Fjordmiljømodellen

Den numeriske modellen FjordEnv 3.3 er brukt for beregning av vannutskiftning og vurdering av bæreevne i Balsfjorden. Modellen er utviklet av Anders Stigebrandt (Stigebrandt 2001), og estimerer miljøeffekter på grunn av forandring i tilførsel av næringssalter og organisk materiale i fjordbassenger der vannutskiftning med den utenforliggende kysten begrenses på grunn av topografiske forhold som grunne terskler eller smale sund. FjordEnv er en såkalt

”boksmodell”, der fjordvannet betraktes som fordelt i tre lag innenfor en terskel:

Overflatelaget, intermediært lag over terskeldypet, og et bunnlag under terskeldypet.

Modellen beregner gjennomsnittsforhold for hvert lag, basert på volumet i hvert lag i forhold til tverrsnittarealet til fjordmunningen. Parametere som beregnes er oppholdstid for vann over terskeldypet, nedsynkning av partikulært organisk materiale, oksygenforbruk ved nedbrytning, og hvor lang tid det tar å skifte ut dypvannet i fjordbassenget. Videre beregnes minimum oksygenkonsentrasjon i bassengvannet og endring av siktedypet i overflatelaget. I denne rapporten er hovedfokuset på siktedypsforandringer.

Modellen har mange generaliserte inngangsverdier basert på statistikk fra et stort utvalg fjorder, men tar som regel utgangspunkt i konservative verdier angående miljøtilstand. For eksempel antar modellen at 100 % av næringsstoffene blir tilført i den fotiske sonen der primærproduksjonen foregår. Dersom utslippet innlagres på mer enn 20 m dyp, vil sannsynligvis effekten av utslippet bli noe mindre.

3.2.1 Valg av modellområde

Utvekslingen av vann mellom Balsfjorden og kystområdene utenfor er begrenset av grunne terskelområder rett innenfor Rystraumen (ca 34 m) og på begge sider av Tromsøya (< 10 m).

Området innenfor disse tersklene er derfor et naturlig valg av område for beregninger av vannutskiftning (Figur 12). Som en forenkling, er det i modellberegningene også antatt at all vannutskiftning skjer gjennom Rystraumen, dvs. at vannutskiftning gjennom Sandnessundet og Tromsøysundet ikke bidrar til vannutskiftningen i Balsfjorden. Vannutskiftningen beregnet i modellen vil derfor sannsynligvis være noe mindre enn den reelle vannutskiftningen.

Modellområdet er forholdsvis stort og i vurderingene må det tas hensyn til at modellen regner ut gjennomsnittverdier for hele området (ingen horisontale gradienter) og ikke tar hensyn til geografiske variasjoner. Løsninger for å håndtere dette diskuteres i kapittel 3.2.4.

Figur 12. Modellområde. Vannutskiftning er beregnet for området innenfor Rystraumen (markert med blå strek)og Tromsøya (markert med sort strek). All vannutskifting mellom modellområdet og kysten utenfor er antatt å skje gjennom Rystraumen. Omtrentlig utslippspunkt er marker med stjerne.  

3.2.2 Inngangsdata til modellering

Opplysninger om overflateareal og vanndyp for modellområdet (Figur 12), samt terskeldyp og tversnittareal av fjord munningen er innhentet ved hjelp av kartverktøyet fra Fiskeridirektoratets elektroniske karttjeneste (http://kart.fiskeridir.no). Topografidata for modellområdet er presentert i Tabell 3.

Tabell 3. Topografiske data for modellområdet.

Maks. dyp 190 m

Terskeldyp 34 m

Areal 245 km²

Volum over terskeldyp 6.9 km³ Volum under terskeldyp 9.2 km³ Tverrsnittareal over terskel 11310 m²

3.2.3 Drivkrefter for vannutskiftning

Vannutskiftning i en fjord styres primært av tidevannsdrevet sirkulasjon, intermediær sirkulasjon drevet av tetthetsforskjell mellom vannet i fjorden og kystvannet utenfor, og estuarin sirkulasjon på grunn av ferskvannstilførsel fra land.

Den tidevannsdrevne utskiftningen blir drevet med hjelp av tidevannsamplituden, som i beregningene er satt til 1,1 m (forskjellen mellom flo og fjære blir da 2,2 m). Verdien er basert på statistiske data der forskjellen mellom middel høyvann og middel lavvann for tidevannsstasjonen ved Tromsø er benyttet (Statens kartverk sjø, http://vannstand.statkart.no).

Parametere for tetthetsdrevet vannutskiftning (intermediær sirkulasjon) er hentet fra databasen som inngår i modellen FjordEnv (Stigebrandt, 2001).Ved hjelp av kartverktøyet til Norges vassdrags- og energidirektorat (http://atlas.nve.no) er det beregnet et årlig ferskvannstilsig for modellområdet på ca. 40 m³/s.

3.2.4 Tilførsel av næringssalter og organisk materiale

Det meste av næringssalttilførselen til fjorden (utenom det som kommer fra antropogene kilder) skjer på grunn av innstrømmende kystvann. Naturlig produksjon av organisk materiale i vannsøylen skjer ved hjelp av algeproduksjon i overflatelaget, gjennom forbruk av næringssalt som finnes i sjøvannet. I modelleringen er det brukt en bakgrunnsfluks på 5,5 g C/m² per måned som bestemmende for den naturlige primærproduksjonen.

Andre inngangsdata er minste siktedyp sommerstid og oksygenkonsentrasjon i ”nytt”

bassengvann før nedbrytning av organisk materiale starter. For disse parametere er verdiene hentet fra modellens database for norskekysten. Oksygenkonsentrasjonen er representert med 6 ml/l og siktedypet er satt til 5 m.

Data for tilførsel av næringssalter totalt nitrogen (N) og totalt fosfor (P) fra bosetting, landbruk og industri er beregnet med tilførselsmodellen TEOTIL (Tjomsland, NIVA, pers.

komm.) til 188 tonn N/år og 21 tonn P/år for modellområdet.

Tilførsel av næringssalter fra utslippet er gitt i Tabell 2.

3.2.5 Modellsimuleringer

Som nevnt i kapittel 3.2.1 er det bare gjennomsnittverdier for fjorden som blir beregnet i Fjordmiljømodellen. Det fremtidige utslippet vil være plassert nesten helt innerst i Balsfjorden, og det er rimelig å anta at gjennomsnittlige vannutskiftningsverdier ikke er representative for hele fjordsystemet; utskiftningen vil være mer effektiv i de ytre delene enn i de indre. Dette skyldes i hovedsak den tidevannsdrevne komponenten av vannutskiftningen. I de indre delene av fjorden vil en større del av vannet som pumpes ut ved synkende vannstand strømme tilbake ved stigende vannstand.

En annen kompliserende faktor i dette tilfellet er topografien i munningen av fjorden. Den smale åpningen i Rystraumen gjør at tidevannsstrømmene blir svært sterke i dette området.

Selv om den intermediære vannutskiftningen, som drives av tetthetsforskjeller mellom vannet i fjorden og kystvannet, virker på lengre tidsskala og forventes å bidra til vannutskiftning inne i fjorden, er det usikkerhet rundt effektiviteten av slik utskiftning i trange sund med svært

En mulig løsning for å oppnå mer realistiske verdier for vannutskiftning, og dermed siktedypsforandring, for de indre delene av fjorden, er derfor å redusere styrken på  drivkreftene for sirkulasjon. Dette vil gi en indikasjon på sensitiviteten i siktedypsberegningene overfor usikkerhet i vannutskiftning.

Basert på datamaterialet og vurderingene ovenfor er det utført ulike modellberegninger med ulik vannutskiftning:

 Én simulering med realistiske drivkrefter. Resultatene brukes for å beregne gjennomsnittstilstand i fjorden. Som nevnt over vil påvirkningene i de ytre delen av fjorden bli mindre og i de indre delene, større enn disse resultatene.

 Én simulering med tidevannssirkulasjonen slått av.

 Fire ulike simuleringer med intermediær sirkulasjon slått av, og ulik styrke på tidevannsdrivkrefter (100 %, 50 %, 25 % og 10 %).

Alle simuleringene er kjørt med de tre ulike utslippsmengdene i Tabell 2. Disse ulike simuleringene antas å dekke både beste og verste tenkelige mulige utfall for siktedypsforandringer, og den realistiske verdien på forandring i siktedyp forventes å ligge mellom beste og verste verdi i simuleringene.

I tillegg har lokalt oksygenforbruk blitt beregnet fra oppgitte BOF5-tall og fortynningsverdier fra modelleringsresultatene i kapittel 2.