MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

Miljø- og Fødevareudvalget 2018-19 (1. samling)
MOF Alm.del Bilag 58
Offentligt

KØBENHAVNS UNIVERSITET

DET NATUR- OG BIOVIDENSKABELIGE FAKULTET

Notat om iltsvindet i Filsø den 4. og 5. august 2018.

Lektor Theis Kragh, Ferskvandsbiologisk Laboratorium, Københavns Universitet

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

Vi har udformet denne rapport på baggrund af automatiske målinger af temperatur og iltindhold på to

stationer i Søndersø samt vandhøjden og vandføringen i indløbet, der danner grundlag for beregning af den

tilførte vandmængde. Vi har også brugt vind og temperaturdata fra den permanente målestation på

bredden af Søndersø. Vandprøver indsamles i tilløb, afløb og forskellige steder i Filsø med ca. en uge til 10

dages mellemrum, og de rammer således et stykke før og 3 dage efter starten af iltsvindet. Vandprøver

viser alligevel den meget markante stigning, der har været i søvandets indhold af organisk stof i tilknytning

til iltsvindet.

Notatet er udarbejdet til Aage V. Jensen Naturfond, som kan benytte det i sine diskussioner med

Miljøstyrelsen.

Fig. 1. Placering af målestationer på Filsø. Station 1 – 4 er udstyret med lys, temperatur og ilt måleudstyr.

Station 5 er udstyret med dybdelogger i indløbet og søen samt doppler udstyr, der måler vandføring.

Vandføringen måles også manuelt ved denne station, når vi servicerer udstyr. Ved station 6 måles der

vandstand. Ved station 7 måles der pH, klorofyl og opløst farvet organisk stof

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

Baggrund

I alle de år, vi har fulgt Filsø, har vi konstateret, at

kraftig nedbør i området fører til en hurtig og

markant stigning i vandføringen i åen, der leder

vand til Søndersø fra et meget stort drænet

opland. Med den øgede vandføring stiger

mængden af organisk materiale, der skylles ud i

søen. Vi har vandprøver fra åen opstrøms

Søvigsund, der meget tydeligt viser dette forhold.

Når der tilføres øgede mængder af organisk

materiale stiger bakteriernes iltforbrug i søen,

som i år førte til iltsvindet i forbindelse med et

skybrud efterfulgt af stille solrigt vejr, som

mindsker ilttilførslen fra luften og udløser høje

vandtemperaturer, som accelererer bakteriernes

iltforbrug i søvandet. Kraftig nedbør har ikke i de

tidligere år ført til lavt iltindhold, da det normalt

er forbundet med blæst, der øger tilførslen af ilt

fra luften, ligesom vandtemperaturerne aldrig

tidligere har været så høje. Iltindholdet i vandet

er derfor aldrig faldet under 70 % mætning i

tidligere års målinger.

Samtidig med iltsvind og fiskedød i Søndersø,

som modtager vand fra oplandet, har vi

ikke

konstateret iltsvind i Mellemsø, som modtager

vand fra Søndersøs nordvestlige hjørne længst

væk fra indløbet.

Tilførsler og miljøforhold under iltsvindet

Vandføring -

Den 28. juli stiger vandstanden i

indløbet til Søndersø meget hurtigt med 2 cm i

løbet af to timer fra klokken kl. 14 til kl. 16 efter

ig. 2. Vandstand i indløbet til Søndersø fra den 21

juli til den 4 august. Grafen viser den kraftige stigning

i vandhøjden i indløbet fra den 28 juli indtil

vandhøjden klinger af den 4 august, dog på et fortsat

højere niveau end før regnskyllet. Den grå skravering

viser iltsvindsperioden.

et kraftigt regnvejr (Fig. 2). Dagen efter er

vandstanden i indløbet steget med 5 cm. Derefter

aftager vandstanden i indløbet gradvist over de

næste dage. Vandføringen stiger hurtigt, og den

når et maksimum klokken 01 den 30. juli med en

vandtilførsel på 2,3 m

-1

. De efterfølgende dage

aftager vandtilførslen, dog med et markant

højere baggrundsniveau. Den øgede vandføring

efter regnskyllet betyder, at ca. 20 % af

Søndersøs vand er blevet udskiftet i løbet af den

aktuelle periode.

Temperatur -

Temperatur og iltindhold måles på

to stationer i Søndersø, hvor vanddybden er

henholdsvis 3,5 og 2,1 meter (Fig 1).

Temperaturmålerne sidder flere sammen i en

Fig. 3. Vandprøver udtaget i løbet af sommeren i Søndersø i Filsø. Flasken længst til højre er udtaget efter regnskyllet,

der har ført organisk materiale ud i søen. Den brune farve skyldes organisk materiale fra oplandet. Bemærk, at vandet

i alle øvrige flasker er ganske klare, så stigningen i det organiske indhold har været meget stor.

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

kæde med 0,5 meters mellemrum fra overfladen

til bunden, mens iltmålerne sidder i to dybder på

Station 1 i henholdsvis 1,5 og 3,35 meter. Den

nederst iltmåler sidder altså tæt på bunden på

station 1, som er søens dybeste sted. På station 2

sidder iltmåleren i 1 meters dybde. De to øverste

iltmålere repræsenterer omkring 60 % af

vandmassen, da middeldybden i Søndersø er 1,3

meter. Større dybder end 2,5 meter

repræsenterer en lille del (12 %) af søens

samlede vandvolumen.

Temperaturmålingerne viser, at der maksimalt

opbygges

temperaturforskel

mellem

overfladen og bundvandet på op mod 3 grader i

løbet af dage med stille vejr og kraftig

solindstråling (Fig. 4).

springlag (altså temperaturfald fra overfladen til

bunden) bliver tallet positivt, mens det er nul, når

springlaget forsvinder, vandsøjlen blandes og

temperaturen er den samme fra overfladen til

bunden. Det fremgår, at der på varme dage er et

lavt, positivt Schmidts tal, mens det om natten er

nul, fordi der sker omrøring af vandsøjlen, som

det også fremgår alene ved at se på

temperaturforskellene mellem overflade- og

bundvand. Konklusionen er, at der til stadighed

sker omrøring af vandmassen. Der har ikke været

dannet et markant og varigt springlag, der

adskiller overfladevandet fra bundvandet i

perioden op til eller under selve iltsvindet.

Fig. 4. Forskellen på temperaturen i overfladevandet

og bundvandet på St 2. Den grå skravering viser

iltsvindsperioden.

Under iltsvindsperioden er temperaturforskellen

endnu mindre grænsende til ubetydelig – op

mod 1 grad. Denne svage temperaturforskel

udlignes i løbet af natten ved konvektiv

opblanding, idet overfladevandet afkøles, bliver

tungere og synker ned gennem vandsøjlen mod

bunden, så vandsøjlen opblandes. På dage med

gråvejr og vind er vandsøjlen til stadighed

omrørt. Det er muligt at beregne vandsøjlens

fysiske stabilitet udtrykt ved det såkaldte Schmidt

stabilitets indeks s (Fig. 5). Ved tilstedeværelse af

Fig. 5. Schmidt stabilitet udtrykker vandsøjlens

fysiske stabilitet. Når der er springlag, er værdierne

positive. Når vandsøjlen er opblandet er Schmidt

stabilitet nul. Når værdierne er negative er

vandsøjlen ustabil, da overfladevandet er koldere

end bundvandet. Der ses en næsten daglig

opblanding af vandsøjlen i den viste periode. Den grå

skravering viser iltsvindsepisoden. Heraf fremgår de

natlige omrøringer, hvor Schmidts tal bliver nul. Hele

søens vandmasse er integreret i målinger fra samtlige

dataloggere.

Iltindhold og iltsvind -

Iltudviklingen er normalt

positiv på dybderne 1,5 m og 1 m på de to

stationer fra klokken ca. 07 til klokken 20 pga.

iltdannelse ved fotosyntese (Fig. 6). Derfor stiger

iltindholdet typisk fra 70-100 % mætning om

morgenen til 170-200 % mætning om aftenen i

perioden, der fører op til iltsvindet. I denne

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

periode tilføres der løbende ilt selv til det dybeste

bundvand i Søndersø ved omrøring af vandsøjlen.

Iltindholdet i bundvandet varierer over døgnet

mellem 50 og 70 % mætning. Der er altså

ikke

udviklet iltsvind og iltgæld i bundvandet i

perioden forud for iltsvindet. Den 28. juli afviger

iltforløbet i vandmassen imidlertid markant fra

det tidligere mønster, idet iltindholdet i vandet

på station 1 på 1,5 meters dybde kun stiger en

smule frem til kl. 14, hvorefter iltindholdet falder

både i det dybe bundvand på station 1 men

endnu mere i 1,5 meters dybde (se pil Fig. 6). Det

er et tegn på, at iltproduktionen ved fotosyntesen

er koblet af pga. uklart brunfarvet vand (Fig. 2) og

dermed mangel på lys til fotosyntesen, således at

iltforbruget langt overstiger iltdannelsen. Klokken

15:30 begynder iltindholdet også at falde på 1

meters dybde ved station 2, som ligger længere

væk fra indløbet (Fig. 6).

Omkring klokken 16 den 28. juli begynder

vandtemperaturen også at falde meget hurtigt på

station 1 nærmest indløbet. Det betyder, at

vandet omkring loggerne udskiftes med nyt og

køligere vand, som følge af det koldere vand, der

tilføres via indløbet. Vandmasserne kan ikke

afkøles så hurtigt ved afkøling fra luften på dette

tidspunkt, da luften er varm. Samtidig med at

temperaturen falder, begynder iltforbruget i

vandet omkring iltloggerne at stige (Fig. 6). Det

høje iltforbrug fortsætter de næste dage frem til

til den 4.-5. august, hvor der opstår total iltsvind i

hele vandmassen. Herfra stiger iltindholdet i søen

igen til 100 % mætning den 6. august kl 18.

Det er muligt at beregne differencen mellem

ilttilførsel ved fotosyntese i vandmassen og

iltforbrug ved respiration, hvis der korrigeres for

iltudveksling mellem vandet og luften.

Iltudvekslingen med luften kan beregnes med

kendskab til vindhastighed og vindens påvirkning

over søoverfladen ved forskellige vindretninger.

Differensen mellem fotosyntese og respiration er

vist i Fig. 7. Heraf fremgår det, at de biologiske

processer netop forbruger al ilten i løbet af

iltsvindsperioden. Den fysiske iltudveksling

mellem luften og vandet er meget lav i det stille

vejr, mens den under mere normale forhold ville

have været 5-10 gange større.

Der er, som understreget, ikke udviklet springlag i

søen, hvilket betyder, at vandsøjlen er opblandet.

Dette kan ses både ud fra temperatur og iltdata.

Iltforbruget er heller ikke isoleret til bunden og

skyldes

ikke

en momentan bundvending

(definition

bundvending).

Derimod

sker

iltforbruget i hele vandsøjlen, og ilten forbruges

med en højere hastighed i hele perioden, der

leder frem til det endelige iltsvind i hele

Fig. 6. Iltindholdet i Søndersø før og efter iltsvindet den 4.-5. august på station 1-1,5 m, st 1-3,35 m og st. 2-1,0 m.

Station 1 ligger tættest på indløbet og station 2 længst væk fra indløbet. Det indledende fald om eftermiddagen d. 28.

juli er vist ved pilen.

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

Fig. 7. Balancen mellem iltproduktion og respiration beregnet for hele vandmassen i Søndersø. Iltudvekslingen med

luften er der korrigeret for. Den grå skravering viser perioden fra begyndelsen til slutningen af iltsvindet.

Beregningerne er udført for hele søens vandmasse på baggrund af iltmålere ved station 1 og 2. Målingerne er

foretaget med 10 minutters interval gennem hele perioden. Udvekslingen af ilt med atmosfæren er også beregnet

med 10 minutters interval ud fra vindmålinger på vejrstationen ved station 7.

vandsøjlen. Iltindholdet falder lidt tidligere på

station 1 tættest på indløbet sammenlignet med

station 2 længst væk fra indløbet.

Organisk stof og iltforbrug -

Det tilførte organisk

stof med tilløbet er både ufarvet og farvet opløst

organisk materiale (Fig. 3). Det kan stamme fra

flere mulige arealtyper i oplandet (fx.

græsmarker, kornmarker, hede og skov). Det

vurderes, at det organiske materiale har stået i

grøfter, kanaler, drænrør og i vandmættede

jorder under høje temperaturer og iltfattige

forhold i det varme vejr. Det organiske materiale

er blevet opkoncentreret igennem længere tid,

da der ikke har været regnbyger, som har kunnet

skylle materialet ud. Den tørre periode ses i vores

målinger af lav vandføring og lav vandhøjde i

indløbet til Filsø over sommeren forud for det

pludselige kraftige regnskyl.

Den markante tilførsel af organisk stof fremgår

tydeligt af vores indsamlede vandprøver.

Fig. 8. Indholdet af farvet organisk materiale i

Søndersø gennem hele 2018 målt ved lysabsorbtion.

Den grå markering viser perioden med iltsvind.

Indholdet af brunfarvet organisk stof, som

svækker lysnedtrængningen i vandet og farver

vandprøverne (Fig. 2), stiger eksplosivt med

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

omkring 200 % i forbindelse med iltsvindet (Fig.

8). Stigningen ville sandsynligvis have været

endnu større, hvis vores indsamling af

vandprøver havde ramt toppen af iltsvindet. Den

samlede pulje af opløst organisk stof stiger

tilsvarende markant i forbindelse med iltsvindet

med omkring 150 % (Fig. 9). Det opløste

organiske stof er under hurtig omsætning, da det

ved bakteriernes nedbrydning er ansvarlig for

iltsvindet. Faldet i indholdet fra toppunktet og i

de efterfølgende dage viser netop, at det opløste

stof er under nedbrydning. Hvis vi, konservativt,

bruger faldet i indholdet fra toppunktet og to

prøvetagningsdage frem, kan vi estimere en

første-ordens nedbrydningskonstant og regne

tilbage

til

det

forventede

maksimale

kulstofindholdet i vandet, da iltsvindet var på sit

højeste (Fig. 10). Herved når vi frem til et indhold

af opløst organisk kulstof, som ligger 200 % over

indholdet før iltsvindet. Dette er det mest

konservative estimat på den tilførte mængde af

organisk materiale, der potentielt er markant

højere.

alene sker iltforbrug ved respiration. Det fremgår

af iltkurverne, at nedgangen i iltindholdet om

natten foregår meget hurtigt (kurven er meget

stejl) under iltsvindet sammenlignet med før (Fig.

7). Disse beregninger viser, at iltforbruget før

iltsvindet i gennemsnit er 0,4 g ilt per m

per

time. I løbet af otte timer om natten kan

respirationen forbruge ca. 30 % af iltindholdet i

100 % iltmættet vand. Hvilket ikke udløser

problemer, da fotosyntesen om dagen og

iltudvekslingen med luften let dækker dette

iltfald. Under selve iltsvindet er respirationen,

derimod ifølge de stejle kurver omkring 1 g ilt per

per time om natten.

Fig. 10. Faldet i indholdet af opløst organisk kulstof i

perioden fra, hvor iltsvindet startede til det sluttede.

Firkanterne viser målte værdier, mens linien viser det

modellerede forløb i nedbrydning af opløst organisk

kulstof gennem perioden. De prikkede linier angiver

95 % statistiske sikkerhedsgrænser i tilknytning til

modelberegningen. Tiden 0 angiver den beregnede

koncentration af opløst organisk kulstof i søen lige

ved starten af iltsvindet.

Fig. 9. Mængden af opløst organisk kulstof i

Søndersø. Den grå markering viser perioden med

iltsvind. Målinger er foretaget i den nordvestlige del

af Søndersø.

Vi har en yderligere mulighed for at vurdere

intensiteten i iltforbruget før og under iltsvindet

ved at beregne iltfaldet om natten, hvor der

En nat kan derfor forbruge 80 % af iltindholdet i

100 % mættet vand. Denne iltgæld kan ikke

dækkes om dagen, da fotosyntesen er reduceret

pga. uklart vand og det stille vejr begrænser

tilførslen fra luften. Derfor vil iltforbruget udløse

totalt iltsvind. Beregningerne understøtter

således, at det forhøjede iltforbrug udløser

MOF, Alm.del - 2018-19 (1. samling) - Bilag 58: Orientering fra Københavns Universitet om årsagerne til iltsvindet i Filsø, fra miljø- og fødevareministeren

iltsvindet og det udvikles gradvist over få dage.

Fotosyntesen er ikke slået ud, men er begrænset

af lysmangel, og når lyset vender tilbage (eller

vinden

tager

til)

stiger

iltindholdet.

Fytoplanktonet er således ikke slået ud af

iltsvindet.

Konklusion

Iltsvindet i Filsø er opstået som et samspil af

klimatiske faktorer med meget varmt og tørt vejr

over en rekordlang periode og stor ophobning af

organisk stof i et meget stort og kraftigt drænet

opland med grøfter, kanaler og drænrør. Det

ophobede organiske stof udtømmes pludseligt i

søen efter et skybrud og giver anledning til

kraftigt iltsvind i det varme vand pga. forhøjet

iltforbrug til nedbrydning af det tilførte organiske

stof samt marginal ilttilførsel fra luften i det stille

vejr og fra fotosyntese pga. udslukning af lyset af

det brunfarvede organiske stof.

Vores kontinuerlige målinger af temperatur

understreger, at søens vandmasse udvikler en

meget svag lagdeling om dagen, men søen

omrøres fuldstændig om natten. De kontinuerlige

iltmålinger viser, at iltsvindet begynder om

eftermiddagen den 28. juli og udvikler sig gradvist

til totalt iltsvind i hele vandmassen i løbet af de

næste dage. Årsagen hertil er at iltforbruget

stiger, mens iltdannelsen ved fotosyntese falder

på grund af uklart, brunt vand. Tilførslen af brunt

farvet vand og opløst organisk stof øger indholdet

i søvandet med mindst 250 og 170 % i tilknytning

til iltsvindet.