Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 376: Empiriske sømodeller for sammenhænge mellem indløbs- og søkoncentrationer af fosfor og kvælstof

Søndergaard, M., Nielsen, A., Levi, E.E., Johansson, L.S., Sørensen, P.B. & Trolle, D. 2020. Empiriske sømodeller for sammenhænge mellem indløbs- og søkoncentrationer af fosfor og kvælstof. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 32 s. - Videnskabelig rapport nr. 376.
http://dce2.au.dk/pub/SR376.pdf

Sammenfatning

Indholdet af næringsstoffer – især fosfor og kvælstof – sætter de overordnede rammer for søers vandkvalitet og den økologiske tilstand. For at kunne vurdere, hvilken indsats der eventuelt er nødvendig for at opnå mindst en god økologisk tilstand, er det derfor vigtigt med et godt kendskab til søernes næringsstoftilførsel, og hvilken søkoncentration denne kan forventes at resultere i.

Formålet med denne rapport er at anvende et større og opdateret datamateriale samt foretage genberegninger af næringsstofbidraget fra det umålte opland til at vurdere, om de nuværende anvendte empiriske modeller for sammenhænge mellem kvælstof- og fosfortilførsel til søer og den resulterende søkoncentration skal revideres. Den hydrauliske opholdstid inddrages til at opstille simple empiriske modeller for sammenhæng mellem tilførsel og søkoncentration af fosfor og kvælstof.

Modellerne er etableret på baggrund af opdaterede og længere tidsserier end tidligere af målinger af stoftilførsel og søkoncentrationer. Der er taget udgangspunkt i Vollenweider-modellen, der også blev anvendt ved udarbejdelsen af de første vandplaner (2009-2015), samt den modificerede OECD-model, der er anvendt i de nuværende vandområdeplaner (2015-2021). Det anvendte datasæt omfatter en bruttoliste med 50 søer, som i den endelige analyse blev reduceret til at omfatte data fra 20 søer (189 søår). Dette skete for blandt andet at frasortere søer, som ikke antages at være i ligevægt med den eksterne belastning, og derfor ikke opfylder kriterierne for disse empiriske analyser. I forhold til tidligere analyser, hvor data fra 2000 og frem blev anvendt, er der endvidere gennemført separate analyser, hvor kun data fra 2005 og frem er anvendt. Endelig er der også gennemført analyser, hvor der kun anvendes data fra søer og år, hvis mindst halvdelen af den beregnede fosfor- eller kvælstoftilførsel stammer fra målte deloplande. Det vil sige, at belastningsdata, hvor størstedelen udgøres af bidrag fra det umålte opland, som formentlig indebærer mere usikre beregninger, udelades fra analyserne.

Det beskedne antal på 20 søer gør analyseresultaterne usikre, ikke mindst hvis der ønskes en underinddeling i specifikke søtyper. Usikkerheden i de etablerede sammenhænge øges også, ved at det ikke med sikkerhed kan afgøres om de søer, som er anvendt i analyserne, helt er i ligevægt med den eksterne næringsstoftilførsel. Endvidere udgøres det tilgængelige datasæt næsten udelukkende af næringsrige søer, hvilket betyder, at modellerne er bedst til at udtale sig om sammenhænge mellem tilførsel og søkoncentrationer i uklare søer, som må forventes at være i moderat, ringe eller dårlig økologisk tilstand. Samtidigt er det dog også disse søer, hvor det især er nødvendigt at reducere næringsstoftilførsel og anvende empiriske modeller.

For fosfor viser de nye analyser, at der kan etableres empiriske sammenhænge, hvor forklaringsværdien (R2) øges noget i forhold til de nuværende anvendte modeller. Således kan der opnås en forklaringsværdi af variationen af data på 59 % ved anvendelsen af den modificerede OECD-model med tre koefficienter, hvis alle år fra 2000-2018 anvendes, og hvis kun søer, hvor mindst halvdelen af fosfortilførsel stammer fra målinger, indgår. Det anbefales at anvende disse empiriske modeller til fremtidige beregninger af sammenhænge mellem tilførte fosforkoncentrationer og søkoncentrationer. I de tidligere anvendte modeller (data fra 2000-2011) var forklaringsværdien på 45 %. Forklaringsværdier og MSE-værdier (Mean Squared Error) for de nye modeller ændres ikke væsentligt af, om der anvendes data fra 2000-2018 eller fra 2005-2018, og det tyder dermed ikke på, at evt. manglende ligevægtsforhold i perioden 2000-2005 har stor indflydelse på de empiriske sammenhænge. Derimod betyder fravalget af data fra søer, hvor det umålte opland udgør størstedelen af den samlede fosfortilførsel, en øget forklaringsværdi. Hermed indikeres, at selve beregningerne af fosfortilførsel fra et umålt opland udgør en væsentlig usikkerhedsfaktor for de empiriske sammenhænge mellem fosfortilførsel og fosforkoncentrationer i søer. En sammenligning mellem de empirisk modelberegnede fosforkoncentrationer baseret på det ”gamle” og det ”nye” modeludtryk grupperer sig fortrinsvis omkring 1:1-linjen. For en del søers (søårs) vedkommende er der betydelige forskelle, og der er søer og år, hvor forskellen mellem ”gammel” og ”ny” modelleret TP er mere end en faktor to.

For kvælstof kan der etableres noget stærkere empiriske sammenhænge mellem den eksterne kvælstoftilførsel og den målte søkoncentration end for fosfor. Forklaringsværdien ligger omkring 75 %. Hverken forklaringsværdi eller spredningen (repræsenteret ved MSE) adskiller sig væsentligt fra modeltyperne anvendt i de nuværende vandområdeplaner. I modsætning til fosfor, så øges forklaringsværdien ikke ved at udelade målinger, hvor de målte værdier for kvælstoftilførsel udgør mere end halvdelen af den samlede kvælstoftilførsel.