Nettobelastning av metaller i Dalälven

Belastning och utsläpp av metaller till vatten rapporteras inom ett flertal internationella rapporteringar; årligen till HELCOM och OSPAR samt vart tredje år till EEA WISE SoE Emissions. Cd, Pb, Hg och Ni ingår i listan av prioriterade ämnen enligt dotterdirektivet (2008/105/EG) till EUs ramdirektiv för vatten (2000/60/EG). För att analysera utsläpp och transport av metaller till inlandsvatten och havet måste källorna, men även avskiljning (retentionen) från källan till havet beräknas. En av de viktigaste indataparametrarna för att beräkna retention av metallerna är partikulär andel av metallerna i vatten.

Syftet med detta projekt var att beräkna retention av metaller under transport från källan till havet i ett helt huvudavrinningsområde, Dalälven. Syftet var vidare att ta fram bättre regressionsekvationer som kan skatta andel partikulär metall med ytterligare styrande data utöver de kemiska parametrar som användes i tidigare studier och som kan ta hänsyn till förutsättningarna i Dalälvens avrinningsområde. Detta arbete bygger vidare på en tidigare testad retentionsmodell och framtagna regressionsekvationer för partikulär andel metaller (Lindström och Håkanson 2001,  Ejhed m.fl.2011) och bruttobelastning (utsläpp vid källan) av metaller beräknat för avrinningsområden i hela Sverige (Ejhed m.fl., 2010). De metaller som hanterades i projektet var de prioriterade ämnena Cd, Hg, Pb och Ni, samt Cu och Zn som prioriterades av Naturvårdsverket.

För att förbättra regressionsekvationer för beräkning av andel partikulära metaller och anpassa till Dalälvens avrinningsområde utökades den befintliga miljöövervakningen i Dalälven genom detta projekt med provtagning och analys av metaller i ofiltrerade prover både vid de redan befintliga provplatserna och vid ytterligare fem provplatser, i samråd med länsstyrelsen i Dalarna. Både flödesdata, andra kemidata och markanvändning studerades för att bestämma vilka faktorer som styr andel metaller i partikulär form. Ekvationer togs fram för beräkning av andel metaller i löst form för alla ovan nämnda metaller. Tillsammans med totalhalterna kan andel metaller i partikulär form skattas för alla metallerna i alla områden.

Av analysen framgår att det finns stora skillnader för partikulär respektive löst andel för de olika metallerna och de olika områdena. Den största källan till variation är dock pH. I sura vatten så som Lill-Fämtan är nästan alla metaller i löst form medan i mer alkaliska områden så som Dalälven Älvkarleby finns mycket större andel metaller i partikulär form. Vatten med större tillrinningsområden har oftast högre pH värden eftersom bidragen av välbuffrat grundvatten är större. Detta gäller också för sjöar med längre uppehållstider. Områden med stor andel åkermark och låg terräng uppvisar också högre andel metaller i partikulär form (Holen). Detta härrör förmodligen av mobilisering av större andel partiklar än i de andra vattendragen. Regressionerna som framtogs i denna rapport verka vara någorlunda universella för alla studerade områden och påverkas inte av markanvändning eller om områdena är påverkade. Andel partikulära metaller varierar från 12% för Cu till 92% för Hg.

En förenklad retentionsmodell utvecklades baserat på sjöarea, medeldjup, medeltillrinning, partikulär andel metaller och fallhastighet för metallerna i Dalälvens avrinningsområde. Nettobelastningen och transport mellan delavrinningsområdena i Dalälven ner till havet beräknades genom att använda uppsättningen av HYPE-modellen baserat på Svenskt vattenarkiv 2010_2. Retentionsmodellens tillförlitlighet testades genom att jämföra beräknad retention med motsvarande uppmätta värden i tre sjöar i Dalälvens avrinningsområde. Det konstaterades att den förenklade modellansatsen tämligen väl beskriver retentionen för de undersökta metallerna.  Den största avvikelsen noteras för Cu där den genomsnittliga retentionen underskattas med 16 procentenheter medan det för Zn och Pb skiljer 8 procentenheter mellan empiriskt och modellerat värde. Den sammanlagda retentionen för metallerna till havet varierar från 35% för Cu till 78% för Hg. Den inbördes skillnaden mellan olika metaller beror av deras varierande partikelbundna förekomst.

Detta projekt har tagit fram en generell modell som med fördel skulle kunna appliceras och testas på andra avrinningsområden. Modellen kräver inte särskilt mycket indata, vilket kan anses vara en fördel då mycket indata sällan finns att tillgå i huvuddelen av Sveriges avrinningsområden. Modellen ger beräknad nettobelastning av källor till metaller och transport genom avrinningsområden, vilket är aktuellt och efterfrågat för påverkansanalys enligt ramdirektivet för vatten.

Modellresultaten visar att beräkningar av retention och nettobelastning är ett nyttigt verktyg för att verifiera resultat av bruttobelastning och redovisning av källor till belastning. Det blev tydligt att det saknas källor i beräkningen av bruttobelastningen i Dalälvens avrinningsområde. Det troliga är att läckage från gamla gruvdeponier saknas, men även att lokala variationer med högre läckage från diffusa källor kan orsaka skillnaden i uppmätt flodtransport och beräknad belastning.