Uitspoeling zware metalen in het landelijk gebied

1. 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. metaal mest minus afvoer gewas overigebronnen1) atmosferische depositie totale netto belasting cadmium 2 <1 1 3 koper 650 10 20 680 nikkel 31 30 61 lood 170 29 199 zink 1390 140 70 1600 Belasting Bodem voor heel NL (in ton/jaar)

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 1.E-02 1.E-04 [Zn]-berekend (mol/l) 1.E-06 1.E-08 1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 [Zn]-gemeten (mol/l)

16. geohydrologie drainage-groep grondwatertrap landgebruik kwel, bodemtype ... “ Schematisatie in STONE • hydrologie, bodem, landgebruik, bodemchemie • Schematisatie : 6405 eenheden (“plots”)

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 1200 800 Droog 700 1000 Gem. 600 Nat 800 500 neerslagoverschot (mm/jr) Zn-uitspoeling (ton/jr) 600 400 300 400 200 200 100 0 0 neerslagoverschot Zn-uitspoeling

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 STONE-eenheden • Geregionaliseerde gehaltes metaal in bodem • betrouwbaardere schatting • Terugkoppeling naar landgebruik/bodemtype • Beter beeld belasting van uit natuur

22. Opzet berekening uitspoeling Output Input Ligging AE Vracht, flux en conc AE (2439) Ligging Stone-eenh. STONE (6405) Hydrologie Vracht, flux en conc Bodem- opbouw Bodem Kaarten Zw met. Bovengr. Conc. In Poriew. Reactief metaal Zw. met. In profiel

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

25. Relatieve bijdrage uitspoeling (%)Landelijk beeld

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 Gras en natuur op veen Akkerbouw op klei

30. Gemiddelde zink flux (g/m2/jaar)Relatie met landgebruik natuur ab ab

31. Gemiddelde Zn-flux (g/m2/jaar)Relatie met Grondwaterstand Gt 1 Gt 7

32. modelvalidatie

33. Modelvalidatie

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