Prosjektnummer
901322
Bunnpåvirkning fra marine matfiskanlegg: Modellberegninger av geografisk omfang og biologiske konsekvenser/ Benchmarking of deposition models
Testing av modeller som kan bidra til redusert miljøpåvirkning grunnet utslipp av organisk materiale
• Samtlige av de tre anvendte spredningsmodellene presenterer karakteristikker som gjenspeiler bunn- og strømforhold ved lokalitetene, og prosjektresultatene indikerer dermed at hver av modellene estimerer spredningsmønstre som er representative for de tre lokalitetene.
• Det observeres variabilitet i overenstemmelsen mellom økologisk tilstand estimert av modellene og økologisk tilstand i sedimentprøvene, noe som potensielt er en konsekvens av usikkerheter tilknyttet sedimentprøvene. Modellene tar utgangspunkt i uberørte bunnforhold, mens det i realiteten har vært flerårig drift på lokaliteten, som potensielt kan ha hatt påvirkning på miljøforholdene. I tillegg er det stedvis moderat eller stor usikkerhet i sedimentanalysene, hvor resultatene ved enkeltstasjoner overlapper flere enn kun én økologisk tilstandsklasse. Sammenligningene mellom sediment og modeller må derfor tolkes med forsiktighet.
• Prosjektet demonstrer at numerisk modellering av avfallsspredning fra matfiskanlegg er et nyttig støtteverktøy til å forstå spredningsomfang og avdekke potensielle områder særlig utsatt for påvirkning, noe som gjør modellene egnet til anvendelse i forbindelse med blant annet forundersøkelser, biomassejusteringer og design av miljøundersøkelser.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport (English version further below)
Dette prosjektet er gjennomført med intensjon om å vurdere numerisk spredningsmodellering som verktøy for å oppnå økt forståelse for spredning av organisk avfall fra matfisklokaliteter. I prosjektet modelleres avfallsspredning fra tre matfisklokaliteter med tre ulike modeller: NewDepomod, FVCOM/FABM, SINMOD/DREAM. Modellene er kjørt med lokalitetsspesifikke innstillinger, og på bakgrunn av lokalitetenes produksjon, bunn- og strømforhold estimeres den geografiske utstrekningen av organisk materiale sedimentert på havbunnen. Karakteristikker ved estimerte spredningsmønstre er sammenlignet kvalitativt mellom modellene, og modellestimatene sammenlignes med sedimentprøver fra prosjektlokalitetene.
Resultatene fra de tre modellene estimerer spredningsmønstre som gjenspeiler lokalitetenes batymetri (dybdeforhold) og strømforhold. Det observeres ulikheter mellom modellene som i store trekk kan forklares av forskjellene i de respektive strømfeltene anvendt av modellene. Selv om modellene i flere tilfeller estimerer ulik geografisk utstrekning av akkumulert avfall, observeres flere fellestrekk. Modellresultatene har fellestrekk både når det gjelder spredningsretninger og områder særlig utsatt for akkumulering. Ved sammenligning med sedimentprøver kommer det frem at områder med store romlige forskjeller i karbonkonsentrasjoner, som oftest i overgangssonen, er mer utfordrende å gjenskape enn konsentrasjoner nært og i større avstand fra anleggene. Videre observeres varierende overenstemmelse mellom miljøindeksene til modellestimatene og sedimentprøvene. Forskjellene kan være en konsekvens av usikkerhet tilknyttet sedimentprøvene, men kan også komme av at flerårig drift ved lokalitetene potensielt har ført til større påvirkning i sedimentprøvene enn hva som kommer frem av den ettårige simuleringsperioden. På grunn av slike usikkerheter i sammenligningsgrunnlaget, vektlegges kvalitative sammenligninger fremfor kvantitative vurderinger av modellenes presisjon.
Prosjektet viser hvordan spredningsmodeller kan gi økt forståelse for avfallsspredning fra matfiskanlegg ved å antyde generelle tendenser i geografisk spredningsutstrekning av organisk avfall, samt å identifisere områder særlig utsatt for påvirkning. På tross av ulikheter mellom modellresultatene, estimerer alle modellene spredningsmønstre som har en klar sammenheng med de respektive bunn- og strømforholdene på prosjektlokalitetene. Med dette demonstreres det at numerisk modellering er et nyttig verktøy som blant annet kan anvendes som støtteverktøy til å planlegge miljøovervåkningsprogrammer, indikere områder med behov for særlig overvåkning, og ellers bidra til en helhetlig forståelse av omfanget til matfiskanleggenes miljøpåvirkning.
Key project achievements
Summary of results from the project’s final reporting
Knowledge on dispersal of organic waste from finfish production is recognized as an important factor in order to ensure sustainable exploitation of marine resources in the future. This project aims to investigate numerical models as a tool for an improved understanding of waste dispersal from Norwegian fish farms. Three individual models are used to estimate dispersal of organic wastes from three farm sites along the Norwegian coast: NewDepomod, FVCOM/FABM and SINDMOD/DREAM. Based on farm specific production, bathymetry and currents at each of the farm sites, the geographical distribution of accumulation and sedimentation of organic waste is modelled. Characteristics from the estimated patterns of dispersal is compared qualitatively between the three models and compared to sediment samples from the project sites.
The results from all models estimate dispersal patterns which reflect the bathymetry and flow fields at the farm sites. The observed differences in geographic extent and patterns of waste concentrations can be explained by the different water transport regimes used in each model. Although the models partly present contrasting dispersal patterns, the estimated dispersal also have several common features. The models all estimate similar directions of dispersal as well as similar regions prone to accumulation. In comparison with sediment samples, the models demonstrate greater difficulties with estimating concentrations in regions with steep concentration gradients, mainly in the transitional zone surrounding the farm site. Areas close to and further away from the fish farms generally show matching values from sediment samples and model predictions. The variable coherence between sediment samples and model values is presumably because of uncertainties regarding the sediment samples. The sediments at the farm sites may have been influenced by multiple production cycles prior to the sampling. The sediment samples therefore present longer periods of accumulation than described by the models. Because of such uncertainties, the project emphasis is on a qualitative comparison rather than quantitative assessment of the precision of the models.
The project demonstrates that dispersal models provide an improved understanding of dispersal of organic waste from fish farms by indicating general tendencies in the geographic distribution of waste dispersal, as well as identifying areas vulnerable to accumulation. Despite dissimilarities between model results, all models estimate dispersal patterns reflecting the bathymetry and water transport in the farm areas. By this, the project illustrates that numerical modelling is a tool which can be used to improve the understanding of the fate of organic waste from fish production and in this way support the environmental monitoring of marine aquaculture sites along the Norwegian coast.
Det er gjennomført en sammenligning av tre numeriske modeller for spredning av organisk materiale som slippes ut fra matfiskanlegg. Modellene er noe ulikt bygget opp, og gir derfor også noe ulike resultater, men hvis man ser på området som modelleres til å være mest påvirket er det stort samsvar. Ulikhetene er tydeligst der det er mindre påvirkning, og særlig i avstand fra anlegget. Alle modellene kan derfor benyttes som verktøy til å forstå spredningsomfang og avdekke potensielle områder særlig utsatt for påvirkning, og ikke minst påvise hvor det er viktigst å ta bunnprøver for mer grundige analyser. Ved bruk på samme lokalitet over tid synes det også mulig å velge den modellen som gir best tilpasning, og å tilpasse modellene til den enkelte lokalitet, og dermed øke treffsikkerheten. Dette gjør modellene til svært nyttige verktøy for næringen for å forutsi og redusere negative miljøeffekter grunnet utslipp av organisk materiale.
-
Sluttrapport: Bunnpåvirkning fra marine matfiskanlegg: Modellberegninger av geografisk omfang og biologiske konsekvenser/ Benchmarking of deposition models
Aqua Kompetanse AS. Rapport 339-12-19. 12. desember 2019. Av Maria Christina Sandberg og Linda Hagen m.fl.
Det legges stor vekt på kunnskap, forståelse og kontroll av miljøpåvirkning fra oppdrettsvirksomhet både hos myndigheter, oppdrettere og i samfunnet generelt. Oppdrettsselskapene er pålagt miljøundersøkelser for å dokumentere miljøpåvirkning, men det har lenge vært et ønske om å få en mer detaljert oversikt over påvirkningens lokale geografiske utbredelse og omfang.
Ved hjelp av modelleringsverktøy laget for å estimere miljøpåvirkning, kan oppdrettere og kontrollorgan få et bedre bilde av fotavtrykket til et oppdrettsanlegg og dermed lettere kunne avgjøre passende biomasse på lokalitetsnivå og egnede prøvepunkter.
Det finnes flere modeller som er laget for dette formålet og man vil med dette prosjektet forsøke å teste treffsikkerheten til tre forskjellige modeller ved å sammenligne de med prøver av bunnfaunaen på tre lokaliteter.
Ved hjelp av modelleringsverktøy laget for å estimere miljøpåvirkning, kan oppdrettere og kontrollorgan få et bedre bilde av fotavtrykket til et oppdrettsanlegg og dermed lettere kunne avgjøre passende biomasse på lokalitetsnivå og egnede prøvepunkter.
Det finnes flere modeller som er laget for dette formålet og man vil med dette prosjektet forsøke å teste treffsikkerheten til tre forskjellige modeller ved å sammenligne de med prøver av bunnfaunaen på tre lokaliteter.
Ettersom sammensetning og mengde bunnfauna er utslagsgivende for om en lokalitet blir ASC (Aquaculture Stewardship Council – Salmon Standard)-godkjent eller ikke, vil det bli lagt stor vekt på sammenligning med tilstand i bunnfauna, men det vil også bli foretatt elektrokjemiske og sensoriske vurderinger. Økt forståelse for modellenes eventuelle svakheter er også nødvendig for i sikre forsvarlig bruk i fremtiden.
Å undersøke treffsikkerheten til tre modeller når det gjelder det geografiske omfanget av bunnpåvirkning fra oppdrettsvirksomhet, og påfølgende påvirkning på bunnfaunaen.
Ettersom lokal topografi og vannstrøm er avgjørende for oppdrettsvirksomhetens påvirkning, og disse kan variere mye fra lokalitet til lokalitet, vil det være nødvendig å modellere hver enkelt lokalitets miljøpåvirkning. Dette vil blant annet bidra til mer hensiktsmessig plassering av undersøkelsesstasjoner.
Dagens stasjonsplassering i C-undersøkelser og ASC-undersøkelser er ikke i tilstrekkelig grad tilpasset de forskjellige fysiske forutsetningene hver enkelt oppdrettslokalitet innehar. Batymetrien og strømforholdene i hele vannsøylen er avgjørende for hvor partiklene fra et oppdrettsanlegg sedimenteres.
I dag blir stasjonsplasseringen delvis satt ut fra strømmålinger i ett dyp, samt i gitte avstander fra merdkanten. Bunnprøvene beskriver tilstanden i de undersøkte punktene, men vil ikke gi tilstrekkelig informasjon om den totale tilstanden. Ideelt sett bør enhver lokalitet ha en tilpasset modellplattform som gjør det mulig å estimere miljøpåvirkning ved dagens biomasse, men også å beregne den optimale produksjonen som ikke påvirker bunnforholdene ved lokaliteten mer enn hva som er akseptabelt (lokalitetens bæreevne).
Dagens stasjonsplassering i C-undersøkelser og ASC-undersøkelser er ikke i tilstrekkelig grad tilpasset de forskjellige fysiske forutsetningene hver enkelt oppdrettslokalitet innehar. Batymetrien og strømforholdene i hele vannsøylen er avgjørende for hvor partiklene fra et oppdrettsanlegg sedimenteres.
I dag blir stasjonsplasseringen delvis satt ut fra strømmålinger i ett dyp, samt i gitte avstander fra merdkanten. Bunnprøvene beskriver tilstanden i de undersøkte punktene, men vil ikke gi tilstrekkelig informasjon om den totale tilstanden. Ideelt sett bør enhver lokalitet ha en tilpasset modellplattform som gjør det mulig å estimere miljøpåvirkning ved dagens biomasse, men også å beregne den optimale produksjonen som ikke påvirker bunnforholdene ved lokaliteten mer enn hva som er akseptabelt (lokalitetens bæreevne).
Prosjektet vil bli utført på 3 oppdrettslokaliteter, der resultater fra tidligere C-undersøkelser (etter NS 9410) vil bli brukt til validering av modellene i første omgang. Ved bruk av artsliste fra C-undersøkelsene kan forskjellig indekser beregnes for hver enkelt stasjon, og videre sammenlignes med spredningsmønsteret beregnet av modellene. Hargrave publiserte i 2008 en artikkel som tar for seg et empirisk forhold mellom påvirkning av bunnfauna og sedimentering av organisk karbon. I artikkelen presenteres et forhold mellom organisk karbon og flere forskjellige indekser og parametere, disse estimatene vil bli brukt som et sammenligningsgrunnlag mellom modell og sedimentprøver. Det fôrbaserte lusemiddelet emamektinbenzoat vil også benyttes til å verifisere modelleringene, dersom det er tatt slike prøver ved lokaliteten tidligere. Siden emamektinbenzoat ikke finnes naturlig i sedimentet vil eventuelle funn kunne knyttes direkte opp mot oppdrettsvirksomhet.
Ettersom oppdrettslokaliteter kun er pålagt en månedsserie med strømdata i forundersøkelsen, og denne dataserien kan være lite representativ for oppdrettslokaliteten på forsøkstidspunktet, vil det bli satt ut én supplerende strømmåler per lokalitet. Strømmåleren vil bli plassert i et punkt som antas mest representativt for lokaliteten og den vil måle i månedene før sedimentprøver til ASC-sertifisering skal gjennomføres.
Det er behov for et datagrunnlag stort nok til å kunne bekrefte eller avkrefte at modellens estimat av påvirkningsgrad, utbredelse og eventuelt AZE (“sone for tillatt påvirkning” = allovable zone of effect) er tilstrekkelig. Etter sammenligning av tidligere miljøundersøkelser og modellkjøringsresultatene vil det bli behov for supplerende bunnprøver, i tillegg til sedimentprøvene i forbindelse med ASC-sertifiseringen, da særlig i overgangssonene og i områder der det eventuelt er store forskjeller modellene imellom. Tilleggsprøvene vil bli analysert med “barcode”-metoden, en metode som benytter DNA-analyse av bunnfaunaprøver for å finne artssammensetning og mengde. Resultatene fra barcode-metoden vil i etterkant omregnes til biologiske indekser og deretter sammenlignes med modellresultatene.
Innledningsvis vil det være hensiktsmessig at lokalitetene innehar og ligger i områder med visse egenskaper:
1. Relativt homogen strøm i horisontal utstrekning, ettersom modellen NewDepomod benytter strømmåling fra ett geografisk punkt.
2. Det må ha stått fisk på lokaliteten i noe tid før prøver til barcode-analyse tas ut, fortrinnsvis i over et år.
3. Tilstrekkelig opploddet havbunn under og i nærområdet til anlegget.
4. Vannstrømmålinger av god nok kvalitet. Velges lokaliteter med utilstrekkelige strømmålinger må det måles på nytt før første modellkjøring.
Ettersom oppdrettslokaliteter kun er pålagt en månedsserie med strømdata i forundersøkelsen, og denne dataserien kan være lite representativ for oppdrettslokaliteten på forsøkstidspunktet, vil det bli satt ut én supplerende strømmåler per lokalitet. Strømmåleren vil bli plassert i et punkt som antas mest representativt for lokaliteten og den vil måle i månedene før sedimentprøver til ASC-sertifisering skal gjennomføres.
Det er behov for et datagrunnlag stort nok til å kunne bekrefte eller avkrefte at modellens estimat av påvirkningsgrad, utbredelse og eventuelt AZE (“sone for tillatt påvirkning” = allovable zone of effect) er tilstrekkelig. Etter sammenligning av tidligere miljøundersøkelser og modellkjøringsresultatene vil det bli behov for supplerende bunnprøver, i tillegg til sedimentprøvene i forbindelse med ASC-sertifiseringen, da særlig i overgangssonene og i områder der det eventuelt er store forskjeller modellene imellom. Tilleggsprøvene vil bli analysert med “barcode”-metoden, en metode som benytter DNA-analyse av bunnfaunaprøver for å finne artssammensetning og mengde. Resultatene fra barcode-metoden vil i etterkant omregnes til biologiske indekser og deretter sammenlignes med modellresultatene.
Innledningsvis vil det være hensiktsmessig at lokalitetene innehar og ligger i områder med visse egenskaper:
1. Relativt homogen strøm i horisontal utstrekning, ettersom modellen NewDepomod benytter strømmåling fra ett geografisk punkt.
2. Det må ha stått fisk på lokaliteten i noe tid før prøver til barcode-analyse tas ut, fortrinnsvis i over et år.
3. Tilstrekkelig opploddet havbunn under og i nærområdet til anlegget.
4. Vannstrømmålinger av god nok kvalitet. Velges lokaliteter med utilstrekkelige strømmålinger må det måles på nytt før første modellkjøring.
Målet med formidlingen vil være å nå flest mulig oppdrettere, og det anses derfor som hensiktsmessig å prøve å få publisert resultater i et norsk fagtidsskrift for akvakultur, som f.eks. i kyst.no.
-
Sluttrapport: Bunnpåvirkning fra marine matfiskanlegg: Modellberegninger av geografisk omfang og biologiske konsekvenser/ Benchmarking of deposition models
Aqua Kompetanse AS. Rapport 339-12-19. 12. desember 2019. Av Maria Christina Sandberg og Linda Hagen m.fl.