1 EN KJEMISK METODE FOR BESTEMMELSE AV VANNFØRINGEN I EN BEKK ---- ROVEBEKKEN Nedenfor Stavnumbrua Under Stavnumbrua Et prosjektarbeid utført av VK1- laboratoriefag ved Sandefjord videregående skole Ruth Elisabeth Stensrød, Jonathan Corrales, Magnar Jensen, Marius Nagel og Ann Kristin Heian Gulliksen Faglig veileder: Tore Nysæther Laboratorieanalysene er utført ved VK1-laboratoriefag, Sandefjord videregående skole. Sandefjord, 27.04.01
2 FORORD Rovebekken er en bekk i Sandefjord og Stokke hvor det går sjøørrett. Bekken renner gjennom områder med landbruksaktiviteter. Det er spredt bosetting langs bekken. En stor del av Torp Flyplass ligger innenfor nedbørsfeltet til Rovebekken. ( Vedlegg, høydeprofil og kart ) Gjentatte ganger har bekken vært i medias søkelys pga forurensning og laboratorieklassene ved Sandefjord videregående skole har flere ganger tatt vannprøver i bekken. Det er imidlertid et problem at "vanlige" mennesker ikke har forutsetning til å skjønne, og slettes ikke å tolke resultatene når disse oppgis med enheter som "mg/l". Det virker svært abstrakt når man oppgir at suspendert tørrstoff i bekken er 25 mg/l. En gardbruker som vurderer om det skal høstpløyes, får kanskje litt mer ut av tallene dersom vi oppgir at det nå transporteres 4 tonn med "jord" i bekken og ut i fjorden hvert døgn. Dette er et tall som det er lett å forestille seg (hvis du har en 7-tonns lastebil). Det er bare en omregning som skal til for å kunne presentere resultatene på denne måten, men omregningen forutsetter at man kjenner vannføringen på prøvestedet. Derfor har vi valgt "BESTEMMELSE AV VANNFØRINGEN VED HJELP AV KJEMISK ANALYSE" som tema for vårt prosjekt. SAMMENDRAG Vannprøver fra Rovebekken i Sandefjord/Stokke er blitt analysert. Prøvetagning: 17.04.01 Analyse: 18.04.01 Prøvested: Stavnum Vannføring l/s ph Suspendert tørrstoff mg/l Suspendert gløderest mg/l Transport av "jord" tonn/døgn 2700 6,8 3,2 1,2 0,75 0,28 Transport av "sand/leire" tonn/døgn PROBLEMSTILLINGER Før vi kunne ta en praktisk utprøving, måtte vi ta stilling til følgende problemstillinger. * Hvilket stoff skal vi bruke som en "tracer"? Vi måtte ha et stoff som var lett å analysere med brukbar nøyaktighet og presisjon i det aktuelle konsentrasjonsområdet.
3 Stoffet skulle ikke ha store økologiske konsekvenser. Vi valgte koksalt av følgende grunner: Økologi Sjøørretten tåler en svært varierende konsentrasjon av dette stoffet. De nedre delene av vassdraget er jevnlig utsatt for springflo og er tilpasset dette. Tilgjengelighet Koksalt med høy renhet kan kjøpes til relativt lav pris i kolonialbutikker. * Hvor store mengder skal tilsettes? Analyser som var tatt tidligere hadde vist at Na-konsentrasjonen i vassdraget lå på ca 7 ppm. Vi ønsket å tilsette så lite som mulig, men likevel så mye at vi fikk gode Na-analyser på laboratoriet. Samtidig måtte vi få tydelige utslag på konduktivitets-feltinstrumentet. Ved å gjøre forprøver på laboratoriet fant vi ut at vi ville øke Na-konsentrasjonen på prøvestedet med ca 10 ppm (Vedlegg, konduktivitet i "Rovebekkvann" ). Ved en vannføringen på anslagsvis 1000 liter pr sekund måtte det da doseres 1 dl pr sekund av en løsning på 100.000 ppm Na. * Hvordan klarer vi å tilsette NaCl-løsningen så jevnt at det ikke blir konsentrasjonsvariasjoner pga ujevn dosering? Ved å plassere en tank så høyt som mulig i forhold til bekken og lede løsningen ned til bekken i en slange, vil utløpshastigheten i slangen være en funksjon av den totale høydeforskjellen. Jo større høydeforskjell desto høyere trykk vil det bli i slangen. Doseringstanken må etterfylles med NaCl-løsning slik at nivået i tanken holdes mest mulig stabilt. Nivåforskjellen i tanken er imidlertid liten i forhold til høydeforskjellen mellom tank og utløp av slangen. Derfor vil nivåforskjellene i tanken spille en svært liten rolle når det gjelder doseringsvolumet. Ved å strupe slangen oppnår vi ønsket doseringsvolum. * Hvor skal vi utføre dosering og prøvetagning? Det må være så stor avstand mellom disse stedene at koksaltløsningen er blitt homogent fordelt i bekken. Dessuten må vi plassere doseringstanken høyt i forhold til nivået på bekken. Områdene rundt bekken lå delvis inne på militært område og delvis i uframkommelig terreng, så vi valgte steder ut fra tilgjengelighet. Doseringsstedet lå ca 200 m fra bilvei (Østre Tuve, 5 72 874 Ø og 65 61 185 N). Prøvestedet lå ca 1300 m nedenfor doseringsstedet ( Stavnumbrua, 5 73 611 Ø og 65 61 407 N). * Hvordan kan vi vite at NaCl-løsningen passerer prøvestedet?
4 Ved hjelp av et batteridrevet konduktivitetsmeter ("penn") målte vi kontinuerlig ledningsevnen i bekken. Hvert minutt ble det målt ledningsevne. De prøvene som ble tatt mens ledningsevnen var stabil og høy ble tatt med til laboratoriet for analyse. UTSTYR Høydetank/Doseringstank Vi kjøpte en 25 l plastkanne med tappekran. Tappekrana ble påmontert en hageslange og en av sideveggene ble skåret bort for raskt å kunne etterfylle saltløsning. Analyseinstrumenter Konduktivitets-feltinstrument fra Windaus Labortechnik. Konduktivitets-labinstrument: Orion 150 Atomabsorbsjonsspektrofotometer, Varian AA-575 Filtreringsoppsats fra Sartorius Doseringsløsning På hver av 3 stk 25 l plastkanner ble det innveid 20,00 kg destillert vann. Kannene ble tilsatt 5,000 kg koksalt(uten jod). Analyseresultater for doseringsløsningen: Tetthet = 1,14 g/ml, c-na = 90300 ppm. GJENNOMFØRING Feltarbeidet ble utført 17.04.01. Doseringsutstyret ble fraktet og plassert på toppen av en skråning ned mot bekken. Tanken ble watret opp, fylt med vann og prøvekjørt. Slangen ble strupet slik at doseringsvolumet ble ca 0,5 dl/sek. Tanken ble deretter fylt med saltløsning og doseringen påbegynt. Under doseringen ble nivået i tanken holdt på et konstant nivå +/- 5 cm. Vi hadde 3 stk 25 kg's kanner med saltløsning. Den første ble brukt til å få doseringen i gang. Den andre kanna ble tappet ut på 384 sekunder og den tredje kanna ble tappet ut på 383 sekunder. Totalt ble det dosert i ca 20 minutter. I ettertid er doseringen beregnet til å være 0,0569 liter/sek. Samtidig med at doseringen startet ble det også startet med måling av konduktivitet på prøvestedet. Først lå ledningsevnen på ca 110 us/cm. Etter ca 20 minutter økte måleverdien til ca 130 us/cm hvor den lå stabilt i ca 30 minutter, for deretter å langsomt avta. I en periode ble det tatt vannprøver hvert minutt. I perioder med liten forandring i måleresultatet lot vi det være inntil 5 minutter mellom hver prøvetaking. De eldste prøvene ble tømt ut, mens de
5 prøvene som ble tatt mens måleresultatet lå på et konstant høyt nivå ble tatt med til laboratoriet for analyser. Se vedlegg: Konduktivitet på prøvestedet. Analysene viste i ettertid at Na-innholdet i bekken ved prøvestedet hadde økt med 1,9 ppm. Dette gir en vannføring ved prøvestedet på 2700 l/s. Klar til filtrering Plotting av graf KOMMENTARER Det største problemet i dette prosjektet har vært å utvikle en doseringsmåte som gir stabil dosering. Vi vurderte å bruke en slangepumpe, men mangel på elektrisitet gjorde dette vanskelig. Den valgte metoden med et høydebasseng og en hageslange med strupemulighet viste seg å fungere utmerket. Avstanden mellom doseringssted og prøvested, graden av utbuktninger av bekken, grad av omrøring i bekken og vegetasjonen i bekken er bestemmende for hvor lenge man må la doseringen pågå. Jo mer "komplisert" bekken er, desto lengre tid må doseringen pågå før man får et stabilt natriumnivå som avspeiler vannføringen. Vi doserte i 20 minutter og avstanden mellom doseringssted og prøvested er ca 1300 m. Feltmålingene av konduktivitet stabiliserte seg på et høyt nivå og dette tyder på at doseringen har pågått lenge nok. Ved for kort dosering vil konduktivitetsgrafen bare vise en topp. Volum og konsentrasjon på doseringsløsningen må tilpasses vannføringen. På forhånd anslo vi vannføringen til ca 1000 l/s. Dette ville gitt en konsentrasjonsøkning på ca 5 ppm. Vi fant en konsentrasjonsøkning på ca 2 ppm. Usikkerheten i analysene blir større når konsentrasjonsøkningen er liten.
6 Neste gang metoden skal utprøves bør man prøve å oppnå en konsentrasjonsøkning på ca 10 ppm. KONKLUSJON Vi tror at denne metoden for bestemmelse av vannføring i et lite vassdrag er et godt alternativ til andre "fysiske" metoder. Men metoden kan absolutt finpusses og vår gruppe vil antakelig gjøre et nytt forsøk med metoden før sommerferien "tar oss".
Vedlegg 1: Kart 7
8 Vedlegg 2: Høydeprofil for Rovebekken 120 meters over sea-level Airport Point of dispensing Sampling HØYDE OVER HAVET 100 80 Outlet 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 Distance from the source, meters VEDLEGG 3: LEDNINGSEVNE I VANN FRA ROVEBEKKEN The effect of addition of NaCl upon the conductivity of Rovebekk-water 155 150 145 140 Conductivity us/cm 135 130 125 120 115 110 105 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 ml 1000 ppm Na added into 100 ml Rovebekkwater
9 VEDLEGG 4 4: Ledningsevne på prøvestedet Minuts after start of dispensing