Bilaga 3 Steg 2 – Riktlinjer för övervakningsprogram för att kvantifiera internbelastning i sjöar

Detta är en bilaga till Handbok för åtgärder mot internbelastning

Syfte

Den miljöövervakning som vi beskriver här syftar till att ge det dataunderlag som behövs för att kunna kvantifiera internbelastning i en sjö enligt steg 2. Dataunderlaget kan även användas om man går vidare till steg 3, modellering.

Miljöövervakningen

Protokoll för miljöövervakning är olika för dimiktiska sjöar och helt omblandade sjöar. Observera att polymiktiska sjöar (som periodvis kan vara skiktade) provtas enligt båda dessa protokoll.

Skiktade sjöar – polymiktiska och dimiktiska

För att kunna påvisa och kvantifiera internbelastningen använder man profildata om främst totalfosfor (TP). Provtagning görs minst en gång i månaden under perioden från och med islossning (vårcirkulationen) till och med höstcirkulationen. Om man misstänker att internbelastningen kan vara betydande under vinterhalvåret är det lämpligt att ta det första provet före islossningen. Detta gäller i första hand i norra Sverige. I södra och mellersta Sverige är internbelastningen vanligtvis mycket större under sommarmånaderna än under vintern pga. högre vattentemperaturer och en kortare period med isläggning.

Man behöver en djupkarta för att kunna beräkna vattenvolymen i sjön vid olika djup (se bilaga 5).

Protokoll för provtagning:

• Utför provtagning enbart vid sjöns djupaste plats (djuphålet).
• Använd ekolod för att mäta och anteckna maxdjupet innan provtagning. Det är viktigt att göra detta på precis samma ställe varje gång.
• Hämta bottenprovet först[¹] (1 m ovanför botten).
• Mät och anteckna syrgas och temperatur med 0,5 m intervall från ytvatten (0,5 m) till 0,5 m ovanför botten. I sjöar med maximumdjup > 15 m kan man mäta syrgas och temperatur med 1 m intervall. Börja på 0,5 m och mät sedan på jämna djup (.ex. 1 m, 2 m, 3 m). Om sjön är väldigt djup kan man mäta med större intervall på de djup där temperatur och syrgashalter ändrar sig lite.
• Vattenprovtagning och provtagningsdjup: Om sjöns djup är mindre än 15 m ska man ta prover på minst fem olika djup, och på sex olika djup om djupet är större än 15 m. Man bör använda samma provtagningsdjup vid varje provtagningstillfälle. Om man från tidigare mätningar vet hur temperaturprofilen kan se ut vid skiktning kan man utgå från följande: Ett prov tas i ytvatten (0,5 m), ett strax ovanför metalimnion (vanligtvis ca 4 m, men det kan vara djupare), ett prov i eller nära metalimnion (termoklinen), samt två till tre prover i hypolimnion, varav ett av proverna är ett bottenprov som tas 1 m ovanför botten och ett eller två prov tas mellan bottenprovet och djupaste provet i metalimnion (se figur 1). Om man saknar förhandsuppgifter om temperaturprofilen kan man använda följande provtagningsdjup: 0,5 m, 4 m, 6 m, (maxdjup – 6)/2 m och (maxdjup – 1) m.

Figur 1. Typisk temperaturprofil i en skiktad sjö. Är skiktningen stabil mellan våromblandningen och höstomblandningen är det en dimiktisk sjö. Försvagas profilen markant en eller fler gånger mellan våromblandningen och höstomblandningen är det en polymiktisk sjö. Omblandade sjöar har samma temperatur i hela profilen.

Man behöver använda sig av ett antal olika analysparametrar när man räknar ut internbelastningen i skiktade sjöar :

• Obligatoriska:
  • temperatur och syrgasprofil enligt ovan
  • totalfosfor (TP)
  • PO₄-P
  • pH.
• Frivilliga[²]:
  • kväve (totalkväve, ammoniumkväve och nitrat + nitritkväve) i hela profilen
  • klorofyll a (enbart ytvatten)
  • siktdju
  • Kalcium (enbart ytvatten
  • Magnesium (enbart ytvatten)
  • Klorid (enbart ytvatten)
  • Sulfat (enbart ytvatten)
  • Turbiditet (FNU) (enbart ytvatten)
  • absorbans 420 nm (enbart ytvatten).

Polymiktiska och helt omblandade sjöar

För att beräkna internbelastning tittar man på skillnaden mellan tillförsel och bortförsel av fosfor från sjön samt ändringarna i mängden fosfor i sjön. Det är önskvärt att man har en djupkarta för att korrekt kunna beräkna sjöns vattenvolym samt effekten av eventuella ändringar i vattennivån på vattenvolymen. Saknar man djupkarta kan man uppskatta vattenvolymen utifrån sjöns area och medeldjup. Ändring av vattenvolymen kan man uppskatta utifrån sjöns totala areal och ändringarna av vattennivån.

Följande mätningar behöver genomföras under sommarhalvåret:

• Provtagning av tillrinnande och utgående vatten minst en gång varje månad (gärna varannan vecka vid höga flöden eller om omsättningstiden i sjön < 3 månader) under perioden efter islossning t.o.m. oktober.
• Provtagning av sjöns ytvatten (0,5 m) ungefär mitt i sjön[³], samt mätning av vattennivån i sjön.
• Provtagning av mängden fosfor som rinner till och från sjön. Denna mängd beräknar man från mätning av TP i inloppen och utloppen och uppskattning av vattenföringen. Det senare gör man antingen genom att mäta vattendragets tvärsnitt och mätning (flödesmätare) eller genom att uppskatta vattenflödet med flottörmetoden. Mätningen utför man lämpligast i trummar. Om vattendraget omfattas av SMHI:s S-HYPE-beräkningar av vattenföring kan man använda dessa data. Man bör dock göra mätningar för att bedöma om man kan använda modellerade data för flöde, om dessa data i så fall måste kalibreras med uppmätta data, eller om de inte kan användas pga. stora osäkerheter.

Följande analysparametrar gäller vid provtagning av inflöden och utflöden:

• Obligatoriska:
  • vattenföring, Q, i inloppen och utloppen (m³/s)
  • totalfosfor.
• Frivilliga, men viktiga om man kommer göra modellering (steg 3):
  • PO₄-Plöst totalfosforkväve (totalkväve, ammoniumkväve och nitrat + nitritkväve)
  • turbiditet eller suspenderat material
  • klorofyll a.

För att beräkna hur mängden fosfor i sjön ändras under sommaren är det viktigt att man har tillförlitliga data om sjöns fosforhalt och vattenvolym. Man kan använda fosforhalten i utloppet men den är inte alltid representativ för halten i sjön. Det finns processer som kan öka sedimentation av partiklar och minska fosfor i vattnet på väg ur sjöar. Det är därför önskvärt att man även tar vattenprover i sjön, om det finns förutsättningar för det. Provtagningsfrekvensen i sjön bör vara minst 1 gång per månad, gärna oftare under högsommaren då internbelastningen kan vara intensiv.

Vattennivån i sjön kan ändra sig påtaglig under sommaren vilket påverkar vattenvolymen och den beräknade mängden fosfor. Man bör därför om möjligt försöka mäta sjöns vattenstånd vid varje provtagning. Ett enkelt sätt är att mäta vattennivån med linjal vid en fast konstruktion i eller över vattnet (t.ex. en brygga), vilket ger ett mått på den relativa förändringen i sjöns vattennivå. Man använder sedan djupkartan för att beräkna vattenvolymer vid olika vattennivåer.

Det finns ett antal analysparametrar utöver provtagning av inlopp och utlopp som man behöver beakta vid provtagning i sjön.

• Obligatoriska:
  • vattenståndet
  • totalfosfor
  • temperatur
  • syrgas.
• Frivilliga men viktiga om man kommer göra modellering (steg 3)²:
  • PO₄-P
  • löst totalfosfor
  • färgtal
  • siktdjup
  • kväve (totalkväve, ammoniumkväve och nitrat + nitritkväve)
  • turbiditet eller suspenderat material
  • klorofyll a.

Metoden förutsätter att det finns goda förutsättningar att uppskatta sjöns inflöden och utflöden av fosfor. Det vill säga att man behöver kunna mäta minst 80 % av fosfor-inflödet och antingen mäta vattenföringen in och ut, eller få dessa data från S-HYPE. Välj i första hand mätning av vattenföringen. På så sätt kan man jämföra siffrorna med data från S-HYPE och använda dem för att bedöma om den beräknade vattenföringen i S-HYPE kan användas som alternativ till mätning (antingen direkt eller efter kalibrering med mätningar).

Man kan också använda data från S-HYPE innan man startar miljöövervakningen, för att på så sätt få en uppfattning om hur stor den externa fosforbelastningen är i relation till en eventuell förväntad internbelastning. Det är i synnerhet viktigt att P_in + P_ut mäts så noga som möjligt om den externa belastningen är i samma storleksordning eller större än den förväntade interbelastningen, eller om sjön har en kort omsättningstid under sommarhalvåret.

Är den totala externa fosfortillförseln stor och man misstänker att viktiga källor inte finns med kan man upprätta en total vattenbalans för sjön. En sådan massbalans bör förutom tillrinning och utrinning ta hänsyn till nederbörd på sjöytan, avdunstning från sjön och ändringar i sjöns vattenvolym. Diskrepans i balansen kan tyda på att det finns källor till tillrinning eller utrinning som inte har kunnat mätas. Oförklarad tillrinning behöver dock inte alltid betyda att det även sker en oförklarad tillförsel av fosfor. Det kan t.ex. vara fallet om den oförklarade tillrinningen sker från grundvatten, som dessutom kan vara både en källa och sänka.

Om förutsättningarna att mäta fosforinflödet är dåliga kan man approximera internbelastningen utifrån ökningen i sjöns fosforhalt under sommarmånaderna. I så fall räcker det med att mäta i sjöns ytvatten i första hand eller i andra hand vid utflödet. Denna metod har dock stor osäkerhet, särskilt vid mätning i utflödet där andra faktorer kan påverka fosforhalten.

Provtagning och analys

Val av provtagare och analyslabb

Resultaten bör vara oberoende av både provtagare och analyslabb. Det är viktigt att analyslabbet är ackrediterat. Det kan vara befogat att stämma av provtagningsrutiner och platser om det finns flera provtagare och vid tveksamheter kring provtagningsrutiner. Detta så att alla provtagningar i en sjö görs på samma sätt och på samma plats. GIS-koordinater ska användas för att hitta samma plats för mätning av maximalt djup och provtagning vid varje provtagningstillfälle.

Provtagningsrutiner och analysmetoder

Följ provtagningsrutinerna för vattenkemi och analysmetoder som anges i HVMFS 2019:25[⁴], eller nyare. För de obligatoriska parametrarna är analysmetoderna följande:

• Totalfosfor mäts enligt SS-EN ISO 6878 alternativt SS-EN ISO 15681 eller med annan metod som ger likvärdiga resultat.
• Fosfatfosfor mäts filtrerat eller ofiltrerat enligt tidigare metodik så att data blir jämförbara över tid – ofiltrerat är standard för sötvatten. Analys görs enligt SS-EN ISO 6878 alternativt SS-EN ISO 10304-1, SS-EN ISO 15681 eller med annan metod som ger likvärdiga resultat.
• Löst totalfosfor[⁵] mäts enligt SS-EN ISO 6878:2005. Metodbeskrivningen finns enbart på engelska, och det är metoden för ”Total dissolved phosphorus” som ska användas. Den finns beskriven under rubriken ”Determination of total phosphorus after peroxodisulfate oxidation”. Analys utförs på filtrerat prov.
• Klorofyll a ska ha mätts och analyserats enligt SS-EN ISO 5667-1:2007 och SS 28146 eller med annan metod som ger likvärdigt resultat.
• Absorbans (420 nm) mäts på ett filtrerat prov enligt SS-EN ISO 7887:2012, 5 cm kyvett.

Sammanställning av resultat

Beräkning av internbelastningen

Eventuell internbelastning i dimiktiska sjöar påvisas och kvantifieras utifrån profildata för temperatur, syrgas och TP samt sjöns djupkarta. Exempel på utveckling av fosforprofilen under sommaren visas i figur 2. För omblandade och polymiktiska sjöar (och i vissa fall även som komplement för dimiktiska sjöar) kvantifieras internbelastningen utifrån sjöns (månatliga) fosforbalans, eller förenklat enbart utifrån utvecklingen av TP-halten och vattenvolymen i sjön under sommaren. För att man ska kunna ta hänsyn till en naturlig bakgrundsinternbelastning används data från referenssjöar med låg eller ingen antropogen påverkan. En arbetsmetod som beskriver hur man beräknar internbelastningen finns i bilaga 4.

Provtagning och analys av sediment för att bestämma mängden läckagebenägen fosfor

Ett komplement till vattenprovtagningarna kan vara sedimentanalys för att bestämma mängden
läckagebenägen mobil fosfor. Till skillnad från vattenprovtagningarna ger sedimentanalysen
information om potentialen för fosforläckage från sedimenten och inte det verkliga läckaget.
Analysen är främst relevant när resultaten från vattenprovtagningarna visar att internbelastningen
är hög eller mycket hög och att det troligen kommer behövas åtgärder för att minska den.
Information om mängden mobil fosfor i sedimentet är i synnerhet viktig för att man rätt ska kunna
dimensionera åtgärder som bygger på kemisk bindning av mobil fosfor i sedimenten eller på
bortförsel av sediment genom (lågflödes)muddring (se Del 2 Detaljerad beskrivning av åtgärder).

Provtagning

Provtagning av sedimentkärnor ska ske under den del av året när internbelastningen är som lägst
och mängden läckagebenägen fosfor i sedimenten därmed som störst. Provtagningen gör man
därför lämpligast under senhösten, från en par veckor efter höstomblandningen fram till
våromblandningen. I isbelagda sjöar kan provtagningen göras några veckor efter islossningen.
När sjön är isbelagd ska man inte ta prover, annat än direkt (några veckor) efter isläggningen.
Man behöver utföra provtagning på ett flertal platser för att kunna kvantifiera mängden
läckagebenägen fosfor rumsligt över hela sjön. Det går inte att ange exakt hur många provplatser
som behövs eftersom detta beror på ett flertal sjö-specifika faktorer som sjöns storlek,
geomorfologi och läget av källorna till den externa belastningen. En generell tumregel är att
antalet prover ökar med sjöns storlek, enligt Tabell 1. Man behöver dock alltid justera antalet
prover utifrån de plats-specifika förhållandena i och runt sjön.

Tabell 1 Antal sedimentkärnor (prover) som ska hämtas för att få en bra rumslig variation över sjön. Vi rekommenderar inte att ta färre än tre prover.

Den största mängden läckagebenägen fosfor finns ofta i sedimentets översta 10 till 15 cm, men den kan också finnas längre ner om påverkan från om påverkan från t.ex. bottenlevande fisk ökar sedimentets omblandningsdjup. Man kan använda resultaten från sedimentanalyser för att bedöma ner till vilket djup det finns betydande mängder läckagebenägen fosfor, det så kallade aktiva sedimentdjupet.

Sedimentkärnorna ska delas upp i ett flertal skikt som analyseras var för sig, t.ex. enligt nedanstående uppdelning:

• 0–2 cm
• 2–4 cm
• 4–6 cm
• 6–10 cm
• 10–15 cm
• 15–20 cm
• 25–30 cm

Det är viktigt att indelningen av skikt är kontinuerlig. Detta eftersom halten läckagebenägen fosfor
kan variera kraftigt med djup, på grund av nuvarande och historiska källor av fosfor som har
påverkat sjön. Om man kan förvänta ett större omblandningssedimentdjup än 30 cm kan man
lägga till flera, djupare prover, t.ex. 30–35 cm och så vidare.

Ett så kallat överskott av läckagebenägen fosfor i det aktiva sedimentdjupet beräknar man utifrån en jämförelse mellan halterna i det aktiva djupet och bakgrundshalterna som finns djupare i sedimentet. Det är därför viktigt att provtagningsdjupet är större än det förväntade aktiva sedimentdjupet.

Analyser

För att beräkna mängden av olika fosforformer i sedimentet använder man en metod som kallas fosforfraktionering. Enligt metoden av Psenner et al. (1988)[⁶] delas de olika fraktionerna in på följande sätt:

• Lättbunden fosfor/porvattenfosfor extraheras med NH4Cl eller ultrarent vatten.
• Järnbunden fosfor extraheras med en buffrad natriumditionit-lösning.
• Aluminiumbunden fosfor extraheras med en NaOH-lösning.
• Organisk fosfor extraheras med en NaOH-lösning under hög temperatur och tryck.
• Kalciumbunden fosfor extraheras med en HCl-lösning.
• Restfosfor beräknas som skillnaden mellan totalfosfor och summa fosforfraktioner.

Under neutrala pH-förhållanden utgörs läckagebenägen fosfor av den lättbundna, järnbundna, organiskt bundna fosforn samt av en del av restfraktionen.

Analyser som bör beställas inkluderar fosforfraktionering, totalfosfor, torrvikt och glödningsförlust. Uppgifter om torrvikt och glödningsförlust använder man för att kunna omvandla koncentrationer till massan av fosfor i sedimentet. Det är fosformassan som driver internbelastningen och det är också fosformassan som används för att utveckla åtgärder för att minska internbelastningen.

Figur 2. Exempel på utveckling av fosforprofiler under sommaren i två skiktade sjöar, Drevviken och Ulvsundasjön. Det gröna området används för att kvantifiera internbelastning.

---

[1] Detta för att minska risken att sediment blandas upp i bottenvattenprovet om syrgas- och temperaturproben av misstag hamnar i sedimentet.

[2] Frivilliga analysparametrar är de som eventuellt kan vara till nytta i bedömningen, dynamisk modellering i steg 3 av verktyget, eller som kan användas som underlag vid statusklassning inom Vattenförvaltningen.

[3] Det viktigaste är att undvika grunda områden med mycket makrofyter som t.ex. vass eftersom makrofyter kan stabilisera vattenpelaren och öka sedimentationshastigheten. Fosforhalterna kan vara betydlig lägre i sådana områden jämfört med andra områden där vattnet kan omblandas.

[4] Havs- och vattenmyndighetens föreskrifter (HVMFS 2019:25) om klassificering och miljökvalitetsnormer avseende ytvatten.

[5] Observera att detta är en frivillig parameter enbart för grunda sjöar.

[6] Psenner R., Boström B., Dinka M., Pettersson K., Puckso R. och Sager M. 1988. Fractionation of phosphorus in suspended matter and sediment. Archiv Fur Hydrobiologie Supplement. 30:98-103.