Regnbetingede udløb fra kloaksystemer

2. Effekter af regnbetingede udløb

2.1 Fysiske effekter
2.1.1 Oversvømmelse
2.1.2 Erosion
2.2 Æstetiske effekter
2.3 Hygiejniske effekter
2.4 Næringssalte
2.5 Biologiske effekter
2.5.1 Fysiske årsager
2.5.2 Reduktion af iltkoncentrationen i recipienten
2.5.3 Effekter fra ammonium og svovlbrinte
2.5.4 Indvirkning på fisk og smådyrfauna
2.5.5 Toksiske effekter af miljøfremmede stoffer
2.6 Opsummering af effekter

Regnbetingede udløb fra fælles- og separatsystemer varierer lokalt i deres fysiske, kemiske og mikrobiologiske sammensætning, følgelig vil effekterne være forskellig fra gang til gang.

Dynamikken i regnbetingede udløb og den dertil hørende forurening og belastning er så varierende, at tidsskalaen for effekternes varighed bliver et vigtigt begreb i deres karakterisering. Nogle effekter manifesteres øjeblikkelig mens andre først bliver et problem efter længere tid, på grund af en akkumulering i recipienterne. Normalt kan effekter karakteriseres som værende henholdsvis akutte og akkumulerende effekter.

Den akutte effekt observeres øjeblikkeligt og skyldes f.eks. stigende vandføring (oversvømmelser, erosion mm.), iltning af organisk stof (forringelse af iltkoncentrationen i recipienten), en forurening med fækale bakterier og fiskedød.

Transport i recipienten, inklusiv opblanding og dispersion er vigtige fænomener, som har indflydelse på den resulterende koncentration og derved også på den resulterende effekt i recipienten.

Varigheden af belastningen overstiger generelt perioden for afsmeltning og regn, og varierer alt efter belastningens størrelse.

Varigheden, hvor recipienten er påvirket efter en belastning, svinger mellem få timer i recipienter med stor gennemstrømning og 1-2 dage i "stillestående" vande (Marsalek, 1999).

Akkumulerende effekter er generelt et resultat af en opbygning af forureningskomponenter i recipienten.

Eksempler på denne akkumulering er eutrofiering i søer og fjorde samt toksiske virkninger som følge af frigivelse af giftstoffer fra sedimentet.

For belastning fra en akkumulerende effekt er det kun selve akkumuleringen der har betydning, mens dynamikken i udledningen er uden betydning.

Opstilles effekterne fra regnbetingede udløb systematisk efter den tidsskala de påvirker recipienten, fås følgende tabel, se Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tidsskalaer og karakter for de vigtigste effekter på vandlevende organismer

Resultatet af korte og forsinkede effekter fra regnbetingede udløb på vandløb synes at være et meget komplekst samspil mellem både fysiske og kemiske effekter, mens de akkumulerende effekter primært kommer fra frigivelse og omdannelse af kemiske komponenter samt en ændring af morfologien.

Udover tidsskalaen har naturligvis størrelsen af de udledte mængder ligeledes stor betydning for effektens størrelse. Effekterne fra regnbetingede udløb er mest alvorlige i små bække, hvor forøgelsen af vandføringen er stor og fortyndingen af overløbsvandet er minimal. Disse små bække kan på samme tid blive beskadiget af udledningen af forurenende stoffer samt af resuspension og erosion, som kan ødelægge vandløbsbunden.

I større vandløb er der en større fortynding og dispersion og små overløbshændelser har derfor generelt mindre effekt på vandkvaliteten. Erosionen som følge af regnbetingede udløb vil generelt også have relativt mindre betydning i de større vandløb.

I kystområder sker der generelt kun en fækal forurening pga. det store vandvolumen. Forureningen kan dog også bevirke en akkumulering af næringssalte samt en forurening af sedimentet, især med tungmetaller og andre miljøfremmede stoffer.

Generelt kan effekterne fra regnbetingede udløb opdeles i følgende hovedområder:

2.1 Fysiske effekter

Fysiske effekter som følge af regnbetingede udløb indbefatter både oversvømmelse af de tilstødende arealer samt erosion og deposition af sediment grundet forandring i bundforskydningsspændingen.

De pludselige ændringer i vandføringen kan være katastrofale for de organismer der lever i vandløbet.

Figur 2.1 Forøgelse af vandføringen fra udledning fra et regnbetinget udløb (Wagner, 1996) viser et tilfælde målt i Tyskland i bækken Scondelle nær Dortmund. Normalvandføringen i bækken er om sommeren ca. 10 l/s.

Under den observerede overløbshændelse steg vandføringen til over 600 l/s på 10 minutter. Denne pludselige, kraftige forøgelse af vandføringen resulterede i en mindre oversvømmelse samt en kraftig sedimenttransport langs vandløbsbunden (Wagner, 1996).

Figur 2.1 Forøgelse af vandføringen fra udledning fra et regnbetinget udløb (Wagner, 1996)

2.1.1 Oversvømmelse

Oversvømmelsen fra regnbetingede udløb sker når den hydrauliske kapacitet overskrides i en recipient pga. de vandmængder der introduceres.

Den øgede urbanisering bevirker at en mindre del af vandvolumenet infiltreres lokalt og derfor øges volumenet fra afstrømningen fra befæstede arealer.

Oversvømmelse fra regnbetingede udløb er generelt ikke et større problem i Danmark, men kan forekomme i mindre vandløb.

Teoretisk set må man forvente at en oversvømmelse i forbindelse med et regnbetinget udløb vil kunne sprede forurenende stoffer på de oversvømmede arealer, men skader af denne art er tilsyneladende ikke rapporteret. Skader af denne art vil være et særligt problem såfremt arealerne benyttes til økologisk landbrug.

Oversvømmelse af arealer nær vandløb er uønskede set ud fra en dyrkningsmæssig synsvinkel. Det er imidlertid vigtigt at gøre sig klart, at oversvømmelse af vandløb i forbindelse med regn i miljømæssig sammenhæng er en positiv effekt, som medvirker til at begrænse de omtalte negative virkninger af den hydrauliske påvirkning både hvad angår de biologiske og fysiske forhold. Desuden er det velkendt at oversvømmelse til en vis grad medvirker til fjernelse af næringssalte.

2.1.2 Erosion

Man skal indledningsvis gøre sig klart at det danske landskab generelt set i geologisk perspektiv er underlagt en langsom erosion, som bl.a. giver sig udslag i, at vandløbene gradvist synker, hvilket er registreret flere steder.

Vandløbs morfologi er dynamisk og reagerer på forandring i hydrologien.

Naturlige og upåvirkede vandløb vil have en tendens til at indgå i en ligevægt, hvor erosions- og deponeringskræfterne stort set er i balance.

Når vandløb påvirkes af kraftige og pludselige udledninger fra regnbetingede udløb vil denne tilstand blive forskubbet og bevirke at vandløbene vil indgå i en anden og mere ustabil tilstand.

Der er forholdsvis få danske publikationer af observeret erosion fra den øgede afstrømning i vandløbene pga. regnbetingede udløb. I gennemgangen af overløbsbygværkerne i Nordjyllands Amt er der i ét tilfælde blevet rapporteret tydelig erosion af vandløbsbrinkerne nedstrøms et overløbsbygværk (Nordjyllands Amt, 1999).

I Danmark betragtes erosion som et af de problemer der skal reduceres såfremt vandløbene skal overholde målsætningerne.

Der foreligger flere udenlandske publikationer som har dokumenteret, at en øget urbanisering og derved en ændret hydraulisk belastning af vandløbene fra de regnbetingede udløb har bevirket, at vandløbene er væsentligt forandret i forhold til deres naturlige tilstand. Denne forandring kan være en forandring i sammensætningen af bundsediment, hvor det fine sediment er blevet eroderet væk, eller en morfologisk ændring af vandløbene i form af en ændring i tværsnittene eller vanddybden. Fælles for disse ændringer er, at de er skabt over flere år og at en ligevægt først vil indtræffe efter flere år.

Arnold (1982) fandt at den øgede urbanisering bevirkede, at vandløb oftere blev fyldt op til brinkkanten. Erosion af vandløbsbrinkerne øgede partikelstørrelsen af bundmaterialet og størrelsen af bundtransporten. Den øgede frekvens af moderate oversvømmelser og sedimenttransport i deres undersøgelsesområde bevirkede, at vandløbene gik fra at være mæander-vandløb til brede kanaler. De konkluderede at den kontinuerlige urbanisering ville bevirke ustabile kanaler med en generel forringelse af leveforholdene for faunaen.

Wolman (1967) fandt, at der i vandløb i Maryland, USA, som var påvirket af den øgede urbanisering, foregik en øget deposition, erosion og generel forandring af vandløbene.

Robinsson (1976) studerede 8 vandløb, som drænede en sø. Han observerede at sammensætningen af bundmaterialet ændres ved en reduktion af silt og sand fraktionen og en stigning i fraktionen af mere groft materiale. En ny ligevægt blev anslået til at indtræffe efter omkring 14 år.

Brookes (1988) dokumenterede mange steder i både USA og England, hvor der er sket en morfologisk ændring i vandløbene pga. erosionen fra den øgede urbanisering i oplandene.

I en undersøgelse af 78 vandløb, bestående af både urban på- og upåvirket og naturlige vandløb i Philadelphia området, USA, konkluderede Hammer (1972) at påvirkede vandløbs tværsnit blev forøget i takt med urbaniseringen.

Denne ændring af tværsnittene sker enten gradvis eller som et resultat af en afstrømningshændelse (Booth, 1990; Urbaonas et al., 1995). Denne observation støttes i flere artikler, f.eks. Burkham (1981).

2.2 Æstetiske effekter

Æstetiske effekter i recipienterne viser sig ved en forurening med synlige efterladenskaber fra kloaknettet. Denne forurening optræder både i ferske og marine recipienter, og er mest synlig ved regnbetingede udløb fra fælleskloakerede områder.

Der foreligger få dokumenterede rapporter af denne effekt i recipienterne, men flere amter i Danmark har i forbindelse med deres tilsyn af overløbsbygværker afrapporteret tilfælde, hvor der var synlige problemer med ristegods i recipienterne. Typiske eksempler på denne effekt er toiletpapir der hænger på brinkerne og slam på vandløbsbunden eller på grøden.

I årrækken 1988 - 1996 er der for 20 ud af 27 kommuner i Nordjyllands Amt foretaget tilsyn ved overløbsbygværkerne. Ud af ca. 300 udledningspunkter er der observeret æstetiske problemer ved de 53 (dvs. i 18 % af tilfældene) (Nordjyllands Amt, 1999).

I Århus Amt er der i 1997 blevet udført tilsvarende undersøgelser, hvor ca. 27% af de undersøgte udledningspunkter havde problemer med æstetisk forurening i recipienten (Århus Amt, 1997).

Gaterell (1997) undersøgte 47 overløbsbygværker fra fælleskloakerede områder i England. Der var synlige problemer med udledninger af æstetisk forurening i 7 (svarende til 15 %) af tilfældene.

House et al. (1993) har opsummeret flere undersøgelser, hvor den æstetiske forurening blev vurderet i forhold til befolkningens holdning til denne forurening og dens indvirkning på befolkningens opfattelse af vandkvalitet. De fandt at ristegods i recipienten var generelt meget stødende på folks opfattelse af kvaliteten af recipienten.

2.3 Hygiejniske effekter

Mikrobielle forureningseffekter på dyr og mennesker er primært forbundet med udledninger fra fælleskloakerede områder og i mindre omfang fra separatkloakerede områder. Effekten på menneskers helbred er relateret til badning og rekreativ anvendelse af recipienten, mens effekten på dyr inkluderer forureningen af bl.a. muslinger, fugle og kvæg.

I en epidemiologisk undersøgelse af svømmerelaterede sygdomme fra 10 strande i Canada, som var påvirket af regnbetingede udløb og udløb fra renseanlæg, var der en øget risiko for sygdom hos personer der havde svømmet i havområderne i forhold til personer der ikke havde svømmet i områderne. De mest almindelige gener fra en bakteriologisk påvirkning er:

åndedræts besvær, maveproblemer, øre-, øjen- og hudirritation (Seyfried et al., 1985). Denne observation bakkes op af en undersøgelse af surfere, som surfede i vande, som var påvirket med spildevand, hvor den relative fare for ovenstående gener steg med antallet af gange de faldt i vandet (Dewailly et al., 1986).

Canadiske studier af badestrande viste, at mange badestande var lukket i længere perioder under og umiddelbart efter regnskyl, pga. den mikrobielle forurening fra regnbetingede udløb (Dutka et al., 1993). Fra. 1986 -1994 var 44% af strandene ved Great Lakes, Ontario lukket i mere end et tilfælde pga. forureningen med fækale bakterier (Edsall et al., 1996). Regnbetingede udløb i form af udledninger fra fælles- og separatkloakerede områder, er en signifikant kilde til forurening med fækale bakterier og patogene organismer. Udover mennesker påvirkes også dyr, især fugle af denne forurening, specielt kombineret med udledningen af større komponenter fra kloakkerne. Samtidigt vil der ske en opblomstring af bakterier i områder med stillestående og næringsrigt vand (Marsalek et al., 1992) (Oliveieri et al., 1989).

Følgende koncentrationsintervaller af mikrobiel forurening er målt i regnbetingede udløb fra separatkloakerede områder, Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Mikrobielforurening i afstrømninger fra separatkloakerede områder (udpluk fra Makepeace et al., (1995))

Målinger af de bakteriologiske effekter i floderne omkring Detroit USA fra udløb fra fælleskloakerede områder, kan sammenfattes til følgende konklusioner:

1. Effekten fra udløbene kan spores flere dage efter overløbene i form af forhøjede koncentrationer af E. coli.
2. Længden af effekten er proportional med intensiteten af regnskyllet. Hvis det er et moderat regnskyl, vil vandkvaliteten i recipienten være forværret op imod 3 dage mens der for et meget kraftig regnskyl kan ske en forværing af recipienterne i op mod 6 dage.
3. Bakteriekoncentrationen i udløbsvandet svinger fra ca. 100.000 E. coli /100 ml. til op mod 1.000.000 E. coli/100 ml. alt efter intensiteten af regnskyllet.
4. Effekterne fra udløbene er ubetydelig opstrøms udløbene (Burm, 1967).

Burm (1966) målte ydermere at antallet af E. coli i overløbsvandet fra regnbetingede udløb fra separatkloakerede områder var det samme som i almindelig spildevand. Samtidigt konkluderede Burm (1966) at der ikke kunne måles nogen bakteriologisk First Flush effekt i selve udledningerne.

I Badevandsrapporten fra 1997 udgivet af Miljøstyrelsen, er der angivet 4 badeforbud pga. udledninger fra overløbsbygværker, mens der er givet 8 badeforbud pga. spildevandsbelastede vandløb (Miljøstyrelsen 1, 1997). Problemet er således ikke stort i Danmark med de nuværende krav til badevandskvalitet. Endvidere skal det bemærkes at der kun udføres badevandskontrol på de strande (og i enkelte søer), som i henhold til recipientkvalitetsplanen, er defineret som badestrande.

Såfremt kravene i Danmark skulle blive skærpet, f.eks. svarende til kravene i USA og Canada, må det antages at antallet af lokaliteter med overskridelser vil vokse.

2.4 Næringssalte

Problemerne omkring næringssalte er meget velbeskrevne i Danmark, og litteraturstudiet har ikke bragt nye forhold frem.

2.5 Biologiske effekter

Forureningen fra regnbetingede udløb er skyld i mange og meget forskellige biologiske effekter, enten direkte eller i samspil med andre faktorer.

For at kunne vurdere effekterne på de biologiske forhold i et vandløb skal der inkluderes undersøgelser af belastningen af flere biologiske organismer (fisk mfl.) samtidigt med undersøgelserne af vand- og sedimentkvaliteten. Simple studier af vandkvaliteten alene er oftest utilstrækkelig til at forudsige konsekvenserne forbundet med regnbetingede udløb.

2.5.1 Fysiske årsager

Biologiske effekter bevirket af fysiske årsager, er effekter, som opstår som konsekvens af fysiske processer der sker i recipienten f.eks. erosion, deposition, resuspension, samt en øget drift af smådyr pga. den øgede vandføring.

Flere artikler fandt, at der sammen med den morfologiske ændring af vandløbet skete en forandring af artssammensætningen i recipienten. Denne forandring kunne i flere tilfælde være irreversibel, selv ved en forbedring i recipienten (Wolman, 1967).

Udover en fysisk forandring af vandløbet kan diversiteten i recipienten blive påvirket af den til tider kraftige og pludselige vandføringsstigning. Pitt (1983) konkluderede, at i flere tilfælde er det tabet af organismer pga. øget vandføring (og de tillægs problemer der opstår i denne sammenhæng) der er hovedproblemet i forbindelse med urbaniseringen.

Heaney (1978) har argumenteret for at observeret fiskedød i Missouri, USA skyldes resuspension og erosion af bundmateriale og at langtidseffekterne var større fra denne resuspension af tidligere aflejret materiale end selve forureningen i udledningen.

Suspenderet stof, skabt af erosionen, udgør samtidigt direkte og indirekte miljøskadelige effekter, bl.a. forbundet med reducering af sollyset, erodering af gydebanker, opfyldning af pools, reducering af sigtbarheden i recipienten hvilket påvirker rovfiskene, bortskylning af grøde og derved fjernelse af skygge og tilflugtssteder (Horner, 1994).

Heaney (1980) observerede iltsvind pga. resuspension af materiale, der tidligere var udsedimenteret på vandløbsbunden.

Borchardt et al. (1990) undersøgte under kontrollerede laboratorieforsøg kritiske parametre for dødeligheden for tangloppen Gammarus pulex.

De konkluderede, at ved en øget vandføring var der især fra finpartikulære bundsedimenter en øget dødelighed af Gammarus pulex. Denne effekt øges når erosionen kombineres med udledningen af overløbsvand.

2.5.2 Reduktion af iltkoncentrationen i recipienten

En reduktion i koncentrationen af opløst ilt er typisk bevirket af en udledning af iltforbrugende stoffer, karakteriseret ved BOD, COD og ammonium. Iltforbrugende stoffer udledes i relativt store mængder fra regnbetingede udløb fra fælleskloakerede oplande, mens udledningerne fra separatkloakerede oplande er af mindre betydning (Tabel 1.2 og Tabel 1.3).

Med baggrund i den tidligere omtalte opdeling af effekterne efter tidsskala er det normalt at opdele iltsvindet, i et akut iltsvind og et forsinket iltsvind. Det akutte iltsvind sker ved iltning af bioomsætteligt organisk stof samt en resuspension af tidligere aflejret organisk stof. Det forsinkede iltforbrug er, det iltforbrug der optræder efter at det organiske stof i vandfasen er transporteret videre. Årsagen antages at være, at ilten bruges til nedbrydningen af sediment, der er aflejret på vandløbsbunden. De 2 effekter kan altså opstå vidt forskellige steder i vandløbet, hvor det umiddelbare iltsvind sker umiddelbart tæt på udledningen, mens det forsinkede iltsvind kan opstå længere nedstrøms bl.a..(Hvitved-Jacobsen et al., 1991;Ketchum, 1978; Harremoës et al., 1990).

Der er dokumenteret flere eksempler på iltsvind målt nedstrøms udledningspunkter fra regnbetingede udløb, især fra fælleskloakerede områder.

Keefer et al (1979) undersøgte data fra 104 lokaliteter placeret nær urbane områder. De 104 stationer var udvalgt mellem 1000 målestationer over hele USA. Ud af de 104 blev data undersøgt for 83 tilfælde. De fandt:

• Omkring 50% af lokationerne, der blev undersøgt, havde 60 % større sandsynlighed for et større iltunderskud end normalt på tidspunkter med større vandføring end gennemsnitsvandføring og på dage med regn.
• At iltmætningen faldt til mindre end 75% for stationer, der havde denne 60 % sandsynlighed.
• At iltkoncentrationer mindre end 5 mgO₂/l var normalt.

Data fra 22 målestationer blev undersøgt for sammenhæng mellem vandføringen i recipienten og iltunderskuddet. De fandt:

• At for perioder med stabil vandføring varierede iltkoncentrationen med en daglig cyklus mellem 1 - 7 mgO₂/l, mens denne cyklus under regn forsvandt.
• Minimums iltkoncentrationen faldt efter regn med 1 - 1,5 mgO₂/l under koncentrationen for normale minimum koncentrationer, og blev der i perioder på 1 - 5 dage.
• Når de store vandføringer aftog, begyndte de daglige iltsvingninger igen.
• Op imod 50 % af de undersøgte stationer kunne ikke leve op til et gennemsnit på 5 mgO₂/l på timebasis og af disse stationer ville 25% ikke kunne leve op til et gennemsnit på 2,0 mgO₂/l over 4 timer. Dette skete med et estimeret gennemsnit på 5 pr. år.

Deres samlede konklusion var at urbaniseringen og regnvejr var betydende faktorer for iltforholdene i recipienterne.

Hvitved-Jacobsen (1999) rapporterede at EPA i USA i 1979 undersøgte 55 målestationer hvor der blev observeret ilsvind i de 30, af følgende grader:

• Ringe påvirkning i 8 målestationer
• Mærkbar påvirkning i 11 målestationer
• Alvorlig påvirkning i 11 målestationer

Et tilfælde på den alvorlige påvirkning er vist på Figur 2.2 (Hvitved-Jacobsen, 1999). Recipienten er, som figuren antyder, belastet med udledning af spildevand.

Figur .2 Ændring af iltkoncentrationen i Scioto river, Ohio USA i perioden 1-30 Aug. 1972 (Hvitved-Jacobsen, 1999)

Heaney (1980) fandt under deres undersøgelse af et vandløb påvirket af urbaniseringen, at den laveste iltkoncentration i omkring 1/3 af de undersøgte lokationer opstod efter et kraftigt regnskyl.

Davis et al. (1991) viste med deres studier i England, at iltkoncentrationen blev påvirket under regnbetingede udløb, se Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Målinger af iltkoncentrationen op- og nedstrøms udledningen fra 7 regnbetingede udløb fra fælleskloakerede oplande (Davis et al., 1991)

Danske eksempler på iltsvind i forbindelse med regnbetingede udløb er vist på Figur 2.3. Figuren stammer fra Aalborg Kommunes måleprogram i Lindholm Å (Hvitved-Jacobsen, 1999).

Figur 2.3 Iltvariationen før og efter en regnperiode i henholdsvis ’96 og ’98 (Hvitved-Jacobsen, 1999)

Som det ses på ovenstående figur er der på trods af aflastningen intet kraftigt iltsvind i recipienten og iltsvindene må betegnes som moderate.

Ovenstående figurer er taget fra et vandløb i Nordjylland, hvor der i en 4 årrig periode er målt ilt i vandløbet. Datamaterialet fra Nordjylland viser ingen eksempler på væsentlige iltsvind i forbindelse med aflastninger fra regnbetingede udløb.

I Herning kommune har der siden 1995 været opstillet fem målestationer i Herningsholm Å-systemet. Målestationerne har kontinuerligt målt bl.a. ilt og temperatur. Der er i mange tilfælde fundet en entydig relation mellem regnpåvirkning og iltsvind i vandløbet. Der er målt iltkoncentrationer under og efter regn ned til lidt under 2 mgO₂/l i 1997. I juni 1998 var iltkoncentrationen i tørvejr på mindst 5 mgO₂/l mens den under de to regnhændelser faldt til mellem 2 og 3 mgO₂/l. Fotosyntese og respiration forårsager generelt større døgnsvingninger end ændringen i døgnminimum forårsaget af regnvejr. Dermed ser fotosyntese/respirationsproblemet ud til at give det største bidrag til kritiske fald i iltkoncentrationen (Nygaard, 2000; PH-Consult, 2000b).

Der er opstillet et tilsvarende måleprogram for Usserød Å i Nordsjælland. Målinger i Usserød Å viser, at iltforholdene i åen i perioden 1996-1997 generelt var dårlige i sommerhalvåret. Der blev 3 gange registreret iltkoncentrationer på eller under 1,5 mg O₂/l på den nedstrøms strækning, på trods af opblanding med vand fra separate regnudledninger. På Figur 2.4 er vist iltmålinger fra en af disse hændelser for de to nedstrøms stationer. Efter forøgelsen af basisvandføringen med 50% er der i 1998-1999 ikke målt iltkoncentrationer under 3 mgO₂/l, se Figur 2.5 (PH-Consult, 2000a). Opblandingsforholdet for median-maks i sommerhalvåret er ved forøgelsen af vandføringen ændret fra ca. 14 til ca. 10.

Figur 2.4 Iltvariation før og efter en regnperiode i juli 1997 i Usserød Å

Figur 2.5 Iltstatistik for Usserød Å for perioden 1996-1999. I 1998-1999 er sommervandføringen i tørvejr øget med ca. 50% ved en regulering af afstrømningen fra Sjælsø

Målinger i USA af både fælles- og separatkloakerede områder fra 9 byer i Indiana indikerede at iltkoncentrationen under normal vandføringer viste sig at være det samme eller over iltkoncentrationen under regnvejr. De fandt ingen signifikant forskel i iltkoncentrationen i vandløbet under 2 belastninger fra regnbetingede udløb (Ketchum, 1978).

Traditionelt er det forsinkede iltsvind i vandløbet forklaret ved iltningen af udledt organiske stof. En anden hypotese kan være, at iltsvindet skyldes iltforbrug af resuspenderet (eroderet) materiale og ikke iltningen af det udledte organiske stof.

Tages der udgangspunkt i ovenstående Figur 2.3 ses det, at det regnbetingede udløb i juni for det første medførte en fjernelse af døgnvariationen i iltkoncentrationen (fotosyntese og respiration), og for det andet giver anledning til et vist forsinket iltforbrug. Døgnvariationen på dette tidspunkt af året skyldes formentligt især fotosyntesen og respirationen fra små encellede diatoméer og bakterier, som sidder direkte på bundsedimenterne. Den forøgede vandføring fra det regnbetingede udløb og den tilhørende sedimenttransport vil erodere (eller begrave) disse diatoméer hvorved døgnsvingningen forsvinder. Samtidigt er bundsedimentet blevet eroderet og rodet rundt så "diffusionsafstanden", eller afstanden fra vandvolumenet til de iltfrie områder nede i vandløbsbunden, er blevet mindre, hvilket derved giver anledning til det mindre forsinkede iltsvind.

I august er grøden vokset op, hvilket som bekendt betyder at bundforskydningsspændingen fra det strømmende vand ikke overføres direkte til vandløbsbunden, men overføres via grøden. Derfor sker der nu ikke en erosion af bundsedimentet trods den øgede vandføring. Det ses af figuren, at døgnsvingningen, som nu skyldes grøden, derfor ikke fjernes, og at der stort set heller ikke kan ses noget forsinket iltsvind.

Hvis det forsinkede iltsvind havde skyldtes adsorption af organisk materiale til bund og grøde, skulle den omvendte reaktion havde været forventelig, da grøden medfører mindre strømhastigheder og dermed en større sedimentation af de organiske partikler og heraf følgende større forsinket iltsvind.

Tyske erfaringer (Michelbach, 1999) viser , at de umiddelbare iltsvind er uvæsentlige for recipienten, bl.a. pga. iltmætningen i udledningen er høj og eksponeringstiden er kort. Dette understøttes af målinger som undersøgte langtidseffekterne fra forskellige iltkoncentrationer på fisks overlevelse og opvækst (House et al, 1993). Figur 2.6 viser, at regnbueørreder selv i længere tid kan overleve forhold med lave iltkoncentrationer (regnbueørreden er en mere robust fisk end den danske bækørred). Til sammenligning er på Figur 2.7 vist den anbefalede kravkurve for iltforhold i danske vandløb. Den danske kravkurve er baseret på de kurver for fiskedød, som var tilgængelige på daværende tidspunkt og er mere krævende end House et al (1993) rapporterer er nødvendigt.

Figur 2.6 Ilt-koncentrationens indvirkning på overlevelse og vækst af regnbueørreder (laboratorieforsøg) (House et al., 1993)

Figur 2.7 Forslag til kravkurver for forskellige målsætninger i Danmark (SVK, 1985)

Alt i alt kan de danske observationer sammenfattes til, at iltsvind normalt er moderate ved regnbetingede udledninger i Danmark. Der er i vandløb som i forvejen har dårlige fysiske og kemiske forhold, rapporteret om iltsvind, der kan karakteriseres som alvorlige. Der er ikke dokumenteret fiskedød alene som følge af iltsvind fra regnbetingede udledninger i Danmark.

Årsagen til forekomsten af de mindre og sporadiske iltsvind er usikker. Den kan såvel skyldes omsætning af udledt organisk materiale eller omsætning af resuspenderet organisk bundsediment opstået ved en kontinuert belastning af vandløbet fra f.eks. renseanlæg, dambrug spredt bebyggelse mv.

Den biologiske effekt af de mindre forsinkede iltsvind er ikke registreret, men må primært forventes at kunne slå igennem på de mest påvirkelige arter i smådyrsfaunaen og en indvirkning på faunaindeks kan sandsynligvis forekomme. I praksis vil det formentligt være svært at holde denne effekt adskilt fra den hydrauliske effekt (drift af småfyrsfaunaen).

Derimod skønnes det kun i begrænset omfang, at fisk (herunder ørred) vil være måleligt påvirket af disse mindre iltsvind, dog kan der være subletale effekter i henhold til Figur 2.6.

2.5.3 Effekter fra ammonium og svovlbrinte

Der er ikke fundet referencer til effekter observeret fra udledning af ammoniak/ammonium og svovlbrinte i regnbetingede udløb. Ammonium bevirker udover et øget iltforbrug en potentiel fare for forgiftning af fisk, hvis pH og temperaturen er høj. Svovlbrinte er ligeledes en kraftig fiskegift.

Laboratorieforsøg udført på regnbueørreder og tangloppen Gammarus pulex viste at de to organismer kan overleve kortvarige udledninger med koncentrationer langt over den fundne LC50 for både ammonium og svovlbrinte. Dog var både fisk og tanglopper derefter mere følsomme over for nye udledninger (Williams et al.,1984).

2.5.4 Indvirkning på fisk og smådyrfauna

Biologiske moniterings teknikker har i mange år været anvendt til at vurdere effekten fra regnbetingede udløb.

Fisk dræbt af belastningen fra regnbetingede udløb må for mange være den mest oplagte indikator for vandkvaliteten. Men pga. tilstandene i mange af de modtagende vande, er de mest krævende fiskearter følsomme allerede dræbt eller udvandret fra områder, som påvirkes af de regnbetingede udløb. De tilbageværende fiskearter vil derfor være betydelig mere "sejlivede" og resistente overfor belastningen.

Scott et al. (1986) konkluderede på denne baggrund at fisk ikke er en god indikator for effekten fra regnbetingede udløb, pga. mobiliteten mm.

Der foreligger dog flere eksempler, hvor regnbetingede udløb tilsyneladende har bevirket fiskedød i recipienten. Uden nærmere dokumentation formodes dette oftest at skyldes en udledning af toksiske stoffer.

Heaney (1980) analyserede data fra indrapporterede fiskedrab i USA i årene 1970 - 1979 og fandt, at mindre end 3 % af de over 10.000 indrapporterede fiskedrab skyldtes regnbetingede udløb, eller mindre end 30 tilfælde pr. år i den undersøgte periode i USA.

Dog kunne en betydelig del af de indrapporterede fisk være dræbt af en kombination af årsager eller forholdene kunne være blevet forværret af udledningerne fra regnbetingede udløb.

Medeiros et al.(1984) undersøgte i en kombination mellem laboratorietests og feltundersøgelser afstrømningen fra et separatkloakeret oplands effekt på "Fathead Minnows" (speciel elritse) og fandt at vækst var reduceret med 50 % for fisk i recipienten i forhold til reference fiskene. Det blev konkluderet, at dette skyldtes en kombination af giftstoffer.

Protele (1982) fandt i sine studier af udledninger fra motorveje, at alger og zooplankton blev påvirket af de opløste fraktioner i overløbsvandet, og at det suspenderede stof bevirkede en øget dødelighed blandt regnbueørreder.

Heaney (1980) fandt at mange af de undersøgte ørreder i Kelsey Creek, Washington, havde respiratoriske skader udmøntet i skader på gællerne betinget af gentagende påvirkninger fra regnbetingede udløb.

Udover fisk kan regnbetingede udløb have effekt på diversiteten af smådyrsfaunaen i vandløbet. Som oftest er det ikke identificerbare grunde der er skyld i forringelsen, men flere undersøgelser har vist at en kontinuerlig belastning med regnbetingede udløb kan påvirke de følsomme smådyr som bl.a. døgnfluer mfl.. Heaney (1980 ) fandt at slørvinger og døgnfluer blev fundet i et langt mindre antal i før nævnte Kelsey Creek end i reference vandløbet Bear Creek (Bear Creek er geografisk placeret tæt på Kelsey Creek og er ikke påvirket med udledninger fra regnbetingede udløb).

Udover dette var en speciel musling forsvundet pga. den radikale ændring i sedimentsammensætning som følge af belastningen fra de regnbetingede udløb. Samtidigt var der en mindre artsdiversitet i Kelsey Creek end i reference vandløbet Bear Creek.

Shutes (1984) evaluerede effekterne fra urbaniseringen af River Brent i England og fandt en forringelse af smådyrsfaunaen i takt med urbaniseringen.

Saeger et al. (1990) registrerede i deres undersøgelser af et mindre engelsk vandløb et fald i BMWP scoren som udtrykker vandløbets generelle økologiske kvalitet, samt et fald i Simpson’s diversitetsindekset og et fald i artsantallet nedstrøms et udløb fra et fælleskloakeret område.

Tabel 2.4 Undersøgelsen af BMWP scoren, Simpson’s diversitetsindeks op- og nedstrøms et udledningspunkt for overløbsvand (Saeger et al.,1990)

I forbindelse med gennemgangen af overløbsbygværkerne i Nordjylland 1988 - 1996, blev der på flere af lokaliteterne undersøgt, om overløbsbygværkerne forringede recipienten. Ud af de ca. 300 bygværker var der 18 bygværker som forringede recipienten, udtrykt ved en dårligere forureningsgrad nedstrøms bygværket i forhold til opstrøms bygværket (Nordjyllands Amt, 1999).

Samme undersøgelse er udført i Århus Amt i 1997, og resultatet blev at 9 ud af 71 bygværker forringede forureningstilstanden i vandløbet (Århus Amt, 1997).

2.5.5 Toksiske effekter af miljøfremmede stoffer

En akut forgiftning af recipienten kan forekomme ved stigende koncentrationer af ammonium, metaller samt organiske forbindelser.

Der har de sidste 30 år været meget fokus på metallerne og begrænsning af samme pga. deres toksiske effekt på mennesker og dyr. Denne fokus er i de sidste år blevet flyttet over til de organiske miljøfremmede stoffer såsom PAH, NPE, DEHP, LAS mfl., da stigende bekymring og nye undersøgelser af farligheden af disse stoffer har vist, at de er yderst farlige for mennesker.

PAH (Poly Aromatiske Hydrocarboner) er tjærestoffer der dannes ved ufuldstændig forbrænding af organisk materiale og er kræftfremkaldene.

NPE (Nonylphenol (+ethoxylater)) er non-ioniske tensider; dvs. overfladeaktive stoffer, som stammer fra affedtningsmidler, rengørings- og vaskemidler mfl. Stofferne mistænkes for at have en østrogenlignende effekt. Nedbrydningen af NPE resulterer i større østrogeneffekt fra nedbrydningsprodukterne.

DEHP er blødgørere som i store mængder anvendes til PVC, lak, lim og maling. DEHP er fundet kræftfremkaldende på dyr og mistænkes for at have en østrogenlignende effekt.

De organiske og uorganiske miljøfremmede stoffer er især forbundet med udledninger fra separatkloakerede udledninger, men kan forefindes i begge typer kloaksystemer i meget varierende koncentrationer (Marsalek et al., 1989 og Marsalek et al. 1999).

Der er lavet flere undersøgelser af koncentrationerne af toksiske stoffer fra især overfladeafstrømninger se f.eks. Miljøstyrelsen (1997), og der er fundet høje koncentrationer af de miljøfremmede stoffer i aflastningerne fra de regnbetingede udløb. I flere tilfælde overskrider koncentrationen i overløbsvandet kravværdierne til udledningerne op til 20 gange (Miljøstyrelsen,1997).

Flere undersøgelser har vist, at der sker påvirkning af recipienterne pga. de miljøfremmede stoffer. Boutrup et al. (1999) har gennem et år undersøgt forekomsten af miljøfremmede stoffer i udvalgte vandløb i Århus Amt, og fandt, at mange miljøfremmede stoffer kan forefindes i både vandløbs vandet og i sedimentet. De fandt samtidig en stigende koncentration under høje vandføringer, hvilket kan skyldes flere forhold: regnbetingede udløb, resuspension fra vandløbsbunden eller yderligere udledning fra renseanlæg.

Dybdahl et al. (1999) har dokumenteret, at fisk i vandløb i Århus Amt kan, skifte køn. Dette kønsskifte kan skyldes påvirkningen af de østrogen-lignende phtalater og p-piller, men ingen identifikation af kilder og koncentration kunne udledes af undersøgelserne.

En omfattende engelsk undersøgelse af østrogene stoffers virkning i ferskvandsmiljøet fandt, at i nærområderne til spildevandsudledninger begyndte han-regnbueørreder udsat i netbure at producere blommeprotein, hvilket betyder at de er blevet udsat for østrogene stoffer, da østrogen medvirker til at igangsætte dannelsen af æggeblommeprotein i leveren. Virkningen synes at stamme fra naturlige østrogener og det syntetiske stof der anvendes i p-piller. Effekten fra østrogenerne på regnbueørrederne synes at aftage kort nedstrøms udledningsstedet (Bjerregaard et al.,1999).

Chambers et al. (1997) konkluderer i deres opsamling af litteratur omkring østrogen-lignende stoffers påvirkning af fisk, at der er målt koncentrationer af østrogenlignende stoffer svarende til koncentrationen i blodet fra gravide kvinder. Samtidigt opsummerers der flere undersøgelser hvor der er en dokumenteret effekt på fisk og organismer i recipienten, f.eks. kønsskifte mm. De konkluderede, at der i Canada var brug for yderligere forskning indenfor området.

Michelbach (1999) omtalte ligeledes, at tyskerne er alarmeret over de stigende koncentrationer af østrogen-lignende stoffer i aflastningerne og i vandløbene, men at man indtil nu har, ligesom f.eks. i Danmark, ikke påbegyndt en systematisk identifikation og begrænsning af problemet.

Generelt kan det konkluderes, at erfaringerne med de organiske miljøfremmede stoffer er begrænsede. Der foreligger en vis viden om deres forekomst, men når det gælder omsætninger og effekter i naturen er der næsten ingen viden. Mange undersøgelser har påvist flere organiske miljøfremmede komponenter i vandet i recipienterne og sedimentet, men ingen undersøgelser kan konkludere hvilke stoffer eller ved hvilke koncentrationer der sker en effekt i recipienten. Ligeledes "tør" ingen konkludere, om de mængder der udledes fra regnbetingede udløb har nogen betydning for recipienten eller om det er en "dråbe i havet" sammenlignet andre udledninger.

Udover ovenstående generelle forurening med miljøfremmede stoffer kan de miljøfremmede stoffer i overløbsvandet være direkte giftige for fisk og smådyrsfaunaen. Marsalek et al. (1999 b) undersøgte motorvejs og separat afstrømningerne fra 6 lokaliteter i Canada og fandt, at der fra især motorvejs afstrømninger optrådte en forholdsvis stor sandsynlighed for en kraftig toksisk forurening fra afstrømningen, se Tabel 2.5. De forskellige grader af giftighed defineres udfra den toksicitetsmetode, der er anvendt.

Tabel 2.5 Frekvensen af toksiciteten fundet i 3 forskellige kilder af afstrømning (Marsalek et al., 1999 b.)

Marsalek et al. (1999 c) udvidede undersøgelsen til at omfatte 15 lokaliteter i det sydlige Ontario, Canada, hvor både aflastningerne fra separat og fælleskloakerede områder blev undersøgt med flere forskellige toksicitets tests, se Tabel 2.6. Undersøgelsen konkluderede at de nuværende metoder til at teste toksicitet var udmærkede, men man manglede at kunne inddrage dynamikken og variabiliteten i aflastningerne for at metoden kunne anvendes som et generelt værktøj. Som det ses af nedenstående tabel, fandt forfatterne en større giftighed i afstrømningen fra motorveje end fra fælleskloakerede oplande. Dette støttes af bl.a. Mudre (1986) som viste, at belastningerne fra en motorvej i USA påvirkede recipienterne mere med tungmetaller og organiske stoffer end andre kilder og at effekten var en nedsættelse af diversiteten i recipienten.

Tabel 2.6 Frekvensen af toksiciteten fundet i afstrømningen fra fælleskloakerede oplande og motorveje (Marsalek et al., 1999 c)

Forurenet materiale akkumuleret på vandløbsbunden er generelt et dårligt opholdssted for smådyrsfaunaen og fisk. De kemiske forhold forbundet med forurenet sediment kan føre til forskellige mønstre af forringelse og belastning.

De vigtigste mekanismer for akkumulering af sediment associeret med regnbetingede udløb er sedimentering af de relativt tunge partikler nær og nedstrøms udledningspunktet. Partiklerne stammer fra forskellige kilder i oplandet og derfor kan sedimentet indeholde høje koncentrationer og store mængder af forurenende stoffer. Dette er især gældende for de stoffer der absorberes på organiske fraktioner, såsom metallerne og flere af de nye organiske miljøfremmede stoffer. Størst adsorption forefindes på små organiske partikler (Depinto et al., 1980). Der er dog forskel på hvor hårdt metallerne er bundet i sedimentet og Wilber et al. (1980) fandt at ca. 21% af den samlede mængde af metallerne nemt kunne trækkes ud af sedimentet.

Problemet med akkumulering er, at der under store afstrømninger i recipienten vil ske en resuspendering af det udsedimenterede materiale samtidigt med at der er en transport fra udløbene oppe i vandfasen. Denne samlede transport er derfor svær at relatere til et enkelt udløb, da meget af det resuspenderede forurenede materiale meget vel kan oprinde fra tidligere udløb. Der er ingen tvivl om, at der sker en resuspension af miljøfremmede stoffer fra sedimentet. Mederios et al. (1983) konkluderede, at tørvejrsforureningen med tungmetaller skyldtes frigivelse fra sedimentet, men der eksisterer meget få undersøgelser af tilbageholdelsen og frigivelsen fra sedimentet i recipienten og påvirkningen af de forskellige organismer, så det er svært at konkludere om forureningen af sedimentet fra regnbetingede udløb har nogen effekt, også set i lyset af de andre kilders belastning (Payne et al, 1990 og Pitt et al., 1982). Danske undersøgelser af tungmetaller i bundsedimenter, som modtager vand fra regnbetingede udløb, viste at der sker en betydelig opkoncentrering af div. tungmetaller i bundsedimentet og denne opkoncentrering påvirkede det biologiske miljø (Miljøstyrelsen,1981).

Klorid fra vejsaltningen kan ligeledes være et problem, og der er henover vinteren i flere undersøgelser målt særdeles høje koncentrationer af klorid og natrium, som kan bevirke ændringer i recipienten. Koncentrationer af klorid i vejvand er målt i intervallet 4 mg/l om sommeren til 3000 mg/l om vinteren (Christensen, 2000).

2.6 Opsummering af effekter

• Fysiske

De fysiske effekter kan opdeles i erosion og oversvømmelse.

Erosion pga. den øgede urbanisering anses for at være et væsentligt problem og er dokumenteret i adskillige artikler. Effekter kan være en øget erodering og ændring af vandløbet, øget sedimenttransport, omfordeling af sedimenter og derfor morfologiske ustabile vandløb.

Der er få dokumenterede eksempler på oversvømmelser skabt af regnbetingede udløb, og sådanne oversvømmelser disse anses generelt ikke for et problem i Danmark. Dette hænger sammen med at en stor del af vandløbene er regulerede netop med henblik på at undgå oversvømmelser.

• Æstetiske

Der er dokumenteret æstetiske problemer i recipienterne i forbindelse med regnbetingede udløb i 20 % af tilfældene. Det må derfor anses for et ret udbredt problem. Danske undersøgelser har vist at nogle bygværker udleder ristestof til recipienten. Effekten af denne udledning er en forringelse af vandløbet pga. toiletpapir mm. i recipienten.

• Hygiejniske

Flere undersøgelser viser, at en bakteriologisk udledning kan bevirke at mennesker bliver syge. Der er dog kun meget få steder i Danmark, at udledningen af bakterier fra regnbetingede udløb påvirker badevandskvaliteten.

• Næringssalte

Problemerne omkring næringssalte er meget velbeskrevne i Danmark, og litteraturstudiet har ikke bragt nye forhold frem.

• Biologiske

Litteraturen angiver, at der opstår adskillige biologiske effekter i recipienten under et regnbetinget udløb. Der findes mange beskrivelse af disse effekter, men de angivne årsagssammenhænge er ofte mindre entydige.

Der er enighed om, at den hydrauliske effekt på smådyrsfaunaen er en af de vigtigste effekter af regnbetingede udløb til vandløb. Der kan være tale om den direkte strømningsmæssige påvirkning, som sætter bunddyrene i drift eller den indirekte virkning ved at den forøgede strømhastighed sætter de bundsedimenter, som er bunddyrenes holdepunkter, i bevægelse. Den hydrauliske påvirkning giver ofte anledning til forringelse af faunaindeks.

Flere udenlandske undersøgelser har dokumenteret at iltniveauet i recipienterne bliver påvirket af de regnbetingede udløb. Men der er generelt meget tvivl både om årsagssammenhængen og om den resulterende effekt på iltniveauet fra regnbetingede udløb.

I Danmark er der normalt mindre iltsvind i forbindelse med regnbetingede udløb. Der er i nogle tilfælde rapporteret om iltkoncentrationer i vandløbet svarende til moderate og alvorlige belastninger på fisk. Iltkoncentrationer svarende til alvorlige belastninger er kun rapporteret i forbindelse med vandløb, som i forvejen har dårlige iltforhold. Muligheden for at smådyrsfaunaen (og dermed faunaindeks), pga. de forringede iltforhold, bliver påvirket i en vis grad synes at være til stede, hvorimod sandsynligheden for fiskedød som følge af et lavt iltindhold synes at være ringe.

Der er dokumenteret flere eksempler hvor både smådyrsfauna og fisk er døde pga. regnbetingede udløb. Fælles for disse er, at det enten er en direkte forgiftning eller en kombination af flere effekter samt den aktuelle tilstand af recipienten der har været udslagsgivende.

Miljøfremmede stoffer udledt fra regnbetingede udløb, indvirkning på fisk og smådyrsfaunaen i recipienten er meget uklar.