PowerPoint-presentatie

Uitspoeling zware metalen in het
landelijk gebied
Historisch gegroeid, recentelijk becijferd
RIZA:
Sandra Plette
Alterra:
Paul Römkens
Luc Bonten
René Rietra
Regge en Dinkel:
Tom Voskamp
2
Opzet
• Probleem:
– Grote vrachten
– Overschrijding MTR Zn, Cu en Ni
• Methodiek modelberekeningen
• Vergelijking bronnen, landelijk
• Analyse data regionalisatie:
– Welke combinaties van hydrologie (Gt) en landgebruik
zijn het meest belastend?
– …
• Validatie; onzekerheden
• Maatregelen?
3
Metalen in oppervlaktewater,
waar liggen de problemen?
• Vergelijking met MTR/SW uit NW4:
– Problemen met Cu, Zn en Ni
– Andere metalen vrijwel overal < MTR
• KRW, prioritaire stoffen: Cd, Hg, Pb, Ni
– Advies van Frauenhofer Instituut (huidig voorstel EU)
– FHI normen lager dan MTR
– Kans halen doelen KRW voor prio stoffen:
Normoverschrijding:
• Cd 14 vd 209 locaties overschrijding; uitspoeling
• Ni 100 vd 206 regionale locaties; uitspoeling
4
Koper
Bron: Water in cijfers, 2004
5
Zink
Bron: Water in cijfers, 2004
6
Nikkel
Bron: Water in cijfers, 2004
7
Overige metalen:
• Hg, Pb, Cr en Cd zitten vrijwel overal
beneden MTR, alleen Cd paar locaties (mn
Kempen) > MTR ( en dan ook fors!)
• Arseen wordt in Brabant niet gemeten, op
overige locaties meestal conc. tussen SW en
MTR.
• NB: Ni is met name een probleem van de
zandgronden. Misschien is er een link te
leggen met pyrietoxidatie?
8
Historie
Tot midden jaren ‘90 aanname:
– “ uitspoeling zware metalen verwaarloosbaar”
Echter:
• Aantal waterschappen kunnen vrachten in
landelijk gebied niet verklaren
• IRC ramingen
– Op basis van gemeten concentraties drainwater
– Conclusie: Uitspoeling kan tientallen procenten
bijdragen!
9
Bronnen zware metalen in het
landelijk gebied
Waar komt het metaal in de bodem
oorspronkelijk vandaan?
• Van nature aanwezig in de bodem?
• Mest
– Cu en Zn in dierlijke mest, Cd in P-kunstmest
– Ni? Indirect!
• Atmosferische depositie
– Waarschijnlijk vooral regionaal van belang (momenteel
laag t.o.v. input via mest)
10
Belasting Bodem voor heel NL
(in ton/jaar)
metaal
cadmium
koper
mest
minus
afvoer
gewas
overige
bronnen1)
atmosferische
depositie
totale netto
belasting
2
<1
1
3
650
10
20
680
nikkel
31
30
61
lood
170
29
199
70
1600
zink
1390
140
11
Onderzoek Alterra/RIZA
• Aanname: gehalte in bodem (accumulatie) is
sturend.
• Eerst globale schatting; opschaling op basis
van berekeningen voor een aantal (qua
areaal) relevante bodemeenheden
– Rapport Romkerns et al, 2003
• Landsdekkende geregionaliseerde
berekening
– Rapport Bonten et al, 2004
– Validatie
12
Methode landelijke raming
Gehalten vaste fase boven- en ondergrond

speciatieberekeningen

•Concentraties in bodemvocht

hydrologie

•Vrachten naar het oppervlaktewater
13
Methodiek landelijke raming 2
• Zwaar metaal gehaltes in boven en
ondergrond
• Partitiemodellering: verdeling metalen over
vaste fase bodem en bodemoplossing
• Hydrologie van STONE
• Gemiddeld weerjaar 1985
• Berekening voor selectie relevante
combinaties bodem, Gt en landgebruik
• Opschaling
14
Methodiek landelijke raming 2
Partitiemodellering:
• Berekening concentraties metaal in
bodemvocht op basis van gemeten totaal
metaalgehaltes en relevante
bodemeigenschappen;
• Invloed parameters als pH en DOC
• Redox buiten beschouwing gelaten!
15
Partitiemodelering:
concentratie metaal in poriewater
[Zn]-berekend (mol/l)
1.E-02
1.E-04
1.E-06
1.E-08
1.E-08
1.E-06
1.E-04
[Zn]-gemeten (mol/l)
1.E-02
16
Schematisatie in STONE
•
•
hydrologie, bodem, landgebruik, bodemchemie
Schematisatie : 6405 eenheden (“plots”)
geohydrologie
drainage-groep
“
grondwatertrap
landgebruik
kwel,
bodemtype
...
17
Hydrologie en effecten weerjaar 1
Hydrologie van STONE
• STONE = nutriënten emissie model
– Gebruikt voor raming emissies N, P t.b.v. CCDM rapport
– Combinaties bodemtype, GT en landgebruik
• Laterale stroom -> oppervlaktewater
• Verticale stroom -> grondwater
18
Hydrologie en effecten weerjaar 2
• Weerjaar heeft grote invloed op mate van
uitspoeling
• vergelijken emissies met kwaliteitsmetingen
oppervlaktewater -> werkelijk weerjaar
• Beleidsanalyse; effect maatregelen ->
gemiddeld weerjaar
• CCDM: gemiddeld weerjaar
19
Hydrologie en effecten weerjaar 3
800
Droog
1000
700
Gem.
600
Nat
800
500
600
400
300
400
200
200
100
0
0
neerslagoverschot
Zn-uitspoeling
Zn-uitspoeling (ton/jr)
neerslagoverschot (mm/jr)
1200
20
Omvang en relevantie; landelijk
In de Alterra studie zijn berekend:
– uitspoeling naar het grondwater (benadering)
– Uitspoeling naar het oppervlaktewater
Globaal beeld:
• Veen en klei gronden:
Uitspoeling naar oppervlaktewater
• Zandgronden:
Uitspoeling naar grondwater
21
Geregionaliseerde berekeningen
(Alterra studie 2004)
• Landsdekkend
• Geen opschaling nodig
• Niveau: afwateringseenheid en STONEeenheden
• Geregionaliseerde gehaltes metaal in bodem
– betrouwbaardere schatting
– Terugkoppeling naar landgebruik/bodemtype
– Beter beeld belasting van uit natuur
22
Opzet berekening uitspoeling
Ligging
AE
AE
(2439)
Ligging
Stone-eenh.
STONE
(6405)
Bodem
Kaarten
Zw met.
Bovengr.
Vracht,
flux
en conc
Hydrologie
Bodemopbouw
Reactief
metaal
Zw. met.
In profiel
Conc.
In
Poriew.
Vracht,
flux
en conc
23
Uitkomsten
geregionaliseerde berekeningen
• Vrachten: geeft inzicht in verhouding diverse
bronnen op landelijk/regionaal niveau
• Fluxen: hoe belastend zijn de diverse
combinaties van bodemtype, landgebruik en
Gt?
• Concentraties: hoe verhoudt de concentratie
in het uitspoelend water zich tot
kwaliteitsnormen?
24
Vrachten, landelijke schaal
Vracht (ton/jaar)
Cd
1,6
Cu
24
Ni
110
Pb
39
Zn
1187
25
Relatieve bijdrage uitspoeling (%)
Landelijk beeld
100%
uitspoeling
com m unaal
industrie en verkeer
80%
60%
40%
20%
0%
Cu
Pb
Cd
Ni
Zn
26
Analyse geregionaliseerde
gegevens
• Onderscheid per Gt/lgb/bodemtype
• Resultaten a.d.h.v. aantal voorbeelden
– Concentraties in uitspoelend water
– Fluxen
– Vrachten
27
Zink
• Berekende
concentraties in
uitspoelend water
• STONE-eenheden
28
Zink
• Berekende
concentraties in
uitspoelend water
• AE-eenheden
29
Som Zn vrachten
Paginavelden hier neerzetten
Som van Zn vracht
250000
Gras en natuur
200000
Akkerbouw
op klei
150000
op veen
vegetatie
akkerbouw
gras
mais
100000
natuur
50000
0
1 2 3 4 5 6 7 2 3 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
klei
loess/leem
bodemtype
veen
GT
zand
30
Gemiddelde zink flux (g/m2/jaar)
Relatie met landgebruik
Paginavelden hier neerzetten
Gemiddelde van Zn flux
0,25
natuur
0,2
0,15
vegetatie
ab
akkerbouw
gras
mais
0,1
0,05
natuur
ab
0
klei
loess/leem
veen
bodemtype
zand
31
Gemiddelde Zn-flux (g/m2/jaar)
Relatie met Grondwaterstand
Paginavelden hier neerzetten
Gemiddelde van Zn flux
0,6
Gt 1
0,5
GT
0,4
1
2
0,3
3
4
5
6
0,2
7
0,1
Gt 7
0
klei
loess/leem
veen
bodemtype
zand
32
modelvalidatie
Nikkel
1000
berekend (ug/l)
100
10
1
klei
veen
zand
0.1
0.1
1
10
gemeten (ug/l)
100
1000
33
Modelvalidatie
Zink
100000
berekend (ug/l)
10000
1000
100
10
klei
veen
zand
1
0.1
0.1
1
10
100
1000
gemeten (ug/l)
10000 100000
34
Onzekerheidsanalyse
• Meest gevoelige parameter: hydrologie
• Geeft vooral grote onzekerheid voor een
individuele STONE-eenheid
• Op landelijke schaal leidt dit echter niet tot
een systematische fout
35
Conclusies studie regionalisatie
• Onzekerheid op niveau van STONE of
Afwateringseenheid is groot
• Aggregeren van eenheden tot (deel-)
stroomgebieden vermindert de onzekerheid.
• Uit de vergelijking van meetwaarden en
berekende concentraties blijkt:
– Op landelijk schaal redelijke voorspelling
– Klei: berekend lager dan gemeten;andere bronnen
– Veen: overschatting; redox.
36
Prognose uitspoeling 2015/2027
Uitspoeling:
• is voor groot deel gevolg van historische
bodembelasting vanuit landbouw en industrie.
• analogie met P-probleem:
– Metaalgehaltes in lange periode geaccumuleerd
– uitspoeling gestuurd door voorraad in bodem.
Geen grote veranderingen verwacht tot 2015
37
Maatregelen mogelijk???
Generiek:
• In ieder geval verdere accumulatie zo veel
mogelijk voorkomen
– Maximum gehalten vastgelegd in EG verordening
– Minder P-kunstmest
– Milieutoets Meststoffenwet: meest vervuilende stoffen
worden niet meer toegelaten.
• Desondanks nog steeds verdere accumulatie
38
Maatregelen mogelijk???
Gebiedspecifiek
Brongericht:
• sturing mogelijk door pH etc. te beïnvloeden
(bekalken)
• Beperking oppervlakkige afspoeling
Effectgericht:
• Baggeren en afvoeren?
• …..
39
Initiatief Waterschappen
• Initiatief STOWA en ws Regge en Dinkel
• Inventarisatie kennisbehoefte waterschappen
t.a.v. zware metalen in het landelijk gebied
• Uitspoeling, waterbodems
• Fase 1: In beeld brengen lopende initiatieven
Behoefte aan:
– Bronnenanalyse (aandeel menselijke belasting, bijdrage
achtergrond)
– Inzicht in (kosten-) effectiviteit van maatregelen
40
Vervolg Alterra/RIZA-project
• Verdere analyse en validatie
• Inventarisatie mogelijke maatregelen
• Afstemming met initiatief STOWA
41
Conclusies
• Uitspoeling zware metalen levert relevante
bijdrage aan belasting oppervlaktewater
• Voor de prioritaire Stoffen Cd en Ni zullen de
KRW doelen waarschijnlijk niet gehaald
worden
• Ook veelvoudige normoverschrijdingen van
de (niet-prioritaire) metalen Zn en Cu.
• Historisch gegroeid, antropogene bronnen
• Weinig aanknopingspunten voor maatregelen
die op korte termijn effectief zijn
42
Bronvermelding
• Alterra studie’s:
– Römkens, Groenenberg, Bril en de Vries, 2002
– Römkens, Bonten, Rietra en Bril, 2003
– Bonten, Römkens en Heuvelink, 2004
• Regge en Dinkel:
– Voskamp, 2001
– Voskamp, 2003
• H2O 2003, nummer 23 (21 november)
– Artikelen Alterra, Regge en Dinkel
– Beleidsmatige schouw: van Breemen (UvW)
43
Websites:
• www.alterra.nl
– rapporten
• www.wateremissies.nl
– Steunpunt
– Thema landbouw
– Taakveld zware metalen