Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Nettobelastning av metaller i Dalälven
Executive, Forskningsinstitut, IVL Swedish Environmental Research Institute.
Executive, Forskningsinstitut, IVL Swedish Environmental Research Institute.
Executive, Universitet, Swedish University of Agricultural Sciences.
Executive, Forskningsinstitut, IVL Swedish Environmental Research Institute.
Show others and affiliations
Responsible organisation
2012 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Belastning och utsläpp av metaller till vatten rapporteras inom ett flertal internat-ionella 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 ytter-ligare 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 regress-ionsekvationer för partikulär andel metaller (Lindström och Håkanson 2001, Ejhed m.fl.2011) och bruttobelastning (utsläpp vid källan) av metaller beräknat för avrin-ningsområden 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 prio-riterades av Naturvårdsverket.

För att förbättra regressionsekvationer för beräkning av andel partikulära metaller och anpassa till Dalälvens avrinningsområde utökades den befintliga miljööver-vakningen 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 ke-midata och markanvändning studerades för att bestämma vilka faktorer som styr andel metaller i partikulär form. Ekvationer togs fram för beräkning av andel me-taller 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 variat-ion 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 vatten-dragen. Regressionerna som framtogs i denna rapport verka vara någorlunda uni-

versella 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, medel-tillrinning, 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 tillförlitlig-het testades genom att jämföra beräknad retention med motsvarande uppmätta värden i tre sjöar i Dalälvens avrinningsområde. Det konstaterades att den förenk-lade modellansatsen tämligen väl beskriver retentionen för de undersökta metaller-na. Den största avvikelsen noteras för Cu där den genomsnittliga retentionen un-derskattas med 16 procentenheter medan det för Zn och Pb skiljer 8 procentenheter mellan empiriskt och modellerat värde. Den sammanlagda retentionen för metal-lerna 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 appli-ceras 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 hu-vuddelen 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 bruttobelastning-en i Dalälvens avrinningsområde. Det troliga är att läckage från gamla gruvdepo-nier saknas, men även att lokala variationer med högre läckage från diffusa källor kan orsaka skillnaden i uppmätt flodtransport och beräknad belastning.

Abstract [en]

Load of metals on water is included in several international reportings; annually to HELCOM and OSPAR, and every third year to the EEA WISE SoE Emissions. Cd, Pb, Hg and Ni are included in the list of priority substances under the Daughter Directive (2008/105/EC) to the EU Water Framework Directive (2000/60/EC). To analyze the emission and transport of metals into inland waters and the sea, sources and retention from the source to the sea is calculated. One of the key input parame-ters to calculate metal retention is the proportion of particulate metals.

The purpose of this project was to calculate the retention of metals during transport from source to sea in the whole catchment of a large river, Dalälven. The purpose was further to produce better regression equations that can estimate the proportion of particulate metal with additional parameters in addition to the chemical parame-ters used in the past and that can take into consideration the conditions in Dalälven catchment. This work builds on a previously tested retention model and developed regression equations for particulate proportion of metals (Lindström and Håkanson 2001, Ejhed et al 2011) and the gross load (emissions at source) of metals calculat-ed for catchments across Sweden (Ejhed et al , 2010). The metals that were includ-ed in the project was the priority substances, Cd, Hg, Pb, Ni, and further Cu and Zn as a selected priority by the Swedish Environmental Protection Agency.

To improve the regression equations to calculate the proportion of particulate met-als and adapt the regression equations to the Dalälven catchment, the environmen-tal monitoring in Dalälven catchment was expanded through this project. The regu-lar sampling and analysis program of metals was expanded in both the existing test sites and at additionally five test sites by adding analysis of metals in unfiltered samples, in consultation with the County of Dalarna. Flow data, chemistry data (pH, alcalinity) and landcover were studied to determine the factors controlling the proportion of metals in particulate form. Equations were developed to calculate the proportion of metals in dissolved form for all the above metals. Together with total concentrations, proportion of metals in particulate form is estimated for all metals in all areas.

The analysis shows that there are significant differences for the metal fraction for the various metals and the different areas. The largest driver for predicting the particulate form of metals is pH. In the acidic waters as at the sampling site Lill- Fämtan almost all metals are in dissolved form, while in the more alkaline areas as Dalälven Älvkarleby much higher proportion of the metals are in the particulate form. Larger areas usually have higher pH values because the contribution of groundwater which is well buffered is greater. This also applies to lakes with long-er residence times. Areas with a high proportion of arable land and low terrain also exhibit a higher proportion of metals in particulate form (i.e. the sampling site Holen). This arises presumably by mobilizing greater proportion of particles from arable land than from land use in the other catchments. The empirical derived equa-

tions are valid at all sites irrespective of land use or whether the site is anthropo-genically affected or not. Percentage of particulate metals varies from 12% for Cu to 92% for Hg.

A simplified retention model was developed for the Dalälven catchment, based on lake area, average depth, average inflow, particulate percentage of metals and fall-ing velocity of the metals. Net load and transport between subcatchments in Daläl-ven down to the sea was calculated using the setup of the HYPE model based on Swedish waters archives (SVAR) 2010_2. The validity of the retention model was tested by comparing the calculated retention with the corresponding measured values in three lakes in the Dalälven catchment. It was found that the simplified model approach fairly well describes the retention of the investigated metals. The maximum deviation observed for Cu, where the average retention was underesti-mated by 16 % while for Zn and Pb differs by 8 % between the empirical and mod-eled values. The total retention of the metals to the sea varies from 35% for Cu to 78% for Hg. The relative difference between different metals is caused by their different particle-bound existence.

This project has developed a general model that could usefully be applied and test-ed in other large water basins. The model does not require much input, which can be considered an advantage as much input data are rarely available in most of Swe-den's catchment area. The model provides the estimated net load of the sources of metals and transport in river basins, which are required for the impact analysis under the WFD.

Model results show that calculations of retention and net load is a useful tool for verifying results of the gross load and accounting for sources of the load. It became clear that there are missing sources in the calculation of gross load in the Dalälven catchment. It is likely that leakage from old mining sites are missing, but also local variations, with higher losses of diffuse sources can cause differences in the meas-ured river transport and the estimated load.

Place, publisher, year, edition, pages
Norrköping, 2012. , 84 p.
Series
SMED Rapport, ISSN 1653-8102 ; SMED Rapport Nr 104 2012
National Category
Environmental Sciences
Research subject
SMED (Svenska MiljöEmissionsData); SMED (Svenska MiljöEmissionsData), Water
Identifiers
URN: urn:nbn:se:naturvardsverket:diva-7201OAI: oai:DiVA.org:naturvardsverket-7201DiVA: diva2:1146367
Available from: 2017-10-02 Created: 2017-10-02 Last updated: 2017-10-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4147 kB)1 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4147 kBChecksum SHA-512
2dffc6773c99096d3a05bc777fb417207db64eed8666852492a965024065eb16dc03585bee1439a922326c6ddba51fad2f4ef3e1331565c63a37854950827644
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
IVL Swedish Environmental Research InstituteSwedish University of Agricultural SciencesSveriges meteorologiska och hydrologiska institut, SMHI
Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 6 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf