Modelanalyse af N-fjernelse i Mariager Fjord ved iltning af ”Dybet” og ved muslingeopdræt Rapport december 2017 Mariagerfjord Kommune Rapport December 2017 Denne rapport er udarbejdet under DHI’s ledelsessystem, som er certificeret af Bureau Veritas for overensstemmelse med ISO 9001 for kvalitetsledelse mariager fjord model_5_12_17 Modelanalyse af N-fjernelse i Mariager Fjord ved iltning af ”Dybet” og ved muslingeopdræt Rapport december 2017 Udarbejdet for Mariagerfjord Kommune Repræsenteret ved Bjarke Uffe Jensen, Afdelingsleder Simuleret denitrifikation i vandet gennem et tværsnit af “Dybet” i Mariager fjord Projektleder Erik Kock Rasmussen Kvalitetsansvarlig Flemming Møhlenberg Projektnummer 11819650 Godkendelsesdato 7 december 2017 Revision Endelig Klassifikation Åben DHI • Agern Allé 5 • • 2970 Hørsholm Telefon: +45 4516 9200 • Telefax: +45 4516 9292 • [email protected] • www.dhigroup.com mariager fjord model_5_12_17 INDHOLDSFORTEGNELSE 1 Resumé ........................................................................................................................ 1 2 Baggrund for modelanalyse ....................................................................................... 4 2.1 Mariager Fjord, en tærskelfjord ...................................................................................................... 5 3 Kalibrering af model .................................................................................................... 8 3.1 Hydraulisk model............................................................................................................................ 8 3.1.1 Beregningsnet og batymetri ........................................................................................................... 8 3.1.2 Drivdata til den hydrodynamiske model ....................................................................................... 10 3.1.3 Validering af den hydrodynamiske model .................................................................................... 12 3.2 Økologisk model........................................................................................................................... 17 3.2.1 Modelleret produktionscyklus i en muslingefarm ......................................................................... 18 3.2.2 Drivdata til økologiske model ....................................................................................................... 20 3.2.3 Modelvalidering og robusthed af Mariager Fjord modellen ......................................................... 22 3.2.4 Denitrifikation i vand og sediment samt N- og P-massebalancer ................................................ 29 4 Scenarieberegninger ................................................................................................. 34 4.1 Iltning af ”Dybet” med 1100-1900 ton ilt pr. år ............................................................................. 35 4.2 N-fjernelse ved periodevis iltning af “Dybet” 100-400 ton ilt pr. år ............................................... 41 4.3 N-fjernelse ved jævn iltning af ”Dybet”, 600-900 ton ilt pr. år ...................................................... 44 4.4 Effekt af muslingebrug som marint virkemiddel i Mariager Fjord ................................................. 47 4.4.1 Høst af muslinger samt massbalance for N og P ........................................................................ 47 4.4.2 Afledte effekter af muslingebrugene ............................................................................................ 51 4.5 N fjernelse ved muslingebrug plus periodevist iltning af ”Dybet” ................................................. 57 5 Referencer ................................................................................................................. 63 A Økologisk model ....................................................................................................... 68 FIGURER Figur 2-1 Mariager fjord med angivelse af det dybe hul ud for Mariager. Fra (Århus & Nordjyllands Amter 2005). .................................................................................................................................. 6 Figur 2-2 Længdeprofil af Mariager Fjord med angivelse af typiske saliniteter. Fra (Christiansen C. 1997). ............................................................................................................................................. 6 Figur 2-3 Cirkulation i overfladen af Mariager inderfjord, samt tipning af springlag i en vestenvindssituation, (Århus & Nordjyllands Amter 1998). ............................................................ 7 Figur 3-1 Horisontalt beregningsnet (mesh) for Mariager Fjord-modellen. ................................................... 9 Figur 3-2 Detalje af horisontalt beregningsnet (mesh). ................................................................................. 9 Figur 3-3 Vertikalt beregningsnet (tværsnit af Dybet) for Mariager Fjord-modellen. ..................................... 9 i Figur 3-4 Modelbatymetri for Mariager Fjord-modellen. .............................................................................. 10 Figur 3-5 DCE 4. ordens farvande (indre del, midterdel, ydre del) med indikation af de tilhørende oplande og de fem repræsentative åer inkluderet i Mariager Fjord-modellen. ............................ 11 Figur 3-6 Vandføring (Q) i de fem repræsentative åer anvendt i Mariager Fjord-modellen. Disse fem vandføringer udgør den totale ferskvandstilstrømning til fjorden. ............................................... 12 Figur 3-7 Målt og modelleret vandstand i perioden 2011-2016 ved Als Odde (øverst) og Hobro Havn (nederst). Bemærk, at i det nederste plot ses en del ’spikes’, dvs. fejl, i målingerne. ....... 13 Figur 3-8 Målt og modelleret vandstand i perioden november-december 2013 ved Als Odde (øverst) og Hobro Havn (nederst). Bemærk det store udsving i vandstanden omkring 6.-7. december, som skyldes stormen Bodil. Ved Als Odde faldt måleren ud i nogle dage efter stormen, hvilket ses af den rette sorte linje i det øverste plot. .................................................... 13 Figur 3-9 Tidsserie-sammenligninger af målt og modelleret saltholdighed (øverst) og vandtemperatur (nederst) i forskellige dybder i Dybet (NOR5503). ............................................ 14 Figur 3-10 Isopleth plots af målt (øverst) og modelleret (nederst) saltholdighed (PSU) i Dybet (NOR5503). .................................................................................................................................. 15 Figur 3-11 Isopleth plots af målt (øverst) og modelleret (nederst) vandtemperatur (°C) i Dybet (NOR5503). .................................................................................................................................. 15 Figur 3-12 Tidsserie-sammenligninger af målt og modelleret saltholdighed (øverst) og vandtemperatur (nederst) i to dybder ved Havnø (NOR24013). Bemærk, at der i denne station kun er målinger for året 2016. .......................................................................................... 16 Figur 3-13 Tidsserie-sammenligninger af målt og modelleret saltholdighed (øverst) og vandtemperatur (nederst) i to dybder ved Luftledninger (NOR24019). ....................................... 16 Figur 3-14 Placering af 5 muslingebrug i Mariager fjord, 4 brug i Inderfjorden omkring Dybet, og 1 i den inderste del af Yderfjorden. ................................................................................................... 17 Figur 3-15 Position (x) for modeludtræk af muslingers tæthed, tørvægt og realiserede filtrationsrate. ........ 19 Figur 3-16 Tidslig variation i muslingetæthed (antal/m2) og individtørvægt af bløddele i modelpunkt angivet i Figur 3-15. Værdier er midlet over dybdeinterval med muslinger. ................................ 19 Figur 3-17 Modelleret filtrationsrate (m3/m2 farm/d) i modelpunkt angivet i Figur 3-15. Værdier er midlet over dybdeinterval med muslinger. ................................................................................... 20 Figur 3-18 Placering af moniteringsstationer. Rød viser vandkemi, sort profiler af temperatur, salinitet, ilt og sigtdybde. Dokkedal-stationen i Kattegat er brugt som randkemistation. ............ 20 Figur 3-19 Målte og modellerede (linjer) koncentrationer af kvælstof (total kvælstof, ammonium kvælstof, nitrat-nitrit kvælstof) i overfladen ved station NOR5503. ............................................. 23 Figur 3-20 Målte og modellerede (linjer) koncentrationer af fosfor (total fosfor, fosfat) i overfladen ved station NOR5503. ........................................................................................................................ 23 Figur 3-21 Målte og modellerede (linjer) koncentrationer af ammonium kvælstof i bundvandet (25 m), det øvre bundvand (20 m) og omkring skillefladen (15 m) ved station NOR5503 (Dybet) i perioden 2011-2016. Lave koncentrationer skyldes saltvandsindbrud under vinterstorme. ....... 24 Figur 3-22 Målte og modellerede (linjer) koncentrationer af fosfat i bundvandet (25 m), det øvre bundvand (20 m) og omkring skillefladen (15 m) ved station NOR5503 (Dybet) i perioden 2011-2016. Lave koncentrationer skyldes saltvandsindbrud under vinterstorme. ...................... 24 Figur 3-23 Målte og modellerede (linjer) koncentrationer af sulfid i bundvandet (25 m), det øvre bundvand (20 m) og omkring skillefladen (15 m) ved station NOR5503 (Dybet) i perioden 2011-2016. Lave koncentrationer skyldes