Modelanalyse af den fremtidige vandkvalitet i Norsminde Fjord Kalibrering & validering. Task 1.1 i Life projektet Agwaplan.

Transkript

1 Miljøcenter Århus Modelanalyse af den fremtidige vandkvalitet i Norsminde Fjord Kalibrering & validering Task 1.1 i Life projektet Agwaplan. April 2007 Rapport

2 Modelanalyse af den fremtidige vandkvalitet i Norsminde Fjord Kalibrering & validering April 2007 Agern Allé Hørsholm Tlf: Fax: Initialer: ekr/msl dhi@dhi.dk Web: Klient Miljøcenter Århus Klientens repræsentant Christina Ellegaard Projekt Modelanalyse af den fremtidige vandkvalitet i Norsminde Fjord. Kalibrering og validering Projekt nr Forfattere Erik Kock Rasmussen Janus Larsen Dato April 2007 Godkendt af Ian Sehested Hansen 1 Rapport til endelig godkendelse EKR/JJL FLM ISH 19.APRIL 2007/ MSL Revision Beskrivelse Udført Kontrolleret Godkendt Dato Nøgleord Model, eutrofiering, vegetation, sediment, græsning, Norsminde, Fjord, MIKE 3, FM, ECOlab Klassifikation Åben Intern Tilhører klienten Distribution Miljøcenter Århus DHI: Christina Ellegaard EKR ; JJL, Bibl. No of copies M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 1 DHI - Institut for Vand og Miljø

3 INDHOLDSFORTEGNELSE RESUME INDLEDNING SYSTEMBESKRIVELSE OG DATAANALYSE Systembeskrivelse Dataanalyse: Nedtrængning af lys i vandet MODELGRUNDLAG Pelagisk stofkredsløb Stofkredsløb i og på sedimentet Sedimentets N kredsløb Sedimentets P kredsløb Planter på bunden DATAGRUNDLAG TIL MODELLEN Hydraulisk grundlag Modelbathymetri Ferskvandstilførsel Datagrundlag økologisk model Belastning af næringsstoffer Sedimentets puljer af N og P næringsstoffer Bunddyrenes græsning af plankton HYDRODYNAMISK MODEL Hydrodynamisk model, kalibrering Hydrodynamisk model, validering ØKOLOGISK MODEL Kalibrering af økologisk model Vandkemi Norsminde Fjord Makroalger, rodfæstet vegetation og mikrobenthiske alger Denitrifikation Validering af økologisk model Vandkemi Norsminde fjord Makroalger, rodfæstet vegetation og mikrobenthiske alger Denitrifikation...58 M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 1 DHI - Institut for Vand og Miljø

4 REFERENCER...59 Bilag Bilag 1 Beregning af detritus N (DN), C (DC) og glødetab (GL) ud fra total N (TN), NH 4 - N, NO 2 -N, NO 3 -N og klorofyl Bilag 2 Regressioner og formelapparat anvendt til beregning af sedimentkort over forskellige puljer af N og P for Norsminde Fjord. Bilag 3 Sedimentets indflydelse på væksten af den rodfæstede vegetation samt variationen af saliniteten i vækstsæsonen Bilag 4 Kort over årlig produktion i Norsminde fjord Bilag 5 Salinitetsprofiler fra station målt og beregnet. Bilag 6 Målestationer og parametre. Bilag 7 Målt primærproduktion af planteplankton på station M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 2 DHI - Institut for Vand og Miljø

5 RESUME Norsminde Fjord har indtil omkring 1994 været stærkt belastet med næringsstoffer i en grad, så der om sommeren er forekommet en massiv opvækst af makroalger (søsalat), der har givet anledning til sammenbrud af det økologiske system i eftersommeren, når biomassen af makroalger henfaldt. En reduktion i belastningen af fjorden med især fosfor (P) efter 1994 har mindsket mængden af makroalger, men især søsalat dækker stadig store områder af fjorden og fortrænger den naturlige rodfæstede vegetation som f.eks. havgræs. Desuden er der i perioder opblomstring af giftige alger, som i 2006 gav anledning til forbud mod indsamling af muslinger og skaldyr. Norsminde Fjord har haft status som vildtreservat siden 1942 og blev senere udpeget som EUfuglebeskyttelsesområde på grund af betydningen som rasteplads og yngelområde for en række svømme- og vadefugle. Århus Amt ønsker med nærværende modelopstilling at tilvejebringe et værktøj til analyse af, hvilken fremtidig vandkvalitet der kan opnås i fjorden som følge af forskellige scenarier for reduktion af næringsstofbelastningen med henblik på senere opfyldelse af miljømålene for fjorden i henhold til EU s vandrammedirektiv og fuglebeskyttelsesdirektiv. Modelsystem En model i 3 dimensioner er derfor sat op på Norsminde Fjord ved brug af DHI's MIKE 3 modelsystem. Modellen er baseret på et system med fleksibel netstørrelse (FM). Modelsystemet består af en hydrodynamisk model og en økologisk model. Den økologiske model beskriver koncentrationen af ilt, planteplankton, næringsstoffer og detritus i vandet samt biomassen af makroalger (f.eks. søsalat), rodfæstede planter (f.eks. havgræs) og belægninger af mikrobentiske alger på bunden. I bunden beskriver modellen puljerne af organisk bundet N og P samt P bundet til oxideret jern. Århus Amt har leveret alle drivdata til modellerne, ligesom amtet har opsat og kalibreret den endelige hydrodynamiske model. DHI har opsat og kalibreret den økologiske model. Dataanalyse lysnedtrængning Inden modelarbejdet med den økologiske model blev igangsat, er der foretaget en analyse af lysets nedtrængning i vandet. Udover belastningen med næringsstoffer er lysindfaldet på bunden en væsentlig og bestemmende faktor for væksten af såvel den rodfæstede vegetation som af makroalger. Analysen viser, at suspenderet stof dominerer begrænsningen i lysnedtrængningen i vandet, samt at kun en lille del af det suspenderede stof stammer fra planteplankton. Der er et sammenfald mellem lave saliniteter og lav lysnedtrængning, således at lysnedtrængningen er højest ved slusen og lavest ved Rævså. Samtidigt er der en sæsonvariation af lysnedtrængningen med det mest grumsede vand i vinter og forår, hvor saliniteten er lav, og det mest klare vand om sommeren, hvor saliniteten er høj. Resuspension af sediment, tilførsel af fint sediment fra Rævså og indtrængning af havvand er således vigtige processer for lysnedtrængningen i fjorden. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 3 DHI - Institut for Vand og Miljø

6 Ud fra måledata er der fundet et udtryk for vandets lyssvækkelse til brug i modellen som funktion af koncentrationen af klorofyl (CH), detritus (DC), suspenderet uorganisk stof (SSin), salinitet og en baggrundslyssvækkelse. SSin indgår ikke i modellen som en dynamisk variabel, hvorfor der er anvendt en P fraktion (rest P) af total P, som ikke stammer fra P i alger, P i detritus eller i PO 4. Det antages, at rest-p er PO 4 bundet til partikulært oxideret jern, som transporteres og resuspenderes sammen med det fine uorganiske sediment (SSin). Der er ved regression og kalibrering fundet et udtryk for koncentrationen af rest-p som funktion af saliniteten og dybden for resuspension ved forskellige vindhastigheder og -retninger. Udtrykket for rest-p er derefter anvendt i formlen for lyssvækkelsen. Belastning med næringsstoffer og puljer af næringsstoffer i sedimentet Belastningen med næringsstoffer er for kalibreringsperioden fra til opgjort til 126 ton kvælstof (N) og 3,3 ton fosfor (P). Den tilsvarende belastning for valideringsperioden perioden fra til er opgjort til 167 ton N og 3,9 ton P. Puljerne i sedimentet af udveksleligt organisk N og P er hhv. opgjort til 51 ton N og 4,6 ton P, hertil kommer en pulje af jernbundet P på 3,5 ton P, således at der totalt er ca. 8 ton udveksleligt P i fjordens sediment. I fjordbunden er der udveksleligt N og P svarende til hhv. ca. 50% og 240% af den årlige belastning af N og P. Puljen af udveksleligt P blev estimeret til 25 ton P i 1992, hvilket betyder, at P puljen er reduceret til 1/3 over 14 år. Hydrodynamisk model Den hydrodynamiske model er kalibreret på salinitet og temperatur mod data fra 4 stationer i fjorden. Generelt er der god overensstemmelse mellem målte og simulerede temperaturer. Der er ligeledes god overensstemmelse mellem målte og simulerede saliniteter for både kalibreringsåret og valideringsåret. Økologisk model EU modellen er kalibreret på moniteringsdata fra 3 stationer i fjorden over perioden samt valideret over perioden De simulerede koncentrationer af total P og PO 4 følger generelt de målte koncentrationer for både kalibrerings- og valideringsperioden. De simulerede koncentrationer af TN (totalkvælstof) og IN (uorganisk N, DIN) følger ligeledes generelt de målte koncentrationer for begge perioder, dog overestimeres TN og IN koncentrationerne i perioden marts til april 2006 på de to inderste stationer. Sidst nævnte forskel formodes i en del af perioden, at skyldes fejl ved de vandkemiske analyser fra Norsminde Fjord. Lave PO 4 koncentrationer i perioden marts til maj indikerer, at primærproducenterne i denne periode er P begrænset. I juni stiger TP og PO 4 koncentrationen til 0,3-0,5 mg/l i 2006 og til 0,15 mg/l i 2005 pga. intern belastning fra sedimentet. Dette medfører, at IN potentielt bliver begrænsende for væksten af primærproducenterne i juli. Modellen er ikke designet til at beskrive døgnvariationer af ilt, idet planteproduktionen er fordelt over hele døgnet. Det medfører at den simulerede ilt tilnærmer sig et gennemsnit for døgnet. De simulerede klorofylkoncentrationer følger de målte koncentrationer i koncentrationsintervallet 1-10 ug/l. Modellen evner imidlertid ikke at simulere målte, kortvarige høje koncentrationer. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 4 DHI - Institut for Vand og Miljø

7 Disse høje koncentrationer kan stamme fra vandblomst af planteplankton, resuspension af mikrobentiske kiselalger, import og evt. en forstærkning af en vandblomst fra Århus Bugt eller fraktioner af søsalat, som er kommet med i vandprøven. Høje klorofylkoncentrationer i vinterhalvåret tilskrives resuspension, hvorimod høje koncentrationer i højsommeren formodentlig skyldes en opblomstring af planteplankton enten selvstændig opstået i fjorden eller delvist importeret fra Århus Bugt. Selvstændigt opstået vandblomst i juli august kan forekomme efter et sammenbrud af makrovegetationen. Der er normalt sigt til bunden i fjorden bortset fra perioder med resuspension. De simulerede sigtdybder er højest ved slusen og lavest inderst i fjorden. De simulerede sigtdybder på stationen midt i fjorden følger sigtdybderne estimeret ud fra lysmålinger. De simulerede biomasser af makroalger pr viser de største værdier i den inderste 3/4 del af fjorden samt på den dybe del i den yderste del af fjorden. Registreringen af vegetationen i slutningen af juni 2006 viser den største dækning med makroalger (søsalat) i den inderste 3/4 af fjorden. Den totale mængde af simulerede makroalger i fjorden er for 2006 opgjort til 30 ton kulstof (C) svarende til 16 g C/m 2, hvilket passer med, at der over perioden fra 1989 til 1996 i juni i gennemsnit blev målt mellem 5-50 g C/m 2 på 9 stationer. Biomassen af makroalger var lidt større i 2005, hvilket passer med at N og P belastningen specielt i foråret var større i 2005 end i Anvendes lys og næringsstoffer som eneste vækstkriterier burde der potentielt gro en vegetation af rodfæstede planter på den dybe del af fjordens yderste del. Ved vegetationskortlægningen i juni 2006 blev der registreret havgræs i den indre del af fjorden, men ikke registreret nogen vegetation i den dybere del af yderfjorden. Mange andre faktorer end lys og næringsstoffer har selvfølgelig betydning for væksten af blomsterplanterne. Sedimentets beskaffenhed eller græsning af svaner er vigtige faktorer, hvorimod varierende saliniteter formodentlig ikke stresser de blomsterplanter som findes i fjorden. Antages det ved modelkørslerne, at bløde sedimenter (lav vægtfylde) hæmmer væksten af blomsterplanter, opnås et resultat, der ligner den registrerede udbredelse. Denitrifikationen beregnes i modellen og udgør 4,1 ton N for hele fjorden ( ), hvilket svarer til 3,3% af N belastningen. Der er en gradient med de største denitrifikationer inderst i fjorden og de mindste i den ydre del af fjorden. De beregnede denitrifikationer passer godt med målte denitrifikationer foretaget i 1992, hvor det blev estimeret at 2-3% af den årlige N belastningen blev denitrificeret. Målingerne fandt ligeledes en gradient med de højeste denitrifikationsrater inderst i fjorden, hvor NO 3 koncentrationen var højest. Samlet set opfylder den opstillede model således formålet om at tilvejebringe et kvalitativt værktøj til analyser af effekten af reduktioner i belastningen. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 5 DHI - Institut for Vand og Miljø

8 1 INDLEDNING Århus Amt har bedt DHI Vand og Miljø om at etablere en modelanalyse af den fremtidige vandkvalitet i Norsminde Fjord. Århus Amt har leveret det nødvendige datamateriale samt opstillet den endelige hydrodynamiske model. DHI har været behjælpelig med opsætningen af den hydrodynamiske model samt stået for opbygningen og kalibreringen af den økologiske model. Nærværende slutrapport beskriver opstillingen, kalibreringen og valideringen af såvel den hydrodynamiske som den økologiske model. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 6 DHI - Institut for Vand og Miljø

9 2 SYSTEMBESKRIVELSE OG DATAANALYSE Inden selve modelanalysen er der foretaget en gennemgang af eksisterende moniteringsdata med det formål at kunne give en systembeskrivelse samt om muligt at identificere styrende parametre og forhold for specielt planter og dyr i systemet. Systembeskrivelse og dataanalysen har ført til, at der er lavet modifikationer i den valgte økologiske model så den er i stand til at beskrive Norsminde Fjords økologiske system. Vandkemi er blevet moniteret med mindst månedlige målinger på 3 stationer i 1992 samt i 2005 og Fauna er registreret i år 1992 samt i 2003 på 15 stationer. Dækningsgraden af vegetationen er registreret hvert år siden 1989 på 8 transekter i Fjorden. Belastning med N og P fra Rævså, der leverer ca. 90% af ferskvandet til fjorden, er moniteret siden Systembeskrivelse Norsminde Fjord er en mindre lavvandet fjord placeret syd for Århus. Fjorden modtager ferskvand fra Rævså, en mindre å med udløb ved Storenor (Storenor Bæk) samt en pumpestation ved Grimsholm, som afvander et inddæmmet område syd for fjorden. Vandstrømmen mellem Århus Bugt og fjorden er reguleret af en sluse ved Norsminde. Fjorden har et totalt areal på 1,86 km 2 med et opland på 101 km 2. Middeldybden er 0,6 m med en maksimal dybde på 2,5 m i renden ved slusen. Saliniteten varierer en del over året samt langs fjorden, således svinger saliniteten i bunden af fjorden mellem 0,1 og 22,4 PSU og ved slusen mellem 5,2 til 26,2 PSU. De laveste saliniteter forekommer om vinteren, hvor afstrømningen af ferskvand fra oplandet er størst. Fjordens volumen af vand er ca. 1,1*10 6 m 3 hvilket med en afstrømning på 23*10 6 m 3 om året giver en middel opholdstid på 2-3 uger. Opholdstiden vil være kortere i foråret med stor afstrømning og tilsvarende længere i sommerhalvåret. Norsminde Fjord tjener som rasteplads og yngleområde for en række svømme- og vadefugle, såsom gråand, pibeand, blishøne, og knopsvane. Fjorden har været vildtreservat siden 1942 og har desuden status som EF-fuglebeskyttelsesområde. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 7 DHI - Institut for Vand og Miljø

10 Figur 2.1 Norsminde Fjord med dybder og placering af moniteringsstationer for vandkemi. Figur 2.2 Norsminde Fjord med opland M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 8 DHI - Institut for Vand og Miljø

11 2.2 Dataanalyse: Nedtrængning af lys i vandet De bundlevende planters vækst er primært styret af adgangen til lys. En bare nogenlunde korrekt beskrivelse af lysets henfald i vandsøjlen er derfor nødvendig for at kunne beskrive udviklingen af vegetationen på bunden. Der er derfor foretaget en analyse af lysets henfald i vandsøjlen ud fra de foreliggende data. Lysets henfald eller svækkelse er bestemt af koncentrationen af partikler og lysabsorberende stoffer i vandet. Lysnedtrængningen i vandsøjlen kan i ikke alt for grumset vand beskrives ved Lambert Beers lov for ekspotentielt henfald af lys med dybden: I Z = I 0 * e K * Z (1) Hvor I 0 er lyset, der rammer vandoverfladen, og I z er lyset i dybden z. Det er muligt at bestemme svækkelseskvotienten ud fra måling af lys i mindst to dybder eller ud fra sigtdybden under antagelse af, at der er ca. 13% af overfladelyset tilbage i sigtdybden. Lysets svækkelseskvotient K kan beskrives som værende ligefrem proportional med koncentrationen af forskellige stoffer i vandet. K = k 1 * CH + k 2 * DC + k 3 * SSin + k 4 * Sal + k 5 (2) I ovenstående formel indgår klorofyl (CH), detritus (DC), uorganisk suspenderet stof (SSin), saliniteten (Sal) samt en baggrundslyssvækkelse (k 5 ). Det er muligt at estimere svækkelseskvotienterne k 1 til k 5 ved regression ud fra et datasæt med kendte værdier af K, CH, DC, SSin og salinitet. Venstre side af formel 2 Lyssvækkelsen K beregnes ud fra sigtdybden (SD) og formel 1 under antagelse af, at der i sigtdybden er 13% tilbage af lyset i overfladen (ln(i z /I 0 )=K*SD). Antallet af målinger af SD på stationerne er imidlertid begrænset af, at der i de fleste tilfælde var sigt til bund. K bestemt ud fra SD repræsenterer derfor relativt sjældne situationer, hvor vandet er grumset. Lyssvækkelsen K kan ligeledes beregnes ud fra målinger af lys i to dybder. Sådanne målinger er foretaget på station i forbindelse med målinger af primærproduktion i 2005 og Det samlede datamateriale for K består således af situationer med grumset vand (SD målinger) samt målinger fra station , hvor der er sigt til bund. Højre side af formel 2 Koncentrationen af klorofyl (CH) og saliniteten er målt. Koncentrationen af detritus C (DC) estimeres ud fra detritus N (DN), som er dødt organisk bundet N. Omsætningsfaktoren mellem DN og DC er bestemt ud fra målinger af glødetab og total C i overfladesedimentet, se i øvrigt bilag 1. Koncentrationen af suspenderet uorganisk materiale (SSin) kan beregnes ud fra koncentrationen af suspenderet stof (SS) samt glødetabet (GL), således at SSin=SS-GL. Glødetabet, der er et mål for organisk materiale, er imidlertid ikke målt, så GL må her estimeres ud fra DC og klorofyl, se bilag 1. Målingerne af SS er begrænset til 2006 hvorfor antallet af data er spinkelt, et andet mål for det uorganiske sediment (SSin) er derfor ønskeligt. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 9 DHI - Institut for Vand og Miljø

12 I undersøgelser i Ringkøbing Fjord og Nissum Fjord er der fundet en sammenhæng mellem SSin og en rest-p, der består af den P fraktion som er tilbage efter at have fratrukket PO 4 -P, plankton P (PP) og detritus P (DP), se bilag 1. Rest-P antages at være PO 4 sorberet til oxideret partikulært Fe, der er knyttet til fint suspenderet uorganisk stof (SSin). Korrelation mellem lyssvækkelsen K og CH, DC, SSin, Rest-P, Sal og SS Næste skridt består i, at der foretages en korrelation mellem de målte og estimerede variable for at finde evt. sammenhænge mellem disse. I tabel 2.1 er resultatet af korrelationen præsenteret. Der er en høj og positiv korrelation mellem K og rest-p samt SS. Der er en god korrelation mellem K og DC samt en god men negativ korrelation mellem K og saliniteten. Der er en lav korrelation mellem klorofyl (CH) og lyssvækkelsen. Det skal bemærkes, at der også er en positiv korrelation mellem rest-p detritus og suspenderet stof. De beskrevne korrelationer kan oversættes til, at lyssvækkelsen stiger med stigende koncentrationer af rest-p, SS og DC men falder med stigende saliniteter. At lyssvækkelsen stiger jo mere plumret vandet bliver (stigende rest P, SS og DC koncentrationer) er logisk. At vandet bliver mere klart ved stigende saliniteter, skyldes forskellige forhold. En lav salinitet betyder at en større del af vandet i fjorden består af vand fra Rævså, som må formodes at have et forhøjet indhold af fint sediment pga. erosion. Lave saliniteter forekommer i vinterhalvåret, hvor resuspension må antages at være hyppigere pga. hyppigere forekomst af høje vindhastigheder. Tabel 2.1 Korrelation mellem lyssvækkelsen K og forskellige parametre RestP DC SS Temp PSU Chl V12 Ret12 Fetch 1/SD K RestP, mg P/l 1 DC, mg/l 0,60 1 SS, mg/l 0,45 0,23 1 Temp, deg, 0,05 0,13-0,18 1 PSU -0,27-0,31-0,51 0,43 1 Chl, mg/l -0,10 0,04 0,40 0,31-0,18 1 V12, m/sec 0,08 0,09 0,23-0,30-0,03-0,05 1 Ret12, deg, -0,28-0,09-0,58 0,18 0,17 0,00 0,13 1 Fetch, m -0,01 0,05 0,34-0,11 0,09-0,05 0,12-0,01 1 1/SD, 1/m 0,80 0,53 0,98 0,01-0,47 0,03-0,32-0,46-0,07 1 K, 1/m 0,72 0,62 0,95-0,32-0,68 0,13 0,17-0,24-0, Hertil skal lægges, at fine partikler flokkulerer og sedimenterer til bunden ved saliniteter over 5-10 PSU. Vandet fra oplandet kan have et højere indhold af gulstoffer end vandet i Århus Bugt, hvilket kan bidrage til den negative sammenhæng mellem K og salinitet. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 10 DHI - Institut for Vand og Miljø

13 K, Norsminde Fjord Denmark K K, 1/m SS, mg/l K K, 1/m Klorofyl, ug/l K K RestP K, 1/m RestP, mg/l K Rest P, mg/l SS, mg/l RestP K K, 1/m DC, mg/l K Figur 2.3 Plot af lyssvækkelsen som funktion af suspenderet stof (SS), rest-p, detritus C (DC) og klorofyl. Plot af rest-p som funktion af suspenderet stof (SS). Data fra 3 moniteringsstationer i Norsminde Fjord 1992, 2005 samt 2006 Det væsentligste er imidlertid følgende: Lyssvækkelsen er stærkt positivt korreleret til koncentrationen af fint suspenderet uorganisk stof repræsenteret ved rest-p koncentrationen. Der er kun en svag sammenhæng mellem klorofylkoncentrationen og lyssvækkelsen. Det er således ikke den traditionelle eutrofieringsparameter klorofyl, der bestemmer hvor meget lys der kommer ned på bunden. Der er en positiv sammenhæng mellem detritus C og rest-p samt mellem suspenderet stof og rest-p koncentrationen. I figur 2.3 er præsenteret plot af lyssvækkelsen K mod suspenderet stof (SS), rest-p, detritus C (DC) og klorofyl. Desuden er rest-p afbildet som funktion af suspenderet stof (SS). Selvom datamængden er lille, ses en klar sammenhæng mellem K og SS, K og rest-p, samt mellem K og detritus C (DC). Der ses imidlertid ingen klar sammenhæng mellem klorofylet og lyssvækkelsen (K), hvilket skyldes, at planteplankton tørstoffet ved de fleste målinger kun udgør en lille fraktion af det suspenderede stof. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 11 DHI - Institut for Vand og Miljø

14 Næste skridt består i at finde modelkonstanterne k 1 til k 5 i formel 2 ud fra regressioner samt finde en måde at beskrive koncentrationen af suspenderet uorganisk stof på repræsenteret ved rest-p koncentrationen. Regressioner til bestemmelse af lyssvækkelsen for SSin og salinitet. Der er foretaget en række af regressioner for at finde lyssvækkelseskonstanterne k 1 -k 5 i formel 2. En opsummering heraf er givet i tabel 2.2. En regression mellem K som afhængig variabel og CH, DC, rest-p og salinitet som uafhængige variable, kan forklare 77% af variationen i datamaterialet (R 2 :0,77). Lyssvækkelseskonstanterne for klorofyl (k 1 ) og detritus (k 2 ) er imidlertid urealistiske ligesom der er over 5% sandsynlighed at de er 0 (P>0,05). Efterfølgende er der foretaget regressioner hvor K er korrigeret for lyssvækkelsen af klorofyl med en k 1 værdi på 20 g CH/m 2. En regression hvor K er korrigeret for lyssvækkelsen af klorofyl og detritus med en k 2 værdi på 0,1 g C/m 2, samt endelig en regression, hvor kun rest-p indgår som uafhængig variabel. Ud fra regressionerne er der sammensat et sæt lyssvækkelses konstanter for klorofyl, detritus rest-p salinitet og baggrund (k 1 -k 5 ), der bruges som udgangspunkt for kalibrering af EU modellen. Der er valgt en høj baggrundslyssvækkelse (k 5 ) samt en høj forbedring af lysnedtrængningen ved stigende saliniteter (k 4 ) som udgangspunkt. Valget medfører at vandet er mere uklart i vinterhalvåret end om sommeren fordi saliniteten er lav i vinterhalvåret pga. en større afstrømning. Samtidigt er vandet generelt mere uklart inderst i fjorden ved udløbet af Rævså end ved slusen. Tabel 2.2 Lineær regression til bestemmelse af lyssvækkelse konstanter k 1 -k 5. ( ): P>0.05; Fed & Rød: K korrigeret for klorofyls eller detritus lyssvækkelse. Formel K 1 g CH/m 2 K 2 g DC/m2 K 3 g P/m2 K=k 1 *CH+k 2 *DC+k 3 *restp+k 4 *Sal+k 5 (-0,023) (0,20) 17-0,135 2,39 0,77 K -CH =k 2 *DC+k 3 *restp+k 4 *Sal+k 5 20 (-0,014) 17,5-0,15 2,75 0,68 K -CH-DC =k 3 *restp+k 4 *Sal+k ,1 17,1-0,15 2,70 0,68 K -CH-DC =k 3 *restp+k ,1 25,8 Udeladt (0,17) 0,46 Parameter ved start af kalibrering K=k 1 *CH+k 2 *DC+k 3 *restp+k 4 *Sal+k ,1 25-0,14 2,4 Under kalibreringen er der primært ændret på k 4 og k 5 for at finde den rette kombination mellem baggrundslyssvækkelse og klaring af vandet med stigende saliniteter. Det forhold, at vandet bliver mere klart med stigende saliniteter, kan som tidligere beskrevet skyldes flere ting, flokkulering og udsynkning, fortynding af gulstoffer, tilførsel af suspenderet sediment med det ferske å vand. Bestemmelse af koncentrationen af rest-p I analysen af, hvad der styrer lyssvækkelsen K, har det vist sig, at koncentrationen af suspenderet uorganisk stof er vigtig. Det betyder, at der skal findes en beskrivelse af suspenderet stof eller en koncentration, som opfører sig parallelt hermed. K 4 g/m2 K 5 1/m R 2 M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 12 DHI - Institut for Vand og Miljø

15 Det er tidligere vist, at koncentrationen af rest-p er korreleret med koncentrationen af suspenderet stof suspenderet stof (SS), samt at rest-p koncentrationen kan bruges til beskrivelsen af lyssvækkelsen (tabel 2.1 & 2.2). Rest-P koncentrationen antages at opføre sig parallelt med koncentrationen af suspenderet uorganisk stof, idet rest-p antages at bestå at PO 4 bundet til fint partikulært uorganiske sediment (SSin). Rest-P kan som SSin blive resuspenderet af bølger og strøm, ligesom det kan sedimentere til bunden. I tabel 2.1 er der ikke fundet nogen god korrelation mellem vindhastighed over 12 timer (V12) og rest-p, men der er en sammenhæng mellem vindretning over 12 timer (ret12). Det sidste forhold skyldes, at Norsminde Fjord er aflang med en NØ retning, hvilket betyder, at der lettest sker en resuspension ved vinde fra NØ. Den dybde, hvor der sker en resuspension af sediment, kan beskrives ud fra kvadratroden af vindens opløbsstrækning ganget med vindhastighden, ref. /3/: Dr = V12* Fetch, m (3) Hvor Dr: dybde for resuspension, m V12: gennemsnitlige vind over 12 timer, m/sek. Fetch: opløbsstrækning, km Opløbsstrækningen kan estimeres for alle vindretninger ud fra kendte opløbsstrækninger med vinde fra de fire verdenshjørner, hvorved Dr han beregnes for alle de målinger, hvorfra der findes estimater af rest-p, hvilket primært består af målinger fra st Der er herefter lavet en regression mellem rest-p som afhængig variabel og Dr samt saliniteten som uafhængig variable. Følgende relation er fundet til beskrivelse af rest- P. Re st P = MAX (0,( Dr 0.7))* * PSU , R 2 : 0,37 (4) M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 13 DHI - Institut for Vand og Miljø

16 0.25 Rest P og resuspension 0.20 Rest P, g/m RestPm=MAX(0,(Dr-0,7))* *PSU+0.081, R2:0.37 RestP RestPm Dybde for resuspension (Dr), m Figur 2.4 Målte (rest-p) og beregnede (RestPm) værdier af rest-p som funktion af resuspension dybden Dr. Det fremgår af formlen, at der først sker en forøgelse af rest-p ved Dr over 0,7 m, hvilket skyldes, at store sedimentflader med blødt sediment ligger under 0,7 m ved station Saliniteten påvirker koncentrationen af rest-p ved, at der tilføres suspenderet stof med åvandet samt ved flokkulering. "Målte" og beregnede værdier af rest-p er præsenteret i figur 2.4. Det ses, at de "målte" værdier ligger under 0,1 g P/m 3 for værdier af Dr under 0,7 m. Ved højere Dr værdier er spredningen på rest-p koncentrationerne væsentlig større, hvilket tilskrives resuspension. Lyssvækkelsen kan nu beskrives ved at kombinere formlerne 2, 3 og 4 samt ved brug af svækkelseskonstanterne i tabel 2.2. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 14 DHI - Institut for Vand og Miljø

17 3 MODELGRUNDLAG Grundlaget for den anvendte model er DHI's MIKE 3 FM, som er et modelværktøj til beskrivelse af tredimensionale (3D) strømninger og økologiske processer i naturen. Beregningerne foregår i et fleksibelt trekantsnetværk. Modelsystemet består af et hydrodynamisk modul samt et eutrofieringsmodul (EU), der inkluderer sedimentets indhold af udveksleligt N og P, ref. /1/. Modellen er udvidet med en beskrivelse af mikrobenthiske alger samt en ændret beskrivelse af lysnedtrængningen, der inkluderer lyssvækkelse fra suspenderet uorganisk stof, se kap Det hydrodynamiske modul beregner vandstand, vandstrømme, temperatur, salinitet og densitet i tre dimensioner, ref. /2/. Det økologiske modul beregner koncentrationen af planteplankton, klorofyl, dyreplankton, dødt organisk partikulært materiale, N- og P-næringsstoffer af ilt i vandet. Det benthiske system indeholder biomassen af rodfæstet vegetation, biomassen af makroalger samt mikrobenthiske alger i sedimentoverfladen. I sedimentet inkluderer modellen en beskrivelse af sedimentets puljer af nedbrydeligt organisk kvælstof og fosfor, samt en pulje af PO 4 adsorberet til oxideret jern (Fe +++ ). Hertil kommer mindre puljer af NH 4, NO 3 samt PO 4 i sedimentets porevand. Den anvendte økologiske model inkluderer filtration fra muslinger. I de følgende afsnit beskrives stofomsætningen i vandet og i bunden mere detaljeret. 3.1 Pelagisk stofkredsløb Stofkredsløbet for kulstof (C), kvælstof (N) og fosfor (P) i vandet er illustreret i figur 3.1. Figur 3.1 C, N og P cyklus i vandfasen af det økologiske modul inklusiv filtration fra sandmuslinger (Mya areneria). M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 15 DHI - Institut for Vand og Miljø

18 Algerne vokser ved fotosyntese, der er bestemt af lys, temperatur samt adgang til næringssalte. Algerne kan blive græsset af hhv. zooplankton eller sandmuslinger eller blot henfalde. Ved død og græsning af zooplankton indgår det tiloversblevne døde C, N og P i vandets pulje af dødt partikulært materiale også kaldet detritus. Dette kan nedbrydes i vandet eller sedimentere til bunden. En mere detaljeret beskrivelse af den del af modellen, som beskriver omsætningen i vandfasen og sedimentet, findes i ref. /1/. Filtrationsmodellen er bygget op på den måde, at filtrationen er proportional med skalarealet pr. m 2. Skala-arealet er beskrevet som en arealspecifik parameter i modellen, dvs. at brugeren laver et kort over skalarealet ud fra foreliggende målinger. 3.2 Stofkredsløb i og på sedimentet Sedimentmodulet inkluderer omsætningen af organisk bundet N og P, udveksling af uorganiske næringsstoffer mellem vandfase og porevandet samt immobilisering af N og P. I de følgende afsnit beskrives sedimentets N og P kredsløb Sedimentets N kredsløb EU modellen indeholder en beskrivelse af omsætningen af organisk N og P. Organisk bundet N tilføres sediment ved sedimentation af alger, detritus samt via muslingernes produktion af fækalier, pseudofækalier samt muslingernes død, se figur 3.2. En del af dette N mineraliseres på sedimentoverfladen, resten tilføres en pulje af organisk bundet N, som kan mineraliseres (SON) i sedimentet. En del af det organisk bundne N, som sedimenterer på bunden, antages at blive begravet i sedimentet. C:N forholdet i det sedimenterede organiske materiale er styrende for, hvor meget organisk N der begraves i sedimentet. Således vil typisk den del af det organiske N, som har et C:N forhold over 12-14, antages at blive begravet (immobiliseret) i sedimentet. Total ammonium (NH 4 -N) frigives fra den organiske N pulje ved ammonifikation til porevandet (SNH). Hvis der er ilt i vandet over sedimentet, kan ammonium nitrificeres til nitrat (SNO 3 ) i sedimentets øverste lag (KDO2), der typisk er mellem 0-5 mm tykt. Nitraten kan enten transporteres ned i den iltfrie del af sedimentet, hvor det kan denitrificeres til N 2, eller transporteres op i vandet. Transporten af næringssalte mellem vand og sediment er dog afhængig af koncentrationsforskellen mellem porevandet og vandet over sedimentet. I den iltfrie del af sedimentet bruges nitratet af mikroorganismer til omsætning af organisk materiale ved denitrifikation eller nitratrespiration. Under den dybde, hvor nitratkoncentrationen er 0 (KDOX), antages sedimentets omsætning i højere grad at være domineret af sulfatreduktion med produktion af sulfid til følge. Oxidation og reduktion af jern og mangan er ikke direkte beskrevet i modellen. Det antages, at grænselaget mellem oxideret (Fe +++ ) og reduceret jern (Fe ++ ) er sammenfaldende med dybdenedtrængning af nitrat (KDOX), samt at dette grænselag følger KDOXs bevægelser op eller ned i sedimentet. Såvel iltnedtrængningen (KDO2) som nedtrængningen af nitrat (KDOX) er variable, som er uafhængige af sedimentets konsoliderings lag beskrevet i figur 3.2. Mængden af oxideret jern har betydning for beregning af puljen af PO 4 bundet til oxideret jern (FESP). Målinger i forbindelse med HAV90 undersøgelserne i Århus Bugt har imidlertid vist, at M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 16 DHI - Institut for Vand og Miljø

19 grænsefladen mellem oxideret og reduceret jern normalt ligger lidt under (0-1 cm), den dybde man kan måle nitrat i sedimentet. Dette kompenseres der imidlertid for ved at regulere det oxiderede jerns P bindingskapacitet, således at puljen af FESP pr m 2 svarer til målte puljer. Figur 3.2 Modellens N-omsætning i sedimentet Sedimentets P kredsløb Sedimentets P-cyklus er præsenteret i figur 3.3. Figur 3.3 Modellens P-omsætning i sedimentet. Sedimentet modtager organisk bundet P på overfladen ved sedimentation af plankton, detritus, samt ved at modtage fækalier og pseudofækalier fra muslinger. En mindre del omsættes på sedimentoverfladen, en anden del af det organiske P antages at blive immobiliseret ved binding til M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 17 DHI - Institut for Vand og Miljø

20 kalk eller ved at være svært nedbrydeligt organisk P. Resten indgår i sedimentets organisk bundne P- pulje (SOP). SOP kan nedbrydes af bakterier, hvorved der frigives fosfat til porevandet (SIP). Fosfatet kan enten blive transporteret op i vandet, eller det kan blive bundet til oxideret jern (FESP). Mængden af oxideret jern i sedimentet bestemmes i modellen af nitratnedtrængningen (KDOX). Hvis KDOX mindskes, frigives der fosfat fra puljen af FESP; øges KDOX, optages der fosfat fra porevandet til FESP puljen Planter på bunden Modellen indeholder en beskrivelse af benthiske makroalger, f.eks. søsalat, samt rodfæstet vegetation som f.eks. ålegræs. Planternes vækst er alle beskrevet som værende afhængig af temperaturen. Makroalgernes og den rodfæstede vegetations vækst er beskrevet med et Lassiter udtryk hvor væksten stiger ekspotentielt til et maksimum omkring C over hvilket væksten reduceres igen.. Makroalgernes vækst er ud over temperaturen afhængig af, hvor meget lys der kan trænge ned på bunden samt af adgangen til næringssalte fra vandet. Døden eller tabet af makroalger er beskrevet som en funktion af dybden og temperaturen. På lavet vand, typisk under en meter er makroalgerne udsat for bølgeslag ligesom de er udsat for af græsning af fugle (f.eks. blidshøns). Hertil kommer at andre herbivores (f.eks. tanglusen Idotea sp.) aktivitet antages at følge temperaturen i vandet således at tabet af makroalger er størst midt på sommeren. I modellen findes der ingen beskrivelse af transport og drift af disse alger, hvorfor modellen viser, hvor algerne gror, men ikke hvor de evt. flytter sig hen som funktion af strøm og vind. De rodfæstede planters overjordiske del er i modellen beskrevet som værende afhængige af lysnedtrængningen til bunden samt ved at kunne optage næringsstoffer fra vandet eller fra porevandet i sedimentet. Planternes rhizomer og rødder trænger adskillige cm ned i sedimentet, hvorfra de kan hente næringsstoffer i porevandet. Det betyder, at de rodfæstede planter i modsætning til makroalgerne vil kunne vokse, selv om der er lave næringsstofkoncentrationer i vandet, ved at optage næringsstofferne fra sedimentet. Døden eller tabet er beskrevet som værende en funktion af dybden (græsning fra fugle & bølgeslag) samt af temperaturen. Der er ikke nogen specifik beskrivelse af fuglenes (svaners) græsning af den rodfæstede vegetation. Væksten af såvel den eksisterende overjordiske biomasse og væksten af nye skud er i denne model gjort afhængig af sedimentets vægtfylde ved, at der til de specifikke vækstrater ganges en vækstfaktor, se bilag 3. En lille vægtfylde kan påvirke væksten på følgende måder: 1) En lav vægtfylde betyder oftest, at sedimentet er organisk beriget, i hvilke der om sommeren kan forekomme svovlbrintedannelse, som kan hæmme væksten; 2) en lav vægtfylde medfører, at planterne forankres dårligere og lettere rives op med stængler og rødder under kraftig bølge og strømpåvirkning. Den resulterende nettovækst betegner i det følgende den potentielle vækst, idet andre forhold, som f.eks. de enkelte arters tolerancer for salinitet samt svingninger i saliniteten, ikke er inkluderet i modellen. Benthiske mikroalger kan være en vigtig autotrof komponent i lavvandede systemer. De ligger som et tæppe på sedimentet eller i de øverste mm og kan dels få næringsstoffer fra vandet over sedimentet og dels næringsstoffer, som siver op fra det underliggende sediment. EU-MT modellen beskriver puljerne af PO 4 NH 4 og NO 3 i porevandet (g/m 2 ), ud fra hvilke en gennemsnitlig M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 18 DHI - Institut for Vand og Miljø

21 koncentration (g/m 3 ) kan beregnes. I EU modellen får de mikrobenthiske alger tilbudt næringsstoffer (PO 4, NO 3 & NH 4 ) fra vandet over sedimentet samt fluksen (g/m 2 /d) af NH 4 og PO 4 fra det underliggende sediment. Væksten af de mikrobenthiske alger er gjort afhængig af iltkoncentrationen og nedtrængningen af NO 3 i sedimentet på samme måde som for de rodfæstede planter. De mikrobenthiske alger betragtes i modellen som stationære, dvs. de transporteres ikke rundt i fjorden som følge af resuspension. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 19 DHI - Institut for Vand og Miljø

22 4 DATAGRUNDLAG TIL MODELLEN Modellen behøver en række drivdata samt data til kalibrering og verifikation. Den hydrodymaniske model behøver et kort over bathymetrien samt informationer om ferskvandstilstrømningen fra åer og kanaler, vandstand ved fjordens udmunding, åbning og lukning af slusen, meteorologiske data i form af vindhastighed og retning, nedbør, lufttemperatur samt solindstråling. Hertil skal lægges målinger af vandstande, temperatur og salinitet i fjorden, som bruges til kalibrering af den hydrodynamiske model. Den økologiske model behøver informationer om belastning med næringsstoffer fra alle de åer og kanaler, der udleder vand til fjorden samt informationer om den atmosfæriske næringsstofbelastning. For at kunne beskrive den mængde næringsstoffer, der kommer ind i fjorden fra Århus Bugt, behøves en tidsserie af næringsstofkoncentrationer uden for Slusen. Data fra station i Århus Bugt er anvendt til dette formål. For at kunne vurdere anvendeligheden af station som randbetingelse for den økologiske model blev der gennemført fire samtidige målinger af total kvælstof, uorganisk kvælstof, total fosfor og orthofosfat på station og en station (180032) uden for mundingen af Norsminde Fjord i perioden juli september Tilsvarende blev der gennemført ni sammenfald målinger på station og bøjestationen i perioden juli 2005 til maj 2006 (for målestationernes placering se bilag 6). Målingerne viste stor samvariation mellem stationerne. Af ressourcemæssige årsager blev det derfor valgt at anvende målingerne fra station som randbetingelse for modellen, se figur B6.4 i bilag 6.. Da modellen inkluderer en beskrivelse af sedimentets N og P omsætning, behøves initialkort over overfladesedimentets indhold af mineraliserbart organisk N & P samt jernbundet P. Til brug ved kalibrering af modellen er anvendt målte koncentrationer af næringsstoffer, klorofyl, samt sigtdybde på station , og I bilag 6 findes en oversigt over målestationer og parametre. I det følgende præsenteres de væsentligste drivdata. 4.1 Hydraulisk grundlag Formålet med den hydrodynamiske model er at danne basis for en økologisk model af Norsminde Fjord. Modellen skal være i stand til at beskrive overordnede vand- og stoftransporter i fjorden i kalibreringsåret Mere specifikt skal modellen være i stand til at simulere evt. lagdeling af fjorden ved saltvandindslusning og tilstrømning af ferskvand fra kilderne samt efterfølgende opblandingen af vinden. Målinger af saltholdighed og temperatur på Århus Amts bøjestation i Århus Bugt, station (se bilag 6) er anvendt som randbetingelse for udvekslingen af vand gennem slusen Modelbathymetri Modelbathymetrien er baseret på bathymetriske data leveret af Århus Amt. Den horisontale netvidde varierer med de fineste netmasker i snævre løb og langs kysten. Der er 10 lag i modellen. Netvidden og bathymetrien er illustreret i hhv. figur 4.1 og figur 4.2. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 20 DHI - Institut for Vand og Miljø

23 Figur 4.1 Norsminde Fjord netvidde. Figur 4.2 Norsminde Fjord modelbatymetri. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 21 DHI - Institut for Vand og Miljø

24 4.1.2 Ferskvandstilførsel Norsminde Fjord tilføres ferskvand fra oplandet og fra nedbør direkte på fjorden. Modsat fjernes der ferskvand fra fjorden ved fordampning Q, m3/sek. 6 4 Storenor Rævså Pumpest /11/05 1/12/05 1/1/06 1/2/06 1/3/06 1/4/06 1/5/06 1/6/06 1/7/06 1/8/06 1/9/06 1/10/06 1/11/ Q, m3/sek. 6 4 Storenor Rævså Pumpest /11/04 1/12/04 1/1/05 1/2/05 1/3/05 1/4/05 1/5/05 1/6/05 1/7/05 1/8/05 1/9/05 1/10/05 1/11/05 Figur 4.3 Ferskvandstilførsel fra åer i perioden fra til anvendt til kalibrering (øverst), samt ferskvandstilstrømning anvendt til validering til (nederst) M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 22 DHI - Institut for Vand og Miljø

25 Størstedelen af oplandet afstrømmer til Rævs Å, som har sit udløb i bunden af fjorden. Oplandet nord for fjorden afvander enten via overfladeafstrømning og mindre dræn direkte til fjorden eller via den lidt større Storenor Bæk. Det inddæmmede område syd for fjorden afvander via en pumpestation (Kysingø Landkanal). Afstrømningen fra oplandet er i modellen fordelt på tre kildepunkter placeret ved henholdsvis åudløbene og pumpestationen, se figur 2.2. Der måles vandføring og næringssaltkoncentrationer på en station i Rævså ca. 2 km opstrøms udløbet til fjorden. Det målte opland udgør knap 80% af det samlede opland. Det umålte opland er fordelt på de tre kilder, idet det er forudsat, at afstrømningen fra det umålte opland er den samme som den målte afstrømning pr arealenhed og at koncentrationer af næringssalte er de samme som målt i Rævs Å. Den største afstrømning i forekommer i vinterhalvåret i forbindelse med nedbør og sne smeltning, se figur 4.3 øverst. Afstrømningen i er mere jævnt fordelt over vintermånederne med to toppe i hhv. december 2004 og maj 2005, se figur 4.3 nederst. I alt tilføres der fjorden 23.6*10 6 m 3 og 29.7*10 6 hhv. over perioden fra , samt fra Den primære kilde er Rævså, som tilfører omkring 93% af ferskvandet til fjorden, se tabel 4.1. Tabel 4.1 Ferskvandstilførslen til Norsminde Fjord over perioderne og Kilde Q mill.m 3 Rævså 27,7 21,6 Pumpest. 2,1 1,6 Storenor Bæk 2,0 1,4 I alt Datagrundlag økologisk model Drivdata til EU modellen består af et hydrodynamisk grundlag, belastninger af næringstoffer fra land, lysindstråling af fotosyntese, aktivt lys samt kort over sedimentet puljer af fint sediment, organisk materiale samt næringsstoffer Belastning af næringsstoffer Der tilføres N og P til fjorden fra 3 kilder, Rævså, Storenor Bæk samt via pumpestationen der dræner det inddæmmede Kysing Fjord. Belastningen er ujævnt fordelt over året ligesom fordelingen af vandføringen forekommer den største belastning af N og P i foråret og vinteren og den laveste belastning i sommerhalvåret, se figur 4.4 og 4.5. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 23 DHI - Institut for Vand og Miljø

26 N belastning Kg N/time TN Rævså TN Andet /11/05 1/12/05 1/1/06 1/2/06 1/3/06 1/4/06 1/5/06 1/6/06 1/7/06 1/8/06 1/9/06 1/10/06 1/11/06 N belastning Kg N/time TN Rævså TN Andet /11/04 1/12/04 1/1/05 1/2/05 1/3/05 1/4/05 1/5/05 1/6/05 1/7/05 1/8/05 1/9/05 1/10/05 1/11/05 Figur 4.4 N belastning fra åer og pumpestation i perioderne (øverst) og (nederst).. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 24 DHI - Institut for Vand og Miljø

27 P belastning 6 5 Kg P/time TP Rævså TP Andet 1 0 1/11/05 1/12/05 1/1/06 1/2/06 1/3/06 1/4/06 1/5/06 1/6/06 1/7/06 1/8/06 1/9/06 1/10/06 1/11/06 P belastning 6 5 Kg P/time TP Rævså TP Andet 1 0 1/11/04 1/12/04 1/1/05 1/2/05 1/3/05 1/4/05 1/5/05 1/6/05 1/7/05 1/8/05 1/9/05 1/10/05 1/11/05 Figur 4.5 P belastning fra åer og pumpestation i perioderne og I kalibreringsperioden ( ) tilføres der 126 ton N og 3.3 ton P til fjorden hvoraf 87-88% tilføres via Rævså, se tabel 4.2a. 87% af det tilførte N er som NO 3 hvorimod kun 38% af det tilførte P er som PO 4. I forhold til N tilføres en langt større del af P som partikulært bundet P til fjorden. I valideringsperioden ( ) tilførtes 167 ton N og 3,86 ton P til fjorden. Der er ikke data for IN fra Rævså i 2004, hvorfor det antages at fordelingen mellem IN/TN er tilsvarende som i I valideringsperioden udgjorde PO 4 27,5% af det tilførte TP. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 25 DHI - Institut for Vand og Miljø

28 Tabel 4.2a Belastning af N og P til Norsminde Fjord i perioden til Kilde TN Ton/år IN Ton/år TP Ton/år PO 4 -P Ton/år Rævså ,89 1,10 Andre kilder ,41 0,16 Atmosfære 2 0,02 I alt ,30 1,26 Tabel 4.2b Belastning af N og P til Norsminde Fjord i perioden til Kilde TN Ton/år IN Ton/år TP Ton/år PO 4 -P Ton/år Rævså 147? 3,38 0,93 Andre kilder 21? 0,48 0,13 Atmosfære 2 0,02 I alt 167? 3,86 1, Sedimentets puljer af N og P næringsstoffer. EU modellen skal bruge en række kort over forskellige puljer og parametre i sedimentet. Kortene omfatter sedimentets densitet (g VV/ cm 3 ), tørstofindhold (g TS/g VV), den jernbundne P pulje (g P/m 2 ), puljen af udveksleligt P bundet til organisk stof (SOP, g P/m 2 ) samt udveksleligt N bundet til organisk stof (SON, g N/m 2 ) Til estimering af disse puljer er der anvendt målinger af overflade sedimentet (0-1 cm), som er taget i forbindelse med faunaundersøgelser på 15 stationer i årene 1991 og 2003, samt profilmålinger foretaget i september 2005 (3 stationer) og i marts 2006 (9 stationer). Placering af stationerne fremgår af figur B2.1 i bilag 2. I forbindelse med faunaundersøgelserne er der målt tørstof og glødetab på sedimentprøverne. I forbindelse med profilmålingerne i september 2005 er der målt tørstof, glødetab, TC, densitet, jernbundet P, TP og TN i dybdeintervallerne 0-0,5 cm, 0,5-1 cm, 1-2 cm, 2-3 cm, 3-4 cm, 4-7cm og 7-10 cm. I foråret 2006 er der målt de samme parametre som i efteråret 2005 på hver cm i dybdeintervallet 0-7 cm. Samlet er der målt tørstof og glødetab i sedimentets overflade på 25 stationer med 42 uafhængige målinger over perioden Der er målt sedimentprofiler på 10 af disse stationer i Det har ved andre undersøgelser på andre fjordsystemer (Ringkøbing Fjord, Nissum Fjord) vist sig, at der er en god sammenhæng mellem densitet, glødetab, tørstof densitet samt N og P puljer af overfladesedimentet og det underliggende sediment. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 26 DHI - Institut for Vand og Miljø

29 Udarbejdelsen af sedimentkort har derfor taget udgangspunkt i at etablere kort over overfladesedimentets (0-1 cm) densitet, glødetab og tørstof for derefter at finde relationer mellem disse parametre og parametre og puljer i 0-7 cm dybde som skal bruges ved modelberegningerne, se bilag 2. Figur 4.6 Plot af kort over den udvekslelige pulje organisk P og N i 0-7 cm M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 27 DHI - Institut for Vand og Miljø

30 Figur 4.7 Plot af kort over tørstofindholdet i 0-7 cm samt den jernbundne P pulje 0-7 cm I bilag 2 findes en nærmere beskrivelse af fremkomsten af de kort som anvendes i modellen, som omfatter kort over af densitet, tørstofindhold, pulje af mineraliserbart N (SON), mineraliserbart P (SOP) samt PO 4 adsorberet til oxideret jern. Se figur 4.6 til 4.7. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 28 DHI - Institut for Vand og Miljø

31 De totale puljer i fjorden af udveksleligt organisk N og P samt jernbundet P (FeP) er hhv. opgjort til 51 ton N, 4,6 ton P samt 3,5 ton P. Anvendes en metode, hvor fjorden opdeles i 3 zoner (yderdel, midterdel & inderste del), samt anvendes kun målinger fra forår 2006, bliver puljen af SON, SOP og FeP hhv. 15%, 3% og 21% større. De mest retvisende puljer antages at være dem, der er beregnet ud fra sedimentkort, idet der ved denne metode i højere grad tages hensyn til den geografiske fordeling af densitet, tørstof og glødetab, ud fra hvilke puljerne bestemmes. Puljen af SON udgør ca. 50% af årsbelastningen af N, hvorimod puljen af SOP, og FeP udgør 1,4 og 1 gange årsbelastningen af P. Opgørelserne tyder således på, at P i gennemsnit har en større opholdstid i fjorden end N. Dette passer med, at P i højere grad end N er bundet til fine sedimentpartikler, idet PO 4 kan blive bundet til oxideret Fe, som findes i sedimentoverfladen. Tabel 4.3 Puljer af udveksleligt organisk N (SON), P (SOP) og jernbundet P (FeP) i sedimentet af Norsminde Fjord. 1 : Puljer estimeret på grundlag af regressioner, se bilag 2. 2 : Puljer baseret på målinger fra forår 2006, hvor fjorden er delt op i 3 zoner, yderste del (st.13-15) midterste del (st.3-6) og inderste del (st. 7-9) Dybde og metode SON Ton N SOP Ton P FeP Ton P 0-7 cm, Kort 1 51,07 4,60 3, cm, 3 Zoner 2 58,69 4,85 4,17 Den udvekslelige P pulje er tidligere i 1992 målt og estimeret til at være 25 tons, ref. /4/, hvilket betyder, at P puljen i sedimentet er reduceret til ca. 1/3 i over 14 år Bunddyrenes græsning af plankton Bunddyr som sandmuslinger, hjertemuslinger eller blåmuslinger samt almindelig frynseorm (Hediste diversicolor) græsser på planteplanktonet. I modellen er der mulighed for at indlægge et kort over skalarealet på muslinger som en parameter, hvorfra der beregnes et græsningstryk. Der eksisterer ikke nogen biomasseopgørelser af bundfaunaen, som kan anvendes til at lave et sådant kort. Ud fra faunaundersøgelsen fra 1992, ref. /4/ samt vegetationsundersøgelsen i 2006 ref. /5/ kan det dog konstateres, at der er blåmuslingebanker ved slusen, at der er en pæn bestand af Hediste i den inderste del af fjorden, at der på visse stationer er målt høje biomasser af sandmuslinger (op til 1 kg tørvægt pr. m 2 ), og at der er en bestand af hjertemuslinger. Samlet giver det et billede af, at bunddyrene kan være betydende for omsætningen af organisk stof og næringssalte i fjorden. M:\Personlig\Life 2007\Norsmimde_model_slutversion.doc 29 DHI - Institut for Vand og Miljø