Mogelijkheden tracers - Deltares Public Wiki

Memo
Aan
Leonard Oste, MT Kennis en anderen
Datum
Aantal pagina's
26 maart 2012
18
Van
Doorkiesnummer
E-mail
Joachim Rozemeijer
+31 (0)88 33 57 183
[email protected]
Onderwerp
Mogelijkheden tracers
Voor het Strategisch Onderzoeksprogramma (SO) van Deltares is een overzicht opgesteld van
het gebruik en de mogelijkheden van tracers voor hydrologisch onderzoek bij Deltares.
Vooralsnog is dit overzicht opgenomen in deze memo met de volgende opbouw:
1. Introductie tracers in de hydrologie
2. Veel toegepaste tracers
3. Toepassingen in de hydrologie
4. Traceronderzoek bij Deltares
5. Visie en toekomstperspectief
1
Introductie tracers in de hydrologie
Allereerst een definitie; volgens het woordenboek (Van Dale) is een tracer een ‘gemakkelijk
herkenbare isotoop van een element die gebruikt wordt om de loop van stoffen in allerlei
processen nauwkeurig te kunnen volgen’. In dit document gaan we uit een definitie die is
toegespitst op hydrologie en waterkwaliteit en die breder is dan alleen isotopen: ‘Een tracer is
een in water opgeloste of gesuspendeerde stof of een fysische eigenschap van water die
gebruikt wordt om de herkomst en de stroming van water of daarin voorkomende
verontreinigingen te achterhalen’.
Tracers worden in diverse onderzoeksdisciplines (paleontologie, geologie, geneeskunde,
biologie, forensisch onderzoek, etc.) gebruikt om meer begrip te krijgen van allerlei processen.
In de hydrologie gebruiken we tracers om het inzicht in bronnen en routes van water en de
daarin voorkomende verontreinigingen te vergroten. Elke meetbare eigenschap van water kan
mogelijk als tracer worden ingezet. Niet alleen in water voorkomende stoffen en gassen, maar
ook bijvoorbeeld temperatuur, kleur, EC, radioactiviteit, etc. kunnen als tracer dienen. Een
bijzonder voorbeeld van een tracer is grote partij van een zeeschip gevallen badeendjes die
gebruikt zijn om oceaanstromingen te bestuderen (Figuur 1).
Figuur 1: Tracers in de hydrologie; van kleurtracers tot badeendjes.
Datum
Pagina
26 maart 2012
2/18
We maken onderscheid tussen actieve en passieve tracers. Actieve tracers worden door de
onderzoeker voor een experiment aan het water toegevoegd (bijvoorbeeld de kleurtracer in
figuur 1). Passieve tracers zijn al van nature in het water aanwezig. Soms wordt nog een derde
categorie genoemd: de vervuilings-tracers. Dit zijn tracers die door menselijke activiteiten
(kernproeven, bemesting, de badeendjes van figuur 1) in het water terecht gekomen zijn, maar
niet met het doel een tracer-experiment te doen.
2
Veel toegepaste tracers
Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste groepen tracers en per groep een aantal
voorbeelden.
De keuze voor een bepaalde tracer hangt zeer af van het doel, de duur, de ruimtelijke schaal
en de financiën het betreffende onderzoek. De volgende eigenschappen van tracers spelen
vaak een rol bij de overwegingen met betrekking tot de keuze voor een bepaalde tracer:
 Achtergrondconcentraties: Het is bij veel tracertoepassingen van belang dat de bron
van de tracer uniek is. Bij actieve tracers kiest men daarom graag voor stoffen die van
nature niet of slechts in zeer beperkte mate aanwezig zijn. Ook bij passieve tracers en
vervuilingstracers moet de tracer onderscheidend genoeg zijn om een bepaalde routes,
bronnen of processen te identificeren. In gebieden met brakke kwel is chloride of de
EC bijvoorbeeld geen goede tracer voor landbouwinvloed.
 Chemisch gedrag: Vaak wordt voor onderzoek naar stromingspatronen gebruik
gemaakt van tracers die conservatief zijn. Soms wordt echter juist om chemische
reactiviteit aan te tonen ook gebruik gemaakt van tracers die wel reactief zijn.
 Kleur, geur, toxiciteit:: Bij het gebruik van actieve tracers is het in de praktijk vaak
alleen wenselijk en toegestaan om kleurloze, geurloze en niet-toxische tracers te
gebruiken.
 Kosten: Tracers zoals temperatuur en EC, worden vaak juist gebruikt omdat ze
goedkoop op veel plekken en tijdstippen te meten zijn. Andere tracers (isotopen,
edelgassen) zijn duurder om te meten, maar kunnen soms juist wel zeer exact een
bepaalde bron of een bepaald proces aantonen.
Tabel 1: Belangrijkste groepen tracers met voorbeelden
Groep
Voorbeelden
Stabiele isotopen
2H, 18O, 13C, 15N, 34S
Radioactieve isotopen
3H, 3He, 14C, 222Rn
Edelgassen
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Opgeloste macro-ionen
Si, Cl, HCO3, Na, Mg, NO3, Br
Opgeloste microverontreinigingen
Zn, Cu, Cd, Pb, Gd
Kleurtracers
Uranine, Rhodamine, Brilliant Blue
Particulaire tracers
Bacteriën, virussen, DNA, synthetische stoffen,
pollen, sediment, badeendjes.
Fysische parameters
temperatuur, pH, EC
Overigen
CFC’s, SF6
Datum
Pagina
26 maart 2012
3/18
3
Toepassingen in hydrologie
Herkomst van water / herkomst van stoffen
Tracers kunnen een beeld geven van de herkomst van water en stoffen. Dit wordt gebruikt om
het begrip hydrologische processen te verbeteren en de herkomst van verontreinigingen op te
sporen. Zo kunnen bepaalde tracers (HCO3, 222Rn) een maat zijn voor de grondwaterbijdrage
aan oppervlaktewaterafvoer. Isotopenverhoudingen, bijvoorbeeld van N- en O-isotopen in NO3,
kunnen aanwijzingen opleveren voor de herkomst van de verontreiniging (veenafbraak,
dierlijke mest, kunstmest).
EMMA (End Member Mixing Analysis) is een veel toegepaste methode om de bijdrage van
verschillende bronnen of stromingscomponenten (de end-members) aan de totale waterafvoer
te berekenen. Het aantal end-members dat kan worden meegenomen is afhankelijk van het
aantal tracers met duidelijke verschillen tussen de end-members. Meestal wordt met 2 of 3
end-members gewerkt. EMMA is vaak toegepast voor hydrograph separation, het scheiden
van een afvoercurve in basisafvoer en snelle afvoer. Hierbij wordt aangenomen dat deze
afvoercomponenten een constante chemische samenstelling hebben en dat de tijdens een
afvoergolf veranderende concentraties in het oppervlaktewater de resultante zijn van een
veranderende mengverhouding (meer snelle afvoer tijdens de piek).
Kwantitatief hydrologische metingen en afleiden procesparameters
Met verschillende tracers is het mogelijk om stroomsnelheden, stromingsrichtingen en
afvoeren te meten. Tracers worden ook veel gebruikt om hydrologische of chemische
procesparameters af te leiden of te berekenen met inversed modeling. Na het toepassen van
een tracer, bijvoorbeeld in een bodemkolom of in een waterloop, wordt met metingen de
doorbraakcurve van de tracer aan de andere kant van de kolom of verderop in de waterloop
vastgesteld. Deze doorbraakcurve bevat informatie over de waterstroming, bijvoorbeeld over
de stroomsnelheid en over dispersie in de bodemkolom of in de waterloop. Met inversed
modeling kan de doorbraakcurve als input gebruikt worden om via een omgekeerde
berekening met een model vast te stellen wat de meest waarschijnlijke waarden voor deze
procesparameters zijn.
Datering
Vooral radioactieve isotopen worden in veel onderzoeksdisciplines toegepast voor het dateren
van verschillende materialen (hout, skeletten, stenen). Het bekendste voorbeeld is de C14
datering. Ook water kan gedateerd worden, waarbij het moment van infiltreren wordt gezien als
het beginpunt. Dateringen worden vooral gebruikt in de grondwaterhydrologie, bijvoorbeeld om
de kwetsbaarheid van een drinkwaterwinning voor recent geïnfiltreerde verontreinigingen te
onderzoeken.
Chemische processen en procesparameters
Tracers worden ook toegepast voor het aantonen van chemische of microbiologische
processen in grond- of oppervlaktewater. Soms wordt hiervoor gebruik gemaakt van een
verandering van de isotopenverhouding van een stof als gevolg van een chemisch of
microbiologisch proces (denitrificatie kan bijvoorbeeld zo aangetoond worden). Chemische
procesparameters kunnen ook worden afgeleid door de doorbraakcurve van een conservatieve
tracer en een reactieve tracer met elkaar te vergelijken.
Datum
Pagina
26 maart 2012
4/18
4
Traceronderzoek bij Deltares
Hieronder is een lijst opgenomen met onderwerpen van Deltares-onderzoek waarbij gebruik
gemaakt is van tracers. In veel gevallen vallen meerdere projecten, waarbij dezelfde
tracertechniek voor een soortgelijke doel is toegepast, samen onder één onderwerp. De lijst is
mogelijk niet geheel compleet en de volgorde is willekeurig. Wel zijn de projecten ingedeeld in
de volgende 4 thema’s:
 Sanering
 Oppervlaktewaterkwaliteit
 Grondwaterkwaliteit
 Kwantitatieve hydrologie
Een beschrijving van de projecten (doel, gebruikte tracers, resultaat, contactpersonen en
referenties) is opgenomen in Bijlage A.
Sanering
1
Karakterisatie DNAPL-bronzones met Partial Interwell Tracer Test (PITT)
2
In situ stimulatie van microbiële afbraak door infiltratie van water met nutriënten en
elektronendonoren en –acceptoren
3
Tracer experiment bij een ‘fill and draw’ sanering
Oppervlaktewaterkwaliteit
4
Onderscheid tussen natuurlijke en humane verontreining in de Dommel
5
Herkomstbepaling grondwater en venwater bij Julianakanaal
6
Haalbaarheidstudie gebruik isotoop-traceertechniek voor bronherkenning van fosfaat
in het natuurlijke systeem
7
Verspreiding inlaatwater in beeld met gadolinium
8
Grondwaterbijdrage aan de belasting van oppervlaktewater met
landbouwverontreinigingen
9
Traceronderzoek in de Schelde: microbiële activiteit en opname verontreinigingen in
voedselketen
10 Herkomst van sedimenten in Nederlandse estuaria en kustwateren
Grondwaterkwaliteit
11 Grondwaterdatering (promotieonderzoek Ate Visser en Aquatempo)
12 Quantificeren van denitrificatie door pyrietoxidatie (promotieonderzoek Yan-Chun
Zhang)
Kwantitatieve hydrologie
13 Stromingspatronen in kustwateren en havens in beeld met Rhodamine
14 Temperatuur als tracer
15 Labexperimenten voor het in beeld brengen van stroming en sedimentatie in havens
16 Nieuwe groep tracers: de virtuele tracer*
* deze ‘tracer’ past niet binnen de definitie in paragraaf 1, maar wordt bij Deltares veel toegepast en is op
verzoek van enkele Deltares-medewerkers toegevoegd.
Datum
Pagina
26 maart 2012
5/18
De lijst hieronder geeft de gebruikte tracers bij de verschillende (genummerde) onderwerpen.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Br, pentanol, hexanol en propanol
Li, EC en Br
Rhodamine, Br, EC
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie, 11B/10B, 87Sr/86Sr
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie. 11B/10B
δ18O in fosfaat
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie.
NO3, P, SO4, Cd, Zn, Ni, HCO3, pH.
15N in NH4, NO3 en N2, 14C in DOC, POC en bacteriën.
13C, Cd, Cu, Zn, Pb , PCB en PAK’s
3H, 3He, 85Kr, 39Ar, CFC’s, SF , Cl, SUMCAT (som kationen) en OXC (oxiderend
6
vermogen(=combinatieparameter SO4 en NO3)).
15N in NO , 18O in NO , 34S in SO , 18O in SO4, 34S in FeS (pyrite)
3
3
4
Rhodamine
Temperatuur
Kleurtracers, gekleurde bolletjes/stenen.
Fractiesommen*
* deze ‘tracer’ past niet binnen de definitie in paragraaf 1, maar wordt bij Deltares veel toegepast en is op
verzoek van enkele Deltares-medewerkers toegevoegd.
5
Visie en toekomstperspectief
Eerst enkele observaties op basis van inventarisatie van huidige toepassingen van tracers bij
Deltares:
 In grond- en oppervlaktewaterkwaliteitsonderzoek worden tracers door Deltares voor
veel verschillende toepassingen ingezet.
 Er zijn veel contacten met in traceronderzoek gespecialiseerde onderzoeksgroepen
(TU Delft, WUR, IMARES, TNO, Univ. Aken, BRGM, ETH)
 Voor het praktijkwerk met tracers (veldexperimenten/bemonstering/analyse) is Deltares
vaak afhankelijk van andere partijen.
 In het kwantitatieve hydrologisch onderzoek bij Deltares wordt relatief weinig gebruik
gemaakt van tracers (calibratie/verificatie van modellen, afleiden procesparameters).
Vooral in wetenschappelijk onderzoek bij universiteiten wordt veel geëxperimenteerd met
tracers. Voor Deltares is het zaak de tracertoepassingen die mogelijkheden bieden voor
praktijkgericht onderzoek toepasbaar te maken binnen projecten. Naast de meest gebruikelijke
tracers (kleurtracers, Cl, Br, Li, EC) is dit in eerdere ontwikkelingstrajecten al gebeurd voor
Zeldzame Aarden, temperatuur (glasvezel) en voor enkele isotopen. Er zijn twee recente
wetenschappelijke ontwikkelingen die voor Deltares mogelijk nieuwe mogelijkheden voor
praktijktoepassingen kunnen opleveren:
 Isotopen worden in de hydrologie steeds meer toegepast als passieve tracer. De
verschillende isotopen waarin een element kan voorkomen zorgt voor meer
mogelijkheden om onderscheid te maken tussen verschillende bronnen, routes en
processen (met verschillende isotopenverhoudingen). De analyse van isotopen is de
laatste jaren steeds goedkoper geworden, waardoor de toepassing voor steeds meer
Datum
Pagina
26 maart 2012
6/18
onderzoeksgroepen haalbaar geworden is. Ook voor praktijkgerichte projecten bij
Deltares wordt het gebruik van isotopen laagdrempeliger door de lagere
analysekosten.
 Het gebruik van DNA als actieve tracer is een kansrijke ontwikkeling. DNA kan
‘’gelabeld’’ worden, wat het mogelijk maakt om een onbeperkt aantal unieke tracers
toe te dienen. Unieke, naar plaats en tijdstip van toediening gelabelde DNA-deeltjes
kunnen in een tracertest een zeer compleet beeld van bronnen, routes en reistijden
opleveren. De vorm van het gebruikte DNA bepaald de chemische eigenschappen
(mate van adsorptie, afbraak). De analyse van DNA is de laatste jaren steeds
goedkoper geworden (DNA-analyse-apparaat kost nu zo’n 20-40 kEUR). Momenteel
wordt DNA nog maar sporadisch ingezet voor hydrologisch onderzoek.
Datum
Pagina
26 maart 2012
7/18
Bijlage A: traceronderzoek bij Deltares
In deze bijlage is een korte beschrijving opgenomen van onderwerpen van Deltares-onderzoek
waarbij gebruik gemaakt is van tracers. In veel gevallen vallen meerdere projecten waarbij
dezelfde techniek is toegepast samen onder één onderwerp. De lijst is mogelijk niet geheel
compleet en de volgorde is willekeurig. Wel zijn de projecten ingedeeld in 4 thema’s:
 Sanering
 Oppervlaktewaterkwaliteit
 Grondwaterkwaliteit
 Kwantitatieve hydrologie
Sanering
1 Karakterisatie DNAPL-bronzones met Partial Interwell Tracer Test (PITT)
Doel onderzoek: De Partial Interwell Tracer Test (PITT) is een effectieve methode om de
bronzones te karakteriseren. De methode berust op het verschil tussen het
gedrag van twee of meerdere tracers die tegelijkertijd in de bodem worden
geïnjecteerd. 1 tracer is conservatief en de ander reageert met het DNAPL,
waardoor retardatie optreed ten opzichte van de conservatieve tracer.
Gebruikte
tracer:
Br (conservatief) en pentanol, hexanol en propanol (reactief)
Resultaten:
Met de PITT is het goed mogelijk de omvang en massa DNAPL in de
ondergrond vast te stellen.
Status:
Direct inzetbaar, review recente toepassingen nodig.
Contactpersoon:
Johan Valstar
Referentie:
Hetterschijt R.A.A., Valstar J.R., Van Zutphen, M., Schuren, C.H.J.E. Eskes,
S.J.T., Van den Brink K.M.J., Reimer, K. (2000): Partial Interwell Tracer
Test voor DNAPL-karakterisatie (PITT). Toepassing op een met DNAPL
verontreinigde locatie in Mierlo CUR/NOBIS rapportnummer 98-1-09.
2 In situ stimulatie van microbiële afbraak door infiltratie van water met nutriënten en
elektronendonoren en –acceptoren.
Doel onderzoek: Onderzoek naar mogelijkheden om op een verontreinigde locatie de
verspreiding van de verontreiniging (ethaandichloride vanuit DNAPL’s) via
het grondwater te beperken. Hiertoe wordt de biologische afbraak
gestimuleerd door water met nutriënten en elektronendonoren (bijv.
methanol) en elektronenacceptoren (oxides) te infiltreren. Een soortgelijk
onderzoek is later ook uitgevoerd voor een met VOCL’s verontreinigde
locatie in Dongen door Opdam et al. (2003).
Gebruikte
tracer:
Li (Van Bijnen et al., 2001), EC en Br (Opdam et al., 2003)
Datum
Pagina
26 maart 2012
8/18
Resultaten:
De tracer geeft inzicht in de verspreiding van het infiltratiewater over de
verontreinigde locatie en helpt bij het bepalen van het verbruik van de
gedoseerde stoffen. De meeste putten op de site bleken te zijn beïnvloedt
door het infiltratiewater. De verspreiding van het infiltraat bleek grillig; geen
mooie pluim zoals in de modellering voorspeld en minder dispersie dan
verwacht. De lagere ‘recovery’ van het geïnfiltreerde methanol dan van het
conservatieve Li duidt om omzetting van methanol en dus op microbiële
afbraak.
Status:
Direct inzetbaar
Contactpersoon:
Jan Gerritse, Johan Valstar
Referentie:
Van Bijnen, J.F., Pruijn, M.F., Van Winden, S.C., Voss, D., Taat, J., Van
Ree, C.C.D.F., Gerritse, J., Van Heiningen, W.N.M., Meulenberg, R.E.
(2001): Risicobeheersing op een industriële locatie door biotechnologische
in situ maatregelen. CUR/NOBIS rapportnummer 95-1-06.\
Opdam, H.J.W.Y., Valstar, J.R., Ten Brummeler, E. (2003): Verspreiding
van direct geïnjecteerde hulpstoffen. SKB rapportnummer SV-065.
3 Tracer experiment bij een ‘fill and draw’ sanering
Doel onderzoek:
Begrijpen fysische en chemische processen die optreden bij “fill and draw”;
een saneringstechniek waarbij een verontreinigde bodem wordt
schoongespoeld (ook wel “push and pull” genoemd). Eerst wordt de bodem
verzadigd met water en na een poosje wordt het water inclusief een deel
van de verontreiniging weer weggepompt. De tracers zijn toegevoegd aan
het water waarmee een site in Landgraaf gedurende 17 dagen is gevuld. Na
drie dagen begon het leegpompen.
Gebruikte
tracer:
Rhodamine (gemeten met fluorometer), Br, EC
Resultaten:
Alleen voorlopige resultaten beschikbaar. De Rhodamine en EC-metingen
tijdens het leegpompen laten zien dat de ‘’recovery’’ van de toegevoegde
tracers groot is en er dus niet of nauwelijks lekkage naar de omgeving
optreedt. De doorbraak van de tracers in peilbuizen met filters op
verschillende dieptes klopt met de verwachtingen. De resultaten worden
gebruik voor de parametrisatie van een water- en stroftransportmodel.
Contactpersoon:
Annemiek Marsman, Nanne Hoekstra
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Rees-White, T.C.., Beaven, R.P., Woelders, H., Beaumont, T., Hannen, M.,
Marsman, A. (2011): Preliminary results of a pilot-scale fill and draw flushing
test in The Netherlands. Proceedings of Fourth International Workshop
“Hydro-Physico-Mechanics of Landfills”, 2011.
Hoekstra, N., Kruiver, P., Marsman, A.., Bakker, M. (2010): Minder zorgen
om stortplaatsen: naar een risicobeoordeling van gesloten stortplaatsen.
Deltares-rapport 1202947-000-BGS-0003.
Datum
Pagina
26 maart 2012
9/18
Oppervlaktewaterkwaliteit
4 Onderscheid tussen natuurlijke en humane verontreining in de Dommel
Doel onderzoek: Voor het Dommel-stroomgebied onderscheid maken tussen verschillende
bronnen van verontreiniging: natuurlijke achtergrond, industriële lozingen en
lozingen vanuit waterzuiveringsinstallaties.
Gebruikte
tracer:
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie, 11B/10B, 87Sr/86Sr
Resultaten:
De combinatie van tracers werkte goed om de ruimtelijke en temporele
patronen in de bijdrages van verschillende verontreinigingsbronnen te
kwantificeren. Ook werd een onverwacht belangrijke bron van water en
verontreiniging geïdentificeerd: lekwater vanuit het Bocholt–Herenthals
kanaal vlak over de Belgische grens.
Status:
Direct inzetbaar
Contactpersoon:
Marc Verheul
Referentie:
Petelet-Giraud, E., Klaver, G., and Negrel, P. (2009): Natural versus
anthropogenic sources in the surface- and groundwater dissolved load of
the Dommel river (Meuse basin): Constraints by boron and strontium
isotopes and gadolinium anomaly, J. Hydrol. 369, 336-349.
5 Herkomstbepaling grondwater en venwater bij Julianakanaal
Doel onderzoek: Onderzoek om te achterhalen of er water vanuit het Julianakanaal lekt naar
het grondwater en in 2 naastgelegen vennen terecht komt.
Gebruikte
tracer:
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie. 11B/10B
Resultaten:
Beide vennen bleken niet gevoed door kanaalwater. Een significant deel
van het grondwater langs het kanaal is wel afkomstig vanuit het kanaal.
Beide tracers geven een overeenkomstig beeld.
Status:
Direct inzetbaar
Contactpersoon:
Marc Verheul, Gerlinde Roskam
Referentie:
Verheul, M., Roskam, G., (2011): Toepassing van chemische tracers
voor het achterhalen van de herkomst van het water nabij het
Julianakanaal. Deltares-rapport 1202392-005-BGS-0004.
6 Haalbaarheidstudie gebruik isotoop-traceertechniek voor bronherkenning van fosfaat
in het natuurlijke systeem
Doel onderzoek:
Ontwikkeling van een methode waarmee de bron en dus de oorzaak van de
verhoogde fosfaatconcentratie in grond- of oppervlaktewater kan worden
vastgesteld. Het kunnen vaststellen van de bron van de fosfaat zal ervoor
zorgen dat er gerichter maatregelen genomen kunnen worden om de
fosfaatconcentratie terug te brengen en zodanig de duurzame
bestendigheid van het natuurlijk systeem te verbeteren.
Datum
Pagina
26 maart 2012
10/18
Gebruikte
tracer:
18
O/ 16O in fosfor-verbindingen
Resultaten:
Project (SKB) loopt nog, eerste analyses laten zien dat het onderscheiden
van verschillende bronnen (veen, kunstmest, dierlijke mest) mogelijk is.
Status:
In ontwikkeling
Contactpersoon:
Marc Verheul, Jasper Griffioen
7 Verspreiding inlaatwater in beeld met gadolinium
Doel onderzoek:
Inzicht krijgen in de ruimtelijke verspreiding van inlaatwater in polders. Dit
beter om onderscheid te kunnen maken tussen de invloed van landbouw op
de oppervlaktewaterkwaliteit en de invloed van inlaatwater. Toegepast op
polder Quarles van Ufford in het project Monitoring Stroomgebieden en op
de meetlocaties van het Meetnet Nutrienten Landbouw Specifiek
Oppervlaktewater (MNLSO).
Gebruikte
tracer:
Zeldzame aarden (REE), vooral de Gd-anomalie.
Resultaten:
De gadolinium-anomaliën tonen aan dat het inlaatwater niet of nauwelijks
doordringt tot in de bemonsterde kleinere landbouwslootjes. De nieuwe
inzichten helpen bij de interpretatie van de waterkwaliteitsmetingen in
Quarles van Ufford voor het project Monitoring Stroomgebieden. Ook zijn de
resultaten gebruikt voor het verbeteren van de water- en
stoftransportmodellering.
Contactpersoon:
Joachim Rozemeijer, Marc Verheul, Janneke Klein
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Rozemeijer, J.C., Siderius. C., Verheul, M., Pomarius, H. (2011):
Verspreiding inlaatwater in beeld met nieuwe tracer. H2O 12-2011, 35-37.
Rozemeijer, J.C., Siderius. C., Verheul, M., Pomarius, H. (2012): Tracing
the spatial propagation of river inlet water into an agricultural polder area
using anthropogenic gadolinium. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 9, 1411–
1434, 2012.
Klein, J., Rozemeijer, J.C., Broers, H.P., Van der Grift, B., 2012. Meetnet
Nutriënten Landbouw Specifiek Oppervlaktewater. Deelrapport B: Toestand
en trends. Bijdrage aan de Evaluatie Meststoffenwet 2012. Deltares rapport
1202337-000-BGS-0008, Utrecht.
8 Grondwaterbijdrage aan de belasting van oppervlaktewater met
landbouwverontreinigingen
Doel onderzoek:
Kwantificering van de grondwaterbijdrage aan de oppervlaktewaterkwaliteit.
Gerelateerd aan de KRW: Grondwaterkwaliteit mag niet zo slecht zijn dat
Datum
Pagina
26 maart 2012
11/18
kwaliteitsdoelen in het oppervlaktewater niet gehaald kunnen worden.
Concentraties in grondwater op verschillende diepteniveaus worden
vergeleken met concentraties in oppervlaktewater onder verschillende
afvoeromstandigheden. Toegepast in projecten STROMON, Wahyd en
Monitoring Stroomgebieden.
Gebruikte
tracer:
NO3, P, SO4, Cd, Zn, Ni, HCO3, pH.
Resultaten:
Met name het bovenste grondwater in Brabant en Limburg is een
bedreiging voor de oppervlaktewaterkwaliteit. Zelfs als alle puntbronnen
gesaneerd zijn, worden de normen niet gehaald door de grote
grondwaterbijdrage. Oppervlaktewaterkwaliteit onder bepaalde
afvoeromstandigheden is de resultante van verschillende
mengverhoudingen van grondwater van verschillende dieptes. Bij lage
afvoeren lijkt het oppervlaktewater qua samenstelling op diep grondwater.
Bij nattere condities neemt de invloed van het ondiepe en bovenste
grondwater toe.
Contactpersoon:
Bas van der Grift, Joachim Rozemeijer, Janneke Klein, Hans Peter Broers
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Rozemeijer, J., Broers, H.P., Passier, H., Van der Grift, B. (2007):
Een quickscan inventarisatie van de bijdrage van het grondwater aan de
oppervlaktewaterkwaliteit in Noord-Brabant. Eindrapport. TNO-rapport
2008-U-R0406/A.
Rozemeijer, J.C.; Broers, H.P. (2007): The groundwater contribution to
surface water contamination in a region with intensive agricultural land use
(Noord-Brabant, The Netherlands). Environ. Pollut. 148, 695-706.
Van der Grift, B., Klein, J., De Boorder, N., Rozemeijer, J.C. (2011):
Grondwater bijdrage aan oppervlaktewaterkwaliteit in de Drentse Aa en
Schuitenbeek. Deltares rapport 1202790-000-BGS-0009. Reeks Monitoring
Stroomgebieden 24.
Klein, J., Van der Grift, B., Broers, H.P. (2008): WAHYD – Waterkwaliteit op
basis van Afkomst en HYDRologische systeemanalyse. De
grondwaterbijdrage aan de oppervlaktewaterkwaliteit in de provincie
Limburg. TNO-rapport 2008-U-R81110/A.
Datum
Pagina
26 maart 2012
12/18
9 Traceronderzoek in de Schelde: microbiële activiteit en opname verontreinigingen in
voedselketen
Doel onderzoek:
Ontrafelen van biologische processen in water en waterbodem, zoals het
transport van vervuilende stoffen door de voedselketen van een aantal
toppredatoren (promotieonderzoek Martine van den Heuvel). Andere
voorbeelden zijn onderzoek naar de retentie van stikstof onder invloed van
bacteriën en riet en onderzoek naar de bronnen van voedsel voor
bacteriën en zooplankton.
Gebruikte tracer:
15N
Resultaten:
Promotie van Martine van de Heuvel is nog niet afgerond. Resultaten
andere voorbeelden: Riet en vooral bacteriën hebben veel invloed op het
vastleggen van stikstof in de waterbodem. Zooplankton voedt zich met
name met phytoplankton en particulair organisch materiaal.
Contactpersoon:
Luca van Duren, Dick Vethaak, Victor Langenberg
Status:
Direct inzetbaar (Analyses bij NIOZ Yerseke)
Referentie:
Langenberg, V. (2010): Mesozooplankton in the Scheldt
Estuary. Deltares-rapport.
in NH4, NO3 en N2, 14C in DOC, POC en bacteriën. Analyses door
NIOO.
Van den Meersche, K., Van Rijswijk, P., Soetaert, K., Middelburg, J.J.
(2009): Autochthonous and allochthonous contributions to
mesozooplankton diet in a tidal river and estuary: Integrating carbon
isotope and fatty acid constraints. Limnol. Oceanogr., 54(1), 2009, 62–74.
Gribsholt, B., Veuger, B., Tramper, A., Middelburg, J.J., Boschker, H.T.S.
(2009): Long-term 15N-nitrogen retention in tidal freshwater marsh
sediment: Elucidating the microbial contribution Limnol. Oceanogr., 54(1),
2009, 13–22.
10 Herkomst van sedimenten in Nederlandse estuaria en kustwateren
Doel onderzoek:
Achterhalen bronnen van (verontreinigingen) in water en sediment in
estuaria en kustwateren. Kwantificeren van de invloed van de zee en van
rivieren op de water- en sedimentsamenstelling. Metingen zijn in het
sediment gedaan, omdat deze stoffen daar accumuleren en de gehaltes in
de bodem veel minder variabel zijn in de tijd dan de concentraties in de
waterfase.
Gebruikte
tracers:
13C
Resultaten:
De δ13C in fluviatiele POC (particulate organic matter) is lager dan in
mariene POC. De 13C metingen hebben inzicht opgeleverd in de herkomst
van sedimenten (Laane et al., 1990). De zware metalen, PCB’s en PAK’s
in het sediment hebben de hoogste gehaltes nabij riviermondingen, wat
(Laane et al., 1990), Cd, Cu, Zn, Pb , PCB en PAK’s (Laane et al.,
2009)
Datum
Pagina
26 maart 2012
13/18
erop duidt dat de belasting vanuit rivieren en bagger uit havens de
belangrijkste bronnen zijn van het sediment en de verontreiniging (Laane
et al., 1999).
Contactpersoons:
Remi Laane
Status:
Direct inzetbaar, evaluatie moderne toepassingen nodig
Referentie:
Laane, R.W.P.M., Sonneveldt, H.L.A., Van der Weyden, A.J., Loch, J.P.G.,
Groeneveld, G. (1999): Trends in the spatial and temporal distribution of
metals (Cd, Cu, Zn and Pb) and organic compounds (PCBs and PAHs) in
Dutch coastal zone sediments from 1981 to 1996:
a model case study for Cd and PCBs. Journal of Sea Research 41, 1–17.
Laane, R.W.P.M., Turkstra, E., Mook, W.G. (1990): Stable Carbon Isotope
Composition of Pelagic and Benthic Organic Matter in the North Sea and
adjacent estuaries. In: Facets of Modern Biogeochemistry. ISBN 3-54050145-2.
Datum
Pagina
26 maart 2012
14/18
Grondwaterkwaliteit
11 Grondwaterdatering (promotie Ate Visser en Aquatempo)
Doel onderzoek:
Bepaling van ouderdom van grondwater ten behoeve van de interpretatie
van grondwaterkwaliteitsgegevens en het inschatten van het risico op
menselijke beïnvloeding van de grondwaterkwaliteit.
Gebruikte
tracer:
3H, 3He, 85Kr, 39Ar
Resultaten:
Met name de grondwaterdatering met 3H/3He was succesvol. Door de
datering werd het mogelijk de relatie te leggen tussen de
grondwaterkwaliteit op een bepaalde diepte en de belasting aan het
landoppervlak in het jaar van infiltratie. Hierdoor kon trendomkering in de
grondwaterkwaliteit (de genoemde conservatieve tracers) als gevolg van
mestbeleid worden aangetoond (van belang voor EU). Ontgassing van het
grondwater kan de datering beïnvloeden.
In Aquatempo worden de resultaten van het promotieonderzoek van Ate
Visser toegepast op drinkwaterwinputten en is een 3D water- en
stoftransportmodel succesvol gecalibreerd op de ouderdom van het
grondwater. In aanvulling op 3H/3He bleek 85Kr waardevol om de datering
van het jonge grondwater (0-30 jaar) te verbeteren en 39Ar om de datering
van het oudere grondwater (>60 jaar) te verbeteren.
Contactpersoon:
Hans Peter Broers
Status:
Direct inzetbaar (analyse 3H en 3He bij universiteit Utah en analyse 85Kr en
39Ar bij universiteit Bern).
Referentie:
Broers, H.P., Heerdink, R., Visser, A., Marsman, A., (in prep.): Aquatempo:
Grondwaterdatering voor waterwinningen. TNO-rapport.
in mindere mate CFC’s en SF6 voor de dateringen en als
conservatieve tracers voor invloed landbouwbemesting op
grondwaterkwaliteit: Cl, SUMCAT (som kationen) en OXC (oxiderend
vermogen(=combinatieparameter SO4 en NO3)).
Visser, 2009: Trends in groundwater quality in relation to groundwater age.
Proefschrift Universiteit Utrecht.
12 Quantificeren van denitrificatie door pyrietoxidatie (promotieonderzoek Yan-Chun
Zhang)
Doel onderzoek:
Onderzoek naar de werking van het denitrificatieproces door pyrietoxidatie;
de interactie tussen micro-organismen, grondwater en sediment.
Gebruikte
tracer:
15N
Resultaten:
De metingen tonen aan dat pyriet de belangrijkste electron-donor is voor
denitreficatie op deze locatie (Oostrum). Ook tonen de metingen aan dat
70% van het sulfaat in het grondwater is ontstaan door pyrietoxidatie.
Contactpersoon:
Hans Peter Broers, Hilde Passier
in NO3, 18O in NO3, 34S in SO4, 18O in SO4, 34S in FeS (pyrite)
Datum
Pagina
26 maart 2012
15/18
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Zhang, Y.C., Slomp, C.P., Broers, H.P., Bostick, B., Passier, H.F., Böttcher,
M.E., Omoregie, E.O., Lloyd, J.R., Polya, D.A., Van Cappellen, P. (2012):
Isotopic and microbiological signatures of pyrite-driven denitrification in a
sandy aquifer. Chemical Geology 300-301, 123–132.
Datum
Pagina
26 maart 2012
16/18
Kwantitatieve hydrologie
13 Stromingspatronen in kustwateren en havens in beeld met Rhodamine
Doel onderzoek:
Het in beeld brengen van stromingspatronen in de Noordzee en in de
kustwateren bij Wales. De tracermetingen in Wales zijn door Deltares
gebruikt voor de calibratie/verificatie van een stromingsmodel (Leo Postma).
Remi Laane heeft onderzoek gedaan naar de optimalisatie van het gebruik
van Rhodamine (B en WT). John Lambert heeft in recente studies
Rhodamine gebruikt bij onderzoek naar stromingspatronen in havens.
Gebruikte
tracer:
Rhodamine (kleurtracer)
Resultaten:
De overeenkomst tussen de tracermetingen in Wales en de
modelsimulaties was uitstekend (Bent et al., 1991).
Met zogenaamde Sep-pak C18 cartridges kan Rhodamine uit het water
geasdorbeerd worden. Op deze manier kan de Rhodamine concentraties in
de uiteindelijke meting 100x verhoogd worden. Hierdoor zijn betere
metingen mogelijk met minder tracer-gebruik (Laane et al., 1984).
Contactpersoon:
Remi Laane, Leo Postma, John Lambert
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Bent, E.J., Postma, L., Roelfzema, A., Stive, R.J.H. (1991) Hydrodynamic
and dispersion modelling of Swansea Bay, UK. Environmental Hydraulics
Lee & Cheung (eds). Balkema, 1991.
Laane, R.W.P.M., Manuels, M.W., Staal, W. (1984): A procedure for
enriching and cleaning up Rhodamine B and Rhodamine WT in natural
waters, using sep-pak C18 cartrigde. Water Res. 18, 163-165.
14 Temperatuur als tracer
Doel onderzoek:
Met glasvezelkabels kan continue de temperatuur gemeten worden in
transecten in grond- of oppervlaktewater. Glasvezelkabels zijn op De Uithof
in Utrecht ingezet bij onderzoek naar de effecten van een warmte-koude
opslag (WKO) systeem op stroming en temperatuur van grondwater
(Doornenbal et al., 2011).
In de Haarlemmermeerpolder zijn glasvezelkabels ingezet voor het
opsporen van wellen in sloten (De Louw et al., 2010). Wellen zijn plekken
waar kwelwater door de deklaag omhoog stroomt.
Glasveselkabels zijn ook toegepast voor de detectie van lekken in
waterbouwkundige werken (sluizen/stuwen/dammen) en in damwanden
rond ontgraven bouwplaatsen. Hiervoor worden ook Infrarood camera’s
toegepast (Colard et al., 2011).
Gebruikte
tracer:
Temperatuur
Datum
Pagina
26 maart 2012
17/18
Resultaten:
De temperatuurmetingen bij het WKO-systeem brachten de verspreiding
van het infiltrerende koude of warme water vanuit de putten naar het
grondwater op verschillende dieptes. De inzichten helpen bij de
optimalisatie van het ontwerp en de aansturing van WKO systemen.
Contactpersoon:
Pieter Doornenbal, Perry de Louw, John Lambert
Status:
Direct inzetbaar
Referentie:
Doornenbal P., Sommer W., Westerhoff, R., Hoogendoorn, B. (2011):
Temperatuurmeting laat effecten WKO-systeem zien. Land+Water nr. 8 augustus 2011.
De Louw, P.G.B., Vandenbohede, A., Oude Essink, G., Doornenbal, P.
(2010): Tracing preferential saline seepage and assessing its flow velocities
using temperature measurements. Proceedings 21st salt water intrusion
meeting.
Colard, G., Langhorst, O., Bolhuis R. (2011): Opsporen van lekkages
van in den natte ontgraven bouwkuipen met infra rood. Vakblad
Geotechniek Januari 2011.
15 Labexperimenten voor het in beeld brengen van stroming en sedimentatie in havens
Doel onderzoek:
In het Deltares stromingslab worden tracers gebruikt om stromingspatronen
en sedimenttransport in beeld te brengen. Twee voorbeelden:
(1) Onderzoek naar de effecten van een ‘Current Deflection Wall’. Dit is een
scherm dat bij de ingang van een haven geplaats wordt en de stroming zo
beïnvloed dat vooral de bovenste waterlaag de haven in stroom en er
minder sediment in haven terecht komt (Hofland, 2001).
(2) Onderzoek naar de opname en het transport van gestort materiaal
(stenen, grind) rond bouwwerken in het water (Booij, 2004).
Gebruikte
tracer:
Kleurtracers, gekleurde bolletjes/stenen.
Resultaten:
Divers. De Current Deflection Wall bleek effectief. Het onderzoek naar
opname en transport van omstortmateriaal helpt bij advies welk materiaal
op welke manier aan te brengen rond waterbouwwerken.
Status:
Direct inzetbaar
Contactpersoon:
Bas Hofland
Referentie:
Hofland, B., Christiansen, H., Crowder, R.A., Kirby, R., Van Leeuwen, C.W.,
Winterwerp, J.C. (2001): The current deflecting wall in an estuarine harbour.
International Association for Hydro-Environment Engineering and Research
(IAHR) conference Proceedings.
Booij, R., Hofland, B., (2004): Measurement of the mechanisms of stone
entrainment. Proceedings International Conference on Software
Engineering.
Datum
Pagina
26 maart 2012
18/18
16 Nieuwe groep tracers: de virtuele tracer
Doel onderzoek:
Middels fractiesommen worden door Delwaq (in Delft 3D en SOBEK)
virtuele tracers toegekend aan de verschillende waterbronnen (neerslag,
inlaat, kwel, lozing) van een model om de relatieve bijdrage van
verschillende bronnen in ruimte en tijd in beeld te brengen. Het doel hiervan
is te controleren of de gemodelleerde stromingspatronen realistisch zijn.
Ook geven fractiesommen inzicht in het belang van verschillende bronnen
voor de watersamenstelling op verschillende plekken en momenten.
Gebruikte
tracer:
Fractiesommen: virtuele tracers worden aan de verschillende water bronnen
van een model toegekend om de relatieve bijdrage van verschillende
bronnen in ruimte en tijd in beeld te brengen.
Resultaten:
Divers, in vele studies toegepast.
Status:
Direct inzetbaar
Contactpersoon:
Erwin Meijers, Leo Postma, Tineke Troost, Jos van Gils