Massbalans, sedimentbudget och belastning

Spridningen in och ut ur ett system, t.ex. en fiberbank, respektive ackumulation och eventuell produktion i systemet, kan beskrivas med en s.k. massbalans. Massbalansen kan användas för att bedöma såväl risker och åtgärdsbehov, som i bedömning av åtgärdskostnader. Grundprincipen för en massbalans är:

Material-in + Material-producerat = Material-ackumulerat + Material-ut (mängd/tidsenhet)

För transporten av enskilda kemiska ämnen multipliceras respektive term med koncentrationen (tex mg/kg). I Figur 1 har såväl mängderna förorening som vissa spridningsvägar kvantifierats baserat på en massbalans.

Det finns idag inga särskilda modeller eller vägledningar framtagna för att beräkna och modellera de mängder fibrer och förorening som sprids från just fibersediment men det finns kunskap och erfarenheter från utredningar av såväl minerogena förorenade sediment och icke-förorenade sediment som kan användas även för fiberbankar. I Naturvårdsverkets Rapport 5886 – Strategi för miljöriskbedömning av förorenade sediment finns beskrivning av hur man kan beräkna och mäta spridning när man behöver göra en massbalans. Erfarenheter kan också hämtas från utredningar i samband med kustplanerings- och stranderosionsfrågor. Teorier och modeller finns här utvecklade sedan lång tid, och massbalansen kallas här sedimentbudget. Denna innefattar ofta enbart materialflöden även om föroreningar ibland ingår. Massbalansen används här t.ex. som verktyg för att kunna förutspå förändringar över tid, med koppling till exempelvis havsnivåförändringar, en viktig aspekt som kan påverka även fiberbankar och fiberrika sediment (särskilt eftersom dessa ofta är belägna på grunda vattendjup). Något som påpekats är vikten av spridning av föroreningar med flockulerat material och att dess egenskaper och interaktioner med föroreningar kan skilja sig markant från den partikulära spridningen (2). Detta är intressant när det gäller fibersediment utifrån dess annorlunda sammansättning jämfört med minerogena sediment, och indikerar att det är särskilt viktigt att utveckla konceptuella massbalansmodeller specifikt för fiberbankar då viktiga mekanismer annars kan missas om man använder modeller som normalt används för minerogena sediment.

En massbalans för ett fibersedimentområde kan ge viktig information om hur stabilt området kan förväntas vara över tid, och därmed hur akut det är med åtgärder. Vilken belastning (mängd per tidsenhet, tex mg/mg/kg/ton per s/h/år) som fiberbanken kan ge upphov till i omgivande vattenmiljön är också en viktig komponent i riskbedömningen, eftersom direkta effekter av spridningen av föroreningar och de koncentrationer man predikterar inte ger ett fullständigt mått på risk. Belastningen i form av mängder av material eller förorening från fibersedimenten som källa kan vara ett värdefullt mått på om spridningen kan anses ringa, signifikant eller påtaglig och sättas i relation till andra material- och föroreningsströmmar till vattenmiljön. Massbalansen och belastningen kan därför tillsammans ge information till exempel om hur akut en åtgärd är eller om skyddsåtgärder till exempel behövs.

Figur 1. Exempel på massbalans för fiberbanken och de fiberrika sedimenten vid Karlshäll, Luleå.

Generellt delar man in sedimenttransporten i:
– Wash load (avser framförallt kolloider och lösta ämnen som transporteras som främst kommer från omgivningen, ligger på vattenytan och som är så lätta att de inte sedimenterar förrän de når riktigt lugna miljöer)
– Transport genom suspension (avser partiklar som har virvlats i vattenmassan från botten och transporteras med vattenmassan)
– Bottentransport (avser partiklar som rullar eller hoppar på botten och som ofta rör sig långsammare än det strömmande vattnet)

Beroende på transportmekanism förflyttar sig partiklarna olika fort.

Om man ska göra en bra massbalans behövs indata för samtliga av dessa tre Wash, Susp och Bed load. Det innebär generellt:
-provtagning uppströms, inom och nedströms
-provtagning på olika ställen i vattenmassan (nära ytan, på olika nivåer, nära botten, vid botten),
-provtagning under olika förhållanden (högflöde, lågflöde, medelflöde, stilla, storm …)

Flödena kan behöva delas upp i olika materialströmmar, eftersom det i fibersediment dels finns fibermaterial, minerogent material, vattenflöde, gasflöde respektive flöde av organiskt material (utöver DOC). För respektive materialflöde behöver man identifiera vilken typ av spridning som kan ske och hur den kan beskrivas/kvantifieras. Vissa sätt att kvantifiera spridning som kan användas i massbalansen finns beskrivna i kapitel [Föroreningsspridning].

Dessutom behöver det fastställas varifrån sedimentet kommer, dvs. kommer det från omgivande markyta, från bankerosion eller från bottenerosion. Därtill behöver man veta hur botten ser ut, inte bara på ytan utan även en bit ner. Så fort en yta eroderat förändras förutsättningarna.

När det gäller kustområden kan sediment sköljas ut vid stormar för att sedan föras tillbaka vid normala väder. Det är en balans som inom ett kort tidsperspektiv är dynamisk men över ett längre tidsperspektiv kan vara ganska stationär. Det gäller inte överallt, och erosion eller ackumulation kan också vara dominerande. Systemförståelse är således viktigt.

Det kan vara svårt att bedöma vad som är en stor eller liten belastning och man kan även behöva se till vilken sammantagen belastning de många fiberbankar som finns ger. Då det inte finns något enkelt svar på hur man bör resonera, kan man till exempel se hur andra fall på miljöområdet bedömts, där man bedömer enskilda källors belastning i relation till vad effekten blir om alla sådana belastningar på en recipient tillåts. Även om en enskild källa inte bidrar påtagligt eller påvisbart så att risker uppstår, så kanske den sammanlagda gör det. Då kan en strategi vara att inte tillåta, eller i alla fall vara restriktiv med, även de mindre belastningarna för att succesivt åstadkomma en total förbättring av recipienten. Å andra sidan kan det handla om prioriteringar av resurser, till exempel då ansvariga verksamhetsutövare inte finns kvar och anslag är begränsade. Då kan de mindre källorna till belastning för tillfället behöva prioriteras ner.

Referenser

1. Envipro (2008). Luleå kommun Huvudstudie Karlshäll 2007:05 Riskbedömning

2. Owens, P. J Soils Sediments (2005) 5: 201. https://doi.org/10.1065/jss2005.05.133