Ruilverkavelingsproject Zondereigen
Uitvoering monitoringprogramma Hydrologie – kwaliteit, jaar –1 (2004) J. Dierckx, R.Van de Moortel en J. Menschaert
Colofon Projecttitel : Projectnummer : Opdrachtgever : Publicatiedatum : Status rapport :
Monitoring grondwater 2004 Zondereigen 41029 Vlaamse Landmaatschappij oktober 2004 Eindrapport
Deze opdracht is een uitvoering van de overeenkomst “Uitvoering van het monitoringprogramma voor het ruilverkavelingproject Zondereigen – module hydrologie – partim kwaliteit : wateranalyses jaar –1” door de Bodemkundige Dienst van België in opdracht van de Vlaamse Landmaatschappij. Bovenvermelde overeenkomst voert de overeenkomst “Uitvoering van het monitoringprogramma voor het ruilverkavelingproject Zondereigen – module hydrologie – partim kwaliteit : wateranalyses jaar –1” tussen de Vlaamse Landmaatschappij en het Vlaamse gewest uit. Dit rapport is eigendom van het Vlaams Gewest en bijgevolg onderworpen aan de Wet betreffende het auteursrecht en de naburige rechten van 30 juni 1994 (B.S. 27 juli 1994). Indien de gegevens gebruikt worden voor andere doeleinden, dan dient er een schriftelijke toestemming gevraagd te worden aan AMINAL, afdeling Land.
Bodemkundige Dienst van België vzw W. de Croylaan 48 3001 Leuven-Heverlee Tel. : +32 (0)16 31 09 22 Fax : +32 (0)16 22 42 06
Inhoud
Inhoud 1. 1.1 1.2
2. 2.1 2.2 2.3 2.4
3. 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
5. 6. 7. 8.
INLEIDING ............................................................................................................................................................1 KADER ........................................................................................................................................................................................... 1 DOEL VAN DEZE STUDIE ................................................................................................................................................................. 2
METHODIEK.........................................................................................................................................................3 STAALNAME ................................................................................................................................................................................... 3 LABORATORIUMANALYSE .............................................................................................................................................................. 4 BETROUWBAARHEID VAN DE CHEMISCHE ANALYSE ....................................................................................................................... 4 GEGEVENSVERWERKING ................................................................................................................................................................ 4
ANALYSERESULTATEN ....................................................................................................................................6 INTERPRETATIE .................................................................................................................................................6 PCA-CLUSTERANALYSE ................................................................................................................................................................. 6 EC-IR DIAGRAM ............................................................................................................................................................................. 9 TERNAIRE, MAUCHA- EN STIFFDIAGRAMMEN .............................................................................................................................. 11 VOEDSELRIJKDOM EN ZUURTEGRAAD .......................................................................................................................................... 15 TOETSING MILIEUKWALITEITSNORMEN GRONDWATER ................................................................................................................ 16 RUIMTELIJKE INTERPRETATIE....................................................................................................................................................... 17
BESLUIT............................................................................................................................................................... 17 AANBEVELINGEN ............................................................................................................................................. 18 LEESWIJZER CD-ROM .................................................................................................................................... 18 LITERATUURLIJST .......................................................................................................................................... 19
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
i
1.
Inleiding
1.1
Kader Ruilverkaveling Zondereigen is een project waarvoor het MER opgemaakt werd door een voor 1 januari 2000 door de MER – cel goedgekeurd College van Deskundigen en waarvoor nog geen beslissing over het nut van de ruilverkaveling genomen werd. Conform de ministeriële richtlijn van 14 maart 2000 betreffende de implementatie van de methodiek voor het optimaliseren en meetbaar maken van de ecologische inbreng in de ruilverkaveling, in toepassing van de studie van het Instituut voor Natuurbehoud en van het decreet van 21 oktober 1997 betreffende het natuurbehoud en het natuurlijk milieu, werd, ter vervollediging van de dossiers die worden voorgelegd teneinde de goedkeuring van het ruilverkavelingsplan te bekomen, een gericht monitoringprogramma opgemaakt. Monitoren is het herhaaldelijk, gestandaardiseerd verzamelen van gegevens om eventuele trends, veranderingen in de tijd te detecteren. Dit monitoringprogramma richt zich op de ruimtelijke - en milieukenmerken die voorwaardenscheppend zijn voor de beoogde doelsoorten en -gemeenschappen: wat willen we (de doelsoorten en -gemeenschappen), wat vereisen deze soorten en -gemeenschappen (de te monitoren ruimtelijke - en milieukenmerken), werden deze ruimtelijke en milieukenmerken bereikt? Daarnaast kunnen vanuit faunistisch aspect bepaalde soorten “gevolgd” en kan vanuit floristisch oogpunt nagegaan worden in hoeverre bepaalde gemeenschappen met een welbepaalde soortensamenstelling (en dominantieverhouding) zich hebben ontwikkeld. Het concept van de inrichting van dit ruilverkavelingsgebied is een optimale landbouwinrichting binnen een landschappelijke hoofdstructuur buiten de beekdalen van het Markske en het Merkske en de depressie van het Moer, natuurontwikkeling in de beekdalen van het Markske en het Merkske en de depressie van het Moer voor de ontwikkeling van een grensoverschrijdend natuurreservaat, en een inrichting ter verhoging van infiltratie van neerslagwater in zones binnen infiltratiegebied van het Zwartgoorsysteem. De beekdalen van het Markske/Merkske en de depressie van het Moer worden ingericht voor natuur. Op het ruilverkavelingsplan wordt deze inrichting niet nader gespecifieerd. Een concreet en gedetailleerd ontwerp van de inrichtingswerken wordt uitgewerkt in het kader van de uitvoering van het ruilverkavelingsplan en wordt ondersteund door een hydrologische modellering.
Het monitoringprogramma voor ruilverkaveling Zondereigen is modulair samengesteld. Er werden modules samengesteld voor: -
Kwel: kwantiteit, kwaliteit in de beekdalen van het Markske/Merkske in de depressie van het Moer
-
Kwelgebonden vegetaties (vnl. hooilanden) in de beekdal van het Markske/Merkske in de depressie van het Moer
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
1
-
Heide en vennen in het noorden van het gebied Wortel – Kolonie in het oostelijk deel van RVK Zondereigen venrestanten
-
Herpetofauna met speciale aandacht voor kamsalamander
-
Weidevogels s.l.
Het behoud van voldoende kwel van voldoende kwaliteit is een dwingende randvoorwaarde voor het behoud en de ontwikkeling van de natuurwaarden in het beekdal van het Merkske en de depressie van het Moer (cf. voorwaardescheppende milieukenmerken). Daarom is module 1 (kwel) essentieel indien we de effectiviteit van de maatregelen voor de realisatie van het grensoverschrijdend natuurreservaat willen nagaan. De effectieve ontwikkeling van de natuurwaarden in de beekdalen van het Markske/Merkske en de depressie van het Moer worden gemonitored via module 2 (kwelgebonden vegetaties). Tevens wordt veel belang gehecht aan het volgen van de evolutie van heide en vennen (module 3) en de herpetofauna (module 4). Ondermeer omwille van het belang voor de habitatrichtlijn (laaggelegen, schraal hooiland met Alopecurus pratensis en Sanguisorba officinalis , heide en vennen, kamsalamander) worden de modules 1, 2, 3 en 4 als prioritair beschouwd. Zij vormen het basispakket van het monitoringprogramma voor de RVK Zondereigen. De kosten van dit basispakket betreffen voornamelijk module 1 (kwel). Het opzet van deze module wordt echter als essentieel beschouwd om hydrologisch verantwoorde uitspraken te kunnen doen. Het opzet beperken zou de relevantie van de totale module hypothekeren. De module weidevogels (5) werd als facultatief pakket toegevoegd aan het uit te voeren monitoringprogramma.
1.2
Doel van deze studie Ter implementatie van de ministeriële richtlijn van 14.03.2000 betreffende de ecologische inbreng in de ruilverkaveling werd voor het ruilverkavelingsproject Zondereigen het voorgestelde monitoringsprogramma integraal (basispakket en facultatief pakket) door de minister goedgekeurd op 19 juni 2002. De monitoring binnen de ruilverkaveling is gericht op het nagaan van de effectiviteit van de maatregelen die genomen zijn voor natuur en in het kader van de ruilverkaveling werden uitgevoerd. Gezien het belang van het beheer voor de beoogde doelgemeenschappen kunnen de resultaten tevens belangrijk zijn om het beheer waar nodig bij te sturen of te optimaliseren. De termijn gedurende dewelke een monitoringprogramma loopt is afhankelijk van de aard van de verschillende modules. Onderhavige opdracht behelst het nemen en analyseren van waterstalen van het grondwater en de interpretatie van de waterkwaliteitsanalyses teneinde de uitgangssituatie (het jaar vóór de uitvoering van de werken) te beschrijven. De
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
2
grondwaterstalen worden genomen op piëzometers die reeds geplaatst werden in het jaar 2003. De opzet van het meetnet zelf werd in een afzonderlijk rapport uitvoerig beschreven (Reynaerts, 2003).
2.
Methodiek
2.1
Staalname De opdracht waarvan de resultaten in dit rapport besproken worden omvat enkel de bemonstering van de ondiepe peilbuizen. De coördinaten van de piëzometers zijn weergeven in de tabel in bijlage 1. De ligging van de piëzometers in het meetnet wordt weergegeven in de overzichtskaart, eveneens in bijlage 1. De staalname is gebeurd op 26 en 27 januari 2004 (winterstaalname) en op 28 en 29 juni 2004 (zomerstaalname) volgens de methode beschreven in Huybrechts & De Becker (Huybrechts & De Becker 1997) en dit voor 17 piëzometers in de winterperiode en 18 in de zomerperiode. Tijdens de wintercampagne werd immers vastgesteld dat peilbuis ZONP014X niet meer op het terrein aanwezig was. Later werd op deze plaats een nieuwe gezet door de opdrachtgever zodat deze wel kon worden meegenomen in de zomercampagne. Voor de staalname worden de piëzometers gereinigd en leeggepompt. In normale omstandigheden zal het grondwater lange tijd in de piëzometer verblijven en kunnen chemische transformaties optreden. Door het pompen wordt de bacteriële groei vermeden of geminimaliseerd. Het pompen zorgt voor een homogeen waterstaal; er wordt met zekerheid grondwater bemonsterd zoals het op dat ogenblik in de bodem aanwezig is ter hoogte van de filter. Eventueel ingespoeld slib wordt uit de buis verwijderd, zodat het niet meer kan interageren met het grondwater in de piëzometer. De staalname gebeurt met een chemisch inerte teflondarm en het monster wordt in zuurbestendig polyethyleen buisjes verzameld en getransporteerd. Er wordt een dubbele meting van pH en electrische conductiviteit uitgevoerd: een eerste in het veld bij de staalname en een tweede in het laboratorium bij de aanvang van de analyse. Het verschil tussen de twee EC-metingen geeft een idee van de ontwijking van CO2. Grote verschillen tussen beide metingen wijzen op onbetrouwbare stalen. Een 35 ml staal wordt met een injectiespuit via een hyperfilter (met poriegrootte van 0.35 µ) in een zuurbestendig polyethyleen buisje gebracht. Het deelstaal wordt aangezuurd tot pH = 2 met HNO3 (99.99 % pro-analyse). Op dit deelstaal worden de kationen geanalyseerd. De aanzuring tot pH = 2 voorkomt neerslagvorming; nagenoeg alle zouten blijven erdoor in oplossing. Bij het bemonsteren van het grondwater kan moeilijk vermeden worden dat het water beladen is met sedimenten. Vaak zijn ze niet zichtbaar voor het blote oog. Gezien de vooral negatieve lading van de kleimicellen kan gedurende het transport van het staal absorptie plaatsgrijpen van voornamelijk metaalionen (Na +, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+). De analyseresultaten kunnen hierdoor worden beïnvloed. Vooral een aangezuurd staal mag geen gesuspendeerd materiaal bevatten, aangezien onder invloed van de lagere pH geabsorbeerde ionen vrij komen. Door het ontwijken van gassen en het adsorberen van ionen wijzigt de pH van de oplossing en evenwichten van vele zouten kunnen verschuiven in de richting van neerslagvorming of complexvorming kan optreden. Het tweede, niet aangezuurde deelstaal (ca. 50 ml), wordt
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
3
volledig afgevuld om te vermijden dat bijvoorbeeld CO2 kan ontwijken. Op dit deelstaal worden de anionen bepaald. De stalen worden zo snel mogelijk na de monstername geanalyseerd. Indien nodig worden ze korte tijd (enkele uren) in een donkere koele (ca. 4 °C) ruimte bewaard.
2.2
Laboratoriumanalyse De pH en de electrische conductiviteit worden een eerste maal gemeten op het veld, met behulp van een draagbare pH- en conductiviteitsmeter. Bij de aanvang van de labo-analyse worden deze metingen herhaald. De metalen, met name Na+, K+, Ca2+, Mg2+ en Fe2+, worden uit het aangezuurde deelstaal geanalyseerd met behulp van plasma-emissie-spectroscopie. HCO3 - wordt titrimetrisch bepaald met 0.01N HCl tot een pH van 4,2. De anionen Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, orthofosfaat (eigenlijk ‘Soluble Reactive Phosphorus’) en NH4+ worden spectrofotometrisch bepaald op basis van kleurreactie met een 'SKALAR'continuous flow auto-analyser. Orthofosfaat zal steeds beschouwd worden als H2PO4-. Dat is de fosfaatvorm die onder het gegeven zuurtegraad-interval dominant aanwezig is. Nitraat-N, nitriet-N en ammoniakale-N worden respectievelijk uitgedrukt als NO3--N, NO2--N en NH4+-N. Tenzij expliciet anders vermeld worden de gehaltes van deze chemische variabelen uitgedrukt in mg/l. Uitzonderingen hierop zijn uiteraard pH = -log [H+], die eenheidsloos is en de elektrische conductiviteit, die in S/cm wordt uitgedrukt.
2.3
Betrouwbaarheid van de chemische analyse In een betrouwbaar staal moet de ionenbalans neutraal zijn. De ionenbalans wordt uitgedrukt als een percentage van de totale milli-equivalentsom van alle anionen en kationen samen. De reactiefout of het elektroneutraliteitspercentage is dan:
EN (%) =
kationen − anionen 100 kationen + anionen
Een fout tot 2 % is nagenoeg onvermijdelijk. Stalen met een EN groter dan +/- 10% zijn niet betrouwbaar genoeg om in de verdere gegevensverwerking te gebruiken.
2.4
Gegevensverwerking Om het grondwater te typeren en te relateren aan standplaatskenmerken en de beoogde kwelgebonden vegetatie zal naast de Wirdum-ionenratio, ook gebruik gemaakt worden van een aantal bijkomende technieken (Menschaert et.al., 2002). Voor de typering van de grondwaterkwaliteit worden vier technieken onafhankelijk van elkaar gebruikt :
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
4
Via PCA-clusteranalyse (Ward’s method) voor de ionen H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- en HCO3- wordt een indeling gemaakt waarbij zowel voor de zomer- als voor de winterperiode een opdeling gebeurt in groepen. Aanvullend werd een ordinatie uitgevoerd om na te gaan op welke parameters de uitsplitsing voornamelijk gebeurt. Om te komen tot een eerste typering van de verschillende groepen wordt vervolgens voor beide periodes een EC-IR-scatterplot gemaakt met referentiewaarden voor lithoclien (grond-), atmoclien (regen-) en thalassoclien (zout)water. Om een verder doorgedreven en tevens meer betrouwbare typering te bekomen, wordt als tweede techniek gebruik gemaakt van een voorstelling van de anionenverhouding (HCO3en CO32-, NO3- en NO2-, Cl-) op ternaire diagrammen of piperdiagrammen. Naast het gebruik van ternaire diagrammen wordt eveneens gebruik gemaakt van Mauchadiagrammen voor de typering van het grondwater. In een Maucha-diagram worden 8 chemische variabelen verhoudingsgewijs voorgesteld: H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Clen HCO3-. De figuur geeft aan in welke mate bepaalde ionen bijdragen tot de ionensom. Door vergelijking met referentiefiguren kan dan aangegeven worden tot welk watertype het grondwater behoort. Hoge HCO3- en Ca2+-waarden zijn typisch voor lithoclien water terwijl hoge SO42--waarden en lage HCO3- en Ca2+ -waarden wijzen op een toenemend atmoclien karakter. De grootte van de figuur is een maat voor de absolute ionensom met de grootste waarden voor zoutwater (thalassoclien) en de kleinste waarden voor regenwater (atmoclien). Onafhankelijk van de eerder bekomen resultaten worden de Maucha-diagrammen ingedeeld volgens 5 basisvormen. Vervolgens worden de vijf basisvormen, rekening houdend met vooral de verhoudingen aan SO42-, HCO3- en Ca2+ en in mindere mate de grootte van de figuur, gelinkt aan de eerder gevonden groepen op basis van de ternaire diagrammen. De resultaten uit de ternaire en Mauchadiagrammen geven reeds een vrij goede indicatie over infiltratie en kwel vermits lithotroof water typisch is voor kwel waar een toenemende atmotroof karakter van het grondwater eerder wijst op infiltratie. Om duidelijker onderscheid te maken zullen de waarden van bepaalde anionen en kationen ook voorgesteld worden op Stiff-diagrammen. Stiff-diagrammen laten toe via referentiefiguren een duidelijk onderscheid te maken tussen kwel- en infiltratieprofielen (Van Beusekom, 1988). Onafhankelijk van de eerder bekomen resultaten van de ternaire en Maucha-diagrammen worden de Stiff-diagrammen eveneens ingedeeld volgens 5 basisvormen. Vervolgens worden de vijf basisvormen rekening houdend met vooral de verhoudingen aan HCO3-, SO42-, Cl- voor de anionen en Na+ + K+, Mg2+, Ca2+ voor de kationen gelinkt aan de eerder gevonden groepen op basis van de clustering. Om te komen tot een zo objectief mogelijke indeling (interpretatie van de tussenvormen van Maucha en Stiff-diagrammen is deels subjectief) worden de verschillende methodes onafhankelijk van elkaar toegepast. De resultaten worden vervolgens per piëzometer zowel voor de zomer- als wintermetingen in tabelvorm samengevat. Op basis hiervan wordt dan een definitieve toekenning van het grondwatertype uitgevoerd. Tot slot worden ook de EutrofiëringsPotentieIndex (EPI, Stuyfzand 1995) en de zuurtegraad (Runhaar et al., 2003) beoordeeld.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
5
3.
Analyseresultaten De analyseresultaten van de winter- en de zomermetingen worden per piëzometer weergegeven in bijlage 2 met inbegrip van een overzichtstabel. Merken we op dat voor piëzometer ZONP014X enkel resultaten uit zomermetingen beschikbaar zijn vermits deze piëzometer door onbekenden uitgetrokken is geweest, waardoor bemonstering tijdens de wintercampagne niet mogelijk was. In deze tabel zijn tevens de milieukwaliteitsnormen voor grondwater opgenomen. De toetsing van de resultaten aan deze normen wordt verder in de dit verslag besproken. Alvorens over te gaan tot de typering van het grondwater werd voor elke piëzometer de ladingsbalans opgesteld voor zowel de zomer- als de wintermetingen volgens de methodiek beschreven in §2.3. Uit de resultaten blijkt dat 27 van de 35 balansen een afwijking, hetzij positief hetzij negatief, vertonen van minder dan 5%, 7 een afwijking tussen 5 en 10% en enkel bij de wintermeting van piëzometer ZONP006X een ladingsbalans met een afwijking van meer dan 10% voorkomt, nl. -10,97%. Het betreft een overschot aan anionen of een tekort aan kationen. Herhaalde hermeting van het staal gaf telkens een gelijkaardige afwijking zodat hiervoor geen duidelijke oorzaak kan gevonden worden daar staalname, -behandeling en – analyse analoog als bij de andere piëzometers is uitgevoerd. Omdat de afwijking van piëzometer ZONP006X net boven de drempel gelegen is en het slechts 1 balans op 35 betreft, werd deze meting toch verder opgenomen in de grondwatertypering. Enige voorzichtigheid bij interpretatie is echter wel geboden. Globaal genomen kan gesteld worden dat de resultaten voldoende betrouwbaar zijn voor verdere gegevensverwerking. Een overzicht van de ladingsbalans per peilbuis wordt weergegeven in bijlage 3.
4.
Interpretatie Om te komen tot een typering van het grondwater werden verschillende technieken toegepast op de datasets: − − − −
4.1
PCA-clusteranalyse: H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- en HCO3Ternaire diagrammen anionen: HCO3- en CO32-, NO32- en NO2-, ClMaucha-diagrammen: H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- en HCO3Stiff-diagrammen: HCO3-, SO42-, Cl- voor de anionen en Na+, K+, Mg2+, Ca2+ voor de kationen.
PCA-clusteranalyse Via PCA-clusteranalyse (Ward’s method, Euclidean distances) voor de ionen H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- en HCO3- werd een indeling gemaakt waarbij zowel voor de zomerals voor de winterperiode vier groepen werden onderscheiden. In figuur 1 worden de resultaten van de clusteranalyse weergegeven.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
6
Figuur 1 : Resultaten clusteranalyse
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
7
De 4 types zijn vrij gelijkaardig vertegenwoordigd over beide periodes. De betere vertegenwoordiging van type 1 in de zomerperiode is vooral te wijten aan een verschuiving van type 2 naar 1. Een verklaring hiervoor zou kunnen gevonden worden in het feit dat in de winter treedt er vermenging optreedt van dieper, lithotroof grondwater met ondiep grondwater, dat eerder een atmotroof en eutroof karakter heeft. In de zomer valt deze regenwaterlens weg, waardoor dan het lithotroof karakter van het grondwater primeert. Om na te gaan op basis van welke ionen de opsplitsing werd uitgevoerd, werd een ordinatie uitgevoerd. De figuren 2 en 3 stellen de belangrijkste resultaten van deze ordinatie voor. Bij de wintermetingen gebeurt de opsplitsing volgens de 1de as hoofdzakelijk op basis van de gehaltes aan Cl-, Na+, K+, SO42- en Mg2+ waarbij type 4 rijker is aan deze elementen in vergelijking met de andere types. De opsplitsing volgens de 2de as gebeurt voornamelijk op basis van verschillen in Ca2+, HCO3- (vooral type 1) en H+ (pH) vooral type 3. Voor de zomerdata gelden gelijkaardige vaststellingen zei het dat de opdeling volgens de 2e as duidelijker is. De types 1 en 3 vertonen in vergelijking met de winterdata een betere groepering. De spreiding binnen type 4 blijft groot.
Factoranalyse van de chemische parameters, factor 1 en 2 (w inter) 5, 00
HCO3
4, 00
Factor 2 : 29,8%
3, 00
Ca
ionen
2, 00
Mg
1, 00
Type 1
SO4 Na K Cl
0, 00
-1, 00
Type 2 Type 3
H
-2, 00
Type 4
-3, 00
-4, 00
-5, 00 -5, 00
-4, 00
-3, 00
-2, 00
-1, 00
0, 00
1, 00
2, 00
3, 00
4, 00
5, 00
Factor 1: 44,0%
Figuur 2: Factoranalyse wintermetingen
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
8
Factoranalyse van de chemische parameters, factor 1 en 2 (zomer) 5, 00
HCO3
4, 00
3, 00
Factor 2 : 26,9%
2, 00
ionen
Ca
Type 1
1, 00
0, 00
Mg SO4
Type 2
Cl
Type 3
-1, 00
Type 4
H
-2, 00
-3, 00
-4, 00
-5, 00 -5, 00
-4, 00
-3, 00
-2, 00
-1, 00
0, 00
1, 00
2, 00
3, 00
4, 00
5, 00
Factor 1: 56,5%
Figuur 3: Factoranalyse zomermetingen Merken we op dat niet alle geanalyseerde parameters werden opgenomen in de clusteranalyse maar enkel deze parameters die een belangrijke rol spelen bij de typering van het grondwater. Clusteranalyse uitgevoerd op alle parameters gaf immers een te sterke vertekening door bv. de EC-waarde met een vervaging van het onderscheid tussen de verschillende grondwatertypes tot gevolg. Vervolgens werden per type de gemiddelde waarden van de voornaamste parameters bepaald. Hieruit blijken duidelijk de hogere EC-waarde en gehaltes aan K+, Na+, Mg2+, SO42- en Cl- voor type 4 en de hogere gehalten aan bicarbonaat voor de types 1 en 4. Opvallend is ook het hoge gehalte aan NO3- bij de types 3 en 4 in vergelijking met de types 1 en 2. Tabel 1: Gemiddelde waarden van de chemische variabelen per type EC
pH
IR
winter Type 1 Type 2 Type 3 Type 4
341,00 478,25 398,50 821,67
6,77 6,83 5,88 6,23
0,87 0,92 0,66 0,75
Cl mg/l 10,86 12,26 39,49 48,58
zomer Type 1 Type 2 Type 3 Type 4
388,00 627,00 328,75 1019,33
6,98 6,45 5,85 6,27
0,90 0,83 0,64 0,73
11,53 38,69 26,77 57,58
μS/cm (10-6)
4.2
NH4 mg/l 0,33 0,53 1,57 0,43
NO2 NO3 O-PO4 SO4 mg/l mg/l mg/l mg/l 0,04 1,79 0,91 2,53 0,07 0,99 0,63 8,50 0,05 48,65 0,10 38,21 0,22 36,15 0,06 173,46
Ca mg/l 49,21 83,96 42,23 84,85
Mg mg/l 5,46 9,20 5,87 17,40
HCO3 mg/l 197,67 283,75 62,25 159,00
Na mg/l 8,03 7,28 11,66 34,01
K mg/l 11,93 4,72 17,71 47,16
Fe mg/l 1,50 0,87 0,34 0,18
Al mg/l 0,04 0,00 0,45 0,11
Mn mg/l 0,07 0,31 0,13 0,10
0,34 0,41 0,21 0,19
0,00 0,66 0,44 6,87 60,18 6,24 0,00 2,75 0,25 100,21 96,70 8,41 0,00 25,57 0,07 46,46 30,90 4,32 0,04 48,09 0,16 246,85 92,62 20,31
230,56 209,00 64,25 223,33
6,77 11,94 11,25 32,38
2,02 3,21 14,48 74,85
3,61 8,07 1,99 3,48
0,30 0,17 0,50 8,62
0,20 0,23 0,17 0,67
EC-IR diagram Om te komen tot een typering naar grondwaterkwaliteit werd voor de verschillende types een grafische voorstelling gemaakt. Voor beide periodes werd een EC-IR-scatterplot gemaakt met referentiewaarden voor lithoclien (grond-), atmoclien (regen-) en thalassoclien (zout)water (zie onderstaande figuren).
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
9
1,00
Type 2
WINTER 0,90
LIT
Type 1
0,80
Type 4 0,70
Type 3 0,60
0,50
0,40 ATM
0,30
THA
0,20
0,10
0,00 1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
EC l og10 m i c r oS / c m
Figuur 4: EC-IR scatterplot wintermetingen 1, 00 ZOM E R
Type 2
Type 1
0, 90
LI T
0, 80
0, 70
Type 3
Type 4
0, 60 0, 50 0, 40 0, 30
0, 20
AT M
0, 10 T HA 0, 00 1, 50
2, 00
2, 50
3, 00
3, 50
4, 00
4, 50
5, 00
E C l o g 1 0 mi c r o S/ c m
Figuur 5: EC-IR scatterplot zomermetingen Uit beide scatterplots blijkt het overwegend lithocliene karakter van de stalen met zowel voor de zomer- als de winterperiode een vrij duidelijke aflijning van de vier groepen waarbij type 1 en 2 eerder overeenkomt met lithoclien water daar waar type 3 en in mindere mate 4 een iets grotere atmocliene invloed vertoont. Type 1 is in de zomerperiode beter vertegenwoordigd en dit ten nadele van type 2.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
10
4.3
Ternaire, Maucha- en Stiffdiagrammen Per type werden de waarnemingen voorgesteld op een ternair diagram dat de verhoudingen tussen de anionen Cl- enerzijds en HCO3-, CO3- en SO42-, NO3-, NO2- anderzijds voorstelt (Figuur 6). Deze duiden respectievelijk op een meer thalassoclien, lithoclien en atmoclien karakter van het grondwater. De resultaten per type zijn weergegeven in bijlage 4. Hieruit blijkt voor de winterperiode het meer lithocliene karakter van de types 1 en 2 daar waar de types 3 en 4 een eerder gemengd tot atmotroof karakter hebben. De spreiding is het kleinst bij type 1. Voor de zomerperiode gelden gelijkaardige vaststellingen met dit verschil dat het type 2 een sterker atmoclien karakter heeft en de spreiding klein is. atmo
HCO3 + CO3
SO4 + NO3 + NO2
mix
thalasso
litho Cl
Figuur 6: Referentiefiguur weergave anionenverhouding op ternaire diagrammen Naast het gebruik van ternaire diagrammen werd eveneens gebruik gemaakt van Mauchadiagrammen voor de typering van het grondwater. In een Maucha-diagram worden 8 chemische variabelen verhoudingsgewijs voorgesteld: H+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Clen HCO3-. De figuur geeft aan in welke mate bepaalde ionen bijdragen tot de ionensom. Door vergelijking met referentiefiguren kan dan aangegeven worden tot welk watertype het grondwater behoort. Hoge HCO3- en Ca2+-waarden zijn typisch voor lithoclien water terwijl hoge SO42--waarden en lage HCO3- en Ca2+ -waarden wijzen op een toenemend atmoclien karakter. De grootte van de figuur is een maat voor de absolute ionensom met de grootste waarden voor zoutwater (thalassoclien) en de kleinste waarden voor regenwater (atmoclien). Stiffdiagrammen laten eveneens toe via referentiefiguren een duidelijk onderscheid te maken tussen kwel- en infiltratieprofielen (Van Beusekom, 1988). Op de Stiffdiagrammen is tevens de pH weergegeven.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
11
Referentievormen voor Maucha- en Stiffdiagrammen worden in figuur 7 voorgesteld.
K
K
K
H
H
H
Na
Na
Na
HCO3
H C O3
H C O3
Ca
Ca
Ca
Cl
Cl
Cl
Mg
Mg
SO4
Mg
SO4
SO4 8. 1
8. 8
Lithoclien
10. 4 ON D I E P
Gemengd lithoclien K
Gemengd litho- en atmoclien
K
H
H
Na
Na
H C O3
HCO3
Ca
Ca
Cl
Cl
Mg
Mg SO4
SO4
7.3
10. 7 D I E P
Gemengd atmoclien
100
50
0
Atmoclien
50
%
100
100
50
0
50
100
Ph
%
100
50
0
50
100
Ph
Ph
Ca2+
HCO3 -
Ca2+
HCO3 -
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Mg2+
SO4 2-
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Na++ K +
Cl -
Na++ K +
Cl -
Kwelprofiel
100
50
0
Gemengd kwelprofiel Doorstromingsprofiel
50
100
%
100
50
0
50
100
Ca2+
HCO3 -
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Na++ K +
Cl -
Gemengd infiltratieprofiel
%
Ph
Ph
Infiltratieprofiel
Figuur 7: Referentiefiguren Maucha- en Stiffdiagrammen
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
12
%
Per type werd op basis van de gemiddelde waarden voor dit type een Maucha-diagram opgesteld voor de winterperiode en voor de zomerperiode. Hetzelfde gebeurde voor de Stiffdiagrammen. Tevens werden voor elke individuele peilbuis Maucha- en Stiffdiagrammen opgesteld (zie bijlagen 5 en 6). Volgende vormen werden onderscheiden per type:
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 1
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 2
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4 T ype 3
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5
HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 4
Figuur 8: Vormen per type voor de winterdata De types 1 en 2 en in mindere mate 3 en 4 vertonen gelijkaardige diagrammen. De Maucha-diagrammen duiden voor de types 1 en 2 op duidelijk lithoclien grondwater. Het verschil in grootte tussen beide figuren is te wijten aan de grotere totale ionenconcentratie bij type 2. Type 4 duidt op een profiel met gemengd atmoclien karakter. Type 3 vertoont een eerder intermediare vorm van gemengd litho- en atmoclien water.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
13
De Stiffdiagrammen duiden voor type 1 en 2 eveneens duidelijk op lithoclien water (kwelprofiel). Type 2 is verhoudingsgewijs rijker aan SO42-. Types 3 en 4 vertonen een lage bicarbonaatverhouding en een hoger gehalte aan sulfaat wat wijst op een sterkere atmocliene invloed. Type 3 wijst op doorstromingsprofiel en type 4 op een infiltratieprofiel. De pH van de types 3 en 4 ligt ongeveer één eenheid lager dan deze van de andere twee types.
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 1
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO4 2-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 2
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5 HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO42-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4 T ype 3
K H
100
50
0
50
100
Na
%
Ph
5
HCO3
Ca2+
HCO3 -
Mg2+
SO42-
Na++ K +
Cl -
Ca
Cl Mg SO4
T ype 4
Figuur 9: Vormen per type voor de zomerdata De resultaten van de zomerperiode duiden zowel voor de Maucha als de Stiffdiagrammen op dezelfde grondwatertypering uitgezonderd voor type 2. Zowel het Maucha als het Stiffdiagram duidt op een toegenomen atmocliene invloed met als resultaat een gemengd lithoclien (of gemengd kwel)profiel. Vooral het aandeel aan bicarbonaat ligt duidelijk lager dan in de winterperiode terwijl het aandeel aan sulfaat hoger ligt. BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
14
In bijlage 7 wordt voor elke individuele piëzometer een typering weergegeven op basis van de Maucha en Stiffdiagrammen en dit voor beide periodes. Hiertoe wordt rekening houdend met de 5 basisvormen volgende typering toegekend: Kwelwater Gemengd kwelwater Gemengd kwel- en infiltratiewater Gemengd infiltratiewater Infiltratiewater
(lithoclien) (gemengd lithoclien) (gemengd litho- en atmoclien) (gemengd atmoclien) (atmoclien)
Hieruit blijkt dat de onafhankelijke indeling op basis van Maucha en Stiffdiagrammen meestal leidt tot een gelijkaardige typering. De meeste piëzometers worden zowel in de winter- als zomerperiode bij hetzelfde type ingedeeld. Indien er verschuivingen optreden zijn deze meestal klein en wijzen zij op een toename van het atmocliene karakter in de winterperiode. Een verklaring kan liggen in de grotere aanrijking van het grondwater met hemelwater door het neerslagoverschot in de winter. Opmerking: Voorzichtigheid is geboden bij de toegekende typering van piëzometer ZONP006X winterperiode met meer dan 10% fout op de ladingsbalans.
4.4
Voedselrijkdom en zuurtegraad De voedselrijkdom wordt beoordeeld aan de hand van de EutrofiëringsPotentieIndex (EPI). De belangrijkste nutriënten die tot eutrofiëring kunnen leiden zijn stikstof en fosfor, vooral in de vorm van NH4+, NO3- (en NO2-) en orthofosfaat. Hierbij is het meestal zo dat ofwel stikstof, ofwel fosfaat groeibeperkend is, d.w.z. één van beide voedingsstoffen is in overmaat aanwezig, maar leidt niet tot meer groei omdat de ander ontbreekt om die extra groei mede te ondersteunen. De berekening van de EPI is dus afhankelijk van de verhouding N/P. De kritische N/P-ratio bedraagt 14. De EutrofiëringsPotentieIndex (EPI) van water voor zowel terrestrische als aquatische ecosystemen wordt dan als volgt afhankelijk gesteld van de N/P-ratio : ❑ ❑
als N/P>14, dus fosfaat-limiterend : als N/P<14, dus stikstof-limiterend :
EPI- = 4,5 + 0.721 ln PO43EPI+ = 5,31+0.721 ln TIN
met PO43- in mg/l en TIN (Total Inorganic Nitrogen : nitraat + nitriet+ammonium-stikstof) in mmol/l. De indeling in EPI-klassen gebeurt volgens onderstaande tabel. Naam Dystroof Oligotroof Mesotroof licht eutroof Eutroof sterk eutroof Hypertroof sterk hypertroof extr. Hypertroof BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
EPI < 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 2,5 2,5 – 3,5 3,5 – 4,5 4,5 – 5,5 5,5 – 6,5 6,5 – 7,5 > 7,5
15
Voor de beoordeling van de zuurtegraad maken we gebruik van onderstaande beoordelingsschaal :
Beoordeling Zuur matig zuur zwak zuur Neutraal Basisch
pHwater < 4,5 4,5 – 5,5 5,5 – 6,5 6,5 – 7,5 > 7,5
De beoordeling van zomer- en winterstalen wordt gegeven in onderstaande tabel Peilbuis ZONP001X ZONP002X ZONP003X ZONP004X ZONP005X ZONP006X ZONP007X ZONP011X ZONP012X ZONP013X ZONP015X ZONP016X ZONP017X ZONP019X ZONP020X ZONP021X ZONP022X ZONP014X
4.5
winter EPI Zuurtegraad licht eutroof neutraal licht eutroof zwak zuur licht eutroof neutraal mesotroof neutraal licht eutroof matig zuur mesotroof zwak zuur licht eutroof zwak zuur licht eutroof neutraal licht eutroof neutraal licht eutroof neutraal eutroof neutraal eutroof neutraal licht eutroof neutraal mesotroof neutraal mesotroof zwak zuur licht eutroof neutraal licht eutroof neutraal Geen gegevens
EPI licht eutroof licht eutroof mesotroof mesotroof licht eutroof oligotroof oligotroof licht eutroof mesotroof mesotroof eutroof eutroof licht eutroof licht eutroof mesotroof mesotroof licht eutroof mesotroof
zomer Zuurtegraad neutraal zwak zuur neutraal neutraal matig zuur neutraal zwak zuur zwak zuur neutraal neutraal neutraal neutraal neutraal neutraal zwak zuur neutraal neutraal neutraal
Toetsing milieukwaliteitsnormen grondwater In de overzichtstabel in bijlage 2 worden de resultaten getoetst aan de milieukwaliteitsnormen voor grondwater zoals opgenomen in de bijlage 2.4.1 van het Vlarem II. In deze tabel werden de overschrijding van de richtwaarde aangegeven in cursief en onderlijnde tekst, de overschrijdingen van de maximaal toelaatbare concentratie in vetgedrukte tekst. In de overzichtstabel in bijlage 8 worden de verschillende overschrijdingen van de Vlarem grondwaternormen gesynthetiseerd.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
16
4.6
Ruimtelijke interpretatie Uit vergelijking tussen de ruimtelijke ligging van de piëzometers en hun toegekende typering op basis van de verschillende typeringstechnieken blijkt dat:
5.
−
de piëzometers behorend tot de types 3 of 4 getypeerd als overwegend gemengd atmoclien en lithoclien water typisch voor doorstromingsprofielen, steeds de hoogste topografische posities in de meetraaien innemen. Het betreft meestal posities op de helling tussen top en vallei.
−
de piëzometers behorend tot de types 1 of 2 getypeerd als overwegend lithoclien water typisch voor kwelprofielen, steeds de laagste topografische posities in de meetraaien innemen, nabij de valleibodem
−
de piëzometers ZONP006X, ZONP007X en ZONP011X, vormen de uitzondering op dit ruimtelijk patroon. Voor de piëzometers ZONP006X en ZONP011X ligt de verklaring mogelijk in stagnatie van oppervlaktewater (regenwater) in de aanwezige moerassen met vermenging met kwelwater als gevolg. Piëzometer ZONP007X ligt op basis van de hoogtemetingen op een kleine verhoging in het landschap.
−
Een zeer duidelijke relatie met de vochttrap zoals bepaald op basis van eigen onderzoek door de opdrachtgever kan niet echt vastgesteld worden. Er is wel indicatie dat piëzometers gelegen op bodems met vochttrap f overwegend als lithoclien (kwel)water worden getypeerd en deze op de minder natte vochttrappen overwegend als gemengd atmoclien en lithoclien. De piëzometers ZONP006X en ZONP011X vormen hierop de voornaamste uitzondering.
Besluit Een synthese van de voornaamste resultaten wordt gegeven in de tabel in bijlage 8. Toepassing van de verschillende typeringstechnieken leidt tot een vrij duidelijke indeling van de individuele piëzometers tot een bepaald grondwatertype. Hierbij vertoont het toegekende grondwatertype een vrij duidelijke en logische relatie met de topografische positie en de ligging in het meetraai. De laaggelegen piëzometers bevatten lithoclien (kwel)water daar waar de piëzometers gelegen op de hellingen een gemengd atmoclien en lithoclien karakter hebben wat typisch is voor doorstromingsprofielen. De relatie met de vochttrap is iets minder duidelijk maar zij vertoont evenwel een gelijkaardig en logisch patroon waarbij de natste bodems meestal litoclien water bevatten en de (iets) minder natte bodems eerder gemengd lithoclien en atmoclien water (doorstromingsprofiel) bevatten. De aard van het grondwater in de meeste piëzometers is gelijkaardig zowel in de winter als de zomer. Indien lichte wijzigingen optreden dan duiden deze op een grotere bijmenging van atmoclien water in de winterperiode.
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
17
6.
Aanbevelingen Voor een meer gedetailleerde en correctere interpretatie van de grondwaterkwaliteit is een hydrologische systeembeschrijving met ruimtelijke analyse van kwel- en infiltratiegebieden een goed aanvullend hulpmiddel. Inzicht in grondwaterstanden en grondwaterstromingspatronen is hierbij onontbeerlijk, doch valt buiten het kader van deze opdracht (monitoring – waterkwaliteit).
7.
Leeswijzer CD-rom Volgende bestanden bevinden zich op de bij het rapport behorende CD-rom : -
Eindrapport monitoring waterkwaliteit Zondereigen 2004.doc
-
Bijlagen monitoring waterkwaliteit Zondereigen 2004.doc
-
Bijlage 1_kaart.jpg
-
Laborapport wintermetingen.pdf
-
Laborapport zomermetingen.pdf
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
18
8.
Literatuurlijst Huybrechts W. & De Becker P. 1997 Dynamische en chemische kenmerken van het ondiep grondwater in kwelsystemen : Het Walenbos (Tielt-Winge). McCune, B., and M.J. Mefford. 1999. PC-ORD. Multivariate Analysis of Ecological Data, Version 4. MjM Software Design, Gleneden Beach, Oregon, USA Menschaert, J., Franck S., Dierckx J., Van de Moortel R., Pluymers L. & Vansina F. 2002 Ecologische inventarisatie en visievorming in het kader van integraal waterbeheer : Stroomgebied van de Kleine Nete – Aa. Rapport Bodemkundige Dienst van België, Heverlee Reynaerts G. 2003 Ruilverkavelingsproject Zondereigen : Uitvoering van het monitoringprogramma – module hydrologie – partim kwantiteit : plaatsen en georefereren van peilbuizen en oppervlaktewatermeetpunten. Rapport Bodemkundige Dienst van België, Heverlee. Runhaar J., Kuijpers H., Boogaard H.L., Schouwenberg E.P.A.G. & Jansen P.G. 2003. Natuurgericht Landevaluatiesysteem (NATLES) versie 2.1. Wageningen, Alterra, Research Instituut voor de Groene Ruimte. Alterra-rapport 550. 150 p Stuyfzand, P.J., 1995, Geohydrochemie voor hydro-ecologen, 36p+3bijlagen in “Cursus Hydro-Ecologische Effectvoorspelling”, KIWA NV, Nieuwegein Van Beusekom, 1988. Water boven Water. Studieresultaten 1983 – 1987 van de Studiecommissie Waterbeheer Natuur, Bos en Landschap, Utrecht Van Beusekom, 1990 Handboek Grondwaterbeheer voor Natuur, Bos en Landschap. Studiecommissie Waterbeheer Natuur, Bos en Landschap, SDU uitgeverij, ’s Gravenhage. Van Daele, T., 2003 Natuurbehoud.
Hydrologische monitoring in natuurgebieden, Instituut voor
Van Wirdum, G., 1986. Evaluation of the MAIOR ionic composition of natural waters. Draft, Research Inst. for Water Managment : 47 p
BODEMKUNDIGE DIENST VAN BELGIE vzw
19
Bijlagen
Bijlage 1 Coördinaten piëzometers Liggingsplan
Bijlage 2 Analyseresultaten
Bijlage 3 Ladingsbalansen
Bijlage 4 Ternaire diagrammen
Bijlage 5 Maucha diagrammen
Bijlage 6 Stiff diagrammen
Bijlage 7 Typering o.b.v individuele Maucha en Stiffdiagrammen
Bijlage 8 Synthese van de resultaten