Sediment

Details

Last Updated: Friday, 15 September 2023 17:20

Published: Friday, 31 May 2019 20:51

Process för sedimentunderökningar
Syfte, mål och avgränsning
Objektbeskrivning
Platsbesök
Konceptuell modell
Kompetensbehov
Provtagningsstrategi
Databehov
Kvalitetssäkring
Provtagningsplan
Att genomföra provtagning
Iterativt arbetssätt
Referenser

Sedimenten (lera, silt, grus, organiskt material, etc) som ackumuleras på botten av hav, sjöar och andra vattendrag är en kritisk komponent för alla akvatiska ekosystem. Sedimenten kan utgöra både föda och habitat för bottenlevande organismer, vilka i sig utgör föda för andra organismer i det akvatiska ekosystemet. Ett hälsosamt akvatiskt ekosystem bygger därför på att det finns en hälsosam och ren miljö i sedimenten. Sedimenten är dock även slutstationen, för många av de miljögifter som släpps ut. Förorenade sediment kan ha signifikant och långvarande påverkan på hela det akvatiska ekosystemet och kan spridas till nya områden genom erosion, orsakad av både naturliga och mänskliga aktiviteter.

De senaste decennierna har utsläppen av vissa ämnen till akvatiska miljöer minskat kraftigt i flera länder, framförallt tack vare strängare miljölagstiftning. Trots det finns föroreningarna i sediment kvar långt efter att utsläppskällorna (som oftast är landbaserade) har eliminerats. Vilket framförallt beror på att många av de föroreningar som finns i sediment är antingen, icke nedbrytbara (så kallade persistenta föroreningar), eller att de bryts ned väldigt långsamt. Föroreningarna kan då finnas kvar i årtionden, eller längre. Förorenade sediment finns i hela landet, och kan delas in i två huvudsakliga typer: Minerogena (mineralbaserade) och fibersediment (cellulosabaserade som ofta delas in i fiberrika sediment eller fiberbankar).

I det här dokumentet beskrivs rekommendationer för systematiska förberedelser och genomförande av undersökningar av förorenade sediment. Processer för riskbedömning av förorenade sediment beskrivs inte men återfinns bland annat här (Naturvårdsverket 2006) och på Åtgärdsportalen för fibersediment samt här (Lst Västernorrland 2017).

För en större förståelse hur resultaten från undersökningar kan användas, i arbetet att genomföra en åtgärd av ett förorenade område, vänligen se metodbeskrivningarna av åtgärdsmetoder för förorenade sediment på Åtgärdsportalen. Det finns även bra länkar om sedimentundersökningar i projektet RUFS. 

Generellt karaktäriseras bottnar som erosions-, transport- eller ackumulationsbottnar. Vid undersökningar är det viktigt att karaktärisera bottenförhållandena för val av provtagningspunkter samt som underlag för utvärdering av undersökningarna.

En erosionsbotten är ständigt utsatt för erosion och finns exempelvis i rinnande miljöer, längs stränder och i branta eller strömsatta partier med en nettoförlust av material. Det innebär att nytt sediment inte ackumuleras, däremot eroderas äldre sediment fram. Materialet på en erosionsbotten är generellt sand, grus eller sten, alternativt hårt packad lera. Provtagning är ofta svårt och materialet är ofta olämpligt för analys på laboratorium. Ofta eroderar även föroreningarna bort vid denna typ av botten. En ackumulationsbotten har stabila förhållande vilket medför att finmaterial sedimenterar kontinuerligt och inte sprids vidare. Sedimentets överdel består här vanligen av löst finmaterial med hög vattenhalt och hög halt organiskt material. Ackumulationsbottnar finns vanligen på djupare belägna bottnar med liten lutning. Skikt skapas i en kronologisk ordning med nyast lager högst upp. Halter kan variera mellan olika skikt. Förorenade sediment transporteras ofta till ackumulationsbottnar, varför de är viktiga ur undersökningssyfte. En transportbotten påträffas mellan erosionsbotten och ackumulationsbotten, och har skiftande förhållanden vilket medför att finsediment kan ackumuleras under kortare tid för att sedan resuspenderas och förflyttas. Materialet på en transportbotten kan vara skiftande från löst finmaterial till mer hårt packade. Provtagning av olika skikt längst med en transportbotten kan vara svårt eftersom materialet är i rörelse, men kan ändå vara viktigt ur ett massbalans och spridningsperspektiv. Exempel på där transportbotten påträffas är vattendrag med varierande flöde. 

Liksom vid undersökning av förorenad jord eller grundvatten så är planering och utförande av en undersökning av förorenade sediment nästan aldrig en linjär process. Processen är istället nästan alltid iterativ och det finns flera scenarier där projektgruppen, måste återgå till syftet och den konceptuella modellen, för att omvärdera metod och strategi, se Figur 1.

Några exempel på vanliga anledningar till att tänka om under pågående undersökning inkluderar följande:

• När databehov för projektet ska identifieras kan det bli tydligt att det tidigare syftet med undersökningen är för brett och ambitiöst i förhållande till tillgänglig tid och resurser, vilket kan medföra en omvärdering av undersökningens syfte.
• Om det ursprungligen antagits att sedimentet utgjordes av både erosions- och ackumulationsbottnar, men initiala undersökningar indikerar på att andelen ackumulationsbotten är långt större kan det påverka provtagningsstrategin.
• Om den preliminära undersökningen indikerar stora mängder vass/sjögräs, timmer eller annat avfall på botten kan det påverka möjliga provtagningsmetoder.
• Om ny information om ytterligare historiska källor tillkommer under projektets gång kan det påverka, både vilka ämnen som analyseras och även var prov samlas in.

Process sedimentundersökningar

Oavsett omfattning, bör en sedimentundersökning alltid utgå från en stegvis strategisk, arbetsprocess med acceptans från alla parter. Genom att arbeta metodiskt, ökar sannolikheten att undersökningen genererar den data som behövs för att uppnå syftet med undersökningen på ett kostnadseffektivt och praktiskt genomförbart sätt. Om arbetet istället utförs utan en genomtänkt strategi kan det medföra att insamlad data inte uppfyller kvalitetskrav och syftet inte kan nås och att undersökningen drar ut på tid och ge ökade kostnader. Beskrivningarna på denna sida bygger på den generella processbeskrivningen för undersökningar av förorenade områden, men med anpassningar i respektive steg för de saker som är viktiga vid just sedimentundersökningar.

Figur 1. Delmoment för att förbereda inför, samt utföra, en sedimentundersökning.

Processen bör ses som iterativ, där projektteamet ofta behöver gå tillbaka och omvärdera tidigare steg, t.ex. koppla in nya kompetenser, omvärdera den konceptuella modellen eller komplettera med extra provtagningar.

Syfte, mål och avgränsning

Som det beskrivs i kapitlet om provtagningsstrategier är projektets syfte och övergripande mål centrala i att formulera syftet med den aktuella undersökningen. Ju mer specificerad frågeställningen i syftet är, desto lättare är det att utföra en undersökning som svarar på frågan.

Även för förorenade sediment kan undersökningar utföras av flera olika anledningar, varav några vanligt förekommande presenteras i Tabell 1 nedan. Exemplen nedan kopplar även an till Undersökningsstrategi, se senare kapitel på denna sida. 

Tabell 1. Vanliga frågeställningar och exempel på syften för sedimentundersökningar.

Definiera avgränsningar i projektet

En generell diskussion av hur en undersökning kan avgränsas finns här.

Liksom för undersökningar av jord och andra förorenade medier följer inte föroreningshalterna i sediment några fastighetsgränser. För vattenområden kan det dock vara lite mer problematiskt att märka ut var fastighetsgränserna eller gränserna för ett undersökningsområde går. Det är i princip alltid nödvändigt att använda GPS. Fastighetsgränser dessutom ha varierat över tid och även föroreningens förekomst i djup varierar och därför behöver hela projektteamet vara överens med tillsynsmyndigheter och samtliga påverkade fastighetsägare över var gränserna för underökningen går.

I kombination med kända eller misstänkta källområden kan områden av intresse för undersökningar identifieras. Liksom i jord varierar ofta föroreningssituationen med djup, men för undersökningar av sediment har ofta själva provtagningsutrustningen en stor påverkan på vilket vattendjup och hur djupt ned i sedimenten prover kan tas. I praktiken kan dock avgränsning horisontellt och vertikalt sällan uppnås med bara en undersökning.

Det är därför än mer viktigt att undersökningens avgränsning vertikalt stäms av med alla involverade parter, särskilt om sedimenteringsprocessen är komplex och det finns flera olika källområden.

Avgränsningar i tid bör också beaktas för undersökning av förorenade sediment. Det bör finnas en tydlig avgränsning för hur länge, och med vilken frekvens, föroreningsnivåer i sediment ska övervakas inom ett kontrollprogram.

Objektbeskrivning

Innehåll i en generell objektbeskrivning finns här, där finns även tips på verktyg som kan användas för att få fram information.

Förutom historisk inventering, tidigare undersökningar, bathymetri och djupdata, och om det har muddrats, eller dumpats inom området finns det även andra aspekter att se till vid objektbeskrivningen. Förorenade sediment kan ha hög variation (både i rum och tid). Därmed bör sedimenten karaktäriseras i olika upplösning och skala.

Karaktäriseringen kan innehålla följande aspekter:

• Relevanta sedimentegenskaper så som till exempel metallkoncentrationer, organiskt innehåll och bulkdensitet.
• Relevanta beskrivningar av hela området med till exempel sedimentets mäktighet och utbredning och förekomst av levande organismer.
• Relevanta beskrivningar av den akvatiska miljön till exempel vattnets djup, flöden, sedimentationshastigheter.
• Potentiella föroreningskällor, både i nutid och historiskt.

Genom att sammanställa tillgänglig information från offentliga databaser, eventuella tidigare undersökningar och andra tillgängliga källor kan projektet spara både tid och resurser genom att tidigt få bättre fokus i undersökningen. När tillgänglig information sammanställs och används kan följande typer av frågor, t.ex., vara relevant:

• I vilken utsträckning är historiska laboratorieanalyser jämförbara med samtida?
• Finns det skillnader i analysmetod, rapporteringsgräns, summering m.m.?
• Har strömningsförhållandena förändrats över tid och i så fall hur?
• Kan pågående sedimentering påverka provers vertikala lokalisering i sedimentprofilen? Dvs. är provtagningsdjup under sedimentytan jämförbara med nuvarande position av samma prov.

Platsbesök

Ett platsbesök inklusive en preliminär sedimentundersökning behöver inte vara särskilt resurs- eller tidskrävande, men kan bidra med värdefull information inför undersökningen. Med en liten båt och lättillgänglig utrustning kan fältpersonal under ett par dagar samla in en stor mängd information som kan underlätta undersökningen. Olika typer av information som kan samlas in presenteras i tabell 2.

Tabell 2. Sedimentdata och annan information som kan samlas in vid initiala platsbesök.

Observationer i samband med ett initialt platsbesök kan också bidra med värdefull information om ytvattens flödesförhållanden och var sedimentering är mest trolig. Ackumulationsbottnar kan bekräftas genom någon av metoderna beskrivna ovan. Förutsättningar som råder på platsen kan dock begränsa bruket av vissa utrustningar eller vissa metoder t.ex. kan ett vattendjup större än 4-5 m utesluta användandet av att mäta djupet med en pinne, medan gripprovtagare fäst på vajer fortsatt kan vara lämplig. I snabbt flödande vatten kan däremot provtagning med gripprovtagare medföra stora svårigheter.

Ett initialt platsbesök kan ofta bidra med information till ett antal grundläggande frågor inför undersökningen, t.ex. finns det låsta grindar, krävs det något tillstånd, finns det lämplig plats att lägga till med en båt?

Konceptuell modell

En generell beskrivning av konceptuella modeller finns här.

Genom att sammanställa tillgänglig information från offentliga databaser, eventuella tidigare undersökningar och andra tillgängliga källor kan projektet spara både tid och resurser genom att tidigt få bättre fokus i undersökningen. När gammal information sammanställs och används kan följande typer av frågor vara relevant:

• I vilken utsträckning är historiska laboratorieanalyser jämförbara med samtida? Finns det skillnader i analysmetod, rapporteringsgräns, summering m.m.?
• Har strömningsförhållandena förändrats över tid och i så fall hur?
• Kan pågående sedimentering påverka provets vertikala lokalisering i sedimentprofilen? Dvs. är provtagningsdjup under sedimentytan jämförbara med nuvarande position av samma prov.

All tillgänglig information sammanställs sedan i en konceptuell modell över det förorenade området. För sedimentprojekt finns det även några vanligt förekommande försvårande förutsättningar som behöver beaktas.

• Flera föroreningskällor, i vatten likväl som på land, bidrar ofta med belastningen på ett förorenat sedimentområde, och de ligger ofta långt från varandra.
• Förorenade sediment kan erodera, spridas och återsedimenteras över tid.
• Strömmar i vattnet som bidrar till föregående punkt kan förändras över tid.

Oavsett hur komplext det förorenade området är kan ofta en preliminär bild tas fram som underlag för en initial konceptuell modell.

• Föroreningar tenderar att koncentreras i finare sedimentfraktioner, tillsammans med reaktiva material så som organiskt kol, leror, oxider och sulfider (var finns ackumulationsbottnar?).
• Fokus på spridningsförhållanden av detta finkorniga material (var finns erosionsbottnar?), och områden där detta finkorniga material sedimenteras (ackumulationsbottnar nedströms).

Baserat på potentiell föroreningskälla kan ovanstående användas för att ge en bild av var ev förorenade sediment kan förekomma men utan särskilt fokus på exponering av skyddsobjekt. För en initial, konceptuell modell för att identifiera databehov inför en undersökning, kan det dock vara tillräckligt.

Modellen kan sedan kompletteras med resultaten från faktiska undersökningar med vattenströmmar och batymetri, halter organiskt och minerogent material och vilka sediment som är avsatta naturligt eller antropogent. Modellen utvecklas sedan med föroreningarnas utbredningsområde, ev naturliga nedbrytningsprocesser, skyddsobjekt och spridningsvägar.

Figur 2 nedan visar ett exempel på en illustration av en konceptuell modell för ett sedimentprojekt (Magar et al., 2009) och visar förhållandet mellan källområden, sedimentering av finkornigt material i långsammare delar av ett vattendrag till vänster i bild och snabbare flödande delar av vattendraget till höger i bild.

Figur 2. Exempel på en grafisk illustration av en konceptuell modell för ett sedimentprojekt (Magar et al., 2009).

Kompetensbehov/Organisation

En generell beskrivning av utformningen av uppdraget/projektets organisation finns här.

För en begränsad sedimentundersökning räcker det oftast med en begränsad kärnorganisation. Eftersom arbete utförs på eller i nära anslutning till vatten kan ensamarbeten beroende på förutsättningarna vara olämpligt av arbetsmiljöskäl. Därför är det oftast minst två fältresurser involverade i alla sedimentprojekt. I väldigt små projekt kan samma person vara uppdragsledare, handläggare och en av de som gör fältarbetet. Det är ofta värdefullt om den som planerat provtagningen även är med i fält. De som utför fältarbetet ska dock ha erfarenhet eller möjlighet att tillgodogöra sig den kunskap som behövs för att kunna utföra arbetet så att data av förväntad kvalitetsnivå erhålls, oavsett om provtagningen är certifierad eller ej.

I större projekt är det ofta lämpligt att involvera en eller flera av följande typer av specialistkompetenser; marinbiologer, limnologer, ekologer, toxikologer, kemister, geokemister, geologer, statistiker, maringeologer och hydrogeologer. Vidare kan det vara lämpligt att involvera någon som kan hantera och visualisera informationen i GIS, har kunskap om laboratoriets analysmetoder samt kunskap om lokala lagkrav och praxis.

Provtagningsstrategier

Flera olika faktorer behöver tas i beaktande när en provtagningsstrategi tas fram för ett sedimentprojekt. Exempel på sådana faktorer inkluderar;

• Projektets omfattning och tillgängliga resurser
• Undersökningsområdet storlek
• Generella förutsättningar på platsen så som;
  • Typ av vatten (älv, vik eller sjö), vattendjup, flödeshastighet
• Tillgänglig information om;
  • Föroreningskällor, dvs placering, primär eller sekundär källa, historisk eller pågående?
  • Lokalisering av ackumulationsbotten inkl. storlek, placering och tjocklek.
  • Lokalisering av källa i förhållande till ackumulationsbottnar med finkornigt material.
• Matris som behöver provtas och analyseras (sediment, porvatten, hela sedimentkärnan)
• Djup av sedimentprofilen som behöver undersökas (ytsediment, hela profilen)
• Provtagningsmetod och utrustning
  • Gripprovtagare, rörprovtagning och/eller mätningar in situ.

Tabell 3. Olika scenarier för provtagningsstrategier i exempelprojekt.

Generellt gäller att;

• När både föroreningens källa och områdets ackumulationsbottnar är kända, kan en riktad bedömningsbaserad provtagning vara mer lämplig.
• När föroreningens källa är osäker men det finns kunskap om området ackumulationsbottnar så kan stratifierad provtagning (sannolikhetsbaserad eller slumpmässig) vara mer lämpliga.
• När ett förorenat sedimentområde i sin helhet består av finare fraktioner, och allt sediment är förorenat i någon utsträckning, kan en enkel sannolikhetsbaserad provtagningsstrategi vara mest lämplig.

Vidare läsning finns i t.ex. US EPA, 2001 och US EPA, 2002.

Definiera databehov och kvalitetsnivå

Även om sedimentdata är den centrala delen i en sedimentundersökning finns det ett antal andra nyckelparametrar som är viktiga att beskriva för att uppfylla de flesta syftena med sedimentundersökningar.

Sedimentinformation

När databehovet för en sedimentundersökning ska identifieras behövs vanligen åtminstone följande punkter hanteras i något avseende.

• Kategorier av specifik typ av sedimentinformation som ska mätas.
• Kemisk sammansättning av sedimentprov eller porvatten.
• Vilken del av sedimentet undersökningen ska fokusera på;
  • ytsedimentet,

• Provtagningsmetod av sediment: Gripprovtagning, rörprovtagning eller mätning in-situ.

Rörprovtagare

Från eng. grab-sampling och innebär en snabb störande provtagningsteknik där precisionen i det provtagna materialet är osäkert. För sedimentprovtagning är det lämpligt för t.ex. transportbottnar.

Typ av sedimentinformation

I tabell 4 presenteras olika typer av information som kan beaktas för sedimentundersökningar beroende på utredningens syfte.

Tabell 4. Typ av sedimentinformation

Även om vilka föroreningar som förekommer i olika sedimentprojektet varierar, så inkluderar dom ofta metaller eller organiska föroreningar. Vanligtvis är de organiska föroreningarna även hydrofobiska, dvs har låg vattenlöslighet och binder starkt till organiskt material i sedimenten.

Sediment och porvatten

Liksom i jord, mäts föroreningshalter i sediment oftast av hela provet (jord, vatten, gas), och korreleras till mängd förorening per kilogram torrsubstans av analyserat prov. Denna typ av analys är lämplig för att bedöma mängd förorening och utbredning därav, i sedimenten överlag.

För vissa syften är totalhalten dock mindre relevant, och istället är det mer relevant att veta mängden förorening i porvattnet, då den föroreningsmängden oftast är mer biotillgänglig. Se kapitel 5.1.4 för vidare information om mätning av föroreningsmängd i porvatten.

Analys av sediment hänvisas i efterföljande kapitel till totalhalt i sediment, om inte annat anges.

Ytsediment, djupare sediment (“sub surface sediments”) eller hela sedimentprofilen

Analyser kan genomföras på prov insamlade från ytan, djupare ner i profilen (”sub surface sediments”) eller hela sedimentprofilen, beroende på syftet med utredningen.

Ytsediment definieras oftast som profilens väl omblandade (”bioturbated”) ytskikt och hänvisas även till den biologiskt aktiva zonen (BAZ). Mäktigheten av detta skikt varierar mellan olika platser, men varierar oftast mellan 5 och 15 cm.

Djupare sediment (“sub surface sediments”) definieras som det sediment som underlagrar BAZ och fortsätter ned till jordlager som inte avsats i vatten. Även om djupen av dessa sediment kan nå väldigt stora djup så är det oftast bara intressent att prova ner till förindustriell tid.

Projektets syfte avgör var i sedimentprofilen prov ska uttas. Exempel på syfte återges i Tabell 1 samt nedan:

Fokus på ytsediment är lämpligt om bedömningen avser:

• Biologisk status och respons på förorening i BAZ.
• Övervakning av ytsediment för att påvisa förändringar i sedimentering eller erosion.
• Övervakning av sedimentering med sedimenteringspannor och -fällor för att identifiera och kvantifiera nya källor av partikelbunden förorening samt sedimenteringshastigheter.
• Screeningprovtagning av sediment som ett kostnadseffektivt sätt att identifiera om förorening kan finnas eller ej.

Fokus på djupare sediment (“sub-surface”) eller hela profilen är lämpligt när syftet inkluderar avgränsning, karaktärisering och uppskattning av föroreningsmängder t.ex.;

• Bedöma föroreningsnivå för avgränsning horisontellt och vertikalt.
• Studera tidstrender, och därigenom datera sediment eller få en uppfattning om sedimentationshastighet, samt om belastningen minskar eller ökar.
• Föroreningsnivå av hela sedimentprofilen är en viktig parameter för val av åtgärdsmetod. Föroreningsnivåer, geotekniska förutsättningar djupare i profilen har ofta större påverkan än förutsättningarna i ytsedimentet vad gäller (i) huruvida muddring är lämpligt, (ii) hur muddrat material kan hanteras eller (iii) bedöma tjocklek och utformning på tätande lager.

De djupintervall av sedimentprofilen som undersökningen fokuserar på kan påverka vilka åtgärdsmöjligheter som sedan finns tillgängliga.

Föroreningskällor

Möjliga, och bekräftade, källområden bör alltid vara identifierade innan alla typer av undersökningar av förorenade områden utförs. Detta underlättar för att:

• Identifiera var sedimentförorening kan påträffas.
• Ta fram en konceptuell modell.
• Utveckla strategi för vilken information som behövs och hur den ska samlas in.

Ibland är informationen om möjliga föroreningskällor mycket begränsad. I dessa fall kan sedimentprov för föroreningsanalys, och övrig information, för att lokalisera källområden vara syftet. Då kan generell kunskap om sedimentationsprocesser vara mer vägledande vid placering av provpunkter.

Ytvatten

Under utförandet av provtagningen är det viktigt att ha god kunskap om vilket vattendjup samt strömningsförhållanden inom undersökningsområdet. Kunskap om maximalt vattendjup möjliggör att välja rätt provtagningsutrustning.

Som exempel är vissa mindre, handhållna, grip- eller rörprovtagare varken praktiska eller effektiva på djupare, och särskilt strömmande, vatten (för mer information se här). Svårigheter med att samla in prov med handhållna, rörprovtagare av ytsediment av dykare ökar med djupet.

För vissa utredningar kan bättre upplösning på sjöbottens topografi (batymetri), flödesförhållanden och faktorer som styr erosion vara av vikt. Även om den här typen av information är vanligare inom projekt av större skala och/eller budget, så kan det vara central information även inom mindre projekt.

Gränssnitt mellan ytvatten och sediment

Sediment under konstant strömmande vatten, t.ex. älvfåror, tenderar att vara hårda erosionsbottnar, medan sediment under långsamt strömmande/stillastående vatten tenderar att vara mjukare ackumulationsbottnar bestående av finare material. Grövre material så som sand och grus avsätts ofta i ytligare vatten med kraftiga flöden, medan finare material så som silt, lera och organiskt material avsätts i svackor eller på djupare vatten där flödet normalt är lägre.

Omfattning av ytvatteninformation, och indirekt informationen om sedimenten, beror till stor del på vilken typ av vatten som sedimentet är beläget i. Förorenat sediment i älvar och forsar tenderar vara mycket mer heterogent utspridda i vattendraget jämfört med sjöar och dammar. Utöver det påverkar även storleken av området och områdets avgränsning hur det förorenade sedimentet varierar inom området. Genom att lokalisera områden med stor sedimentering, och därmed finkornigt sediment, kan ofta även huvuddelen av sedimentföroreningen lokaliseras.

Överytan av sedimentet och variationen av densamma kan undersökas med metoder så som;

• Visuell inspektion av närliggande topografi och bedömning av landskapsformande processer. En erfaren geolog, eller liknande kompetensområde, kan baserat på erfarenhet samla in mycket information enbart genom observationer.
• Skrivbordsunderökning av tillgänglig information så som tidigare rapporter och kartor från, t.ex. konsultrapporter, eller kartor från olika myndigheter och institut.
• Systematisk mäta in vattendjup från båt med lång pinne eller gripprovtagare.
• Undersökning av bottensediment med geofysiska metoder.

Ekologisk status

En inventering av bottenlevande organismer kan bidra med värdefull information både för att lokalisera källområden såväl som för att bedöma ekosystemets känslighet för föroreningarna.

Kvalitetssäkring

En generell diskussion om kvalitetssäkring finns här.

En projektgrupp ställs alltid inför någon grad av osäkerhet och risk för felslutsatser inom flera aspekter av varje undersökning av förorenade sedimentområden. Exempel på frågor som man bör ställa sig är:

• Har vi hittat och tillräckligt studerat redan existerande information om området?
• Finns det föroreningskällor som vi inte känner till och finns det föroreningar som vi inte känner till?
• Har vi valt rätt provtagningsstrategi med tillräckligt antal prover av rätt sort för att uppnå målet?
• Behöver vi ta ett referensprov från ett närliggande rent område?
• Vad är risken att vi i provtagningsstrategin missar en ”hot-spot” inom föroreningsområdet?
• Använder vi rätt provtagningsutrustning?
• Tar vi prover från rätt djup i sedimentprofilen?
• Kan vi använda samlingsprover?
• Har vi tillräckligt många replikat?
• Visar analys av replikaten acceptabel variation?
• Är detektionsnivån tillräckligt låg för att svara på frågorna med undersökningen?

Kort sagt, för alla sedimentundersökningar, bör alla felkällor minimeras så mycket som möjligt inom till exempel provtagningsstrategin, laboratorieanalyserna och dataanalysen. Detta höjer kvaliteten på undersökningen, insamlade data, möjligheten att uppfylla målet och de slutsatserna som dras.

Det finns mer detaljerade beskrivningar om relevanta kvalitetssäkringsmetoder specifika för förorenade sediment, vilka inkluderar hur procedurer memoreras och dokumenteras i en projektspecifik kvalitetssäkringsplan, kallad QAPP (quality assurance project plan). Se US EPA, 2001; Ohio EPA, 2012 och CSIRO, 2016).

Provtagningsplan

Nedan beskrivs kort vilka moment en provtagningsplan bör beskriva vid en sedimentundersökning. I de flesta fall baseras innehållet på rubrikerna som beskrivs ovan, där även mer info finns om respektive steg, och att läsa dessa sektioner är en förutsättning för att tillgängliggöra sig innehållet nedan. En generell beskrivning om provtagningsplaner och vad som bör ingå finns här.

Genomföra provtagning

Ytterligare information kring utförande av provtagningen finns under respektive provtagningsmetod för förorenade sediment.

Insamling av sedimentdata

Både föroreningsinformation, och övrig information (se tabell 2) kan insamlas med olika provtagningsmetoder, som kan delas in i ex situ (uttag av sediment för analys på land) och in situ (analys av sedimenten på plats på botten).

Provtagning för analys Ex situ

Med användande av rörprovtagare eller grip/lådprovtagare samlas i regel prover för att analyseras på laboratorium, således ex situ. De insamlade proverna kan vara omblandade eller relativt ostörda och oblandade. Till vilken grad proverna omblandas vid provtagning styrs av vilka provtagare som används för insamling. Fördjupade beskrivningar av olika typer av provtagare hittas här. Info om metoder för fältanalyser kan hittas här.

Ackrediterade labb kan ge information om hur prov ska levereras och vilka kärl som behövs för de planerade analyserna, samt hur mycket material som behövs. Anlitat labb ska vara ackrediterad enligt de standarder som är godkända i Sverige. Om det är viktigt hur labbet förbereder provet, så ska labbet kontaktas för att kontrollera att önskad provberedning är möjlig och lämplig med avseende på planerade analyser. Se även specifika ämnesbeskrivningar.

Störd provtagning- Gripprovtagare

Många provtagare, så som gripprovtagare, medför förhållandevis störd provtagning av ytsediment jämfört med rörprovtagare. Eftersom proverna blir störda kan gripprovtagare endast användas för undersökning av medelhalter. I vissa fall kan gripprovtagare behöva användas då sedimenten är för hårda för att provtas med en rörprovtagare, men ger även då ett stört prov.

För att provta djupare sediment kan inte gripprovtagare användas eftersom de, i regel, är begränsade till 10-15 cm djup. Därför används oftast rörprovtagare för att analysera djupare sediment. Det finns dock mycket större gripprovtagare för att samla stora bulkprover från djupare sediment, en beskrivning av dessa finns här. Dock så samlas provet, av alla gripprovtagare, från ett relativt okänt djup, jämfört med rörprovtagare.

Ostörd provtagning- Rörprovtagare

I jämförelse med gripprovtagare tar rörprovtagare relativt ostörda prover. Exempel på olika rörprovtagare kan hittas här. Ostörda prover behövs, när man vill ha information om sedimentens 3d-struktur, med avseende på föroreningarna spridning i olika lager och särskilda geotekniska parametrar så som bulkdensitet, skjuvhållfasthet och släntstabilitet (tabell 2). Ostörda prover behövs t. ex för att kvantifiera depositionshastigheter i sediment med radioisotoper. Sådana undersökningar kan man läsa om utanför undersökningsportalen t. ex. i Fuchsman et al., 2014; Magar et al., 2009; Erickson et al., 2007).

Rörprover kan ge en god bild av föroreningar fördelar sig på olika djup i sedimentet. Det ger också en tidsaspekt om när föroreningarna har deponerats. Beroende på hur stor mängd prov som behövs för analys och hur stor diameter provtagaren har, kan det bli nödvändigt att samla flera rörprover och kombinera prover från samma djup.

För vissa föroreningsanalyser så krävs ett relativt ostört sediment. Ett exempel på det är när man, i en rörprov, placerar passiva provtagare, polymerer, som över tid absorberar föroreningar, vilket ger en indirekt mätning av koncentrationen av föroreningen där polymeren placerades (US EPA, 2017). Då är det viktigt att polymeren har placerats på ett känt djup i ostört sediment.  

Provtagning för analys In situ

I motsats till att föra bort material och göra mätningar ex situ så alstrar in situ mätningar i fält mycket lite störningar av sedimentet. Information om olika in situ-undersökningar t. ex. mätningar av sedimentens tjocklek, densitet och skjuvhållfasthet kan hittas i litteraturen (Curtis et al., 2018; Dorvinen, 2016; Anchor QEA, 2011; CH2MHill, 2005; Palermo et al., 2004).

Passiva provtagare kan installeras för att göra mätningar av förororeningskoncentrationer i sediment eller i sedimentets porvatten. Det finns många exempel på där detta har använts (Oen et al., 2011; US EPA, 2012, 2017)

Sediment profile imaging (SPI) eller sedimentprofilsavbildning med en portabel kamera användas för att ge vissa biogeokemiska egenskaper av ytsediment, så som bottenfauna, ytsedimentets tjocklek och redoxpotential. Fördelarna med SPI gör att tekniken används mer och mer (Washington State DOE, 2007; Germano et al., 2011; Fuchsman et al., 2014). Här är även ett exempel där metoden använts i Sverige.

Olika sonartekniker kan användas, på ett icke-invasivt sätt, för att identifiera förekomsten av sediment bestående av finare partiklar, dvs. sediment som är mest trolig att innehålla höga koncentrationer av föroreningar. Information om dessa tekniker kan i litteraturen (Apler et al., 2014; Anderson and Alotaibi, 2014; Menard et al., 2019) Mer information om olika in situ-metoder för t. ex. mätningar av sedimentens tjocklek, densitet och skjuvhållfasthet kan hittas i litteraturen (Curtis et al., 2018; Dorvinen, 2016; Anchor QEA, 2011; CH2MHill, 2005; Palermo et al., 2004).

Insamling av icke-sedimentdata

Många sedimentundersökningar kräver icke-sedimentdata. Kategorier för olika icke-sedimentdata presenteras i tabell 5.

Tabell 5. Kategorier för olika icke-sedimentdata

Information om platsen, bör samlas in så snart som möjligt eftersom det är ett viktigt för styrandet av de undersökningar som ska göras. Inte alla kategorier av icke-sedimentdata är nödvändiga för alla undersökningar men som beskrivet ovan så kommer kraven på information bero på målet med undersökningen, projektets skala och tillgängliga resurser.

Iterativt arbetssätt

Vid behov, upprepa stegen i processen ovan tills osäkerheterna i projektet är acceptabla för syfte och mål och den konceptuella modellen är tillräckligt stabil. För vidare information, se även konceptuella modeller.

Referenser

Anchor QEA, LLC (Anchor QEA). 2011. Feasibility study phase II peer review, Thunder Bay. June, 2011.

Anderson, N. and A. Alotaibi. 2014. Site assessment using echo sounding, side scan sonar and sub-bottom profiling. Missouri S&T, Center for transportation infrastructure and safety. Document no. NUTC R338.

Apler, A., J. Nyberg, K. Jönsson, I. Hedlund, S. Å. Heinemo, and B. Kjellin. 2014. Kartläggning av fiberhaltiga sediment längs Västernorrlands kust. SGU-rapport 2014:16. Juni, 2014.

Chapman, P. 2011. Framework for addressing and managing aquatic contaminated sites under the Federal Contaminated Sites Action Plan (FCSAP). Golder Associates, Ltd., Burnaby (BC), Canada.

CH2MHill, 2005. Lower Fox River Operable Unit 1, Pre-design – Basis of design. Report. March, 2005.

Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). 2016. Sediment quality assessment. A practical guide. Second edition. Editors, S. Simpson and G. Batley. CSIRO publishing.

Curtis, K., M. Arms, S. Anghera, and S. Cappellino. 2018. Long-term sediment management planning at North America’s largest port complex: Balancing the need to accommodate the largest ships while complying with complex environmental requirements. Proceedings, PIANC-World Congress, Panama City, Panama, 2018.

Department for Environment, Food & Rural Affairs (DEFRA). 2017. Sampling and analysis methods for contaminated sediments. Work Package 1C report. July, 2017.

Dorvinen, J. 2016. A method for interpreting the in-situ consolidation state of surficial seabed sediments using a free-fall penetrometer. Master’s thesis. Virginia Polytechnic Institute and State University. September 1, 2016.

Erickson, M., C. Barnes, M. Henderson, R. Romagnoli, and C. Firstenberg. 2007. Geomorphology-based interpretation of sedimentation rates from radiodating, Lower Passaic River, New Jersey, USA. Integrated Environmental Assessment and Management. Vol. 3, No. 2, pp. 166-192.

Fuchsman, P., K. Searcy Bell, K. Merritt, J. Conder, B. Chadwick, T. Bridges, and V. Magar. 2014. Chapter 9. Monitored Natural Recovery. In: Processes, Assessment and Remediation of Contaminated Sediments. D. Reible (Editor). SERDP and ESTCP Remediation Technology Monograph Series, C. Ward (Series Editor). Published by Springer.

Germano, J., D. Rhoads, R. Valente, D. Carey and M. Solan. 2011. The use of sediment profile imaging (SPI) for environmental impact assessments and monitoring studies: Lessons learned from the past four decades. Oceanography and Marine Biology: An Annual Review. Vol. 49, pp. 235-298.

Jersak, J., G. Göransson, Y. Ohlsson, L. Larson, P. Flyhammar, and P. Lindh (Jersak et al). 2016. In-situ capping of contaminated sediment. Contaminated sediments in Sweden: A preliminary review. SGI Publication 30-2E (in English). www.swedgeo.se.

Magar V., B. Chadwick, T. Bridges, P. Fuchsman, J. Conder, T. Dekker, J. Steevens, K. Gustavson, and M. Mills. 2009. Technical Guide: Monitored Natural Recovery at Contaminated Sediment Sites. ESTCP-ER-0622. Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP). Document no. ESTCP-ER-0622.

Menard, E., N. Nasser, R. Patterson, J. Galloway, P. Cott, B. Hanna, and H. Falck. 2019. Sub-bottom acoustic profiling as a remediation assessment tool for contaminated lakes. SN Applied Sciences (A Springer Nature Journal).

Michigan Department of Environmental Quality (MDEQ). 2002. Sampling strategies and statistics training materials for Part 201 cleanup criteria. 2002.

Naval Facilities Engineering Command (NAVFAC). 2005. Implementation guide for assessing and managing contaminated sediments at Navy facilities. NFESC, User’s guide, UG-2053-ENV. January, 2005 (revision 2).

Oen, A., E. Janssen, G. Cornelissen, G. Breedveld, E. Eek, and R. Luthy. 2011. In situ measurement of PCB pore water concentration profiles in activated carbon-amended sediment using passive samplers. Environ. Sci. Technol. Vol. 45, No. 9, pp. 4053–4059.

Ohio Environmental Protection Agency (Ohio EPA). 2012. Sediment sampling guide and methodologies. 3rd edition. March 1, 2012.

Palermo, M., D. Reible, D. Hayes, and J. Verduin. 2004. Appendix H: Technical evaluation of in situ capping as a remedy component for Onondaga Lake. Onondaga Lake Feasibility Study. November, 2004.

United States Environmental Protection Agency (US EPA). 1991. Remediatoin of contaminated sediments. Handbook. Document no. EPA/625/6-91/028. April, 1991.

US EPA. 2001. Methods for collection, storage, and manipulation of sediments for chemical and toxicological analyses: Technical manual. Document no. EPA-823-B-01-002. October, 2001.

US EPA. 2002. A guidance manual to support the assessment of contaminated sediments in freshwater ecosystems. Volume II – Design and implementation of sediment quality investigations. Document no. EPA-905-B02-001-B. December, 2002.

US EPA. 2012. Guidelines for using passive samplers to monitor organic contaminants at Superfund sediment sites.  Sediment assessment and monitoring sheet (SAMS) #3.

US EPA. 2017. Laboratory, field, and analytical procedures for using passive sampling in the evaluation of contaminated sediments: User’s manual. Document no. EPA-600-R-16-357. February, 2017.

Washington State Department of Ecology (Washington State DOE). 2007. Using sediment profile imaging (SPI) to evaluate sediment quality at two cleanup sites in Puget Sound. Part I – Lower Duwamish Waterway. Publication no. 07-03-025. July, 2007.’’