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

Opzet Probleem: Methodiek modelberekeningen 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?

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

Koper Bron: Water in cijfers, 2004

Zink Bron: Water in cijfers, 2004

Nikkel Bron: Water in cijfers, 2004

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?

Historie Tot midden jaren ‘90 aanname: Echter: “ 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!

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)

Belasting Bodem voor heel NL (in ton/jaar) metaal mest minus afvoer gewas overige bronnen1) 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

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

Methode landelijke raming Gehalten vaste fase boven- en ondergrond  speciatieberekeningen Concentraties in bodemvocht hydrologie Vrachten naar het oppervlaktewater

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

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!

Partitiemodelering: concentratie metaal in poriewater [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)

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

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

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

Hydrologie en effecten weerjaar 3 1200 800 Droog 700 1000 Gem. Nat 600 800 500 neerslagoverschot (mm/jr) Zn-uitspoeling (ton/jr) 600 400 300 400 200 200 100 neerslagoverschot Zn-uitspoeling

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

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

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

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?

Vrachten, landelijke schaal Vracht (ton/jaar) Cd 1,6 Cu 24 Ni 110 Pb 39 Zn 1187

Relatieve bijdrage uitspoeling (%) Landelijk beeld

Analyse geregionaliseerde gegevens Onderscheid per Gt/lgb/bodemtype Resultaten a.d.h.v. aantal voorbeelden Concentraties in uitspoelend water Fluxen Vrachten

Zink Berekende concentraties in uitspoelend water STONE-eenheden

Zink Berekende concentraties in uitspoelend water AE-eenheden

Som Zn vrachten Gras en natuur op veen Akkerbouw op klei

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

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

modelvalidatie

Modelvalidatie

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

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.

Prognose uitspoeling 2015/2027 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

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

Maatregelen mogelijk??? Gebiedspecifiek Brongericht: sturing mogelijk door pH etc. te beïnvloeden (bekalken) Beperking oppervlakkige afspoeling Effectgericht: Baggeren en afvoeren? …..

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

Vervolg Alterra/RIZA-project Verdere analyse en validatie Inventarisatie mogelijke maatregelen Afstemming met initiatief STOWA

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

Bronvermelding Alterra studie’s: Regge en Dinkel: 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)

Websites: www.alterra.nl www.wateremissies.nl rapporten Steunpunt Thema landbouw Taakveld zware metalen