Experimentele en kwantitatieve analyse van het transport van stikstof in waterwinningsgebieden

Inhoud I. Probleemstelling II. Projectdoelstellingen III. Het gedrag van N IV.Methodologie V.Toepassing VI.Conclusies

I. Probleemstelling Vlaanderen wordt gekenmerkt door : versnipperd landgebruik intensieve akkerbouw en veehouderij lokale sterke N- en P-overschotten grondwaterwinningen voor drinkwaterproductie in of omgeven door landbouwgebied

Hoe gedraagt N zich in het infiltratiegebied van grondwaterwinningen voor drinkwaterproductie??? Welk is het directe en indirecte effect van het gedrag van N op de kwaliteit van het grondwater op korte, middellange en lange termijn???

II. Projectdoelstellingen Het verwerven van kennis van het gedrag van N in het infiltratiegebied van grondwaterwinningen evenals van de directe en indirecte effecten hiervan op de kwaliteit van het grondwater. De ontwikkeling van een methodologie (modelleringsomgeving) die toelaat om o.a. op basis van de verworven kennis, het gedrag van N evenals de directe en indirecte effecten van dit gedrag voor individuele grondwaterwinningen kwantitatief te begroten. Het toetsen van deze methodologie voor de PIDPA- grondwaterwinning van Olen

III. Het gedrag van N Vervluchtiging (OZ) Mineralisatie (OZ) Nitrificatie (OZ) Immobilisatie (OZ) Denitrificatie (OZ & VZ) Plantopname (OZ) Transport/uitloging (OZ & VZ)

IV. Methodology Geïntegreerde modelleringsomgeving Definitiestudie Scenario-analyse Gegevens

Definitiestudie Verzameling & screening van beschikbare gegevens & Hydrologische en hydrogeochemische analysis Probleemdefinitie & Formulering van de onderzoeksdoelstellingen Vastleggen van de onderzoeksstrategie - dataverzameling - processen en componenten - software - scenario’s

IV. Gevalstudie PIDPA grondwaterwinning voor drinkwaterprodutie te Olen Definitiestudie Ontwikkeling van de geïntegreerde hydrogeochemische modelleringsomgeving Scenario-analyse

Definitiestudie Regionale situering Topografie en hydrografie Lokale situatie Geologie

Preliminaire gegevensanalyse Lokaal hoge NO 3 -concentraties in de freatische aquifer. NO 3 afwezig in de semi-afgesloten aquifer en in het ruwe winningswater. Stijgende concentratie van SO 4 en Fe(II) in het ruwe winningswater sinds aanvang winning.

Probleemdefinitie Beïnvloedt de NO 3 -concentratie in de freatische aquifer thans rechtstreeks of onrechtstreeks de kwaliteit van het semi-afgesloten grondwater (en dus van het opgepompte water) of zal het dit in de toekomst doen ?????

Onderzoeksobjectieven De ontwikkeling van een geïntegreerd (hydro-) geochemisch model om het directe en indirecte effect van NO 3 -uitloging op de kwaliteit van het semi-afgesloten grondwater te begroten. Een scenario-analyse m.b.v. het geïntegreerde gecalibreerde/gevalideerde model voor de site te Olen.

Uitwerking methodologie Gegevensverzameling Ontwikkeling, calibratie en validatie van een geïntegreerd hydrogeochemisch model voor het infiltratiegebied van 1 pompput voor de PIDPA-waterwinning te Olen Scenario-analyse

Gegevensverzameling –Geographische karakterisatie Bodemkaarten Landgebruikskaarten Lokaties van belangrijke winningen Lokaties van piëzometers, en Lokaties van lymnigrafische stations.

–Fysische karakterisatie Geologische en pedologische profielopbouw Hydrodynamische karakteristieken, ……… –Chemische en hydrogeochemische karakterisatie Chemische samenstelling bodem en bodemwater Mineralogische samenstelling geologische lagen Samenstelling grondwater ……….

Lokale geologie en geochemie

Karakterisatie van het transportgedrag van NO3 in de bodem

–Tijdsreeksen van randvoorwaarden en toestands- variabelen Neerslag/ET0 Pompdebieten Rivierdebieten Piezometrische hoogten Bodemvochtgehalten Chemische samenstelling bodem- en grondwater ……….

Geohydrologische analyse

Hydrogeochemische analyse

Geïntegreerd hydrogeochemisch model DAISY MIKE-SHE/MIKE11 (WM) PHREEQC MIKE-SHE(AD+BM)

Scenario-analyse Pompregimes: –Actueel pompregime –Vergund debiet Bemestingsregimes: –Actuele (landbouwkundige) N-bemesting –Bemesting i.f.v. de beschermingszones en volgens de verscherpte normen –Nulbemesting Transportregime –Matrix-stroming –Duale porositeit

Conclusies grondwaterwinning (PIDPA Olen) 1) geen stijging van NO 3, Fe(II) noch SO 4 ter hoogte van de filters van de pompputten; 2) op lange termijn (> 20 jaar) wordt de kwaliteit van het ruw opgepompte grondwater in belangrijke mate beïnvloed door de kwaliteit van het infiltrerende freatische water; 3) behalve in het geval van een nulbemesting komen in het freatische grondwater lokaal sterk verhoogde NO 3 -concentraties voor (> 50 ppm). Dit heeft zeer waarschijnlijk een belangrijke impact op de NO 3 -concentraties in het oppervlaktewater;

4) hoge (natuurlijke) achtergrondconcentraties in de semi- afgesloten aquifer maskeren de uitloging van Fe(II) en SO 4 vanuit de remmende kleilaag t.g.v. de oxidatie van pyriet door O 2 en NO 3, en 5) combinaties van verhoogde N-toediening, hoge pompdebieten en een stromingsregime, gekenmerkt door duale poreuse stroming tasten de TRC (Total Reduction Capacity) van de remmende kleilaag in belangrijke mate aan.

V. Algemene conclusies 1) Er werd een ‘geïntegreerde’ methodologie voor de beschrijving en de kwantificatie van het gedrag N in infiltratiegebieden van grondwaterwinningen opgesteld : o.b.v. meetgegevens en proceskennis (modellen) rekening houdend met de verschillende componenten van de hydrologische cyclus Rekening houdend met de fysische, chemische en biologische processen 2) De methodologie is ‘algemeen toepasbaar’ en dus ‘flexibel’: Mogelijkheid tot implementatie case-specifieke gegevens

3) De methodologie is ‘open’ mogelijkheid tot uitbreiding (bv. Integratie van oppervlaktewaterkwaliteit) 4) De methodologie is een ‘geschikt instrument’ ten behoeve van: algemeen waterbeheer optimalisatie van pompregimes het definiëren van gebiedsgerichte bemestingsregimes MER-studies