Klima og vannmodellering

Øyvind Kaste 1

Klima og vannmodellering

- hva med Agder?

28.11.2013

Foto: Eva Skarbøvik

Typiske vannforekomster i Agder

28.11.2013

Øyvind Kaste 2

• Større elver

– Forsuring – Regulering – Krypsiv

– Lokal forurensning

• Kystnære vassdrag

– Landbruk

– Byer / tettsteder – Industri

– Inngrep/forurensning

• Fjorder/kystområder

– Påvirket av elvene

– Direkte utslipp, inngrep – Lokal forurensning,

økosystemendringer

Dagens situasjon

• Klimaet allerede i endring, men større endringer er i vente! (IPCC AR5)

• Mange vannforekomster tilfredsstiller ikke vanndirektivets krav til god økologisk

status og det må gjennomføres tiltak

• Fremtidige klimaendringer kan øke tiltaksbehovet

28.11.2013

Øyvind Kaste 3

Elvene

• Trender siden 1990:

• Reduserte næringssalt-

tilførsler, men mer organisk materiale

• Økt begroing og påvekst i flere vassdrag, problem- vekst av krypsiv

• Mer flom og endret sesongmønster

• Store episodiske tilførsler (organisk stoff, partikler, næringsstoffer)

Foto: F. Kroglund

Kilder: Sur nedbør overvåkingen, Elvetilførselsprogrammet

Kyst- og byvassdrag

• Trender?

• Utsatt for mange trusler

• Stort biologisk mangfold

• Stor brukspotensial / landskapsmessig verdi

• Klimautsatt:

– Tørke

– Høy sommertemperatur – Flom, erosjon, ras

– Overløp fra kloakkløp – Fremmede arter

Foto. UniMiljø

Kystsonen

• Store økosystem-endringer siste 10-20 år

• Tareskog byttet ut med begroingssamfunn over store områder

• Nedslamming, endrede lysforhold (brunere vann)

• Leveområder for bunndyr og fisk i sterk endring

• Sterk nedgang i kystnære fiskebestander

Foto: NIVA/HI

Kilder: Kystovervåkingen, Sukkertareovervåkingen, Dupont & Aksnes, i trykk

HI / Havforskningsrapporten 2013

Klimaeffekter på natur og samfunn

• En kompleks sammenheng mellom direkte og indirekte faktorer

28.11.2013

Øyvind Kaste 7

Endret temperatur, nedbør, vind

Endret hydrologi (vannføring/flom, snøforhold)

Effekter på naturen (erosjon, skred, havnivå)

Effekter på vannfysikk, -kjemi og -biologi

Effekter på samfunn, økosystemtjenester

Mulige konsekvenser for vannmiljøet

• Både ekstreme episoder og endringer i middeltilstanden vil kunne medføre en tilleggsbelastning i forhold til kjente miljøbelastninger

• Kan få økosystemer til å krysse terskler eller

vippepunkter som skaper midlertidig ubalanse evt.

irreversible endringer (etablering av ny likevekt)

• Resultat: Endret naturtilstand

 Kan medføre øke tiltaksbehov og –kostnader for å oppnå god tilstand jf Vanndirektivet

8

Modeller som verktøy for å analysere komplekse sammenhenger

• Systematiserer tilgjengelig informasjon og kunnskap (konseptualisering)

• Kunnskap om dagens dose/respons

sammenhenger kan brukes til framskrivninger

28.11.2013

Øyvind Kaste 9

?

Dagens klima

Noen modeller i bruk ved NIVA

• Elver:

– PERSiST: Hydrologi

– INCA: Nitrogen, fosfor, partikler, organisk karbon

• Innsjø:

– MyLake (1-D): Fosfor, klorofyll a, cyanobakterier.

– GEMSS (3-D): spredning av utslipp, inkl kolibakterier

• Fjord:

– GEMSS: Temperatur, salinitet, strøm, oppløste stoffer – ROMS/Oxydep: Fjord/havmodell

28.11.2013

Øyvind Kaste 10

Eksempel på modelloppsett for et elv/innsjø-system

• Nedbørfelt/elv: En hydrologisk modell (PERSiST) simulerer snøforhold, jordfuktighet og vannføring

• Nedbørfelt/elv: En vannkvalitetsmodell (INCA-P) simulerer transport av partikler, løst PO4, part-P og tot-P i elva

• Innsjø: Modellen MyLake simulerer isforhold, vertikal fordeling av temperatur, lys, næringssalter og klorofyll a.

• Scenarier: Bruker modellkjeden til å simulere ulike scenarier for endring i klima, arealbruk og tiltaksregimer

11

PERSiST (hydrologi)

INCA-P (vannmengde,

-kvalitet)

MyLake (innsjøfysikk,

vannkvalitet)

PERSiST

Kalibrering av vannføring, Hobølelva

12

• R2 = 0.87, Nash-Sutcliffe = 0.87

1996 1997 1998 1999 2000 2001 Stream flow (m3 s-1 )

0 20 40

60 Persist

INCA-P

1993 1994 1995

Stream flow (m3 s-1 )

0 20 40 60

1993 1994 1995

TP (g L-1 )

0 50 100 150 200

obs sim

MyLake

Kalibrering av vannkvalitet i Vansjø

13

2006 2008 2010 2012

0 20 40

TP

P (ug L-1) 2006 2008 2010 20120

20

40 Chl-a

2006 2008 2010 2012

0 20

40 PP

2006 2008 2010 2012

0 20

40 Pdiss

2006 2008 2010 2012

0 20 40 TP

Date

P (ug L-1)

2006 2008 2010 2012

0 20

40 Chl-a

2006 2008 2010 2012

0 20

40 PP

2006 2008 2010 2012

0 20

40 Pdiss

2006 2008 2010 2012

0 20 40

TP

P (ug L-1) 2006 2008 2010 20120

20

40 Chl-a

2006 2008 2010 2012

0 20

40 PP

2006 2008 2010 2012

0 20

40 Pdiss

Kombinerte scenarier («storylines»)

14

i dag

økonomisk fokus vassdraget i fokus

uten klimaendringer

uten klimaendringer med klimaendringer

med klimaendringer

1

2

3

4 0

Arealbruk / forvaltning:

- Skog vs jordbruk

- Gras vs. korn/grønnsak - Gjødsling

- Kloakkrensing

Klimaforhold:

20300 2032 2035 2037 2040 2042 2045 2047 2050 2052 2055 10

20 30 40 50

PO4 (g L-1)

Simulation date Median PO4 Vanemfjorden

Storyine 1 Storyline 4 Reference

20300 2032 2035 2037 2040 2042 2045 2047 2050 2052 2055

10 20 30 40 50

Chl (g L-1)

Simulation date Median Chl Vanemfjorden

20300 2032 2035 2037 2040 2042 2045 2047 2050 2052 2055

20 40 60 80

TP (g L-1)

Simulation date Median TP Vanemfjorden

15

Klorofyll a scenarier (døgnverdier)

Storyline 4 (Worst case) 0 (Referanse) 1 (Best case)

0 10 20 30 40

** *

* *

*

*

*

** *

* *

*

*

*

** *

*

*

*

*

* Reference Storyline 1 Storyline 4 Storemfjorden

0 10 20 30 40

*

*

*

* *

*

*

*

*

*

*

* *

*

*

*

*

*

*

* *

*

*

*

Vanemfjorden

DJF MAM JJA SON

DJF MAM JJA SON DJF MAM JJA SON

Chl (g L-1 )

Seasonnal statistics

Sesongvariasjon, klorofyll a

WFD status Best case (1) Worst case (4)

Referanse

Dårlig Moderat God

Konklusjoner fra studien

17

• Arealbruksendringer og forvaltningspraksis har større innvirkning på vannkvalitet enn klimaendringer

• Vanskelig å nå miljømålet for Vanemfjorden (19 µg P/L) – selv ved «best case» scenariet

• Modellen underestimerer trolig effekten av ekstrem nedbør på partikkeltransport og tot-P konsentrasjoner (f.eks. flommen i 2000 hadde effekter i mange år)

Kilde: Couture et al. Environmental Science: Processes & Impacts (submitted)

Nytt EU-prosjekt i 2014

• MARS - Managing Aquatic ecosystems and water Resources under multiple Stress

• Otra er en av 16 europeiske “case studies”

– Modellering av kombinerte effekter av

klimaendring, vannkraft og forsuring på viktige økosystemtjenester som laks og bleke

– Scenarier for fremtidig utvikling av de ulike stressfaktorene

– Eksempel på problemstillinger: Hvordan kan

“klimavannet” forvaltes?

28.11.2013

Øyvind Kaste 18

Mulige effekter – aktuelle tiltak

• Vannforekomster i regionen generelt robuste i forhold til klimaendringer

• Endringer i midlere klima kan gi endret naturtilstand

• Ekstreme episoder kan gi langvarige og noen ganger irreversible effekter

• Viktige fokusområder for lokal klimatilpasning

– Sikring av drikkevann (farge, patogener)

– Landbruket: Tiltak mot erosjon og stofftap ved ekstremnedbør – Skogbruket: Mindre frost kan gi større kjøreskader

– Urbane områder: Bedre dimensjonering av avløpsanlegg, redusere flomoverløp, redusere andel fremmedvann i

avløpsanlegg, fordrøyningstiltak for å dempe flommer

28.11.2013

Øyvind Kaste 19

Oppsummering

• Klimaendringer skaper usikkerhet i vannforvaltning / samfunnsplanlegging

• Kan bli vanskeligere å nå miljømålene i Vannforskriften

• Økt tiltaksbehov, vil kreve ekstra investeringer

• Stort kunnskapsbehov rundt effekter og tiltak

• Relativt stor forskningsaktivitet, men begrensede midler i forhold til mangfoldet av problemstillinger

• Behov for kombinert langtidsovervåking og tiltaks- overvåking for å lære mer om vannforekomstenes respons på klimapåvirkning og tiltak

20

Takk for oppmerksomheten!

21