Hoppa till huvudinnehåll

Artikel


Bättre kunskap om våra vatten med sensorer

Sötvatten 2017/Emma Lannergård & Jens Fölster, Sveriges lantbruksuniversitet. Publicerad: 2018-06-14

Att beskriva rinnande vatten, ett ständigt föränderligt medium, med bara ögonblicksbilder är en utmaning för vattenförvaltningen. Ett vattenprov i månaden kan innebära att kortvariga men viktiga händelser inte upptäcks. Det kan till exempel handla om jorderosion, kortvarigt näringsläckage från jordbruksmark eller surstötar i försurningskänsliga områden. Den månadsvisa provtagningen fungerar bra för längre tidstrender, men säger ingenting om de snabba förändringar som kan ske i luckan mellan provtagningarna. Sensorer som kontinuerligt mäter vattenkvalitet minskar luckorna från en månad till en kvart. Denna teknik innebär stora möjligheter för framtidens miljöövervakning, men även en del utmaningar.

Under 2017 utvärderade Sveriges lantbruks­universitet (SLU) möjligheten att använda sensorer för att mäta vattenkvalitet i rinnande vatten. Parametrar som pH, nitrat, organiskt material, elektrisk ledningsförmåga, temperatur och turbiditet (grumlighet) mäts på flera platser upp till var 15:e minut. Turbiditet kan användas för att uppskatta totalfosfor och suspenderat material. Högfrekvent data kan därigenom ge kunskap om dessa viktiga miljöparametrar som förändras mycket över kort tid.

Sensorer för mätning av vattenkvalitet har funnits länge på marknaden, men har på senare tid blivit mer robusta och strömsnåla. I takt med att tekniken förbättras och priserna blir lägre framstår sensorer mer och mer som ett bra alternativ för övervakning av vattenkemi i stora och små vattendrag. Målet med arbetet på SLU är att utveckla användningen av sensorer inom miljöövervakningen och utvärdera om de på lång sikt kan leda till ökad effektivitet.

Varierande användningsområden

Intresset för att kunna provta vatten oftare kan ha många olika motiv:

  • Att följa stora förändringar i miljön på nära håll, exempelvis vid den stora skogsbranden i Västmanland. Sensorer användes i små skogsbäckar för att övervaka hur vattenkemin påverkades efter den stora miljöförändringen som branden innebar.
  • Övervakning av förändringar i vattenkvalitet före och efter en åtgärd. I Hågaån utanför Uppsala används idag sensorer för att mäta vattenkvaliteten före anläggningen av en multifunktionell dagvattenpark, ett projekt som drivs av Uppsala kommun inom ramen för LifeIP-projektet Rich Waters finansierat av EU. Genom att mäta vattenkvaliteten före, under och efter åtgärden kan effekten av parken utvärderas på ett bra sätt.
  • För att uppnå en mer effektiv övervakning av vatten. Sensorer har använts i olika typområden på jordbruksmark (viss typ av områden inom miljöövervakningen) och jämförts med traditionell provtagning som tar hänsyn till vattenflöden (flödesproportionerlig), samt månadsvisa vattenprovtagningar, för att jämföra de olika provtagningsstrategierna. Resultaten visade stora skillnader. Den stora fördelen med sensorer var att de fångar dynamiken i vattendragens kemi, exempelvis halter av suspenderat material och nitrat. Det gör att processerna bakom förändringarna bättre kan förstås och övervakningen anpassas.

 

Jämförande studier mellan näringsämnestransport, beräknad med manuella provtagningar en gång i månaden och mätningar med sensorer, visar att belastningen kan vara så mycket som 10 – 150 procent större med högfrekventa mätningar. Foto: Emma Lannergård.

Förbättrad förståelse för näringstransporten

SLU har fått i uppdrag av Havs- och vattenmyndigheten att undersöka möjligheten att installera sensorer i viktiga flodmynningar där mycket näring transporteras till Östersjön. Sedan oktober 2016 görs en fallstudie i Fyrisån där möjligheter och potentiella svårigheter kartläggs. Med tätare mätningar i flodmynningar kan beräkningarna av näringstransport från källa till hav förbättras. Det blir lättare att sätta realistiska mål för att minska transporten av näringsämnen till Östersjön samt besluta om vilka vattendrag som har störst behov av åtgärder.

I Sävjaån, som är en liten näringsrik å i jordbrukslandskapet nära Uppsala, används även sensorer i ett forskningsprojekt för att undersöka vilka processer som styr transporten av fosfor från jordbruksmarken ut i vattnet. Baserat på de högfrekventa mätningarna undersöks variationen i transporten av suspenderat material och totalfosfor vid höga och låga flöden, var det är mer eller mindre grumligt i vattendraget samt hur högfrekvent data påverkar resultatet vid användning av modeller (exempelvis INCA-P) som beräknar transporten av fosfor.

Vattenkvalitet under isen?

Sensorer tål inte att frysa och tas därför ofta upp från vattendraget under vintern. Detta gör att den stora dramatik i vattenkvalitet som sker under islossning och snösmältning förbises. Förra året undersöktes därför olika sätt att montera sensorerna så att de kunde vara kvar under isen hela vintern. Mätningar under isen är relativt ovanliga, men under vintern 2016-2017 fångades såväl islossning och snösmältning i två vattendrag utan att sensorerna tog skada. Genom att brottas med de tekniska och praktiska aspekterna kring sensorer närmar sig den dagen då sensorer är en naturlig del i miljöövervakningen.

Sensorer sköter sig till större del på egen hand, men ungefär en gång i månaden behöver de tittas till för att kvaliteten på datan ska bli så bra som möjligt. Här rengör Emma Lannergård en sensor i Sävjaån. Foto: Jelena Rakovic.

Det är värt det!

Än så länge kan sensorer bara användas som ett komplement till manuell provtagning. Detta på grund av tekniska utmaningar som rutiner för kvalitetssäkring av data, kalibrering, begränsningar i att ersätta en parameter med en annan, samt praktiska detaljer som strömförsörjning och överföring av data i realtid.

Trots det, tänk att ha möjligheten att gå in och titta på vad som hände i vattenkemin under förra veckans regnoväder. Tänk att få ett sms när en parameter överstiger ett visst värde för att senare få reda på att ett dike rensades uppströms i avrinningsområdet. Den snabba återkopplingen och detaljnivån gör att det är värt arbetet med att få systemet att fungera friktionsfritt. Att komplettera övervakningen av vatten med sensorer kan i framtiden innebära att den manuella provtagningen kan göras mer sällan och till en lägre kostnad. Genom att placera en sensor i ett vattendrag före och efter ett åtgärdsarbete får man ett kostnadseffektivt besked på hur effektiv åtgärden varit och om målet med åtgärden uppnåtts. Och kanske framförallt – när luckan i provtagningen minskar från en månad till en kvart – kan vattenförvaltare på olika nivåer fatta sina beslut baserat på bättre underlag och en bättre förståelse.

Text & kontakt:

Emma Lannergård och Jens Fölster,
Institutionen för vatten och miljö, SLU
e-post: emma.lannegard@slu.se
e-post: jens.folster@slu.se

 


Lästips:

Fölster, J. och P. Rönnback (2015). Turbiditet som mått på suspenderat material och totalfosfor. SLU, Vatten och miljö: Rapport 2015:2.
Lannergård, E. (2016). Potential for using high frequency turbidity as a proxy for total phosphorus in Sävjaån. Uppsala: SLU, Institutionen för vatten och miljö
Life IP http://extra.lansstyrelsen.se/lifeiprichwaters/sv/battre-vatten---sa-gor...
Skarbøvik, E. & Roseth, R. (2015). Use of sensor data for turbidity, pH and conductivity as an alternative to conventional water quality monitoring in four Norwegian case studies. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science, 65(1), pp 63–73.