Nutrient input to Lake Årungen - Assessment of data availability to run the MyLake model

Abstract

Eutrophication is threatening freshwater and coastal marine ecosystem all over the world. Excessive nutrient supply leads to algal blooms that may develop into a toxic cyanobacteria bloom, and so reduce the utility and aesthetic value of water. Phosphorus is assumed to be the limiting nutrient for algal growth in freshwater systems and thus much restoration has focused on reducing phosphorus supply in the water ecosystems (bodies). Lake Årungen is a shallow lake, situated 33 m above sea level in SE Norway. It has been eutrophic since the 1950s, due to high runoff of nutrients from surrounding agriculture area and sewage systems. In the middle of the 1980s, much of the phosphorus supply to Lake Årungen had been reduced. Since then, despite efforts of restoration, little improvement has been seen. Models could improve our understanding and insight of how Lake Årungen responds to managerial measures, and why the present lake management today has not succeeded in improving the water quality in the lake. The MyLake is a one-dimensional, process based model code for simulation of daily vertical profiles of lake temperature and phosphorus-phytoplankton dynamics. It is developed to make it well suited for Monte Carlo simulation, which makes the model applicable to comprehensive sensitivity and uncertainty analysis. The forcing data constitutes of meteorological data and inflow properties (e.g. inflow volume and nutrients). Even though the meteorological data is easy accessible at the meteorological station at Ås, the available inflow data to Lake Årungen are scarce. This thesis aims to assess the data availability in the Årungen catchment with respect to runoff of nutrients and flow of water, and to evaluate the applicability and uncertainty of existing data to run the MyLake model. With the MyLake model, lake managers may simulate how much nutrient reduction is needed to meet the goals set by decision makers, and also determine how, where and when the phosphorus reduction may have the highest impact on the lake system. This study gives an opinion on how the MyLake model may be adapted to make it well suited as a managerial tool in the restoration of Lake Årungen. Sammendrag Eutrofiering truer innsjøer og marine økosystemer over hele verden. Overdrevet tilførsel av næringsstogger fører til algeoppblomstringer, som kan utvikle seg til oppblomstinger av giftige blågrønnalger, og dermed redusere bruken og de estetiske kvalitetene ved vannet. Fosfor er ofte sett å være det begrensende næringsstoffet for algevekst i ferskvannssystemer, og mange innsjørestaurerende tiltak har derfor fokusert på å begrense fosfortilførselen til ferskvann. Årungen er en grunn innsjø, og ligger 33 meter over havet i sørøst Norge. Den har vært eutrof siden 1950-tallet, hovedsakelig på grunn av høy tilførsel av næringsstoffer fra omkringliggende jordbruksområdet og kloakk. Mye av fosfortilførslene ble redusert fram til midten av 1980-tallet, men har siden den gang, på tross av nye restaureringstiltak, vist liten bedring. Modeller kan hjelpe oss i å få økt forståelse og innsikt i hvordan Årungen blir påvirket av restaurerende tiltak, og hvorfor forvaltningen i dag ikke klarer å bedre vannkvaliteten i innsjøen. MyLake er en endimensjonal, prosessbasert modellkode for å simulere daglige vertikale profiler av innsjøtemperatur og fosfor- planteplankton dynamikken. Den er utviklet til å passe bra for Monte Carlo simuleringen, noe som gjør modellen godt tilpasset krevende sensitivitets- og usikkerhetsanalyser. Innføringsdataene består av meteorologiske data tilførselsdata (for eksempel tilførselsvolum og næringsstoffer). Selv om meteorologiske data er lett tilgjengelig fra den meteorologiske stasjonen på Ås, er tilgjengeligheten av tilførselsdata begrenset. Målet i denne oppgaven var å evaluere datatilgjengeligheten i Årungens nedbørfelt, med tanke på tilførsler av næringsstoffer og vannføring, og evaluere i hvor stor grad de eksisterende datakildene kan brukes i MyLake modellen. Med MyLake modellen kan forvaltere av innsjøen simulere hvor mye reduksjon av næringsstoffer som skal til for å møte de mål som er satt av beslutningstakerne, men også bestemme hvordan, hvor og når reduksjonen i fosfor har størst innvirkning på innsjøsystemet. Modellen gjør det også mulig å estimere effekten av klimaforandringer. Dette viser hva som kan gjøres for at MyLake modellen kan bli et godt verktøy i forvaltning og restaurering av Årungen.