Korrigering av vattenkemi för kalkningspåverkan - Fölster, Jens; Köhler, Stephan; Brömssen, Claudia von; Rönnback, Pernilla; Akselsson, Cecilia (2011)
Kalkning för att motverka försurning har under flera decennier varit en av Sveriges största miljövårdsinsatser. Då försurningstrycket har minskat, finns behov av att minska kalkningsinsatserna. Kalkade sjöar och vattendrag som tidigare varit försurade börjar nu återhämta sig. Kalkdoserna kan då minskas och i en del fall helt avslutas. I vissa fall kan också kalkningen ha startats på felaktiga grunder eftersom underlaget för beslut om att kalka ibland var bristfälligt. När kalkning avslutas ska det inte av misstag ske i vatten som fortfarande är försurade så att återvunna biologiska värden går förlorade. Det är därför viktigt att i varje enskilt fall kunna bedöma hur surhet och försurning skulle vara i ett kalkat vatten om kalkningen avslutades. Den så kallade okalkade surheten och försurningen i kalkade vatten brukar i Sverige beräknas med hjälp av kvoten mellan icke-marint kalcium och magnesium, Ca*/Mg*, från närliggande okalkade referenssjöar. Metoden har använts i flera sammanhang och bedömts ge tillförlitliga resultat i regional skala, men för enskilda vatten är felen ofta stora. I utvärderingen av en stor inventering av alla kalkade så kallade målsjöar 2007 – 2008 poängterades vikten av att minska osäkerheten och att kunna bedöma storleken på osä- kerheten vid beräkning av okalkad surhet och försurning för enskilda vatten. I denna studie utvärderas den befintliga metoden för beräkning av okalkad kemi liksom ansatser till alternativa metoder. Vidare utvärderas variationen i tid och rum hos Ca/Mg i okalkade referenser i ett stort datamaterial med sjöar och vattendrag för att ge underlag till val av metod och beräkning av osäkerheten. Slutligen har verktyg tagits fram för beräkning av okalkad kemi, försurningspåverkan och osäkerheten. Variation i rum och tid av Ca/Mg studerades i ett flertal olika dataset omfattande: • Vattendragsnätverk med provtagning av alla bäckförgreningar i små skogsdominerade avrinningsområden med mellan 15 och 39 provplatser i varje område. • Skogsvattendrag med provtagning mellan 2 och 3 platser längs samma vattendrag omfattande 47 provplatser. • Målsjöundersökningens okalkade referenser utvalda av länsstyrelserna omfattande ca 1800 sjöar. • Trendstationer i 73 sjöar och 67 vattendrag inom den nationella miljöövervakningen. Den hittills använda metoden att beräkna okalkad kemi med den marinkorrigerade kvoten mellan kalcium och magnesium (Ca*/Mg*) jämfördes med motsvarande kvot utan marinkorrigering (Ca/Mg). Det visade sig av Ca/Mg gav mindre fel i uppskattningen av okalkad kemi jämfört med Ca*/Mg*. Ca/Mg var också stabilare i tiden jämfört med Ca*/Mg* som också hade nackdelen att kunna ge negativa värden på beräknad Ca-halt. Alternativa metoder för att beräkna okalkad kemi ur omgivningsfaktorer och kemiska variabler som inte påverkas av kalkning prövades, men de gav inte bättre resultat än metoden med Ca/Mg. Möjligheten att beräkna Ca/Mg ur mineralsammansättningen i markkemidata från miljöövervakningen i skogsmark (RIS-MI) prövades, men de gav stora fel 8 och en kraftig underskattning av Ca/Mg. Vi drog därför slutsatsen att metoden att beräkna okalkad kemi med Ca/Mg-kvoten från okalkade referenser var att föredra. Beräkningen av okalkad kemi med Ca/Mg gav varierande resultat för de olika dataseten. För vattendragsnätverken Krycklan och Ottervattsbäcken i norra Sverige gav modellen tillförlitliga resultat med små fel. I de sydliga vattendragsnätverken gav modellen acceptabla resultat i tre av fyra fall, men först efter att avvikande värden rensats bort. Motiven för att utesluta provplatser var att de hade avvikande geologi i avrinningsområdet eller var misstänkt påverkade av okänd kalkning. Resultaten tyder på att man måste granska referenser noga för att kunna sortera bort sådana som inte är representativa för de kalkade vatten som ska bedömas. Den visar också att man måste vara vaksam på att även om modellen ger god prediktion i de flesta fall, kan den i enstaka fall ge stora fel. Skogsvattendragen omfattar relativt små avrinningsområden som valts ut för att representera skogslandskapet och därför domineras av skog, myr och sjö i avrinningsområdet. För dessa vattendrag fungerade modellen väl, vilket är positivt eftersom den motsvarar vattendrag av samma karaktär och med samma fördelning över landet som många kalkade vatten. Resultaten från målsjöarnas referenser visade på större fel om man inte kunde hitta uppströms liggande referenser som motsvarar minst 20 % av avrinningsområdet. Eftersom uppströms liggande sjöar ofta används som åtgärdssjöar, d.v.s. de kalkas för nedströms effekt på målområden, är man oftast hänvisad till närliggande referenser utanför avrinningsområdet. Den rumsliga variationen ökar ofta med minskande storlek på avrinningsområdet, men för Ca/Mg var denna effekt liten. Det finns därför ingen anledning att utesluta referenser med små avrinningsområden, även om större avrinningsområden är att föredra. En databas med referenssjöar för värden på Ca/Mg togs fram. Den bestod av 1622 okalkade referenser inom målsjöinventeringen som provtogs både hösten 2007 och våren 2008. Sjöar med stor variation i Ca/Mg (skillnaden mellan de två provtagningarna i Ca/Mg större än 1) och misstänkt kalkpåverkade sjöar (både Ca/Mg > 3 och pH > 6,2) hade då rensats ut ur datasetet. I första hand bör uppströms liggande referenser väljas. Om det saknas uppströms liggande referenser bör referensvärdet för Ca/Mg beräknas som medelvärdet av referenserna inom 20 km avstånd bland de referenser som ingår i databasen. Detta värde gav i regel mindre fel än om den referens som länsstyrelserna valt ut för varje sjö användes. Två verktyg togs fram för beräkning av okalkad kemi och försurningspåverkan i kalkade vatten. Verktyget KALKREF tar fram medelvärde och standardavvikelse av Ca/Mg för referenser inom 20 km avstånd. Verktyget OKALK beräknar okalkad kemi, förbereder ett dataset för MAGICbibliotek och tar fram underlag för osäkerhetsbedömning med MonteCarlo-simulering. En tillämpning av verktygen på Målsjöinventeringen visade att 43 % av målsjöarna var försurade med högre sannolikhet än 80 %, medan 24 % hade lägre än 20 % sannolikhet för försurning. För 33 % av sjöarna låg sannolikheten för försurning mellan 20 % och 80 % vilket innebär att försurningsbedömningen är mycket osäker.