælstoftab noget overestimeret. Fra 2016 vil al drænvandet blive ledt gennem anlægget, så effekten af anlægget kan vurderes direkte i forhold til hele drænoplandets afstrømning Samlet vurdering Minivådområdet i Ondrup Mose har ved udgangen af 2015 været i drift i godt 5 år. Der er i perioden foretaget udskiftning eller supplering af matricen med ny træflis, men derudover har anlægget i al væsentlighed fungeret uforandret siden anlæggelsen i Overvågningen vurderes på den baggrund at give et godt billede af, hvilken kvælstoffjernelse og fosforretention, der på kort og mellemlangt sigt kan opnås i matriceanlæg af størrelse og indretning som anlægget i Ondrup Mose. Overvågningen vurderes derudover at give et godt billede af den tidslige udvikling af kvælstoffjernelsen og fosforretentionen. Sidstnævnte giver grundlag for at konkludere, at anlægstypen kan opretholde høje rensegrader af både kvælstof og fosfor over flere år uden behov for større drift- og vedligeholdelsesindsatser. Det er et vigtigt resultat i beslutningsgrundlaget for at inddrage minivådområder med matrice som nationalt virkemiddel. I det følgende er vist situationsbilleder fra minivådområdet ved Ondrup Mose. 26 / 68

27 Hvert af de aflange matricebassiner fyldes med træflis og nøddesten. De sidste tilretninger samt anlæggelse af grussti langs anlægget foretages i september Thomson overløb mellem indløbsbassin og matricebassin anbragt til bestemmelse af vandføring. Piezometerrør placeret på langs af hver matrice til udtagning af vandprøver til bestemmelse af indhold af næringsstoffer. Vejrstationen, som leverer data til overvågningen. I cementbrønden er der udstyr til automatisk prøvetagning af vand til bestemmelse af næringsstofindhold i ind- og udløb. Det færdige anlæg i sommeren Der anes i alt 3 stk. cementbrønde med prøvetagningsudstyr til udtagning af prøver til bestemmelse for indholdet af kvælstof og fosfor. 27 / 68

28 5. MATRICEANLÆG VED RYÅ 1 Matriceanlægget ved Ryå 1 er etableret på et areal tilhørende godsejer Jørgen Christian Skeel. Det har et areal på m 2 og modtager vand fra et ca. 85 hektar stort, intensivt dyrket landbrugsområde. Oplandet til matriceanlægget er fladt med sandet jordbund i gamle marine aflejringer. Anlægget bestod fra begyndelsen af et sedimentationsbassin, et matricebassin (M1- M4) med 4 forskellige typer matricemateriale og et beplantet efterklaringsbassin. Overvågningen af anlægget har gjort det muligt at undersøge og dokumentere effekten af hvert af de anvendte matricematerialer. Sedimentationsbassin Bassinet er opbygget på samme måde som sedimentationsbassinet i Ondrup Mose, så sedimentations- og naturforhold er optimeret, dog med den forskel at et forfilter med træflis inden matricen, effektiviserer tilbageholdelsen af partikler (se billede nedenfor). Matricebassiner Bassinerne blev fra starten opdelt på langs med 3 stålsatte skillevægge, som muliggjorde test af 4 typer matricer. Den ene var sammensat af en blanding af Leca og fintsnittet lyngflis, den anden var grov poppel-flis (svarende til Ondrup Moses bøgeflis), det tredje med ren Leca (fungerer som kontrol) og det fjerde med sektionsopdelt Leca og snittet lyng (i samme forhold som matrice 1). Opdelingen, kompositionen af matricer samt overvågning har muliggjort analyser af den bedst egnede matrice til det videre udviklingsarbejde. I 2014 og 2015 har de 4 matricer af anlægget været slået sammen til én stor matrice med bøgeflis. 28 / 68

29 Det skal bemærkes, at 6 måneder efter anlæggelsen var kun de 2 af de 4 matricer aktive i forhold til vandgennemstrømning, og kun den ene af disse var aktiv i forhold til kvælstofomsætning, idet der også skete en tilstopning. Efterklaringsbassin Dette bassin er anlagt med lavvandede flader beplantet med sumpplanter fra en nærliggende grøft. Denne bassinkonstruktion sikrer en høj grad af geniltning og afgasning af sommerens dannelse af svovlbrinte og filtration af eventuelle partikler fra matricen Hovedresultater I den periode (august 2011 september 2015), hvor der er målt på koncentrationer af kvælstof og fosfor i ind- og afløb ved ISCO-sampling/øjebliksprøver samt vandtilførsel til matriceanlægget, har det fjernet/tilbageholdt følgende mængder af næringsstoffer: Kvælstof (N) Tilførsel: Fjernelse: kg 617 kg Fjernelsen svarer til 26 % af tilførslen eller en fjernelse på 0,7 kg N/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 3,9 mg N/l. Fosfor (P) Tilførsel: Fjernelse: 63 kg 37 kg Fjernelsen svarer til 59 % af tilførslen eller en fjernelse på 0,04 kg P/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 0,110 mg P/l. OBS! Datagrundlaget for 2013 mangler grundet fejl på anlægget og tilpasninger af konstruktionen Resultater kvælstof (N) Overvågningen viser, at anlægget i Ryå 1 i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en høj procentuel fjernelse af kvælstof, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 5.2.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen er forholdsvis lav i drænvandet og varierer mellem ca. 2 og 7 mg N/l. Udløbskoncentrationen er stort set altid lavere og varierer mellem ca. 1 og 5 mg N/l men med nogle enkelte høje målinger på ca. 7 mg N/l som i indløbet. 29 / 68

30 N-koncentrationer i indløb og afløb, mg N/l TN(ind) TN(ud) Figur 5.2.1: Målte koncentrationer af kvælstof i indløb og afløb fra minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september De beregnede transporter af kvælstof (total-n) til og fra anlægget i perioden september 2011 til juli 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af kvælstof i kg pr. døgn, mens figur viser den procentuelle fjernelse af kvælstof. Endelig viser figur den månedlige fjernelse af kvælstof i perioden. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af kvælstof i anlægget er beregnet til ca. 26 %, hvilket er mindre end i Ondrup Mose anlægget, men på niveau med Hustedvej/Åkær Å. Den månedlige fjernelse af kvælstof har varieret noget som årsgennemsnit på grund af et ustabilt anlæg i de første år, ligesom der er en betydelig årstidsvariation i de enkelte år. I vinterhalvåret ses den største fjernelse af kvælstof, hvilket er sammenfaldende med en stor tilførsel fra drænoplandet. Den procentuelle fjernelse henover året varierer så meget, at der ikke kan siges noget entydigt herom. Ved normal drift er fjernelsen sjældent under 10 % og ofte omkring 50 %. I nogle enkelte tilfælde er der en negativ fjernelse af kvælstof. Det kan skyldes anlægsarbejde, hvor der ophvirvles materiale i bassinerne eller matricen eller hændelser, hvor tidsforskydningen mellem indløbsvand og afløbsvand kan medføre højere koncentrationer i afløbsvandet, fordi man ikke måler på det samme vand. Dette forhold vægter dog ikke så meget i den samlede opgørelse, når der indgår så mange målinger i tilløb og afløb. Effektiviteten af anlægget ved Ryå 1 er generelt udfordret af de generelt lave koncentrationer af kvælstof i drænvandet. Det har ikke den store betydning for den procentuelle fjernelse af kvælstof men potentialet for fjernelse af kvælstof i absolutte mængder (omkostningseffektiviteten). 30 / 68

31 Kg/døgn Hedeselskabet - Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand Målinger (endnu ikke rapporteret) viser, at matricen med grofthakket poppelflis er særdeles effektiv i forhold til omsætning af den kvælstofmængde, der trods alt er til rådighed. Og fordi der er mindre nitrat tilstede i drænvandet, omsættes også store mængder sulfat med produktion af svovlbrinte til følge (data ikke rapporteret). Overvågning af såvel svovlbrinte og organisk stof i det beplantede efterklaringsbassin viser imidlertid, at svovlbrinten afgasses effektivt (koncentrationen <0,2 mg S/l), og at udledningen af organisk stof er beskeden. BI5 stiger fra 1-3 mg O2/l i indløbet til 2-4 mg O2/l i udløbet. 25 N-transport til og fra anlægget (kg/døgn) TN(ind) TN(ud) Figur 5.2.2: Oversigt over transporten af total-n til og fra minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september / 68

32 N-fjernelse i anlægget(kg/døgn) TN(diff) Figur 5.2.3: Oversigt over fjernelsen af total-n i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september N-fjernelse i anlægget (%) Figur Oversigt over den procentuelle fjernelse af total-n i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget. 32 / 68

33 N-fjernelse i anlægget (kg/md.) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Figur Den månedlige fjernelse af total-n i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget Resultater fosfor (P) Overvågningen viser, at anlægget i Ryå 1 i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en meget høj fjernelse af fosfor, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 5.3.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen varierer mellem ca. 0,05 og 0,20 mg P/l med enkelte meget høje værdier mellem ca. 0,25 og 0,45 mg P/l, mens udløbskoncentrationen varierer mellem 0,05 og 0,10 mg P/l med enkelte høje værdier op til 0,30 mg P/l. 33 / 68

34 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 P-koncentrationer i indløb og afløb, mg P/l TP(ind) TP(ud) Figur 5.3.1: Målte koncentrationer af fosfor i indløb og afløb fra minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september De beregnede transporter af fosfor (total-p) til og fra anlægget i perioden august 2011 til september 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af fosfor i kg pr. døgn, mens figur viser den månedlige fjernelse af fosfor i perioden. Det bemærkes, at der har været udfald af den løbende monitering af vandstanden i indløbet 2013, hvilket har bevirket huller i tidsserien med daglige transportværdier. De angivne værdier for fjernelse af fosfor skal derfor betragtes som minimumsværdier. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af fosfor i anlægget er beregnet til ca. 59 % for hele perioden. Fjernelsen af fosfor er størst om vinteren, hvor der typisk bliver fjernet 0,1 kg P/d, men på enkelte dage bliver der fjernet 0,35-0,85 kg P/d. Det er sammenfaldende med store vinterafstrømninger fra drænoplandet, hvor der sker udvaskning og erosion af partikulært bundet fosfor, som hovedsageligt sedimenterer ud i sedimentationsbassinet og til dels i matricen. I nogle perioder, især i sommeren 2012 og 2014, har udløbskoncentrationen været større end indløbskoncentrationen, hvilket medfører en negativ tilbageholdelse. Det er typisk sket i sommerperioder med ringe vandgennemstrømning i anlægget. De betydelige negative fjernelser i sommermånederne forekommer på tidspunkter, hvor vandgennemstrømningen i anlægget er lille. De numerisk store lækageværdier modsvares derfor at små transportværdier på grund af lav vandafstrømning, og lækagen fra anlægget af tidligere tilbageholdt fosfor er derfor meget begrænset i absolutte mængder. 34 / 68

35 P-transport til og fra anlægget(kg/døgn) TP(ind) 1 TP(ud) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Figur 5.3.2: Oversigt over transporten af total-p til og fra minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september P-fjernelse i anlægget(kg/døgn) TP(diff) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1-0,2 Figur 5.3.3: Oversigt over fjernelsen af total-p i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september / 68

36 P-fjernelse i anlægget (kg/md.) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figur Den månedlige fjernelse af total-p i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget Hydraulisk belastning Den gennemsnitlige vandgennemstrømning i anlægget i perioden juli 2011 til juli 2015 er beregnet til ca. 5,9 l/s svarende til 0,07 l/s/ha drænopland. Vandgennemstrømningen varierer fra 1-2 l/s om sommeren til l/s om vinteren med enkelte meget høje vandføringer på l/s i vintermånederne i / 68

37 Q(l/s) Hedeselskabet - Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand 50 Vandtransport gennem anlægget (l/s) Figur 5.5.1: Oversigt over vandgennemstrømningen i minivådområdet i Ryå 1 i perioden august 2011 til september Det bemærkes, at der har været udfald af den løbende monitering af vandstanden i indløbet i 2013, hvilket har bevirket enkelte huller i tidsserien med daglige transportværdier. Den samlede hydrauliske belastning skal derfor betragtes som en minimumsværdi. Ved meget høj hydraulisk belastning afledes en del af vandføringen via et overløb uden om filtermatricen. Andelen, der afstrømmer via overløb ved høje hydrauliske belastninger fra drænoplandet er ikke kvantificeret, men skønnes at være i størrelsesordenen <10 %. Derfor er den estimerede virkemiddelseffekt i anlægget i forhold til drænoplandets samlede kvælstoftab lidt overestimeret. Fra 2016 vil al drænvandet blive ledt gennem anlægget, så effekten af anlægget kan vurderes direkte i forhold til hele drænoplandets afstrømning Konklusion Forsøgene med forskellige former for materiale i matricen viser, at rent grofthakket træflis, som også anlægget i Ondrup Mose viste, er klart af foretrække som matricefyld, frem for en blanding af fint hugget flis og uorganiske komponenter som Leca. Desuden er den benyttede Leca uden coatning, og erfaringer fra Saint-Gobain Weber viser, at netop de ikke coatede Leca-nødder har en større tendens til at stoppe til. Funktionen af den grove flis er god på såvel kvælstofreduktion som vandgennemstrømning, pris, letanskaffelighed og genanvendelighed. Ligeledes viser resultaterne, at et stort sedimentationsbassin (800 m²) og et forfilter i kombination er effektivt i forhold til filtration af partikler. Ryå 1 anlægget viser en god 37 / 68

38 fjernelse af både kvælstof og fosfor og forventes yderligere forbedret i de kommende år med en mere stabil og optimal konstruktion med træflis i matricen. Men på grund af de relativt lave koncentration af kvælstof i drænsystemet og dermed i indløbet til anlægget gælder, at hele potentialet for anlægget til at fjerne kvælstof ikke udnyttes. Anlægget kunne have fjernet mere kvælstof ved en placering på et drænsystem med højere kvælstofkoncentrationer, idet kvælstof i form af nitrat og ikke organisk stof er den begrænsende faktor for denitrifikation i anlægget. Men omvendt viser anlægget, at der også ved relativt lave kvælstofkoncentrationer er en gevinst. I det følgende er vist situationsbilleder fra minivådområdet ved Ryå 1. Bunden i bassinerne viste sig at være blåler med lav gennemtrængelighed for vand og muligvis en stor naturlig kvælstoffjernelse Det forreste sedimentationsbassin med blandt andet en beplantet filterzone. Flisfilter i enden af sedimentationsbassinet inden indløb til de 4 matricebassiner. I cementbrønden er der udstyr til automatisk prøvetagning af vand til bestemmelse af næringsstofindhold i ind- og udløb. Matricebassinet er opdelt i 4 aflange og adskilte bassiner, der muliggør test af 4 typer materialer. 38 / 68

39 Den ene test-matrice er fyldt med skiftevis hele lyngplanter og Leca-nødder. Her ses opdelingen af de 4 test-matricer. De hvide rør er filtersatte piezometerrør, der muliggør prøvetagning på langs af hver testmatrice. 39 / 68

40 6. MATRICEANLÆG VED HUSTEDVEJ/ÅKÆR Å Minivådområdet ved Hustedvej er etableret på et areal tilhørende gårdejer Laust Bie, og det modtager vand fra et ca. 75 hektar stort, intensivt dyrket landbrugsområde. Oplandet til minivådområdet er kuperet med sandet og leret jordbund. Anlægget består af et stort sedimentationsbassin, 3 matricebassiner med forskellige typer træflis samt en samlet udløbsbrønd, og det har et samlet areal på m². Minivådområdet har afløb til en grøft, der har udløb i Åkær Å. Overvågningen af anlægget har gjort det muligt at undersøge og dokumentere effekten af hvert af de anvendte matricematerialer. Sedimentationsbassin Resultaterne fra de 3 øvrige testanlæg har dokumenteret, at idéen om et stort forbassin samt et forfilter bestående af flis, er effektivt til sedimentation og filtration af partikelbundet fosfor. Derfor er dette anlægs sedimentationsbassin anlagt med denne konstruktion, hvor også lav brinkhældning optimerer vilkårene for padder, fugle, insekter samt vildt. Ydermere er der på brinkfladerne ikke genudlagt muld, men råjord for at få et mere næringsfattigt miljø på de ikke vanddækkede dele af brinkerne. 40 / 68

41 Matricebassin Matricebassinerne er udgravede, så de ikke hydraulisk hænger sammen, hvorved individuelle tests af tre matricer er mulige. Valg af matricer er foretaget på baggrund af resultaterne fra både testanlægget i Ondrup Mose og ved Ryå 1, der netop viste, at ren groftfliset træ er velegnet til kvælstofomsætning og varierende vandledningsevne. Den første matrice er grofthakket bøg (som dem i Ondrup Mose), den anden er grofthakket poppel og den tredje groftfliset pil. Udløb I bagenden af hver matrice er der placeret en tværgående bræmme af nøddesten (som i Ondrup Mose), som tjener til overflade for bakterier, som i givet fald skulle omsætte overskydende organisk stof fra matricen. Efter passage igennem stenmatricen, samles vandet i en brønd, hvorfra der er udløb til grøften Hovedresultater I perioden (april 2012 maj 2015), hvor der er målt på koncentrationerne af kvælstof og fosfor i ind- og udløb ved ISCO-sampling, samt vandtilførslen til minivådområdet, har minivådområdet fjernet/tilbageholdt følgende mængder af næringsstoffer: Kvælstof (N) Tilførsel: Fjernelse: kg kg Fjernelsen svarer til 27 % af tilførslen, eller en fjernelse på 1,3 kg N/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 5,6 mg N/l. Fosfor (P) Tilførsel: 27 kg Fjernelse: 9,3 kg Fjernelsen svarer til 35 % af tilførslen, eller en fjernelse på 0,04 kg P/dag i overvågningsperioden. Den gennemsnitlige målte indløbskoncentration i perioden er 0,103 mg P/l. OBS! Perioden til indgår ikke i ovenstående opgørelse på grund af fejl på vandstandsloggeren. 41 / 68

42 6.2. Resultater kvælstof (N) Overvågningen viser, at anlægget ved Hustedvej/Åkær Å i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en stor fjernelse af kvælstof, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 5.2.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen er moderat og på niveau med Ondrup Mose og højere end ved Ryå 1. Koncentrationen i indløbet varierer mellem ca. 4 og 8 mg N/l med nogle enkelte højere koncentrationer. Udløbskoncentrationen er stort set altid lavere og varierer mellem ca. 1 og 6 mg N/l men med nogle enkelte høje målinger på 6-8 mg N/l som i indløbet. 12 N-koncentrationer i tilløb og afløb, mg N/l TN (ind) TN (ud) Figur 6.2.1: Målte koncentrationer af kvælstof i indløb og afløb fra minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj Den årlige procentuelle fjernelse af kvælstof har været stort set uforandret gennem hele perioden, men der er en betydelig årstidsvariation. I sommerperioder med lav vandføring er anlægget i stand til at fjerne op mod 80 % på grund af lang opholdstid og høj vandtemperatur. Om vinteren i perioder med stor vandføring og lave temperaturer fjernes der kun omkring 20 %. I perioder med hård frost og isdække kan fjernelsen være under 20 %. I nogle enkelte tilfælde er der en negativ fjernelse af kvælstof. Det kan skyldes anlægsarbejde, hvor der ophvirvles materiale i bassinerne eller matricen eller hændelser, hvor tidsforskydningen mellem indløbsvand og afløbsvand kan medføre højere koncentrationer i afløbsvandet, fordi man ikke måler på det samme vand. Dette forhold vægter dog ikke så meget i den samlede opgørelse, når der indgår så mange målinger i tilløb og afløb. 42 / 68

43 De beregnede transporter af kvælstof (total-n) til og fra anlægget i perioden september 2011 til juli 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af kvælstof i kg pr. døgn, mens figur viser den procentuelle fjernelse af kvælstof. Endelig viser figur den månedlige fjernelse af kvælstof i perioden. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af kvælstof i anlægget er beregnet til ca. 27 %, hvilket er mindre end i Ondrup Mose anlægget, men på niveau med Husted-vej/Åkær Å. Det bemærkes, at allerede på dag 1 efter, at matricen er anlagt, den 28. marts 2012, skete der en betydelig tilbageholdelse af kvælstof. Den månedlige fjernelse af kvælstof varierer betydeligt som i de øvrige anlæg. I vinterhalvåret ses den største fjernelse af kvælstof, hvilket er sammen-faldende med en stor tilførsel fra drænoplandet. I november og december 2015 var der fejl på vandstandsloggeren i indløbet og derfor ingen opgørelse for en periode, hvor der normalt er en stor fjernelse af kvælstof. Derfor er den beregnede fjernelsen af fosfor for hele perioden sandsynligvis underestimeret. Den procentuelle fjernelse henover året varierer meget. Den største procentuelle fjernelse sker om sommeren, hvor der er lav vandføring og høje temperaturer i matricen, der stimulerer denitrifikationen. Fjernelsesprocenter over 80 forekommer næsten hvert år. I vinterhalvåret er fjernelsesprocenten typisk omkring 20. I nogle enkelte tilfælde er der en negativ fjernelse af kvælstof. Det kan skyldes anlægsarbejde, hvor der ophvirvles materiale i bassinerne eller matricen eller hændelser, hvor tidsforskydningen mellem indløbsvand og afløbsvand kan medføre højere koncentrationer i afløbsvandet, fordi man ikke måler på det samme vand. Dette forhold vægter dog ikke så meget i den samlede opgørelse, når der indgår så mange målinger i tilløb og afløb og der er tale om relativt små mængder kvælstof ved de lave vandføringer. 43 / 68

44 35 30 N-Transport til og fra anlægget (kg/døgn) TN (ind) TN (ud) Figur 6.2.2: Oversigt over transporten af total-n til og fra minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj N-fjernelse i anlægget (kg/døgn) Figur 6.2.3: Oversigt over fjernelsen af total-n i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj / 68

45 100 N-fjernelse i anlægget (%) Figur Oversigt over den procentuelle fjernelse af total-n i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj N-fjernelse i anlægget (kg/md) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figur Den månedlige fjernelse af total-n i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget. 45 / 68

46 6.3. Resultater fosfor (P) Overvågningen viser, at anlægget i Ondrup Mose i hele driftsperioden har været i stand til at opretholde en meget høj fjernelse af fosfor, men med en tydelig årstidsvariation. Det fremgår af figur 4.3.1, at både indløbskoncentrationen og udløbskoncentrationen varierer betydeligt henover årene. Indløbskoncentrationen varierer mellem ca. 0,05 og 0,2 mg P/l med enkelte meget høje værdier mellem 0,4 og 0,5 mg P/l om vinteren, mens udløbskoncentrationen i hovedparten af tiden er lavere og varierer mellem ca. 0,05 og 0,1 mg P/l men med enkelte høje koncentrationer. Den højeste koncentration i udløbet blev målt umiddelbart efter anlægget var færdigt i foråret Siden har der været en enkelt høj måling i marts I november og december 2015 var der fejl på vandstandsloggeren i indløbet og derfor ingen opgørelse for en periode, hvor der normalt er en stor fjernelse af fosfor. Derfor er den beregnede fjernelsen af fosfor for hele perioden sandsynligvis underestimeret. 1,4 P-koncentrationer i indløb og afløb (mg P/l) TP (ind) TP (ud) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Figur 6.3.1: Målte koncentrationer af fosfor i indløb og afløb fra minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj De beregnede transporter af fosfor (total-p) til og fra anlægget i perioden april 2012 til maj 2015 er vist i figur Figur viser den beregnede fjernelse af fosfor i kg pr. døgn, mens figur viser den månedlige fjernelse af fosfor i perioden. Den gennemsnitlige procentuelle fjernelse af fosfor i anlægget er beregnet til ca. 60 % for hele perioden. 46 / 68

47 Fjernelsen af fosfor varierer meget hen over året. Den er langt størst om vinteren, hvor der typisk bliver fjernet 0,5-1,0 kg P/d eller mere. Det er sammenfaldende med store vinterafstrømninger fra drænoplandet, hvor der sker udvaskning og erosion af partikulært bundet fosfor, som hovedsageligt sedimenterer ud i sedimentationsbassinet og til dels i matricen. Om sommeren med lave vandføringer på 1-2 l/s er fjernelsen som regel under 0,1 kg P/d. I nogle perioder, har udløbskoncentrationen været større end indløbskoncentrationen, hvilket medfører en negativ tilbageholdelse. Det gælder især i april og maj 2012 umiddelbart efter anlæggelse af matricen, hvor der sker en reel lækage af fosfor. Denne lækage skyldes sandsynligvis udvaskning af plantenæringsstoffer fra de friskflisede bøg, poppel og pil, samt en forbigående mineralisering af det friske organiske materiale i matricen som registreret i Ondrup Mose. I juli var situationen vendt til en fjernelse af fosfor. Siden da har der været enkelte perioder med tab af fosfor men i mindre mængder, ligesom der har været perioder om sommeren med et lille tab af fosfor. Det forekommer typisk på tidspunkter, hvor vandgennemstrømningen i anlægget er lille. De numerisk store lækageværdier modsvares derfor at små transportværdier på grund af lav vandafstrømning, og lækagen fra anlægget af tidligere tilbageholdt fosfor er derfor meget begrænset i absolutte mængder. 2,5 P-Transport til og fra anlægget (kg/døgn) TP (ind) TP (ud) 2 1,5 1 0,5 0 Figur 6.3.2: Oversigt over transporten af total-p til og fra minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj / 68

48 1,5 P-fjernelse i anlægget (kg/døgn) 1 0,5 0-0,5-1 Figur 6.3.3: Oversigt over fjernelsen af total-p i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj P-fjernelse i anlægget (kg/md) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec -10 Figur Den månedlige fjernelse af total-p i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj 2015, beregnet på baggrund af stoftransporterne til og fra anlægget. 48 / 68

49 Q (l/s) Hedeselskabet - Minivådområder med filtermatrice målrettet drænvand 6.4. Øvrige måleparametre. I perioden efter anlæggelse i foråret 2012 viste der sig også en stor lækage af organisk stof. Udvaskningen var størst fra matricen med pil, idet pil af natur har et stort bark/ved-forhold, hvis store indhold af plantenærings- og sukkerstoffer, let kan udvaskes. På grund af denne udvaskning var der i afløbsgrøften en opvækst af bakterier, der omsatte det organiske materiale. Men allerede 1½ måned efter anlæggelse viste overvågningen, at afløbsvandet var frit for organisk stof (målt som BI5), og herefter under 1 mg/l. Resultaterne viser også, at matricerne har varierende potentiale i forhold til at reducere sulfat, og dermed potentielt at danne svovlbrinte. Samlet set for anlægget, sker der imidlertid tilstrækkelig afgasning gennem nøddesten og samlerør, således at udløbskoncentrationen af svovlbrinte igennem sommeren altid har været under 1 mg S/l (detektionsgrænsen) Hydraulisk belastning Den gennemsnitlige vandgennemstrømning i anlægget i perioden juli 2011 til juli 2015 er beregnet til ca. 9,7 l/s svarende til 0,13 l/s/ha drænopland. Vandgennemstrømningen varierer fra 1-2 l/s om sommeren til l/s om vinteren med enkelte meget høje vandføringer på l/s i vintermånederne. Bemærk, at der ingen vandføringer er fra november og december Vandtransport gennem anlægget (l/s) Figur 5.5.1: Oversigt over vandgennemstrømningen i minivådområdet ved Hustedvej i perioden april 2012 til maj Det vurderes, at anlægget ved Hustedvej er underdimensioneret i forhold til den samlede vandmængde, der på trods af det noget mindre opland end ved Ondrup Mose, er på samme niveau (op til 50 l/s). Det samlede matricevolumen ved Hustedvej er ca. 49 / 68

50 halvdelen end i Ondrup Mose, og derfor er der ved de store vandføringer nedsat reduktionseffekt Konklusion Resultaterne fra dette fjerde testanlæg har vist, at konceptanlægget med et forbassin, et forfilter samt en matrice med grofthakket træflis af arterne poppel og bøg, er særdeles effektivt i forhold til såvel kvælstofomsætning som fosfortilbageholdelse og virker fra dag 1 efter anlæg. Ydermere viser resultaterne, at der initialt sker en udvaskning af både organisk stof og fosfor, men at denne udvaskning hurtigt klinger af, hvorefter anlægget tilbageholder både organisk stof og fosfor. Anlægget vurderes imidlertid at være underdimensioneret i forhold til den samlede vandmængde, der tilledes fra drænoplandet. Det medfører lidt for korte opholdstider om vinteren til at sikre en optimal fjernelse af kvælstof ved denitrifikation. Hvis anlægget var større ville både den procentuelle og absolutte fjernelse af kvælstof kunne øges. Anlægget illustrerer dermed betydningen af opholdstiden. I det følgende er vist situationsbilleder fra minivådområdet ved Hustedvej. Billedet viser det store sedimentationsbassin, der også fungerer som reservoir ved store afstrømninger fra oplandet. I bagenden anes de tre matricebassiner samt vejrstation og cementbrønd til vandudtagning. Billedet viser vandplanter, der er indvandret til sedimentationsbassinet efter blot 3 måneder, her fladfrugtet vandstjerne. Foto taget juni / 68

51 Sedimentationsbassinet er designet, så det udover at sedimentere og filtrere partikelbundne næringsstoffer fra drænvandet også giver muligheder for tilstedeværelse af fugle, padder, insekter og vildt. Foto taget i september 2012 Billedet viser det ene af de tre test-matricer med træflis, her pileflis. Indløbsenden er længst væk i billedet, mens vandet, der har passeret matricen, løber ud gennem røret i forgrunden er af billedet. På anlæg, der ikke skal bruges til test, kan matricen beplantes med vegetation, der skjuler og beskytter matricen. 51 / 68

52 7. MINIVÅDOMRÅDERNES OMKOSTNINGS-EFFEKTIVITET For de statsfinansierede vådområdeprojekter er der stillet krav om en bestemt omkostnings-effektivitet, hvilket vil sige, at prisen for at fjerne ét kg kvælstof ikke må overstige et vedtaget beløb. Hvis minivådområder med matrice skal kunne tjene som målrettet virkemiddel, er det af afgørende betydning at kende omkostnings-effektiviteten. Med midler fra Naturstyrelsen (Miljøteknologiordningen fra 2011) udførte seniorforsker Brian Jacobsen fra Institut for Fødevare- og Ressourceøkonomi (IFRO) på Københavns Universitet beregninger af omkostningseffektiviteten. Analysen er fra april 2013 og blev efterfølgende sendt til Natur- og Landbrugskommissionen, der har indarbejdet den i rapporten omkring et bæredygtigt forhold mellem natur, miljø og landbrug. Konklusion fra rapporten, lyder: Konklusion Fordelen ved minivådområder er, at de lokalt kan fjerne meget kvælstof og fosfor, uden der skal udtages store arealer. I denne analyse er udgangspunktet et hypotetisk minivådområde, med en filtermatrise, der har et lille areal (0,1 ha) i forhold til oplandet på ca ha. Dette giver virkemidlet en større fleksibilitet og hurtigere implementeringshastighed end traditionelle vådområder, da det ofte tager lang tid for mange lodsejere at blive enige. Analysen af omkostningseffektiviteten viser, at vådområdernes effektivitet og drifts- og anlægsbudget er vigtige parametre at optimere på, mens indkomsttabet pr. ha kun har mindre betydning. Omkostningseffektiviteten er beregnet til kr. pr. kg N, når fosfor ikke indregnes. Indregning af fosfor til 500 kr. pr. kg P reducerer omkostningseffektiviteten i forhold til N til kr. pr. kg N. Set i forhold til andre virkemidler, så er minivådområder på niveau med disse, og det er hverken det billigste eller det dyreste alternativ. Det vurderes således, at prisen på et kg N, der fjernes ved brug af minivådområder med infiltrationsmatrice, er på niveau med traditionelle vådområder. Indregnes fosforeffekten, er virkemidlet mere omkostningseffektivt end en række andre virkemidler, men en reel vurdering kræver, at fosforeffekten også indregnes ved vurdering af omkostningerne af andre virkemidler. Såfremt det er muligt at opnå størrelsesøkonomiske fordele ved at etablere disse minivådområder, vil det gøre virkemidlet mere omkostningseffektivt. For at kunne konkurrere med andre virkemidler med en god placering og stor N-effekt, så kræves der som minimum, at minivådområder har en høj effektivitet. For at minivådområder skal blive yderligere konkurrencedygtige, så kræves det også, at der udvikles stordriftsfordele med anlæg, drift og vedligeholdelse. Hvis det derudover kan anlægges, hvor fosforfjernelse er påkrævet, vurderes det som et omkostningseffektivt virkemiddel. 52 / 68

53 Med den nyeste viden om anlæg af matriceanlæg, herunder krav til størrelse i forhold til oplandsafstrømningen (variabelt men typisk 0,3 ha pr. 100 ha drænopland ved en vandføring på 0,5 l/s, jf. tabel 7.1) vurderes anlægsinvesteringen for et anlæg på 0,3 ha at være ca kr. Det bemærkes, at behovet for udtagning af jord til minivådområdet kun udgør 25-30% af arealbehovet for åbne bassiner. Det har væsentlig betydning for den samlede omkostningseffektivitet, hvordan jordpriser og eventuel kompensation for udtagning skal indgå i beregningen af omkostningseffektiviteten. Tabel 7.1: Beregnet hydraulisk opholdstid (HRTmin) i matriceanlæg (1 meter matricedybde) ved forskellige vandføringer fra 100 ha drænopland (efter Kjærgaard m.fl., 2014b). 53 / 68

54 8. MATRICEANLÆGGENES ØVRIGE KVALITETER Det er velkendt, at selv det mest simple gravede vandhul i det åbne land og regnvandsbassiner i byer kan være leve- og ynglested for planter og dyr. På samme måde som regnvandsbassinerne mange steder er med til at berige naturfattige byområder med ny, menneskeskabt natur, kan minivådområderne være med til at berige det naturfattige landbrugsland med ny natur. Og ved at tænke naturaspektet dybt ind i udformningen og placeringen af minivådområderne, vil naturkvaliteten i udstrakt grad kunne optimeres. Til gavn for biodiversiteten i agerlandet og til gavn for jagtinteresserne hos delodsejere, der lægger jord til minivådområderne. Strategisk placerede og konstruerede minivådområder, eventuelt i kombination med kontrolleret dræning og simple opstuvningsbassiner, kan være med til at afhjælpe en væsentlig del af udfordringen med vandhåndtering i forbindelse med nedbør i det åbne land. På den måde kan minivådområder også ses som et virkemiddel i de forestående planer for kommunernes klimatilpasning, og det bør nævnes, at Orbicon i den forbindelse deltager i flere projekter, der prøver at implementere og afdække disse potentialer. 54 / 68

55 9. DET VIDERE ARBEJDE - HVAD MANGLER VI AF VIDEN? Der er gennem de seneste ca. fem år høstet mange og værdifulde erfaringer med minivådområder, både med hensyn til udformning og etablering og med hensyn til drift og funktion. Orbicons og Hedeselskabets projekt minivådområde har muliggjort test af en lang række praktiske og funktionsmæssige forhold, som har bragt konceptet frem mod præsentation som et funktionsdygtigt supplement til eksisterende og planlagte virkemidler til næringsstoffjernelse, herunder traditionelle vådområder og minivådområder med åbne bassiner. Matriceanlæggene vurderes på det foreliggende grundlag at være et brugbart virkemiddel på lokaliteter, hvor arealet af anlægget bør være så lille som muligt at hensyn til dyrkningsinteresserne, af hensyn til beskyttet natur eller af landskabelige eller terrænmæssige grunde. Der er imidlertid behov for stadig at følge anlæggenes effektivitet over tid, og der er også behov for at optimere både designet og langtidsdriften af anlæggene, f.eks. hyppighed af oprensning af sedimentationsbassin samt opbygning og udskiftning af filtermatricen. I projektet Future Cropping under Innovationsfonden med deltagelse af bl.a. AU (AGRO), GEUS, SEGES og Orbicon vil overvågningen og udviklingen af de eksisterende matriceanlæg fortsætte Udformning og design De 3 af 4 ovennævnte modelanlæg er udformet efter grundprincippet 3 adskilte afsnit bestående af: 1. Sedimentationsbassin 2. Matricebassin (filtermedie) 3. Efterklaringsbassin Grundideen baseres på et centralt filtermedie, hvori langt hovedparten af kvælstoffjernelsen sker, men hvor dele af omsætningsprocesserne indledes i sedimentationsbassinet og afsluttes i efterklaringsbassinet. Anlægget betragtes som fysisk og biologisk sammenhængende. Kvælstoffjernelsen i anlægget er central, men i designet af sedimentationsbassinet er udfældning af primært suspenderet fosfor også et kriterium. Ud over procesdesignet er anlægget fysisk udformet således, at det potentielt udgør en naturligt varieret biotop for vandlevende dyr og insekter. I de åbne bassiner er desuden introduceret områdetypiske vandlevende planter. 55 / 68

56 De foreløbige erfaringer med den valgte fysiske grundudformning er generelt gode og forventes i hovedtrækkene bibeholdt ved kommende anlæg. I Future Cropping arbejdes der videre med yderligere optimeringer gennem forskning, overvågning og anlægspraksis: Opland og vandtilgangen: Optimering af design/dimensioneringskriterie i forhold til maksimal hydraulisk belastning/stofbelastning og i forhold til hydraulisk opholdstid i bassiner. Seneste viden fra AU viser, at opholdstiden for drænvandet ikke bør være under 10 timer i anlægget. Der arbejdes videre på muligheder for at dæmpe udsvingene i den hydrauliske belastning, primært på maksimalafstrømningerne. Muligheder kan være indskudte bassiner/lavninger i strømningsveje opstrøms og kontrolleret dræning, opstuvning i grøfter mv. Prioritering af at placere anlæggene ved drænudløb frem for åbne grøfter. Grøftevand indeholder generelt væsentligt større mængder opslemmede/suspenderede materialer i oplandsvandet end dræn, hvilket især gælder ved de store afstrømninger, og specielt i tøbrudssituationer. Men hvor fosfor er et kritisk næringsstof for målopfyldelse i nedstrømsliggende recipienter, kan anlægsplacering ved grøfter netop være oplagt. Optimering af placering af anlæggende i forhold til de naturlige strømningsveje og områdetopografi. Sedimentationsbassin: Optimere fældningsvolumen/sandfangsområde. Sikre ensartede strømningsforhold og undgå kortslutninger via render og strømningsveje. Overbelastningssikring, reduktion af periodevis hydraulisk overbelastning på sedimentationsbassin og efterfølgende filtermedie. Optimering af sedimentation/filtrering af mindre partikler. Øget beplantet fladeareal. Optimering af flisfilter med henblik på regelmæssig udskiftning. Placering af kulstofkilde i forbassin frem for filtermedie med henblik på regelmæssig udskiftning. Filtermedie: Overbelastningssikring/bypass, reduktion af periodevis hydraulisk overbelastning af filtermediet. Optimeret placering/indbygning af organisk del af filtermedie. Optimering af blandingsforhold og langtidsstabilitet på organisk/mineralsk medie. Optimering af tilgængelighed, vedligehold/udskiftning af filtermedie. Efterbassin/afløb: Optimering af iltning af især S-forbindelser i bassin/afløb ved lave vandføringer og høj temperatur (sommer). Optimering af anlæg med henblik på at reducere metanemission samt lugtgener i form af svovlbrinte i anlæg med lav vandføring om sommeren og meget sulfat i drænvandet. Den udviklede anlægsopbygning viser periodevist højt potentiale for P-tilbageholdelse. Der er mulighed for at tilpasse formen for en optimeret P-tilbageholdelse, specielt i sedimentationsbassinet: 56 / 68

57 Sedimentationsområdet Øget bund-/tværsnitsareal og lavere vanddybde lavere vandhastighed samt større kontaktflade for sedimenterende P-bundne partikler. Kompleksbindende bundmaterialer som ler, kalkholdig råjord, m.m. Øget beplantet fladeareal. P-fældende filtermedie evt., kombineret med organisk filtermedie. 57 / 68

58 10. POTENTIALET FOR PLACERING AF MINIVÅDOMRÅDER I DAN- MARK Der er flere tilgange til vurdering af potentialet for placering af minivådområder, alt efter hvilken eller hvilke funktioner minivådområderne skal have, og hvorledes det er praktisk muligt og for landmanden mest hensigtsmæssigt. Virkemidlet vil både kunne bruges som virkemiddel til at reducere kvælstof- og fosfortilførslen til søer, fjorde og kystvande. Future Cropping skal i de kommende år komme med svar på, hvordan drænafstrømningen (vand- og stofmængde) kan prædikteres mere præcist, så minivådområder (fælles problematik for matriceanlæg og anlæg med åbne bassiner) kan blive placeret på de væsentlige drænsystemer og på jorde med en lille reduktion af nitrat fra mark til vandløb og dermed store tab af næringsstoffer til vandmiljøet. Desuden arbejdes der i Future Cropping med udvikling af metoder til in situ kortlægning af dræn på jordoverfladen med GPR (Ground Penetrating Radar). Indtil der foreligger resultater fra Future Cropping kan placeringsmulighederne i stedet findes ud fra terrænanalyser udført på en digital højdemodel på lokalområde-, kommune - eller landsdelsniveau. Terrænanalysen består af en kortlægning af lavninger, strømningsveje og deres deloplande, suppleres med andre GIS-temaer, der ligeledes findes på forskellige niveauer. Det drejer sig om markblokkort, arealanvendelse, jordbundskort, drænkort samt data om risiko for næringsstofudvaskning (N-risiko kort fra GEUS) og beskyttet natur. Det er således muligt hurtigt at gennemføre en screening i GIS på en række eksisterende data, der synliggør potentialet for placering af minivådområder i Danmark Minivådområdets placering I følgende eksempel er metoden baseret på en simpel terrænanalyse præsenteret på et tilfældigt udvalgt område i Østjylland. Metoden vil kunne detaljeres med kendskab til f.eks. arealanvendelsen, jordtyper, N-risiko kort m.m. På figur ses et oversigtskort for området. 58 / 68

59 Figur : Oversigtskort med vandløb Step 1 Metoden første step er at downloade terrænmodellen for det udvalgte område, se figur Figur : Terrænmodel for det udvalgte område. 59 / 68

60 Step 2 I step 2 kortlægges vandveje og oplandsgrænse til vandløbet med udgangspunkt i terrænmodellen, se figur Figur : Terrænmodel med vandveje og vandløbsopland. Step 3 I det tredje step beregnes det, hvor risikoen for erosion er størst i området. De områder der udpeges, er områder hvor risikoen for udvaskning og transport af næringsstoffer ligeledes antages at være størst, se figur I beregningen er der ikke taget hensyn arealanvendelsen og jordarten. Herudover beregnes det i step 3, hvor området vil være vådest, se figur I beregningerne er der ikke taget hensyn til nedsivningsforholdene og dræn. 60 / 68

61 Figur : Lyseblå til mørkblå angiver fugtighedsindekset for området. Gul til rød angiver hvor erosionsrisikoen og dermed risikoen for næringsstofudvaskning og transport i området. Step 4 I step 4 kortlægges naturlige lavninger i området, se figur Naturlige lavninger vil i mange tilfælde være de mest oplagte placeringer til vådområder. Her vil jordarbejdet være mindst ved udgravning til bassiner. Ligesom vandet naturligt ledes hertil. 61 / 68

62 Figur : Mørkblå områder angiver naturlige lavning i området. Gul til rød angiver hvor erosionsrisikoen og dermed risikoen for næringsstofudvaskning og transport i området. Step 5 I step 5 inddrages lodsejeren. Den ovenstående kortlægning præsenteres og sammenholdes med eksisterende drænkort og lokalkendskabet om andre dræn. Dels i forhold til vandveje og dels i forhold til erfaringer med erosion som f.eks. skyllerender. Ud fra kortlægningen, lokalkendskabet og ikke mindst praktiske forhold i forbindelse med den fremtidige drift af de tilstødende markarealer udvælges mulige placeringer af vådområder. På figur er der fiktivt udpeget 5 mulige placeringer af minivådområder. 62 / 68

63 Figur : Lyseblå ellipser angiver fiktivt udvalgte mulige placeringer af vådområder. Step 6 I step 6 sammenholdes de udvalgte mulige placeringer af minivådområderne. Sammenligningen er baseret på det samlede potentiale for tilledning af næringsstoffer ud fra erosionsrisikokortlægningen. I sammenligningen er tilledningen til de 5 udvalgte placeringer relativt sammenholdt. Formålet hermed er at vælge den placering, hvor den potentielle næringsstoftilledning er størst. På figur ses oplandene til de 5 mulige vådområder relativt gradueret i forhold til den samlede potentielle næringsstof udvaskning. 63 / 68

64 Figur : Relativ graduering af oplandene til de 5 mulige vådområder i forhold til den samlede næringsstof udvaskning. Mørk farve angiver højeste samlede potentielle næringsstof udvaskning, mens lys farve angive den laveste. Med udgangspunkt i kortlægningen ses det af figur , at vådområdet mod sydøst potentiel vil modtage mest nærringsstof mens de to vådområder mod nord vil modtage mindst. Til en verificering af en hensigtsmæssig placering suppleres der med en prøvetagning (screeningsniveau) i hoveddrænene af indhold af kvælstof og fosfor. Step 7 I step 7 er der lavet en vurdering af metodens anvendelse. Vurdering er lavet alene på baggrund af det hydrologiske potentiale for de 5 valgte områder. Vurderingen er foretaget ved at sammenholde de valgte placeringer med den faktiske dræning i området, se figur / 68

65 Figur : De 5 mulige placeringer for vådområdet sammenholdt med den faktiske dræning i området. Som figuren viser, er der rigtig god sammenhæng mellem de valgte placering baseret alene på gis analysen og den faktiske dræning af området. Hermed kan metoden i supplement til lokalkendskab anvendes i udpegningen af mulige placeringer af minivådområder. Herudover kan den relative kvantificering af potentialet for tilledningen af næringsstoffer anvendes i beslutningsprocessen for valget af den endelige placering. Ligeledes vil metoden samlet set kunne danne grundlag for dokumentering af en valgt placering for et minivådområde i forbindelse med en evt. finansieringsansøgning Lokaliteter, der er uegnede til placering af minivådområder Der er arealer, hvor det ikke er hensigtsmæssigt at placere minivådområder, selvom de opfylder et eller flere af ovenstående kriterier. Det drejer sig om områder i eksisterende eller planlagte naturområder, og områder der tidsvist oversvømmes. Minivådområder kan ikke anvendes på lavbund i ådale, som er udstrømningsområder for grundvand, idet indholdet af nitrat her ofte vil være lavt inden udløb i vandløb. Områder med diffus udledning af næringsstoffer fra drænsystemet ud over en eng eller mose er uegnede, da der under disse forhold naturligt vil ske en betydelig næringsstoffjernelse ved vandets passage gennem tørvejordene. Den generelt beskyttede natur er opdelt i overdrev, enge, moser, heder, klitter og søer, der er registreret i et landsdækkende GIS-tema. Dette tema, eller Natura2000- temaet, og en evt. bufferzone omkring de registrerede lokaliteter, kan anvendes til at ekskludere områder med beskyttet natur. 65 / 68

66 Oversvømmes et minivådområde kan det være ødelæggende for anlæggets funktion, og derfor er det hensigtsmæssigt at ekskludere eller nedprioritere områder, der er oversvømmelsestruede. Der pågår i disse år et arbejde med at kortlægge oversvømmelsesrisikoen langs de danske vandløb i forbindelse med at kommunerne udarbejder klimatilpasningsplaner. Disse landsdækkende risikokort (GIS-temaer), kan anvendes i udelukkelsen af oversvømmelsestruede områder. En anden og mere simpel tilgang er at udelukke arealer der befinder sig under en meter over vandspejlet på det nærmeste større vandløb, jf. figur Informationer om vandspejls-højden kan aflæses i den landsdækkende terrænmodel eller aflæses/ beregnes i Orbicons vandløbsdatabaser VASP og HYMER. Figur : Arealer, der oversvømmes ved en vandspejlsstigning på 0,3 meter i vandløbene omkring Odder (Kilde: MiljøGIS.mim.dk). 66 / 68