Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 84: Projekt om måling af nitrat i dræn og vandløb. Analyse af eksisterende data og felttest af sammenhængen imellem drænafstrømning og nitrattransport indenfor deloplande

Poulsen, J.S., Blicher-Mathiesen, G., Ovesen, N.B., Højbjerg, A.L. & Piil. K. 2016. Projekt om måling af nitrat i dræn og vandløb. Analyse af eksisterende data og felttest af sammenhængen imellem drænafstrømning og nitrattransport indenfor deloplande. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 72 s. - Teknisk rapport fra DCE - Nationalt Center for Miljø og Energi nr. 84.  http://dce2.au.dk/pub/TR84.pdf

 

Sammenfatning

 

Denne rapport beskriver resultaterne opnået i Projekt om måling af nitrat i dræn og vandløb ‑ Analyse af eksisterende data og felttest af sammenhængen imellem drænafstrømning og nitrattransport indenfor deloplande. Projektrapporten er en del af et overordnet projektsamarbejde imellem GEUS, SEGES, DCE/Institut for Bioscience, Aarhus Universitet, NaturErhvervstyrelsen, Naturstyrelsen og med Miljøstyrelsen som projektleder. Rapporten dækker aktiviteter udført primært af DCE og GEUS med bidrag fra SEGES. Projektets overordnede hensigt har været at styrke den fælles forståelse af muligheder og begrænsninger ved brug af målinger i dræn til estimering af drænvandsafstrømning og kvantificering af N-udledning via dræn.

 

Det specifikke formål med den del af projektet, der afrapporteres i denne rapport, har været, at undersøge mulighederne for at udvikle et screeningsværktøj til estimering af drænvandsafstrømning. Det er undersøgt, om relativt få øjebliksmålinger af drænvandføring og en relation til den nærmeste vandløbs- eller drænstation kan anvendes til at give et estimat af den samlede årlige drænvandsafstrømning. Afstrømningsanalysen er udført på allerede eksisterende data primært fra Landovervågningsprogrammet (LOOP-oplandene 1, 2 og 4) men også på data fra projektet Varslingssystem for Pesticider (VAP-markerne Estrup, Silstrup og Faardrup). Som supplement til denne analyse, er den nationale vandressourcemodel anvendt til at belyse i hvilken udstrækning en relation mellem drænafstrømning og vandløbsvandføringen er afhængig af drænvandets andel i forhold til de samlede vandføring. Derudover er der udført tre felttests af fem forskellige metoder til at udføre direkte målinger af drænvandsafstrømningen ved drænudløb i oplandet til Saltø Å. Som et supplement til afstrømningsanalyserne er der endvidere indsamlet prøver af jordens mineralske N-indhold (N-min) i Saltø Å oplandet og i to af LOOP-oplandene (1 og 4).

 

Afstrømningsanalyserne har vist, at mulighederne for anvendelse af et screeningsværktøj til bestemmelse af drænafstrømning er meget afhængig af de lokale hydrogeologiske- og jordbundsforhold. Overordnet er der tre forhold, som afstrømningsanalyserne særligt har belyst. Det ene forhold er, at en kort geografisk afstand imellem de dræn- og vandløbsoplande man ønsker at sammenligne, ikke er garant for opnåelse af en god relation imellem afstrømningen i dræn og vandløb. Dette ses bl.a. ved, at der generelt opnås en bedre relation imellem drænafstrømningen i VAP marken Estrup og vandløbsafstrømningen ved vandløbsstationen i Gamst Møllebæk, der ligger mere end 5 km væk i nabooplandet; end de relationer der kan etableres imellem dræn og vandløbsstation i LOOP 4, hvor afstanden imellem stationerne er mindre end 1 km. Dette forklares med, at de lokale afstrømningsforhold, særligt for mindre drænoplande, er styrende for afstrømningen, og disse forhold kan variere betydeligt indenfor selv korte afstande.

 

Det andet forhold, som analysen viser, er, at afstrømningsrelationer imellem individuelle dræn, selvom de ligger tæt på hinanden indenfor det samme vandløbsopland, kan være vanskelige at etablere. Dette ses bl.a. i LOOP 4, hvor afstrømningsrelationerne imellem dræn 6 og dræn 2 generelt er dårligt bestemt, med middelafvigelser på op til 70 % imellem målt og modelleret drænafstrømning og store år til år variationer. Dette skyldes formentlig, at markkapaciteten i den enkelte mark, som er drænet, vil være styrende for afstrømningsrespons i drænene, og dette forventes at kunne variere betydeligt fra drænopland til drænopland. Dermed tyder analysen på, at en relation imellem dræn og vandløb i nogle tilfælde vil være bedre bestemt end relationen mellem individuelle dræn, da afstrømningens variationer i det større vandløbsopland vil være mere dæmpet end i dræn.

 

Det tredje forhold, som afstrømningsanalyserne viser, er, at der i grundvandspåvirkede dræn er større sandsynlighed for at etablere robuste sammenhænge til afstrømningen ved en vandløbsstation. Dette illustreres tydeligt i LOOP 2, hvor afstrømningsrelationerne imellem dræn og vandløb er godt bestemt, med afvigelser imellem målt og modelleret drænvandføring på under 10 % for hele den undersøgte periode (1990-2014). Disse forskelle forklares bl.a. med, at både dræn og vandløb i LOOP 2 er påvirket af trykvand fra grundvand, hvilket medfører, at vandføringen begge steder er mindre afhængig af de helt lokale forhold og i højere grad styres af den overordnede grundvandstand og grundvandsdynamik.

 

Analysen gennemført med den nationale vandressourcemodel indikerer, at der generelt opnås en mindre god relation mellem drænstrømning og nedstrøms vandføringsstation, i tilfælde hvor drænbidraget udgør mindre end 20 % af den samlede vandføring. For oplande med en større andel af drænvand er størrelsen af drænbidraget mindre betydende, specielt når analysen gennemføres på en 25 ha skala. For denne skala ses der lige store variationer mellem områder med samme drænbidrag som mellem områder med forskellige drænbidrag. Dette resultat understøtter således analysen gennemført for de målte oplande, som indikerer, at de helt lokale hydrogeologiske forhold i mange tilfælde er dominerende for drændynamikken.

 

De udførte felttests af metoder til måling af drænvandføring i drænudløb viste, at de testede metoder til at udføre punktmålinger i dræn kan dække både forskellige typer af drænudløb og forskellige afstrømningsniveauer. De betydeligste udfordringer i forhold til punktmålingerne af drænvandføringen var, at der dels var en del dræn, som ikke kunne lokaliseres, og dels at nogle af drænrørene var ødelagt, og i nogle tilfælde med diffus udstrømning via brinken. Ingen af de testede metoder kunne benyttes i de dræn, hvor drænrørets udløb var gået i stykker. Dermed konkluderes det, at metoderne til at måle punktafstrømninger i veldefinerede drænrørsudløb eksisterer, men at mulighederne for at måle afhænger helt af tilstanden af det enkelte drænrørsudløb.

 

I forbindelse med drænafstrømningsanalyserne i LOOP 1 og 4 og i Saltø Å oplandet blev der lavet en sammenligning imellem N-min målinger, beregnet markoverskud og (i Saltø Å-oplandet) drænvandskoncentrationer af N. Sammenligningen viste ikke nogen sammenhæng imellem disse parametre. Analysen er begrænset af, at der kun er udtaget prøver i én sæson og kun i to oplande, hvilket ikke er tilstrækkeligt til at udføre en mere dybdegående analyse af de komplekse processer, der styrer N-udvaskningen og samspillet med den udledning, der sker via drænene.    

Det konkluderes i rapporten, at der ikke på baggrund af de udførte analyser kan etableres en generel anbefaling i forhold til et screeningsværktøj til bestemmelse af drænafstrømning. Begrænsningen i forhold til udvikling af et screeningsværktøj ses primært i forbindelse med muligheden for at etablere robuste vandføringsrelationer imellem dræn eller imellem dræn og vandløb, hvor forhold som f.eks. nedbørsgradienter, jordens vandindhold, drænintensitet og lokale forskelle i jordtyper forventes at være afgørende. For LOOP 2, hvor både dræn og vandløb er påvirket af drænvand, blev der fundet en god relation mellem dræn og vandløb. Da datamaterialet er meget begrænset, og eksempelvis kun indeholder én station påvirket af trykvand, kan der ikke drages en sikker konklusion på basis heraf, om end en høj andel af trykvand må forventes at forøge mulighederne for opnåelse af en god korrelation. Med det tilgængelige datamateriale har det heller ikke været muligt at identificere andre forhold/typologier, hvor en god korrelation generelt må kunne forventes. De præsenterede analyser er begrænset af, at der kun indgår få oplande i analysen; oplande som ikke dækker et generelt repræsentativt udsnit af danske dræn- og vandløbsoplande. I forhold til et videre arbejde med metoder til at bestemme drænafstrømningen ville det derfor være relevant at medtage flere oplande i analysen, og dermed få en bedre dækning af forskellige oplandstyper.