Förbättringar i beräkningar av jordbruksläckaget

I TRK-projektet beräknades närsaltbelastningen från Sverige till omgivande hav. I projektet gjordes utvärderingar av både kvalitén i indata och i resultat (se TRK-rapporten - Brandt, M. och Ejhed, H. 2003. TRK Transport - Retention - Källfördelning. Belastning på havet. NV 5247). En av de viktigaste förbättringsförslagen var att se över beräkningarna av jordbruksläckaget för kväve för vissa regioner.

I TRK beräknas markläckaget för olika markanvändningar i ett avrinningsområde genom att markarealen för respektive markanvändning multipliceras med en typhalt för denna markanvändning och med avrinningen för området. Summan av markläckaget från olika markanvändningar och punktutsläpp utgör bruttobelastningen lokalt från området. Typhalter (utlakningskoefficienter) för jordbrukets kväveläckage beräknas med SOILNDB modellen. I TRK-projektet genererades typhalter för 22 regioner, s.k. utlakningsregioner, för Sverige. Typhalterna för jordbruksmarkens läckage representerar förhållandena vid rotzonen, medan typhalter från övrig mark bygger på mätningar i små områden och representerar bidraget direkt till vattendraget.

Under vattnets och kvävets väg från de olika källorna till havet sker en tillförsel hela vägen samt en omvandling mellan olika former av kväve och en avskiljning av kväve (retention) från vattenfasen. I HBV-N modellen sker först en sammanräkning av bruttobelastningen och därefter simulering av retentionen. Retentionen delas upp dels i en markretention, dvs. det som sker från rotzonen i grundvatten och i markzonen tills vattnet når vattendraget, och dels det som sker i vattendrag och sjöar. Markretentionen berör därför enbart jordbruksläckaget och enskilda avlopp, där utsläppet beräknats ske i små diken eller i rotzonen. Både markretentionen och vattendrag/sjöretentionen baseras på samband som bygger på belastning och temperatur samt empiriska parametrar. Beräkningarna sker på dygnsbasis. Retentionsberäkningarna görs i två steg – först markretentionen och sedan sjöretentionen. De empiriska parametrarna tas fram regionalt utifrån en anpassning mot recipientdata (s.k. kalibrering). Parametrar för markretentionen tas fram för regionen genom kalibrering i små sjölösa områden. Parametern låses och därefter sker regional kalibrering av sjöretentionen för huvudavrinningsområden. Oberoende mätdata (som alltså inte använts för kalibrering) används vid valideringen.

I avrinningsområden utan eller med försumbar andel sjöar sker i stort sett ingen markretention under vinterhalvåret och detta ger en möjlighet att validera den simulerade halterna (blandningshalten utifrån olika markläckage och punktutsläpp) under vintern i vattendraget mot recipientdata. Dessa områden kan även användas för kalibrering av parametern för markretentionen (för oorganiskt kväve) för utlakningsregionerna. Parametrarna påverkar de simulerade halterna i stort sett enbart under de varmare årstiderna. Vid TRK-projektets start återfanns ca 50 områden med mätdata, som uppfyllde kravet på avsaknad av sjöar (inkl. även eventuella uppströmsområden). Av dessa är ca hälften TRK-områden och hälften betydligt mindre områden (delavrinningsområden). Dessa områden användes för kalibrering av parametern för markretentionen för respektive region och vid valideringen.

Vid valideringen med uppmätta halter för vinterhalvåret noterades dock att de beräknade kvävehalterna i vissa delar av Sverige var för låga. Sammanlagt 11 områden i 4 regioner identifierades, där beräknade kvävehalterna avvek i jämförelse med de uppmätta halterna och där det med stor sannolikhet kunde hänföras till jordbruksläckaget. Figur 1 visar områdenas position och yta i relation till närliggande utlakningsregioner.

Figur 1. Identifierade områden i södra och mellersta Sverige med avvikelser mellan beräknade och uppmätta halter, som kan kopplas till jordbruksläckaget. De färgade områden är de olika utlakningsregionerna.

De identifierade utlakningsregionerna är den sydligaste delen av 71 i Skåne, södra delen av utlakningsregion 12 i Halland, utlakningsregion 40 (Östergötaslätten) och 60 (Mälar- och Hjälmarbygden). Ytterligare en utlakningsregion inkluderades i utvärderingen, nämligen utlakningsregion 180 (västra delen av Norrland). Problem som uppdagades i dessa regioner samt tillvägagångssätt att analysera detta är sammanställda i bilaga 1.

En simulering som bygger på felaktiga eller ej representativa data innebär att transportberäkningen och källfördelningen för området blir mindre tillförlitliga och det får konsekvenser för transportberäkningen genom nedströms liggande områden. Det medför också att retentionskalibreringarna blir betydligt osäkrare och påverkar kvalitén i dessa. Kalibreringen innebär att man ändrar den fria parametern i retentionsfunktionen, som i övrigt påverkas av belastning och temperatur, så att de simulerade halterna överensstämmer så väl med de uppmätta halterna som möjligt. Erhålls för låga vinterhalter vid beräkningarna (vilket var fallet i alla här identifierade jordbruksregioner) så medför det att retentionen underskattas vid en strikt genomförd kalibrering, medan den överskattas när halterna blir för höga, vilket de t.ex. var i fjällen och i inre norra Norrland (för höga skogstyphalter). Detta innebär att man kan få till riktig halt längre ned i vattensystemet, men det medför samtidigt att man kompensera felaktiga indata med retention. För att undvika denna felaktiga kompensation gjordes kalibreringen alltid manuellt och vid systematisk avvikande haltnivå på vintern försökte vi främst få till dynamiken under året, i stället för att få så nära överensstämmelse mellan uppmätta och beräknade halter under sommaren. Detta påverkar i sin tur nedströms liggande områden med sjöar, där det kan vara svårt att bedöma hur långt man skall driva kalibreringen. Avvikelserna innebär därför inte enbart en osäkrare transport- och källfördelningsberäkning utan även en försvåring av kalibreringsarbetet samt en osäkerhet i retentionsbestämningen.

Denna rapport syftar till att utvärdera betydelsen av viktiga faktorer vid SOILNDB-beräkningarna, exemplifiera effekterna inom berörda områden och föreslå hur beräkningarna av jordbruksläckaget kan förbättras i framtiden. Detta gjordes genom att ta fram och testa metodik för eventuella förbättringar i SOILNDB-beräkningarna samt genom att utvärdera erhållna resultat i förhållande till arbetsinsats. Denna övning ger oss en fingervisning på vilka de mest effektiva förbättringar är med tanke på det befintliga underlaget och tillgängliga medel. En mer utförlig analys krävs för att kunna göra en kvantifiering av föreslagna åtgärder på regional och nationell nivå.