Water Matters - april 2016

Uitgave H2O Voorwoord 2 Hoe vernieuw je het waterbeleid? 4 Hoeveel water is nodig voor een product? 8 Slibopslag na de gisting 12 Meer extreme neerslag 16

WATER

MATTERS KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS April 2016

Zuivering via oeverfiltratie: voorspelbaar? 20 De invasie van de quaggamossel 26 Gezuiverd rioolwater voor de landbouw 30 Hoe haal je geneesmiddelen uit afvalwater? 34 Vissen herkennen aan hun DNA 39 De echte waterkwaliteit bij gemalen 43 Veilig zwemmen in de gracht? 47

2

VOORWOORD

Water Matters: wat de Nederlandse watersector te bieden heeft!

Wat heeft de Nederlandse watersector te bieden? Welke nieuwe kennis wordt ontwikkeld? En wat kan men daarmee doen in de praktijk, in Nederland of daarbuiten? Dat is het thema van Water Matters, het halfjaarlijkse kenniskatern van H2O. Hierbij presenteren we de derde aflevering, met elf waardevolle artikelen.

Water Matters is, net als maandblad H2O en H2O-Online, een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk (KNW), het onafhankelijke kennis(sen)netwerk voor en door Nederlandse waterprofessionals. Leden van KNW krijgen Water Matters twee keer per jaar als bijlage bij hun maandblad H2O. De uitgave van Water Matters wordt mogelijk gemaakt door vooraanstaande spelers in de Nederlandse watersector. Deze Founding Partners zijn Alterra Wageningen UR, ARCADIS, Deltares, KWR Watercycle Research Institute, Royal HaskoningDHV en de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Zij willen met Water Matters nieuwe, toepasbare waterkennis toegankelijk maken voor een breed publiek van waterprofessionals.

U kunt Water Matters ook digitaal lezen op H2O-Online (www.vakbladh2o.nl/watermatters). Daarnaast is deze uitgave als digitaal magazine ook geheel in het Engels beschikbaar via dezelfde website of via www.h2o-watermatters.com. De uitgave in het Engels wordt mede mogelijk gemaakt door Netherlands Water Partnership (NWP), het netwerk van circa 200 samenwerkende (publieke en private) organisaties op het gebied van water.

Voor u als waterprofessionals is het goed om te weten dat u Engelstalige artikelen vanuit het digitale magazine heel eenvoudig kunt delen met uw internationale relaties. En artikelen uit eerdere edities van Water Matters zijn ook gemakkelijk terug te vinden.

Wilt u als Nederlandse waterprofessional ook een bijdrage leveren aan Water Matters? Dien dan eerst een beknopt voorstel in bij redactie@vakbladh2o.nl om te worden beoordeeld door de redactieraad. Welke vraag wilt u met uw artikel beantwoorden (meestal de onderzoeksvraag), hoe luidt het antwoord in hoofdlijnen en wat is de betekenis voor de praktijk in de watersector? Bekijk ook eens de auteursinstructies op H2O-Online: www.vakbladh2o.nl. De deadline voor het inzenden van samenvattingen voor de editie van komend najaar is 5 mei.

We wensen u veel leesplezier met deze derde aflevering van Water Matters.

Monique Bekkenutte Uitgever (Koninklijk Nederlands Waternetwerk) Huib de Vriend Voorzitter redactieraad Water Matters

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

INHOUD Beleid De kracht van kleine stapjes 4

Hoe kom je tot ander waterbeleid?

De resultaten van een lerende evaluatie in drie Nederlandse proeftuinen.

COLOFON Water Matters is een uitgave van Koninklijk ­Nederlands Waternetwerk (KNW) en wordt mogelijk g ­ emaakt door Alterra ­Wageningen UR, ­ARCADIS, Deltares, KWR Watercycle Research Institute, Netherlands Water Partnership (NWP), Royal HaskoningDHV en de Stichting Toegepast Onderzoek Water­beheer (STOWA) UITGEVER Monique Bekkenutte (KNW) HOOFDREDACTEUR Roel Smit REDACTIEADRES Binckhorst­laan 36, M420, 2516 BE Den Haag, e-mail: redactie@vakbladh2o.nl REDACTIERAAD Huib de Vriend (voorzitter), Gertjan Medema, Paul Roeleveld, Petra Ross, Jeroen Veraart, Joachim Rozemeijer, Michelle Talsma VORMGEVER Ronald Koopmans BLADMANAGEMENT Gerrit Holtman PRODUCTIE Hoeksjan Redactie en Communicatie DRUK Senefelder Misset, Doetinchem

Levenscycli

Hoeveel water is nodig? 8

Hoe breng je in beeld wat de invloed is van producten en productieprocessen op de beschikbaarheid van zoetwater?

Slibopslag

Het vergeten klimaateffect 12

Het vermijden van CO2-uitstoot is belangrijk.

Maar vergeet bij rioolwaterzuivering ook methaan en lachgas niet.

Statistieken Meer extreme neerslag16 Hoe vaak regent het, hoe hard en hoe lang?

Onderzoek maakt de nieuwste klimaatscena­ rio’s toepasbaar voor waterbeheerders.

Oeverfiltratie

Hoe voorspelbaar is zuivering? 20

Nederlandse drinkwater wordt deels gemaakt uit oppervlaktewater met oeverfiltratie.

Worden microverontreinigingen zo verwijderd?

Quaggamossel de invasie in beeld 26

Hij is een vriend, maar ook een vijand. Hoe kun je de invasie van de quaggamossel in beeld brengen?

APRIL 2016

Landbouw Is

gezuiverd rioolwater bruikbaar? 30 Restwater van een rioolwaterzuivering bevat diverse milieuvreemde stoffen. Wat zijn de risico’s voor de landbouw?

Geneesmiddelen De effectiviteit van zuivering 34

Zijn technieken voor drinkwaterzuivering ook bruikbaar voor het zuiveren van rioolwater?

Visstand Monitoren met DNA 39 Met de hand tellen van vissen is niet eenvoudig en misschien ook niet betrouwbaar. Erfelijk materiaal biedt uitkomst.

Waterkwaliteit

Frequent meten bij gemalen 43 Hoe betrouwbaar is het meten van waterkwaliteit bij poldergemalen? En wat kan beter?

Zwemmen Hoe veilig is de gracht 47

Een stadsgracht is geen zwemlocatie. Kan een waterschap echter toch een inschatting maken van te verwachten waterkwaliteit?

3

4

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Arwin van Buuren (Erasmus Universiteit Rotterdam Vakgroep Bestuurskunde)

Gerald Jan Ellen (Deltares)

VERNIEUWING IN WATERBELEID: DE KRACHT VAN KLEINE STAPJES Hoe kom je tot ander beleid? Hoe zorg je ervoor dat oude routines worden losgelaten? Die vragen zijn actueel nu het Nederlandse waterveiligheidsbeleid volop in beweging is: van het voorkomen van overstromingen naar het minimaliseren van de risico’s. De resultaten van een lerende evaluatie in drie Nederlandse proeftuinen Het Nederlands waterveiligheidsbeleid is in beweging. Er vindt een omslag plaats van een door dijken (preventie) gedomineerde benadering naar een risicobenadering. Hierin is ook een belangrijke rol weggelegd voor het beperken van de gevolgen van overstromingen door ruimtelijke maatregelen en rampenbeheersing. We noemen dit meerlaagsveiligheid.

Meestal zijn (bijna-)rampen (trigger events) nodig om daadwerkelijk beleidsomslagen ­teweeg te brengen: de watersnoodramp van 1953, de bijna-overstromingen van 1993 en 1995 en de orkaan Katrina in de Verenigde Staten in 2005.

Als deze rampen er niet zijn, is beleidsverandering veel meer een zaak van muddling through: kleine stapjes en slimme duwtjes. De theorie van padafhankelijkheid leert ons daarbij dat er tal van technische, culturele, financiële en institutionele factoren zijn die het bestaande beleidssysteem in zijn huidige evenwichtstoestand houden en die een beleids­ vernieuwing – het vinden van een ander ‘pad’ – bemoeilijken.

5

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

De vraag is dan: hoe realiseer je beleidsvernieuwing?

En hoe ontstaat de bereidheid om oude routines los te laten? In dit artikel gaan we daar dieper op in aan de hand van drie pilots meerlaagsveiligheid _ ­Marken, Eiland van Dordrecht en IJsselvechtDelta _ die in 2015 door een lerende benadering zijn geëvalueerd .

Voordat we ingaan op ons onderzoek, beschrijven we eerst beknopt de beleidshistorie van het Nederlandse waterveiligheidsbeleid om zodoende te begrijpen hoe ‘diep’ het inzetten op meerlaagsveiligheid het water­ veiligheidsbeleid raakt.

Evolutie in het denken Na de stormvloedramp van 1953 kreeg het water­ veiligheidsbeleid een belangrijke impuls die nog steeds doorwerkt. Op basis van de rapportage van de eerste Deltacommissie (1960) werd een veiligheids­ niveau ten aanzien van overstromingen vastgesteld, gebaseerd op enerzijds de kosten van het versterken en verhogen van waterkeringen en anderzijds de mogelijke schade bij een overstroming . Dit ’pad’ werd gefundeerd door wetgeving, zoals de eerste Deltawet gericht op het uitvoeren van het Deltaplan, inclusief financiering en kennisprogramma’s.

De elkaar snel opvolgende ‘bijna-overstromingen’ van 1993 en 1995 in het rivierengebied waren een aanzet voor een benadering die anders was dan het ‘pad’ dat sinds de eerste Deltawet was ingezet, namelijk ruim­ te voor de rivier. Deze omslag werd sterk beïnvloed door de steeds prominentere aandacht voor natuur­ ontwikkeling en ruimtelijke kwaliteit .

Een volgende ‘verbreding’ van het waterveiligheids­ beleid – niet alleen naar het ruimtelijke domein, maar ook naar de rampenbeheersing – was de orkaan Katrina. Deze grote ramp droeg sterk bij aan het besef dat Nederland wellicht toch niet helemaal veilig was, ondanks de dijken. Mede naar aanleiding van de situatie in de Verenigde Staten richtte het kabinet in 2006 de Taskforce Management Overstromingen (TMO) op. Deze concludeerde in 2009 dat er nog veel te doen was in Nederland om organisatorisch beter voorbereid te zijn op overstromingen.

Mede naar aanleiding van Katrina werd in 2007

APRIL 2016

ook een staatscommissie voor duurzame kust­ ontwikkeling – ook wel tweede Deltacommissie of ­commissie-Veerman – ingesteld.

Met het publiceren van het rapport van de tweede Deltacommissie werd weer de oorsprong van het ‘pad’ van de eerste Deltacommissie opgezocht: ­waterveiligheid bestaat uit het beheersen van kansen en gevolgen. Zo concludeert de tweede Deltacom­ missie: “De beheersing van het risico vindt plaats door een combinatie van maatregelen die de kans beperken (preventie) en maatregelen die de gevolgen beperken (pro-actie, preparatie en respons)”.

Hiermee werd de basis gelegd voor de beleidsver­ nieuwing: meerlaagsveiligheid, zoals deze werd opgenomen in het eerste Nationaal Waterplan (NWP) in 2009.

Pilots meerlaagsveiligheid Het NWP bepleitte vooral te experimenteren met het concept van meerlaagsveiligheid. Dit gebeurde dan ook door in 2011 eerst gebiedspilots te organiseren, waarin de uitdagingen ten aanzien van het beleids­ concept in beeld werden gebracht. Deze bleken vooral in verdeling van verantwoordelijkheden, f­ inanciering, borging van afspraken en aantoonbaarheid van effec­ tiviteit te liggen. Vervolgens werd in het kader van het Deltaprogramma in 2012-2013 meerlaagsveiligheid in proeftuinen nader verkend. Dit resulteerde er uitein­ delijk in dat drie pilots meerlaagsveiligheid werden aangewezen die een fase van MIRT-onderzoek in konden gaan: Marken, het eiland van Dordrecht en de IJsselvechtdelta.

Het Meerjarenprogramma Infrastructuur, Ruimte en Transport (MIRT) gaat over de financiële investerin­ gen in integrale, gezamenlijke oplossingen (program­ ma’s en projecten). Het doel van een MIRT-onderzoek is om voorafgaande aan het vaststellen van het MIRT de opgave of ontwikkelrichting nader te concretiseren qua inhoudelijke scope, geografische omvang, tijd en/ of doel.

Het doel van de drie pilots was niet alleen om moge­ lijke strategieën in deze specifieke gebieden te ont­ dekken, maar ook om te leren over de vormgeving en organisatie van meerlaagsveiligheid. Daarom is van

Hoe vernieuw je het waterbeleid?

4

6

WATER MATTERS

MARKEN

IJSSEL-VECHTDELTA

DORDRECHT

Aanleiding

Dijken voldoen niet aan de waterveiligheidsnorm

Commissie-Veerman en provinciaal investeringsbudget

Besef kwetsbaarheid Dordrecht na ramp Katrina en opgave Voorstraat

Doel pilot

Komen tot m ­ aatwerkoplossing voor waterveiligheid op Marken

‘Deltaproof’ delta door ontwikkelen visie en uitvoeren projecten

Waterveiligheid Eiland van Dordrecht robuust maken

Resultaten slimme combinaties

Opties voor slimme combina­ ties kunnen niet rekenen op draagvlak en zijn relatief duur

Enkele opties nog wel in beeld, maar zijn relatief duur en zijn te weinig effectief

Eén slimme combinatie in beeld, waarbij wordt ingezet op compartimentering

Resultaten meerlaags­ veiligheid

Veel kansrijke maatregelen in laag 3 op de korte termijn en in laag 2 op de lange termijn

Veel korte termijn maatregelen in laag 2 en laag 3, deel reeds uitgevoerd

Twee combinatiepakketten met kansrijke maatregelen in laag 2 en laag 3

Resultaten bijvangsten

Gebiedskennis, samenwerking tussen overheid en bewoners

Gebiedskennis, bewust­ wording, plaats op politieke agenda

Kennis over zelfredzaamheid en gevolgbeperking, (inter) nationaal imago

diverse kanten benadrukt dat een evaluatie van deze pilots belangrijk is om er maximaal van te kunnen leren.

Zodoende is gekozen voor een lerende evaluatie als onderzoeksmethode. De volgende drie kenmerken zijn leidend voor een lerende evaluatie.

1. De evaluatie vindt ‘tijdens de rit’ plaats, zodat inzichten kunnen doorwerken in de onderzochte praktijken. Voor de evaluatie meerlaagsveiligheid betekende dit dat we naast 26 interviews en een uitgebreide documentstudie ook participerend konden observeren bij overleg en tijdens bijeen­ komsten.

In het schema hierboven worden globaal de cases en de resultaten beschreven.

In alle drie de pilots zien we dat de deelnemende overheden (in meerdere of mindere mate) loskomen van hun strikte, wettelijke taken en nadenken over de vraag hoe zij kunnen bijdragen aan het beheersen van de risico’s van overstromingen.

De waterbeheerder kijkt bij de veiligheidsregio in de keuken en vice versa, en gemeenten en provincies ervaren wat de consequenties zijn van hun handelen voor het risico achter de dijk.

2. Tijdens de lerende evaluatie vindt nauwe interactie met de betrokkenen plaats, zodat de resultaten door hen herkend en erkend worden. Dit kreeg gestalte door frequent overleg met een breed samengestelde begeleidingscommissie en focus­ groepen waarin de resultaten werden teruggelegd bij de direct betrokkenen.

Daarmee ontdekken deze overheden ook hoe zij ­elkaar kunnen helpen en versterken, door hun hande­ len aan te passen en vanuit een gezamenlijke opgave terug te redeneren naar de vraag: wat betekent dit voor de wijze waarop ik mijn taak realiseer? Bijvoor­ beeld door in de ruimtelijke ordening meer rekening te houden met het overstromingsrisico (denk aan waterrobuuste inrichting, evacuatiemogelijkheden).

Hierdoor kan een normverhoging van de dijk op ter­ mijn worden voorkomen.

3. In de lerende evaluatie is ruimte voor het geza­ menlijk leren van ervaringen, het gezamenlijk interpreteren en waarderen van de opbrengsten en het gezamenlijk ontdekken van lessen. Dit deden we in een gezamenlijke reflectiesessie en een expertsessie.

Vernieuwing vraagt om vrijplaatsen Beleidsdomeinen worden in meer of mindere mate gekenmerkt door padafhankelijkheid. Eerdere keuzen maken het aantrekkelijk om op hetzelfde pad te blijven, en bemoeilijken de overstap naar een ander pad. In dit soort systemen is veel leren exploirerend:

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

bestaande routines worden verfijnd, maar echte ­alternatieven worden niet verkend. De focus op doel­ matigheid, risicobeperking en snelheid minimaliseert de ruimte om buiten gebaande paden te treden.

Daarom is juist in dit soort systemen het belang van vrijplaatsen groot. Deze vrijplaatsen onderhouden het tweede-orde leerproces (doen we de goede dingen), waar in het reguliere systeem vooral eerste-orde leren (doen we de dingen goed genoeg) plaatsvindt.

Daarbij is het ook van belang om bewust op zoek te gaan – zoals blijkt uit de pilots meerlaagsveiligheid – naar kansrijke omstandigheden waarbinnen innova­ tieve ideeën kunnen worden uitgeprobeerd. Dit wordt in de literatuur geduid als strategisch niche management. Door strategisch bepaalde niches te kiezen waarin veelbelovende concepten of ideeën kunnen worden uitgeprobeerd en verder ontwikkeld, kan een traject van beleidsverandering worden gevoed en versneld. In de context van meerlaagsveiligheid geldt dit bijvoorbeeld voor gebieden waar daadwerkelijk slimme combinaties kansrijk zijn, omdat het lokaal individueel risico zou leiden tot een hoge norm voor de dijk, terwijl evacuatie van de bevolking in het be­ dreigde gebied efficiënter kan zijn.

Vrijplaatsen dragen echter alleen bij aan verandering van beleid en gedrag als deze verankerd zijn in het regime zelf. In pilots wordt meestal door betrokkenen veel geleerd. Vaak wordt er ook relatief snel geleerd.

Het gevaar is echter groot dat het leren beperkt blijft tot de veilige context van de pilot en niet doorwerkt in de thuishonken van de betrokken spelers. Door van meet af de verankering tussen pilot en thuishonken te organiseren, groeien thuishonken mee met het leerproces in de pilots en krijgt de beleidsvernieuwing gestalte.

Arwin van Buuren (Erasmus Universiteit Rotterdam Vakgroep Bestuurskunde) Gerald Jan Ellen (Deltares)

APRIL 2016

Literatuur Argyris, C. & Schön, D. (1978) Organizational Learning: A theory of action perspective. Addison-Wesley, Reading MA. Buuren, M.W. van., Ellen, G.J., van Popering-Verkerk, J., ­Leeuwen van, C.W.G.J. (2015) Die het water deert die het water keert: Overstromingsrisicobeheer als maatschappelijke gebiedsopgave. Opbrengsten en lessen uit de pilots meerlaagsveiligheid, Erasmus Universiteit Rotterdam, Rotterdam.

Edelenbos, J., & van Buuren, A. (2005). Evalueren als leerproces: een nadere kennismaking met de ‘lerende evaluatie’. Bestuurs­ kunde, 14(6), 2-12.

Lindblom, C. E. (1959). The science of ‘muddling through’.

Public administration review, 79-88.

Pierson, P. (2000). Increasing returns, path dependence, and the study of politics. American political science review, 94(02), 251-267.

SAMENVATTING Er is een vernieuwing gaande in het Nederlandse waterveiligheidsbeleid: meerlaagsveiligheid.

De vernieuwing is een beweging van een door preventie (dijken) gedomineerde benadering naar een risicobenadering waarbij ook het beperken van de gevolgen met ruimtelijke maatregelen en rampenbeheersing een belangrijke rol speelt om het risico van een overstroming te verkleinen.

De theorie van padafhankelijkheid leert ons dat bij een dergelijke – fundamentele – ­verandering er veel technische, culturele, financiële en institutionele factoren zijn die het bestaande beleidssysteem in zijn huidige evenwichtstoestand houden en die een beleidsvernieuwing – een ander ‘pad’ – bemoeilijken.

Uit de resultaten van een lerende evaluatie van drie pilots meerlaagsveiligheid blijkt op ­welke wijze deze beleidsvernieuwing vorm krijgt.

Belangrijke conclusie is dat de verankeringen van resultaten bij de ‘thuisorganisaties’ essentieel is. De pilots tonen daarnaast aan dat beleidsvernieuwing een proces is van doormodderen: kleine stapjes en slimme duwtjes, in plaats van grote stappen snel thuis.

Hoe vernieuw je het waterbeleid?

7

8

WATER MATTERS

HOEVEEL WATER IS NODIG VOOR EEN PRODUCT? AUTEURS

Zoetwater wordt wereldwijd steeds schaarser. In de ene regio schaarser dan in de andere. Hoe breng je in beeld wat de invloed is van producten en productieprocessen op de beschikbaarheid van zoetwater? Het Nederlandse ReCiPe is een levenscyclus-impactmodel om inzicht te geven in milieueffecten, waaronder het gebruik van water.

Anne Hollander (RIVM)

Michiel Zijp (RIVM)

Mark Huijbregts (Radboud Universiteit Nijmegen)

Francesca Verones (Department of Energy and Process Engineering, Noorwegen)

Milieugerichte levenscyclusanalyse (LCA) is een methode voor het in kaart brengen van de invloed van producten en productieprocessen op het milieu. Van de winning van grondstof­ fen via productie en (her)gebruik tot en met afvalverwerking. Het is te verwachten dat zulke benaderingen een steeds belangrijker rol gaan spelen bij het beoordelen van de duurzaam­ heid van producten.

Binnen een LCA wordt met milieumodellen (levenscyclus-impact modellen; LCIA-modellen) berekend wat de impact op het milieu is van alle emissies en gebruik (van grondstoffen) in de hele levenscyclus van het product.

Het in Nederland ontwikkelde ReCiPe-model is wereldwijd een bekende en veelgebruikte LCIA-methode. In dit model worden milieueffecten op twee niveaus beschouwd: midpoint en endpoint. Midpoints geven de bijdrage van een product aan een specifiek milieueffect aan. Voorbeelden van midpoints zijn klimaatverandering en verzuring. Endpoints worden gedefinieerd als de uiteindelijke schade op de natuurlijke omgeving (biodiversiteit), humane gezondheid en grondstoffenuitputting, die wordt veroorzaakt door de verschillende milieu­ effecten op midpointniveau.

In figuur 1 is schematisch een beeld gegeven van de levenscyclus van een product en de wijze waarop hier een milieuschadeberekening op uitgevoerd kan worden. Van links naar rechts zijn de fasen in een LCA-onderzoek gevisualiseerd, met een uiteindelijke impact­ berekening in ReCiPe op zowel midpoint- als endpointniveau.

Milieu-impact waterconsumptie In 2016 wordt een nieuwe versie van het ReCiPe-model gepubliceerd, waarin ook de be­ paling van de schade van zoetwaterconsumptie op biodiversiteit (bodem en zoetwater) en menselijke gezondheid is gekwantificeerd. De milieu-impact van waterconsumptie wordt zowel op midpoint- (waterconsumptie) als op endpointniveau (schade aan ecosystemen en humane gezondheid) bepaald (zie figuur 2).

De midpoint-factoren hebben als eenheid het aantal kubieke meters water dat wordt gecon­ sumeerd per het aantal kubieke meters gewonnen water en geven het relatieve verlies van water door verdamping of incorporatie in producten weer.

9

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

Figuur 1 Schematische weergave van de levenscyclus van een product en de wijze waarop door middel van LCA een milieuschadeberekening hierop uitgevoerd kan worden. Van links naar rechts zijn de fasen in een LCA-onderzoek gevisualiseerd, met een uiteindelijke impactberekening in ReCiPe op zowel midpoint- als endpointniveau

Modellering van de verschillende typen schade begint steeds met kwantificering van de vermindering van de beschikbaarheid van zoetwater.

Schade voor mensen wordt vervolgens veroorzaakt door de competitie tussen waterverbruik voor ­irrigatie en andere doeleinden. Tekort aan irrigatie leidt uiteindelijk tot voedselgebrek voor lokale bevolkings­ groepen en uiteindelijk verlies in levensjaren. Schade aan ecosystemen op land wordt gekwantificeerd als soortenverlies via het effect van watertekorten op netto bioproductiviteit, terwijl schade aan zoetwaterecosystemen wordt gekwantificeerd op basis van de relatie tussen aantallen zoetwatervissoorten en de waterafvoer van rivieren.

De berekeningen zijn uitgevoerd voor individuele lan­ den om rekening te houden met het feit dat de ­invloed van waterconsumptie in waterrijke landen heel an­ ders kan uitpakken dan in waterarme landen.

Midpoint- en endpointfactoren De uiteindelijke impact over de levenscyclus van een product als gevolg van waterconsumptie is de som van het geconsumeerde water (verschil tussen gewonnen en weer vrijkomende water) over alle ­processen die een rol spelen in de levenscyclus van een product, gewogen met midpointfactoren of end­ pointfactoren: ISe=iWEi,jxMFi,jxEFj,e • WEi,j staat voor de waterexctractie in proces i van de levenscyclus (bijvoorbeeld irrigatie van graan) in

APRIL 2016

Hoeveel water is nodig voor een product?

8

land j, (kubieke meters gewonnen water).

• MFi,j is de midpointfactor voor waterextractie door proces i in land j (kubieke meters geconsumeerd water per kubieke meters gewonnen water).

• EFj,e is de mid-to-endpointfactor voor watercon­ sumptie in land j voor endpoint e (bijvoorbeeld verlies aan levensjaren per kubieke meter geconsu­ meerd water).

Op basis van deze rekenmethode is per land vast­ gesteld wat de zogenoemde water requirement ratio is: de verhouding tussen de hoeveelheid geconsu­ meerd water en de hoeveelheid onttrokken water voor landbouwdoeleinden. Uit figuur 3 kan worden afgelezen dat de consumptiefractie van het water dat gewonnen wordt voor landbouwdoeleinden t­ ussen landen sterk varieert. Dit komt doordat tussen lan­ den grote verschillen bestaan in de efficiëntie van ­irrigatiesystemen. In de geïndustrialiseerde landen wordt irrigatie zeer efficiënt toegepast, terwijl in ­ontwikkelingslanden vaak veel water verloren gaat.

Bij het uitvoeren van een LCA van een landbouwpro­ duct is het dus van belang dat wordt gekeken naar het herkomstland van de waterconsumptie. De midpoint­ niveau-berekening is dus gebaseerd op de hoeveel­ heid onttrokken water voor een bepaald proces vermenigvuldigd met de water requirement ratio en dat gesommeerd over alle processen die relevant zijn voor de levenscyclus van een product (zie ook formule hierboven). Dit geeft de totale hoeveelheid werkelijk geconsumeerd water over de levenscyclus van een product.

10

WATER MATTERS

Figuur 2 Oorzaak-effect keten van waterconsumptie zoals geïmplementeerd in ReCiPe 2015

Waterconsumptie

Reductie in zoetwater beschikbaarheid

In figuur 4 zijn de karakterisatiefactoren (CF) per land voor menselijke gezondheid weergegeven als verlies in levensjaren per kubieke meter waterconsumptie.

Op basis hiervan worden dus endpoints berekend, in dit geval voor gezondheid. In een aantal rijke landen (onder andere de Verenigde Staten, Canada, Australië en landen in Europa) is het verlies aan levensjaren nihil. Deze landen hebben water in overvloed. Voor relatief arme landen, zoals India en de landen rond de Sahel, is het verlies aan levensjaren per kubieke meter gebruikt water relatief hoog (6 jaar verlies per miljoen kubieke meter).

Discussie De beschreven methode is natuurlijk niet perfect.

LCA-methodieken moeten geschikt zijn voor het beschrijven van alle stappen in de levenscyclus voor een zeer breed scala aan producten en diensten.

Bovendien wordt een groot aantal milieuaspecten naast ­elkaar beoordeeld in een LCA-studie, en daarbij moeten de methoden geschikt zijn voor milieubeoor­ delingen op mondiale schaal.

De gehanteerde methoden geven een sterk vereen­ voudigde weergave van de werkelijkheid. Bovendien moeten door gebrek aan data aannamen gedaan worden. Er is voor het milieuaspect van water­ schaarste bijvoorbeeld geen rekening gehouden met ­fysisch-geografische verschillen op lokale schaal, ­zoals bodemgesteldheid en beschikbaarheid van grondwaterlichamen. Voor locatiespecifieke vraag­ stukken is het dus altijd beter om een analyse te maken op basis van lokale omstandigheden. Voor vraagstukken op mondiale schaal en voor het beoor­ delen van ketens, geeft LCA echter goed inzicht in de verwachte milieueffecten van een bepaalde activiteit.

De praktijk Grootschalig tekort aan zoetwater is een mondiaal

Watertekort voor irrigatie

Ondervoeding en kwetsbaarheid van de bevolking

Schade aan humane gezondheid

Afname in plantendiversiteit

Verdwijnen terrestrische (dier)soorten

Gewijzigde rivierafvoer

Verdwijnen zoetwater (vis) soorten

probleem, dat vooral speelt in ontwikkelingslanden.

Hoewel het ver van ons bed lijkt, zijn we er via bijvoor­ beeld de voedselproductieketens in Nederland direct bij betrokken.

Hoewel de hier beschreven methodiek een vrij grove benadering geeft, kunnen we hiermee goed in beeld brengen wat het effect is van de consumptie van goederen hier op de waterproblematiek elders in de wereld.

Door sperzieboontjes uit Senegal te importeren, im­ porteer je indirect water uit een gebied waar het een schaars goed is. Voor de productie van een katoenen T-shirt is meer dan 1.000 liter water nodig is, in de katoenteelt en in het industriële productieproces. Met het T-shirt importeren wij als het ware kostbaar water uit gebieden waar dit schaars is.

Figuur 3: Midpointfactoren (in m3 geconsumeerd/m3 onttrokken) voor landbouwdoeleinden

Figuur 4: Kaart met karakterisatiefactoren per land voor menselijke gezondheid als verlies in levensjaren per m3 waterconsumptie

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

De bewustwording over het effect van de consumptie van voedsel en goederen uit waterarme gebieden groeit maar langzaam bij de Nederlandse consu­ ment. Voor het vergroten van die bewustwording is een rol weggelegd voor overheid en bedrijfsleven.

Het ontsluiten van kennis over productieketens (wat komt waar vandaan?) en het slim combineren van kennis over waterbeheer en LCA kunnen helpen de wereldwijde informatievoorziening rond zoetwater­ voorziening en –schaarsteproblemen beter in beeld te brengen.

Vergelijkbare methoden hiervoor zijn de ‘water footprint’ (www.waterfootprint.org), specifiek de ‘blue ­water footprint’, of de methodiek van ‘water pricing’: het toekennen van een geldwaarde aan watercon­ sumptie op basis van schaarste-indicatoren (onder andere www.oecd.org). Hoewel onze ­berekeningswijze afwijkt van bijvoorbeeld die van de water footprint, is de benaderingswijze vergelijkbaar en dienen beide methodieken het doel om de impact van onze con­ sumptie van producten en diensten op de waterpro­ blematiek in de wereld in beeld te brengen.

Literatuur Goedkoop, M., Heijungs, R., Huijbregts, M. A. J., De Schryver, A., Struijs, J. and van Zelm, R. (2009). ReCiPe 2008: A life cycle impact assessment method which comprises harmonised category indicators at the midpoint and endpoint levels. First edition. Report i: Characterization. The Netherlands, Ruimte en Milieu, Ministe­ rie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer.

Huijbregts, M.A.J, Steinman Z.J.N., Elshout P.M.F., Stam G., ­Verones, F., Vierra M., Van Zelm, R., 2015. ReCiPe 2015: A harmonized life cycle impact assessment method at midpoint and endpoint level. Report I: Characterization. . Department of Environmental Science. Radboud University Nijmegen.

Pfister, S., Koehler, A. and Hellweg, S. (2009). Assessing the ­Environmental Impacts of Freshwater Consumption in LCA. ­Environ. Sci. Technol. 43(11): 4098-4104.

De Schryver, A. M., Van Zelm, R., Humbert, S., Pfister, S., ­McKone, T. E. and Huijbregts, M. A. J.(2011). Value Choices in Life Cycle Impact Assessment of Stressors Causing Human Health Damage. Journal of Industrial Ecology 15(5): 796-815.

Hanafiah, M. M., Xenopoulos, M. A., Pfister, S., Leuven, R. S. and Huijbregts, M. A. J. (2011). Characterization Factors for Water Consumption and Greenhouse Gas Emissions Based on Freshwater Fish Species Extinction. Environ. Sci. Technol. 45(12): 5572-5278.

APRIL 2016

Anne Hollander (RIVM) Mark Huijbregts (Radboud Universiteit Nijmegen) Michiel Zijp (RIVM) Francesca Verones (Department of Energy and Process Engineering, Noorwegen)

SAMENVATTING Levenscyclusanalyse (LCA) is een methode voor het in kaart brengen van de invloed van producten en processen op het milieu. Schade door waterverbruik is in LCA-studies vaak één van de beschouwde milieueffecten, naast bijvoorbeeld klimaatverandering.

In dit artikel wordt besproken hoe de milieu­ schade van het verbruik van water wereldwijd bepaald wordt in het LCA-model ReCiPe. De berekeningen worden gedaan voor alle landen in de wereld.

De milieu-impact van waterconsumptie is zowel op midpoint- (waterconsumptie) als endpointniveau (schade aan ecosystemen en humane gezondheid) bepaald. De waterconsumptiefactoren hebben als eenheid kubieke meters geconsumeerd water per kubieke meters gewonnen water. De modellering van de verschillende typen schade start steeds met de kwantificering van de reductie in beschikbaarheid van zoetwater.

Schade voor mensen wordt vervolgens veroorzaakt door de competitie tussen waterverbruik voor irrigatie en andere doeleinden. Tekort aan irrigatie leidt uiteindelijk tot voedselgebrek voor lokale bevolkingsgroepen. Schade aan ecosystemen op land wordt gekwantificeerd via het effect van watertekorten op netto bioproductiviteit, terwijl schade aan zoetwater ecosystemen wordt gekwantificeerd op basis van de relatie tussen aantal zoetwatervissoorten en de waterafvoer van rivieren.

11

Hoeveel water is nodig voor een product?

12

WATER MATTERS

Buffer voor uitgegist slib op Kralingseveer

AUTEURS

Wim Wiegant en Ellen van Voorthuizen (Royal HaskoningDHV)

Alex Sengers Marcel Zandvoort (Hoogheemraadschap (Waternet) van Schieland en de Krimpenerwaard

ENERGIEFABRIEK, VERGEET DE SLIBOPSLAG NĂ DE GISTING NIET Steeds meer Nederlandse rioolwaterzuiveringen worden energiefabrieken.

Door zuiveringsslib te vergisten, maken ze duurzaam biogas, dat vaak wordt omgezet in elektriciteit. Hiermee voorzien ze in hun eigen energiebehoefte en vermijden ze de uitstoot van CO2, die vrijkomt bij energieopwekking. Voor het totale effect op het klimaat is het echter belangrijk de uitstoot van methaan (en lachgas) niet uit het oog te verliezen.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

13

Figuur 1 Gemeten en berekende biogasproductie in de gisting (links) en de gemeten en berekende emissie uit de buffer en slibsilo (rechts); meetdata slibsilo Amsterdam West waren niet beschikbaar

Bij een rioolwaterzuivering met slibgisting kan de emissie van methaan een significante bijdrage kan leveren aan de CO2-voetafdruk van een zuivering. Dat is uit onderzoek al gebleken. De grootste bijdrage aan de methaanuitstoot leveren de buffer direct na de gis­ ting en de slibsilo voor de opslag van ontwaterd slib.

Maar liefst 60 procent van de vermeden CO2-uitstoot door energieopwekking uit biogas kan teniet gedaan worden door de emissie van methaan uit de slibbuffer en de slibsilo.

Dit vormde voor de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) aanleiding om een onder­ zoek te starten naar de wijze waarop de emissie van methaan op een zuivering kan worden ingeschat én gereduceerd. Aan dit onderzoek wordt in dit artikel aandacht besteed.

Modelmatige inschatting Methaanvorming tijdens de vergisting kan redelijk worden geschat met de Contois kinetiek. Deze kine­ tiek vormt de basis van het veel gebruikte gistings­ model van Chen en Hashimoto. Als het slib na de vergisting wordt overgebracht naar een ‘uitgegiste’ slibbuffer, en vervolgens na ontwateren in een slib­ silo, gaat het vergistingsproces gewoon door. Buffer en slibsilo kunnen als aparte vergistingsreactoren worden opgevat met een korte verblijftijd.

De methaanproductie uit in serie geschakelde reac­ toren kan worden gemodelleerd. Deze theorie is weliswaar niet helemaal toepasbaar op de slibopslag (dit zijn vaak meer propstroomreactoren dan volledig gemengde reactoren), maar geeft naar verwachting een redelijke benadering om de emissie van methaan uit de slibbuffer en de slibsilo te berekenen.

De invoerparameters van het model zijn ­slibgehalte en afbraakparameters van primair en secundair slib en de verblijftijd en temperatuur in de gisting en

APRIL 2016

opslagtanks. Tot slot is voor de berekende emissie uit de buffer en silo nog rekening gehouden met het vrijkomen van het opgeloste methaan.

Haalbaarheid reductiemaatregelen Twee maatregelen die de emissie van methaan uit de buffer (en slibsilo) sterk kunnen reduceren zijn: • de afgezogen lucht van de buffer gebruiken als verbrandingslucht; • de buffer ombouwen naar nagisting.

Om de technische en financiële haalbaarheid te toet­ sen zijn beide maatregelen uitgewerkt aan de hand van twee praktijkcases. In Kralingseveer is g ­ ekeken naar mogelijkheden om de afgezogen lucht als verbrandingslucht te gebruiken in de warmtekracht­ koppeling. De ombouw van de buffer naar nagisting is bekeken in Amsterdam-West. Deze twee maatregelen zijn, naast meerdere alternatieven, als meest kansrijk beoordeeld en nader geanalyseerd op haalbaarheid.

Inschatting methaanemissie Aan de hand van beschikbare meetdata uit ­Kralingse­veer en Amsterdam-West is de bruikbaar­ heid van het gehanteerde model getoetst. De ge­ meten biogasproductie uit de gistingstank en de gemeten methaanemissie uit slibbuffer en silo zijn vergeleken met de berekende biogas- en methaan­ productie uit de gisting- en opslagtanks.

De beschikbare meetdata voor de slibbuffer en slibsilo Amsterdam-West waren te beperkt om te vergelijken met de berekende waarden. Om die reden zijn voor die vergelijking alleen de data van Kralingse­ veer gebruikt.

Het resultaat van de vergelijking is weergegeven in figuur 1.

Slibopslag na de gisting

12

14

WATER MATTERS

De biogasproductie uit de gisting is met het model voor beide locaties goed te schatten. De emissie van­ uit de buffer laat een iets groter verschil zien tussen gemeten en berekende methaanemissie, terwijl dit verschil bij de silo weer beperkt kan worden ge­ noemd. De totale emissie van methaan uit de buffer en slibsilo bedraagt circa 5 procent van de methaan­ productie uit de gisting.

Met het model is een eerste inschatting te maken van de emissie uit de buffer en de slibsilo. Factoren die invloed hebben op de emissie, maar die niet direct in het model zijn te vatten, zijn het optreden van kort­ sluitstromen en de aanwezigheid van vervuiling in de gisting, zoals zand (waardoor effectieve volume wordt verkleind en de verblijftijd afneemt).

Het is daarom aan te bevelen om de werkelijke emis­ sie in de praktijk vast te stellen. Een eerste methode is om over een langere periode de emissie direct uit de buffer en silo te meten. Een tweede methode is het volgen van de afname van de productie van biogas wanneer door omstandigheden de gisting een aantal dagen uit bedrijf wordt genomen. Met de afname in biogasproductie, de verblijftijd in de buffer en de inhoud van de buffer kan een inschatting ­worden gemaakt van de methaanemissie uit de buffer.

Wanneer de gemeten emissie significant hoger ligt dan de berekende emissie, kan dit een indicatie zijn dat een deel van de gisting niet wordt benut door de aanwezigheid van vervuiling of dat kortsluitstroming optreedt.

Het is overigens niet bekend in welke mate kortsluit­ stroming optreedt in Nederlandse gistingstanks.

In slibgistingen in de Verenigde Staten bleken ­substantiële kortsluitstromen voor te komen. Met het uitvoeren van een tracertest met bijvoorbeeld lithium kan het optreden van kortsluitstromen of de aan­ wezigheid van vervuiling relatief eenvoudig worden onderzocht.

Impact emissie Met het model is voor een rioolwaterzuivering van 100.000 inwonersequivalenten de emissie van ­methaan uit de buffer en slibsilo berekend. De bijdra­ ge van deze emissie aan de CO2-voetafdruk is vast­

gesteld door ook de emissie van methaan uit andere bronnen te berekenen en de bijdrage van andere bronnen (brandstoffen, elektriciteit en polymeren) vast te stellen (binnen de grenzen van de rioolwater­ zuivering, conform opzet Klimaatmonitor 2014).

Hieruit bleek dat de emissie uit de buffer en de silo meer dan 50 procent kan bijdragen aan de CO2-voet­ afdruk van een zuivering, waarbij de emissie van lach­ gas vooralsnog niet is meegenomen. Tegelijkertijd is berekend dat meer dan 65 procent van de vermeden CO2-uitstoot door eigen elektriciteitsopwekking, teniet kan worden gedaan door de emissie uit de slibopslag ná de gisting. Dit is in lijn met de gemeten waarde voor Kralingseveer, waar een waarde van 60 procent werd vastgesteld. Dit toont aan dat de emissie van methaan uit de slibopslag ná de gisting niet te verwaarlozen is en dat het zeker de moeite loont hiernaar bij de realisatie van energiefabrieken goed te kijken.

Reductiemaatregelen Methaanproductie in de opslagtanks na de gistings­ tank(s) is niet te voorkomen, omdat het gistingspro­ ces altijd doorgaat. Wel kan door een goede en stabiele bedrijfsvoering zoveel mogelijk biogas in de slibgisting worden opgevangen en benut. Een stabiele bedrijfsvoering betekent in ieder geval een gelijkmati­ ge aanvoer (constante verblijftijd), constante tempe­ ratuur en goede menging.

Om de afgezogen lucht van de buffer te gebruiken als verbrandingslucht in de warmtekrachtkoppeling moet deze eerst door een blower op druk worden gebracht.

Ter bescherming van de warmtekrachtkoppeling is gaswassing nodig waarmee H2S en SO2 uit de afgezo­ gen lucht worden verwijderd.

Met deze maatregel kan de totale emissie van methaan voor deze zuivering met circa 30 procent worden gereduceerd. Tegelijkertijd is vastgesteld dat de maatregel technisch uitvoerbaar is en binnen gebruikelijke afschrijvingstermijnen kan worden terugverdiend.

Daarbij moet nog wel aandacht worden besteed aan: • de balans in de vraag naar verbrandingslucht en het af te zuigen debiet van de buffer;

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

• een constante kwaliteit van de afgezogen lucht; • een constante bedrijfsvoering van de buffer; • effect op emissie van de gasmotor bij inbrengen van de afgezogen lucht.

Buffer als nagisting Voor de ombouw naar nagisting moet de buffer worden voorzien van een gasdichte afdekking en worden aangesloten op de gashouder. Met deze maatregel is voor Amsterdam-West een reductie van de totale emissie van methaan mogelijk van circa 40 procent. Uitgaande van een betonnen afdekking (alternatieven zijn ook mogelijk) lijkt deze maatregel voor ­Amsterdam-West financieel haalbaar binnen de gebruikelijke afschrijvingstermijnen. Bij het uitvoe­ ren van deze maatregel moet wel aandacht besteed worden aan: • de constructie van de buffer bij toepassen betonnen afdekking; • explosieveiligheid, de buffer wordt nu onderdeel van ATEX-zonering; • variatie in hoogte van de buffer in relatie tot produc­ tie van biogas (onderdruk); • het vrijkomen van extra methaan bij de ontwatering.

De beschreven praktijkcases tonen aan dat er tech­ nisch en financieel haalbare maatregelen mogelijk zijn om de emissie van methaan uit opslagtanks ná de gisting sterk te reduceren. De financiële haalbaarheid is wel locatiespecifiek. In algemene zin zullen deze maatregelen op een grotere (centrale) gistingslocatie eerder rendabel zijn omdat de investeringskosten in het algemeen niet evenredig met de schaal oplopen, terwijl de opbrengsten dit wel doen.

Conclusies Met een model voor in serie geschakelde reactoren is een inschatting te maken van de emissie van methaan uit de slibopslagtanks ná de gisting. De bijdrage van de emissie van methaan uit de slibopslag ná de gisting kan circa 50 procent bijdragen aan de CO2-voetafdruk van een zuivering. Uiteindelijk zijn metingen nodig om de werkelijke emissie vast te stel­ len en daarmee inzicht te krijgen in de bijdrage aan de CO2-voetafdruk van een zuivering.

APRIL 2016

15

De twee praktijkcases toonden aan dat met het ge­ bruiken van de afgezogen lucht als verbrandingslucht in de warmtekrachtkoppeling of met het ombouwen van de buffer naar nagisting de methaanemissie met 30 tot 40 procent kan worden verminderd. Deze maat­ regelen lijken ook financieel haalbaar te zijn, hetgeen laat zien dat maatregelen beschikbaar zijn om bij de realisatie van een energiefabriek ook daadwerkelijk te komen tot een zuivering met een lagere CO2-voet­ afdruk.

Wim Wiegant (Royal HaskoningDHV) Ellen van Voorthuizen (Royal HaskoningDHV) Alex Sengers (Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard) Marcel Zandvoort (Waternet)

SAMENVATTING Uit onderzoek is gebleken dat de bijdrage van de uitstoot van methaan en lachgas aan de CO2-voetafdruk van een rioolwaterzuivering niet te verwaarlozen is. De belangrijkste bronnen van methaanemissie bleken de slibopslagtanks te zijn ná de gisting. Dit vormde de aanleiding voor Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) om voor methaan een onderzoek op te zetten naar de mogelijkheden om deze emissie te inventariseren en te reduceren.

Met een theoretisch model kan voor in ­serie geschakelde tanks een eerste inschatting worden gemaakt van de emissie van methaan uit de slib­opslagtanks ná de gisting. Metingen in de praktijk moet uitgevoerd worden om de ­werkelijke bij­drage van de methaanemissie aan de CO2-voetafdruk van een zuivering vast te stellen. ­Aangetoond is dat technisch en financieel haalbare maatregelen beschikbaar zijn om de emissie van methaan ná de gisting te reduceren.

Slibopslag na de gisting

16

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Hans Hakvoort en Rudolf Versteeg (HKV)

AUTEURS

Jules Beersma en Theo Brandsma (KNMI)

Kees Peerdeman (Waterschap Brabantse Delta/STOWA

NIEUWE STATISTIEKEN

EXTREME NEERSLAG KOMT VAKER VOOR Hoe vaak regent het, hoe hard en hoe lang? Krijgen we te maken met grotere neerslagextremen in de toekomst? De antwoorden op deze vragen zijn van groot belang voor het waterbeheer in Nederland. In opdracht van de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) zijn de nieuwste klimaatscenario’s toepasbaar gemaakt voor waterbeheerders.

In 2014 heeft het meteorologisch instituut KNMI met het oog op de klimaatverandering nieuwe klimaatscenario’s gepresenteerd. Het KNMI en adviesbureau HKV hebben deze zogeheten KNMI’14-scenario’s beter toepasbaar gemaakt voor waterschappen en verwerkt in nieuwe neerslagstatistieken en -tijdreeksen, die representatief zijn voor de toekomst.

Deze statistieken zijn van groot belang voor waterbeheerders, want mede op basis hiervan beoordelen ze hun watersystemen en bepalen ze welke maatregelen nodig zijn om water­ overlast te beperken.

De neerslagstatistieken geven informatie over de hoeveelheid neerslag bij een bepaalde neerslagduur (twee uur tot acht dagen), die met een bepaalde frequentie (twee keer per jaar tot één keer per 1.000 jaar) wordt overschreden.

Ten behoeve van de nauwkeurigheid en representativiteit worden de neerslagstatistieken gebaseerd op zo lang mogelijke neerslagreeksen op uurbasis. Voor Nederland is dat de reeks van De Bilt (Utrecht), die start in 1906 en eindigt in 2014.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

17

Figuur 1 Lange-termijn trend in de gemeten jaarsommen van de neerslag in De Bilt en voor Nederland gemiddeld (102 neerslagstations) voor de periode 1910-2013. De gladde curves zijn langjarige schuivende gemiddelden, waardoor de trend beter zichtbaar wordt

De vorige neerslagstatistieken zijn tot stand gekomen in 2004. Destijds is de neerslagreeks van De Bilt tot en met 2003 als basis gebruikt om de neerslagextre­ men van het ‘huidige’ klimaat te beschrijven. In de gemiddelde neerslag in de De Bilt-reeks zit echter een duidelijke trend (zie figuur 1). Deze trend is niet alleen in De Bilt zichtbaar, maar ook in andere neer­ slagstations. Niet alleen de gemiddelde neerslag, ook de extreme neerslag blijkt in de loop van de afgelopen ruim honderd jaar te zijn toegenomen.

In 2004 is hiervoor niet gecorrigeerd en daardoor is de destijds afgeleide statistiek als het ware represen­ tatief voor het klimaat rond 1955 (het midden van de periode van de reeks). De wens van de waterschappen was dat de nieuwe statistiek representatief zou zijn voor het klimaat rond 2014, ofwel het klimaat van nu.

Vandaar dat de onderzoekers bij het bepalen van de nieuwe neerslagstatistiek de neerslagreeks van De Bilt hebben gecorrigeerd voor deze klimaattrend.

De neerslaghoeveelheden die horen bij bepaalde her­ halingstijden (en neerslagduren) berekend voor het klimaat rond 2014 vallen daardoor hoger uit dan die in 2004 berekend zijn. Een groot deel van de verschillen tussen het onderzoek uit 2004 en 2014 wordt dan ook veroorzaakt door het corrigeren voor de trend; het verlengen van de reeks met elf jaar tot en met 2014 heeft nauwelijks invloed.

De nieuwe statistieken zijn niet alleen bepaald voor het klimaat rond 2014, maar ook na klimaatverande­ ring zoals die mogelijk wordt geacht rond 2030, 2050 en 2085.

Veel meer neerslag Uit de nieuwe neerslagstatistiek blijkt dat de hoeveel­ heid neerslag tijdens extreme neerslaggebeurtenis­

APRIL 2016

sen rond 2014 op jaarbasis gemiddeld 10 procent hoger ligt dan in de tot nu toe gebruikte statistiek.

Dit gemiddelde geldt voor neerslaggebeurtenissen die minder vaak dan eens per twee jaar voorkomen, tot zeer extreme neerslag met een herhalingstijd van eens per 100 jaar. De gemiddelde toename blijkt zelfs 15 procent te zijn als alleen naar de winterperiode gekeken wordt.

In tabel 1 zijn enkele van de thans beschikbare sta­ tistieken opgenomen. Hierin is bijvoorbeeld te zien dat tot nog toe waterbeheerders bij een herhalings­ tijd van 100 jaar uitgingen van een extreme 24-uurs neerslaggebeurtenis van 79 millimeter. In de nieuwe neerslagstatistiek voor rond 2014 is dat 85 ­millimeter geworden. Misschien nog wel interessanter is de constatering dat ongeveer diezelfde neerslaghoeveel­ heid (77 millimeter in 24 uur) nu eens in de vijftig jaar voorkomt; twee keer zo vaak dus.

Uit de KNMI’14 klimaatscenario’s blijkt dat in 2050 deze hoeveelheid vrijwel gelijk kan blijven of kan toe­ nemen tot 90 millimeter.

Samenvattend: de klimaatverandering wordt hiermee al zichtbaar in de statistieken. Extreme neerslag­ gebeurtenissen zelf komen in het klimaat rond 2014 ongeveer twee keer zo vaak voor als in het verleden en in de toekomst zullen ze mogelijk in aantal nog verder toenemen.

Toename in verdamping Niet alleen valt er meer neerslag, ook de verdamping zal volgens de laatste inzichten groter zijn. Deze is ook gecorrigeerd voor een klimaattrend in het recent afgeronde onderzoek. Op jaarbasis valt deze voor het klimaat rond 2014 ongeveer 7 procent hoger uit dan

Meer extreme neerslag

16

18

WATER MATTERS

Tabel 1 Neerslaghoeveelheid (in millimeters) die eens in de 10, 50 en 100 jaar wordt overschreden gedurende 24 uur, vier en acht dagen in het ‘huidige’ klimaat en in het klimaat rond 2050, op basis van jaarstatistiek voor neerslagregime G a) Klimaat Herhalingstijd (jaar)

Huidigb 10

2050

50

100

10

50

100

Duur = 24 uur Verwachting 2004

54

71

79

57-66c

75-86c

84-96c

Verwachting 2015

59

77

85

59-68d

76-90d

85-100d

Duur = 4 dagen Verwachting 2004

80

100

109

83-93c

104-116c

113-127c

Verwachting 2015

89

112

122

90-101d

112-128d

122-140d

Duur = 8 dagen Verwachting 2004

103

124

133

105-117c

127-141c

136-151c

Verwachting 2015

116

140

150

117-129d

141-157d

151-168d

a) Neerslagregime G geldt voor alle gebieden in Nederland waarvoor de statistiek van extreme neerslag hetzelfde is als voor De Bilt, zowel voor het huidige klimaat als voor de toekomst. b) Voor de 2004 statistiek werd met “huidig” de volledige historische periode 1906 – 2003 bedoeld, (zonder enige correctie voor de trend). Bij de 2015

statistiek wordt met “huidig” het klimaat rond het jaar 2014 bedoeld (uitgaande van de trend in de historische periode 1906 – 2014). c) Neerslagstatistiek voor 2050 was in 2004 nog niet beschikbaar, maar is in dit overzicht gebaseerd op de 2050 neerslagstatistiek die in 2013 in Meteobase opgenomen is. De weergegeven range

in de tot nu toe gebruikte referentie (1906-2010), zie tabel 2. Deze toename is iets hoger in het zomerhalf­ jaar dan in het winterhalfjaar.

Wat dit betekent voor de kans op droogte, is beknopt geanalyseerd door het maximale potentiële neerslag­ tekort per jaar te berekenen. Hiertoe hebben we per jaar vanaf 1 april de dagelijkse neerslag minus de verdamping gecumuleerd en per jaar het maximale neerslagtekort bepaald. Dit is gedaan voor zowel de oorspronkelijke neerslag- en verdampingsreeks als voor de neerslag- en verdampingsreeks 2014 na ­correctie voor de klimaattrend.

Hieruit blijkt dat tot eens in de vijf jaar de maximale neerslagtekorten niet of nauwelijks veranderen. Het effect van de klimaatcorrectie is dusdanig dat pas bij jaren die droger zijn de toename in de verdamping zichtbaar groter is dan de toename in de neerslag.

De verschillen in de neerslagtekorten in de zomer

betreft de scenario’s G+ (laagste waarde) en W (hoogste waarde). d) De weergegeven range wordt door alle vier klimaatscenario’s (GL, GH, WL en WH ) keer drie sub-scenario’s (‘lower’, ‘center’ en ‘upper’) opgespannen. In de meeste gevallen correspondeert de laagste waarde met GH_lower en de hoogste waarde met WL_upper.

lopen vanaf een herhalingstijd van vijf jaar op tot 5 procent bij een herhalingstijd van 50 jaar.

Hierbij moet worden opgemerkt dat het maximale neerslagtekort alleen een ‘ruwe’ indicator is en niet alles zegt over bijvoorbeeld lokale vochttekorten en daarmee over de impact op de hydrologie. Daarnaast is ook nog de timing van de toename in neerslag en de toename in verdamping van belang.

We hebben de verdamping ook bepaald voor het jaar 2030 en de KNMI’14 klimaatscenario’s 2050 en 2085.

Hiervoor kan men het rapport raadplegen dat als eerste in het literatuuroverzicht is opgenomen.

Toepassing in waterbeheer Met de nieuwe statistieken hebben waterbeheerders nu de best beschikbare neerslag- en verdampings­ data (statistiek en tijdreeksen) in handen voor het maken van (nieuwe) analyses van hun huidige water­

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

19

Verdamping (mm)

Tabel 2 Gemiddelde verdamping per jaar en per winter/zomerhalfjaar voor de oorspronkelijke, maar wel gehomogeniseerde reeks van de Bilt, voor de reeks voor het klimaat rond 2014

systemen, voor het huidige klimaat (rond 2014) én na klimaatverandering.

De gegevens kunnen op verschillende manieren gebruikt worden. Zo is neerslagstatistiek onmisbaar bij het evalueren van een wateroverlastsituatie, omdat eenvoudig de herhalingstijd van een lokale extreme bui vastgesteld kan worden.

De gegevens zijn ook direct bruikbaar bij het toetsen van regionale watersystemen aan de normen voor wateroverlast. Daarvoor wordt door waterbeheerders vaak de zogenoemde tijdreeksmethode of de stochastenmethode gebruikt: voor beide methoden zijn de nieuwe gegevens per direct beschikbaar.

Op basis hiervan kunnen waterbeheerders beter beoordelen in hoeverre de systemen bestand zijn tegen extreme neerslaggebeurtenissen in het klimaat rond 2014 en het toekomstige klimaat. Deze analyses helpen waterbeheerders oplossingen te zoeken voor de problematiek rondom wateroverlast.

De nieuwe neerslagreeksen en -statistiek zijn te vinden op www.meteobase.nl, de online database van STOWA met neerslag- en verdampingsgegevens.

De auteurs zijn dank verschuldigd aan Janette Bessembinder (KNMI) als medeauteur van het onderliggende STOWA-rapport, en Michelle Talsma (STOWA) die als opdrachtgever dit onderzoek mede mogelijk gemaakt heeft.

Hans Hakvoort (HKV) Jules Beersma (KNMI) Theo Brandsma (KNMI) Rudolf Versteeg (HKV) Kees Peerdeman (Waterschap Brabantse Delta/STOWA)

APRIL 2016

Jaar

Winterhalfjaar (okt t/m mar)

Zomerhalfjaar (apr t/m sep)

Oorspronkelijke reeks 1906-2010 Klimaat rond 2014

547

101

445

585

105

479

Toename

7%

4%

8%

Literatuur Beersma, J., J. Bessembinder, T. Brandsma, R. Versteeg en H. Hakvoort, 2015. Actualisatie meteogegevens voor waterbeheer 2015. Deel 1: neerslag- en verdampingsreeksen. deel 2: statistiek van de extreme neerslag. STOWA rapport 2015-10 Smits, A., J.B. Wijngaard, R.P. Versteeg en M. kok, 2004.

Statistiek van extreme neerslag in Nederland. HKV en KNMI in opdracht van STOWA. Buishand, T.A., R. Jilderda & J.B. Wijngaard, 2009. Regionale verschillen in extreme neerslag. KNMI-publicatie WR-2009-01.

Versteeg, Rudolf, Hans Hakvoort, Siebe Bosch en MaartenJan Kallen, 2013. METEOBASE, online archief van neerslag- en verdampingsgegevens voor het waterbeheer. STOWA rapport 2013-02.

SAMENVATTING Recent hebben onderzoekers van het meteo­ rologisch instituut KNMI en adviesbureau HKV in opdracht van de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) nieuwe neerslagstatistieken afgeleid.

Nieuw is dat de meetreeksen van De Bilt voor zowel neerslag als verdamping zijn gecorrigeerd voor de klimaattrend, die in de reeksen zichtbaar is. Hierdoor geven de nieuwe statistieken een ­beter beeld van het klimaat van nu (rond 2014). Dit beeld bevestigt wat we in de praktijk al ervaren: extreme neerslaggebeurtenissen vinden vaker plaats en de hoeveelheden neerslag liggen hoger (orde 10 tot 15 procent hoger, afhankelijk van seizoen, duur en herhalingstijd).

De nieuwe statistieken zijn ook bepaald voor het klimaat rond 2030, 2050 en 2085 op basis van de zogenoemde KNMI’14-klimaatscenario’s.

Meer extreme neerslag

20

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Cheryl Bertelkamp (KWR Watercycle Institute)

Jan Peter van der Hoek (Waternet, TU Delft)

Frank Schoonenberg Harrie Timmer Kegel (Vitens) (Oasen)

Arne Verliefde (Universiteit Gent)

HOE VOORSPELBAAR IS DE ZUIVERING VIA OEVERFILTRATIE? In 2015 werd Nederland opgeschrikt door pyrazool en dimethoaat in het oppervlaktewater. Een deel van het Nederlandse drinkwater wordt gemaakt uit oppervlaktewater, met oeverfiltratie als eerste stap. Daarom is het belangrijk na te gaan in hoeverre organische microverontreinigingen door oeverfiltratie worden verwijderd.

In Nederland wordt ongeveer 6 procent (= 68 miljoen kubieke meter) van het drinkwater geproduceerd uit oeverfiltraat. Dat is oppervlaktewater dat via een bodempassage een natuurlijke zuivering ondergaat.

Van oudsher wordt oeverfiltratie gebruikt vanwege de goede verwijdering van pathogenen, bacteriën, en protozoa. Recent onderzoek toont aan dat oeverfiltratie ook effectief een groot aantal organische microverontreinigingen (pesticiden, medicijnen, industriële afvalproduc­ ten, voedsel/drank additieven) kan verwijderen.

Er zijn echter ook stoffen die niet verwijderd worden tijdens bodempassage. Tot nu toe is nog onbekend waar dit aan ligt. Als een onbekende stof wordt aangetroffen in de rivier, ten gevolge van bijvoorbeeld een lozing, en er geen studies zijn gedaan naar het gedrag tijdens bodempassage, is het voor drinkwaterbedrijven lastig te voorspellen in welke mate oever­ filtratie deze stof zal verwijderen.

Dat lozingsincidenten voorkomen, is in de voorbije maanden wel duidelijk geworden.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

Pomp

Figuur 1 Experimentele opzet oeverfiltratie kolommen

In de zomer van 2015 was er de berichtgeving over pyrazool en later haalde de aanwezigheid van dime­ thoaat in de Afgedamde Maas nog het nieuws. Het is praktisch en financieel niet mogelijk om voor elke organische microverontreiniging afzonderlijk in een laboratoriumopstelling te onderzoeken hoe deze stof zich gedraagt tijdens bodempassage (of andere waterzuiveringsprocessen).

Voorspellende modellen (QSARs) kunnen hierbij misschien helpen. Hierbij wordt op b ­ asis van stof­ eigenschappen (bijvoorbeeld functionele groepen) voorspeld of een stof wordt verwijderd tijdens oever­ filtratie. Zo’n model moet ook inzicht bieden in de onderliggende verwijderingsmechanismen van deze stoffen tijdens bodempassage.

Organische microverontreinigingen kunnen op verschillende manieren worden verwijderd tijdens oeverinfiltratie, namelijk via sorptie, biodegradatie, vervluchtiging, door opname van planten, en door licht. Uit verschillende studies is echter gebleken dat biodegradatie (het afbreken van een stof door middel van bacteriën) het belangrijkste verwijderingsmecha­ nisme is voor deze stoffen in de bodem. Daarom is het in deze studie ontwikkelde voorspellende model hierop toegespitst.

Experimentele opzet De TU Delft heeft in samenwerking met de Universi­ teit Gent en de drinkwaterbedrijven Vitens en Oasen, een kolomopstelling (zie figuur 1) gebouwd die het oeverfiltratie-proces onder oxische (zuurstofrijke) condities kan simuleren. Twee transparante PVC-­ kolommen (met een lengte van 1 meter en een door­ snede van 36 millimeter) werden gevuld met bodem­ materiaal van oeverfiltratielocatie Engelse Werk in Zwolle (Vitens) en gevoed met water uit de IJssel.

Het debiet door de kolommen was 0,5 liter per dag,

APRIL 2016

21

wat overeenkomt met een stroomsnelheid van onge­ veer 0,5 meter per dag.

Aan dit water werd een mengsel van organische microverontreinigingen gedoseerd (31 in totaal, elk in een concentratie van 500 nanogram per liter).

De opstelling stond in een klimaatkamer (12 graden Celsius, representatief voor de temperatuur van het grondwater) in het donker om eventuele afbraak door fotolyse van organische microverontreinigingen uit te sluiten.

Voor elke organische microverontreiniging werd de biodegradatiesnelheid bepaald. Daarnaast werd voor elke stof het type functionele groepen aanwezig in de molecuulstructuur geïdentificeerd. Vervolgens werd geprobeerd deze twee gegevens met elkaar in verband te brengen.

Resultaten Op basis van de verkregen data werd voor 31 organi­ sche microverontreinigingen de biodegradatiesnel­ heid gerelateerd aan de moleculaire structuur. Dit leverde een wiskundig model op dat voor bijvoorbeeld bisphenol A, MCPP en sotalol een halfwaardetijd van respectievelijk 0,4, 0,3 en 0,4 dagen berekende. Deze drie stoffen werden ook verwijderd in het veld tot onder de detectielimiet. Voor diuron en 1,4-dioxaan voorspelde het model geen omzetting, wat ook klopte met de praktijk.

Het model laat zien dat de aanwezigheid van carbon­ zuren, hydroxylgroepen, en carbonylgroepen de bio­ degradatiesnelheid verhoogt, terwijl de aanwezigheid van (alifatische) ethers, halogenen, r­ ingstructuren en methylgroepen de biodegradatiesnelheid juist verlaagt.

Het model werd getest met een dataset van 23 orga­ nische microverontreinigingen, gemeten bij oever­ filtratiewinning Engelse Werk. Omdat de verwijdering in het veld een combinatie is van verschillende verwij­ deringsmechanismen (zoals sorptie, biodegradatie, vervluchtiging en verdunning met grondwater), is het zeer lastig om exacte snelheden van biodegradatie te bepalen in veldstudies. De verwijdering in het veld is daarom alleen indicatief te karakteriseren, als bio­ degradeerbaar of persistent (niet biodegradeerbaar).

Zuivering via oeverfiltratie: voorspelbaar?

20

22

WATER MATTERS  

Rivierprofiel na 2000

(Sub)oxisch Situatie 2011

Figuur 2 Dwarsdoorsnede oeverfiltratiewinning Engelse Werk

se locaties verschillen. Tevens zijn modellen nodig Het model blijkt de biodegradeerbaarheid van 70 pro­ voor meer gereduceerde condities (anoxisch tot cent van  de organische microverontreinigingen die   diep-anoxisch). geanalyseerd zijn in het veld goed te voorspellen. Het Door al deze modellen te combineren kan de verwij­ model voorspelde persistent gedrag van de glymen dering van organische microverontreinigingen voor (diglyme, triglyme, tetraglyme), terwijl deze toch een complete oeverfiltratiewinning worden voorspeld. deels verwijderd bleken te worden. Een e ­ erdere stu­ die concludeerde ook persistent gedrag voor glymen, Praktische toepassing wat zou kunnen betekenen dat de gemeten verwij­ Het ontwikkelde model kan door drinkwaterbedrijven dering in het veld wellicht incorrect is. Wanneer de gebruikt worden als eerste indicatie of een organi­ glymen worden uitgesloten, kan het model 80 procent sche microverontreiniging tijdens bodempassage van organische microverontreinigingen goed voor­ wordt afgebroken. Ter illustratie twee voorbeelden: spellen. pyrazool en dimethoaat.

Hoewel het ontwikkelde model dus in staat is de Pyrazool werd in de zomer van 2015 aangetroffen biodegradeerbaarheid van een groot aantal stoffen in de Maas als resultaat van een o ­ ngecontroleerde te voorspellen onder oxische condities, zijn er nog ­lozing op het industrieterrein van Chemelot. De mogelijkheden voor optimalisatie voor bijvoorbeeld afbraak van pyrazool is niet eerder onderzocht. Ons stoffen die gekenmerkt worden door amide- en model voorspelt een halfwaardetijd van 0,3 dagen. amine-groepen. Stoffen met deze groepen (bentazon, Om de concentratie te verlagen tot minder dan 1H-benzotriazool, carbamazepine en amidotrizoïne­ zuur) leken zich persistent te gedragen in het veld, terwijl het model voorspelde dat ze biodegradeerbaar Het in dit artikel beschreven onderzoek is onderdeel zouden zijn. van het project Emerging Substances Towards an AbsoDiverse studies hebben aangetoond dat de aanwe­ lute Barrier (ESTAB), dat wordt gesubsidieerd door het zigheid van amide- en aminegroepen resulteert in InnoWater-programma van het Nederlandse ministerie een lagere biodegradatiesnelheid. Dit demonstreert van Economische Zaken en van het project Oeverfiltratie ­meteen ook de beperkingen van het model, want en de verwijdering van organische microverontreinigingen hierin werd geen relatie gelegd tussen de aanwezig­ (RBF-OMP), dat wordt gesubsidieerd door het Topsector heid van deze groepen en de biodegradatiesnelheid.

Water TKI Watertechnologie-programma van hetzelfde Blijkbaar zijn nog meer data nodig om een betrouw­ ministerie. Projectpartners betrokken bij ESTAB waren Berlin Wasserbetriebe, De Watergroep, EPAS, KWR baar model te krijgen, maar helaas zijn er geen Watercycle Research Institute, KompetenzZentrum biodegradatiesnelheden (representatief voor het Wasser Berlin, Oasen, Pentair, Veolia Water Solutions ­oeverfiltratieproces) beschikbaar voor veel stoffen.

Verder zal aanvullend onderzoek moeten aantonen in hoeverre modellen voor diverse rivieren en diver­

en Vitens. Projectpartners betrokken bij RBF-OMP waren de drinkwaterbedrijven Oasen en Vitens.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

1 procent van de aanvankelijke concentratie, zijn dan 2,1 dagen nodig. Dit betekent dat deze stof in ­zekere mate zou moeten biodegraderen tijdens oxische bodempassage.

Pyrazool bevat wel amine-groepen, waardoor de voorspelling minder betrouwbaar kan zijn. Full-scale data van Oasen laten echter zien dat pyrazool inder­ daad verwijderd wordt tot minder dan 1 microgram per liter.

Voor dimethoaat voorspelt het model een half­ waardetijd van 1,8 dagen. Als een verwijdering van meer dan 99 procent gewenst is, zal dit een oxische bodempassage van 12,6 dagen vereisen. Door de lage biodegradatiesnelheid is deze voorspelling mogelijk minder nauwkeurig. Men kan dus niet volledig op het model vertrouwen. Uit eerder onderzoek is echter al ­gebleken dat in biologisch actieve zandfilters een verwijdering van 70 tot 80 procent wordt behaald, afhankelijk van de contacttijd (8 tot 16 minuten).

Hoe is de werkelijkheid bij een ­oeverfiltratiewinning?

De verblijftijd van het oppervlaktewater in de ­oxische zone is afhankelijk van lokale geohydrologische condities en kan variëren van een paar uur tot enkele dagen. De verwachting is daarom dat pyrazool in zekere mate door de oeverfiltratie verwijderd zal wor­ den. Dimethoaat kan problematischer zijn omdat de verblijftijd van het water in de oxische zone in de regel korter is dan 12,6 dagen.

Conclusie Het in het kader van dit onderzoek ontwikkelde model geeft drinkwaterbedrijven een eerste indicatie van de biodegradeerbaarheid tijdens oeverfiltratie van een onbekende stof. Daarmee is het model een waarde­ volle toevoeging aan de gereedschapskist van de Nederlandse waterleidingsector en brengt het de drinkwaterbedrijven een stap dichterbij de oplossing hoe om te gaan met organische microverontreinigin­ gen in het oppervlaktewater.

Toekomstig onderzoek zal het model moeten optima­ liseren en het vertalen naar andere biologische processen (zoals duinpassage, langzame zandfilters, biologisch actief kool et cetera).

APRIL 2016

23

Cheryl Bertelkamp (KWR Watercycle Institute) Jan Peter van der Hoek (Waternet, TU Delft) Frank Schoonenberg Kegel (Vitens) Harrie Timmer (Oasen) Arne Verliefde (Universiteit Gent)

SAMENVATTING Een deel van het Nederlandse drinkwater wordt geproduceerd uit oeverfiltraat. Dat is oppervlaktewater dat via een bodempassage een natuurlijke zuivering ondergaat. De vraag is in hoeverre oeverfiltratie organische microverontreinigingen kan verwijderen.

In deze studie is hiervoor een voorspellend model ontwikkeld op basis van functionele groepen in de molecuulstructuur van deze stoffen. Voor dit model zijn experimentele biodegradatiesnelheden van deze stoffen nodig, die werden verkregen uit een laboratoriumschaal kolomstudie die een oeverfiltratiewinning simuleerde. Het model is vervolgens gevalideerd met velddata van ­dezelfde oeverfiltratiewinning en bleek in staat de biodegradeerbaarheid van minstens 70 procent van de organische microverontreinigingen goed te kunnen voorspellen.

Het model was minder betrouwbaar voor stoffen waarvan de voorspelde biodegradatiesnelheid zeer laag was en voor stoffen die amide- of ­amine-groepen bevatten.

De bredere praktische toepasbaarheid van het model werd onderzocht met behulp van pyrazool en dimethoaat, die door hun aanwezigheid in rivierwater de afgelopen tijd een innamestop van de oppervlaktewater drinkwaterbedrijven veroorzaakten. Het model kon de verwijdering van beide stoffen correct voorspellen.

Zuivering via oeverfiltratie: voorspelbaar?

MEER LEZEN VAN COLLEGA’S?

KIJK OOK OP DE KENNISBRON VOOR

H2O-ONLINE

WATERPROFESSIONALS

Ken je ze alle drie? Naast dit kenniskatern Water Matters is er het maandblad H2O, bedoeld voor een brede groep van waterprofessionals in Nederland.

Word lid van Koninklijk Nederlands Waternetwerk en ontvang maandblad H2O elke maand gratis. En dan is er nummer drie, voor wie de verdieping zoekt: H2O-Online.

H2O-Online (www.vakbladh2o.nl) publiceert technische en toegepast-wetenschappelijke vakartikelen.

Stuk voor stuk bijdragen afkomstig van vakmensen in de waterwereld: technologen, ict’ers, ecologen, beleids­ makers, kortom: iedereen die relevante kennis en/of onderzoeksresultaten te melden heeft.

H2O-ONLINE

• • • • • •

biedt artikelen prettig leesbaar aan (dus ook als pdf, voor wie dat op prijs stelt); is vrij toegankelijk, dus geen betaalmuur of registratieverplichting; heeft een overzichtelijke agenda voor de watersector; heeft een prima zoekfunctie (‘Artikelen zoeken’); biedt kritische lezers de mogelijkheid te reageren en updates te krijgen van lopende discussies; bevat het complete archief van het magazine H2O vanaf 1998;

HOE BLIJF JE OP DE HOOGTE?

• • • •

door een abonnement te nemen op onze attenderingsnieuwsbrief (e-mail); door je te abonneren op een RSS-feed per categorie artikelen (afvalwater, stedelijk waterbeheer etcetera); door ons te volgen via Twitter: @vakbladh2o; door maandblad H2O te lezen, dat aan alle nieuwe publicaties op H2O-Online aandacht besteedt.

MEEDOEN?

Zelf meeschrijven kan ook. Goed leesbare artikelen van maximaal 2.800 woorden zijn van harte welkom bij de redactie. Download de auteursinstructies.

Vragen? Je kunt ons bereiken via redactie@vakbladh2o.nl.

26

WATER MATTERS

De sonarpeilboot in actie

AUTEURS

Bart E.M. Schaub en Marloes van der Kamp (Hoogheemraadschap van Rijnland)

Johan Oosterbaan en Harm Gerrits (Hoogheemraadschap van Rijnland)

Andrew Devlin (Delta Marking)

DE INVASIE VAN DE QUAGGAMOSSEL KOMT IN BEELD Het water wordt er helder van, maar voor de waterkwaliteit en ecologie heeft de quaggamossel ook risico’s. Daarom willen waterschappen weten in hoeverre deze exoot zich verspreidt in het oppervlaktewater. Het hoogheemraadschap van Rijnland ontwikkelde hiervoor een methode.

Al een aantal jaren wordt het doorzicht steeds beter in enkele boezemmeren van het hoog­ heemraadschap van Rijnland. Dit ondanks de onveranderd grote voedselrijkdom (eutrofie) van het water. Een mogelijke oorzaak kan zijn dat het water wordt gefilterd door Dreissena rostriformis bugensis, de zogeheten quaggamossel. Deze invasieve exoot is sinds 2006 in Nederland en wordt op steeds meer plekken waargenomen. De normale zoetwatermossel (Dreissena polymorpha of driehoeksmossel) is al ruim twee eeuwen aanwezig in ons opper­ vlaktewater.

Het lijkt er op dat de quaggamossel zich relatief ongestoord explosief ontwikkelt en een ecologische niche in de Nederlandse wateren heeft gevonden. De nieuwkomer begint grote oppervlakken van meren en plassen te bedekken. Daarom bestaat grote behoefte aan vlak­ dekkende informatie over de aanwezigheid van de quaggamossel in Rijnland. Enerzijds om de actuele verspreiding in beeld te brengen. Anderzijds om begrip te krijgen van de poten­ tiële filtercapaciteit van de quaggamossel, en zo te bepalen of deze mosselen inderdaad verantwoordelijk zijn voor de helderheid van het water.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

figuur 1

Rijnlands boezem De Westeinderplassen (750 hectare) maken deel uit van Rijnlands boezem (figuur 1) met een totale opper­ vlakte van 5.000 hectare. Dit is een open watersys­ teem dat bestaat uit sloten, vaarten, kanalen, plassen en meren. Op veel plekken ontbreken waterplanten en is de visstand onevenwichtig, zo ook in deze plas­ sen. Sinds een aantal jaren wordt het water ondanks de voedselrijkheid opvallend helder. Deze verbetering valt steeds meer op. Zo worden onverklaarbaar lage chlorofylgehaltes gemeten. Dit verschijnsel is analoog aan de verschijnselen die in een aantal Rijkswateren worden waargenomen en daar worden gerelateerd aan de verspreiding van de quaggamossel. Het hoog­ heemraadschap van Rijnland vermoedt daarom dat de quaggamossel in de boezem verantwoordelijk is voor de grote helderheid.

Metingen met Side Scan Sonar (SSS) zijn gedaan in april 2015 in de Westeinderplassen en de aangren­ zende Ringvaart van de Haarlemmermeerpolder tussen de Leimuiderbrug en de Aalsmeerderbrug (figuur 2).

Een sonar van het type 600 kHz Edgetech 4125 SSS is bevestigd aan een meetvaartuig. De metingen zijn in oost-westelijke richting verricht met een raaiafstand van 20 meter. Gedurende de vaartochten is de positie bepaald met GPS met een nauwkeurigheid van drie centimeter.

De SSS hangt naast het meetvaartuig en wordt door het water getrokken. De sonar zendt en ontvangt meerdere malen per seconde een hoogfrequent akoestisch pulssignaal. Door de intensiteit van het signaal af te beelden als functie van de plaats, zijn verschillende reflectieklassen te onderscheiden.

Het gereflecteerde signaal is onderverdeeld in tien

APRIL 2016

27

figuur 2

klassen, met een eigen kleurcodering. Ruwe opper­ vlakten verstrooien sonar signalen zodanig dat een deel daarvan weer door de ontvanger kan worden ontvangen. Gladde oppervlakten (bijvoorbeeld met veel slib aan het bodemoppervlak) reflecteren het signaal weg van de ontvanger. Het gehanteerde uit­ gangspunt bij de interpretatie van het signaal is dat mosselen het signaal reflecteren.

Op de bodem aanwezige objecten zoals autobanden, vegetatie en bodemreliëf reflecteren het signaal echter ook, waardoor sterke reflecties niet alleen afkomstig hoeven te zijn van mosselen. Daarom is steekproefsgewijs nader onderzoek uitgevoerd om vast te stellen dat het gereflecteerde signaal daad­ werkelijk afkomstig was van mosselen.

De SSS-methode kan in deze situatie succesvol inge­ zet worden omdat: • het bodemoppervlak bestaat uit slib, zand, mos­ selen en vegetatie. Hierdoor is er een eenvoudige correlatie tussen reflectie en de aanwezigheid van mosselen; • de waterdieptes over het hele gebied redelijk constant zijn. De reflecties zijn daardoor vooral gecorreleerd aan de verspreiding. Alleen taluds en vaargeulen geven complicaties bij de interpretatie.

De tien reflectieklassen, die zijn bepaald op basis van de SSS-metingen, zijn geverifieerd met behulp van een Van Veen happer, onderwatercamera’s en duikend onderzoek waarbij een handschepmethode is gebruikt.

Op basis van de reflectiesignalen zijn per reflectie­ klasse drie locaties op basis van toeval geselecteerd in de Westeinderplassen, aangevuld met een aantal locaties in de Ringvaart. In totaal zijn 38 locaties onderzocht. Per aangewezen locatie zijn drie bodem­

De invasie van de quaggamossel

26

28

WATER MATTERS

happen genomen met een Van Veen happer met een volume van twee liter. Het bemonsterd oppervlak bedroeg circa 0,026 vierkante meter.

Per locatie is het aantal mosselen, het biovolume, de schelplengte en de verhouding dood/levend materiaal van zowel quaggamosselen als driehoeksmosselen bepaald. De gevonden getallen zijn omgerekend naar aantallen per vierkante meter.

Ter aanvulling heeft een duiker op 22 locaties v­ isueel onderzoek gedaan en monsters genomen met een bodemschep (een metalen frame van 296 mm x 191 millimeter; oppervlakte 0,056 vierkante meter). De duiker heeft tevens per locatie onder water het be­ dekkingspercentage aan mosselen geschat. Daar­ naast zijn met een aan een statief met raster beves­ tigde GOPRO-camera onderwateropnames gemaakt.

Verwerking van SSS-data Het resultaat van het SSS-onderzoek is een kaart met verschillende reflectieklassen/bodemruwheden. Met deze sonarmethode kan geen onderscheid gemaakt worden tussen quagga- en driehoeksmosselen. De intensiteit van de reflectie van mosselvelden ligt met name in klasse vijf en zes. In het zuidwesten van de Westeinderplassen nabij rietvelden bevindt zich een gebied met onderwatervegetatie. Vegetatie verstoort het reflectiesignaal, waardoor het in dit gebied moei­ lijker is om mosselen te detecteren. Op basis van het reflectiesignaal lijken in het noordoosten en het zuid­ westen zones te zijn met plaatselijk veel mosselen.

Mosselen Met een Van Veen bodemhapper, een handschep­ methode, onderwatercamera en met visuele observa­ ties door duikers is onderzocht of de reflectieklassen te vertalen zijn naar dichtheden mosselen. Afhan­ kelijk van de gehanteerde meetmethode worden er gemiddeld tussen de levende 434 en 5.478 levende mosselen per vierkante meter aangetroffen.

Bekend is dat er verschillen in schattingen optreden ten gevolge van de gebruikte methode. De Van Veen happer neemt een hap uit de bodem en de schep­ methode bemonstert de bovenste paar centimeters.

De bevindingen zijn echter in grote lijnen overeen­

komstig: de hypothese klopt dat bij een hogere reflec­ tie een hogere dichtheid mosselen aanwezig is.

De levende Dreissena gemeenschap bestaat voor het grootste gedeelte uit quaggamosselen met een ­schelplengte tussen de 8 en 10 millimeter.

Dit is in vergelijking met op andere plekken aange­ troffen populaties (bijvoorbeeld het Volkerak-Zoom­ meer) relatief klein. Dit duidt mogelijk op een jonge, zich nog sterk ontwikkelende populatie.

Daarnaast worden dode driehoeksmosselen aange­ troffen. Lokaal kan het aandeel meer dan 90 procent zijn. Deze driehoeksmosselen hebben een gemiddel­ de grootte van 20 tot 25 millimeter. Deze waarneming duidt er op dat de driehoeksmosselen al veel langer in de plassen aanwezig zijn.

Het verificatieonderzoek bevestigt dus dat er hoge dichtheden en banken van quagga-mosselen aanwe­ zig zijn. De gemeten dichtheden sluiten ook aan bij waarnemingen die in het IJsselmeer zijn gedaan. De combinatie van de verschillende onderzoeksmetho­ dieken geeft een goed ruimtelijk beeld van de ver­ spreiding van mosselen.

De verspreiding is voor het eerst in deze combinatie en op deze schaal in beeld gebracht. We denken een goede methodiek in handen hebben om de aanwezig­ heid verder in beeld te brengen.

De SSS is nog op andere plekken in het beheers­ gebied ingezet. De verspreiding in het Braassemmer­ meer laat een vergelijkbaar beeld zien. In de geïsoleerde Langeraarse Plassen komt de exoot daarentegen nog niet voor. Deze plassen hebben een dikke sliblaag. De mogelijk oorzaak is dat er voor de mossel nog te weinig aanhechtingplaatsen aanwezig zijn om zich te kunnen handhaven. Of dit een kwestie van tijd is weten we niet.

Opmars wordt bevestigd Ook in regionale wateren is de quaggamossel ­momenteel bezig met een behoorlijke invasie. Dit sonaronderzoek laat een vlakdekkende aanwezigheid zien en bevestigt de opmars. De soort was al waarge­ nomen in deze wateren, maar het voorkomen in der­ gelijke hoeveelheden was tot voor kort nog onbekend.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

De resultaten van de inventarisaties zijn gebruikt om te berekenen of de actuele helderheid van het water verklaard kan worden door de aanwezigheid van grote oppervlakken aan quaggamosselen. Berekeningen met Delf3D-instrumentarium laten zien dat dit inder­ daad het geval is. De huidige mosselpopulatie blijkt in staat te zijn vrijwel alle algen en zwevend stof uit het water te filteren.

Omdat de quaggamossel het water helder maakt, heeft de mossel grote invloed op het bereiken van een goede ecologische toestand, zoals beschreven in de Europese Kaderrichtlijn Water (KRW). Zo kan het zijn dat waterplanten versneld terugkeren door een verbeterd lichtklimaat.

Risico’s van de quaggamossel zijn een potentiële afname van de biodiversiteit, het ontstaan van een in­ stabiel ecologisch systeem, opnieuw vertroebeling bij massamortaliteit van de mosselen en overlast door aangroei aan kunstwerken met als gevolg minder doorstroming van duikers en gemalen.

Het structureel monitoren van de quaggamossel en nadere afstemming tussen waterbeheerders en kennisinstituten om effecten van deze invasie beter te begrijpen is daarom wenselijk. Het hoogheemraad­ schap van Rijnland stemt haar aanpak van onderzoek naar verdere verspreiding, levensvatbaarheid van de populatie en beleidsmatige consequenties momen­ teel af met andere waterbeheerders.

In deze gezamenlijke aanpak wordt ernaar gestreefd kennishiaten beter te begrijpen en zicht krijgen op de middellange- en langetermijneffecten van de aanwe­ zigheid van de quaggamossel.

Bart E.M. Schaub (Hoogheemraadschap van Rijnland) Andrew Devlin (Delta Marking) Marloes van der Kamp (Hoogheemraadschap van Rijnland) Johan Oosterbaan (Hoogheemraadschap van Rijnland) Harm Gerrits (Hoogheemraadschap van Rijnland)

APRIL 2016

29

Literatuur Bij de Vaate, A. (2006). De quaggamossel, Dreissena rostriformis bugenis (Andrusov, 1897), een nieuwe zoetwater mosselensoort voor Nederland. Spirula, 353 Van Emmerik W (2014). Onstuitbare opmars van de quaggamossel.

Visionair.

De Hoop L., Bruijs M.C.M., Collas F.P.L., Dionisio Pires L.M., Dorenbosch M., Gittenberger A., Matthews J., van Kleef H.H., van der Velde G., Vonk J.A., Leuven R.S.E.W. (2015). Risicobeoordeling en uitzetcriteria voor de uitheemse quaggamossel (Dreissena rostriformis bugensis) in Nederland. Universiteit Nijmegen. Verslagen Milieukunde nr. 507.

I. de Vries, R Postma (2013) Quick scan waterkwaliteit en ecologie Volkerrak-Zoommeer, Deltares.

Noordhuis, R. 2009. Tweekleppigen in IJsselmeer en Markermeer, 2006-2008. Rijkswaterstaat Directie IJsselmeergebied.

Baars-Cipro (2015). Onderzoek naar de verspreiding van ­zoetwatermosselen met behulp van sonartechnieken –Westeinderplassen. Opdracht Hoogheemraadschap van Rijnland.

Van der Kamp M., Penning E (2015). De Quaggamossel een vloek of een zegen? H2O-Online (www.vakbladh2o.nl)

SAMENVATTING Het water in de boezem van het hoogheemraadschap van Rijnland is op het ogenblik erg helder; het waterschap vermoedt vanwege de quaggamossel. Rijnland heeft behoefte aan een vlakdekkende inventarisatie van deze mossel om de verspreiding te bepalen, de filtercapaciteit in te schatten en het effect op de waterkwaliteit beter te begrijpen. Als inventarisatiemethode lijkt de Side Scan Sonar (SSS) geschikt. Deze techniek is uitgeprobeerd en blijkt te werken. De ­gemeten reflectie van SSS beelden laat uitgestrekte voorkomen zien van mosselen. Met SSS hebben we nu een instrument in handen, waarmee de verdere verspreiding en invasie van deze exoot kan w ­ orden vastgesteld.

De invasie van de quaggamossel

30

WATER MATTERS

Voeding van de Bolscherbeek met effluent van rioolwaterzuivering Haaksbergen (links) is in de zomerperiode groter dan de natuurlijke basisafvoer (rechts)

AUTEURS

Ruud Bartholomeus en Klaasjan Raat (KWR Watercycle Research Institute)

Bas Worm en Mathijs Oosterhuis (Waterschap Vechtstromen)

Gé van den Eertwegh (KnowH2O)

RESTWATER VAN DE RIOOLWATERZUIVERING VOOR DE LANDBOUW? Door de klimaatverandering zal de landbouw meer geconfronteerd worden met droogteschade. Het beter benutten van alternatieve zoetwaterbronnen, zoals het gezuiverde restwater van industrieën en rioolwaterzuiveringen, kan droogteschade verminderen. Dit restwater bevat echter diverse milieuvreemde stoffen. Wat zijn de risico’s van het gebruik van dit restwater in de landbouw?

Klimaatverandering leidt naar verwachting tot toenemende droogteschade aan landbouw en natuur. Voor de hogere zandgronden zal naar verwachting de gemiddelde droogteschade voor de landbouw bij verdergaande klimaatverandering in 2050 ongeveer tweemaal zo groot zijn als nu. Tegelijk komt de beschikbaarheid van water voor meer hoogwaardige toepassin­ gen, zoals de productie van drinkwater, onder druk te staan.

Om risico’s op watertekorten beheersbaar te maken, zijn strategieën ontwikkeld om de zoetwatervoorziening op de lange termijn veilig te stellen. Een van de pijlers van deze strategieën, geformuleerd in het Deltaplan Hoge Zandgronden in Zuid-Nederland (DHZ) en Zoetwatervoorziening Oost-Nederland (ZON), is het efficiënter benutten van beschikbare

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

31

Figuur 1 Chloride-bromide ratio (boven), als tracer voor effluent, en carbamazepineconcentratie (onder) op verschillende dieptes direct naast een drain bij de inlaat van het effluent (links, draindiepte 1,0m-mv) en tussen twee drains in het midden van het perceel (rechts, draindiepte 1,2m-mv) als functie van de tijd.

Het grijze vlak geeft de periode van sub-irrigatie weer. Waarde 0 voor chloride/bromide geeft aan dat of chloride, of bromide onder de detectiegrens (resp. <3 en <0.05mg/L) ligt

‘eigen’ waterbronnen. Eén van die maatregelen is het hergebruik van zoet restwater, om de grondwateraan­ vulling op perceelniveau te vergroten.

Daarbij kan ook gekeken worden naar het gezuiverde restwater van industrieën en ­rioolwaterzuiveringen.

Ondanks watertekorten in de landbouw lozen indus­ trieën en rioolwaterzuiveringen namelijk dagelijks grote hoeveelheden gezuiverd restwater op het oppervlaktewater.

Voor Oost-Nederland, met een gemiddeld jaarlijks neerslagoverschot van bijna 300 millimeter (www. klimaatatlas.nl), is eens becijferd dat het hierbij ruw­ weg gaat om een jaarlijkse hoeveelheid van 40 à 50 millimeter. Tegelijkertijd maken a ­ grariërs in de om­ geving dikwijls gebruik van grondwater en soms ook van open water voor de beregening van gewassen.

Door restwater te hergebruiken voor de regionale watervoorziening, verbetert de watervoorziening voor de landbouw waardoor gewasopbrengsten stijgen, ontstaat minder behoefte om te beregenen en neemt de druk op andere bronnen (zoals grondwater) af.

Restwater kan door subirrigatie ondergronds via drains ingebracht worden waar en wanneer het nodig is. Het inzetten van gezuiverd restwater van indus­trieën en rioolwaterzuiveringen voor droogte­

APRIL 2016

bestrijding is in Nederland echter een nog weinig toegepaste vorm van (klimaat)adaptatie.

De ideeën bestaan al wel langer (STOWA, 1996) maar praktijktoepassingen waren er tot voor kort niet. De kwaliteit van in te zetten restwater is een ­belangrijk aandachtspunt. Dit geldt zeker voor effluent van rioolwaterzuiveringen, vanwege de aanwezigheid van diverse verontreinigingen, zoals onder andere geneesmiddelen, bestrijdingsmiddelen, virussen en bacteriën.

Proef In 2013 begon waterschap Vechtstromen in het kader van het project ‘Landbouw op Peil’ een proef met ­effluent van een rioolwaterzuivering, waarbij een klein deel van de effluentstroom van de rioolwater­ zuivering Haaksbergen (minder dan 5 procent van de afvoer bij droog weer), tijdens de periode van sub­ irrigatie, is aangevoerd naar het Klimaat Adaptieve Drainagesysteem (KAD) in een aangrenzend snij­ maïsperceel. In het perceel is sprake van een zan­ dige bodem met een wegzijgingsprofiel. Een slecht waterdoorlatende leemlaag op drie meter beneden maaiveld (m-mv) belemmert uitspoeling naar het die­ pere grondwater. Overtollig regen- en irrigatiewater

Gezuiverd rioolwater voor de landbouw

30

32

WATER MATTERS

draineert grotendeels naar de beek.

KAD is een bijzondere vorm van regelbare drainage, die het mogelijk maakt om de drainagebasis via inter­ net op afstand te besturen. Via KAD kan het effluent ondergronds geïnfiltreerd worden.

Directe benutting van gezuiverd restwater via een KAD-systeem heeft een aantal voordelen. De be­ langrijkste zijn (1) een betere controle over het bodemvochtregime en daardoor betere groeicondi­ ties voor het landbouwgewas, (2) een verminderde beregeningsbehoefte vanuit het grondwater, en (3), bij gebruik van effluent van een ­rioolwaterzuivering, een mogelijk verminderde belasting van het opper­ vlaktewater met meststoffen en antropogene veront­ reinigen, zoals restanten van geneesmiddelen. Deze verminderde belasting kan direct zijn, doordat minder effluent geloosd wordt op het oppervlakte­water en/of indirect doordat het effluent het oppervlaktewater pas bereikt na bodempassage.

Tegenover deze voordelen staan ook belangrijke risico’s en vragen. Verontreiniging van het grondwater met microverontreinigingen is een belangrijk risico.

Een belangrijke vraag is of en hoe deze verontreini­ gingen zich verspreiden bij subirrigatie en hoe deze verspreiding zich verhoudt tot de verspreiding bij directe beregening met oppervlaktewater, dat in de zomermaanden voor een groot deel uit effluent bestaat.

In 2013 is het KAD-systeem voor het eerst kortston­ dig voor subirrigatie getest. In 2014 was subirrigatie overbodig vanwege de weeromstandigheden in het groeiseizoen; sinds 2015 is het systeem volledig operationeel. In 2015 is een eerste monitoring van de effecten van subirrigatie met effluent van de riool­waterzuivering uitgevoerd, gericht op inzicht verschaffen in een deel van genoemde kansen en ­risico’s. Centrale doel voor deze monitoring was de ruimtelijke verspreiding van het subirrigatiewater in beeld te brengen, inclusief verspreiding van (resten van) geneesmiddelen. Onderzoek naar de versprei­ ding van stoffen is een belangrijke reden voor de drinkwaterbedrijven om de pilot Haaksbergen te ondersteunen vanuit hun bedrijfstakonderzoek (BTO).

Resultaten Van 3 juni tot en met 9 oktober 2015 heeft gedurende nagenoeg het hele groeiseizoen subirrigatie plaats­ gevonden met een debiet van ruim 220 kubieke meter per dag, overeenkomend met een waterschijf van ongeveer 4 millimeter per dag. Zowel de waterkwa­ liteit als de hoeveelheid bodemvocht en grondwater zijn door KWR en KnowH2O op diverse plekken in het perceel gemonitord. Hieruit blijkt dat de kwantitatieve voordelen van de toepassing van subirrigatie evident zijn. In de periode voorafgaande aan subirrigatie daalt de grondwaterstand in het midden van het perceel geleidelijk tot ongeveer 1,25m-mv. Na de start van subirrigatie stijgt de grondwaterstand vrijwel direct en blijft gedurende subirrigatie een niveau tussen 0,7 en 1,0m-mv gehandhaafd. Zonder subirrigatie zakte de grondwaterstand in een vergelijkbaar weer­ jaar uit tot ca. 1,5 m-mv.

Naast de hydrologische effecten is de ruimtelijke ver­ spreiding van het ingebrachte water in de bodem en wortelzone (tot ongeveer 0,4m-mv) door m ­ etingen in beeld gebracht. Hierbij is speciale aandacht besteed aan de verspreiding van tracers, in de vorm van de verhouding tussen chloride en bromide (Cl:Br), en geneesmiddelen in het effluent. Cl:Br is in effluent typisch anders dan in grondwater of neerslag, en kan daarom gebruikt worden als tracer.

Van 61 geneesmiddelen en metabolieten zijn concen­ traties in het bodemvocht en ondiepe grondwater boven de slecht waterdoorlatende leemlaag bepaald.

Enkele typische resultaten zijn weergegeven in figuur 1.

Gedurende subirrigatie stijgt Cl:Br en verschuift deze in het ondiepe grondwater direct naast een drain naar die van het effluent. In de onverzadigde zone wordt hier op een diepte van 0,6m-m.v., een lagere, maar duidelijk verhoogde ratio gevonden.

Verspreiding van het effluent is daarmee dus niet beperkt tot de verzadigde grondwaterzone. Op 0,2m-m.v. is bijmenging met effluent onwaarschijn­ lijk. In het midden van het perceel, tussen twee drains, is sprake van enige verhoging van Cl:Br en is sprake van invloed van het effluent van de rioolwater­

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

zuivering, maar nadert de waterkwaliteit meer die van regenwater dan die van het effluent.

Het concentratieverloop van bijvoorbeeld ­carbamazepine, een epilepsiemiddel dat de bodem kan passeren, is in lijn met het verloop van Cl:Br. Voor het meetpunt direct naast een drain geldt dat door subirrigatie de concentraties stijgen en dat de ­concentraties in het ondiepe grondwater verschuiven in de richting van de effluentconcentratie.

Na het stoppen van subirrigatie dalen de concen­ traties weer. De concentraties in de onverzadigde zone zijn laag. De concentraties in het grondwater van bijvoorbeeld metformine, een middel voor dia­ betespatiënten, is gedurende subirrigatie lager dan de concentratie in het effluent. Metformine is welis­ waar een mobiele stof, maar ook biologisch afbreek­ baar in de bodem.

Uit de eerste resultaten blijkt dus dat resten van geneesmiddelen binnen een groeiseizoen niet signi­ ficant tot de wortelzone van het gewas doordringen, maar wel in het ondiepe grondwater. Het bodemwatersysteem in de pilot is hydrologisch grotendeels afgesloten van het diepere grondwatersysteem door de scheidende leemlaag op drie meter diepte. Welke stoffen achterblijven in de bodem, welke worden ­afgebroken en welke uitspoelen naar het diepere grondwater onder de leemlaag moet in vervolgonder­ zoek nader worden bekeken.

Vervolgtraject vanaf 2016 Hergebruik van restwater zou deel kunnen ­uitmaken van het proces om te komen tot de formulering van ‘voorzieningenniveaus’, die de beschikbaarheid van zoetwater en de kans op watertekorten in een gebied beschrijven, en die naar aanleiding van de Delta­ beslissing door provincies en waterschappen de komende jaren worden uitgewerkt.

Om te kunnen beoordelen of grootschaliger toepas­ sing van subirrigatie met restwater van industrieën en rioolwaterzuiveringen verantwoord kan zijn, is het van groot belang de risico’s te kennen, en te onder­ zoeken of deze te vermijden of te reduceren zijn.

Daarvoor is een goede kennisbasis over beschikbaar­

APRIL 2016

33

heid van zoetwaterbronnen, gedrag van stoffen in de bodem en mogelijke verspreiding naar gewas en diepere ondergrond onontbeerlijk.

Bestuurders en beleidsmakers kunnen alleen dan voorzien worden van betrouwbare informatie over de voors en tegens, opdat zij een zorgvuldige, integrale beoordeling kunnen maken van kansen en risico’s van hergebruik van restwater in de landbouw.

Ruud Bartholomeus (KWR Watercycle Research Institute) Bas Worm (Waterschap Vechtstromen) Mathijs Oosterhuis (Waterschap Vechtstromen) Gé van den Eertwegh (KnowH2O) Klaasjan Raat (KWR Watercycle Research Institute)

SAMENVATTING Om droogteschade aan landbouwgewassen te voorkomen is het van belang dat regio’s beter kunnen voorzien in hun eigen behoefte aan zoetwater. Voor de hoge zandgronden in Nederland wordt daarom ingezet op een systeem en beheer dat is gericht op het vasthouden van en zuinig omgaan met het beschikbare water. Onder andere door gezuiverd restwater van rioolwaterzuiveringen en industrieën niet af te voeren via het open water, maar te benutten voor droogtebestrijding, kunnen watertekorten in de landbouw worden verminderd. Waterschap Vechtstromen voert een praktijkproef uit waarbij effluent van een rioolwaterzuivering via subirrigatie ondergronds wordt geïnfiltreerd, waardoor de grondwaterstand en het bodemvochtgehalte op peil blijven of verhoogd worden. Daarbij worden tevens waterkwaliteitsaspecten in beeld gebracht om risico’s op verontreiniging van gewas en ­dieper grondwater te kwantificeren.

Gezuiverd rioolwater voor de landbouw

34

WATER MATTERS

GENEESMIDDELEN UIT AFVALWATER HALEN: IS HET HAALBAAR?

AUTEURS

Roberta Hofman-Caris en Wolter Siegers (KWR Watercycle Research Institute)

Rioolwaterzuiveringen kunnen geneesmiddelen slechts gedeeltelijk uit het afvalwater krijgen. Zuiveringstechnieken voor drinkwater zijn daartoe wel in staat, maar zijn minder geschikt voor het effluent van rioolwaterzuiveringen.

Daarin zit namelijk veel organisch materiaal. Is het mogelijk en rendabel om dit eerst te verwijderen en het afvalwater daarna een geavanceerd oxidatieproces te laten ondergaan?

Het gebruik van geneesmiddelen neemt sterk toe, onder andere vanwege de vergrijzing.

Een groot deel van deze middelen (en hun metabolieten) komt via urine en feces in het rioolwater. Het is de verwachting dat er op korte of middellange termijn Europese normen komen voor de hoeveelheid geneesmiddelen die geloosd mag worden. Het plaatsen van vier stoffen op de EU-watchlist is daarvan alvast een voorbode.

Kevin van de Merlen (AWWS)

Ad de Man (WBL)

Niettemin dreigt voorlopig een probleem. De huidige rioolwaterzuiveringen verwijderen ongeveer 60 tot 70 procent van de restanten van geneesmiddelen (figuur 1). Omdat er echter steeds meer gebruikt worden, zal het oppervlaktewater er steeds meer mee vervuild raken. Dit levert niet alleen een probleem op voor het aquatisch milieu, maar ook voor de ­productie van drinkwater.

De laatste jaren zijn diverse technieken ontwikkeld om drinkwater te zuiveren, maar eigen­ lijk zou het effectiever zijn dergelijke stoffen bij de bron (denk aan huishoudens en zieken­ huizen) te verwijderen. Een end-of-pipe oplossing na de rioolwaterzuivering is ook een optie: goed is voor het milieu en ook gunstig voor de drinkwaterproductie.

In principe zouden technieken als geavanceerde oxidatie, die worden toegepast in de drink­ waterproductie, ook geschikt kunnen zijn voor de verwijdering of omzetting van geneesmid­ delen in afvalwater.

Het probleem is echter dat het restwater (effluent) van rioolwaterzuiveringen veel Effluent Organisch Materiaal (EfOM) bevat. Aangezien de structuur van dit materiaal enigszins over­ eenkomt met die van geneesmiddelen, stoort het EfOM in het afbraakproces. Bij adsorptie­ processen, bijvoorbeeld met actieve kool, concurreert het met de geneesmiddelen om adsorptieplekken. Hierdoor wordt de verwijdering uit effluent relatief inefficiënt. Bovendien kunnen schadelijke bijproducten ontstaan door reacties van het EfOM. In het project dat in dit artikel wordt beschreven, is onderzocht of het technisch en moge­ lijk ook economisch beter haalbaar wordt wanneer EfOM via een aparte voorbehandeling (deels) wordt verwijderd. Hiervoor zijn eerst op labschaal experimenten uitgevoerd met twee verschillende voorbehandelingsmethoden en verschillende geavanceerde oxida­ tieprocessen (AOPs) als vervolgstap. Op grond hiervan is een pilotinstallatie gebouwd bij

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

35

Figuur 1 Totaal gehalte aan geneesmiddelen en hun metabolieten in het effluent van rioolwaterzuivering Panheel

een ­rioolwaterzuivering, waar onderzoek op grotere schaal plaatsvindt.

Voorbehandeling effluent Het onderzoek is uitgevoerd met het effluent van de rioolwaterzuivering Panheel, waarin relatief hoge concentraties geneesmiddelen voorkomen. Hier zijn twee verschillende typen voorbehandeling toegepast: • Ionenwisseling (IEX): het water wordt gefiltreerd over een kolom met een hars die negatief geladen ionen uit het water kan filtreren.

• Ozon/biofiltratie (O3/biofiltratie): de behandeling met ozon zorgt voor gedeeltelijke oxidatie van ­bepaalde verbindingen, die vervolgens met behulp van micro-organismen verder kunnen worden afgebroken.

Het EfOM bestaat uit verschillende fracties organisch materiaal, en de beide voorbehandelingstechnieken hebben een andere invloed op deze fracties (tabel 1).

IEX blijkt al de humuszuren uit het effluent te verwij­ deren. Daarnaast verwijdert deze behandelingstech­ niek ongeveer de helft van het hydrofoob materiaal, 60 procent van de bouwstenen en een kwart van de biopolymeren.

O3/biofiltratie heeft een heel ander effect. Deze tech­ niek verwijdert al het hydrofoob materiaal, ongeveer de helft van de biopolymeren, 40 procent van de humuszuren en circa 20 procent van de bouwstenen.

Een groot verschil dus.

Geavanceerde oxidatie als vervolgstap Bij geavanceerde oxidatie (AOP) wordt gebruik ge­ maakt van zeer reactieve hydroxylradicalen, die een breed scala aan organische stoffen kunnen afbreken.

Hydroxylradicalen worden bijvoorbeeld gevormd in

APRIL 2016

een UV/H2O2-proces. Hierbij kunnen geneesmiddelen op twee verschillende manieren worden afgebroken: • Afhankelijk van de toegepaste golflengte kunnen sommige moleculen UV-straling absorberen en dan uit elkaar vallen. Dit proces heet fotolyse.

• Ook H2O2 kan UV-straling absorberen en valt dan uiteen in twee hydroxylradicalen (•OH). Deze hydroxylradicalen kunnen vervolgens veel soorten organische verbindingen oxideren.

UV-straling wordt veel toegepast om drinkwater te desinfecteren. Een belangrijke parameter in UV-pro­ cessen is de hoeveelheid UV-energie ofwel de dosis.

Voor geavanceerde oxidatie is een ongeveer tien keer zo hoge dosis nodig als voor desinfectie. Bovendien is het water van een rioolwaterzuivering slecht door­ laatbaar voor UV-straling, waardoor het UV-proces weinig effectief is.

Door (een deel van) het EfOM uit het effluent te verwijderen, wordt het water beter doorlaatbaar voor UV-straling, waardoor het energieverbruik van het UV-proces sterk afneemt (tabel 2).

In eerste instantie is een mengsel van ruim 30 ge­ neesmiddelen en enkele controlestoffen als cafeïne toegevoegd aan het effluent van Panheel, en is op laboratoriumschaal het effect van de verschillende voorbehandelingen op de effectiviteit van een volgend geavanceerd oxidatieproces bestudeerd. Hierbij is niet alleen gekeken naar de omzetting van de toegevoegde microverontreinigingen, maar ook naar de afbraak en vorming van enkele (bekende) metabolieten van geneesmiddelen (die overigens niet zijn gedoseerd).

Uit het onderzoek bleek dat na een voorbehandeling met behulp van IEX bij een dosis van 300 milliJoule (mJ) per vierkante centimeter de meeste genees­ middelen al tot onder de analysegrens worden afgebroken. Ter vergelijking: voor een geavanceerd oxidatieproces is meestal minstens 500 milliJoule per vierkante centimeter nodig.

Dit betekent dus dat het UV/H2O2-proces heel efficiënt wordt bij toepassing van een voorbehandeling met bijvoorbeeld IEX, omdat niet alleen een lage UV-­dosis volstaat, maar ook omdat relatief weinig energie ­nodig is om die dosis te bereiken (zie tabel 2).

Hoe haal je geneesmiddelen uit afvalwater?

34

36

WATER MATTERS

Fractie

Gehalte (μg/L) Onbehandeld EfOM

Hydrofoob materiaal (HOC)

Na O3/biofiltratie

Na IEX

795

365

0

Biopolymeren (BP) mm >> 20.000

1.162

877

606

Humuszuren (HZ) Mm = ± 1000

4.040

0

2.404

Bouwstenen (van humuszuren) (BS) Mm = 300-500

1.251

471

1.033

Laag moleculair neutraal materiaal (LMW n) Mm < 350

1.676

916

895

245

304

53

Laag moleculaire zuren (LMW z) <350

Naast het hierboven beschreven oxidatieproces op basis van UV/H2O2 zijn in het laboratorium ook expe­ rimenten uitgevoerd met andere oxidatieprocessen, zoals O3/H2O2 en O3/UV. Op basis van de resultaten is besloten om een pilot­ experiment uit te voeren op rioolwaterzuivering Panheel, waarbij de beide voorbehandelingsproces­ sen naast elkaar worden bestudeerd, elk gevolgd door een UV/H2O2-proces en een actiefkoolfilter. Dit filter is voornamelijk bedoeld om de overmaat H2O2 weg te nemen, maar ook als extra barrière, omdat in het onderzoek immers een relatief hoge concentratie geneesmiddelen wordt gedoseerd. Ook hierbij is een vergelijkbare verbetering van de UV-T, en daarmee van het UV/H2O2 proces, gevonden gedurende de loop­ tijd van het experiment (circa drie maanden).

Optimalisatie zuiveringsproces De resultaten van de experimenten laten zien dat de verwijdering van een deel van het EfOM inderdaad ook op grotere schaal leidt tot een veel efficiënter UV/H2O2-proces met een significant lager energie­ verbruik. Dit effect is het grootste bij een voorbehan­ deling met IEX, maar daar staat tegenover dat er bij toepassing hiervan een geconcentreerde afvalstroom met een hoge zoutconcentratie ontstaat, die waar­ schijnlijk niet zomaar geloosd mag worden, en die mogelijk ook nog steeds medicijnresten bevat. Er zullen dus extra kosten gemaakt moeten worden voor de verwerking van dit concentraat. Dit nadeel heeft de voorbehandeling met O3/biofiltratie niet.

Verder bleek uit het onderzoek dat bij de geteste pro­ cessen ook metabolieten goed kunnen worden om­ gezet, en dat ook hier over het algemeen een h ­ ogere

Tabel 1 Verschillende componenten in EfOM (mm = molmassa)

omzetting wordt gevonden na voorbehandeling.

Tegelijkertijd blijkt hieruit dat in sommige gevallen extra metabolieten worden gevormd tijdens het oxi­ datieproces. Bij het toepassen van een lagere dosis, worden de oorspronkelijke geneesmiddelen dan wel voldoende omgezet, maar kunnen andere ongewenste producten, als carbamazepine-10,11-epoxide, worden gevormd.

Ook dit is een afweging die moet worden meegeno­ men in een beslissing om op grote schaal een derge­ lijk proces te gaan toepassen. Welke dosis levert een acceptabel resultaat tegen zo laag mogelijke kosten?

Dit is een beleidsvraag voor de waterschappen. Door­ dat de huidige analysetechnieken zo goed zijn, dat er altijd wel iets aangetoond kan worden, heeft de vraag welke lage gehaltes acceptabel zijn meer met politiek en beeldvorming te maken dan met risico’s voor milieu en volksgezondheid.

Uiteraard spelen bij een optimalisatie de verwachte kosten een grote rol. In een rapport van de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) wordt aangegeven dat ozonisatie in combinatie met nage­ schakelde zandfiltratie ongeveer 0,2 tot 0,3 euro per kubieke meter zou kosten. Gebruikmakend van de Tabel 2 Effect van verschillende voorbehandeling op UV-T en energieverbruik UV-T (%)

Relatief energieverbruik UV/H2O2 -proces

Effluent Panheel

38

100%

Na O3 /biofiltratie

69

38%

Na IEX

85

16%

Type water

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

CoP cost Calculator van Royal HaskoningDHV is een eerste indicatieve schatting gemaakt van de additio­ nele kosten die de processen uit de pilot-opstelling met zich mee zouden brengen. Deze schatting laat zien dat de kosten voor deze processen van ­eenzelfde orde zijn als de hierboven genoemde processen.

Hierbij is nog geen rekening gehouden met de grotere efficiëntie van het UV/H2O2-proces, waardoor een aan­ zienlijke besparing op het energieverbruik en even­ tueel voor dit proces benodigde chemicaliën mogelijk wordt.

Conclusies • Het effluent van rioolwaterzuiveringen bevat nog aanzienlijke hoeveelheden geneesmiddelen en hun metabolieten.

• Met geavanceerde oxidatieprocessen als UV/H2O2 kunnen deze organische microverontreinigingen efficiënt worden afgebroken als het EfOM eerst (deels) wordt verwijderd.

De twee geteste voorbehandelingstechnieken zijn allebei geschikt. Voorbehandeling met ionenwisse­ ling levert de grootste energiewinst voor het proces op, maar er ontstaat wel een zoute afvalstroom (met een deel van de geneesmiddelen), die nabe­ handeld zal moeten worden. Voorbehandeling met O3 /biofiltratie levert minder energiewinst op, maar ook geen concentraat, en verwijdert ook al een deel van de geneesmiddelen. Deze techniek is echter iets gevoeliger voor storingen.

• Bij optimalisatie van de processen moet ook reke­ ning worden gehouden met de mogelijke vorming en omzetting van afbraakproducten/metabolieten.

Naast een technische optimalisatie spelen ook beeldvorming en kosten een belangrijke rol.

• De additionele kosten voor een dergelijke combi­ natie van de bestudeerde processen lijken in van een zelfde orde als wat in de STOWA-rapportage wordt aangegeven. Doordat de voorbehandeling de waterkwaliteit voor een geavanceerd oxidatieproces significant verbetert, is hier waarschijnlijk een extra kostenbesparing te behalen.

APRIL 2016

37

Roberta Hofman-Caris (KWR Watercycle Research Institute) Wolter Siegers (KWR Watercycle Research Institute) Kevin van de Merlen (AWWS) Ad de Man (WBL)

Literatuur Mulder, M., Antakyali, D., Ante, S. (2015). Verwijdering van microverontreinigingen uit effluenten van RWZI’s; Een vertaling van kennis en ervaring uit Duitsland en Zwitserland. STOWA-rapport 2015-27.

Hofman, J., Laak, T.t., Tolkamp, H., Diepenbeek, P.v. (2013).

Geneesmiddelen in de waterketen in Limburg: herkomst en effect.

H2O-online 09-12-2013 Hofman, J., Tolkamp, H., Laak, T.t., Huiting, H., Hofman-Caris, R., Diepenbeek, P.v. (2013). Terugdringen van geneesmiddelen in de waterketen van Limburg. H2O-online 10-12-2013

SAMENVATTING Geneesmiddelen die via het rioolwater in een rioolwaterzuivering terechtkomen, worden daar slechts deels afgebroken. Hierdoor komen restanten in het oppervlaktewater. Technieken om drinkwater te zuiveren, zijn vaak minder effectief bij afvalwater omdat dit veel organisch materiaal bevat. Door een groot deel hiervan al eerst te verwijderen, is het mogelijk geneesmiddelen veel effectiever om te zetten met behulp van geavanceerde oxidatieprocessen. Hoewel dan twee zuiveringsprocessen nodig zijn, kan dit een kostenbesparing opleveren in vergelijking met eerdere schattingen, waardoor zuivering van afvalwater niet alleen technisch maar ook economisch beter haalbaar wordt. Dit blijkt uit een onderzoek op de rioolwaterzuivering Panheel in Limburg.

Hoe haal je geneesmiddelen uit afvalwater?

KENNIS OPDOEN, KENNIS DELEN Word ook lid van Koninklijk Nederlands Waternetwerk!

KNW maakt jou sterker in de watersector!

Wil jij weten wat er speelt op het gebied van water?

Wil jij weten wie je moet kennen?

Wil jij weten wat er toe doet?

Dan kan het Koninklijk Nederlands Waternetwerk (KNW) jou helpen.

KNW is hét onafhankelijke kennis(sen)netwerk voor en door professionals.

KNW deelt kennis en verbindt professionals in de watersector. Bij ons kun je terecht voor actualiteiten, boeiende congressen met inspirerende ­sprekers, workshops en trainingen, verbinding tussen generaties en specialisaties, theorie én praktijk, de juiste contacten, een uitgebreid ­professioneel netwerk, het maandblad H2O en nog veel meer.

Help mee een brug te slaan tussen diverse disciplines in het werkveld van de watersector.

Word nu lid van KNW Ben je al lid? Draag een kennis uit de watersector aan om ook van alle voordelen van ons netwerk te profiteren!

Lid worden kan via www.waternetwerk.nl

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

39

iStockphoto

MET DNA VISSTAND MONITOREN OP DE GROTE RIVIEREN Waterbeheerders moeten weten hoe het ervoor staat met de visstand. Rijkswaterstaat maakte hierbij tot voor kort gebruik van gegevens van de commerciële visserij. Nu hieraan beperkingen zijn opgelegd, wordt gezocht naar een alternatief.

Niet door de vissen te vangen, maar door de aanwezigheid van hun DNA in het water aan te tonen: environmental DNA.

AUTEURS

Wouter Patberg (Koeman en Bijkerk )

Jan Warmink (Sylphium molecular ecology)

Bart Wullings en Edwin Kardinaal (KWR Watercycle Research Institute)

Hans Ruiter (Rijkswaterstaat)

De Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) verplicht waterbeheerders onderzoek te doen naar de visstand. Om de soortensamenstelling in de rijkswateren in kaart te brengen, maakte Rijkswaterstaat tot voor kort gebruik van (fuiken)vangstgegevens van de commerciële aalvisserij, de passieve vismonitoring. Door het grotendeels verdwijnen van de commer­ ciële aalvisserij op de rijkswateren staat de passieve vismonitoring onder druk. Daarom wordt gezocht naar een alternatieve methode. eDNA Een mogelijk alternatief dat Rijkswaterstaat nu onderzoekt, is de eDNAmethode (eDNA = environmental DNA). Deze methode is gebaseerd op het feit dat alle (in het water levende) organismen DNA in hun milieu afschei­ den. Dit kan zijn in de vorm van feces, slijm, urine, schubben et cetera.

Door het nemen van watermonsters kan dit vrij in het milieu aanwezige DNA ‘gevangen’ worden en op basis van analyse kan vervolgens het aanwezige soortspecifieke DNA aangetoond worden en kan vastgesteld worden van welk organisme het afkomstig is.

Met de eDNA-methode wordt alleen de aanwezigheid van vissoorten aan­ getoond. Over aantallen (per lengteklasse) of biomassa biedt de methode (nog) geen uitsluitsel.

De eDNA-techniek is nog volop in ontwikkeling. Een van de onzekerheden is dat we nog niet precies weten welke inspanning qua bemonstering we Vissen herkennen moeten leveren om een betrouwbare trefkans te hebben. Een ander punt aan hun DNA is dat in stromende wateren het eDNA dat we aantreffen afkomstig kan zijn van elders. eDNA blijft immers meerdere dagen tot weken intact.

Dit onderzoek is een eerste verkenning naar de toepasbaarheid van de eDNA-methode in grote rivieren. Hiervoor is een vergelijkende veldstudie uitgevoerd, waarbij de resultaten van de reguliere fuikenvisserij vergele­ ken zijn met die van de eDNA-methode.

39

Opzet vergelijkende veldstudie Op een traject in de Gelderse IJssel bij Deventer is de traditionele fuiken­ visserij vergeleken met de eDNA-methode. Op drie opeenvolgende dagen

APRIL 2016

40

WATER MATTERS

Figuur 1 Boxplots van de qPCR-waarden van alle meetpunten over alle dagen per soort.

Let op het verschil in schaalverdeling op de y-assen

is op deze locatie met fuiken gevist en zijn water­ monsters genomen. De watermonsters zijn geana­ lyseerd op DNA van zes vissoorten: twee algemeen ­voorkomende (baars en blankvoorn), twee minder algemene (winde en alver) en twee meer zeldzame (meerval en rivierdonderpad).

In dit onderzoek is gebruik gemaakt van drie stel schietfuiken verspreid over circa 4,5 kilometer. Op hetzelfde traject zijn op vier locaties watermonsters genomen: direct stroomopwaarts van elke fuik en op 1,5 kilometer stroomafwaarts van de meest stroom­ afwaartse fuik. Om ook de verspreiding van DNA-­ materiaal over kortere afstanden in kaart te kunnen brengen, zijn op elke locatie in totaal negen water­ monsters (van elk 2 liter) genomen, verdeeld over drie raaien op 150 meter afstand van elkaar. Per raai zijn drie watermonsters genomen op plaatsen met een verschillende diepte (één, twee en vijf meter).

De analyses zijn uitgevoerd met de qPCR-methode.

Hiermee is het mogelijk om de aanwezigheid en hoeveelheid van (e)DNA aan te tonen. De benodigde gereedschappen – de primers en probes – zijn in dit onderzoek met succes ontwikkeld en gevalideerd.

Resultaten Van de zes doelsoorten zijn er in de onderzoekspe­ riode vier in de fuiken aangetroffen (tabel 1). Dit is overigens te danken aan het grote aantal fuiken dat werd ingezet. Met één fuik waren we in drie dagen op maximaal drie doelsoorten uitgekomen. Waren alle drie de locaties bemonsterd, maar op slechts één dag dan waren we eveneens op maximaal drie doelsoor­ ten uitgekomen.

Met de eDNA-methode zijn alle zes doelsoorten waargenomen. De aangetroffen eDNA- concentraties

verschillen sterk tussen de soorten (figuur 1). De spreiding van de blankvoorn loopt het meest uiteen, die van de alver het minst.

Wordt in een watermonster eDNA aangetroffen dan wordt aangenomen dat die soort op het betreffende meetpunt aanwezig is. Zo worden eDNA-versprei­ dingskaarten gemaakt. Als voorbeeld zijn in figuur 2 en 3 de eDNA-verspreidingskaarten voor baars en meerval weergegeven.

Baars is in 97 van de 108 watermonsters aangetoond (90 procent) met qPCR-waarden tot 4.988 kopieën per liter. De verspreiding van meerval-eDNA laat een ander patroon zien. Zo is meerval in slechts 31 van in totaal 108 watermonsters aangetroffen (29 procent) met qPCR-waarden tot 834 kopieën per liter. Meerval is niet in de fuikvangsten aangetroffen.

De verspreidingskaarten laten zien dat baars en meerval elke dag op elk cluster van negen meet­ punten – één meetlocatie – zijn waargenomen. Elke soort die in de fuik is aangetroffen, is ook met eDNA aangetoond. Meerval en rivierdonderpad zijn niet in de fuiken aangetroffen, maar wel met de eDNA-­ methode.

Uit deze eerste verkenning blijkt dat het mogelijk is om met de eDNA-methode algemeen voorkomende soorten en minder algemeen voorkomende s­ oorten, zoals meerval en rivierdonderpad, aan te tonen.

Ten opzichte van de fuikenvisserij geeft de eDNA­methode een grotere kans een vissoort aan te tonen.

Door op meerdere locaties verspreid over het onder­ zoektraject watermonsters te nemen, hebben we de verspreiding van eDNA – in ruimte en tijd – in kaart kunnen brengen en daarmee zicht gekregen op de

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

!

13 november 2014

13 november 2014

! !

13 november 2014

!

!

!

!

!

november2014 2014 1313november

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

12 november 2014

Baars

12 november 2014 !

! !

!

Baars kopieen/ liter / liter kopieen !

!

!

!

11 november 2014

11 november 2014

!

F3

!

F3

!

!

!

!

!

!

F1

F1 !

F2 F2

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

!

!

!

!

! !

!

november2014 2014 1212november !

!

!

!

!

! !

!

!

!

!

!

!

!

12 november 2014

!

!

!

!

!

!

!

!

Meerval

!

! !

! !

!

!

00 >> 0 -050 - 50 50 - 100

50 - 100 2014 11 november

!

!

!

100 - 500

!

!

!

!

!

F3

!

!

!

!

!

!

!

november2014 2014 1111november

100 - 500

500 - 1500

Meerval Baars kopieen liter kopieen kopieen/ liter // liter !

!

!

!

!

F3 F3

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

F1 F1

F1 !

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

F2 F2 F2 !

0 00

50 - 100

!

!

!

!

5050- 100 - 100

!

!

!

>> 0 0-050 --50 > 50

!

!

!

!

!

!

!

!

!

500 - 1500

100 100- 500 - 500

100 - 500

500 500- 1500 - 1500

500 - 1500

1500 - 6500

> 1500 1500 - 6500

1500 - 6500

> 1500

Figuur 2 eDNA-verspreidingskaart van baars. Per dag is voor elk meetpunt de gemiddelde waargenomen qPCR-waarde weergegeven. Hoe groter de cirkel des te meer eDNA in het watermonster is aangetroffen. Per meetlocatie liggen negen meetpunten op drie raaien in een cluster bij elkaar.

De meetlocaties liggen ongeveer 1,5 kilometer uit elkaar.

De pijl geeft de stromingsrichting aan

Figuur 3 eDNA-verspreidingskaart van meerval. Per dag is voor elk meetpunt de gemiddelde waargenomen qPCR-waarde weergegeven. Hoe groter de cirkel des te meer eDNA in het watermonster is aangetroffen. Per meetlocatie liggen negen meetpunten op drie raaien in een cluster bij elkaar.

De meetlocaties liggen ongeveer 1,5 kilometer uit elkaar.

De pijl geeft de stromingsrichting aan

trefkans van de doelsoorten. De verspreidingskaarten geven ook inzicht in de herkomst van het eDNA.

meetlocatie bemonsterd had kunnen worden om alle zes doelsoorten aan te treffen. De kans op vals negatieve waarnemingen zou bij minder watermon­ sters per meetlocatie groter zijn geweest, want van de meeste doelsoorten is niet op elk meetpunt eDNA aangetroffen.

Op basis van deze resultaten wordt geconcludeerd dat de trefkans dusdanig hoog is dat de eDNA-methode een geschikt alternatief is voor de passieve vismoni­ toring.

Vals negatieve waarnemingen De verspreiding van eDNA verschilt per soort. Zo is van meerval op veel minder meetpunten eDNA aangetroffen dan van baars. Naarmate eDNA minder verspreid voorkomt in water, neemt de trefkans (de kans dat eDNA van een soort aangetroffen wordt) af.

Een soort niet aantonen met eDNA terwijl de soort wél aanwezig is, noemen we een vals negatieve waar­ neming. Voor meerval is de kans op vals negatieve waarnemingen dus groter dan voor baars.

Inzicht in de soortafhankelijke verspreiding van eDNA in stromende wateren is vereist om een ­bemonsteringsstrategie te hanteren die de kans op vals negatieve waarnemingen minimaliseert.

Op de eDNA-verspreidingskaarten (zoals figuur 2 en 3) zien we dat, ongeacht de dag, een ­willekeurige

Vals positieve waarnemingen Tegelijkertijd moet men er ook op bedacht zijn dat met toenemende trefkansen de kans ook groter wordt dat eDNA van buiten het onderzoektraject wordt op­ gepikt. Onderzoek toont aan dat eDNA op kilometers afstand van de bron nog gedetecteerd kan worden.

De kans op zogeheten vals positieve waarnemingen beïnvloedt de interpretatie van de resultaten en daar­

Tabel 1 De vissoorten (en aantallen) die zijn aangetroffen in de fuiken. De vangsten zijn per dag weergegeven.

De codering (F1, F2 en F3) heeft betrekking op de locaties van de fuiken

APRIL 2016

41

Vissen herkennen aan hun DNA

42

WATER MATTERS

mee de toepasbaarheid van de eDNA-methode. Dit geldt bijvoorbeeld voor onderzoek in het kader van de Europese Kaderrichtlijn Water en naar de versprei­ ding van exoten.

Ook nu bieden de eDNA-verspreidingskaarten ­uitkomst. Door de hoeveelheid eDNA op twee opeen­ volgende meetpunten (of raaien) met elkaar te verge­ lijken, is de herkomst te herleiden. Voor meerval zien we stroomopwaarts van verschillende meetpunten minder eDNA dan op het meetpunt zelf, wat duidt op een DNA-bron tussen deze twee meetpunten en daar­ mee de aanwezigheid van meerval.

Conclusies De belangrijkste conclusies uit dit onderzoek zijn: • Met de eDNA-methode kunnen we de aanwezigheid van algemene en minder algemene vissoorten op grote rivieren aantonen; • De eDNA-methode geeft een grotere kans een soort aan te treffen dan de fuikenvisserij; • eDNA-verspreidingskaarten bieden inzicht in de kans een soort aan te treffen en in de herkomst van eDNA; • De eDNA-methode is praktisch haalbaar en minder arbeidsintensief dan de fuikenvisserij, en levert toch betrouwbare resultaten; • De eDNA-methode lijkt een geschikt alternatief voor de passieve monitoring.

Om geschikt te zijn als alternatief voor de passieve monitoring is een betrouwbare, efficiënte en robuuste methode voor alle vissoorten vereist. Hoewel in dit onderzoek algemene en minder algemene soorten zijn opgenomen, is het wenselijk inzicht te krijgen in de trefkans van de gehele visgemeenschap. ­Hiertoe kan ook de eDNA-metabarcoding techniek een goede aanvulling vormen. Met behulp van deze niet kwan­ titatieve DNA-methode kan een beeld verkregen worden van de totale visgemeenschap. Er blijft echter meer kennis vereist van het gedrag van eDNA in water om zo de kans op vals positieve waarnemingen te verkleinen.

Deze twee onderzoeksvragen kunnen met funda­ menteel onderzoek en/of het gebruik van computer­

modellen beantwoord worden. Dit is echter zeer tijdrovend en arbeidsintensief. Bovendien wordt de hoeveelheid en de spreiding van eDNA in water door veel factoren bepaald, die sterk in ruimte en tijd kunnen variëren. Daarom krijgt een meer pragma­ tische aanpak de voorkeur met deze verkennende studie als aanzet. Door de combinatie van qPCR en de meetpunten goed te kiezen kan de verspreiding en herkomst van eDNA (onder de heersende milieufac­ toren) inzichtelijk worden gemaakt. Hierdoor neemt de betrouwbaarheid van de resultaten toe, en wordt fundamenteel onderzoek naar het gedrag van eDNA in stromende wateren minder noodzakelijk.

Wouter Patberg (Koeman en Bijkerk ) Jan Warmink (Sylphium molecular ecology) Hans Ruiter (Rijkswaterstaat) Bart Wullings (KWR Watercycle Research Institute) Edwin Kardinaal (KWR Watercycle Research Institute)

SAMENVATTING De Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) verplicht waterbeheerders onderzoek te doen naar de visstand. Door het grotendeels verdwijnen van de commerciële aalvisserij op de rijkswateren is de passieve vismonitoring (gebruik maken van gegevens van de vissers) onder druk komen te staan.

De eDNA-methode (eDNA = environmental DNA) zou een alternatief kunnen zijn. Deze methode is erop gebaseerd dat alle (in het water levende) organismen DNA afscheiden. Door het nemen van watermonsters kan dit vrij in het milieu aanwezige DNA ‘gevangen’ worden en op basis van analyse kan vastgesteld worden van welk organisme het DNA afkomstig is. Het onderzoek dat in dit artikel wordt beschreven toont aan dat de eDNA-methode geschikt kan zijn al alternatief voor het tellen van de vissen zelf.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

43

iStockphoto

AUTEURS

WATERKWALITEIT POLDERS

Bas van der Grift en Joachim Rozemeijer (Deltares)

Hans Peter Broers (TNO Geologische Dienst Nederland)

Wilbert Berendrecht (Berendrecht Consultancy)

Michiel Oudendijk (Waterschap Zuiderzeeland)

APRIL 2016

HOOGFREQUENT METEN IS VEEL MEER WETEN Het waterpeil in Nederland wordt vooral geregeld door gemalen. Gemalen zijn ook traditioneel een plek om de waterkwaliteit te monitoren. Punt is alleen dat steeds meer gemalen volautomatisch draaien in de nachtelijke uren, terwijl de waterkwaliteit nog steeds vooral overdag wordt gemeten.

Dit kan een aanzienlijke vertekening van de werkelijkheid opleveren, zo blijkt uit onderzoek.

De echte waterkwaliteit bij gemalen

43

WATER MATTERS

meting model neerslag

25

neerslag (mm/dag)

8

20

6

6

50

15

5

0

15−Nov

15−Dec

10 8

15−Jan

15−Feb

15−Mar

15−Apr

0

residu

6

troebelheid (FTU)

2

30 20 10

4 2

0

0

−2 −4 15−Nov

15−Dec

15−Jan

15−Feb

datum

15−Mar

15−Apr

Het gemaal De Blocq van Kuffeler is één van de vier gemalen die de Flevopolder droog houden. Deltares heeft er in september 2014 in samenwerking met het waterschap Zuiderzeeland een meetopstelling ge­ plaatst, die elke vijf tot tien minuten in de Lage Vaart de concentratie nitraat (NO3), totaal-fosfor (TP) en zwevende stof (ZS) meet. Het is wereldwijd de eerste hoogfrequente meetreeks voor waterkwaliteit bij een gemaal. Het bemalingsgebied van de Lage Vaart wordt vooral voor landbouw gebruikt.

Dynamiek van nitraat Nitraatafvoer bij het gemaal blijkt gerelateerd aan drainage van landbouwpercelen in de polder. Uit de metingen blijkt dat in de periodes vanaf 1 oktober tot half november en vanaf ongeveer half april tot eind augustus de nitraatconcentratie bij het gemaal laag was. De grondwaterstanden waren dan lager dan het buisdrainageniveau. Tijdens intensieve regen­ buien in de zomer en langdurige natte periodes in de winter stijgt de grondwaterstand tot op of boven het buisdrainageniveau en wordt gedurende ongeveer vijf dagen na een neerslagpiek een toename van de nitraatconcentraties bij het gemaal gemeten.

Al eerder was bekend dat de nitraatconcentratie in het drainagewater in de Flevopolder (met gemeten concentraties tussen ongeveer 5 en 20 milligram N per liter) relatief hoog is. Als gevolg van de krimp­ scheuren in de kleigrond van de Flevopolder is er een snelle afvoer van nitraat als de grondwaterstanden op het niveau van de buisdrainage komen te liggen.

Onze metingen tonen aan dat dit drainagewater in hoge mate bepalend is voor de kwaliteit van het ­oppervlaktewater onder natte omstandigheden.

0.6

5

40

10

nitraat (mg N/l)

4

−6

< Figuur 1 Hoogfrequente meetreeks voor nitraat, de neerslag (som van de voorafgaande 24 uur) en het tijdreeksmodel

4 3 2

TP NO3

Troebelheid debiet

neeslag

3

25 20

0.4

2

15 10

0.2

1 0

30

1

neerslag (mm/uur)

30

debiet (m3/sec)

10

totaal−P (mg P/l)

35

nitraat (mgN/l)

12

nitraat (mgN/l)

44

5 0.0 09−Dec

11−Dec

13−Dec

15−Dec

17−Dec

0 19−Dec

0

Figuur 2 Dynamiek in nitraat-, totaal-fosfor concentratie en zwevende stof (als troebelheid) na een natte periode op 10, 11 en 12 december samen met de neerslag en het pompregime

Om meer inzicht te krijgen in bronnen en transport­ routes van nitraat is met behulp van tijdreeksanalyse (een transfer-ruis-model) onderzocht of een relatie kan worden gelegd tussen het hoogfrequente con­ centratieverloop van nitraat en de neerslag (uursom­ men). De resultaten zijn weergegeven in figuur 1. De bovenste grafiek toont de metingen en het gemo­ delleerde concentratieverloop, de onderste figuur toont de residuen (meting minus model). Uit het tijdreeksmodel blijkt dat 70 procent van het verloop van de nitraatconcentratie verklaard kan worden uit een r­ eactie op neerslag. De resultaten laten zien dat vooral in droge periodes de daling van de concen­ traties goed wordt gemodelleerd. De natte periodes tonen verschillende resultaten: in december wordt de toename van de concentratie goed gemodelleerd, in januari wordt de concentratie overschat, terwijl in februari/maart de concentratie wordt onderschat.

Verschillen tussen gemodelleerde en gemeten con­ centratie geven aanvullend inzicht in de nitraatdyna­ miek in de Flevopolder. De overschatting in januari is waarschijnlijk het gevolg van verdunning als gevolg van zware regenval in combinatie met een afname van de bodemvoorraad aan nitraat als gevolg van uitspoeling met de regen gedurende de voorafgaande maanden. Dit is een effect dat niet in het transfer­ model zit. De onderschatting en vooral de pieken in februari/maart kunnen worden verklaard door het uitrijden van mest in die periode.

In de Mestwet is geregeld dat uitrijden van mest is toegestaan vanaf 1 februari op bouwland en vanaf 15 februari op grasland. De eerste drie weken van februari 2015 waren droog. Het is aannemelijk dat ­tijdens deze periode op grote schaal mest is uitgere­

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

0.30

TP basislijn

TP

debiet

25

totaal−fosfor (mg P/l)

0.25

30

20

0.15

15

0.10

10

0.05

5

0.00 28−Jan

debiet (m3/sec)

0.20

30−Jan

01−Feb

03−Feb

05−Feb

07−Feb

09−Feb

11−Feb

45

Figuur 4 Tijdreeks TPconcentraties, de LOWESS-trend en de helling

0

Figuur 3 Verandering van de TP-concentratie tijdens bemaling

den. Op 20 februari is het flink gaan regenen en een paar dagen later, op 24 februari piekte de nitraatcon­ centratie naar bijna 10,5 milligram N per liter. Ook tijdens de hierop volgende regenbuien eind februari en begin maart was de gemeten nitraatconcentratie hoger dan gemodelleerde nitraatconcentratie.

Dynamiek in totaal-fosfor Waar het voor nitraat vrij eenvoudig is om een domi­ nante bron aan te wijzen is dit voor totaal-fosfor (TP) niet het geval. De concentratie bij het gemaal neemt structureel toe tijdens droge periodes en is het hoogst in de zomer. Dit duidt op de invloed van fosfaatrijk grondwater en nalevering van fosfaat uit de water­bodem. Andere fosforbronnen zijn het fosfaat­ rijke water uit de Oostvaardersplassen en de rioolwa­ terzuivering van Almere, die op de Lage Vaart loost.

Het nitraatrijke landbouwwater, dat een grote invloed heeft de waterkwaliteit tijdens natte omstandigheden, bevat opvallend lage TP-concentraties (figuur 2). De neerslag op 10-12 december leidt tot een piek in de nitraatconcentratie van 5,5 milligram N per liter op 17 december.

Afgezien van de piek in de TP-concentratie tijdens de bemaling, is de concentratie op 17 december lager dan op 11 en 12 december. Hoewel niet valt uit te sluiten dat het drainagewater uit de landbouwgebie­ den verhoogde fosforconcentraties bevat, is dit dus niet terug te zien bij het gemaal. Mogelijk is er wel uitspoeling van fosfor uit de landbouwbodems naar het oppervlaktewater tijdens natte omstandigheden, maar wordt dit niet direct naar het gemaal getrans­ porteerd.

Een deel van het fosfaat in de bodem zal gebonden aan fijne deeltjes naar het oppervlaktewater uitspoe­ len. Daarnaast hecht uitspoelend, opgelost fosfaat zich in het oppervlaktewater zelf aan ijzerdeeltjes die

APRIL 2016

in de sloot gevormd worden door kwel van ijzerhou­ dend grondwater.

Sedimentatie van deze vormen van particulair fosfor in de sloten en vaarten verhindert daarmee het snelle transport naar het gemaal. Gesedimenteerd fosfor kan in de zomer wel leiden tot nalevering van fosfaat vanuit de waterbodem naar het oppervlaktewater en dus ‘vertraagd’ vrijkomen. De hoge ortho-P-concen­ traties in de zomerperiode duiden op nalevering van P vanuit de waterbodem.

Zulke omzettingsprocessen en de tijdelijke opslag van fosfaat maken het er niet eenvoudiger op om effecten van landbouw en mestmaatregelen op de fosforcon­ centratie in het oppervlaktewater snel vast te stellen.

Effect van bemaling Uit eerder onderzoek in Friesland is al gebleken dat nutriëntenconcentraties kunnen toenemen tijdens bemaling. Op basis van de hoogfrequente meetreeks van TP en ZS bij het gemaal De Blocq van Kuffeler hebben we dit effect beter kunnen kwantificeren. De TP- en ZS-concentraties nemen plotseling toe als het gemaal in werking is (zie figuur 3 voor TP). Gemid­ deld gezien over een jaar neemt de TP-concentratie tijdens bemaling met één pomp 0,06 milligram P per liter toe, tijdens bemaling met twee pompen is dit 0,13 milligram P per liter. De concentratie zwevend stof nam tijdens bemaling met één pomp gemiddeld toe met 4,4 milligram per liter, terwijl dit tijdens bemaling met twee pompen 22 milligram per liter bedroeg.

Deze toename tijdens bemaling wijst erop dat de ver­ andering in stroomsnelheid van het water tot opwer­ veling van sedimentgebonden P uit de waterbodem leidt.

De toename van de TP-concentratie tijdens pom­ pen is in de onderzochte polder veel kleiner dan wat

De echte waterkwaliteit bij gemalen

46

WATER MATTERS

gemeten is tijdens natte periodes in ‘vrij’ afstromende gebieden in Nederland of daarbuiten, waar concen­ tratietoenames met een factor 100 of meer gerappor­ teerd zijn. Doordat de stroomsnelheid van het water in polders gelimiteerd is tot de pompcapaciteit van het gemaal, is het risico van opwerveling van grote hoeveelheden P ook beperkt. Polders hebben dus een grote capaciteit om P in het oppervlaktewatersysteem te bergen. Hierdoor is het risico op nalevering van P vanuit de waterbodem, en dus hogere concentraties in de zomer, voor polders weer groter dan voor vrij afstromende gebieden.

Het gemaal De Blocq van Kuffeler draait vooral ’s avonds en ’s nachts omdat de stroom dan goedko­ per is. Monsters voor waterkwaliteit worden altijd overdag genomen. Dit leidt tot een onderschatting van de TP-concentratie van het water dat daadwer­ kelijk uitgemalen wordt. Dit heeft gevolgen voor het vaststellen van de vrachten vanuit de Lage Afdeling naar het Markermeer en mogelijk ook voor trends in waterkwaliteit.

In 2008 is het gemaal omgebouwd van een handbe­ diend met dieselmotoren aangedreven gemaal, naar een volledig automatisch met elektromotoren aange­ dreven gemaal. Het lijkt er sterk op dat deze overgang terug te zien is in de tijdreeks van TP-concentratie (figuur 4). De tijdreeks van 2000 tot 2015 laat een dalende concentratie zien. Tijdreeksen van 2000 tot 2009 en van 2009 tot 2015 laten echter toenemende concentraties zien. Deze verschillen worden veroor­ zaakt door de plotselinge afname van TP-concentra­ tie begin 2009, precies de tijd dat het gemaal werd omgebouwd. Hoewel niet helemaal valt uit te sluiten dat er andere oorzaken van de plotselinge afname van de TP-concentratie zijn, is het aannemelijk dat dit te maken heeft met de overschakeling naar bemaling gedurende de avond en nacht.

Een groot aantal gemalen in Nederland is de afgelo­ pen twintig jaar omgebouwd van dieselaangedreven naar volledig automatisch werkende elektrische gemalen die voornamelijk gedurende de avond en nachtelijk uren draaien, terwijl de bemonstering over­ dag plaats blijft vinden. Het is dus voorstelbaar dat de verandering in pompregime op regionale en zelfs op

landelijke schaal consequenties heeft voor gerappor­ teerde trends in waterkwaliteit van het daadwerkelijk uitgemalen water. Het overdag met steekmonsters bemonsteren van de waterkwaliteit bij gemalen die voornamelijk ’s nachts malen, leidt tot een onder­ schatting van de uitgemalen hoeveelheden stoffen.

Een uitgebreid artikel over het beschreven onderzoek verschijnt binnenkort in het tijdschrift Hydrology and Earth System Sciences.

Bas van der Grift (Deltares) Joachim Rozemeijer (Deltares) Hans Peter Broers (TNO Geologische Dienst Nederland) Wilbert Berendrecht (Berendrecht Consultancy) Michiel Oudendijk (Waterschap Zuiderzeeland)

SAMENVATTING In ongeveer 60 procent van Nederland wordt de ­waterstand geregeld met gemalen. Zij pompen overtollig water de polders uit. Bij deze gemalen wordt vaak ook de waterkwaliteit gemeten. Het overdag met steekmonsters bemonsteren van de waterkwali­ teit bij gemalen die voornamelijk ’s nachts malen, leidt tot een onderschatting van de uitgemalen hoeveelheden stoffen, zoals nitraat en fosfaat.

Met nieuwe meettechnieken kunnen concentraties tegenwoordig echter hoogfrequent gemeten worden, waardoor men een veel beter beeld kan krijgen van de herkomst van bepaalde stoffen en van de aard van transportprocessen. Hoogfrequente metingen bij het poldergemaal De Blocq van Kuffeler in de Flevopolder laten zien dat nitraat uit landbouwgebieden relatief snel wordt afgevoerd in natte periodes, maar dat fosfaat in poldersystemen juist sterker wordt vastgelegd dan in vrij afwaterende gebieden. Fosfaat spoelt daardoor niet zozeer in de winter uit, maar door nalevering uit de waterbodem en door voeding vanuit het grondwater juist ook in de zomer.

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

47

iStockphoto

AUTEURS

Henk Tamerus en Esther Vermue Waterschap De Dommel

Jan van de Graaf en Maaike Cazemier Waterschap De Dommel

Inge Folmer Royal HaskoningDHV

ZWEMMEN IN EEN GRACHT: IS HET RISICO VOORSPELBAAR? Zelfs koningin Máxima doet het. In een wetsuit de gracht in, zwemmen voor het goede doel. Een stadsgracht is echter geen zwemwaterlocatie. Kan een waterschap niettemin een inschatting maken van de verwachte waterkwaliteit en adviseren om zo’n evenement al dan niet door te laten gaan?

Waterschap De Dommel ontwikkelde een eigen model en durfde de advisering in 2015 wel aan.

Steeds vaker zijn stadsgrachten het decor van grote zwemevenementen.

Ook in de stadsgrachten van ’s-Hertogenbosch, in beheer bij waterschap­ pen De Dommel en Aa & Maas, vindt een dergelijk zwem­evenement plaats: de Swim to Fight Cancer (STFC).

Er blijft echter een dilemma. Een gracht is geen zwemlocatie, maar het waterschap kan niemand verbieden om erin te springen. Het waterschap is tegelijk wel waterkwaliteitsbeheerder en voelt zich daarom medever­ antwoordelijk voor de honderden zwemmers.

Veilig zwemmen in Wat te doen? Gezien de maatschappelijke relevantie heeft waterschap De de gracht?

Dommel uiteindelijk besloten achter de schermen mee te werken aan het inzichtelijk maken van de waterkwaliteit ten tijde van het evenement.

47

APRIL 2016

48

WATER MATTERS

Figuur 1 De bijdrage van de bronnen van het water op het zwemtraject

Figuur 2 Afvoergolven van de overstorten Eindhoven en de modelberekening voor het traject van de Swim to Fight Cancer 2015 in relatie tot de neerslag (KNMI-station Eindhoven)

Wat is bekend over de waterkwaliteit in de g ­ rachten van ’s-Hertogenbosch? Niet zoveel, want het zwem­ traject is geen zwemwater. Wel is bekend dat ver­ schillende rioolwaterzuiveringsinstallaties en riool­ overstorten bovenstrooms lozen op de Dommel. Om meer inzicht te krijgen in de waterkwaliteit is een meetprogramma opgezet, waarbij op twee locaties is gemeten. De laatste monstername is twee dagen voor de go-no-go-beslissing en vier dagen voor de start van het evenement. In deze periode kan de water­ kwaliteit echter nog sterk veranderen als gevolg van neerslag en lozingen.

De Dommel ontspringt als rivier in België en komt Nederland binnen ten zuiden van Eindhoven. Via on­ der meer Eindhoven, Sint-Oedenrode, Boxtel en Vught stroomt het water richting ’s-Hertogenbosch. Daar komt de Dommel samen met de Aa en vormen ze de Dieze, die uiteindelijk uitmondt in de Maas.

Het twee kilometer lange zwemtraject van de Swim to Fight Cancer begint in de Singelgracht en gaat vervolgens via de Dommel naar de finish in de ­Dieze. B ­ ovenstrooms van het zwemtraject lozen drie rioolwaterzuiveringen gezuiverd afvalwater op de Dommel. Verder is er een flink aantal overstorten aanwezig, die bij veel neerslag ongezuiverd afvalwater lozen. De waterkwaliteit van het zwemtraject wordt dus grotendeels bepaald door de waterkwaliteit van de Dommel.

Model Er is dus behoefte aan een instrument om deze periode van vier dagen te overbruggen en beter te kunnen adviseren over de waterkwaliteit. Dit was de aanleiding een waterkwaliteitsmodel te ontwikkelen met als doel de waterkwaliteit tijdens het evenement zo nauwkeurig mogelijk te simuleren.

Tijdens de modelontwikkeling stonden de volgende vragen centraal: • Welke bovenstroomse bronnen van bacteriën heb­ ben de grootste invloed op de waterkwaliteit van het zwemtraject?

• Wat zijn de reistijden van de belangrijkste bronnen tot aan het zwemtraject?

• Wat zijn de verwachte concentraties bacteriën op het zwemtraject op de dag van het zwemevene­ ment?

Om deze vragen te beantwoorden is ervoor g ­ ekozen het waterkwaliteitsmodel te ontwikkelen in ­Sobek-1DWAQ. Sobek-1D/2D gebruikt het waterschap reeds voor hydrologische berekeningen.

Opbouw model Het waterschap heeft een model ontwikkeld om de belangrijkste bronnen te identificeren en bacteriologi­ sche berekeningen uit te voeren. Dit model is doorge­ rekend voor de zomerperiode van 2014.

In stap 1 is een hydrodynamisch model opgezet, waarin het traject van de Dommel van Eindhoven tot ’s-Hertogenbosch is opgenomen. Het ­gemodelleerde watersysteem bestaande uit de A-watergangen (beken en zijbeken) en de verschillende kunstwerken.

De verschillende bronnen zijn gevuld op basis van meetreeksen voor de 40 gemeentelijke overstorten, de drie rioolwaterzuiveringen en de afvoer uit het landelijke gebied.

In stap 2 is het waterkwaliteitsmodel ontwikkeld.

De verschillende bronnen zijn voorzien van een label om een tracerberekening uit te voeren. Daarnaast hebben de bronnen een concentratie van de bacterie

KENNISKATERN VOOR WATERPROFESSIONALS

Figuur 3 Modelberekening en waterkwaliteitsmetingen op het zwemtraject

Figuur 4 Tijdlijn belangrijke momenten voor het zwemevenement

­ scherichia coli (E.coli), die voorkomt in menselijke E en dierlijke uitwerpselen, gekregen op basis van beschikbare metingen en literatuurwaarden. Voor de overstorten en rioolwaterzuiveringen is dit 100.000 kolonievormende eenheden (kve) per 100ml, voor de landelijke afvoer: 100 kve per 100ml. Voor de bere­ keningen van de afbraak van de bacteriën is gebruik gemaakt van de default waarden in Sobek-WAQ.

en – na verloop van tijd – een verbrede en lagere afvoergolf op het zwemtraject. Dit komt duidelijk naar voren uit figuur 2. Het tijdsverschil tussen beide afvoergolven is de reistijd van het water van de bron naar het zwemtraject. De spreiding in reistijd wordt onder meer bepaald door de hoeveelheid neerslag, de stroomsnelheid en de begroeiing van de Dommel.

Voor de rioolwaterzuivering en de overstorten van Eindhoven varieert die reistijd van 2 dagen tot ruim 4,5 dagen. Voor de dichterbij gelegen rioolwaterzuive­ ring en de overstorten van Boxtel ­varieert de reistijd tot het zwemtraject van 1 tot 2,5 dag. Als dus binnen 4,5 tot 1 dag voor het s­ tartschot neerslag valt die leidt tot een lozing, dan heeft dit een negatief effect op de waterkwaliteit op het ­zwemtraject.

Bronnenanalyse In periodes van droog weer bestaat ongeveer 20 pro­ cent van het water op het zwemtraject uit effluent van de drie rioolwaterzuiveringen, de overige 80 procent is water van de Dommel bovenstrooms van Eindhoven en de zijbeken van de Dommel. Bij zomerse buien is het aandeel van water uit riooloverstorten en rioolwa­ terzuiveringen verhoogd, dit zijn de pieken in figuur 1.

Bij neerslag is het aandeel water uit riooloverstorten tussen de 2 en 20 procent. Dan is 40 tot 60 procent effluentwater van de rioolwaterzuiveringen en de overige 40 tot 60 procent water uit de Dommel boven­ strooms van Eindhoven en zijbeken van de Dommel.

Uit de bronnenanalyse blijkt dat rioolwaterzuivering Eindhoven en de overstorten uit Eindhoven en Boxtel het grootste aandeel leveren van het water op het zwemtraject. Verder blijkt dat in deze periode van drie maanden veel overstorten hebben plaatsgevonden.

De conclusie is dat enkele bronnen bepalend zijn voor de waterkwaliteit op het zwemtraject. Voor deze bronnen is in een volgende stap de reistijd van bron tot zwemtraject bepaald.

Reistijden Een overstortgebeurtenis ter hoogte van Eindhoven geeft een smalle en hoge afvoergolf in de Dommel

APRIL 2016

49

Bacteriologische berekeningen Om inzicht te krijgen in de waterkwaliteit zijn op het zwemtraject twee meetpunten ingericht, één bij de start en één halverwege het zwemtraject. In 2014 is in de periode van 1 juli tot en met 30 september in totaal veertien keer de concentratie E.coli gemeten. In deze periode is vier keer de zwemwaternorm (1.800 kve per100 ml) overschreden (figuur 3).

In het algemeen komen de modelberekeningen en de waterkwaliteitsmetingen goed overeen, met name voor de aanloop van pieken en in perioden van droog weer. Bij overstortgebeurtenissen geeft het model nog een onderschatting van de concentraties E.coli, zoals op 10 augustus en 2 september 2014. Wat echter zowel het model als het waterkwaliteitsonder­ zoek aantonen, is dat in het zwemtraject norm­ Veilig zwemmen in overschrijdingen voorkomen en dat de Singelgracht in de gracht? ’s-Hertogenbosch dus niet altijd geschikt is om in te zwemmen. Verder blijkt dat bij monsternames piek­

50

WATER MATTERS

concentraties aan E.coli gemist kunnen worden. Het model geeft inzicht in de concentratie E.coli op elk willekeurig moment. Daarmee is het een waardevolle aanvulling op het waterkwaliteitsonderzoek.

Waarde van het model Met het model is systeemkennis verkregen en zijn de bronnen geanalyseerd. Het aandeel van de bron­ nen op het zwemtraject is inzichtelijk gemaakt. Het is gebleken dat de rioolwaterzuivering Eindhoven, als derde grootste rioolwaterzuivering van Neder­ land, een enorme invloed heeft. Voor de overstorten levert met name Eindhoven een flink aandeel. Ook de overstorten in Boxtel zijn relevant, met name door de korte afstand tot het zwemtraject.

Door de bepaling van de reistijden is nu kort voor de aanvang van het zwemevenement in te schatten of regenbuien kunnen leiden tot een verslechterde waterkwaliteit.

Een compleet voorspellend model met een neerslag­ afvoer-model en data van verhard oppervlak voor de overstorten, bleek binnen het beschikbare tijdsbestek niet haalbaar. Voor de toekomst is de wens een der­ gelijk voorspellend model verder te ontwikkelen.

Advies Wat kon op basis van deze bevindingen nu geadvi­ seerd worden aan de organisatie van Swim to Fight Cancer?

De hoeveelheid neerslag in de week vóór een evene­ ment is cruciaal voor de waterkwaliteit tijdens de zwempartij. Twee dagen voor het startschot geeft het waterschap de verwachting over de waterkwaliteit ten tijde van het evenement. De basis voor dit advies zijn het waterkwaliteitsonderzoek, de weersverwachting en de modelanalyses. Immers veel regen in de twee dagen voor de monstername betekent waarschijnlijk een slechte waterkwaliteit (figuur 4). Als het verder droog weer is, dan zal de waterkwaliteit tijdens het evenement prima zijn.

Vier dagen voor Swim to Fight Cancer 2015 lagen de concentraties E.coli ruim onder de zwemwaternorm.

Het was de verwachting dat het een dag van tevoren flink zou gaan regenen in Boxtel en dat mogelijk de overstorten in werking zouden treden. Echter,

op b ­ asis van het model kon geconcludeerd worden dat deze lozingen pas ná het evenement het traject zouden passeren. De waterkwaliteit zou dus geen belemmering voor het evenement vormen. Daarmee kwam het verlossende woord: het gaat door!

De monsters die op de dag van het evenement geno­ men zijn, bevestigen achteraf de juistheid van deze verwachting. Vele enthousiaste zwemmers ­hebben twee kilometer gezwommen en daarmee bijna 530.000 euro voor het goede doel opgehaald.

Henk Tamerus Waterschap De Dommel Esther Vermue Waterschap De Dommel Jan van de Graaf Waterschap De Dommel Maaike Cazemier Waterschap De Dommel Inge Folmer Royal HaskoningDHV

SAMENVATTING Waterschappen willen het zwemmen in niet-officiële zwemlocaties niet promoten. Als echter honderden zwemmers voor het goede doel te water gaan, staat de waterbeheerder toch voor een dilemma. De organisatie van Swim to Fight Cancer 2015 vroeg waterschap De Dommel en waterschap Aa en Maas om advies. Achter de schermen hebben ze advies gegeven door de risico’s voor zwemmers inzichtelijk te maken.

Waterkwaliteitsonderzoek alleen is in zo’n geval niet toereikend. In verband met de analysetijd van de monsters zit er een gat van vier dagen tussen monstername en het startschot.

Om dit gat te overbruggen heeft waterschap De Dommel een waterkwaliteitsmodel opgezet.

Het model is een belangrijk instrument voor het adviseren van de organisatie van het zwem­ evenement, omdat hiermee de onzekerheid in de laatste vier dagen voor het startschot wordt weggenomen.

SCHRIJF OOK MEE AAN WATER MATTERS! Wilt u ook een artikel aanleveren voor Water Matters? Dat kan!

Begin met het maken van een voorstel, een korte samenvatting, niet langer dan een half A4-tje. Schrijf op welke vraag u in uw artikel wilt beantwoorden (in het algemeen de onderzoeksvraag), wat in de hoofdlijnen het antwoord is op die vraag én wat de ­betekenis hiervan is voor de praktijk in de watersector, nationaal of internationaal.

Dit abstract wordt beoordeeld door een onafhankelijke redactieraad, waarin alle disci­ plines uit de Nederlandse watersector vertegenwoordigd zijn. Belangrijke criteria voor de redactieraad bij het selecteren van voorstellen voor ­artikelen zijn vragen als: is deze kennis echt nieuw en hoe groot is de betekenis ervan voor de dagelijkse praktijk?

De eerstvolgende deadline voor het aanleveren van abstracts is 5 mei.

Meer informatie en auteursinstructies op de website H2O-Online (www.vakbladh2o.nl).

Voorstellen kunnen het beste worden aangeleverd via redactie@vakbladh2o.nl.

Het kenniskatern Water Matters van H2O is een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk Onafhankelijk kennis(sen)netwerk voor en door Nederlandse water­ professionals.

Water Matters wordt mogelijk gemaakt door Alterra Wageningen UR Onderzoeksinstituut dat door onafhankelijk onderzoek bijdraagt aan het realiseren van een kwalitatief hoogwaardige en duurzame groene leefomgeving.

ARCADIS Wereldwijd opererende ontwerp- en adviesorganisatie op het gebied van de natuurlijke en gebouwde omgeving die duurzame resultaten levert door de toepassing van ontwerp, advisering, engineering, project- en managementdiensten.

Deltares Onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van water, ondergrond en infrastructuur. Wereldwijd wordt gewerkt aan slimme innovaties, oplos­ singen en toepassingen voor mens, milieu en maatschappij.

KWR Watercycle Research Institute Instituut voor toegepast wetenschappelijk wateronderzoek dat kennis genereert en samenbrengt voor innovaties in en optimaal beheer van de waterketen.

Royal HaskoningDHV Onafhankelijk internationaal advies-, ingenieurs- en projectmanage­ mentbureau, dat samen met klanten en partners een bijdrage levert aan een duurzame samenleving.

Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) Kenniscentrum van regionale waterbeheerders in N ­ ederland, dat zorgt voor het ontwikkelen, bijeenbrengen, delen en implementeren van kennis die nodig is om de opgaven waar waterbeheerders voor staan, goed uit te voeren.

Netherlands Water Partnership (NWP) Netwerk ter ondersteuning van de watersector bij export en internatio­ nale samenwerking. 200 organisaties (profit en non-profit) hebben zich erbij aangesloten.