Spridningsvägar - riskbedömning

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som ett utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till  från användare av Åtgärdsportalen t.o.m. 28 februari.

Bedöma aktuella spridningsvägar
Sannolikheten för spridning
Bedöma mängder som sprids och var de sprids
Förändringar av spridningsförutsättningar till följd av klimatförändring och landhöjning
Referenser

Bedömning av spridningsförutsättningar omfattar att identifiera vilka spridningsvägar som är aktuella för platsen, bedöma sannolikhet för spridning, bedöma vilka mängder som sprids och helst att bedöma var de hamnar. Som nämndes i kapitlet om spridningsförutsättningar så finns det två processer som styr spridningen, kemisk diffusion och advektion.

Förutsättningarna för spridning genom advektion är generellt större för fiberbankar än fiberrika sediment då de senare oftare återfinns på större djup där strömmarna är svaga och ackumulation vanligen sker (se kapitel Platsförhållanden). Förekomst av fiberrika sediment utanför fiberbankar kan vara på att spridning av fibrer har skett och kanske också fortfarande sker, något som kan konfirmeras genom att radiometriskt fastställa nivån för Tjernobylolyckan (dvs. år 1986) i lagerföljden.

Spridning är generellt inte en kontinuerlig process utan sker episodiskt, dvs. när förhållandena medger det, exempelvis vid fartygspassage, vid stormtillfällen eller vid högflöden, vilket man bör ha i åtanke vid fältmätningar (se kapitel Undersökningsmetoder) och beräkningar/modelleringar

Bedöma aktuella spridningsvägar

Bedömning av aktuella spridningsvägar görs utifrån fält- och laboratorieundersökningar, och kan kombineras med teoretiska beräkningar (5, 6, 9, 10). En första preliminär bedömning av vilka spridningsvägar som kan vara aktuella för den specifika platsen med fibersediment kan göras utifrån följande:

  • Kemisk diffusion: förekommer i princip alltid, men kan utgöra en låg andel av den totala spridningen (1).
  • Biodiffusion: är aktuellt om det förekommer grävande organismer i fibersedimenten.
  • Advektion orsakad av fartygstrafiksgenererade strömmar: är aktuellt om fibersedimenten, eller delar av dessa, ligger inom en yta där fartygstrafik förekommer. Fartyg kan påverka dels genom de strömmar som propellern orsakar, dels genom det svall (svallvåg) eller den avsänkning (avsänkningsvåg) som fartygets vågor orsakar. Det är främst där fartygen vänder, svänger, bromsar osv. som de orsakar stor påverkan på djupet, (dvs. i hamnar, vid kajer och liknande). Bottendjup, propellerdjup, skrovform, hastighet och batymetri är andra exempel på faktorer som har betydelse.
  • Advektion triggad av strömmande vatten från älvar/vattendrag: är aktuellt om fibersedimenten ligger i eller i utloppet/mynningen av en flod/ett vattendrag.
  • Advektion triggad av vindgenererade vågor är aktuellt om botten kan påverkas av svall, brytande vågor och icke brytande vågor såsom dyningar. Förhållandet mellan våglängd och ostört bottendjup, och förhållandet mellan våghöjd och ostört vattendjup, är viktiga för att bedöma i vilken omfattning vindvågor påverkar botten (se t.ex. ref 3).
  • Advektion triggade av undervattenskred: är aktuellt om fibersedimenten ligger på, eller i närheten av, en undervattenslänt samt att det antingen finns ett friktionslager i de underliggande naturliga sedimenten eller att erosion förkommer av undervattenslänten/släntfot.
  • Spridning genom : både löst i gasen och genom advektion orsakad av gastransporten genom sediment och vatten. Som exempel kan nämnas att i Svartsjöarna ledde gasbildning i kombination med höga flöden till att en större volym sediment förflyttades från Övre Svartsjön till Nedre Svartsjön efter det att sedimentkartering utförts men innan muddring påbörjats. Detta upptäcktes i tid och sedimentkarteringen fick göras om i direkt anslutning till muddringen och visar på att gasbildning kan vara en viktig faktor vid föroreningsspridning.

En preliminär bedömning kan sedan kompletteras med analytiska beräkningar (t.ex. advektions-dispersions-ekvationer) eller numeriska modelleringar (t.ex. en-dimensionella eller två-dimensionella hydrodynamiska modeller eller vågmodeller). För att kunna genomföra sådana beräkningar eller modelleringar behövs indata och ingen modell är bättre än sin indata.

Exempel på indata är batymetri, parametrar som beskriver både fibersedimenten och de underliggande naturliga sedimenten, fauna, diffusionsgradienter, vattendjup, strömhastigheter (egentligen skjuvspänningen), fartygens egenskaper (, bredd, propellerdjup), våghöjder, vindriktning, stryklängd.

Det går inte att säga att någon spridningsväg är mer viktig än någon annan då det beror på platsspecifika förhållanden. Vattendjup, strömhastigheter och hur stor yta som berörs är exempel på parametrar som är av betydelse (7, 10).

.

 

Bedöma mängder som sprids och var de sprids

För att bedöma hur mycket föroreningar, förorenade fibrer, fibrer och träflis som sprids behöver man veta vilka ytor av fibersedimenten som kan påverkas, under vilka förhållanden och hur länge. Exempelvis hur ofta förekommer det vågor som har sådan kraft att de kan resuspendera fibrerna, hur länge uppvirvlingen pågår och hur stora mängder som då rivs loss.

Den norska vägledningen (8) innehåller bra information om hur mängder kan beräknas med avseende på spridning genom molekylär diffusion, biodiffusion och fartygstrafik. Vägledningen tar inte upp undervattenskred eller vindgenererade vågor men ett förslag på hur mängder som frigörs genom dessa spridningsvägar kan beräknas har tagits fram inom TREASURE och väntas publiceras under år 2020.

För att simulera spridningsmönster kan man upprätta en numerisk hydrodynamisk modell (strömningsmodell och/eller vågmodell) över vattenområdet. Viktiga indata till en sådan modell är bland annat meteorologiska förhållanden, tillrinning från land, förhållanden i det öppna vattnet (t.ex. strömriktningar och strömhastigheter), samt batymetrisk information. Till många av de programvaror som finns för att modellera hydrodynamik, finns det möjlighet att även koppla till en modul för sedimenttransport/sedimentdynamik, vilket kan vara bra för att se hur bankarna och bottensedimenten, och föroreningar bundna till dessa, förflyttar sig över tid och/eller vid extrema förhållanden (t.ex. vid orkan). Viktig information till sedimenttransportmodeller är bland annat partikelegenskaper och partikeltransport. Eftersom fibersedimenten skiljer sig från minerogena sediment bör inte generella värden på parametrar för att beskriva partiklarnas egenskaper användas eftersom dessa värden är empiriskt framtagna för naturliga sediment.

Modelleringar behöver också verifieras, t.ex. med bottenprovtagning.

Se även kapitlen Föroreningsspridning och Undersökningsmetoder

Förändringar av spridningsförutsättningar till följd av klimatförändring och landhöjning

Ytvattenmiljöer är dynamiska miljöer. Förhållandena kan variera från dag till annan, mellan årstider och mellan år. Att en botten klassats som ackumulationsbotten behöver inte betyda att den alltid fungerar som en sådan. Under vissa förhållanden, t.ex. vid extremt väder, kan den tillfälligt ändras till en erosionsbotten. Likaså kan erosionsbottnar tillfälligt fungera som ackumulationsbottnar under perioder med mycket svaga strömmar.

Effekter av att klimatet förändras kan bli att storskaliga mönster förändras, exempelvis att vattendjupet ökar när havet stiger, att flödena i vattendrag förändras när nederbördsmönstret förändras, att vindens påverkan på erosion förändras om stormfrekvensen förändras, att vattentemperaturen ökar när lufttemperaturen ökar, osv.

I områden med landhöjning som är snabbare än vad havet stiger innebär det att vattendjupet succesivt minskar. Det innebär inte bara att fibersedimenten kan bli mer exponerade för vågor och andra strömmar utan även att det kan ske underminering av intilliggande kajkonstruktioner eller strandområden. Underminering kan i sin tur orsaka att kajen eller intilliggande mark glider eller rasar ut i vattnet, på fibersedimenten, och därigenom orsakar hög resuspension.

På sikt påverkar både effekterna av klimatförändring och landhöjning förutsättningarna för spridning av fibersedimenten, särskilt de som ligger ansamlade som bankar på grunda och strandnära bottnar. Den förändringen behöver beaktas vid bedömningen av sannolikhet för och risker med spridning.

Referenser

1. Apler, A., Snowball, I,.Frogner-Kockum, P., Josefsson, S. (2019) Distribution and dispersal of metals in contaminated fibrous sediments of industrial origin. Chemosphere Volume 215, January 2019, Pages 470-481.

2. Bedford, T., Cooke, R. (2001). Probabilistic risk analysis. Foundations and methods. Sixth reprinting 2009. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77320-1.

3. Bridge, J., Demicco, R (2008). Earth Surface Processes, Landforms and Sediment Deposits. Cambridge University Press.

4. Dai, F.C., Lee, C.F., Ngai, Y.Y., 2002. Landslide risk assessment and management: an overview. Eng. Geol. 64, 65–87.

5. Frogner-Kockum, P., Göransson, P., Åslund, H., Ländell, M., Stevens, R., Tengberg, A., Göransson, G., Ohlsson, Y. (2016). Metal contaminant fluxes across the sediment water interface. Marine Pollution Bulletin, 111(1-2), pp 321-329.

6. Frogner-Kockum, P, Kononets, M, Apler, A, Snowball, I, Hall, P, 2020, ‘Less metal fluxes than expected from fibrous marine sediments, Marine Pollution Bulletin vol 150, pp 1 - 10.

7. Göransson, G., Apler, A., Dahlberg, A-K, Frogner-Kockum, P., Josefsson, S., Kopf, A., Löfroth, H., Paul, C., O´Regan, M., Snowball, I., Wiberg, K., Zillén, L (2018). An approach to estimate the risk of sediment and contaminant transport from marine fiberbank deposits. NORDROCS, Helsingör, Danmark, 2018. 

8. Miljødirektoratet (2015). Risikovurdering av forurenset sediment. Veileder. M-409. 

9. Soulsby, R.L. & Clarke, S. (2005). Bed shear-stresses under combined waves and currents on smooth and rough beds. Report TR 137, rev 1. Produced within Defra project FD1905 (EstProc). HR Wallingford.

10. Snowball, I., Apler, A., Dahlberg, A-K., Frogner-Kockum, P., Göransson, G., Josefsson, S., Hedfors, J., Kiilsgaard, R., Kopf, A., Löfroth, H. O’Regan, M., Paul, C., Wiberg, K., Zillén L. (2020, ej tryckt än). TREASURE – Targeting emerging contaminated sediments along the uplifting northern Baltic coast of Sweden for remediation. En sammanfattning av ett fyraårigt forskningsprojekt om fiberbankar inom forskningsprogrammet TUFFO. Statens geotekniska institut, 2020.

11. Yuan, Q., Valsaraj, K.T., Reible, D.D., Willson, C.S. (2007). A laboratory study of sediment and contaminant release during gas ebullition. Journal of the Air & Waste Management Association, 57(9), pp 1103-11.

För vidare läsning om förorenade sediment generellt:

Reible D (Ed) (2014). Processes, assessment and remediation of contaminated sediments. Springer. ISBN 978-1-4614-6725-0.