Modellering av omblandning i fartygs kölvatten, för ökad förståelse av belastning på havsmiljön till följd av utsläpp från fartyg

Report, 2020

Östersjön är ett av världens mest intensivt trafikerade områden och i vissa delar sker en fartygs­passage i genomsnitt var tolfte minut. Fartygen kan betraktas som flytande industrier som släpper ut föroreningar, försurande och övergödande ämnen som produceras i olika ombordssystem, såsom svart-, grå-, ballast-, läns-, kyl- och skrubbervatten, giftiga båtbottenfärger och propellerhylsolja. De senaste årens ökade förståelse för att sjöfartens utsläpp inte är negligerbara för havsmiljön belyses i Miljömålsberedningens betänkande Havet och människan (2020), där det bland annat föreslås att Havs- och vattenmyndigheten bör få i uppdrag att integrera övervakning av sjöfartens påverkan på havsmiljön i sin verksamhet. För att kunna göra detta på ett effektivt sätt är det nödvändigt att förstå hur föroreningar som släpps ut från fartyg sprids vidare i havsmiljön. Med utgångspunkt från denna kunskap kan miljöövervakningsprogram utformas och i förlängningen åtgärder vidtas för att minska påverkan från sjöfart på havsmiljön, exempelvis genom förbud mot utsläpp eller omledning av farleder i känsliga områden.

I befintliga modelleringar av utsläpp från fartyg görs antagandet att utsläppen sker i ytan, vilket får till följd att beräkningen av spridningen i miljön i stor utsträckning kommer att styras av rådande vind- och strömförhållanden i ytskiktet. Detta kan vara acceptabelt, exempelvis vid modellering av lättare oljeprodukter, men för andra ämnen är det nödvändigt att förstå hur omblandningen i kölvattnet sker för att mer korrekt kunna beräkna hur föroreningarna sprider sig i miljön; ström­förhållanden kan variera avsevärt i både riktning och styrka på 5–10 m djup, jämfört med i ytan.

Syftet med den här förstudien var att undersöka förutsättningarna att kombinera beräkningsström­ningsdynamik (Computational Fluid Dynamics (CFD)) som vanligtvis används för att göra högupplösta 3D modelleringar av strömningen runt skrov och propeller på fartyg, med regionala oceanografiska modeller. Användningen av den högupplösta 3D Reynolds- Medelvärdesbildad Navier-Stokes (3D RANS) modellen är dock beräkningsintensiv och brukar endast användas för att modellera närvaken, upp till någon fartygslängd akter om fartyget. För att kunna brygga över skalorna i fjärrvaken (ca 0,8–3 km) akter om fartyget är det därför lämpligt att försöka förenkla beräkningarna, vilket kan göras genom semi-empirisk modellering och 2D modellering av ett tvärsnitt av vaken över tid, vilka i begränsad omfattning validerats mot 3D RANS resultaten. Vidare har in-situ mätningar med en Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) använts för att validera utbredningen av det turbulenta vakområdet.

Resultaten av förstudien, både från modellering och fältmätningarna, visar tydligt att utsläpp i fartygsvaken kan spridas på olika djup och i olika riktning som en effekt av omblandningen som sker i vaken. Vidare är hydrografin viktig för hur och var spridningen i vaken sker och fältmätningarna indikerar att när det finns en stark skiktning kommer det omblandade vattnet i fartygsvaken att spridas i sidled, längs med skiktningen, istället för nedåt mot botten. Ur miljöövervakningsperspektiv är det därför viktigt att känna till skiktningen och djupet i relation till farledernas placering, då det får konsekvenser för spridningen av föroreningar från farleden och därmed även var provtagning bör ske.

Slutsatsen från förstudien är att det föreslagna ramverket, kombinationen av olika teoretiska modeller och in-situ mätningar, har stor potential för att kunna leverera indata till regionala oceanografiska modeller, för att kunna modellera den storskaliga spridningen av föroreningar från fartyg och farleder. Denna information är också kritisk för utformning av övervakningsprogram, där det är avgörande att mätningar görs där föroreningar från fartyg kan förväntas att återfinnas.