Nitrat i grundvand grundvandskemi og forvaltning

Transkript

1 Nitrat i grundvand grundvandskemi og forvaltning Seniorrådgiver, geokemiker Lærke Thorling De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet

2 Hvad er indholdet af nitrat i grundvand? Status og udvikling, beskyttelsesbehov Banalt spørgsmål, mange svarmuligheder. Vandværkernes råvand Seneste nitrat 2010 Alle data i Jupiter, middel nitrat Der er ikke taget højde for indvindingsmængder. Der er ikke taget højde for forskellige dybder.

3 Lovgivningsmæssige rammer EU: Nitratdirektivet Drikkevandsdirektivet Vandrammedirektivet Grundvandsdirektivet DK: Miljøbeskyttelsesloven Vandmiljøplanerne Områder særlige drikkevandsinteresser---

4 Nødvendighed af konceptuelle modeller Vi kan ikke se grundvandet. Konceptuelle modeller er en forudsætning for Beskyttelses og overvågningsstrategi samt fortolkning af data, når grundvands tilstand fastsættes, udredning af effektmålinger. Grundvandsdirektivet skriver fx: på grundlag af relevante overvågningsresultater og en passende konceptuel model af grundvandsforekomsten vurdere: tilstand osv. 5D forståelse af systemet: Hver enkelt måling repræsenterer et punkt (x,y,z,t g,t p ). (x,y,z) placeringen af boringen filter /indtag, t g tidspunkt for grundvandsdannelsen, (periode) t p tidspunkt for prøveudtagning.

5 Nitratfrontens dynamik- teori Bemærk ingen skala eller geologiske lag!! Findes ved grundvandskortlægning!

6

7 Konceptuel model for nitratfrontens beliggenhed på typelokaliteter Kalk

8 1. Tykke tætte lerlag 2. Tynde oxiderede lerlag 3. Forstyrrede utætte lerlag 4. Hedeslette 5. Bakkeøer, ofte pyrit og brunkul 6. Postglaciale marine aflejringer 7. Velbeskyttede små magasiner 8. Sand over kalk 9. Bornholm, klipper mv Side november 2013 Geologiske sårbarhedstyper mht nitrat. Fra NPO-forskning

9 Konsekvenser af basale konceptuelle nitrat-model Nuværende tilstand for nitrat er et resultat af nitratudvaskning over de sidste 50 år eller mere Overvågede tilstand ser først grundvandet > 5-10 år efter udvaskning fra jordbunden Tilstanden er afhængig af både geologi og arealanvendelsen Effekten på økosystemer og overfladevand afhænger af strømningsmønsteret, der skal kortlægges. Mængde/konc. Kort vil vise grundvand af forskellig alder, selv hvis alle prøver er udtaget samme dag. Kort kan blande grundvand fra lag med og uden nitrat, og data bør derfor sorteres før indtegning på kort. Kortlægningsskala afhænger af behov og økonomi

10 Nitratfronten kortlagt på basis af boringsoplysninger-farve Depth (mbs) < m 1x1 km grid Hver celle kan have: Ingen data Modsigende data Repeterede fonter Øverste er valgt Bemærk myten om det sårbare Vestjylland. Ernstsen et al., 2006

11 Kort over nitrat i grundvandet: To MEGET forskellige kort, data fra boringer med og uden nitrat Mægtigheden af de vandførende lag ukendt!

12 Nitratkoncentrationer i grundvandet 1 NO 3 mg/l = 4,43 NO 3 -N mg/l Side november 2013

13 Side november 2013 Status i EU Husdyrgødning- N Har Danmark særlige problemer?

14 Side november 2013 Status i EU Total- N-gødning kg/ha Har Danmark særlige problemer? DK kgn/ha ca % mere end røde, lyserøde signatur

15 Side november 2013 Hvad siger overvågningen i EU? Husk for behold for stationsnettets design!

16 Side november 2013

17 Farver på oxiderede og reducerede sedimenter MUNSEL Soil Color Charts 10YR 5Y 2.5Y Oxiderede sedimenter Reducerede sedimenter Side november 2013 Vibeke Ernstsen

18 Side november 2013

19 Side november 2013

20 Side november 2013

21 Side november 2013

22 Nitratkoncentrationer i grundvand i praksis Nitrat har ikke kun én værdi i et grundvandsmagasin, fordelingen afhænger af redox og arealanvendelsen over tid Side november 2013

23 Heterogen geologi, vandindvinding og nitratreduktion Boulstrup DGU Side november 2013

24 Redoxforhold ved Boulstrup i en begravet dal, nitratsårbarhed Side november 2013

25 Den Umættede Zone

26 UMÆTTET ZONE Rodzone eller jordvandszone Intermediærezone Kapillære zone MÆTTET ZONE (GRUNDVANDS-ZONE) Side november 2013

27 Reducerende stoffer: biotilgængeligt organisk stof reduceret svovl (pyrit & svovlbrinte) tilgængeligt ferrojern (opløst og strukturelt bundet) mangan methan? NOGEN FORBRUGES - NOGEN GENDANNES Side november 2013 Vibeke Ernstsen

28 Nitratreduktion: umættede forhold Forekomst af nitratreduktion under umættede forhold afhænger af: Mulighederne for at etablere iltfri forhold TILFØRSEL af let omsættelige reducerende stoffer Fx udvaskning af org. stof fra gylle Opstigende metan Evt ferrojern fra jordmatrix- i opsprækket ler. Reaktionshastigheden afhænger blandt andet af Tilgængeligheden af reduktionsmidlerne Vandmætning og jordtemperatur Nitratindhold og iltindhold Side november 2013

29 Viden om nitratreduktion i umættet zone Nitratreduktion i umættet zone er kun konstateret i op til 3 m.u.t ( fx i vandlidende jorde) I feltundersøgelser er nitratreduktion altid påvist i mættet zone. Eks LOOP, hvor der udtages prøver fra boringer i mættet zone Eks NPO og SMP undersøgelser af GEUS/Foulum Markante nitratreduktion i grundvandsspejlet set flere steder, dvs ved overgang til mættet zone og iltfri forhold. Side november 2013

30 Reduktion af nitrat - geologiske typeområder I II III IV V Tilførsel af reducerende stoffer Oxiderede sedimenter Reducerede sedimenter Grundvandsspejl I Nitrat II Nitrat III Nitrat IV Nitrat V Nitrat 3 mut. Dybde Dybde Dybde Dybde Dybde Vibeke Ernstsen 2006 Side november 2013

31 Hvad er reduktionskapacitet. Potentielle reduktionskapacitet- samlede mængde stoffer pr volumenenhed, der teoretisk set kan reducere nitrat. Aktuelle reduktionskapacitet- delmængde stoffer pr volumenenhed, der i praksis set kan reducere nitrat. Man kan kun måle den potentielle reduktionskapacietet ved alm simple laboratorie målinger. Bestemmelse af aktuelle nitratreduktionskapacitet kræver helhedsforståelse af hele strømningssystemet. Side november 2013

32 Nitratfrontens dynamik- teori Side november 2013

33 Historisk arealanvendelse afspejlet i grundvandet

34 Hvorfor varierer nitrat med tiden? Årsager til variationer Ændret arealanvendelse. Økonomi og regulering. Ændret rumlig udbredelse af nitrat, fx indvinding. Geokemiske processer. Hvad mener vi med tiden? Tidspunkt for måling eller tidspunkt for udvaskning? Brug af datering til at transformere data med forskellig grundvandsalder, kan give meget fine ideer om nitrat i grundvand gennem tiden, og dermed forklaringskraft over for rumlige fordeling af nitrat som ikke skyldes geokemiske forhold

35 Den gode Tidsserier i enkelte indtag. 500 Den rædsomme O2 300 NO3 100 SO O2 Nitrate, oxygene, sulphate NO3 20 SO Fremtiden? O2 NO3 SO Den onde Nitrate, oxygene, sulphate Den grusomme Nitrate, oxygene, sulphate O NO3 80 O2 SO NO SO Nitrate, oxygene, sulphate Nitrate, oxygene, sulphate

36 En national tidsserieanalyse års-tidsserier fra GRUMO programmet: 2. Årlige N overskud i landbruget fra Danmarks Statistik 3. CFC datering af grundvand udført ES&T paper: 45, : Hansen et al. 2011

37 Udvikling i nitrat i grundvand og kvælstofoverskud i landbruget Iltet grundvand i GRUMO dateret med CFC

38 Nitrat udvikling i 3 aldersgrupper 152 oxiske overvågningsindtag - 94 med significante trends

39 Nitrattrends ( ) i øvre grundvand (LOOP) og GRUMO

40 Dybden og Nitrattrends i grundvand Loop og GRUMO ( )

41 Konklusioner Trends Vandmiljøplanerne ser ud til at have forbedret grundvandets kvalitet på national skala. Uden konceptuel model kan grundvandet ikke vurderes mht. kvalitet og udviklingstendenser. Pas godt på vores overvågningsprogrammer, de skal være konservative og stabile. Uden datering af grundvandet kan fortolkning af tidsserierne ikke ske sikkert og relativt hurtigt efter indsatsplanerne. Overvågningsbranchen er som skovbrug: Værdien af investeringerne stiger med tiden, og der er kun begrænset afkast på den korte bane. Vi skal kunne planlægge over dekader.

42 Vandmiljøplanerne gør en forskel for grundvandets kvalitet Photo: Bente Fyrstenberg Nedergaard

43 Grundvandet påvirker overfladevand STORT VIDENSBEHOV Ravnkilde

44 Grundvandets betydning for Fjorde og andre miljøforhold Overordnet konceptuel model for DK: Afhængigt terrestrisk økosystem (ådalseng): Tilknyttet akvatisk økosystem: Side november 2013 Modified after Hinsby et al.l (2008)

45 Fosfor i grundvand, relevant for natur og drikkevand Naturligt indhold fra sedimentkilder eller påvirkning fra samfundet?? Iltfrit grundvand har højeste fosforindhold Påvirkning fra grundvand til søer mv. Manglende viden Fjernes let på vandværker ved beluftning.

46 Videnshuller Grundvandets påvirkning af overfladevand og grundvandsafhængige terrestiske økosystemer Metoder til fastlæggelse af tærskelværdier i grundvandet af hensyn til ydre miljø. Metoder til trendanalyser Opstilling af operationelle konceptuelle modeller.

47 Vidensgrundlag til næste vandplaner Målretning af grundvandsovervågningen Stationsnettet er under omlægning skal dække alle GVF i risiko. Påvirkning af overfladevand: BEHOV FOR FORSKNING, en smule metodeudvikling i gang med små midler. Fokus på det påvirkede grundvand i overvågningen. Repræsentativitet? Synergi med viden fra grundvandskortlægningen Udnyttelse af viden fra Vandværkerne (bias) Nye dateringsmetoder under udvikling til datering af det yngste vand. Kortlægningsbehov ifht stedspecifik regulering.

48 Grundvandskortlægningen Udgangspunkt: Kortlægningen slutter i 2015 Stedspecifik indsats! Kortlægning af forskelle i sårbarhed. Den nye betænkning fra landbrugskommisionen Stedspecifik regulering ihft generel regulering kræver mere viden. Miljømål skal stadig forfølges- Hvad er det realistiske videnbehov! Og dermed sikkerhed?