Temamøde om vandløbspåvirkning, afstrømningsforhold, fysiske forhold og habitatmodeller

Lisbeth Flindt Jørgensen

Den 22. marts 2000 afholdt DVK på GEUS et temamøde med titlen "Vandløbspåvirkning, afstrømningsforhold, fysiske forhold og habitatmodeller”. Der var ca. 65 deltagere. Dagens program kan ses på:

./sidst-dk.shtml#top

Temamødet var til dels en opfølgning på et andet DVK-temamøde afholdt sommeren 1999 om minimumsvandføringen og dens betydning for vandløbskvalitet.

Som følge ændringer i Vandforsyningsloven (ekstra aktiviteter til detaljeret geologisk kortlægning, modellering og administration af de særligt vigtige vandforsyningsområder; herunder grundvandsindvindingers påvirkninger af vandføring og vandløbskvalitet.) og Vandrammedirektivet (en samlet betragtning af overfladevands- og grundvandsressourcer samt inddragelse af økologiske aspekter) er der behov for at sætte mere fokus på bredere hydrologiske emner som f.eks. samspillet mellem grundvand og overfladevand.

Det er DVK's opfattelse, at der er et betydeligt behov for at accelerere forskning og udvikling i Danmark omkring vandløbskvalitet i bred forstand. Dels er det faglig/videnskabelige grundlag for den nuværende administrative praksis på vigtige områder utilstrækkeligt og dels er der sket en betydelig forskning og udvikling i udlandet, som vi kun i meget beskedent omfang har draget nytte af. Med baggrund i de udenlandske erfaringer er det endvidere DVK's opfattelse, at det vil være muligt fagligt at forbedre den administrative praksis. For at opnå et sådant mål vil det være nødvendigt både at opbygge en bedre viden i Danmark via øgede forskningsprojekter og at udvikle og afprøve værktøjer til praktisk anvendelse i administrationen. Et meget vigtigt element i denne sammenhæng er, at der etableres et tværfagligt samarbejde mellem hydraulikere, hydrologer, geologer, agronomer og biologer.

Det var formålet med temamødet at fremlægge resultaterne af en spørgeskemaundersøgelse DVK har gennemført i amterne og diskutere behov for forskning, udvikling og udredningsarbejde på området. Derudover bød temamødet på indlæg om bl.a. medianminimum og vandløbskvalitet; habitathydraliske metoder; undersøgelse af effekt af reduceret vandføring på vandløbsfaunaen; habitatmodeller; betydning af samspil mellem grundvand og overfladevand for vandløbspåvirkning, eksempler udfra DK-modellen; vandløbsrestaurering og habitateffekter; fastsættelse af økologiske acceptable mindstevandføringer ved simpel metode anvendt i Vandplan Sjælland; vandrammedirektivet

Som afslutning på mødet opsummerede Jens Christian Refsgaard, Formand for DVK, mødet og foreslog følgende konklusioner og anbefalinger:


Konklusioner over dagens forløb:

Anbefalinger

Der er et stort behov for at forbedre den faglige basis og den administrative praksis på området.

Der er behov for at komme i gang nu. Det kan eksempelvis ske ved at starte en lille udredningsopgave med afprøvning af 3-4 habitatmodeller/eksisterende metoder på 2-3 oplande. En sådan øvelse vil dels kunne belyse de muligheder og begrænsninger de eksisterende habitatmodeller har og dels kunne danne grundlag for at definere behov og planer for indsamling af yderligere data såvel som ny viden og forbedring af modellerne.

Danske vandløb og habitatmodeller – en opfølgning på DVK temamødet d. 22. marts 2000

Carsten Fjorback, Brian Kronvang, Nikolai Friberg og Morten L. Pedersen
Afd. for Vandløbsøkologi – Danmarks Miljøundersøgelser

Gennem de seneste år er der sat fokus på samspillet mellem de fysiske og biologiske forhold i danske vandløb. Vandkvaliteten i vores vandløb er blevet forbedret betydeligt gennem de sidste 10 år uden at der især i de mindre vandløb kan spores nogen særlig fremgang i biologisk mangfoldighed. Derfor er der nu en skærpet interesse for at forbedre levestederne eller habitaterne for planter og dyr da nøglen til en yderligere forbedring af vores vandløb ligger her.


Hvad er habitatmodeller?

Ordet ’habitatmodeller’ dækker over to væsentlige forskningsområder, der især i engelsksprogede lande har været stor opmærksomhed omkring i de sidste 10-20 år. De to forskningsområder er:

• Beskrivelse af fysiske forhold i vandløb (form, hydraulik og sedimenttransport)
  
• Beskrivelse af planter og dyrs krav til levesteder
  

Det ene ’ben’ i habitatmodeller er beskrivelsen af de fysisk-hydrauliske forhold i vandløb, som strømhastighed, dybde, substratforhold. Hertil har der i mange år været brugt mere eller mindre stationære en-dimensionelle (1D) hydrauliske beregningsmodeller. De hydrauliske modeller udnytter alle de velkendte formler for strømning i åbne kanaler som Manning’s formel, Chezy’s formel, mv., der alle bygger på sammenhænge mellem et vandløbs hældning, dets form og et mål for energitabet (bund, sider og planter).

Det andet ’ben’ i habitatmodeller er beskrivelsen af planter og dyrs krav til levesteder, som ofte bygger på eksperimentelle undersøgelser eller in situ undersøgelser af planter og dyrs forekomst i vandløbet. Disse in situ undersøgelser er primært blevet foretaget specifikt i det vandløb, hvor habitat-modellen er blevet sat op, men tildels også i et stort antal vandløb for at udlede generelle fordelingsmønstre. Planter og dyrs krav til levesteder udtrykkes ofte i form af sandsynlighedskurver (præferencekurver) overfor den enkelte art eller slægts tilstedeværelse ved en given strømhastighed, dybde, substratforhold, mv.

Habitatmodeller kobler arters krav til levesteder med hydrauliske parametre, der igen hænger sammen med vandføringen. Resultatet af habitatsmodeller er en kvantificering af egnede habitater for givne arter og livsstadier.


Hvad har vi gjort i Danmark ?

I Danmark blev der i 1980’erne forsket i beskrivelsen af samspillet mellem de fysiske forhold i vandløb, planterne og vandets strømning. Arbejdet var affødt af forberedelserne til Vandløbsloven fra 1983. Den indeholdt for første gang hensyntagen til de økologiske forhold i vandløb. Forskningen inddrog dog ikke et centralt aspekt, nemlig fisks, insekters og planters krav til levesteder (habitater) i vandløbet.

Vandløbsloven affødte i de næste ti år at Vandløbsmyndighederne (amter og kommuner) udarbejdede nye regulativer for alle vandløb. I den forbindelse blev vandløbene målt op og indlagt i databaser rundt om i landet. De mange opmålinger og hydrauliske beregninger, der efterfølgende blev lavet, tog alene sit udgangspunkt i vandløbenes vandføringsevne – altså spørgsmålet om afvandingstilstanden på de ånære arealer. Vandløbsmyndighederne foretog ikke beregninger af hvordan de kunne optimere livsvilkårene i vandløbet for planter, insekter og fisk ved forskellige ændringer i vedligeholdelsen eller ved egentlige restaureringer, som de ifølge Vandløbsloven kunne opnå statslige tilskud til.

Nu har nye regulativer med ændret vandløbsvedligeholdelse delvist forbedret de økologiske forhold i nogle af vore vandløb. De mange hundrede gennemførte fjernelser af vandløbsspærringer har også medvirket til at de fleste af vore større vandløbssystemer er blevet åbne, så fisk kan nå fra havet og op til deres gydepladser. Siden 1970’erne er der som følge af biologisk spildevandsrensning og ophør af alvorlige landbrugs udledninger for alvor kommet styr på vandkvaliteten i de fleste vandløb. Det er således nu at det næste trin i forbedringen af de danske vandløb og ådale skal tages – nemlig optimeringen af de økologiske forhold.


Hvad sker der nu og i fremtiden ?

For at kunne optimere de økologiske forhold i vandløb er der især behov for at forbedre de fysiske forhold hen imod den oprindelige, upåvirkede tilstand (referencetilstanden). Her er habitatmodeller et godt supplement til den almene økologiske forståelse af systemerne når planlæggere skal forudse de økologiske effekter af ændringer i vandindvinding, vedligeholdelse af vandløb, etablering af bufferzoner langs vandløb og egentlige restaureringer af vandløb og ådale. Vi mangler bare at kende sammenhængene mellem de fysiske forhold, planter og dyr som er det grundlæggende element i habitatmodeller.

Forståelsen for koblingen mellem de fysiske vandløbshabitater og deres biologiske indhold er væsentlig. Her foreligger især en stor udfordring i at forstå vandplanternes nøglerolle for fordelingen og udbredelsen af habitater i danske vandløb, da vandplanter kun i ringe grad har indgået i de eksisterende habitatmodeller. Målet må være en habitatmodel, der kan anvendes bredt i danske vandløb og som forudsiger antallet af tilgængelige habitater for en gruppe indikatororganismer ved forskellige tidslige og rumlige (hydrauliske, vedligeholdelse etc.) scenarier. Modellens resultat skal direkte kunne relateres til eksisterende og fremtidige målsætningssystemer dvs. forudsige fiskesamfundets sammensætning, faunaklassen beregnet udfra Dansk Vandløbsfaunaindeks og afstanden fra referencesituationen.

Som supplement til de hydrauliske habitatmodeller er det nødvendigt med en grundlæggende beskrivelse af habitatvariationen i vandløb, samt analyser af samspillet mellem regionale og lokale faktorers indflydelse på habitatudformingen. Herunder er det vigtigt at få fastlagt den indbyrdes betydning af de fysiske forhold og dyrenes biologi/økologi. Dette gøres gennem empiriske undersøgelser af samspillet mellem fysiske forhold, dyresamfund og etc. fødeudbud over en gradient fra Øst- til Vestdanmark og under forskellige hydrauliske forhold. Internationale undersøgelser viser at de hydrauliske forhold kan have dominerende betydning i visse situationer, mens dyrenes biologi bliver af afgørende betydning i andre situationer.


DMU’s forskningsprojekter om vandløbshabitater

For Afdeling for Vandløbsøkologi, DMU er et centralt forskningstema samspillet mellem de fysiske og biologiske forhold i vandløb. Vi forsker specifikt i vandløbshabitater, fysiske og biologiske samspil på forskellig skala, samt anvendelsen af habitatmodeller. P.t. har vi gang i følgende projekter:


Vandløbsfysiske habitater

Formålet med dette PhD projekt er at opstille en empirisk habitat model, der kan beskrive udbredelsen og variationen i fysiske habitater i danske vandløb. Desuden undersøges betydningen af samspillet mellem fysiske parametre og planterne og hvorledes disse influerer på invertebratsamfundene. Data for regionale og lokale forhold inddrages også i analysen af habitaterne, således at betydningen af disse kan vurderes. En analyse af skalaens betydning for samspillet mellem de fysiske forhold og invertebraterne er en af hjørnestenene i PhD projektet. I projektet arbejdes der primært i små og mellemstore vandløb, som jo udgør godt 80% af Danmarks vandløb. Resultaterne forventes at kunne bidrage til forståelsen af samspillet mellem fysiske forhold, planter og invertebrater i vandløb.


En habitatmodel - RHYHABSIM

I habitatmodeller anvendes viden om hvad arter i et givet livsstadie foretrækker af de fysiske forhold, som strømhastighed, dybde og bundsubstrat. Sådanne sammenhænge, kaldet præferencekurver, sættes via hydrauliske beregninger i relation til vandføringen. Den mest anvendte metode er Instream Flow Increamental Metodology (IFIM), som gennem de sidste 20 år er anvendt i forbindelse med forvaltning af vandressourcer, samt planlægning og effekt vurdering af vandløbsrestaureringer i især USA, England, Australien og New Zealand.

En model blandt flere forskellige under IFIM konceptet er modellen RHYHABSIM (River HYDraulic and HABitat SIMulation), som er udviklet på New Zealand. Vi har anvendt RHYHABSIM gennem det sidste halve år ved en pilot modellering på en restaureret strækning af Gelså.

Gelså ved Bevtoft blev i 1989 restaureret fra et 1340 m kanaliseret forløb til et 1850 m slynget vandløb. I 1997 blev der indsamlet fysiske (vandløbsmorfologi og strømhastigheder) og biologiske (planter, invertebrater og fisk) data til et effektstudie af vandløbsrestaureringen. Den overordnede konklusion blev, at der var en lidt større fysisk variation (dybde, bredde og strømhastighed) på den restaurerede del af Gelså, sammenlignet med opstrøms kontrolstrækninger. Invertebrat samfundet udtrykt som antal arter og individer var signifikant lavere på den restaurerede del af Gelså, end på kontrolstrækningen. Elbefiskning viste at antallet af ørreder var omkring 2-3 gange så højt i kontrolstrækningen, som i den restaurerede strækning. En mulig forklaring var at forekomsten af planter på de undersøgte strækninger kunne være hovedårsagen til de overraskende resultater af fiske –og smådyrsundersøgelserne.

En opsætning af RHYHABSIM på data fra Gelså og anvendelse af præferencekurver (hastighed, dybde og substrat) for ørred (brown trout) fra den internationale litteratur har gjort det muligt at kvantificere det tilgængelige brugbare areal (WUA-Weighted Usable Area) for ørreder ved forskellige vandføringer på 4 restaurerede og 2 kontrol strækninger (se fig. 1).

Figur 1. Tilgængeligt brugbart areal (WUA) for ørred som funktion af vandføringen (m3/s) for en af de undersøgte restaurerede strækninger i Gelså.

Modellen RHYHABSIM kvantificerer udbredelsen af den tilgængelige ørredhabitat for et vandføringsscenarie på 1000 l/s for de undersøgte 6 strækninger. Der er konstateret signifikant sammenhæng (R2=0,93) med tætheden af ørred på de undersøgte strækninger (fig. 2) .

Ved opsætning af den hydrauliske model er der foretaget en del antagelser da de indsamlede data fra 1997 ikke er optimale som input til RHYHABSIM. Derfor gennemføres der en dataindsamling i efteråret 2001, som skal tilvejebringe et komplet datasæt til en RHYHABSIM modellering af habitatforholdene i Gelså ved Bevtoft.

Udover at RHYHABSIM modellen kan bruges til evaluering af effekter af vandløbsvedligeholdelse og -restaurering, så kan modellen også inddrages ved stillingtagen til vandindvindinger, mv. F.eks. kan der fortages en vurdering af hvor ofte en WUA-værdi er over/underskredet ved at konstruere tidsserier eller varighedskurver for det tilgængeligt brugbare habitat på baggrund af vandførings tidsserier.

Ved fastsættelse af vejledende nedre grænse for størrelsen af vandføringen i et vandløb anvendes vandføringens medianminimum. Denne procedure inddrager ikke nogen egentlig form for kvantitativ vurdering af eventuelle økologiske konsekvenser for vandløbets flora og fauna. En model som RHYHABSIM giver således mulighed for at beregne habitatudviklingen for en given art ved forskellige vandføringsscenarier. Konsekvenserne af en given vandindvinding for de økologiske forhold i vandløb kan dermed kvantificeres, et krav der bl.a. stilles i det kommende Vandrammedirektiv.


Opstilling af præferencekurver

DMU og Danmarks Fiskeriundersøgelser gennemførte i 1998 undersøgelser af gydning og yngelfremkomst på 10 vandløbsstrækninger. Strækningerne blev fulgt fra gydning (november) til august det følgende år. I 20 punkter på hver strækning blev der målt dybde, strømhastighed, substrat og plantedække. I de samme punkter blev tilstedeværelsen af ørredyngel registreret. På baggrund af samhørende data for de fysiske parametre var det muligt at opstille en præferencekurve for ørredyngel (0+) mht. dybde og hastighed. Dette er første gang at en referencekurve empirisk er blevet opstillet under danske forhold (figur 3).

Figur 3. Præferencekurver for ørredyngel (0+) i forhold til dybde og strømhastighed. Ørredyngelens foretrukne levested/habitat i forhold til de fysiske forhold er angivet ved et egnethed index (0 til 1), hvor 1 angiver optimale forhold.

Resultaterne viser at ørredyngel 0+ har sit foretrækker vandybder på 20-30 cm og små strømhastigheder fra 0-4 cm/s som optimale levesteder (fig. 3).

Etablering af præferencekurver for arter eller artssamfund i danske vandløb er fundamental for at kunne anvende en økohydraulisk model som RHYHABSIM.

COST 626, European Aquatic Modelling Network

DMU deltager i dette netværk af 14 europæiske lande, hvis hovedformål er at definere og udvikle integrerede metoder og modeller til vurdering af sammenspillet mellem vandløbets flora og fauna og vandløbshabitater på forskellig skala. Netværket er organiseret i tre arbejdsgrupper:

1. Rå data; tekniske problemer som parametre, metoder og instrumenter samt standardisering af dataindsamling.
   
2. Modeller: validering af eksisterende og udvikling af nye modeller
   
3. Anvendelse; samspil med slutbruger og videnskabsfolk for den bedste udbredelse af brugbare metoder/modeller.

Danmark er godt på vej i bestræbelserne på at få et rent og mangfoldigt vandløbsmiljø ved at nu have opnået en forbedret vandkvalitet. For at nå målet skal de fysiske forhold forbedres væsentligt ved skabelse af en større fysisk heterogenitet i vores vandløb.

Danmarks Miljøundersøgelsers fremtidige forskningsstrategi indenfor vandløbsøkologi er et fortsat arbejde med fysisk-biologiske interaktioner og beskrivende hydroøkologiske vandløbsmodeller. Denne indsats vil give mulighed for en bedre forståelse og forklaring af den hydrologiske og biologiske tilstand i danske vandløb samt opbygge et stærkere vidensgrundlag for optimering af vandløbsrestaureringer og vandindvindings opgaver.