Modellering av kväveavskiljningen under fyra år i en anlagd våtmark på Lilla Böslid, Halland

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Kvävebelastningen på sjöar och hav har ökat markant de senaste tiotal åren. Jordbruket står
för ca 50 % av de svenska kväveutsläppen som människan bidrar till. En ökad
kvävebelastning på haven kan leda till övergödning, vilket får en stor negativ effekt på
vattenekosystemen. Ett sätt att minska övergödningsproblematiken är att öka vattnets
uppehållstid i landskapet genom att anlägga nya eller restaurera gamla våtmarker i
jordbruksintensiva områden som t ex. Halland och Skåne. I våtmarker sker det en naturlig
omvandling av kvävet till ofarlig kvävgas, vilket minskar risken att kvävet i allt för stora
mängder når haven. För att kunna anlägga en ny eller rekonstruera en gammal våtmark så att
den blir så kostnadseffektiv som möjligt måste våtmarkens avskiljningskapacitet kunna
predikteras. Med matematiska modeller kan en s.k. retentionshastighetskoefficient beräknas,
ett värde som talar om hur mycket kväve som avskiljs i våtmarken under en viss tidsperiod i
förhållande till rådande hydraulisk belastning, vattentemperatur och inkoncentration. En väl
utvecklad modell ger en möjlighet att beräkna retentionens storlek, utifrån alternativa
förutsättningar. Problemet med denna typ av modellering är att det är många faktorer som
inverkar på avskiljningskapaciteten och att en del av dem varierar över tiden. Detta bidrar till
att det är svårt att få fram en modell som både väger in de olika faktorernas betydelse och
samtidigt innebär att kostnaderna för indata hålls på ett minimum.
I denna studie beräknas retentionshastighetskoefficienten fram för en anlagd våtmark på Lilla
Böslid, Halland. Beräkningarna sker med två olika modeller, en tidigare publicerad, modell A
samt en modell B, som är en vidareutveckling av den första modellen. Indata till modellerna
är tagna under två olika tidsperioder, den ena (mars-maj, 2002) representerar en intensiv
provtagningsperiod med i stort sett dagliga indata och den andra (mars-oktober, 2003)
representerar en längre provtagningsperiod där mätdata är linjärinterpolerad för att erhålla
dagliga kvävekoncentrationer in och ut. Det visade sig att retentionshastighetskoefficienten
varierade stort, mellan 0,0034 m dygn-1°C-1 och 0,0113 m dygn-1°C-1 för totalkväve och
mellan 0,0048 m dygn-1°C-1 och 0,018 m dygn-1°C-1 för nitratkväve, beroende på vilken
modell och vilken indata som använts. Det går dock inte att avgöra vilket värde som är mest
realistiskt. Vad som framgår är att det är av stor vikt att indata representerar både höga och
låga vattenflöden samt att den visar kvävebelastningens variationer över året. Indata bör
således representera en så lång tidsperiod som möjligt, företrädesvis ett år, för att
retentionshastighetskoefficienten för den specifika våtmarken ska bli så representativ som
möjligt.
Modell A uppvisade vid högflöden en bättre överrensstämmelse än modell B mellan
utkoncentrationerna enligt modellen och observerade värden vilket är avgörande för att
erhålla ett rimligt värde på årlig retention. Totalkväveretentionen under åren 1999-2002
varierade mellan ca 600 och 2 100 kg ha-1år-1 beräknat med modell A, ka-värden kalibrerade
med 2003 års data, samt dagliga inkoncentrationer beräknade från vattenflödet. Det kan
konstateras att retentionen varierar stort år från år och att den största absoluta
kväveretentionen, enligt modellerna, sker under vår och höst när belastningen från omgivande
jordbruksmarker är som störst.

Abstract

Political decisions have resulted in more focus on how to optimize wetlands natural ability to
lower nitrogen fluxes in order to minimize the problem with eutrophication in costal areas.
However there is no exact knowledge how to calculate the effectiveness of nitrogen removal
in wetlands with natural water flow due to the many biochemical and hydrological processes
that interact. In this study two mathematical models for nitrogen removal are evaluated, model
A and model B. In both models wetlands are viewed as completely mixed batch reactors,
where nitrogen removal is assumed to be area dependent. Model B is an attempt to
compensate for that the volume of the wetland varies over time and that a certain
concentration of nitrogen in each water batch remains in the wetland for an additional period
of time. The evaluation shows that Model A constantly results in lower removal values than
Model B. There is a problem how to handle the situation during extreme water discharge,
since both models underestimate the nitrogen concentration in the outflow. Regardless of
what model is chosen it is clear that frequent sampling during a longer time period is
necessary in order to verify the chosen model. Also the hydraulic differences between
different parts of the wetland should be considered when developing a more accurate nitrogen
removal model. Removal rate coefficients where calculated according to Model A and Model
B for a wetland in Lilla Böslid in the south western part of Halland, Sweden. The input data
represented two time series: one short and intensive sampling period with nearly daily grab
samples and one longer sampling period where the daily concentrations where calculated with
linear interpolation. Longer sampling period represented the natural variations in water
discharge and temperature in a more accurate manner. The magnitude of the removal rate
coefficient varied due to the different models, where Model A resulted in lower coefficients
than Model B. The different models were set up for a 4-year period (1999-2002) to calculate
the absolute nitrogen removal from the wetland in Lilla Böslid. The yearly nitrogen removal
differed strongly between years. High absolute nitrogen retention mainly occurred when the
nitrogen loading was high, during spring and autumn.

• author: Tollebäck, Erika
• supervisor: Stefan Weisner
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Modelling of nitrogen retention in a constructed wetland over a four year period
• year: 2005
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: naturgeografi, climatology, cartography, eutrofiering, eutrophication, wetlands, nitrogen removal, physical geography, pedology, geomorphology, geomorfologi, marklära, kartografi, klimatologi
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 119
• funder: Stiftelsen Svensk Växtnäringsforskning (SV)
• language: Swedish
• additional info: Stefan Weisner, Våtmarkscentrum, Högskolan i Halmstad.
• id: 1333012
• date added to LUP: 2005-10-03 00:00:00
• date last changed: 2011-12-13 13:51:51