VEDLEGG 4. Miljøundersøkelser

Transkript

1 VEDLEGG 4. Miljøundersøkelser

2 - Fortrolig Rapport Spredning av utslipp i Friarfjorden Forfatter(e) Øyvind Knutsen Ole Jacob Broch

3 Postadresse: Rapport Foretaksregister: Spredning av utslipp i Friarfjorden EMNEORD: Spredning SINMOD WRF FORFATTER(E) Øyvind Knutsen Ole Jacob Broch DATO OPPDRAGSGIVER(E) Laksefjord AS OPPDRAGSGIVERS REF. Bjørn Hovrud ANTALL SIDER OG VEDLEGG: 37+ vedlegg SAMMENDRAG Overskrift sammendrag Vi har brukt en hydrodynamisk modell, SINMOD, for å simulere utslipp av nitrogen fra et settefiskanlegg i Friarfjorden, en fjordarm av Laksefjorden i Finnmark. Utslippet er i forhold til en årsproduksjon på 4000 tonn biomasse, og utslippet er sporet som oppløst materiale og som partikulært stoff med to forskjellige synkehastigheter. En del av rapporten er viet til de fysiske forholdene til resipienten, Friarfjorden og Laksefjorden. UTARBEIDET AV Øyvind Knutsen SIGNATUR KONTROLLERT AV Ingrid Ellingsen SIGNATUR GODKJENT AV Gunvor Øie SIGNATUR ISBN ISBN-nummer GRADERING Fortrolig GRADERING DENNE SIDE Fortrolig 1 av 37

4 Historikk DATO SBESKRIVELSE Signert rapport Oppdatert versjon med utslipp av 400 tonn per år Oppdatert versjon ved vurdering av et utslippspunkt på 29 m dyp 2 av 37

5 Innholdsfortegnelse 1 Introduksjon Modeller og metoder Hav- og atmosfæremodell Metodikk Resultater Storskala sirkulasjon Sirkulasjon i Laksefjord Friarfjord/Ifjord Residenstid Laksefjord Friarfjord/Ifjord Oppløste næringssalter Sedimenter/partikulært/organisk materiale Diskusjon Referanser A Vedlegg A: B Betydningen av plassering av utslippspunkt B.1 Oppløste næringssalter B.2 Sedimenter/partikulært/organisk materiale BILAG/VEDLEGG [Skriv inn ønsket bilag/vedlegg] 3 av 37

6 1 Introduksjon Laksefjord AS er et datterselskap av Lerøy Aurora AS og har et settefiskanlegg som ligger ved Friarfjorden, en del av Laksefjorden i Finnmark, se Figur 1. Selskapet ble etablert i 1987 og i 2015 leverte de 11.5 mill. smolt til Lerøy sine matfiskanlegg i Troms. Laksefjord AS ønsker å utvide produksjonskapasiteten ved anlegget i Friarfjord til en kapasitet på ca 7 tonn pr dag, eller ca 4000 tonn årlig produksjon. Figur 1. Oversiktskart lokalitet Friarfjorden. Kart fra Fiskeridirektoratet, målestokk 1: Modeller og metoder 2.1 Hav- og atmosfæremodell Havmodellen SINMOD (Støle-Hansen and Slagstad, 1991, Slagstad and McClimans, 2005) er utviklet av SINTEF og har vært brukt i en lang rekke vitenskapelige publikasjoner i tillegg til bruk i prosjekter for industri og forvaltning. Den første 3D versjonen av SINMOD ble i 1987 utviklet for Barentshavet. SINMOD har siden blitt brukt for å simulere havstrømmer og biologi fra næringsstoffer til dyreplankton i nordiske og arktiske havområder. I det siste tiåret er modellen også satt opp med høy romlig oppløsning for kyst og fjordområder blant annet i prosjekter for havbruksnæringen. Modellern er for eksempel brukt til å se på smittespredning mellom lokaliteter og simulering av spredning av lakselus. SINMOD brukes også til å studere effekter av utslipp fra oppdrett på økosystemet, til å simulere vekst av tare, blåskjell og drift av torskeegg. Modellen er også flittig brukt av oljeindustrien og for utslipp fra gruvedrift. SINMOD kjøres i et nøstet oppsett, der vi begynner å simulere et stort område med grov oppløsning og så nøster oss nedover til mindre områder med høyere oppløsning, se Figur 1. En atmosfæremodell (WRF, Weather, Research and Forecasting model, er brukt for å simulere høyoppløst vind for modellområdet med 160 m oppløsning. Denne modellen er i hovedsak utviklet av NCEP/NCAR i USA og brukes til forskning og værvarsling i store deler av verden. 4 av 37

7 Figur 2. Oversikt over de fire modellområdene som brukes til simuleringen. Oppløsningen er 20 --> 4 --> > 0.16 km. Figur 3. WRF modellområder brukt til å simulere atmosfæriske drivkrefter til SINMOD. Modellen er nøstet fra 20 km til 1.33 km. Domenet med 4 km oppløsning brukes til å generere vindfelt til 800 m havmodell, og domenet med 1.33 km oppløsning genererer vinddata til havmodellen med 160 m oppløsning. De to groveste havmodellene bruker atmosfærisk data fra ECMWF (European Centre for Medium range Weather Forecast). 5 av 37

8 2.2 Metodikk Simuleringer og beregning av utslipp av oppløst uorganisk og partikulært organisk materiale Det er antatt at produksjonen av smolt holdes konstant. Dermed antas det også at utslippene av partikulært materiale/slam og oppløste næringssalter er konstante. Den stående biomassen vil være sammensatt av fisk av ulik størrelse. Det antas at fordelingen mellom de ulike størrelsesklassene av fisk er konstant. En daglig biomasseproduksjon på kg tilsvarer årlige og daglige utslipp av slam og oppløst nitrogen som angitt i tabell 1. Utslippsraten for oppløst nitrogen (NH 4-N) ble omregnet fra fôrforbruksraten ved N = 0,025 F der F betegner fôringsraten (for eksempel per dag eller per time) og N er utslippsraten for nitrogen med enhet kg N per dag. Omregningsfaktoren er basert på Wang et al. (2012) for laks. Fôrforbruksraten ble omregnet til en utslippsrate for fekalier slik: S = 0,27 F. Denne er basert på Wang et al. (2012), og blir også benyttet i Broch et al. (til vurdering). Det er oppgitt at utslippet foregår gjennom et ordinært rør av diameter 1 m. I modellsimuleringene med utslipp ble det brukt dybdelag på 0,5 m tykkelse (under et overflatelag på 3 m) ned til og med 12 m dyp. Utslippet ble foretatt 0,5 m over bunnen, altså i de øverste 0,5 m av røret. Utslipp lavere ned ville ha ført til potensielt mindre spredning av utslippet. Selve spredningen av utslippene beregnes som følger. For hvert tidsskritt i modellen (40 s for det oppsettet som er benyttet her) legges det til en tilsvarende andel av utslippet i den modellruten der angjeldende stoff slippes ut. Siden det er 2160 modelltidsskritt i løpet av en dag, legges det til 1/2160 av det daglige totalutslippet i hvert tidsskritt. I den hydrodynamiske modellen blir så stoffet forflyttet rundt avhengig av strømfart og transport mellom modellrutene. For oppløste næringssalters del følger de vannbevegelsen passivt i alle tre dimensjoner. Når det gjelder partikulært materiale med tetthet høyere enn det omkringliggende vannet, vil det synke mot bunnen. Det er brukt to ulike synkehastigheter for å fange opp ytterlighetene. Den første synkehastigheten (hurtigsynkende materiale) er 1 cm time -1, som tilsvarer store partikler med høy tetthet. Den andre er 0,1 cm time -1, som tilsvarer finfordelt materiale med lav tetthet. I spredningssimuleringer blir det anbefalt å se på også denne fraksjonen av materialet (Law et al. 2014). En ekstrem ytterlighet er å se på den maksimale mulige spredningen av materialet der det ikke har noen synkehastighet. Da er vi tilbake til oppløst materiale. Oppdraget har vært å se utlukkende på rent fysisk transport og fortynning av utslippene. I realiteten vil oppløste næringssalter bli tatt opp av planteplankton og slik inngå i næringskjeden. Et slikt opptak kan om våren og sommeren skje relativt raskt, mens en økning i primærproduksjonen ofte vil komme noen dager senere (Olsen et al., 2014b). Mikrobiell remineralisering av ammonium til nitrat er også av stor betydning. UV-stråling kan også spille en rolle. Dersom resultatene fra simuleringene blir tolket som en beskrivelse av potensiell økning i konsentrasjonene av oppløst nitrogen, må de betraktes som overestimater. Også når det gjelder utslipp av organisk materiale/slam har vi utelukkende sett på fysisk transport og fortynning. Slam/organisk/partikulært materiale vil bli spist og nedbrutt av bunnfaunaen. Avhengig av forholdene, vil det kunne oppstå problemer i sedimentene, anoksiske forhold etc. Slike tilstander har vi ikke sett på her. Vi kan utelukkende gi en vurdering av potensiell sedimentmasse som blir liggende igjen på bunnen. Vi har heller ikke hatt tilgang til rapporter eller resultater fra tidligere miljøundersøkelser gjort i Friarfjorden. Tabell 1. Smoltproduksjon, antatt fôrforbruk og utslippsrater for organisk og uorganisk stoff fra anlegget. Det er brukt en fôrfaktor på 1,1 Smoltproduksjon (t) Fôrforbruk (t) Utslipp oppløst uorganisk nitrogen (DIN, t) Utslipp slam/partikulært stoff (t) Årlig Daglig Årlig Daglig Årlig Daglig Årlig Daglig , , ,25 6 av 37

9 Potensielle effekter på økosystemet Vurdering av effekter på økosystemet er omfattende, og å bruke en dynamisk modell til direkte å simulere økosystemeffekter er utfordrende. Man kan imidlertid simulere verdiene av variable som brukes i forvaltning av utslipp og effekter. Når det gjelder oppløst næringssalt (NH 4-N), bruker veilederen Klassifisering av miljøtilstand i vann en klassifisering av vannkvalitet basert på for eksempel konsentrasjoner av ammonium (Vedlegg A). Det er disse klassifiseringene vi har brukt til å vurdere betydningen av utslippene av NH 4-N. Klassifiseringen av tilstanden i hver av modellrutene ble gjort basert på simuleringsresultatene på tre måter. Basert på maksimal simulert overflatekonsentrasjon av utslippet gjennom den relevante perioden ( sommer, juli-oktober; vinter, januar-februar) og ingenting annet. Basert på maksimal simulert overflatekonsentrasjon av utslippet som i punktet over, i tillegg til at en konsentrasjon på 7 mg NH 4-N m -3 ble lagt til. Dette tillegget kan betraktes som en naturlig bakgrunnskonsentrasjon (Olsen et al. 2014a) Basert på to ganger maksimal simulert konsentrasjon av utslippet som i første punkt. Se figurene nedenfor. På bakgrunn av konsentrasjonene i de tre tilfellene ovenfor klassifiseres vannkvaliteten in modellruten som svært god, god, moderat, dårlig og svært dårlig. Se vedlegg A. Det må presiseres at også en rekke andre vannkvalitetsparametre normalt må kvantifiseres for at man skal kunne trekke solide konklusjoner om effekter på økosystemet og økosystemfunksjon. Vi har her utelukkende holdt oss til konsentrasjoner av oppløst nitrogen. Når det gjelder utslipp av partikulært organisk materiale, har vi forholdt oss til sedimenttykkelse som brukes f.eks. i MOM-B-standarden. Vi har ikke simulert f.eks. oksygen eller andre biokjemiske variable. Det må presiseres at dette IKKE er i tråd med MOM-B standarden, som også omfatter en rekke biogeokjemiske variable og biologiske vurderinger, i tillegg til sensoriske vurderinger av sedimentene (farge og lukt). Likevel vil sedimenttykkelse i noen tilfeller kunne være korrelert med den endelige MOM-B-skåren (Broch et al. til vurdering). Det må presiseres at denne rapporten ikke kan erstatte en fullverdig undersøkelse av miljøeffektene av et utslipp fra smoltanlegget ved Heimdal i Friarfjorden. Den indikerer imidlertid potensialet for spredning og maksimale konsentrasjoner av sedimenter og oppløste næringssalter. Disse kan knyttes til deler av forvaltningsredskapene for slike utslipp. 3 Resultater 3.1 Storskala sirkulasjon Den norske Atlanterhavsstrømmen følger skråningen til kontinentalsokkelen nordover langs norskekysten, og fortsetter nordover langs skråningen gjennom Framstredet. Utenfor Barentshavet bøyer en del av denne strømmen av og går østover inn i Barentshavet. Denne varme-og næringsaltkilden er av stor betydning for økosystemet og isutbredelsen i Barentshavet. Nært land langs norskekysten dominerer den norske kyststrømmen. Langs Finnmarkskysten går den østover inn i Barentshavet og den kan være ganske kraftig i noen områder. På figuren under er det sirklet inn to områder der kyststrømmen ofte er sterk og ganske stabil i østlig retning. Her kan gjennomsnittsfarten til strømmen over en måned være opp mot 1 m/s, og øyeblikksverdier kan være større. At det er kraftig strøm utenfor fjordmunningen til systemet Porsangerfjord- Laksefjord, vil være gunstig med tanke på vannutskifting i fjorden og transport av utslipp til fjordsystemet. 7 av 37

10 Figur 4. Strømkart fra en simulering med 800 m modellen som er brukt i prosjektet. Vektorene er basert på månedsmiddel av strøm for mars Fargeskalaen indikerer strømfart i m/s. Bunnkonturer for 200, 300 og 500 m er trukket med rød linje. Under følger noen figurer med strømkart for overflaten for forskjellige tider på året, større oversiktskart i figur 5, og med høyere detaljeringsgrad og flere måneder i figur 6. Kartene er gjennomsnittelig strømfart for en måned, og det betyr at de maksimale hastighetene vil ligge en del over den gitte skalaen. Maksimal bunnstrøm er gitt i figur 8, og disse verdiene vil være viktig for resuspensjon av sedimentert materiale. Resuspensjon har ikke vært med i disse simuleringene. Figur 9 viser litt mer detaljert bilde for strøm i Ifjord/Friarfjord. 8 av 37

11 Figur 5. Månedsmidlet strømkart for to måneder, juli 2014 med relativt rolige strømforhold i Laksefjorden og oktober med litt sterkere strøm. Fargeskalaen viser strømfart i m/s og pilene viser strømretning. Hver 10. strømpil er plottet. 9 av 37

12 3.2 Sirkulasjon i Laksefjord 10 av 37

13 11 av 37

14 Figur 6. Oversikt over månedlig midlet strøm fra mai til desember 2014 for Laksefjorden. Fargeskalaen er strømfart i m/s og er identisk mellom alle månedene. Hver 10. strømpil er plottet. 3.3 Friarfjord/Ifjord Figur 7. Bunndyp i modellen for Friarfjorden. Dybdekonturer på 50, 100 og 150 m er markert med rød linje. Figur 8. Maksimal bunnstrøm for september til desember Her er den maksimale verdien av bunnstrøm lagret for hvert punkt gjennom hele simuleringstiden, dette er altså ikke en situasjon som vil oppstå samtidig, men gir et estimat av hvilke strømfart man kan forvente å observere som maksverdier gjennom denne høstperioden. Fargeskala er strømfart i m/s. 12 av 37

15 13 av 37

16 14 av 37

17 Figur 9. Månedlig gjennomsnittelig strømfart og retning i Friarfjord/Ifjord, fra mai 2014 til februar Fargeskalaen er lik for alle figurene og er i m/s. Pilene viser gjennomsnitts strømretning. Høsten/vinteren har markant kraftigere strøm enn vår/sommer i modellen. 3.4 Residenstid Residenstid er et tall på hvor lenge en vannpakke oppholder seg i et system i et kretsløp, altså hvor lang tid det tar for vannet i et system til å bli skiftet ut. For utslipp til vann er det viktig å vite hvor lang tid det tar før utslippet er enten nedbrutt, fortynnet eller transportert bort. Generelt sett er det gunstig med kortere residenstid for en resipient av oppløste næringssalter, slik at en ikke får lokale forhold med høye konsentrasjoner. For å si noe om residenstid i fjordsystemet, simulerte vi flere ganger med partikler med to forskjellige oppsett. Vi gjorde noen simuleringer med partikler spredt ut over hele Laksefjord, og vi gjorde andre simuleringer med partikler sluppet ut bare inne i Friarfjord. Disse resultatene presenteres i og Vi simulerte også den fysiske fortynningen av et passivt sporstoff sluppet ut for alle dyp i hele Laksefjord. Den simuleringen sier litt om dynamikken i systemet og blir et supplement til partikkelsimuleringene. 15 av 37

18 3.4.1 Laksefjord Figur 10. Simulering av residenstid for hele Laksefjorden. Til venstre vises startfeltet med partikler, og til høyre er den vertikale fordelingen av partiklene. Vi slapp ut i hver 6. gridcelle horisontalt og i flere dybdelag. Figur 11. Til venstre vises partikkel-timer, som er et uttrykk for hvor lang tid partiklene tilbringer i modellområdet. En partikkel i en time telles som en partikkeltime, to partikler i 3 timer blir 6 partikkeltimer. Tallene på fargeskalaen blir sterkt avhengig av hvor mange partikler som slippes ut, men fargeskaleringen gir likevel informasjon, som "kortere" eller "lengre" tid i systemet. Her er det lavere tall på vestsiden av fjorden, som indikerer at innstrømmingen til fjorden går langs vestsiden og utstrømmingen i hovedsak langs østsiden. Dette er konsistent med figurene i kapittel 3.2. Til høyre vises antallet av partikler som er inni Laksefjord. Det er trukket en linje tvers over fjorden like nord for ytterste partikler i figur 10. Tabell 2. Beregning av residenstid i Laksefjord. Antall gjenværende partikler etter simuleringsperioden er angitt. Fordi ikke alle rakk å transporteres ut, er det ikke noe makstall for oppholdstiden. Gjennomsnitt-tall kan brukes som et mål på residenstid. simuleringsperiode Minimum (timer) Gjennomsnitt (timer) Median (timer) # gjenværende partikler 1.mai 31. des av 37

19 En ekstra simulering av et slikt partikkeleksperiment fra 1. januar 2014 stoppet etter halvannen måned, så gjennomsnittstall fra den blir villedende siden bare en del av partiklene er eksportert. Likevel viste starten på kurven for eksport samme form som i figur 11, og etter en måned var 57% av partiklene transportert ut av fjorden. Ti dager senere var 65% av de opprinnelige partiklene i fjorden drevet ut. Simuleringen med passivt sporstoff viser bl.a. at innstrømmingen i Laksefjorden er langs vestsiden i øvre lag og utstrømmingen er på østsiden. Dette blir tydelig av figur 12 der konsentrasjonen går ned raskt på vestsiden, mens den varer mye lengre på østsiden. I delfiguren nede til venstre ser man at den bølgede strukturen fra forrige delfigur er borte og erstattet av "bånd" på tvers av fjorden. Dette er typisk for situasjoner med sterk vind, som setter opp en overflatestrøm som blir dominerende i en periode så lenge vinden står på. I den siste delfiguren er situasjonen tilbake til en mer normal situasjon med forskjeller på tvers av fjorden, men mindre forskjeller på langs. 17 av 37

20 Figur 12. Konsentrasjon sluppet ut i hele vannsøylen og sporet over tid. Her vises overflatelaget. Startfeltet oppe til venstre, så etter 3, 6, 9, 15 og 20 uker. Merk at fargeskalaen endres for å få frem detaljer. Det er tatt ut to stasjoner fra simuleringene og vist vertikal profil fra hver av dem (figur 13), med ukenummer på x-aksen. Fortynningen er sporet kontinuerlig, men det er lagret en gang i uken for denne simuleringen. Den øverste delfiguren viser en stasjon midt i Laksefjord, og den nederste viser en stasjon i Ifjord. Begge indikerer at det ikke er store vertikale forskjeller i fortynningen, og at fortynningen skjer relativt raskt. Naturligvis er reduksjonen i sporstoff raskere lengre ute, og hvis vi hadde gått enda lengre inn i fjorden, mot utslippspunktet, ville hastigheten på fortynningen gått litt ned. Et tilsvarende eksperiment gjort for Trondheimsfjorden viste at selv i ytre deler av fjorden tok det opp mot seks måneder å redusere konsentrasjonen til 0.5, og et år for å komme under 0.2. I indre deler av fjorden var konsentrasjonen omkring 0.5 etter et år. Sammenlignet med Laksefjordens reduksjon til omkring 0.2 på 12 uker, er vannutskiftingen veldig rask der, og residenstiden tilsvarende kort. Den nederste tidsserien viser konstant konsentrasjon i 4 uker i starten. Det er fordi hele fjordsystemet var fylt med sporstoff i begynnelsen, og det tar tid før det vannet som kommer inn i Ifjorden/Friarfjorden har en lavere konsentrasjon enn 1. Men når det skjer, på 5. uken, så går utskiftningen av vannet raskt. 18 av 37

21 Figur 13. Tidsserie for vertikal profil av konsentrasjonen for et punkt midt i Laksefjorden (øverst) og et punkt inni Ifjord (nederst). Tallene på x-aksen er uker, og y- aksen er dyp i meter. Posisjonene til stasjonene er vist med rød prikk i kartet til venstre Friarfjord/Ifjord Figur 14. Simulering av residenstid for hele Friarfjorden. Til venstre vises startfeltet med partikler, og til høyre er den vertikale fordelingen av partiklene. Vi slapp ut i flere vertikale dybdelag for hver gridcelle. 19 av 37

22 Figur 15. Partikkel-timer fra eksperimentet med utslipp i Friarfjord. Her er det sluppet ut partikler for hvert gridpunkt horisontalt, slik at totalt antall partikler blir høyere enn for eksperimentet for Laksefjord. Startposisjonen til partiklene er vist i figur 14. Figuren til høyre viser antall partikler inni Ifjord. Det er trukket en linje like nord for Rypøya i ytterkanten av Ifjord som grense for når partiklene er inni vs. utenfor Ifjord. Tiden det tok for partiklene å komme seg ut fra Ifjord er gitt i tabellen. Et tilsvarende eksperiment med start i juli 2014 ga en kurve for oppholdstid med samme form som over. Tabell 3. Beregning av residenstid i Ifjord ved to simuleringer. Antall gjenværende partikler etter simuleringsperioden er angitt. Fordi ikke alle rakk å transporteres ut, er det ikke noe makstall for oppholdstiden. Gjennomsnitt-tallene kan brukes som et mål på residenstid i Ifjord. simuleringsperiode Minimum (timer) Gjennomsnitt (timer) Median (timer) # gjenværende partikler 1.feb 3. nov jul 31 des Gj.snitt av to simuleringer Figur 16. Vindhastighet for 2015 for punktet i Ifjord på figur 13. Fra atmosfæresimuleringen med WRF. 20 av 37

23 3.5 Oppløste næringssalter Effekter i Friarfjorden og Ifjorden I simuleringene ble NH 4-N sluppen ut ved 9 m dyp. Mesteparten av ble transportert til overflaten, slik at innlagringsdypet var på ca. 1-2 m. Utslippet av NH 4-N ble i varierende grad kraftig fortynnet bort fra utslippspunktet. I fortynnet form ble utslippet transportert utenfor Friarfjorden og videre ut i Ifjorden (figur 17). Som den fremgår av figur 17, varierte konsentrasjonene av NH 4-N en god del. Ved simulering av et passivt utslipp av denne typen vil konsentrasjonen alltid være høyest i selve utslippspunktet. Opphopning av næringssalt andre steder kan ikke forekomme med en slik beregningsmodell (til forskjell fra utslipp av partikulært stoff som har synkehastighet og legger seg på bunnen). Figur 17. Øyeblikksbilder av NH 4-N-konsentrasjonen i overflatelaget den 23. juli (til venstre) og den 10. august (til høyre). De svarte strekene indikerer hvordan vertikalsnittene som vises i figur 18 og 19 er plassert. De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. Fargene angir konsentrasjoner som i skalaen til høyre for hvert bilde. Den røde sirkelen innerst i Friarfjorden antyder utslippspunktet ca. 150 m utenfor Heimdal. Figurene 18 og 19 viser vertikalsnitt av simulerte konsentrasjoner av NH 4-N. Her ser vi hvordan det oppløste stoffet transporteres til overflaten og spres videre med utløpet fra elven. Vi ser også hvordan stoffet forkommer i de høyeste konsentrasjonene skiftevis på vest- og østsiden av Friarfjorden. 21 av 37

24 Figur 18. Vertikalprofiler av den simulerte NH 4-N-konsentrasjonen den 23. juli. Snittene er trukket langs de svarte linjene i figur 17. Fargene representerer konsentrasjoner som i fargeskalaen til høyre. Fargeskalaen er valgt slik at mørkerødt representerer konsentrasjoner på 75 mg m -3 eller høyere. Figur 19. Vertikalprofiler av den simulerte NH 4-N-konsentrasjonen den 10. august. Snittene er trukket langs de svarte linjene in figur 17. Fargene representerer konsentrasjoner som i fargeskalaen til høyre. Fargeskalaen er valgt slik at mørkerødt representerer konsentrasjoner på 75 mg m -3 eller høyere. 22 av 37

25 Dersom vi oversetter konsentrasjonene av oppløst næringssalt i overflatelaget fra smoltanlegget til tilstandsklasser i Veileder 02:2013 revidert Klassifisering av miljøtilstand i vann. Økologisk og kjemisk klassifiseringssystem for kystvann, grunnvann, innsjøer og elver, får vi romlige bilder som i figur 20, 21 og 22. I alle disse figurene er maksimumskonsentrasjonen i løpet av den relevante tidsperioden for vurderingen lagt til grunn. Det er altså en streng vurdering. I figur 20 er kun maksimumskonsentrasjonen av selve utslippet brukt. I figur 21 har vi brukt maksimumskonsentrasjonen pluss en bakgrunnskonsentrasjon (naturlig forekommende NH 4-N) på 7 mg NH 4-N m -3. I figur 22 har vi brukt 2 ganger den maksimale konsentrasjonen som utgangspunkt. I det første tilfellet (figur 20) er tilstanden moderat (klasse III) eller god (klasse II) i Friarfjorden om sommeren og høsten, og moderat eller god også om vinteren. Området med tilstandsklasse moderat er begrenset til den innerste delen av Friarfjorden i begge tilfeller. Om vinteren er tilstanden svært god utenfor Frirarfjorden. Dette gjelder stort sett om sommeren også, der det dog forekommer et område innerst i Ifjroden der tilstandsklassen potensielt bare er god. Vi får tilsvarende bilder i det andre tilfellet (figur 21), men med høyere konsentrasjoner og en liten forverring av tilstanden (et større område med tilstand god i stedet for svært god ). Moderat tilstand (klasse III) forekommer stort sett i samme område som i figur 20. I det tredje tilfellet (figur 22, der vurderingen er basert på 2 ganger den maksimale simulerte konsentrasjonen gjennom hele den aktuelle perioden) er tilstanden moderat i det meste av Friarfjorden både om sommeren og vinteren. I tillegg er det et mindre område nært utslippspunktet der det potensielt kan oppstå tilstand dårlig om sommeren. Det må understrekes at kriteriene i denne siste bedømmelsen (figur 22) er strenge, og da spesielt for konsentrasjoner over f.eks. 7 mg NH 4-N m -3 (sammenlign figur 21 og 22). Figur 20. Tilstandsklassifisering av vannkvaliteten basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4- N for Friarfjorden og Ifjorden. Panelet til venstre representerer en sommer-høst-situasjon (månedene fra og med juli til og med oktober). Panelet til høyre representerer vintersituasjonen (januar til midten av februar). Tilstandsklassifiseringen er basert på den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden (venstre: juli-oktober; høyre: januar-februar). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. 23 av 37

26 Figur 21 Tilstandsklassifisering basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4-N for Friarfjorden og Ifjorden. Panelet til venstre representerer en sommer-høst-situasjon (månedene fra og med juli til og med oktober). Panelet til høyre representerer vintersituasjonen (januar til midten av februar). Tilstandsklassifiseringen er basert på den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden i tillegg til en bakgrunnskonsentrasjon på 7 mg NH 4-N m -3 (venstre: juli-oktober; høyre: januar-februar). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. Figur 22 Tilstandsklassifisering basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4-N for Friarfjorden og Ifjorden. Panelet til venstre representerer en sommer-høst-situasjon (månedene fra og med juli til og med oktober). Panelet til høyre representerer vintersituasjonen (januar til midten av februar). Tilstandsklassifiseringen er basert på den 2 ganger den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden (venstre: juli-oktober; høyre: januar-februar). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. 24 av 37

27 Effekter tett på utslippet Rett ved eller i selve utslippspunktet viser simuleringene at konsentrasjonene var betydelig høyere enn i fjorden for øvrig. Utslippet fortynnes bratt når man beveger seg bort fra selve utslippspunktet. Figur 23 viser en tidsserie for konsentrasjon av NH 4-N i selve utslippspunktet innerst i Friarfjorden. Baserer man vurderingen av effekter utelukkende på konsentrasjonene i utslippspunktet, er klassifiseringen ofte i kategoriene dårlig og svært dårlig. Dette er dog i et begrenset område. Figur 23. Tidsserie for simulert konsentrasjon av NH 4-N i utslippspunktet (9 m dyp). Når kurven er UNDER en strek av en gitt farge er den også i tilstandsklassen lavere enn det fargen representerer. F.eks. ligger kurven mellom oransje og rød linje i klasse IV (dårlig). 3.6 Sedimenter/partikulært/organisk materiale Spredningen av partikulært organisk materiale begrenser seg stort sett til et mindre område rundt utslippspunktet. Etter akkumulering på bunnen i 214 dager, ser vi at hurtigsynkende materiale (synkehastighet 1 cm time -1 ) stort sett blir liggende i et område innenfor en radius av rundt 500 m rundt utslippspunktet (figur 24). Med lavere synkehastighet spres utslippet en del mer, men i området rundt utslippet er den totale sedimenttykkelsen omtrent den samme (figur 25). MOM-B-undersøkelsen deler sedimenttykkelsen grovt i tre kategorier: 0-20 mm, mm og over 80 mm. Ut fra dette ville en årsproduksjon antagelig komme på grensen mellom kategori 1 og 2 i området (modellruten) umiddelbart rundt utslippet. Det må legges til at modellrutene er 160 ganger 160 m, slik at et relativt stort området blir dekket av de dypeste sedimentene. Man må videre anta at det vil forekomme betydelig mer organisk materiale rett ved utslippet enn et stykke unna, og at prøvetaking der vil kunne gi helt andre svar enn det vi har simulert for hele modellruten. Da vil det imidlertid være tynnere sedimentlag andre steder. Det organiske materialet ser ut til å bli spredt over et relativt beskjedent område sammenlignet med de oppløste næringssaltene (sammenlign figurene 17 og 24). Andelen av sedimentene som blir liggende i modellruten med 25 av 37

28 utslippspunktet er over 98 % for hurtigsynkende materiale og varierende fra over 50 % til nesten 90 % for det langsomtsynkende materialet. Variasjonen avhenger av årstiden (de varierende strømforholdene). Figur 24. Fordeling av partikulært organisk materiale på bunnen etter 214 dagers simulering (akkumulert over tre separate perioder). Fargene antyder sedimenttykkelse med utgangspunkt i en tetthet på 1 kg m -3 (overestimerer sedimenttykkelsen). Figurene er basert på det samme datagrunnlaget, men fargeskaleringen er forskjellig. Det er her antatt at hele utslippet var hurtigsynkende. Figur 25. Samme som figur 24, men med langsomt synkende materiale. 26 av 37

29 4 Diskusjon I simuleringene som er gjennomført her har oppdraget vært kun å ta hensyn til fysisk transport og fortynning av oppløste næringssalter og partikulært materiale. Det er ikke tatt hensyn til opptak av næringssalter hos planteplankton eller organisk nedbrytning av sedimentene. Som et tillegg/som en økning av konsentrasjoner er dermed verdiene som er beregnet her å betrakte som overestimater. Med tanke på opptak hos planteplankton og nedbrytning av NH 4-N, vil dette større betydning for de simulerte konsentrasjonene jo lengre bort man kommer fra utslippspunktet. Man kan forvente at opptak av ammonium og fosfat i planteplankton vil ha stor betydning for de observerbare konsentrasjonene (hovedsakelig om våren og sommeren). Opptaket skjer relativt raskt, mens selve effektene av dette opptaket, for eksempel realisert gjennom økt primærproduksjon, gjerne observeres en tid senere (noen dager, Olsen et al. 2014b). Hvor stor denne effekten er lokalt, har da sammenheng med vannets residenstid i området rundet utslippspunktet. Modelloppløsningen er tilstrekkelig (160 m horisontal oppløsning) for betraktninger rundt spredning og fortynning av utslipp (oppløst såvel som partikulært) på fjordskala. Det er ikke mulig å differensiere mellom tilstander innenfor modellrutene. For betraktninger rundt selve utslippspunktet og det umiddelbare nærområdet er modellen derfor ikke tilstrekkelig oppløst til å bidra til entydige konklusjoner. Det må eventuelt gjennomføres miljøundersøkelser for å bestemme påvirkningen her. Grunnet variasjonen i overflatehevning (f.eks. tidevann, atmosfærisk trykk) er overflatelaget i modellen opp mot 3 m tykt. Dette kan potensielt føre til et tykkere, mindre markert ferskvannslag enn reelt, og kan også føre til at verdiene for konsentrasjoner i overflatelaget enkelt steder er for lave. Som tidligere nevnt må man imidlertid ta hensyn til opptak i biota og ulike former for nedbrytning av ammonium. Stor grad av fortynning og spredning over et stort område henger sammen. Et ytterpunkt i spredningsstudier er at alt materiale forblir i utslippspunket. Det fører til potensielt sterk påvirkning over et lite område. Stor fortynning innebærer mindre påvirkning over et større område. Det finnes ingen generell regel for hva som er å foretrekke, men de fleste undersøkelser baseres i større eller mindre grad på konsentrasjoner av agens (organisk avfall, næringssalt). I et slikt perspektiv vil antagelig sterk fortynning være å foretrekke. Dermed kan tiltak for å øke selve spredningen av utslippet være en mulighet. For å beregne spredning av organisk materiale har vi brukt to ulike synkehastigheter. Det er sannsynlig at mesteparten av det organiske materialet vil ha en synkehastighet mellom disse ytterlighetene. De to tilfellene gav ikke veldig ulike svar. Det er ikke tatt hensyn til resuspensjon (oppvirvling) av sedimentene her. En av de største utfordringene ifølge modellresultatene vil være de potensielt høye konsentrasjonene av NH 4- N rett ved utslippet. For å undersøke hvorvidt denne utfordringen er reell, bør det tas vannprøver i området rundt utslippspunktet. Det må presiseres at denne rapporten ikke kan erstatte en fullverdig undersøkelse av miljøeffektene av et utslipp fra smoltanlegget ved Heimdal i Friarfjorden. Den indikerer imidlertid potensialet for spredning og maksimale konsentrasjoner av sedimenter og oppløste næringssalter. Disse kan knyttes til deler av forvaltningsredskapene for slike utslipp. Vi har ikke hatt tilgang til eventuelle tidligere miljøundersøkelser i området, og har ikke grunnlag for validering av resultatene. Vurdering av ulike utslippspunkt Med den modelloppløsningen som er brukt her, er det ikke mulig å skille mellom utslipp mindre enn 80 m fra hverandre. I tilleggssimuleringene der utslippspunktet ble flyttet to modellruter ut fra land, med utslipp på 29 m dyp, ble spredningen av oppløste næringssalter svært forskjellig fra tilfellet med utslipp på 9 m dyp. Se figurene B1 til B3. Ved utslipp lenger ute i fjorden på større dyp ble utslippet i mindre grad ført rett til overflaten, og snarere blandet nedover enn oppover (figur B3). Det dype utslippet førte til lave konsentrasjoner 27 av 37

30 i overflatelaget og nær overflaten, men med til dels litt mindre horisontal spredning av utslippet, og dermed høyere konsentrasjoner av NH 4-N på større dyp. Man kan anta at effektene på planteplankton vil være mindre siden det vil være mindre lys tilgjengelig til fotosyntese på m dyp. Avhengig av saltinnholdet i utslippsvannet vil det også kunne få en oppdrift gjennom lavere tetthet enn det omkringliggende saltvannet på 30 m dyp. En slik effekt er vanskelig å simulere med den oppløsningen som er brukt her, siden utslippet nødvendigvis må fordeles over en hel modellrute med volum på minst m 3. Fordi overflatekonsentrasjonene går ned ved å slippe ut på dypere vann, vil vannkvaliteten i overflaten potensielt bli forringet i mindre grad. Se figurene B4, B5 og B6. Spredningen av organisk partikulært materiale ser ut til å ha tilsvarende totalomfang med de to utslippspunktene (figure B7-B10). Det er en tendens til litt større spredning ved utslipp på større dyp (B10). Konklusjoner De høyeste overflatekonsentrasjonene av NH 4-N forekom stort sett innerst i Friarfjorden. Avhengig av årstid (sommer/vinter) vil overflatekonsentrasjonene kunne gi en vanntilstandsklassifisering som moderat i et mindre område innerst i Friarfjorden. I selve utslippspunktet ble konsentrasjonene av NH 4-N tidvis svært høye. Det var stor variasjon i konsentrasjonene her. Mesteparten av det organiske materialet fra utslippet la seg på bunnen relativt nært utslippspunktet. Ved 1 års sammenhengende utslipp vil sedimenttykkelsen kunne ligge over 20 mm i et området opptil 160 m fra utslippspunktet. Utenfor dette vil sedimentlaget være tynnere. Resultatene bør betraktes som overestimater. Det bør gjennomføres miljøundersøkelser for å undersøke forholdene ved utslippet i dag, og videre etter en tid for å vurdere den økte påvirkningen som følge av utslippsøkningen. Ved å slippe ut på større dyp lenger fra land, vil konsentrasjonene av oppløst næringssalt i overflaten gå ned, og vannkvaliteten potensielt forringes i mindre grad. 5 Referanser Broch OJ, Ellingsen IH, Forbord S, Wang X, Volent Z, Alver MO, Handå A, Andresen K, Slagstad D, Reitan KI, Olsen Y, Skjermo J (2013) Modelling the cultivation and bioremediation potential of Saccharina latissima in close proximity to an exposed salmon farm in Norway. Aquacult Environ Interact 4: doi: /aei00080 Broch OJ, Daae RL, Ellingsen IH, Nepstad R, Bendiksen EÅ, Reed JL, Senneset G til vurdering Spatiotemporal dispersal and deposition of fish farm wastes: a model study from central Norway Knutsen Ø, Broch OJ, Modellering av strøm og utslipp av næringssalter, lus og virus i Nordmøre. (Delrapport 3a av Miljødokumentasjon Nordmøre, fase 1 og 2). Samlerapport, Møreforskning. Law, B. A., P. S. Hill, I. Maier, T. G. Milligan, and F. Page Size, Settling Velocity and Density of Small Suspended Particles at an Active Salmon Aquaculture Site. Aquaculture Environment Interactions 6 (1): doi: /aei Olsen Y, Andresen K, Etter SA, Leiknes Ø, Wang X, 2014a. Utslipp og vurdering av miljøvirkninger av næringssalter tilført fra oppdrett i regionen (Delrapport 2 av Miljødokumentasjon Nordmøre, fase 1 og 2). Samlerapport, Møreforskning. 28 av 37

31 Olsen Y, Reinertsen H, Sommer U, Vedstein O, 2014b. Responses of biological and chemical components in North East Atlantic coastal water to experimental nitrogen and phosphorous addition A full scale ecosystem study and its relevance for management. Sci Tot Env : Slagstad, D. and Støle-Hansen, K. (1991). Effects of physical factors on plankton production in the Barents Sea. Model studies. Polar Res. 10, Slagstad, D. and McClimans, T., (2005). Modelling the ecosystem dynamics of the Barents Sea including the marginal ice zone: I. Physical and chemical oceanography. Journal of Marine Systems, 58: Støle-Hansen, K. and Slagstad, D. (1991). Simulation of currents, Ice-melting and vertical mixing in the Barents Sea using a 3-D baroclinic model. Polar Res. 10, av 37

32 A Vedlegg A: Utdrag fra: Veileder 02:2013 revidert Klassifisering av miljøtilstand i vann. Økologisk og kjemisk klassifiseringssystem for kystvann, grunnvann, innsjøer og elver. Tilgjengelig via 30 av 37

33 B Betydningen av plassering av utslippspunktet Det er gjennomført tilleggssimuleringer der utslippspunktet er endret. Oppdraget har vært å undersøke forskjellene i spredning av oppløst og partikulært materiale ved utslipp på 9 m dyp omkring 150 m fra land og 29 m dyp (en meter over bunnen) 200 m fra land. I simuleringene ble det valgt å legge utslippspunktet på 29 m dyp opp mot 150 m lenger ut enn det opprinnelige utslippspunktet. Dette ble gjort for å unngå sterke gradienter i bunndypet, og videre for å få en reell forskjell i simuleringene med en horisontal oppløsning på 160 m. Man kan tolke den faktiske avstanden mellom de to utslippspunktene som alt fra 80 til 160 m. B.1 Oppløste næringssalter Figur B1. Øyeblikksbilder av simulert NH 4-N-konsentrasjon i overflatelaget den 23. juli for utslipp på 9 m dyp (venstre) og 29 m dyp (høyre). Den svarte streken indikerer plasseringen av vertikalsnittet som vises i figur B2. De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. Fargene angir konsentrasjoner som i skalaen til høyre for hvert bilde. Den røde sirkelen innerst i Friarfjorden antyder utslippspunktene som er brukt. Fargeskalaen er valgt slik at mørkerødt representerer konsentrasjoner på 75 mg m -3 eller høyere. 31 av 37

34 Figur B2. Øyeblikksbilder av simulert NH 4-N-konsentrasjon på 28 m dyp den 23. juli for utslipp på 9 m dyp (venstre) og 29 m dyp (høyre). Den svarte streken indikerer plasseringen av vertikalsnittet som vises i figur B2. De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. Fargene angir konsentrasjoner som i skalaen til høyre for hvert bilde. Den røde sirkelen innerst i Friarfjorden antyder utslippspunktene som er brukt. Fargeskalaen er valgt slik at mørkerødt representerer konsentrasjoner på 75 mg m -3 eller høyere. 32 av 37

35 Figur B3. Vertikalsnitt for simulert NH 4-N-konsentrasjon den 23. juli. Snittet er tatt langs de svarte linjene i figurene B1 og B2. Fargeskalaen er valgt slik at mørkerødt representerer konsentrasjoner på 75 mg m -3 eller høyere. 33 av 37

36 Figur B4. Tilstandsklassifisering av vannkvaliteten basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4- N for Friarfjorden og Ifjorden. Her vises en sommersituasjon (juli) for utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Tilstandsklassifiseringen er basert på den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden (1. juli til 3. august). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. Figur B5. Tilstandsklassifisering av vannkvaliteten basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4- N for Friarfjorden og Ifjorden. Her vises en sommersituasjon (juli) for utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Tilstandsklassifiseringen er basert på den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden i tillegg til en bakgrunnskonsentrasjon på 7 mg NH 4-N m -3 (1. juli til 3. august). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. 34 av 37

37 Figur B6. Tilstandsklassifisering av vannkvaliteten basert på simulert overflatekonsentrasjon av oppløst NH 4- N for Friarfjorden og Ifjorden. Her vises en sommersituasjon (juli) for utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Tilstandsklassifiseringen er basert på 2 ganger den maksimale simulerte overflatekonsentrasjonen gjennom den gjeldende perioden (1. juli til 3. august). De grå kurvene er 10, 20, 50 og 100 m dybdekoter. B.2 Sedimenter/partikulært/organisk materiale Figur B7. Sammenligning av simulert spredning av hurtigsynkende organisk materiale fra utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Legg merke til at det kun er tatt hensyn til en relativt kort periode (33 dager). Fargene representerer sedimenttykkelse på samme måte som i figur 24 og 25, men tykkelsen er mindre på grunn av den kortere utslippsperioden. 35 av 37

38 Figur B8. Sammenligning av simulert spredning av hurtigsynkende organisk materiale fra utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Samme figur som B7, men med en annen fargeskalering for å få frem potensielle lavere sedimenttykkelser over et større område Figur B9. Sammenligning av simulert spredning av langsomtsynkende organisk materiale fra utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Legg merke til at det kun er tatt hensyn til en relativt kort periode (33 dager). Fargene representerer sedimenttykkelse på samme måte som i figur 24 og 25, men tykkelsen er mindre på grunn av den kortere utslippsperioden. 36 av 37

39 Figur B10. Sammenligning av simulert spredning av langsomtsynkende organisk materiale fra utslipp på 9 m dyp (til venstre) og 29 m dyp (til høyre). Samme figur som B9, men med en annen fargeskalering for å få frem potensielle lavere sedimenttykkelser over et større område 37 av 37

40 Teknologi for et bedre samfunn