Nedbørsfeltorientert forvaltning av eutrofieringsproblemet gjennom system-orientert prosess-modellering av påvirkninger, effekter og avbøtende tiltak

Transkript

1 Eutropia Nedbørsfeltorientert forvaltning av eutrofieringsproblemet gjennom system-orientert prosess-modellering av påvirkninger, effekter og avbøtende tiltak Prosjektperiode: Kickoff møte i Eutropia

2 Vannramme direktivet Krever en «god status» påoverflatevann og at tilstanden til alle vannressurser ikke skal ha store avvik fra sin naturlige forfatningen innen 2015 Vannrammedirektivet pålegger forskere og miljøforvaltere å vurdere den opprinnelige og nåværende miljøtilstand, og å forutsi framtidige endringer Finne en optimal og bærekraftig forvaltningspraksis Vurdere effekter av endring og respons tid mellom tiltak og forventet effekt

3 Problemet Eutrofiering er vanligvis årsaken til at kravet om god status ikke oppnåes i landbruksdistrikter På Sør-Østlandet er > 30 % av innsjøene klassifisert til å være i faresonen 45 % av de menneskeskapte P-tilførsler til overflatevann kommer fra jordbruksområder P transporteres i elvene i hovedsak adsorbert til leirpartikler % av fosfortilførselen til vestre Vansjø stammer fra naturlige bakgrunnstilstrømming i form av løst organisk materiale (DNOM) 500 MNOK er brukt i avbøtende tiltak og investeringer i Morsa bassenget Ingen bedring Prosessene som styrer P flukser påvirkes av flere miljøforhold Uten tiltak hadde situasjonen trolig vært verre siden Vansjø Miljostatus.no

4 Drivere Miljø i endring Klima: Økning i nedbørsmengden og en 2º C økning i gjennomsnittlig vintertemperatur i Oslo Hyppigheten av kraftig nedbørsepisoder har økt og er ventet å tilta Mer overflateavrenning og Økt vinter temperaturen som fører til hyppigere fryse-tine sykluser Økt erosjon og dermed økt tilstrømningen av næringssalter absorbert til jordpartikler Arealbruk: Urbanisering og avskoging, drenering av våtmark og fjerning av vegetasjon langs elvene, samt utretting av elveløp etc. Endringer i landbruket Luftforurensinger: SO 4 2-, som i sure vann i sør Norge er det dominerende anion, er redusert med > 60% Bakgrunnsmengden av DOC har økt, og egenskapene til DNOM har endret seg radikalt i nord-europeiske innsjøer. Fører til økt naturlig tilsig av næringssalter og energi for heterotrofe mikro-organismer i overflatevann.

5 Forskningsbehov Mål: Øke modellenes evne til å forutsi effekter av miljøendringer og tiltak Behov: Forbedre påliteligheten til de underliggende modellene Strategi: Målrettet fokus på å analysere biotilgjengelig-p og supplere empiriske betraktninger med begrepsbasert prosessforståelse Forutsetning: Klare å knytte geokjemiske- og hydromorfologiske prosesser i nedbørsfelter sammen med de prosesser som bestemmer nivået og effekten av næringssalter i innsjøer

6 Modell arbeid KIWA og MyLake modellene vil bli tilpasset og brukt til hypotese-testing i tillegg til å identifisere kunnskapshull KIWA er en integrert hydrologisk modell utviklet for å simulere respons i små nedbørsfelt. KIWA MyLake (Multi-year Lake) modellen er en er endimensjonal prosessbasert modell for å simulere den daglige vertikale distribusjon av vanntemperatur, samt interaksjonen mellom sediment-vann og fosfor-fytoplankton dynamikk. Saloranta & Andersen, 2007

7 Bærekraftig forvaltning Avbøtende tiltak må vurderes i forhold til kost/nytte og en analyse av gårdeiernes respons på disse tiltakene MILJØVERN ØKONOMISK PRODUKSJON BÆRE KRAFTIG HET SOSIAL RETTFERD Det som spesielt mangler i tidligere studier er en vurdering av sannsynligheten for gjennomføring av tiltak.

8 Bayesisk Nettverkmetode Felles rammeverk for å kombinere (usikkerhets) informasjon fra mange ulike kilder Beskriver sannsynlighetsbaserte, snarere enn deterministiske, sammenhenger Studere; I. del-nedbørsfeltet vestre Vansjø II. effekten av gjødselavbøtende tiltak på "hot spots" III. betydningen av langtidsutlekking av P på P-AL IV. virkninger av redusert pløying på grøfteerosjon V. ikke-agronomiske faktorer som påvirker gårdbrukerens deltakelse ved beregning av usikkerhet i kost/nytte vurderinger av avbøtende tiltak VI. betydningen av simulerte bedre vannkvalitet på vilje til å betale for rekreasjons VII. gjensidige påvirkninger mellom vestre vestre Vansjø og Storefjorden VIII. effekten av felles usikkerhet pga korrelerte sannsynlighetsfordelinger over avrennings- og innsjømodeller NIVA Report

9 Samfunnets respons Det er mange motstridende interesser Landbruksproduktivitet, fritidsaktiviteter, generelle miljøhensyn, drikkevannsbestemmelser. Vårt fokus er i hovedsak på bønder og offentlige myndigheter Bønder fordi de representerer en av de største kildene til utslipp av næringssalter og Offentlige myndigheter som ansvarlig for å regulere utslippene og dermed forurensningsnivået. Ifølge spillteori, kan det være rasjonelt å ikke samarbeide så lenge man ikke vet om andre har tenkt å bidra. Kunnskap er en forutsetning for kollektiv handling mellom aktørene

10 Studieområdet Vestre Vansjø Morsa vassdraget og dets nedbørsfelt har fått betydelig oppmerksomhet pga eutrofieringsproblemer som forårsaker hyppige oppblomstringer av cyanobakterier. Morsa er utvalgt av Miljøverndepartementet som et pilotområde for den praktiske gjennomføringen av Vannrammedirektivet. Vestre Vansjø er den delen av vasdraget med størst problem

11 Hypoteser Metoder Bedre metoder for P-fraksjonering i overvåkingen vil forbedre vår evne til å identifisere prosessene som styrer flukser av den biotilgjengelige fraksjonen og dermed algevekst. Prosesser Det er mulig å identifisere prosessene som styrer mobilisering og transport av næringsalter fra jord og sedimenter gjennom å bestemme de forskjellige P-lagre i jordsmonnet og vannkjemi i jordvæsken. Flere og mer intensive nedbørepisoder vil øke eutrofieringen gjennom økt erosjon og utvasking av næringssalter. En fortsatt strøm av P fra overgjødslet jord og sedimenter vil opprettholde eutrofieringen av vannene i områder med landbruk til tross for avbøtende tiltak. Modeller Det er mulig å parameterisere prosessene som styrer strømmene av næringsalter og dermed forbedre de begrepsbaserte modellene. Bayesisk Nettverk Koblede usikkerheter i kost/nytte beregninger på avbøtende tiltak vil reduseres ved å ta hensyn til korrelasjon mellom felles drivere for to eller flere del-modeller. Usikkerheten koblet til gjennomføring av avbøtende tiltak vil øke når en tar med usikkerhet i atferdsrespons. Samfunnets respons Kunnskap om brukerinteresser er avgjørende for å lykkes med en helhetlig forvaltningspolitikk

12 DGT Metode utvikling Monitoneringsdata Forskningsstrategi Prosess studier i nedbørsfelt Begrepsbaserte hydro-geokjemiske mobiliserings og transport studier Hypotesene vil bli testet gjennom integrerte arbeidspakker WP1 Utvikling av prøvetaking og lab metoder for P Parameterisering av KIWA nedbørsfelt modellen og tilpassing av MyLake modellen Identifisering av hovedkilder til næringssalter, og miljøpåvirkninger WP2 Nedbørsfelt prosesser - påvirkning av landbruk og hydrologi på flukser av næringssalter inn i akvatiske systemer WP3 Modellering av nedbørsfelt- og innsjøprosesser WP4 Integrert analyse av usikkerhet i beregninger av Kostnads-effektivitet på avbøtende tiltak ved hjelp Bayesiansk nettverk metodikk WP5 Samfunnets respons Naturens respons på endringer i miljøpåvirkninger Anbefaling av avbøtende tiltak WP2-5 Samfunnets respons på tiltakene Bayesiansk nettverk/ beslutningsanalyse verktøy

13 Metoder WP1 WP2 WP3 Utvikle overvåkningsmetoder Diffusive Gradients in Thin films (DGT) Plot og nedbørsfelt studier Studere reaksjoner mellom jord og vann Studere mobilitet og strømmer av bio-aktive P fraksjoner Prosess-orienterte studier Synoptisk kartlegging av avrenning og vannkjemi Modellering KIWA (KInematic Wave) matematisk-hydrologisk modell MyLake modellen vil bli tilpasset vestre Vansjø Markov Chain Monte Carlo (MCMC) vil bli brukt til å beregne usikkerheter

14 WP4 WP5 Metoder Bayesianske nettverkmodell Redusere usikkerhet ved å ved å inkludere flere prosesser (f.eks langsiktig lagring av P i jord, grøfteerosjon etc.) og kalibrering mot nye overvåking data Redusere usikkerheten i kostnadsmodeller på avbøtende tiltak Gårdsbrukerens respons: gjennomføre en undersøkelse på gårdsnivå Utvikle en ny modell på gårdeierens respons på avbøtende tiltak Tilpasse det Bayesiske nettverket til resultater fra MCMC simuleringene Vurdere effektiviteten av avbøtende tiltak Bruke Bayesisk nettverk for å integrere prosjektaktivitetene Samhandle med ledere av Morsa-prosjektet og bønder Samfunnets respons Utføre en grunnlinjestudie av forvaltningsprosessen Gjennomføre en analyse av den politiske / forvaltningsmessige beslutningsprosessen Utvikle og forbedre DPSIR modellen