Aflejring af sediment og sedimentbundet fosfor ved oversvømmelser af ådale

Under naturlige forhold sker der med mellemrum en udveksling af vand, opløste stoffer og sediment mellem et vandløb og dens ådal.

Under naturlige forhold sker der med mellemrum en udveksling af vand, opløste stoffer og sediment mellem et vandløb og dens ådal. I de nedre dele af vandsystemerne virker ådalen ved høje vandstande i vandløb derfor som en naturlig indskudt bufferzone mellem landskabet opstrøms i vandsystemet - hvor opløste stoffer udvaskes og sediment eroderes - og nedstrøms liggende fjorde og kystvande. Ved oversvømmelser af ådalen magasineres vand og stof i kortere eller længere perioder. Herved tilføres ådalen værdifulde næringsstoffer og transporten af vand og stof gennem vandsystemet forsinkes. Ved selve oversvømmelsen og vandskiftet mellem vandløb og ådal sker der både en omsætning af opløste stoffer og en tilbageholdelse af sediment og organisk stof, samt hertil bundet kvælstof og fosfor (Rebsdorf et al., 1994; Hoffmann et al., 2009; Kronvang et al., 2007 og 2009).

Engvanding

Værdien af vandløbet som kilde til vand, organisk stof og næringsstoffer har været kendt gennem årtusinder og udnyttet i den landbrugsmæssige opdyrkning af ådale ved naturlige eller kunstige oversvømmelser/overrislinger. I Danmark er overrislinger af næringsfattige ådalsjorder også blevet anvendt gennem århundreder ved etablering af engvandingsanlæg, hvoraf spor stadig kan erkendes mange steder i især de vestjyske ådale.

Afvandning

I vore dages afvandede ådale, hvor vandløb er udrettet, uddybet og regelmæssigt vedligeholdt ved grødeskæring og oprensning, er de naturligt forekommende oversvømmelser af ådalen enten helt forhindret eller oversvømmelseshyppigheden er stærkt reduceret. Da de fleste ådale også er detailafvandet ved dræning eller grøftning er den dyrkede ådal i dag oftest en nettokilde til både sediment, kvælstof og fosfor i overfladevand.

Begrænset viden

Til trods for den lange interesse for vand og stofudvekslingen mellem vandløb og ådale findes der kun en begrænset viden fra den udenlandske og danske litteratur. Det skyldes formentlig problemerne med at kvantificere udvekslingen i et så åbent system, hvor den gængse brug af vand- og stofbalancer er vanskeliggjort. I stedet har man i mange undersøgelser anvendt in situ målinger af aflejringer af sediment og næringsstoffer i ådalen ved brug af forskellige typer af fælder, anvendelse af dateringer med radioaktive sporelementer (f.eks. Cs-137, Pb-210) og anvendelse af hydrauliske modeller, mv.
De fleste udenlandske studier har fokuseret på oversvømmelsernes betydning for aflejring af sediment i ådalen. Det er først inden for de seneste år, at aflejringen af fosfor og andre stoffer sammen med sedimentet er blevet undersøgt. I tabellen nedenfor er de fundne aflejringsrater af sediment i forskellige udenlandske undersøgelser vist. Hovedparten af undersøgelserne er fra USA og England.

Tabel 1. Deponeret sediment ved oversvømmelser af ådale fra forskellige udenlandske og danske undersøgelser.

Type af undersøgt oversvømmet areal

Land

Aflejringsrate af sediment

(cm år -1 )

Mængde af sediment deponeret

(g m -2 år -1 )

Metode

Ådal, skov

USA

0,22

3500-5200

Datering

Ådal, Cypres sump

USA

0,80

5600

Fælder

Ådal

USA

0,23

2300

Pb-210

Ådal, lavniveau areal

USA

-

305

Fælder

Ådal, mellemniveau areal

USA

-

148

Fælder

Ådal, højniveau areal

USA

-

39,2

Fælder

Riparisk skovområde leveezone

USA

1,30

7840

Cs-137

Riparisk skovområde bagvandsområde

USA

0,50

472

Cs-137

Ådal, skov

USA

0,24-0,28

-

Cs-137

Ådal, sump

USA

< 0,26

-

Cs-137

9 forskellige ådalstransekter

UK

-

500-3300

Cs-137

21 forskellige ådalstransekter

UK

-

400-12200

Cs-137

Ådal, Gjern Å

DK

-

254-3002

Fælder

Wet meadow

USA

-

956

Budget

10 steder i sump

USA

1,55

800

Fælder

Ådal

France

-

28000

Budget

 

De viser samstemmende, at der ved oversvømmelser sker en forholdsvis stor aflejring af sediment i ådalen. Undersøgelserne af Walling (1999) og He and Walling (1997) er gennemført ved anvendelse af CS-137 dateringer dvs. den angivne aflejringsrate er et gennemsnit for en periode på ca. 40 år. I de to undersøgelser blev der også lavet en datering for en periode på ca. 100 år ved hjælp af Pb-210. Denne datering bekræftede at aflejringen af sediment sker over længere tidsrum. Vandløb vil dog med tiden arbejde sig rundt i ådalen og generodere i det deponerede sediment. Denne proces er i lavlandsvandløb af en tidshorisont på 102-104 år og således af meget længere varighed end de regelmæssigt forekommende naturlige oversvømmelser. Aflejringen af sediment og fosfor ved oversvømmelser af ådale må derfor antages at være permanent, når det gælder de fysiske processer. Efter aflejringen kan biogeokemiske processer (desorption, mineralisering) være med til at frigive dele af fosforpuljen i det deponerede sediment til jordvæsken. Herefter kan det opløste fosfor enten blive optaget i den stående plantebiomasse i ådalen, via sorption blive genbundet i jorden, eller blive udvasket til grundvand, hvorfra noget kan risikere at returnere til overfladevand.

Forhold, der har betydning for aflejring af sediment og fosfor i ådale, er:

  • Oversvømmelsens størrelse, udbredelse og varighed.
  • Koncentration af suspenderet stof og dets indhold af fosfor i vandløb.
  • Vandskiftet mellem vandløb og ådal.
  • Kornstørrelsen af sediment i transport i vandløb.
  • Vegetationen på den oversvømmede ådal.
  • Meso- og mikrotopografiske forhold i ådalen.

Aflejring af fosfor

Aflejringen af fosfor er ikke blevet undersøgt i samme omfang som for sediment. De eksisterende undersøgelser og deres resultater er vist i tabellen nedenfor. Samstemmende viser alle undersøgelser, at der ved temporære oversvømmelser af ådale kan tilbageholdes relativt store sedimentbundne fosformængder. Undersøgelserne påviser ikke noget om skæbnen af det tilbageholdte fosfor. Der er i en nyere undersøgelse af Hoffmann et al. (2009) fundet, at der kan ske en genmobilisering af fosfat fra det aflejrede sedimentbundne fosfor på mellem 11% og 25% efter tre gentagne udtørringer og genopfugtninger i laboratoriet. Skæbnen af det frigivne fosfat efter frigivelsen kendes ikke, men det kan blive optaget i planterne, som gror i vådområdet, blive resorberet til jordens indhold af jern- og aluminium hydroxider eller blive transporteret med grundvandet væk fra området.
I alle de refererede undersøgelser er det fosfor, der i forvejen er bundet til sediment eroderet fra det opstrøms opland, som deponeres i ådalen. Der er således tale om en sedimentation af fosforforbindelser, der i forvejen er indbygget i organisk stof eller bundet til sedimentets calcium, jern, aluminium eller lersilikater. Ingen af undersøgelserne har fokuseret på skæbnen af det opløste fosfor i vandløbsvandet, der oversvømmer ådalen. Undersøgelserne der bygger på dateringen af jordkerner over længere perioder, viser samstemmende, at der selv over længere tidsrum (ca. 40 år) sker en blivende tilbageholdelse af fosfor i de temporært oversvømmede ådale.
En beregning af de gennemsnitlige daglige rater af aflejret fosfor på tidvis oversvømmede enge viser, at ådale i morænelandskabet som tidvis oversvømmes tilbageholder 1,0-1,2 kg P pr. ha oversvømmet ådal pr. dag, mens raten er lavere, 0,2-0,5 kg P pr. ha oversvømmet ådal pr. dag i vandløb på hedesletten. Forskellen skyldes givetvis forskelle i koncentrationen af suspenderet stof i de forskellige vandløbstyper.

Tabel 2. Aflejring af fosfor i forbindelse med oversvømmelse af ådale

Type af undersøgt oversvømmet areal

Land

Mængde af fosfor deponeret

(g P m -2 år -1 )

Metode

Ådal, Cypres sump

USA

3,6

Fælder

Ådal, lavniveau areal

USA

0,32-0,73

Fælder

17 ådalsstudier

USA

1,5

Cs-137

20 ådalstransekter

UK

1,3-11,6

Cs-137

Ådal, Gjern Å

DK

7,3

Fælder

Ådal, Brede Å

DK

3,6

Fælder

Ådal, Odense Å

DK

2,4

Fælder

Ådal, Skjern Å

DK

1,2

Fælder

Ådal

France

9,0

Cs-137

 

Ved overrislinger af ådale med bagvand fra grøfter, mv. er der også i en ådal i Danmark konstateret en tilbageholdelse af sediment og fosfor (Falkum et al., 1997). På grund af de mindre vandmængder, der oversvømmer ådalen, er aflejringen af sediment og fosfor meget mindre end ved de egentlige oversvømmelser af ådale. Falkum et al. (1997) fandt en aflejringsrate af sediment på 42-68 g P m-2 ved to overrislinger af en ådal med grøftvand. Ved den samme undersøgelse blev der målt en fosforaflejring på 1,6-1,9 g P pr. ha overrislet ådal .

Referencer

Hoffmann, C.C, Kjaergaard, C., Uusi-Kämppä, J., Hansen, H.C.B. and Kronvang, B.  (2009).
Phosphorus Retention in Riparian Buffers: Review of Their Efficiency. J. Environ Qual. 38: 1942-
1955.

Kronvang, B., Andersen, I.K., Hoffmann, C.C., Pedersen, M.L., Ovesen, N.B. & Andersen, H.E. 2007: Water Exchange and Deposition of Sediment and Phosphorus during Inundation of Natural and Restored Lowland Floodplains. - Water, Air and Soil Pollution 181(1-4): 115-121.

Kronvang, B., Hoffmann, C.C. and Dröge, R. (2009) Sediment deposition and net phosphorus retention in a hydraulically restored lowland river-floodplain in Denmark: combining field studies with laboratory experiments. Marine and Freshwater Research 60: 638-646.

Rebsdorf, Aa., Friberg, N., Hoffmann, C.C. & Kronvang, B., 1994: Interactions between rivers and riparian areas (In Danish with English summary). Danish Environmental Protection Agency, Miljøprojekt, No. 275, Miljøstyrelsen, 140 pp.