Att halten organiskt kol ökar i många sjöar är en källa till oro i många länder, men kanske särskilt i länder som ligger i den tempererade zonen, som Sverige. Såväl löst som partikulärt organiskt kol kan transportera föroreningar och inverka negativt på dricksvattenreningen. I ett delprojekt till Formasprojektet ”The color of water”, eller COW, har forskare på SLU gjort en långsiktig studie av hur halterna totalt (partiklar och löst) organiskt kol (TOC) varierar i Fyrisån under perioden 1995-2010 (Ledesma et al, 2012).
Av: Kenneth M Persson
Bakgrund
Som väl många vet är Fyrisån en viktig ytvattentäkt för konstgjord grundvattenbildning i Uppsala och levererar dricksvatten till ca 200.000 personer. I studien studerades hur TOC-dynamiken varierade som funktion av nederbörd och avrinning i Fyrisåns avrinningsområde med hjälp av modellverktygen INCA-C (integrerad avrinning av organiskt kol) och HBV (SMHI:s generella modell för avrinning).
Anledningen till att halterna löst organiskt kol (DOC) ökar i ytvatten i Europa, särskilt i Norden och östra Nordamerika är fortfarande inte klarlagt, men några mekanismer är föreslagna. Det finns ett samband mellan ökande DOC i ytvatten och minskande nedfall av sulfat, eller mindre surt regn. Häftigare nederbördsmönster, högre temperatur och andra klimatändringar kan också påverka. Brukningsmönster av mark, utdikning, odling av barrträd med flera förändringar i markanvändning har också rapporterats som orsak till ökade DOC-koncentrationer i ytvatten.
I många länder används ytvatten till dricksvatten. Föroreningar och toxiska ämnen behöver avskiljas innan vattnet uppfyller kraven på prima dricksvatten. Även om DOC inte är toxiskt i sig, kan det komplexbinda metaller som koppar, bly och kvicksilver, och transportera föroreningar i ytvattnet. DOC är också en viktig källa till bildning av trihalometaner (THM) vid desinfektion av dricksvatten genom klorering.
Försöken
För Fyrisån har TOC-halten ökat i 17-årsperioden från 1995 till 2011. Medelhalten TOC under denna period var 14,8 mg / liter, men toppar noterades 2009 (medelhalt 22,7 mg / l) för att minska något till 19,3 mg / l år 2010 och 16,6 mg / l år 2011. I genomsnitt var temperaturen i Fyrisåns avrinningsområde 6,6 ° C under 1990-2011, medan nederbörden var 561 mm/år i snitt. Den lägsta och högsta årliga medeltemperaturen registrerades 1996 och 2011 (respektive 5,1 ° C och 7,8 ° C ) medan den lägsta och högsta genomsnittliga nederbörden uppmättes 1993 (443 mm) och 2008 (665 mm).
TOC-transporten från mark i Fyrisåns avrinningsområde uppskattades genom att den dagliga koncentrationen interpolerades ur månadsdata för vattenkvaliteten och flödet enligt SMHI:s flödesmodeller för avrinningsområdet. Genomsnittlig TOC-transport var 3,3 g/m2 och år för den studerande 16-årsperioden 1995-2010. Transport var lägst 1996 (0,8 g/m2 och år) och högst 2008 ((5,8 g/m2 och år).
Månadsvisa flöden och TOC-transport korrelerade starkt (r2 = 0,94). Detta är inte förvånande eftersom masstransporten är proportionell mot vattenflödet. Avvikelser kunde också identifieras, med två extremvärden för december 2008 (2,2 g/m2 och månad) och april 2010 (2,2 g/m2 och månad).
Månatlig TOC-transport korrelerar starkt med vattnets färgtal (r2 = 0,97), vilket tyder på en tydlig relation mellan organiskt kol och vattnet färg i vattendragen i avrinningsområdet.
Modellverktygen kunde inte producera dessa mycket höga korrelationer med data, men modellerna författarna såg tydliga samband mellan hydrologi och transport av organiskt kol för alla åren. Simuleringen för år 2009 avvek framför allt genom att underskatta TOC-koncentrationen under året, medan övriga simulerade år gav bättre överensstämmelse. Både dynamik och absolutvärden förbättrades exempelvis för åren 2010 och 2011.
Slutsatser
Författarna understryker behovet av att göra en manuell kalibreringen av modellen. Modellen kan också användas för att simulera andra kraftigare avbördningssituationer med häftigare regn, som skulle kunna leda till mycket förhöjda halter TOC i vatten. Modellen kan också användas till att generera framtidsscenarier om ändrad markanvändning och lufttemperaturer. Den är därför klart intressant för att undersöka framtida klimatförhållanden och deras konsekvenser i DOC koncentrationer. Inte minst bör den kunna användas som prognosunderlag för ansvariga på vattenverk för att uppskatta variationer i TOC eller DOC.
Vad gäller beräkningarna för 2009 menar Ledsma et al att det finns minst en okänd eller icke uppmätt parameter som påverkar TOC-halten i ytvatten.
Mätdata behöver kombineras med klimatmodeller för att beräkna förändringar i vattenkvalitet för alla de viktiga svenska ytvattentäkterna.
Källa: José L.J. Ledesma, Stephan J. Köhler, Martyn N. Futter: Long-term dynamics of dissolved organic carbon: Implications for drinking water supply. Science of the Total Environment 432 (2012) 1–11
Artikeln i Science of the Total Environment finns att köpa här.
