h\L/\Q.A 1

VATTEN 61:183-192. Lund 2005

BORTPUMPNING AV SJÖARS BOTTENVATTEN FÖR ATTMINSKA INTERNBELASTNINGEN AV FOSFOR

Erfarenheter från BornsjönHypolimnetic withdrawal to reduce internal phosphorus loading in lakes

Experiences from Lake Bornsjön

av ANNIKA LIND VALV och BARBRO ULÉN?I Vizon SciTec Inc., BC Research Complex, 3650 Wesbrook Mall, V6S 2L2 Vancouver BC, Canada

e-post: annika_lindvall@hotmail. com2 Avdelningen för vattenvårdslära, SLU

e-post: bar bro. ulen @mv. slu. se

&

A

AbstractEutrophication of lakes is a serious problem, especially in agricultural areas. It is mainly due to external and in-ternal loads of phosphorus (P), which increase the P concentration in the lake water. Lake Bornsjön is a reservesource of water supply for Stockholm and is located 25 km southwest of the city. Maximum yearly concentra-tion of total P has increased during recent years to 920 ug I"1 during 2000-2004 compared to 700 ug I"1 duringthe 1990s. The lake seems to be in the beginning of a negative process with accelerating P concentrations andlow levels of oxygen (O2) in the hypolimnion during stagnant periods.

During the summer of 2004, 480 000 m3 of water containing 158 kg P were pumped from the hypolimnionof the north-west basin of Lake Bornsjön. Pumping started in early June and lasted during the entire stratifiedperiod. The O2 depletion was quite high during June-August, 0.024 mg cm"2 dygn"1, and there was no cleareffect on the P concentration of the hypolimnetic withdrawal. However, there was no additional O2 consump-tion in that year, in contrast to the significant trend observed in at least previous 18 years. Better results withimproved O2 conditions would probably have been achieved with a more effective pump capable of 120 1 s"or more compared with the 40 1 s"1 employed here. Some alternative methods of managing the pumped waterare discussed.Key words - accelerating eutrophication, drinking water, hypolimnetic withdrawal, phosphorous loading,oxygen consumption.

SammanfattningEutrofiering av sjöar är ett vanligt problem, speciellt i jordbruksområden. Det beror främst på att det sker bådeextern och intern belastning som leder till ökande halt fosfor (P) i vattnet. Bornsjön är en reserwattentäkt tillStockholm och ligger 25 km sydväst om staden. Årliga maximala halten fosfor (P) har ökat till 920 ug 1" underåren 2000—2004 från att ha legat på 700 ug 1" under nittiotalet. Sjön verkar vara i början av en negativ ut-veckling med ökande halter av P och låga halter av syre (O2) i hypolimnion under skiktade perioder.

Under sommaren 2004 pumpades 480 000 m3 bottenvatten innehållande 158 kg P från hypolimnion i dennordvästra bassängen i Bornsjön. Pumpningen påbörjades i början av juni och pågick under hela den skiktadeperioden. Minskningen av O2 under juni - augusti var relativt snabb; 0,024 mg cm" dygn" och det blev ingentydlig effekt av pumpningen på vattnets fosforhalter. Konsumtionen av O2 fortsatte dock inte att accelereradetta år vilket har varit trenden under minst 18 år tidigare. Antagligen skulle man få bättre resultat med för-bättrade O2-koncentrationer med en effektivare pump och högre pumphastighet; 120 1 s"1 eller mer jämförtmed den nu använda hastigheten 40 1 s"1. Några alternativa sätt att ta vara på det bortpumpade vattnet disku-teras.

VATTEN-3-05 183

Figur 1. Karta över Bornsjön och dess tillrinningsområde. Gränsen för tillrinningsområdet är markerad med fet linje. Provpunkternai de olika delbassängerna i sjön och vid utloppet är markerade med symboler: stjärna = utloppet, kvadrat = nordvästra, triangel =östra och cirkel = södra.

InledningEutrofiering av sjöar förekommer mer eller mindre i deflesta bebodda områden och är speciellt vanliga i jord-bruksområden. I Sverige är det de södra kustnära om-rådena samt områdena runt Mälaren, HjälmarenVänern och Vättern där näringsrikedom i sjöar är märk-bar (Johansson & Persson, 2001) och den ökar till följdav mänsklig påverkan från t.ex. enskilda avlopp, renings-verk, industrier och jordbruk. Detta brukar leda till attdet bli mer alger, minskat siktdjup, ändrad artsamman-sättning och ökad igenväxning. Även om tillförseln avnäringsämnen till en sjö (extern belastning) minskar såkan fortfarande höga halter av närningsämnen finnaskvar i sjöns sediment från tidigare. Näringen kan frigörastill den fria vattenmassan i sjön (intern belastning) ochproblem med eutrofieringen kan kvarstå under lång tid.

Ett antal metoder har utvecklats för att motverkaeffekterna av eutrofieringen (Eiseltovå, 1994, Moss etal., 1996 m.fl.). De flesta går ut på att binda fosforn isedimenten och/eller att upprätthålla goda syreförhål-landen i sjön och därmed minska internbelastningen.

Generellt gäller att metoderna får bäst effekt först efterdet att den externa belastningen har minimerats.

Den här artikeln syftar till att beskriva syre- och fos-forförhållandena i en sjö med accelererande eutrofiering,samt att utvärdera ett försök under sommaren 2004 därman under fem månader pumpade bort bottenvattenunder språngskiktet.

BornsjönBornsjön ligger ca 2,5 mil sydväst om Stockholm och ären förkastningssjö med mestadels branta stränder. Dentotala sjöytan är 6,6 km2 och medeldjupet ligger på 10 m.Sjön består av tre delbassänger (Figur 1). Den södra bas-sängen (S) har ett maxdjup på 13,8 m och den östra (Ö)bassängen på 16 m. Den nordvästra (NV) och djupastebassängen, där försöket med pumpning utförts, har ettmaxdjup på 18,3 m. Även om NV och Ö bassängen harolika morfometri så är volymförhållandet mellan hypo-limnion och epilimnion densamma i de båda bassäng-erna. Hypolimnion utgör där 27 % (räknat från 9 m från

184 VATTEN -3-05

Tabell 1. Klassificering av Bornsjön baserat på närsalter, siktdjup, klorofyll och syrgas enligtNaturvårdsverkets bedömningsgrunder (1999).

Parameter (år klassningen baseras på) Benämning Klass

Totalfosforhalt (år 2004)Totalkvävehalt (år 2004)Kvoten totalkväve/totalfosfor (år 2004)Siktdjup (år 2003)Klorofyll (år 2001-2003)Syrehalt (år 2001-2004)

Måttligt höga halter, mesotrofi 2Måttligt höga halter 2Kväve och fosfor är i balans 2Måttligt siktdjup 3Måttligt höga halter 2Syrefritt eller nästan syrefritt 5

ytan) av den totala volymen medan den utgör en mindreandel (15 %) i S bassängen. Sjön som är reserwattentäktför södra Storstockholm är fridlyst. Större delen avtillrinningsområdet ägs av Stockholm Vatten AB menSödertälje kommun äger mindre delar av tillrin-ningsområdet väster om Ladvik (Figur 1). 1988 fastställ-des det nu gällande vattenskyddsområdet som i stort settsammanfaller med vattendelaren. Det huvudsakliga till-flödet till Bornsjön sker via två tillflöden, Oxelbydiketoch Bergaholmsdiket, som tillsammans awattnar 2/3 avtillrinningsområdet. Dikena mynnar i S bassängen ochvattnet rör sedan sig från S till Ö bassängen. Där finnsen ledning på 6 m djup genom vilken vatten kan tas tillNorsborgs vattenverk, alternativt ledas ut till Mälaren.Praktiskt taget hela utflödet från sjön går via denna led-ning. Det naturliga utloppet finns vid Vallinge vid sjönsnordligaste del, men här awattnas bara sjön i undan-tagsfall vid högt vattenstånd. Sjön och dess tillrinningövervakas noggrant sedan mer än ett par decennier avStockholm Vatten AB. Bolaget utför all provtagning ochanalys av närsalter mm. Detta sker enligt Svensk Stan-dard på bolagets laboratorium som är ackrediterat avSWEDAC (Styrelsen för ackreditering och teknisk kon-troll).

Sommaren 1987 påbörjades syresättningen av botten-vattnet i Ö bassängen genom luftning med ett s.k.Limnoaggregat. Luftningen har vanligen pågått frånjuni/juli till september/oktober, förutom några år medkortare avbrott på grund av driftstopp. Åtgärden var av-sedd som en kortsiktig lösning i väntan på effekter av deåtgärder inom jordbruket och enskilda avlopp som bör-jade vidtas i slutet av 80-talet, respektive runt år 2000(Christer Lännergren, 2004.). Luftningen avbröts i sam-band med försöket med bortpumpning av bottenvattnet2004 för att använda Ö bassängen som referens.

Vatten kemisk statusBornsjön har måttligt höga halter av totalfosfor (TotP)och totalkväve (TotN) och klassas därmed som enmesotrof sjö (Naturvårdsverket, 1999). Baserat på

samma klassificering råder kväve-fosforbalans i sjön medN/P kvoter på omkring 23. Om kvoten är låg, t.ex.genom en hög interbelastning av P, så ökar risken för attcyanobakterier (»blågröna alger») ska bilda massföre-komster. Enligt närsaltsparametrarna, siktdjup och klo-rofyll klassificeras sjön som mesotrof, och befinner sig iklass 2-3 på en femgradig skala (Tabell 1). Kriteriernaför syre (O2) indikerar däremot betydligt sämre status ioch med att sjön tidvis har syrefria eller nästan syrefriaförhållanden i bottenvattnet. Enligt kriterierna för skik-tade sjöar utnyttjas mätvärden från provtagningsdjupsom representerar minst 10% av sjöns bottenyta efter-som O2 förhållanden från en sjö som har förhållandevisliten volym i djuphålan kan ge en missvisande bild.

Produktionen i det trofogena skiktet reflekteras vanli-gen i den O2 konsumtion som sker i hypolimnion ochdetta mått kan därför ses som en indikator på sjöns tro-figrad. Syret i hypolimnion i NV bassängen har förbru-kats allt fortare perioden juni-augusti under åren 1986—2003 (Figur 2). Trenden är signifikant (p < 0,05), ochapproximerad till en rät linje motsvarar den en årligökning i O2-förbrukningen på 0,0006 mg O2 cm~dygn"1. Under de senaste åren har syrgasminskningenlegat runt 0,025 mg cm~ dygn" vilket motsvarar en

sc\i

E

•0.015 -

-0.020'

1985

9

1990 1995

År

- * — _

2000

Figur 2. Syrgasminskning under juni—augusti på 12—17 m djup inordvästra bassängen, 1986—2003. Den heldragna linjen mot-svarar en syrgaskonsumtion som årligen ökar med 0,0006 mgO 2 cm"2 dygn"1. Trenden är signifikant (p < 0,05).

VATTEN - 3 - 0 5 185

Figur 3. Syrgasminskning under juni—augusti på 12—14 m ,östra bassängen, 1986-2003. Den heldragna linjen motsvarar ensyrgaskonsumtion som årligen ökar med 0,0002 mg O2 cm"dygn"1. Trenden är endast marginellt signifikant (p < 0,1).

klassning av sjön som mesotrof (Wetzel, 2001), dvs. in-dikerar bättre status än om man bara studerar syreför-hållandena statiskt.

I Bornsjöns Ö bassäng har O2-förbrukningen intevarit lika stor (Figur 3) och hastigheten har inte ökat likapåtagligt. Den årliga ökningen har motsvarat 0,0002 mgO 2 cm"2 dygn"1, en trend som bara varit svagt signifi-kant (p < 0,1). Den måttliga O2-förbrukningen är en in-dikation på att luftningen i Ö bassängen har haft effektpå förhållandena där. Under 2004, när luftningen varavstängd, var O2-förhållandena sämre än tidigare år(Figur 4 b). Under september—oktober var P koncentra-tionerna påtagligt höga och internbelastning från sedi-menten betydande (Figur 4 c). Värdet på Q2-minsk-ningen kan dock generellt ha underskattats något efter-som O2-gradienterna allra närmast botten är okänd. INV och Ö bassängen är det vattenvolymerna under 17resp. 14 m djup som inte undersökts, vilket volymsmäs-sigt motsvarar 2,5 % resp. 23 % av hela hypolimnion.

Karakterisering av bottensedimentenBornsjöns sediment undersöktes 1987 och befanns in-nehålla relativt höga P-koncentrationer (Pettersson,1988). En viss anrikning av P i ackumulationsbottnarnaverkade ha ägt rum. Sedimenten på dessa områden är avgyttjetyp och dominerads således av material som bildatsi sjön. Detta innehåller mycket organiskt bunden ochrörlig P som kan brytas ned till fosfat (PO4-P), somsedan omlagras i sedimentet eller frigörs till vattenfasen.Fosfor bunden till järn (Fe) och aluminium (Al) ut-gjorde ca 25 % av totalinnehållet av P medan andelenlabil P var < 1 %. Porvattnets innehåll av Fe påvisadeoxiderade förhållanden vid sedimentytan med låga hal-ter PO4-P som följd. Djupare ner var halterna påfallandehöga, och totalt beräknades det finnas ungefär 1 ton

186

PO4-P i porvattnet i sedimentets översta decimeterskikt.En stor del av detta förråd kan lätt avges till vattenfasenom anaerobi uppstår vid sedimentytan och Fe reduceras.

I ett laboratorieförsök med utflöde av PO4-P konsta-terades att mycket stora mängder P läckte ut från ytsedi-menten vid högt pH (Pettersson, 1988). I stort sett helaandelen P bunden till Fe och Al lämnade sedimentet ochåterfanns som PO4-P i ovanstående vatten. Även omendast 10 % av Bornsjöns sediment drabbas av högt pHskulle på så sätt ca 3 ton P kunna frigöras. Med erfaren-het från sedimentundersökningar i jämförbara sjöar an-sågs den järnbundna fosforn dominera (Pettersson,1988). Anaerobi vid sedimentytan bedömdes därför or-saka i stort sett samma snabba frigörelse av PO4-P frånsedimentytan som förhöjt pH.

Bornsjön tycks nu befinna sig i början av en negativutveckling med högre halter av TotP och sämre O2-för-hållandena (Lännergren, 2004). Vattenmassan innehållav P under senare år har varit större än tidigare, troligt-vis beroende på en ökad internbelastning. Under höst-cirkulationen har mängden TotP i vattnet ökat med upptill 1000 kg i NV bassängen (Figur 5), vilket är i sammastorleksordning som den årliga externa tillförseln tillsjön via tillflödena. Problem med algblomningar har inteförekommit ännu, men eftersom sjön är reserwattentäktvar det av speciellt intresse att sätta in åtgärder innan vat-tenkvaliteten riskerade att försämras mer markant. Detvar också viktigt med att starta åtgärder eftersomBornsjön har långsam omsättning av vattnet vilket inne-bär att en återhämtning från eutrofa förhållanden skerlångsamt.

Åtgärder för att minska den externafosforbelastningen

Åkermarken i tillrinningsområdet arrenderas ut av äga-ren Stockholm stad. Arbetet med att minska belast-ningen av P från åkermarken sker i samarbete med lant-brukarna. I slutet av 80-talet infördes begränsningar avgödselanvändningen och skyddszoner anlades kringhuvudflödena. Totalt finns ca 100 enskilda avlopp i helatillrinningsområdet. Av de båda huvudtillflödena av-vattnar Oxelbydiket fler hushåll än Bergaholmsdiket ochhar dessutom en större andel enskilda avlopp utan till-fredställande rening. Oxelbydiket har också en störreandel jordbruksmark och generellt har halterna TotPvarit högre där än i Bergaholmsdiket (Figur 6). Standar-den på några av de enskilda avloppen har förbättratsefter år 2000 inom projektet »Bra Små Avlopp vidBornsjön» (Hellström & Jonsson, 2004). Halterna TotPi de båda huvudtillflödena, Oxelbydiket och Berga-holmsdiket, (Figur 6) indikerar dock ganska oföränd-rade halter i tillflödena sedan mitten av 1980-talet.

VATTEN - 3 - 0 5

Nordvästra bassängen 17m Östra bassängen 14m

o

°/\/

/o o0o n" o

oO 0

0

k O

10

p

t"TOO O

°o

o af°*

<b

rf0 SO 100 150 200 250 300 3S0

Dagnummer

!

J

o

0°

oo

<y oa0 f l00 J 1

o j ® 4c, tO Jn 1

I 1o80 °e*oö 8

50 100 150 200 250 300

Dagnummer

12.

=§>

$

oo

// o

o

c

i

o

a

^>^ *o

o dO cpSÄ (gT n°

0?

4o

oooo

ko

90 100 1S0 200 250 S00 3S0

Dagnummer

50 100 150 200 2S0 300 3S0

Dagnummer

100 ISO 200 250 300 350

Dagnummer

Figur 4. Temperatur (a), syre (b) och totalfosfor (c) i nordvästra och östra bassängen på 17 respektive 14 m djup, jämförelse mellan värden från2004 (punkter med heldragen linje) och värden från 1986-2003 (cirklar). Dag 200 är 18 juli, dag 250 är 6 sept. och dag 300 är 26 okt.

Försök att minska intern fosforbelastninggenom bortpumpning av bottenvatten

Bortpumpning av bottenvatten i NV bassängen avBornsjön utfördes 2004. Det var ett pilotförsök för attundersöka om en sådan åtgärd verkade vara ett effektivtsätt att förbättra O2 och P förhållandena i sjön. En ut-pumpning av vatten från hypolimnion bör påbörjas efteratt sjön har skiktat sig men innan O2-fria förhållandenuppträder (Cook et al., 2003). Intaget bör placeras så att

Figur 5. Totalt innehåll av fosfor (kg) i vattenmassan i den nord-västra I Bomsjön 1986-2003.

VATTEN - 3 - 0 5 187

Figur 6. Totalfosforhalter i de två störstatillflödena till Bornsjön; Oxelbydiket(ljusgrå) och Bergaholmsdiket (mörk-grå). Figuren är från Lännergren,(2004).

transporten av P maximeras, vanligtvis 1—2 m ovanförbotten vid maxdjupet. Hur mycket vatten som ska pum-pas bort måste vägas av mellan att inte störa skiktningeni sjön och att ändå ta ut tillräckligt med vatten för att seeffekter på koncentrationerna O2 och P i bottenvattnet.Om skiktningen störs kan näringsrikt och O2-fattigtvatten komma upp i det produktiva skiktet.

Syrehalterna i bottenvattnet i Bornsjöns NV bassängbrukar börja minska i juni för att redan i juli nå lågahalter. Pumpningen påbörjades därför 11 juni och på-gick under hela den skiktade perioden t.o.m. 1 novem-ber. Önskvärd kapacitet på pumpen uppskattades till50 1 s"1. Direkta mätningar i utloppet utförda med ensaltmetod visade dock att den verkliga kapaciteten mot-svarade ca 40 1 s 1 (Bo Värnhed opubl.). Installeringenav pumpen gjordes med hjälp av dykare. Pumpen sattesfast på en plattform av träpallar och placerades i djup-hålan i NV bassängen och en slang drogs till utloppet tillMälaren vid Vällinge (Figur 1). Pumpningen var sedanigång 11/6-1/11, frånsett ett avbrott 29/6-2/7 då

Tabell 2. Provtagningsdjup (m) i nordvästra (NV) och östra (Ö)bassängen. I NV bassängen togs förutom de ordinarie provenäven täta prover närmast botten vid tre tillfälle i september.

NV bassängen Ö bassängen

Ordinarie djup

057

101213141516_——

17__-

Täta prov

--—_—_-

16,016,216,516,817,017,317,818,0

Ordinarie djup

057

1012131415

slangen från pumpen till utloppet gick av vid en av skar-varna. Totalt pumpades 480 000 m3 bottenvatten ochmed detta 158 kg P ut ur sjön under hela säsongen.

Under perioden som pumpningen pågick togs vatten-prov för analys av syrgas och närsalter en gång i veckanvid olika djup (Tabell 2) i de båda bassängernas djuphålaoch av det utpumpade vattnet. Temperaturen mättessamtidigt på varje meter. Under september-oktober togsäven prover i NV bassängen på 17,5 och 18 m djup. Vidtre tillfällen i september undersöktes också P-gradienteni djuphålan genom vattenprovtagning i 8 skikt närmastbotten med en specialbyggd provtagare (Tabell 2).

Resultat och diskussionKoncentrationer i utpumpat vatten

Vattnet som pumpades ur sjön innehöll höga halterTotP och var som högst 878 ug I"1 den 13:e oktober.Jämförelser med halterna TotP mellan 17 och 18 m djupindikerade att pumpen hade tagit vatten från skiktet17,5-18 m djup vilket ungefär stämmer överens meddess läge ovan botten. Koncentrationen TotP i det ut-pumpade vattnet ökade kontinuerligt fram till slutet avoktober men varierade kraftigt, speciellt under augusti(Figur 7). I mitten av augusti steg halten från 221 ug 1"

Figur 7. Koncentrationen av totalfosfor i det utpumpade vattnetunder juni—oktober, 2004.

188 VATTEN - 3 - 0 5

31 aug

Totalfosfor (jig/t)

50 100 150 200 250 300 350

7 sep

Totalfosfor (ngi)

100 150 200 250 300 350 50

13 sep

Totalfosfor (ng/1)

100 150 y/tyi 400 600 800 1000

Figur 8. Totalfosforhalter i nordvästra bassängen (cirklar) och östra bassängen (trianglar) vid tre provtagningstillfällen under sensom-maren, 2004. Vid 14—15 m:s djup var halten högre än vid 15—16 m:s djup i den nordvästra bassängen.

till 571 ug 1 på en vecka. Konduktiviteten i det ut-pumpade vattnet varierade på ett liknande sätt medvärden mellan 24,7 och 29,8 mSnT1. Medelvärdet förkoncentrationen av TotN i det utpumpade vattnet var875 ug 1~ och den högsta koncentrationen uppmättesden 20 oktober till 1420 ug I"1.

Det utpumpade vattnet hade ungefär samma kon-centration O2 som bottenvattnet i NV bassängen. Kon-centrationen var låg redan i juni och svavelväte uppmät-tes vid några tillfällen under september-oktober. Underdenna period var samtidigt O2 halten under detek-tionsgränsen (< 0,3 mg 1~ ) på 17—18 m:s djup i sjön.

Fosfor och temperaturskiktning i sjönFörhållandena i Ö och NV bassängerna är inte heltjämförbara eftersom de har olika morfometri. Ö bas-sängen har också luftats sedan 1987, vilket kan ha för-ändrat förhållandena i sedimentet. Under 2004 påvisa-des tydligt högre halter TotP under språngskiktet i Öbassängen jämfört med NV bassängen (Figur 8). Gra-dienterna för NV bassängen hade också en oregelbun-denhet; vid 14-15 m:s djup var halten ofta något högreän vid 16 m:s djup, dvs. koncentrationen var förhöjd ijämnhöjd med tröskeln till Ö bassängen. Detta skullekunna indikera att vatten med hög halt av P har rört sig

från Ö till NV bassängen t. ex. genom interna seicher,och att det på så sätt skett ett extra tillskott av P till denNV bassängen.

Halterna i NV bassängen var år 2004 ungefär lika somtidigare år men var ovanligt höga i Ö bassängen (Figur 4).Denna skillnad kan ha åtminstone tre orsaker:Pumpningen hade effekt och medförde lägre halter i NV

bassängen;Lättlösligt P har frigjorts från de förråd i sedimenten som

har byggts upp under många år med luftning ochmedförde högre halter i Ö bassängen;

Omsättning av P och O2 i de olika bassängerna har skettolika beroende på deras skilda morfometri.

Troligtvis har alla tre faktorerna inverkat och det är svårtatt säga vilken som varit viktigast. Utan utpumpningenskulle dock fosforhalten varit klart högre än utan pump-ning (Figur 9).

När man jämför förhållandena i NV bassängen medtidigare år är det svårt att se några tydliga effekter avpumpningen. Minskningen av O2 under juni-augustivar fortfarande snabb och motsvarade 0,024 mg cm"2

dygn" . Syretäringen fortsatte dock inte att öka detta åroch trenden (Figur 2) kan i bästa fall vara bruten.Bortförande av näringsrikt vatten i hypolimnion ansesgenerellt kunna behöva pågå i åtminstone 3—5 år innan

Figur 9. Förändringen av fosformäng-den i bottenvattnet under 12 m djup iNV och Ö bassängen, juli—november2004, i NV bassängen med och utanpumpade mängder. Figuren är frånLännergren (2004).

NV bassängen Ö bassängen

J A S O N

V A T T E N - 3 - 0 5 189

Augusti September Oktober

Figur 10. Temperaturen (°C) i nordvästra bassängen, juni-oktober 2004.

man ser en förbättring i vattnet ovanför språngskiktet(Cook et al., 1993). Pumpningen kan också ha haftdolda positiva effekter i och med temperaturskiktningenvar mycket stabil sommaren 2004 (Figur 10), med ovan-ligt låg temperatur närmast botten (Figur 4). Fosfor-gradienterna närmast botten i början av september varmarkanta (Figur 11). Inblandningen av O2-rikt vattenfrån mindre djup har därför varit liten, och koncentra-tionsgradienten för P borde ha varit ännu kraftigare änutan pumpning. Sjön hade en liknande tempera-turskiktning år 1995 och halten P började då öka någottidigare på sommaren än under år 2004 (Figur 12).Tyvärr saknas data för halten TotP under sensommaren1995 då koncentrationen kan förmodas ha varit somhögst, och någon ordentlig jämförelse kan inte görasmed år 2004.

Avstängning av luftningsaggregat i O bassängen harmedfört försämrade O2-förhållanden där (Figur 4 b) ochP-halterna har varit ovanligt höga under sensommaren(Figur 4 c). Det senare skulle kunna förklaras av att manbyggt upp ett förråd av lättlösligt P i sedimenten under

Totalfosfor (fig/t)

100 200 300 400 500 600

- 7 sep.- 13 sep.- 22 sep.

Figur 11. Fosforgradient i djuphålan i nordvästratre tillfallen i september, 2004.

de ca 15 sommarsäsonger som bassängen luftats. Näraggregatet varit avstängt har mycket av denna kunnatfrigöras, speciellt som skiktningen under 2004 var ovan-ligt stabil. Detta motsägs dock av att en nästan lika höghalt TotP uppmättes redan år 1986, året innan luft-ningen började. Halten i slutet av augusti var då betyd-ligt högre än år 2004 (Figur 13). Syrgasförhållandenaoch temperaturförhållanden var relativt lika de bådaåren. De ovanligt dåliga O2-förhållandena indikeradesdärmed vara den viktigaste faktorn för höga P halter,inte ett eventuellt uppbyggt förråd av lättlöslig fosfor isedimenten. Koncentrationen av totalfosfor kan dock havarit ännu högre 1986 eftersom provtagningarna då barautfördes en gång i månaden.

Vattenomsättning och pumpkapacitetKapaciteten på pumpen var för liten och en större andelav vattenmassan hade behövt bytas ut för att man skullefå en tydlig förbättring av O2-förhållandena i NV bas-sängen. Cooke et al. (1993) rekommenderar en om-sättningstid för hela hypolimnion på 2—3 månader föratt pumpningen ska vara effektiv. För Bornsjöns delmotsvarar detta en pumpningskapacitet på 600 1 s"1 ochmed en sådan pumpningshastighet blir risken stor attskiktningen i sjön störs. Den använda pumpningskapa-citet på 40 1 s"1 motsvarar å andra sidan att det tar hela3,8 år innan vattenmassan byts ut, baserat på volymenunder 10 m: djup som är 4740 000 m3. Beräknat påvolymen under 14 m djup (960 000 m3), dvs. den del avhypolimnion som har låga O2-nivåer, tar omsättningenav vattnet 9 månader om pumphastigheten är 40 1 s~ .För att minska tiden till 3 månader krävs en pumpning-skapacitet på 120 1 s~\ en pumphastighet som borde gebättre förutsättningar för ett effektivt resultat. Med enhögre pumningskapacitet förväntas också näringshal-terna i det utpumpade vattnet bli lägre än under 2004.

190 VATTEN -3-05

O 50 100 150 200 260 300 360

Dagnummer

50 100 150 200 250 300 350

Dagnumrror

50 100 1 SO 200 250 300 350

Dagnummer

Figur 12. Temperatur, syre och fosfor på 17 m djup vid nordvästra bassängen. Jämförelse mellan åren 1995 (trianglar) och 2004 (cirk-lar). Dag 150 är 29 maj, dag 200 är 18 juli och dag 250 är 6 september.

Alternativ för att ta hand ombortpumpat vatten

Att pumpa det näringsrika bottenvattnet till Mälaren ärinte en långsiktigt bra lösning eftersom det innebär ennäringsbelastning på en annan värdefull sjö. Botten-vattnet bör tas om hand och ett alternativ är att ta det tillNorsborgs vattenverk och använda det i produktionenav dricksvatten. Om detta ska kunna ske krävs vissa om-byggnationer i verket. Det är dessutom oklart om till-räckligt god vattenkvalitet kan uppnås, eftersom botten-vattnet från Bornsjön är svårfällt (Abrahamsson, 2004).Omfattande undersökningar kommer att behöver görasinnan ett sådant omhändertagande kan bli aktuellt. Ettannat alternativ är att infiltrera vattnet i en ås strax nord-ost om Bornsjön. Även detta alternativ behöver dockutredas noggrant och att området vid sjön är natur-skyddsområde innebär svårigheter att få tillstånd fördetta alternativ.

Syftet med pumpningen i denna undersökning var attförbättra O2-förhållandet i bottenvattnet och därmedminska internbelastningen. Ett alternativ till detta är attpumpa ut bottenvatten för att minska innehållet av P isjön. Då bör kapaciteten på pumpen anpassas så attpumpningen ökar under sensommaren då halterna ärhögre. Med denna metod är det speciellt viktigt att ta

hand om vattnet eftersom innehållet av näringsämnen ärstort. Med en pumphastighet som initialt är omkring401 s~ , med som under eftersommaren ökar till 1201 s~skulle, baserat på 2004 års resultat, på så vis över 300 kgP kunna bortföras från sjön. Med 3 års pumpning mot-svarar detta ungefär ett års interbelastning i NV bas-sängen. Det är också ungefär samma mängd som inne-hållet i porvattnet i sedimentets översta skikt (0—10 cm).En så pass stor bortförsel av P borde därför efter några årpåverka interbelastningen i positiv riktning.

SlutsatserDet bör utredas om det går att göra ytterligare insatserför att minska den externa belastningen till Bornsjön. Ennoggrann kartläggning av källorna i tillrinningsområdetskulle vara användbar för att förstå var det är bäst attsätta in åtgärder. Samtidigt som bottensedimenten i sjönborde undersökas noggrannare borde det också göras enkarakterisering av jordbruksmarken i tillrinningsområ-det. Det bör också undersökas hur mycket näringsäm-nen de enskilda avloppen, som inte har åtgärdats iOxelbydikets dalgång, bidrar med till den externa fos-forbelastningen.

Internbelastningen av fosfor är så stor i Bornsjön att

Figur 13. Syrgas- och fosforhalter ar1986 (punkter) och 2004 (cirklar), iöstra bassängen på 14 m djup. Dag 150är 29 maj, dag 200 är 18 juli och dag250 är 6 september.

V A T T E N - 3 - 0 5 191

man bör åtgärda denna. Om pumpningen ska få störreeffekt på syre- och fosforförhållandena än under 2004 såbehöver bottenvattnet föras bort med större hastighet,minst 120 1 s"1. Sjön är ofta mycket stabilt skiktad ochpumpningskapaciteten bör kunna ökas utan störning.Efter några års pumpning bör man kunna se positivaeffekter på syre- och fosforförhållandena. Ett alternativtill att pumpa för att förbättra syrgasförhållandet är attpumpa ut bottenvatten för att föra bort fosfor från sjön.Då bör kapaciteten på pumpen anpassas så att fosfor-koncentrationen i bottenvattnet förblir hög underpumpningsperioden. Bottenvattnet som pumpas ut börtas om hand vid pumpning men de olika alternativen be-höver utredas mer.

ErkännandeEtt stort tack till Christer Lännergren, StockholmVatten AB för hjälp och synpunkter under arbetet.

ReferenserAbrahamsson J., 2004. Fällningsförsök med bottenvatten från

Bornsjön. Stockholm Vatten AB, opublicerat material.Cooke G. D., Welch E. B., Peterson S. A. & Newroth P. R.,

1993. Restoration and Management of Lakes and Re-servoirs, Second Edition. Lewis Publishers, Boca Raton.

Eiseltovå, M (ed) 1994. Restoration of Lake Ecosystems - aholistic approach. IWRB Publication 32. The Waterfowland Wetland Reserach Bureau, Slimbridge, Gloucester,GL2 7BX, UK.

Hellström D. & Jonsson L., 2004. Bra små avlopp vid Born-sjön, resultat från 15 enskilda anläggningar. StockholmVatten (Populärversionen). ISBN: 91-7289-263-3.

Johansson H. & Persson G., 2001. Svenska sjöar med höga fos-forhalter — 790 naturligt eutrofa eller eutrofierade sjöar?.Institutionen för miljöanalys Rapport 2001:8.

Lännergren C., 2004. Projekt - Utpumpning av bottenvattenfrån Bornsjön. Stockholm Vatten AB, opublicerat material.

Moss B., Madgwick, J.& Phillips, G., 1996. A guide to therestoration of nutrient-enriched shallow lakes. - BroadsAuthority, UK.

Naturvårdsverket., 1999. Bedömningsgrunder för miljökvali-tet - Sjöar och vattendrag. Rapport 4913. Naturvårds-verket, Uppsala.

Pettersson K., 1988. Bornsjöns sediment - fosforsituationen1987. Erkenlaboratoriet, Limnologiska institutionen,Uppsala universitet, opublicerat material (Rapport tillStockholm Vatten AB).

Wetzel R.G., 2000. Limnology - Lake and River Ecosystems,Third edition. Elsevier Science, Orlando.

Värnhed B., 2000. Restaureringen av Flaten, september - ok-tober 2000. Stockholm Vatten AB, opublicerat material.

Värnhed B., 2004. Syrsättningskapacitet hos luftningsaggrega-tet i Bornsjön. Stockholm Vatten AB, opublicerat material.

192 VATTEN - 3 - 0 5