Nutriëntenvrachten vanuit zes stroomgebieden in Wetterskip Fryslân voor 2011 tm 2013

(1)

Nutriëntenvrachten vanuit zes

stroomgebieden in Wetterskip

Fryslân voor 2011 t/m 2013

1209597-000 © Deltares, 2015, B Joachim Rozemeijer

(2)

(3)

Titel

Nutriëntenvrachten vanuit zes stroomgebieden in Wetterskip Fryslân voor 2011 t/m 2013 Opdrachtgever Wetterskip Fryslân Project 1209597-000 Kenmerk 1209597-000-BGS-0003 Pagina's 40 Trefwoorden

Nutriënten, monitoring, vrachten, stroomgebied, polder, Wetterskip Fryslân Samenvatting

In de jaren 2011 tot en met 2013 is door Wetterskip Fryslân het project ‘Stofstromen’ uitgevoerd. Het doel van dat project was inzicht te krijgen in de omvang van stofstromen (met name totaal stikstof (N-tot) en fosfor (P-tot)) in verschillende delen van het beheergebied. Er zijn voor het project in zes polders metingen verricht aan zowel de waterkwantiteit (afvoer) als aan de waterkwaliteit (concentraties).

Op basis van dagelijkse afvoergegevens en 2-wekelijkse concentratiegegevens voor 2011-2013 uit het project ‘Stofstromen’ zijn in deze studie de vrachten berekend voor de zes polders. De berekende vrachten kunnen gebruikt worden in bronnenanalyses en in water- en stofbalansen. Vooral voor gebieden waar de waterkwaliteit niet voldoet aan de normen is inzicht in de belangrijkste bronnen van water en stoffen belangrijk voor het selecteren van effectieve maatregelen.

De verschillen tussen de jaarvrachten per locatie hangen samen met de hoeveelheid neerslag en de hoeveelheid afvoer (het hoogst in 2012 en het laagst in 2013). De veenpolders (Fjouwer en Echten) leveren de grootste N-tot vrachten per hectare. Voor P-tot komen de hoogste vrachten per hectare uit de kleipolders (Schalsum en Dongeradiel). De grootste vrachten treden op onder natte omstandigheden in de winter. Voor zowel N-tot als P-tot geldt dat het jaarlijkse begin van de bemestingsperiode in februari niet duidelijk in de vrachten naar voren komt. De opgebrachte mest spoelt kennelijk niet meteen uit, maar pas als het in het najaar weer natter wordt.

Twee belangrijke bronnen van onzekerheid in de berekende vrachten zijn (1) de in verhouding tot de grote variabiliteit in concentraties lage meetfrequentie voor waterkwaliteit en (2) de concentratieverandering tijdens het aanslaan van een gemaal. De 2-wekelijkse waterkwaliteitsmetingen zorgen voor een grotere betrouwbaarheid van de vrachtschattingen ten opzichte van het gebruikelijke maandelijkse meetinterval. Het verwachte effect van de concentratieveranderingen bij het aanslaan van gemalen op de jaarvrachten is zodanig groot dat nader meetonderzoek naar dit proces aan te raden is.

De berekende vrachten zijn van belang voor het onderbouwen en prioriteren van maatregelen door Wetterskip Fryslân ter bescherming van het boezemsysteem, inclusief de Friese meren.

(4)

Deltares

Titel

Nutriëntenvrachten vanuit zes stroomgebieden in Wetterskip Fryslân voor 2011 tim 2013

Opdrachtgever Wetterskip Fryslân Project 1209597-000 Kenmerk 1209597 -000-BGS-0003 Pagina's 40 Referentie

Rozemeijer, J.C., 2015. Nutriëntenvrachten vanuit zes stroomgebieden in Wetterskip Fryslân voor 2011 tim 2013. Deltaresrapport 1209597-000-BGS-0003.

'an,2015 Paraaf Review Janneke Klein Versie Datum Status definitief

(5)

1209597-000-BGS-0003, 21 januari 2015, definitief

Inhoud

1 Introductie 1

2 Werkwijze 3

3 Resultaten 7

3.1 Vrachten per jaar 7

3.2 Vrachten per maand 11

3.3 Vrachten cumulatief 15

3.4 Onzekerheden 17

3.4.1 Meetfrequentie 17

3.4.2 Concentratieverandering bij opstarten van het gemaal 21

4 Conclusies 23

4.1 Conclusies vrachtschattingen 23

4.2 Relatie tot prioritering maatregelen 23

5 Referenties 25

Appendices

A Tijdreeksen afvoer en concentraties A-1

B Fracties P B-1

C Fracties N C-1

D Tabellen Jaarvrachten D-1

E Tabellen afwijkingen jaarvrachten E-1

F Tabel correctie vrachten F-1

(6)

(7)

1 Introductie

In de jaren 2011 tot en met 2013 is door Wetterskip Fryslân het project ‘Stofstromen’ uitgevoerd. Het doel van dat project was inzicht te krijgen in de omvang van stofstromen (met name totaal stikstof (N-tot) en fosfor (P-tot)) in verschillende delen van het beheergebied. Er zijn voor het project metingen verricht aan zowel de waterkwantiteit (afvoer) als aan de waterkwaliteit (concentraties).

Wetterskip Fryslân heeft Deltares gevraagd om de vrachten voor de nutriënten en een aantal andere stoffen te berekenen voor zes polders op basis van de metingen uit het project Stofstromen. Daarnaast is aandacht besteed aan twee belangrijke bronnen van onzekerheid in de berekende vrachten: (1) de in verhouding tot de grote variabiliteit in concentraties lage meetfrequentie voor waterkwaliteit en (2) de concentratieverandering tijdens het aanslaan van een gemaal.

(8)

(9)

2 Werkwijze

Voor het schatten van vrachten op een locatie zijn metingen van het debiet en concentraties nodig. Voor het project ‘Stofstromen’ heeft Wetterskip Fryslân 2-wekelijkse bemonstering (24 monsters per jaar) uitgevoerd bij poldergemalen. De afvoeren zijn op dag-basis beschikbaar. Voor de vrachtberekeningen wordt gebruik gemaakt van de directe vrachtberekeningsmethode (zie kader). Er zijn diverse gecompliceerdere methodes voor het berekenen van vrachten uit debiet- en concentratiegegevens, maar geen van die methodes werkt in alle gevallen beter dan de directe methode (zie bijv. Preston et al., 1989; Smart et al., 1999).

De vrachtberekeningen zijn uitgevoerd voor zes meetlocaties in het beheergebied van Wettterskip Fryslân. Het gaat om 5 poldergemalen en 1 vrij afstromende waterloop (De Linde). De resultaten zijn verwerkt tot tabellen en grafieken waaruit de verschillen tussen jaren, seizoenen en maanden inzichtelijk gemaakt worden. De vrachten worden daartoe in een deel van de figuren gepresenteerd in kg per hectare om de polders met verschillende oppervlaktes beter te kunnen vergelijken. De karakteristieken van de zes meetlocaties staan samengevat in Tabel 2.1. De ligging van de meetlocaties zijn afgebeeld in Figuur 2.1.

Tabel 2.1 Meetlocaties

Meetstation Type Bodemtype Nr. meetlocatie

kwaliteit

Oppervlakte stroomgebied (ha)

De Lits Poldergemaal Zand 1777 570 De Linde Vrij afwaterend Zand 465 15570 Dongeradiel Poldergemaal Klei 3 13539 Fjouwer Poldergemaal Veen 79 6750 Schalsum Poldergemaal Klei 720 3132 Echten Poldergemaal Veen 707 2876

Vrachtberekening: de directe methode

Bij de directe methode wordt de vracht berekend door voor een bepaald tijdsinterval de representatieve afvoer en concentratie met elkaar te vermenigvuldigen:

p p p p

L





C



Q



t

Hierin is Lp de geschatte vracht over periode p, ∆tp is het tijdsinterval, Cp en Qp zijn de representatieve concentratie en afvoer voor periode p.

Bij een interval van 24 uur voor de debietmetingen wordt dat interval aangehouden voor periode p. De representatieve concentratie voor periode p wordt ingeschat door een trapsgewijze interpolatie tussen de 2-wekelijkse metingen. Elke concentratiemeting wordt dan representatief geacht voor de week voor een na de betreffende meting.

(10)

Figuur 2.1 Ligging van de in deze studie gebruikte meetlocaties

In twee aanvullende analyses wordt ingegaan op twee mogelijke bronnen van onzekerheid in de berekende vrachten:

1 De grootste onzekerheid bij vrachtberekeningen komt voort uit de relatief lage meetfrequenties voor waterkwaliteit. De temporele variatie in concentraties is niet minder dan de variatie in de afvoeren, maar in verband met de hoge kosten voor waterkwaliteitsmetingen is de meetfrequentie veel lager. Meestal wordt in

oppervlaktewater maandelijks gemeten, maar voor het project ‘Stofstromen’ heeft Wetterskip Fryslân 2-wekelijkse bemonsteringen uitgevoerd bij poldergemalen. Deze hogere meetfrequentie zorgt voor een grotere betrouwbaarheid van de

vrachtschattingen. Om inzicht te geven in de verhoogde betrouwbaarheid van 2-wekelijkse metingen t.o.v. maandelijkse metingen, zijn naast de berekening op basis van 2-wekelijkse waterkwaliteitsmetingen ook vrachtberekeningen voor N en P op basis van twee uit de meetreeksen geselecteerde sub-sets van maandelijkse metingen uitgevoerd. De resultaten worden vergeleken met de resultaten van de vrachten op basis van 2-wekelijkse metingen.

(11)

2 Een tweede belangrijke bron van onzekerheid in de vrachtberekeningen is de grotendeels onbekende concentratieverandering bij het opstarten van het gemaal. Wetterskip Fryslân heeft binnen het project Wetterlânnen vastgesteld dat zowel de N-tot als P-tot concentraties hoger worden direct na het opstarten van een gemaal (Claassen et al., 2012). De concentratiemetingen waarop de vrachtberekeningen uit dit onderzoek worden gebaseerd zijn voornamelijk verricht terwijl de gemalen uit stonden. Dit zou voor een onderschatting van de berekende vrachten kunnen zorgen. De beschikbare

informatie over de concentratieveranderingen na het opstarten van gemalen (Claassen et al., 2012) wordt gebruikt voor een extra vrachtschatting.

(12)

(13)

3 Resultaten

De tijdreeksen (afvoer en concentraties) waarop de vrachtberekeningen zijn gebaseerd zijn opgenomen in Bijlage B. Grafieken met de verdeling in fracties (gebonden/opgelost) voor N en P zijn opgenomen in bijlage B en C.

De resultaten van de vrachtberekeningen staan beschreven in vier verschillende paragrafen: • 3.1: Vrachten per jaar

• 3.2: Vrachten per maand • 3.3: Vrachten cumulatief • 3.4: Onzekerheden 3.1 Vrachten per jaar

Omdat de variaties in vrachten voornamelijk gedreven worden door variaties in het neerslagoverschot is in Figuur 3.1de jaarlijkse neerslag en het jaarlijkse neerslagoverschot weergegeven. Het jaar 2012 was relatief nat, 2013 relatief droog en 2011 zat ertussenin. De totale jaarafvoeren voor de verschillende polders zijn weergegeven in Figuur 3.5. Voor N-tot en P-tot zijn de jaarvrachten voor de verschillende polders visueel weergegeven in Figuur 3.3 en Figuur 3.4. De jaarvrachten voor de andere tweewekelijks gemeten parameters zijn opgenomen in Bijlage B.

De N-tot vrachten zijn het grootst in Fjouwer, Echten, Dongeradiel en de Linde. Dit hangt samen met de grote afvoeren uit deze gebieden. Schalsum en De Lits zijn kleine polders en hebben een lagere afvoer en lagere N-tot vrachten bij het gemaal. Voor de P-tot vrachten steekt Dongeradiel boven de andere gebieden uit. Naast de grootte van de polder wordt dit ook veroorzaakt door de fosfaatrijke kwel in de kleipolders.

De afvoeren en vrachten zijn ook per hectare weergegeven voor een vergelijking tussen de stroomgebieden zonder invloed van het oppervlakte. De jaarafvoeren per hectare zijn weergegeven in Figuur 3.5. De jaarvrachten per hectare voor N-tot en P-tot zijn weergegeven in Figuur 3.6 en Figuur 3.7. De jaarvrachten per hectare voor de andere parameters zijn opgenomen in Bijlage B.

De verschillen tussen de jaarvrachten per locatie hangen samen met de hoeveelheid neerslag en de hoeveelheid afvoer (het hoogst in 2012 en het laagst in 2013). De veenpolders (Fjouwer en Echten) leveren de grootste N-tot vrachten per hectare. Dat hangt deels samen met de relatief grotere afvoer uit deze polders (Figuur 3.5), maar ook met de hogere concentraties. Voor P-tot komen de hoogste vrachten uit de kleipolders (Schalsum en Dongeradiel), ondanks de lagere afvoeren. De P-tot concentraties in de kleipolders zijn veel hoger dan in de veen- en zandgebieden, wat mede veroorzaakt wordt door P-rijke, brakke kwel. De kleipolders, en dan met name Schalsum, leveren ook de grootste Cl vrachten per hectare. Ook de SO4 vrachten vanuit de kleipolders zijn relatief hoog, maar de hoogste SO4 vracht komt uit de veenpolder Echten. Mogelijk komt daar sulfaat vrij bij nitraatreductie door pyrietoxidatie of bij de afbraak van het veen.

(14)

Figuur 3.1 Jaarneerslag en neerslagoverschot station Leeuwarden (bron: KNMI).

Figuur 3.2 Jaarafvoeren (m3). 815 1043 699 0 200 400 600 800 1000 1200 2011 2012 2013 Ja ar n ee rs la g (m m) 245 469 122 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2011 2012 2013 N ee rs la go ver sh o t (m m)

(15)

Figuur 3.3 Jaarvrachten N-tot (ton) voor de verschillende meetstations en jaren.

(16)

Figuur 3.5 Jaarafvoeren (m3/ha).

(17)

Figuur 3.7 Jaarvrachten P-totaal (kg/ha) voor de verschillende meetstations en jaren.

3.2 Vrachten per maand

De berekende vrachten per maand hangen deels samen met het maandelijkse neerslagoverschot dat voor 2011-2013 is afgebeeld in Figuur 3.8. De maandelijkse vrachten voor alle meetstations zijn weergegeven in Figuur 3.10 voor N-tot en in Figuur 3.11 voor P-tot. Zowel N-tot als P-tot laten een duidelijk seizoenaal patroon zien met hoge vrachten in de winter en lage vrachten in de zomer. De hoge wintervrachten hangen deels samen met de hogere afvoeren, maar ook met de hogere concentraties in het oppervlaktewater (zie Bijlage 1). Tabel 3.1 geeft een overzicht van de belangrijkste processen die de hogere nutriëntenconcentraties in de winter veroorzaken. In natte periodes worden ondiepe en oppervlakkige stromingsroutes van percelen naar het oppervlaktewatersysteem belangrijker (Rozemeijer, 2010). Via deze ondiepe routes worden meer nutriënten vanuit het landsysteem meegevoerd (zie ook Figuur 3.9). In het oppervlaktewatersysteem zijn de verblijftijden in natte condities relatief kort waardoor biologische omzetting- of vastleggingsprocessen minder vat kunnen krijgen op de nutriënten. De lagere temperaturen in natte periodes zorgen bovendien voor een lagere bacteriologische activiteit, wat de biologische omzetting vertraagt.

Voor zowel N-tot als P-tot geldt dat het jaarlijkse begin van de bemestingsperiode in februari niet duidelijk in de vrachten naar voren komt. De opgebrachte mest spoelt kennelijk niet meteen uit, maar pas als het in het najaar weer natter wordt.

(18)

Figuur 3.8 Neerslagoverschot per maand station Leeuwarden (bron: KNMI).

Tabel 3.1: Overzicht van de consequenties van natte en droge omstandigheden op het transport van nutriënten.

Figuur 3.9: Van natte naar droge omstandigheden neemt de invloed van ondiepe stroomroutes toe. Deze ondiepe stroombanen worden sterker beïnvloed door de landbouw en leveren hogere concentraties nutriënten en andere landbouw gerelateerde verontreinigingen aan het oppervlaktewater.

-100 -50 0 50 100 150 2 0 11 -1 2 0 11 -2 2 0 11 -3 2 0 11 -4 2 0 11 -5 2 0 11 -6 2 0 11 -7 2 0 11 -8 2 0 11 -9 2 0 11 -1 0 2 0 11 -1 1 2 0 11 -1 2 2 0 12 -1 2 0 12 -2 2 0 12 -3 2 0 12 -4 2 0 12 -5 2 0 12 -6 2 0 12 -7 2 0 12 -8 2 0 12 -9 2 0 12 -1 0 2 0 12 -1 1 2 0 12 -1 2 2 0 13 -1 2 0 13 -2 2 0 13 -3 2 0 13 -4 2 0 13 -5 2 0 13 -6 2 0 13 -7 2 0 13 -8 2 0 13 -9 2 0 13 -1 0 2 0 13 -1 1 2 0 13 -1 2 N e e rs la go ve rs ch o t (m m ) Droog Nat

Diepe, relatief schone routes naar het oppervlaktewater; weinig uitspoeling.

Ondiepe routes naar het oppervlaktewater; veel uitspoeling door uit- en afstroming vanaf percelen. Lage stroomsnelheden; lange verblijftijden; meer

vegetatieopname, vastlegging en omzetting.

Hoge stroomsnelheden, korte verblijftijden; minder vegetatieopname, vastlegging en omzetting. Hoge temperaturen; meer/snellere

vegetatieopname, vastlegging en omzetting.

Lagere temperaturen; minder vegetatieopname, vastlegging en omzetting

(19)

(20)

(21)

3.3 Vrachten cumulatief

De berekende dagvrachten voor N-tot en P-tot zijn in Figuur 3.12 weergegeven in cumulatieve curves per jaar. Een steile lijn betekent een periode met grote vrachten en een vlakkere lijn een periode met lagere vrachten. De winterperiode (oktober t/m maart) heeft een blauwe achtergrond en de zomerperiode (april t/m september) heeft een gele achtergrond. Uit deze figuren komen de verschillen tussen de grote wintervrachten (steile lijnen) en de veel kleinere zomervrachten (vlakkere lijnen) naar voren. Ook de grote verschillen in totaalvrachten per jaar worden duidelijk. Kleine ‘hobbeltjes’ in de cumulatieve lijnen zijn het gevolg van individuele natte perioden. De steilste lijnen en de grootste vrachten zitten in de extreem natte periode ronde de jaarwisseling 2011-2012, toen er ook sprake was van wateroverlast in Noord-Nederland. De grote nutriëntenvrachten in december 2011 en januari 2012 zijn ook goed zichtbaar in de maandvrachten in Figuur 3.10 en Figuur 3.11.

(22)

(23)

Figuur 3.12 Cumulatieve vrachten voor N-totaal (links) en P-totaal (rechts). Let op: de schaal op de y-assen van deze figuren verschilt en de vrachten voor de Linde zijn weergegeven in kg, de andere in ton.

3.4 Onzekerheden

3.4.1 Meetfrequentie

Om inzicht te krijgen in het verschil in betrouwbaarheid tussen 2-wekelijkse en maandelijkse waterkwaliteitsmetingen zijn de N-tot en P-tot vrachten ook berekend met maandelijkse sub-sets van de concentratiegegevens. Hiertoe is eerst een vrachtberekening gedaan op basis van de concentratiemetingen in de eerste helft van iedere maand. Vervolgens een is ook een vrachtberekening gedaan op basis van de concentratiemetingen in de tweede helft van iedere maand.

De jaarvrachten op basis van de 2-wekelijkse en beide maandelijkse concentratie-datasets worden vergeleken in Figuur 3.13 en Figuur 3.14. De getalswaarden zijn opgenomen in Bijlage E. De jaarvrachten voor N-tot op basis van de maandelijkse concentratiemetingen hebben een afwijking van -35.8% tot +19.2% en een gemiddelde absolute afwijking van 4.7% ten opzichte van de jaarvrachten op basis van 2-wekelijkse metingen. De jaarvrachten voor P-tot op basis van de maandelijkse concentratiemetingen hebben een afwijking van -24% tot +11.9 % en een gemiddelde absolute afwijking van 6.6%.

De gemiddelde afwijking voor P-tot is wat groter door de grotere temporele variatie in de P-tot concentraties ten opzichte van N-tot. Voor de N-tot concentratie is het seizoenale patroon dominanter, wat ook met maandelijkse metingen al goed gevolgd wordt. Voor P-tot is het seizoenale patroon minder duidelijke door de grotere variatie in concentraties op de kortere termijn.

Voor het goed mee meten van de concentratieveranderingen tijdens het aanslaan van gemalen en tijdens afvoerpieken zijn continue of semi-continue (kwartier-uur interval) meetgegevens nodig die met sensoren of auto-analysers verzameld kunnen worden (Rozemeijer, 2010). Omdat er voor Fryslân geen continue meetgegevens beschikbaar zijn, kan de betrouwbaarheid van vrachtschattingen op basis van 2-wekelijkse concentratiemetingen niet vastgesteld worden. Een dergelijke analyse is wel uitgevoerd op basis van dagelijkse concentratiemetingen bij Lobith (Baggelaar & Van der Meulen, 2010).

(24)

Voor zowel NO3 als P-tot is de relatieve afwijking van de vrachtschatting bij 2-wekelijks bemonsteren ongeveer twee keer kleiner dan bij maandelijks bemonsteren (zie Figuur 3.15, m.n. binnen het zwarte kader). Voor de bestudeerde stroomgebieden in Fryslân zijn de verschillen in afwijking tussen N-tot en P-tot kleiner dan bij Lobith. Dat komt waarschijnlijk doordat de P-tot concentratie in Lobith korte pieken vertoont tijdens afvoergolven door opwervelend sediment. Het wel of niet missen van deze korte pieken met steekmonsters zorgt voor grote onzekerheden. In Friese stroomgebieden is P-tot ook piekeriger dan N-tot, maar toch is er ook in de P-tot concentraties een duidelijke seizoensvariatie te zien die ook met maandelijkse metingen goed in beeld komt. De onzekerheid in de jaarvrachtschattingen voor Fryslân zijn voor N-tot verglijkbaar met die van Lobith voor NO3. Voor P-tot zullen de onzekerheden voor Fryslân tussen die van Lobith voor NO3 en P-tot in liggen.

Figuur 3.13 Afwijkingen van N-tot vrachten berekend op basis van maandelijkse metingen ten opzichte van 2-wekelijkse metingen. ‘2-wekelijks’ geeft de vrachten op basis van alle concentratiemetingen, ‘Maandelijks-1’ geeft de vrachten op basis van maandelijkse metingen in de eerste helft van iedere maand en ‘Maandelijks-2’ op basis van maandelijkse metingen in de tweede helft van iedere maand.

(25)

Figuur 3.14 Afwijkingen van P-tot vrachten berekend op basis van maandelijkse metingen ten opzichte van 2-wekelijkse metingen. ‘2-wekelijks’ geeft de vrachten op basis van alle concentratiemetingen, ‘Maandelijks-1’ geeft de vrachten op basis van maandelijkse metingen in de eerste helft van iedere maand en ‘Maandelijks-2’ op basis van maandelijkse metingen in de tweede helft van iedere maand.

(26)

Figuur 3.15 Relatieve fout in de vrachtschatting bij verschillende meetfrequenties per jaar op basis van subsets van dagelijkse concentratiemetingen bij Lobith (2003: rood, 2005: groen en 2007: blauw). Het kader geeft de in deze studie beschouwde meetfrequenties van 12x en 24 x per jaar (bron: Baggelaar en Van de Meulen, 2010).

(27)

3.4.2 Concentratieverandering bij opstarten van het gemaal

Door Claassen et al. (2012) is voor twee gemalen (Flappervaart en Suawoude-Oost) vastgesteld dat de N-tot en P-tot concentraties hoger worden direct na het aanslaan van het gemaal. Dit zorgt voor een onderschatting van de vrachtberekening, want de meeste concentratiemetingen worden gedaan terwijl het gemaal uitstaat. Voor P-tot wordt de afwijking in de vracht door Claassen et al. (2012) ingeschat op +18% voor de Flappervaart en +120% voor Suawoude-Oost. Voor N-totaal is de onderschatting minder groot: +5% voor de Flappervaart en +6% voor Suawoude-Oost.

Op basis van het onderzoek door Claassen et al. (2012) kan een inschatting gemaakt worden van de vrachten, rekening houdend met de concentratiestijging na het aanslaan van gemalen.

Het grote verschil in afwijking tussen de Flappervaart en Suawoude-Oost hangt waarschijnlijk samen met het verschil in het aandeel gebonden P (ten opzichte van het aandeel opgelost P). Voor de Flappervaart (voornamelijk zand) is 36% van de P gebonden en voor Suawoude-Oost (grotendeels veen) is dat 84%. Voor de in deze studie beschouwde polders varieert het percentage gebonden P tussen de 13% en 59% (zie Tabel 3.2 en Bijlage B). Op basis van de waarschijnlijke relatie tussen het percentage gebonden P en de overschatting van de vracht (Claassen et al., 2012) kan voor de in deze studie beschouwde polders ook een grove inschatting gemaakt worden van de afwijking van de vrachten (zie Tabel 3.2).

Voor N-tot zijn voor de Flappervaart en Suawoude-Oost zowel het percentages gebonden N (58% en 60%) als de afwijking in de vrachtschatting (+5% en +6%) ongeveer gelijk. Voor de in deze studie beschouwde polders is het percentage gebonden N in dezelfde orde (46%-65%, zie Tabel 3.2 en Bijlage C) en zijn de verschillen tussen de polders minder groot dan bij P-tot. Voor een beste schatting voor de afwijking in de N-tot vracht nemen we daarom +5.5% voor alle beschouwde polders.

De jaarvrachten voor N-tot en P-tot met en zonder correctie voor de concentratieverandering na het aanslaan van het gemaal zijn opgenomen in Figuur 3.16 en Figuur 3.17. De getalswaarden zijn opgenomen in bijlage F. Het verwachte effect van de concentratieveranderingen bij het aanslaan van gemalen op de jaarvrachten is zodanig groot dat nader meetonderzoek naar dit proces aan te raden is. Ook het effect van het bemalingsregime op het transport van nutriënten is niet goed bekend. Naar verwachting veroorzaakt vaak en niet al te hard hard pompen minder opwerveling dan af en toe heel hard pompen.

Tabel 3.2 Percentages gebonden P en ingeschatte afwijking van de vrachtschatting voor de poldergemalen.

Meetstation Type Bodem % gebonden P Schatting afwijking vracht

De Lits Poldergemaal Zand 56% +48% Dongeradiel Poldergemaal Klei 22% +6% Fjouwer Poldergemaal Veen 57% +50% Schalsum Poldergemaal Klei 13% +2% Echten Poldergemaal Veen 59% +54%

(28)

Figuur 3.16 Jaarvrachten N-tot met en zonder correctie voor de concentratieverandering na het aanslaan van het gemaal

Figuur 3.17 Jaarvrachten P-tot met en zonder correctie voor de concentratieverandering na het aanslaan van het gemaal 0 10 20 30 40 50 60 Lits -20 11 Lits -20 12 Lits -20 13 Don ge ra d ie l-2011 Don ge ra d ie l-2012 Don ge ra d ie l-2013 Fjo u w er-2011 Fjo u w er-2012 Fjo u w er-2013 Sc h als u m -201 1 Sc h als u m -201 2 Sc h als u m -201 3 Ech ten -2 011 Ech ten -2 012 Ech ten -2 013 N -to t (k g/ h a)

Zonder correctie met correctie

0 1 2 3 4 5 Lits -20 11 Lits -20 12 Lits -20 13 Don ge rad ie l-20 11 Don ge ra d ie l-2012 Don ge ra d ie l-2013 Fjo u w er-2011 Fjo u w er-2012 Fjo u w er-2013 Sc h als u m -201 1 Sc h als u m -201 2 Sc h als u m -201 3 Ech ten -2 011 Ech ten -2 012 Ech ten -2 013 P -to t (k g/ h a)

(29)

4 Conclusies

4.1 Conclusies vrachtschattingen

Op basis van dagelijkse afvoergegevens en 2-wekelijkse concentratiegegevens voor 2011-2013 uit het project ‘Stofstromen’ zijn in deze studie de vrachten berekend. De berekende vrachten kunnen gebruikt worden in bronnenanalyses en in water- en stofbalansen. Vooral voor gebieden waar de waterkwaliteit niet voldoet aan de normen is inzicht in de belangrijkste bronnen van water en stoffen belangrijk voor het selecteren van effectieve maatregelen. De verschillen tussen de jaarvrachten per locatie hangen samen met de hoeveelheid neerslag en de hoeveelheid afvoer (het hoogst in 2012 en het laagst in 2013). De veenpolders (Fjouwer en Echten) leveren de grootste N-tot vrachten per hectare. Voor P-tot komen de hoogste vrachten uit de kleipolders (Schalsum en Dongeradiel). De grootste vrachten treden op onder natte omstandigheden in de winter. Voor zowel N-tot als P-tot geldt dat het jaarlijkse begin van de bemestingsperiode in februari niet duidelijk in de vrachten naar voren komt. De opgebrachte mest spoelt kennelijk niet meteen uit, maar pas als het in het najaar weer natter wordt.

Twee belangrijke bronnen van onzekerheid in de berekende vrachten zijn (1) de in verhouding tot de grote variabiliteit in concentraties lage meetfrequentie voor waterkwaliteit en (2) de concentratieverandering tijdens het aanslaan van een gemaal. De 2-wekelijkse waterkwaliteitsmetingen zorgen voor een grotere betrouwbaarheid van de vrachtschattingen ten opzichte van het gebruikelijke maandelijkse meetinterval. Het verwachte effect van de concentratieveranderingen bij het aanslaan van gemalen op de jaarvrachten is zodanig groot dat nader meetonderzoek naar dit proces aan te raden is.

4.2 Relatie tot prioritering maatregelen

De berekende vrachten zijn van belang voor het onderbouwen en prioriteren van maatregelen door Wetterskip Fryslân. Daarbij gaat het om de kwaliteit van het polderwater en het boezemwater. In algemene zin kan gesteld worden dat de waterkwaliteit gebaat is bij het generieke mestbeleid. Generiek beleid werkt door in het gehele beheergebied. Naast het generieke mestbeleid bestaat de mogelijkheid om gebiedsgericht maatregelen uit te voeren (zoals onder het Deltaprogramma Agrarisch Waterbeheer). Dan rijst de vraag of het nut heeft bepaalde gebieden te prioriteren.

Redenerend vanuit de actuele waterkwaliteit stelt Wetterskip Fryslân het volgende met betrekking tot de prioritering van gebieden voor extra waterkwaliteitsmaatregelen:

1. In het noordelijk kleigebied (ten noorden van de lijn Harlingen-Leeuwarden-Stroobos) heeft Wetterskip Fryslân geen doelen voor fosfor vanwege de aanwezigheid van fosfaat-rijke kwel. Het gebied heeft daarom geen prioriteit bij het nemen van

maatregelen. Wel moet bedacht worden dat het gebied bijdraagt aan de belasting van de Waddenzee.

2. Het boezemmerengebied is het meest gevoelig voor belasting met fosfor en stikstof. Gegeven het feit dat al het polderwater (en het vrij afstromende water uit het

zuidoosten) afwatert op de boezem, krijgt het gehele gebied buiten het noordelijk kleigebied prioriteit.

3. Het kleigebied ten zuiden van de genoemde lijn heeft ook minder prioriteit omdat ook daar de P-concentraties verhoogd zijn door fosfaat-rijke kwel. Daarnaast kan rekening worden gehouden met het feit dat het zuidelijke kleigebied het merengebied niet beïnvloedt vanwege de overheersende stroming naar het noorden (Waddenzee). Een

(30)

extra argument is dat in het kleigebied een groot deel van de fosfor aanwezig is in de vorm van ortho-fosfaat. Ortho-fosfaat is minder goed in te vangen of te laten bezinken en alleen met chemische defosfatering te verwijderen.

4. Met het niet-prioriteren van het kleigebied blijft het zand- en veengebied binnen Wetterskip Fryslân over. Als gekeken wordt naar vracht in kg per hectare dan is duidelijk dat veen de meeste N levert per hectare (Figuur 3.6). De zandgebieden leveren ongeveer evenveel P als de veengebieden (kg P/hectare, Figuur 3.7). Vervolgens bepaalt de afvoer (m3/hectare) in belangrijke mate de belasting van de boezem. Vanwege deze nuances stelt Wetterskip Fryslân geen verdere prioriteiten binnen het zand- en veengebied.

Bij het bepalen van prioriteiten binnen het zand- en veengebied kan wel met de volgende aspecten rekeningen worden gehouden:

• Maatregelen in de polder en het vrij-afstromend gebied dragen bij aan een betere waterkwaliteit in dat gebied en in de boezem. Maatregelen ‘voorbij’ het gemaal leiden alleen tot een vermindering van de belasting van de boezem.

• De kosteneffectiviteit van maatregelen (in euro’s per verwijderde kg nutriënt) hangt af van de schaal; het is waarschijnlijk goedkoper de vrachten bij één groot gemaal aan te pakken dan bij meerdere kleine gemalen. Daarentegen zal een groot gemaal mogelijk meer waterbeweging veroorzaken in de polder waardoor toch relatief meer

(opgewerveld) N en P wordt uitgeslagen. Als indicatie kan gedacht worden aan

maatregelen bij gemalen met een capaciteit tussen de 50 en 100 m3/min (zie bijlage G). • De effectiviteit van de maatregelen bij een gemaal hangt af van het bemalingsregime

(aan- en uitslaan). Vaker pompen met een lage capaciteit leidt vermoedelijk tot een lagere vracht dan minder vaak pompen met een grote capaciteit (meer waterbeweging leidt tot meer opwerveling).

Gezien de onzekerheden in vrachten en in effecten van maatregelen wordt aanbevolen om effecten van maatregelen te monitoren. Die monitoring zou gericht moeten zijn op: (1) de effecten van maatregelen bij het gemaal (inrichting, beheer en onderhoud van het open water voor het gemaal, de maalkom), (2) de effecten van maatregelen in de polder op de waterkwaliteit in de polder en (3) de vrachten bij verschillende bemalingsregimes. Bij monitoring is het onderscheid tussen de opgeloste en de gebonden fracties van N en P van belang in verband met de te kiezen maatregen (gericht op bezinking ofwel (bio)chemische verwijdering).

(31)

5 Referenties

Baggelaar. Paul & Eit van der Meulen. 2010. Nauwkeurigheid jaarvracht-schattingen opgeloste stoffen. Rapport Icastat & Adviesbureau Modellering en Optimalisatie. Amstelveen. 2010.

Claassen. T.H.L.. I. Meijer en J. Blom. 2012. Nutriëntenvrachten uit polders onderschat. H2O 11-2012. 37-40.

Harezlac, V., 2013. Voorkomen van blauwalgen in relatie tot fysisch-chemische

omstandigheden in Friese oppervlaktewateren. Deltares-rapport 1207011-000-ZWS-0004. Preston. S.D.; Bierman. V.J.; Silliman. S.E.. 1989. An evaluation of Methods for the Estimation of Tributary Mass Loads. Water Resour. Res. 25. 1379-1389.

Rozemeijer, J., 2010. Dynamics in groundwater and surface water quality. From field-scale processes to catchment-scale monitoring. Proefschrift Universiteit Utrecht, Utrecht.

Smart. T.S.; Hirst. D.J.; Elston. D.A. 1999. Methods for estimating loads transported by rivers. Hydrol. Earth Syst. Sc. 3 (2). 295-303.

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

B Fracties P

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 j-1 1 a-1 1 j-1 1 o -1 1 j-1 2 a-1 2 j-1 2 o -1 2 j-1 3 a-1 3 j-1 3 o -1 3 m g P /l

Dongeradiel lok 0003

gebonden P mg/l ortho-P mg/l

(40)

(41)

(42)

(43)

D Tabellen Jaarvrachten

Tabel D.1 Jaarvrachten (ton) voor alle tweewekelijks gemeten concentratie-parameters.

Meetstation Jaar Jaarvracht (ton)

N-tot NO3 NH4 P-tot PO4 SO4 Cl

De Lits 2011 7.7 1.8 2.2 0.53 0.24 39 81 2012 9.7 1.7 2.5 0.87 0.44 43 109 2013 5.8 0.87 1.6 0.48 0.21 30 65 De Linde 2011 138 64 20 9.6 4.1 566 1164 2012 224 105 24 14 6.1 863 1718 2013 164 81 18 9.7 4.1 691 1270 Dongeradiel 2011 151 75 16 31 26 3591 12077 2012 151 70 16 35 24 3621 12886 2013 109 46 15 18 12 3007 11762 Fjouwer 2011 180 43 48 5.6 2.4 728 1918 2012 211 45 59 9.7 4.4 712 2109 2013 136 22 48 4.8 1.6 491 1564 Schalsum 2011 33 9.9 6.0 11 10 1272 4985 2012 33 7.0 7.5 14 13 1267 5436 2013 24 6.8 5.0 7.2 5.9 921 4075 Echten 2011 117 22 46 3.0 1.4 1419 1567 2012 135 21 46 5.3 2.4 1403 1442 2013 106 15 42 3.4 1.3 1215 1403

(44)

Tabel D.2 Jaarvrachten (kg/ha) voor alle tweewekelijks gemeten concentratie-parameters.

Meetstation Jaar Jaarvracht (kg/ha)

N-tot NO3 NH4 P-tot PO4 SO4 Cl

De Lits 2011 13.55 3.12 3.77 0.93 0.43 68 142 2012 16.94 3.04 4.46 1.53 0.76 75 191 2013 10.20 1.52 2.89 0.83 0.36 52 114 De Linde 2011 8.87 4.09 1.31 0.62 0.26 36 75 2012 14.38 6.73 1.57 0.91 0.39 55 110 2013 10.53 5.19 1.17 0.62 0.26 44 82 Dongeradiel 2011 11.16 5.56 1.18 2.30 1.94 265 892 2012 11.18 5.18 1.15 2.57 1.76 267 952 2013 8.02 3.37 1.09 1.35 0.91 222 869 Fjouwer 2011 26.62 6.37 7.16 0.83 0.35 108 284 2012 31.30 6.71 8.74 1.43 0.65 105 312 2013 20.10 3.30 7.16 0.71 0.24 73 232 Schalsum 2011 10.59 3.15 1.93 3.62 3.32 406 1592 2012 10.57 2.24 2.38 4.60 4.20 405 1736 2013 7.74 2.17 1.59 2.29 1.88 294 1301 Echten 2011 40.73 7.77 16.10 1.03 0.47 493 545 2012 47.06 7.30 16.09 1.83 0.83 488 501 2013 36.77 5.22 14.75 1.19 0.45 422 488

(45)

E Tabellen afwijkingen jaarvrachten

Tabel E.1 Afwijkingen van N-tot vrachten berekend op basis van maandelijkse metingen ten opzichte van 2-wekelijkse metingen. De kolom ‘2-wekelijks’ geeft de vrachten op basis van alle concentratiemetingen, de kolom ‘Maandelijks-1’ geeft de vrachten op basis van maandelijkse metingen in de eerste helft van iedere maand en de kolom ‘Maandelijks-2’ op basis van maandelijkse metingen in de tweede helft van iedere maand.

Meetstation Jaar Jaarvrachten N-tot (kg/ha) op basis van concentratie

2-wekelijks Maandelijks-1 Afwijking Maandelijks-2 Afwijking

De Lits 2011 13.5 13.5 -0.6% 13.3 -2.2% 2012 16.9 17.1 +1.0% 17.0 +0.5% 2013 10.2 10.4 +1.8% 10.3 +0.6% De Linde 2011 8.9 8.8 -1.0% 8.6 -3.6% 2012 14.4 13.8 -4.0% 14.2 -1.0% 2013 10.5 12.5 +19.2% 6.8 -35.8% Dongeradiel 2011 11.2 10.8 -3.7% 10.7 -3.8% 2012 11.2 11.2 +0.1% 12.0 +7.3% 2013 8.0 8.0 +0.0% 5.9 -26.3% Fjouwer 2011 26.6 26.4 -0.9% 25.9 -2.5% 2012 31.3 30.3 -3.2% 32.8 +4.8% 2013 20.1 19.6 -2.4% 18.5 -8.0% Schalsum 2011 10.6 10.1 -4.5% 10.1 -5.0% 2012 10.6 10.7 +1.7% 11.1 +5.1% 2013 7.7 7.3 -5.3% 7.3 -5.2% Echten 2011 40.7 39.4 -3.2% 41.2 +1.0% 2012 47.1 46.4 -1.4% 47.9 +1.7% 2013 36.8 37.1 +0.8% 37.1 +1.0%

(46)

Tabel E.2 Afwijkingen van P-tot vrachten berekend op basis van maandelijkse metingen ten opzichte van 2-wekelijkse metingen. De kolom ‘2-wekelijks’ geeft de vrachten op basis van alle concentratiemetingen, de kolom ‘Maandelijks-1’ geeft de vrachten op basis van maandelijkse metingen in de eerste helft van iedere maand en de kolom ‘Maandelijks-2’ op basis van maandelijkse metingen in de tweede helft van iedere maand.

Meetstation Jaar Jaarvrachten P-tot (kg/ha) op basis van concentratie

2-wekelijks Maandelijks-1 Afwijking Maandelijks-2 Afwijking

De Lits 2011 0.93 0.99 +6.1% 0.82 -11.9% 2012 1.53 1.50 -1.6% 1.54 +0.9% 2013 0.83 0.84 +0.8% 0.93 11.9% De Linde 2011 0.62 0.66 +6.8% 0.51 -17.2% 2012 0.91 0.93 +2.5% 0.84 -7.1% 2013 0.62 0.68 +8.7% 0.56 -10.3% Dongeradiel 2011 2.30 2.32 +0.7% 2.13 -7.2% 2012 2.57 2.65 +3.1% 2.04 -20.4% 2013 1.35 1.19 -11.6% 1.33 -1.5% Fjouwer 2011 0.83 0.85 +1.7% 0.68 -18.7% 2012 1.43 1.50 +4.5% 1.20 -16.0% 2013 0.71 0.69 -2.3% 0.65 -7.6% Schalsum 2011 3.62 3.65 +0.7% 3.49 -3.6% 2012 4.60 4.89 +6.3% 4.75 3.2% 2013 2.29 2.11 -7.7% 1.73 -24.1% Echten 2011 1.03 1.03 -0.1% 1.03 -0.1% 2012 1.83 1.79 -2.1% 1.84 +0.6% 2013 1.19 1.29 +8.4% 1.18 -0.5%

(47)

F Tabel correctie vrachten

Tabel F.1 Jaarvrachten N-tot en P-tot met en zonder correctie voor de concentratieverandering na het aanslaan van het gemaal.

Meetstation Jaar Jaarvrachten in kg/ha

N-tot zonder correctie N-tot met correctie P-tot zonder correctie P-tot met correctie De Lits 2011 13.50 14.20 0.93 1.39 2012 16.90 17.80 1.53 2.27 2013 10.20 10.80 0.83 1.24 Dongeradiel 2011 11.20 11.80 2.30 2.44 2012 11.20 11.80 2.57 2.72 2013 8.02 8.46 1.35 1.43 Fjouwer 2011 26.60 28.10 0.84 1.26 2012 31.30 33.00 1.43 2.15 2013 20.10 21.20 0.71 1.06 Schalsum 2011 10.60 11.20 3.62 3.69 2012 10.60 11.20 4.60 4.68 2013 7.74 8.17 2.29 2.33 Echten 2011 40.70 42.90 1.03 1.59 2012 47.10 49.70 1.83 2.83 2013 36.80 38.80 1.19 1.84

(48)

(49)

G Gemaalcapaciteit

De capaciteiten van de gemalen in het beheergebied van Wetterskip Fryslân. Op de x-as de afzonderlijke gemalen; op de y-as de capaciteit van de gemalen. De gemalen met een capaciteit tussen 50 en 100 m3/min zijn aangeduid met pijlen.

Er zijn 71 gemalen met een capaciteit tussen 50 en 100 m3/min. Het aantal gemalen met een capaciteit groter dan 100 m3/min is 41.

0

50

100

150

200

250

300

1 24 47 70 93 ₁₁₆ ₁₃9 ₁₆₂ ₁₈5 ₂08 ₂31 2 54 ₂77 30 0 32 3 34 6 36 9 39 2 4 15 4 38 4 6 1 4 8 4 50 7 53 0 55 3 57 6 59 9 6 2 2 6 4 5 668 691 714 737 760