Metoder för att kvantifiera ekologiska
effekter av miljöåtgärder i reglerade
vattendrag
Kjell Leonardsson
Peter Rivinoja, (Andreas Gyllenhammar)
Sveriges Lantbruksuniversitet,
Umeå
Minimitappning & ekologiskt
anpassade flöden
Case – Klumpströmmen, Ljusnan (Bollnäs)
• Målsättning - Prognos av fiskmängd vid olika flödesscenarier
• Metodik
1. Mätning/skattning av arealer med lämpliga fiskhabitat vid olika flöden
2. Analys av flöden i relation till kritiska faser/livsstadier
(reproduktion & yngel)
3. Referensdata på fisktätheter från motsvarande vattendragsstorlek
4. Beräkning av förväntade fiskmängder (harr & öring), 1x3, i relation till
flödesmängder
Kritiska perioder för harr och öring
+3 m3/s vintervatten
Lekperiod harr
Begränsade lekområden om lågvatten
Strandning av rom om vårfloden avtar
före sommarvattenföringen
Lekperiod öring
Strandning av rom
Bottenfrysning
Number of grayling ≥ 30 cm
Förväntad mängd harr (>30 cm) i
Klumpströmmen
1250
1000
750
500
250
Skattad mängd 2008
0
0
5
10
15
20
3 -1
Flow (m s )
25
30
35
40
Metodens generaliserbarhet
Huvudfåra = under vissa förutsättningar
Hindra stora
spillflöden
att ”spola bort”
den restaurerade
miljön
Sidofåra = ja
Behov av åtgärder i huvudfåror
• Undvik nolltappning
Oreglerade
80
Bankfull river width (m)
• Åtgärda bredd-djup
Reglerade
y = 6.99x0.61
R² = 0.69
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
Mean flow (m3/s)
25
30
35
• Förhindra stora spill
(avledning, alt. barriär)
Maxflöde per 20-50 år (m3/s)
Behov av åtgärder i huvudfåror
700
600
QMax  15*MQ
500
400
300
200
Median(QMax)  6.4*MQ
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Årsmedelflöde (m3/s)
QMin = 0.00106*MQ2/(1+0.005*MQ)
Konnektivitet - fiskvandring
I vilka situationer ger fiskvägar önskad effekt, dvs
återskapande av vitala populationer av vandringsfisk?
Hur påverkar antalet fiskvägar/trappor möjligheten att
återskapa vitala fiskpopulationer?
––––––––––- - - - ––––––––––––
Baskrav:
Intakta lek- och yngeluppväxtområden av tillräcklig
omfattning för att uppnå vitala populationsstorlekar
Modellering för analys av förutsättningar
Effekt av fiskvägar på förväntat antal leklaxar,
8(9) passager i Ljusnan
Passage-effektivitet:
Smolt–0.98, Leklax–0.93, Utlekt lax–0.90
Passage-effektivitet:
Smolt–0.88, Leklax–0.83, Utlekt lax–0.81
Modellförenkling för ökad användbarhet
jämviktsmodell – utan dynamik
Rekryteringsfunktion
Antal 0+ stirr,
N0+
𝑲 𝑽∗𝑸−𝟐
𝟐 ∗ 𝒑𝟎 ∗ 𝑭𝒆𝒄
𝑼∗𝑲
𝑲+𝑼
Beverton-Holt
Ricker
Definitioner:
Antal honor vid lek, NF
𝑼∗
𝑼
ⅇ−ⅇ∗𝑲
𝑼 = 𝒑𝟎 ∗ 𝑵𝐅 ∗ 𝑭𝒆𝒄
ⅇ ∗ 𝑲 ∗ 𝐋𝐨𝐠[𝑽 ∗ 𝑸/𝟐]
𝐩𝟎 ∗ 𝐅𝐞𝐜
𝑸 = 𝒑𝐒 ∗ 𝒑𝐑
𝑭𝑷
,
𝑽 = 𝒑𝟏 ∗ 𝒑𝟎 ∗ 𝑭𝒆𝒄
Exempel (Beverton-Holt) för utvärdering av Baltic Sea Salmon Action Plan:
Q > 4/(Fec*p0*p1)
Passager = 6 (7)
Passager = 8 (9)
Totalt antal lekfiskar (lax)
Resultatjämförelse
Jämviktsmodell  dynamisk modell
Total vandringseffektivitet (smolt – första lek)
Litteraturdata på passage-effektiviteter
(Atlantlax)
Percentiler
Kategori
25th
Median
75th
N
Smolt, nedströms
0.94
0.96
0.97
17
Vuxna, uppströms
0.86
0.94
1.00
45
Kelt, nedströms
0.68
0.95
0.95
4
Riskanalys utifrån livscykelperspektiv
(förväntad vandringsframgång, smoltlek)
Percentiler
Förstagångslekare
Andragångslekare
Antal
fiskvägar
5th
25th
50th
5th
25th
50th
1
0.44
0.78
0.90
0.19
0.53
0.70
2
0.28
0.57
0.75
0.07
0.27
0.46
3
0.21
0.41
0.61
0.04
0.13
0.28
4
0.16
0.32
0.49
0.02
0.07
0.17
5
0.11
0.24
0.39
0.01
0.04
0.10
6
0.08
0.19
0.31
0
0.02
0.06
7
0.06
0.15
0.25
0
0.01
0.04
8
0.04
0.12
0.20
0
0.01
0.02
9
0.03
0.09
0.16
0
0
0.01
10
0.03
0.07
0.13
0
0
0.01
Uppsummering av osäkerhet mha den
dynamiska modellen
Analyser av flödesdata från oreglerade
och reglerade vattendrag
Syfte - Försöka identifiera de viktigaste aspekterna
för prioritering av åtgärder
• Omvänd vattenföring
• IHA (Indicators of Hydrological Alteration)
Omvänd vattenföring
Oreglerade
Norra Sverige
Södra Sverige
Reglerade
Effekter av omvänd vattenföring på
förekomst av strömlevande bottenfauna?
Effekter av omvänd vattenföring på
förekomst av strömlevande fisk?
IHA – Indicators of Hydrological Alteration
Jämförelse med flödesvariationer i
oktober, exempel från Ljusnan
Lekperiod öring & lax
LJUSNAN
Naturlig, 500-års flödesökning/timme
Naturlig, 500-års
flödesminskning/timme
Risk för strandning
av fisk
Miljöanpassad flödesreglering
(dygnsreglering)
Maximal flödesminskning utan
strandning av fisk
Extrema naturliga flödesförändringar
250
250
12 timmar
12 timmar
6. timmar
200
7.7 timmar
-50 %
1
-20 %
150
Flöde m 3 s
Flöde m 3 s
1
4.3 timmar
100
50
6. timmar
200
150
100
50
0
0
0
5
10
Tid timmar
15
20
0
5
10
Tid timmar
15
20
Fysiska åtgärder i bottenmiljön
Förändring av bottenstrukturen för att skapa ökad
heterogenitet i strömförhållanden och därmed ökad
möjlighet för organismerna att hitta lämpliga habitat.
Experimentdesign
Resultat, experiment & CFD-modellering
Sammanfattning av miljöproblem i
reglerade vattendrag
Brist på (eller åtkomst av) lämpliga
strömvattenhabitat i tid eller rum
Alla åtgärder som på något vis återskapar lämpliga
strömvattenmiljöer bidrar till att förbättra miljön,
men med begränsade resurser kan det vara bättre
att försöka få till ett antal rejäla åtgärder än halvdana
på alla ställen
Olika miljönytta av vatten på olika ställen
Miljönytta (MN)
Område A
Område B
MNA
MNB
Utgångsläge
??
Flöde
Rekommenderad åtgärd
Tack för ordet!
Effekt av fiskvägar på förväntat antal leklaxar,
6(7) passager i Ljusnan
Passage-effektivitet:
Smolt–0.98, Leklax–0.95, Utlekt lax–0.92
Passage-effektivitet:
Smolt–0.89, Leklax–0.86, Utlekt lax–0.82
Omvänd vattenföring?
Norra Sverige
Södra Sverige
Scenarier: Havsöring i Emån
3
1&2
Antal havsöringar (ind.)
Havsöring Emån
1800
1600
1400
1200
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
Sträcka nr
6
7
Totalt
Metoder för att identifiera miljövänliga
reglerings-/flödesregimer
• Data från oreglerade vattendrag
• Jämförelse nord-syd
• Analys av “extrema” men naturliga flödessituationer
Samband mellan störningsfrekvens och
utslagning av populationer
Enstaka störningar
Frekventa störningar
- Insekter kan återkolonisera
(terresta & flygande adultstadier)
- Fisk behöver vandringsvägar
för att återkolonisera
(%)
Extrema men naturliga flödessituationer
-
ca. 500-års max
-
-
(%)
Extrema men naturliga flödessituationer
ca. 500-års max
-