Watersysteemanalyse noordelijke Friese Wouden

Hele tekst

(1)Watersysteemanalyse Noordelijke Friese Wouden. J. Roelsma J. Kros J.A. de Vos. Alterra-rapport 1609, ISSN 1566-7197. Uitloop 0 lijn. 20 mm 15 mm 10 mm 5 mm. 0 15 mm. 0 84 mm. 0 195 mm.

(2)

(3) Watersysteemanalyse Noordelijke Friese Wouden.

(4) In opdracht van het BSIK-programma “Transforum Agro en Groen” en de LNV-kennisbasisthema’s “Inrichting en gebruik groene en blauwe ruimte”, “Duurzame landbouw” en “Wetenschappelijke infrastructuur” (BO-02-004) 2 Alterra-rapport 1609.

(5) Watersysteemanalyse Noordelijke Friese Wouden. J. Roelsma J. Kros J.A. de Vos. Alterra-Rapport 1609 Alterra, Wageningen, 2008.

(6) REFERAAT Roelsma, J., J. Kros & J.A. de Vos, 2008. Watersysteemanalyse Noordelijke Friese Wouden. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 1609. 86 blz. 18 fig.; 9 tab.; 13 ref. Binnen het project ‘Meervoudige MilieuMonitoring voor Gebiedssturing’, (‘3MG’) hebben wij een watersysteemanalyse uitgevoerd voor de Noordelijke Friese Wouden (NFW). Hierbij wordt de huidige gebiedsstatus van de gronden oppervlaktewaterkwaliteit in beeld gebracht door gebruik te maken van bestaande metingen aangevuld met de modellering van stikstof- en fosforuitspoeling naar het gronden oppervlaktewatersysteem. Uit de watersysteemanalyse concluderen wij dat: De geschatte nitraatuitspoeling in de Noordelijke Friese Wouden, gemiddeld voor het gebied, ruim onder de norm van 50 mg.l-1 NO3 blijft. De verwachte stikstofconcentratie in het oppervlaktewater van de Noordelijke Friese Wouden onder de MTR-waarde van 2.2 mg.l-1 voor het zomerhalfjaar blijft (toetsingsjaar 2004) De verwachte fosforconcentratie in het oppervlaktewater van de Noordelijke Friese Wouden boven de MTR-waarde van 0.15 mg.l-1 voor het zomerhalfjaar uitkomt (toetsingsjaar 2004) Op basis van de huidige watersysteemanalyse bevelen wij aan om te komen tot een aantal kleinere, hydrologisch goed afgebakende gebieden binnen de Noordelijke Friese Wouden waarvoor een sluitende water- en stoffenbalansen kan worden opgesteld.. Trefwoorden: watersysteemanalyse, stroomgebied, Noordelijke Friese Wouden, modelsysteem, monitoring, STONE, nutriënten. ISSN 1566-7197. Dit rapport is digitaal beschikbaar via www.alterra.wur.nl. Een gedrukte versie van dit rapport, evenals van alle andere Alterra-rapporten, kunt u verkrijgen bij Uitgeverij Cereales te Wageningen (0317 46 66 66). Voor informatie over voorwaarden, prijzen en snelste bestelwijze zie www.boomblad.nl/rapportenservice. © 2008 Alterra Postbus 47; 6700 AA Wageningen; Nederland Tel.: (0317) 474700; fax: (0317) 419000; e-mail: info.alterra@wur.nl Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Alterra. Alterra aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen.. 4. Alterra-rapport 1609 [Alterra-rapport 1609/oktober/2008].

(7) Inhoud. Woord vooraf. 7. Samenvatting. 9. 1. Inleiding 1.1 Milieukwaliteit en zelfsturing 1.2 Watersysteemanalyse 1.3 Leeswijzer. 11 11 12 13. 2. De Noordelijke Friese Wouden 2.1 Beschrijving van het gebied 2.2 Toetsgegevens voor het modelsysteem 2.2.1 Grondwater 2.2.2 Oppervlaktewater. 15 15 18 19 19. 3. Fase 1 Modelsysteem 3.1 Inleiding 3.2 Het modelinstrumentarium STONE 3.3 Gebiedsselectie de Noordelijke Friese Wouden 3.4 Resultaten waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem 3.4.1 Grondwater 3.4.2 Oppervlaktewater 3.4.3 Nutriëntenbalansen. 21 21 21 22 23 23 25 28. 4. Fase 2 Modelsysteem 4.1 Inleiding 4.2 Ruimtelijke schematisatie de Noordelijke Friese Wouden 4.3 Resultaten waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem 4.3.1 Grondwater 4.3.2 Oppervlaktewater 4.3.3 Nutriëntenbalansen. 31 31 31 34 34 36 40. 5. Discussie en conclusies. 41. Literatuur. 45. Bijlage 1 Het nutriëntenemissiemodel STONE Bijlage 2 Geselecteerde STONE plots voor fase 2 modelsysteem. 47 61.

(8)

(9) Woord vooraf. Dit rapport beschrijft het deelproject “Watersysteemanalyse Noordelijke Friese Wouden” van het wetenschappelijk project ‘Meervoudige MilieuMonitoring voor Gebiedssturing’, (‘3MG’) van het BSIK-programma “Transforum Agro & Groen”. De watersysteemverkenning Noordelijke Friese Wouden maakt deel uit van het onderdeel ‘Water’ van 3MG; de andere onderdelen zijn ‘Bodem’ en ‘Lucht’. Het project werd gefinancierd door het BSIK-programma “Transforum Agro en Groen” en de LNV-kennisbasisthema’s “Inrichting en gebruik groene en blauwe ruimte”, “Duurzame landbouw” en “Wetenschappelijke infrastructuur”. Dit deelproject is enkele malen bediscussieerd in een begeleidingsgroep bestaande uit vertegenwoordigers de vereniging ‘Noardlike Fryske Wâlden’, Wetterskip Fryslân, LNV-Noord, provincie Friesland en Wageningen Universiteit en Researchcentrum. De discussies met deze groep waren bijzonder nuttig voor de richting van ons deelproject. Jan Roelsma Hans Kros Bram de Vos. Alterra-rapport 1609. 7.

(10)

(11) Samenvatting. De vereniging ‘Noardlike Fryske Wâlden’ spant zich in om als Noordelijke Friese Wouden (NFW)-gebied aan milieudoelen te voldoen. Dit als alternatief voor milieubeleid dat is gebaseerd op nationaal of internationaal geformuleerde wetten en regels. Deze milieudoelen zullen worden afgestemd op de specifieke eigenschappen van de NFW en zullen via een eigen aanpak worden bereikt. De vereniging NFW wil door zelfsturing zorgen dat de doelen worden gehaald, waarbij de NFW landbouwkundig als het ware als één groot bedrijf wordt gezien. De individuele boeren volgen een bedrijfsvoering waarin de mineralenkringloop veel aandacht krijgt, met als doel om op gebiedsniveau aan milieudoelen te voldoen. Dat wil zeggen een geringe ammoniakemissie naar de atmosfeer en een beperkte nutriëntenemissie (in het bijzonder stikstof en fosfaat) naar gronden oppervlaktewater. Een belangrijke voorwaarde voor zelfsturing in de NFW is dat door middel van monitoring, zonodig ondersteund door modellering, wordt vastgesteld of de milieudoelen worden gehaald. Om de huidige gebiedsstatus in beeld te brengen is naast monitoring ook modellering vereist om op gebiedsniveau schattingen te maken van de emissie, depositie en uitspoeling van stikstof en fosfaat in relatie tot gebiedsdoelstellingen. De vraag is daarbij ook hoe deze gebiedsdoelen zijn gedefinieerd. Het doel van deze studie is het beschrijven van de nutriëntenverliezen naar gronden oppervlaktewater in het gehele NFW-gebied op basis van een vergelijking van modelmatige schattingen van de huidige situatie. Hierbij is gebruik gemaakt van een nationaal consensusmodel voor nutriëntenuitspoeling (STONE; Fase 1 modelsysteem) en een regionale variant van dit modelsysteem waarvoor een nieuwe gebiedsindeling is gemaakt (Fase 2 modelsysteem). De nadruk ligt daarbij op nitraatuitspoeling naar het grondwater en stikstof- en fosforbelasting van het oppervlaktewater. Zowel het Fase 1 als het Fase 2 modelsysteem is getoetst aan meetgegevens in de Noordelijke Friese Wouden. Voor het Fase 1 modelsysteem betreft dit metingen van stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater voor de periode 1995-2000, terwijl voor het Fase 2 modelsysteem dit metingen van stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater voor het jaar 2004 betreft. Meetgegevens met betrekking tot de grondwaterkwaliteit waren niet beschikbaar. Het Fase 1 modelsysteem berekent voor de periode 1986-2000 een gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie van circa 25 mg/l NO3 voor het bovenste deel van het grondwater Uit deze berekeningen blijkt dat over de gehele simulatieperiode (1986-2000) de geschatte jaarlijkse nitraatconcentratie beneden de norm van de Nitraatrichtlijn van 50 mg/l NO3 ligt. Op basis van de ruimtelijke verdeling binnen het gebied de Noordelijke Friese Wouden valt af te leiden dat voor ca. 10 % van het oppervlak van het gebied een nitraatconcentratie >50 mg/l NO3 wordt berekend (referentiejaar 2000).. Alterra-Rapport 1609. 9.

(12) Voor de periode 1995-2000 wordt door het Fase 1 modelsysteem een belasting van het oppervlaktewater van 4.6 mg/l N-totaal en 0.34 mg/l P-totaal berekend. Voor diezelfde periode wordt in de meetlocaties een gemiddelde concentratie van 3.4 mg/l N-totaal en 0.23 mg/l P-totaal waargenomen. Dat zowel voor stikstof als voor fosfor hogere concentraties worden berekend dan gemeten komt overeen met onze verwachting, omdat retentie (omzettingsprocessen van stikstof en fosfor in het oppervlaktewater) niet is meegenomen in het Fase 1 modelsysteem. Het Fase 2 modelsysteem berekent voor het toetsingsjaar 2004 een gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie van circa 15 mg/l NO3 voor het bovenste deel van het grondwater Uit deze berekeningen blijkt dat over de gehele periode van het toetsingsjaar (2004) de geschatte nitraatconcentratie beneden de norm van de Nitraatrichtlijn van 50 mg/l NO3 ligt. Op basis van de ruimtelijke verdeling binnen het gebied de Noordelijke Friese Wouden valt af te leiden dat voor ca. 1 % van het oppervlak van het gebied een nitraatconcentratie >50 mg/l NO3 wordt berekend. Voor het toetsingsjaar 2004 wordt door het Fase 2 modelsysteem een belasting van het oppervlaktewater van 5.0 mg/l N-totaal en 0.35 mg/l P-totaal berekend. Voor diezelfde periode wordt in de meetlocaties een gemiddelde concentratie van 2.9 mg/l N-totaal en 0.13 mg/l P-totaal waargenomen. Dat zowel voor stikstof als voor fosfor hogere concentraties worden berekend dan gemeten komt overeen met onze verwachting, omdat retentie (omzettingsprocessen van stikstof en fosfor in het oppervlaktewater) niet is meegenomen in het Fase 2 modelsysteem. Als het verschil tussen de berekende stikstof- en fosforbelasting naar het oppervlaktewater en de gemeten stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater kan worden beschouwd als retentie in het oppervlaktewater wordt voor stikstof en fosfor de volgende retenties bepaald:  Fase 1 modelsysteem 26 % N-retentie en 32 % P-retentie  Fase 2 modelsysteem 42 % N-retentie en 63 % P-retentie Op basis van de waterstructuur en waterlopen in de Noordelijke Friese Wouden schatten we dat de retenties van dit gebied redelijk overeenkomen met de gemiddelde retenties voor oppervlaktewater in Nederland (Voor zowel stikstof als fosfor op 50 % geschat). De resultaten van het Fase 2 modelsysteem komen het meest overeen met deze waarde. Op basis van het Fase 1 en Fase 2 modelsysteem kan worden geconcludeerd dat in de Noordelijke Friese Wouden de nitraatconcentraties, gemiddeld voor het gebied, ruim onder de norm van 50 mg/l NO3 blijft. Voor stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater geldt een MTR-waarde van respectievelijk 2.2 en 0.15 mg/l N of P in het zomerhalfjaar. Aangezien de resultaten van het Fase 1 modelsysteem een temporele resolutie van 1 jaar hebben kunnen deze modelresultaten niet getoetst worden aan de norm voor het oppervlaktewater. Voor het Fase 2 modelsysteem wordt voor het zomerhalfjaar een stikstof- en fosforbelasting voor het oppervlaktewater van respectievelijk 3.6 en 0.32 mg/l N of P berekend. Uitgaande van een gemiddelde retentie van 50 % voor zowel stikstof als fosfor komt dit neer op een stikstof- en fosforconcentratie van 1.8 en 0.16 mg/l N of P. Dit betekent dat volgens de modelberekeningen voor het toetsjaar 2004 de norm voor stikstof zou worden gehaald en die voor fosfor (licht) wordt overschreden. 10. Alterra-rapport 1609.

(13) 1. Inleiding. 1.1. Milieukwaliteit en zelfsturing. Op regionaal, nationaal en internationaal niveau wordt getracht de kwaliteit van het milieu te verbeteren. Hiervoor is op verschillende ruimtelijke schaalniveaus weten regelgeving opgesteld. Op Europees niveau gebeurt dat onder andere middels de Nitraatrichtlijn en de Europese Kaderrichtlijn Water, op nationaal niveau via weten regelgeving zoals de Meststoffenwet, het Besluit Gebruik Meststoffen en de Wet Bodembescherming. De doelen die op verschillende schaalniveaus zijn geformuleerd, zoals op (deel-)stroomgebiedsniveau en nationaal niveau, worden vaak doorvertaald naar het landbouwbedrijfsniveau via regels voor productie, gebruik en aanwending van dierlijke mest die voor alle bedrijven gelden. De vereniging ‘Noardlike Fryske Wâlden’ spant zich in om als Noordelijke Friese Wouden (NFW)-gebied aan milieudoelen te voldoen, dit als alternatief voor milieubeleid dat is gebaseerd op nationaal of internationaal geformuleerde wetten en regels. Deze milieudoelen zullen worden afgestemd op de specifieke eigenschappen van de NFW en zullen via een eigen aanpak worden bereikt. De vereniging NFW wil door zelfsturing zorgen dat de doelen worden gehaald, waarbij de NFW landbouwkundig als het ware als één groot bedrijf wordt gezien. De individuele boeren volgen een bedrijfsvoering waarin de mineralenkringloop veel aandacht krijgt, met als doel om op gebiedsniveau aan milieudoelen te voldoen, dat wil zeggen een geringe ammoniakemissie naar de atmosfeer en een beperkte nutriëntenemissie (in het bijzonder stikstof en fosfaat) naar gronden oppervlaktewater. Een belangrijke voorwaarde voor zelfsturing in de NFW is dat door middel van monitoring, zonodig ondersteund door modellering, wordt vastgesteld of de milieudoelen worden gehaald. Om de huidige gebiedsstatus in beeld te brengen is naast monitoring ook modellering vereist om op gebiedsniveau schattingen te maken van de emissie, depositie en uitspoeling van stikstof en fosfaat in relatie tot gebiedsdoelstellingen. De vraag is daarbij ook hoe deze gebiedsdoelen zijn gedefinieerd. In het overkoepelende “3MG-project” wordt een integrale milieuanalyse van het Noordelijke Friese Wouden (NFW)-gebied uitgevoerd, waarbij zowel bodem, waterals luchtkwaliteit op een samenhangende manier worden onderzocht. Dit deelproject beschrijft het huidige watersysteem in de Noordelijke Friese Wouden. Voorafgaand hieraan heeft ook een watersysteemverkenning met het nutriëntenemissiemodel STONE op regionale schaal plaatsgevonden (Roelsma et al., 2008) en een analyse van de ammoniakemissie en –depositie (Kros et al., 2007). Op basis van historische monitoringsgegevens van het Wetterskip Fryslân en de wens tot zelfsturing op milieugebied in de NFW, is een analyse gemaakt van de mogelijkheden om de chemische waterkwaliteit in het NFW-gebied te monitoren (Knotters en de Vos, 2007). Door het ECN een eerste ammoniak-monitoringsprogramma uitgevoerd om te trachten de ammoniakemissies voor het gehele NFW-gebied te kunnen monitoren (Bleeker et al., 2008). Het gehele proces om als wetenschappers samen met de. Alterra-rapport 1609. 11.

(14) betrokkenen in het gebied te komen tot gezamenlijk onderzoek, met name op het gebied van waterkwaliteit staat beschreven in Bouma et al. (2008). Dit rapport beschrijft de nutriëntenverliezen naar gronden oppervlaktewater in het gehele NFW-gebied op basis van een vergelijking van modelmatige schattingen van de huidige situatie. Hierbij is gebruik gemaakt van een nationaal consensusmodel voor nutriëntenuitspoeling (STONE) en een regionale variant van dit modelsysteem waarvoor een nieuwe gebiedsindeling is gemaakt. De nadruk ligt daarbij op nitraatuitspoeling naar het grondwater en stikstof- en fosforbelasting van het oppervlaktewater.. 1.2. Watersysteemanalyse. In deze studie is het modelsysteem gefaseerd opgezet. Dit betekent dat bij de ruimtelijke modellering van grof naar fijn wordt gewerkt. Er is gekozen om in Fase 1 aan te sluiten bij de huidige aanpak voor de evaluatie van het mestbeleid. Dit is het modelinstrumentarium STONE dat in Nederland voor landelijke berekeningen van de nutriëntenemissies wordt gebruikt. Naast het gebruik voor de evaluatie van het mestbeleid wordt dit instrumentarium ook ingezet voor de milieuverkenningen en de nota waterhuishouding. Door Fase 1 van het modelsysteem aan te laten sluiten bij de huidige aanpak voor het evaluatie mestbeleid is de modelinvoer van het modelsysteem Fase 1 op landelijk niveau en de uitvoer op jaarbasis. Het modelsysteem Fase 1 bevat de modules kwantiteit en kwaliteit voor het landsysteem. Het oppervlaktewatersysteem is in Fase 1 niet meegenomen. Het Fase 1 modelsysteem is vervolgens verfijnd door de ruimtelijke schematisatie van het modelsysteem aan te passen op basis van gedetailleerde kaarten voor landgebruik, bodem en hydrologie voor het NFW-gebied. Daarnaast is een deel van de invoer (bemesting en atmosferische depositie) op gebiedsniveau berekend (Kros et al., 2007). Verder is de temporele resolutie (tijdstap van het modelsysteem) ten opzichte van het Fase 1 modelsysteem verkleind. Ook in het Fase 2 modelsysteem is het oppervlaktewatersysteem niet meegenomen. In Tabel 1.1. zijn de veranderingen van het Fase 2 modelsysteem ten opzichte van het modelsysteem Fase 1 samengevat. Tabel 1.1 Opzet gefaseerd modelsysteem Fase modelsysteem Modules modelsysteem Fase 1 Landsysteem Fase 2. 12. Landsysteem. Modelinvoer Landelijk. Tijdstap modeluitvoer Jaar. Landelijk op regionale schaal. Decade (10 dagen). Alterra-rapport 1609.

(15) 1.3. Leeswijzer. Deze rapportage van de watersysteemanalyse begint met een beschrijving van het studiegebied (hoofdstuk 2). Daarnaast wordt in dit hoofdstuk aandacht besteed aan de meetpunten binnen het gebied waar de modelsystemen aan getoetst worden (paragraaf 2.2). In hoofdstuk 3 wordt het modelsysteem Fase 1 beschreven. Dit hoofdstuk begint met een algemene toelichting op het Fase 1 modelsysteem (paragraaf 3.1). Vervolgens wordt het modelinstrumentarium Fase 1 beschreven (paragraaf 3.2). In paragraaf 3.3 wordt de ruimtelijke indeling van het Fase 1 modelsysteem voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden beschreven. De modelresultaten voor de waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem van het Fase 1 modelsysteem worden getoetst (paragraaf 3.4.1 en 3.4.2) en er worden nutriëntenbalansen gepresenteerd (paragraaf 3.4.3). In hoofdstuk 4 wordt het modelsysteem Fase 2 beschreven. Dit hoofdstuk begint met een algemene toelichting op het Fase 2 modelsysteem (paragraaf 4.1). Vervolgens wordt de ruimtelijke schematisatie van het modelinstrumentarium Fase 2 beschreven (paragraaf 4.2). De modelresultaten voor de waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem van het Fase 2 modelsysteem worden getoetst (paragraaf 4.3.1 en 4.3.2) en er worden nutriëntenbalansen gepresenteerd (paragraaf 4.3.3). De verkregen resultaten van het modelsysteem Fase 1 en Fase 2 worden in hoofdstuk 5 bediscussieerd en vervolgens worden conclusies getrokken.. Alterra-rapport 1609. 13.

(16)

(17) 2. De Noordelijke Friese Wouden. 2.1. Beschrijving van het gebied. Het studiegebied de Noordelijke Friese Wouden (NFW) is gelegen in het noordoostelijke deel van de provincie Friesland en bestaat uit de vijf gemeenten Achtkarspelen, Dantumadeel, Kollumerland, Smallingerland en Tytsjerksteradiel (Figuur 2.1) en is ca. 60 000 hectare groot (Roelsma et al., 2008).. Figuur 2.1 Ligging van het studiegebied Noordelijke Friese Wouden in de provincie Friesland. De Noordelijke Friese Wouden kan op grond van bodemkundige en topografische kenmerken worden onderverdeeld in drie delen: het zandgebied het veengebied het kleigebied Het kleigebied bevindt zich in het noorden en noordoosten, het zandgebied ligt centraal in het gebied en het veengebied omvat voornamelijk het westelijk gelegen deel. Het zandgebied is in omvang het grootste in het gebied NFW (ca. 50 % van het totale oppervlak).. Alterra-rapport 1609. 15.

(18) De hoogste delen van de Noordelijke Friese Wouden liggen in het zuidoostelijke deel van het gebied tegen de provinciegrens met Drenthe. Plaatselijk is de maaiveldhoogte ca. 5 m boven NAP. De laagste delen komen voor in het westelijk deel van het projectgebied. Lokaal komen hier maaiveldhoogten voor van minder dan -2.50 m t.o.v. NAP. Over algemeen daalt het maaiveld gaande van oost naar west. De NFW bestaat voor bijna 72 % uit graslanden (Figuur 2.2). Maïs en akkerbouw nemen nog ca. 6 % van het landgebruik in beslag. Het aantal bebouwingskernen en wegen in het gebied nemen ca. 10 % van het landgebruik voor hun rekening, natuur ca. 7 % en open water ca. 5 %.. Figuur 2.2 Landgebruik volgens LGN4 in de Noordelijke Friese Wouden. 16. Alterra-rapport 1609.

(19) De NFW maakt deel uit van het stroomgebied Friesland. Het stroomgebied Friesland beslaat de gehele Friese boezem en de gebieden die voor hun wateraanvoer en waterafvoer afhankelijk zijn van de boezem. Ook de NFW is voor water aan- en afvoer afhankelijk van de boezem. De totale lengte van het stelsel van hoofdwaterwegen in de NFW bedraagt ca. 1185 km. Een aantal van deze hoofdwaterwegen is onderdeel van de boezem. Een belangrijke onderverdeling binnen de NFW is de indeling volgens bemalen, gestuwde en vrij voor de boezem liggende gebieden (zie Figuur 2.3).. Figuur 2.3 Indeling van de Noordelijke Friese Wouden naar afwateringstype. . De vrij voor de boezem liggende gebieden zijn gronden die hun overtollig water zonder tussenkomst van een gemaal of stuw afvoeren naar de Friese boezem, zoals de boezemlanden en de zomerpolders. Boezemlanden zijn gronden die bij hoge waterstanden van de boezem onder water komen te staan. Zomerpolders zijn gronden die in de zomer bemalen worden, maar waar in de winter hetzelfde. Alterra-rapport 1609. 17.

(20) peil gehandhaafd wordt als op de boezem. De totale oppervlakte binnen de NFW bedraagt ca. 10 000 ha . Polders zijn afgebakende gebieden die individueel bemalen worden door één of meerdere gemalen. De polders worden beschermd door kaden en/of hoge gronden. In het gebied van de NFW zijn ca. 80 afvoergemalen en ca. 40 onderbemalings-gemalen aanwezig. De afvoergemalen lozen hun water op de boezem. Gedurende de zomer wordt soms ook water ingelaten voor handhaving van de peilen. De hoeveelheden uitgemalen water kunnen bij benadering uit de pompuren worden bepaald. De hoeveelheden ingelaten water kunnen met de huidige gegevens niet worden bepaald. De oppervlakte van de polders binnen de NFW bedraagt ca. 36 000 ha.. . In de NFW bevinden zich ca. 45 opmalingsgemalen, die water opmalen naar hoger gelegen gronden, de zogenaamde gestuwde gebieden. Een deel van het opgemalen water komt door middel van de zwaartekracht via stuwen weer terug op de boezem. Deze gebieden bevinden zich voornamelijk aan de oostelijke kant van het projectgebied. De hoeveelheden opgemalen water kunnen bij benadering uit de pompuren worden bepaald. De hoeveelheid water die via de stuwen weer terugvloeit naar de boezem kan met de huidige gegevens niet worden bepaald. De oppervlakte van deze gebieden binnen de NFW bedraagt ca. 7 800 ha.. Het peilbeheer van de Friese boezem is gericht op het handhaven van een constant streefpeil van NAP -0.52 m met een marge van +/- 0.01 m en het zo snel mogelijk afvoeren van overtollig water. Om het streefpeil op de boezem binnen de marges te houden, zijn er een aantal grote afvoerkunstwerken beschikbaar. Ook kan indien nodig water in de Friese boezem worden ingelaten. De gemiddelde waterafvoer vanuit de Friese boezem bedraagt ca. 1200 miljoen m3 per jaar, de gemiddelde hoeveelheid ingelaten water bedraagt ca. 250 miljoen m3 per jaar. Uit analyse van de verschillende afvoerkunstwerken in Friesland blijkt dat meer dan 50 % van al het water dat in Friesland wordt afgevoerd, via de Friese boezem door de Noordelijke Friese Wouden wordt doorgevoerd naar de uitwaterende sluizen. Slechts een deel van dit water is afkomstig uit het gebied zelf. De doorgevoerde hoeveelheden water zijn echter niet gekwantificeerd.. 2.2. Toetsgegevens voor het modelsysteem. De watersysteemanalyse richt zich op het gronden oppervlaktewatersysteem van de Noordelijke Friese Wouden. De modelresultaten van zowel het Fase 1 als het Fase 2 modelsysteem zullen zoveel mogelijk geëvalueerd worden met de beschikbare meetgegevens.. 18. Alterra-rapport 1609.

(21) 2.2.1. Grondwater. De gegevens van de Provincie Friesland uit het bodemkwaliteitsmeetnet, met betrekking tot de grondwaterkwaliteit waren niet beschikbaar.. 2.2.2 Oppervlaktewater Uit de watersysteemverkenning Noordelijke Friese Wouden bleek dat een groot deel van het oppervlaktewatersysteem van de NFW wordt beïnvloedt door de Friese boezem (Roelsma et al., 2008). Dit water is vanuit de NFW bekeken te beschouwen als gebiedsvreemd water; de kwaliteit van dit water wordt niet tot nauwelijks beïnvloedt door bronnen in de NFW. Omdat de hoeveelheden ingelaten water in de NFW niet wordt geregistreerd kan ook de nutriëntenbelasting via het inlaatwater niet worden bepaald. Het Wetterskip Fryslân heeft een basismeetnet waar met een maandelijkse frequentie de oppervlaktewaterkwaliteit wordt bemonsterd en geanalyseerd op een groot aantal variabelen, waar onder de concentraties N-totaal en P-totaal. In de NFW liggen 17 meetpunten uit dit basismeetnet. Omdat we in de watersysteemanalyse uitsluitend geïnteresseerd zijn in de waterkwaliteit van het landelijke gebied, vallen de meetpunten in stedelijk gebied, diepe kanalen en meren af. Er blijven zes locaties over in het oppervlaktewater van de NFW waarvan de waterkwaliteit mede door de landbouw wordt beïnvloed: 11, 37, 66, 67, 254 en 281 (Knotters en de Vos, 2007). Omdat niet duidelijk is hoe de onderlinge samenhang tussen de verschillende (deel)watersystemen in de Noordelijke Friese Wouden er uitziet, zijn de meetwaarden van deze zes meetpunten te beschouwen als de bandbreedte waarbinnen de waterkwaliteit van de verschillende deelgebieden van de NFW zich beweegt. Het Fase 1 modelsysteem geeft berekeningen voor de periode 1986 t/m 2000. De periode van waarnemingen loopt echter van 1995 t/m 2005. Dit betekent dat alleen de metingen van de periode 1995 t/m 2000 gebruikt kunnen worden voor de evaluatie van het Fase 1 modelsysteem. Deze periode (1995-2000) wordt de evaluatieperiode van het Fase 1 modelsysteem genoemd. De evaluatieperiode van het Fase 2 modelsysteem loopt over de periode waarop regionale berekende mestgiften beschikbaar zijn, namelijk het jaar 2004.. Alterra-rapport 1609. 19.

(22)

(23) 3. Fase 1 Modelsysteem. 3.1. Inleiding. Bij het Fase 1 modelsysteem wordt gebruik gemaakt van de berekende waterafvoer en de stikstof- en fosforvrachten door het bestaande modelinstrumentarium STONE. In paragraaf 3.2 wordt dit modelinstrumentarium kort toegelicht. Een beschrijving van het model dat is toegepast voor de NFW, is weergegeven in paragraaf 3.3. De resultaten van het Fase 1 modelsysteem voor de NFW zijn beschreven in paragraaf 3.4.. 3.2. Het modelinstrumentarium STONE. STONE (Samen Te Ontwikkelen Nutriënten Emissiemodel) is een model dat er op gericht is om op nationale schaal de effecten van nationaal of Europees landbouwen milieubeleid en van ontwikkelingen in de landbouwsector op de uitspoeling van stikstof en fosfaat naar het gronden oppervlaktewater te kwantificeren (Schoumans et al., 2002; Wolf et al., 2003). STONE is een interdepartementaal consensusmodel dat ontwikkeld is door voornamelijk Alterra, RIZA en RIVM. De ontwikkeling van STONE is gestart vanuit de modellen en gegevens uit de Watersysteemverkenningen (Boers et al., 1997). Het modelinstrumentarium bestaat uit een aantal componenten (Figuur 3.1), te weten een mestverdelingsmodule (CLEAN), een stikstofdepositiemodule (OPS/SRM), een nutriëntenuitspoelingsmodule (ANIMO), hydrologische module op nationale schaal (SWAP) en de ruimtelijke schematisatie van Nederland. STONE is ingezet voor de Nationale Milieuverkenningen 5 MV5 (RIVM, 2000; Overbeek et al., 2001). De kennis en ervaringen opgedaan bij deze toepassing hebben tot een aantal aanpassingen geleid. Deze aangepaste versie van het modelinstrumentarium STONE is toegepast voor de kwantificering van de nutriëntenemissie naar gronden oppervlaktewater bij verschillende varianten van verliesnormen ten behoeve van de Evaluatie Mestwetgeving 2002 (RIVM, 2002; Schoumans et al., 2002). Het modelinstrumentarium STONE is toegepast voor de Evaluatie Mestwetgeving 2004 (RIVM, 2004; Schoumans et al., 2004). Voor deze studie is gebruik gemaakt van de databestanden van STONE welke behoren bij de Evaluatie Mestwetgeving 2004. In Bijlage 2 wordt een uitgebreide beschrijving gegeven van STONE .. Alterra-rapport 1609. 21.

(24) Meteo. Drainage. Geohydrologie. Bodemfysica. Bodemchemie. Landgebruik. Mestproductie. Atmosferische depositie OPS/SRM. Ruimtelijke schematisatie Waterhuishouding SWAP. Kunstmest. Bemesting CLEAN. Nutriëntenhuishouding ANIMO. N- en P-vracht oppervlaktewater. N- en P-vracht grondwater. NO3-concentratie grondwater. Figuur 3.1 Schematische weergave van het modelinstrumentarium STONE met de belangrijkste invoer- en uitvoerbestanden. 3.3. Gebiedsselectie de Noordelijke Friese Wouden. Voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden is een selectie gemaakt van de STONE plots (=rekeneenheid), welke binnen het studiegebied liggen. Figuur 3.2 geeft de schematisering in STONE-plots van het gebied de Noordelijke Friese Wouden weer. De open plekken in het stroomgebied worden veroorzaakt door bebouwd gebied, dat niet gemodelleerd wordt in STONE. In het studiegebied de Noordelijke Friese Wouden liggen, volgens de schematisatie van STONE, in totaal 349 plots. De geselecteerde plots variëren in omvang van ca. 6 ha tot 3375 ha, met een gemiddelde omvang van 147 ha. Voor de geselecteerde STONE-plots zijn de areaalgewogen water-, stikstof- en fosforvrachten van het bemestingsscenario “historische bemesting t/m 2000” van de studie Evaluatie Mestwetgeving 2004 bepaald (RIVM, 2004; Schoumans et al., 2004). Het totaal van de 349 geselecteerde STONE-plots, met de aangepaste arealen voor die plots welke niet geheel binnen de gebiedsbegrenzing vallen en toegepast voor het bemestingsscenario “historische bemesting t/m 2000” van Evaluatie Mestwetgeving 2004, wordt “het Fase 1 modelsysteem” genoemd.. 22. Alterra-rapport 1609.

(25) Figuur 3.2 Ligging van de STONE-plots in de Noordelijke Friese Wouden. 3.4. Resultaten waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem. 3.4.1. Grondwater. Ten tijde van de watersysteemanalyse waren meetgegevens met betrekking tot de grondwaterkwaliteit niet beschikbaar. In Figuur 3.3 is de door het Fase 1 modelsysteem berekende gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie voor het bovenste grondwater weergegeven. Uit deze berekeningen blijkt dat over de gehele simulatieperiode (1986-2000) de geschatte jaarlijkse nitraatconcentratie beneden de norm van de Nitraatrichtlijn van 50 mg/l NO3 is. Over de periode 1986-2000 wordt een gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie van ca. 25 mg/l NO3 berekend.. Alterra-rapport 1609. 23.

(26) 50. Nitraatconcentratie bovenste grondwater (mg.l-1 NO3). 40. 30. 20. 10. 0. 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Jaar. Figuur 3.3 Berekende gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 1 modelsysteem. De temporele variatie van de nitraatconcentraties binnen een jaar kan echter niet door het Fase 1 modelsysteem worden voorspeld, aangezien STONE alleen resultaten op jaarbasis presenteert. De verwachte gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie valt ruim binnen de norm van 50 mg/l NO3. Echter, niet alle gebieden binnen de NFW voldoen aan de norm van de Nitraatrichtlijn. In Figuur 3.4 is de cumulatieve frequentieverdeling van de verwachte nitraatconcentratie in het bovenste grondwater voor het jaar 2000 weergegeven. Op basis van deze verdeling valt af te leiden dat voor het jaar 2000 voor circa 10 % van het oppervlak van de NFW een nitraatconcentratie >50 mg/l NO3 wordt berekend.. 24. Alterra-rapport 1609.

(27) Percentage van het oppervlak. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 0. 25. 50. 75. 100. 125. 150. Nitraatconcentratie bovenste grondwater (mg.l-1 NO3). Figuur 3.4 Berekende cumulatieve frequentieverdeling van de nitraatconcentratie voor het bovenste grondwater voor het jaar 2000 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 1 modelsysteem. 3.4.2 Oppervlaktewater In Figuur 3.5 en 3.6 zijn de gemeten en berekende gebiedsgemiddelde stikstof- en fosforconcentraties voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden weergegeven. De door het Fase 1 modelsysteem berekende concentraties gelden voor het deel van het water dat vanuit het landsysteem afwatert op het oppervlaktewatersysteem. In het algemeen zijn de stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater lager dan de concentraties in het afwaterende water vanuit het landsysteem. Dit komt doordat in het oppervlaktewater diverse processen een rol spelen (nutriëntenopname door algen en waterplanten, denitrificatie, vastlegging aan de waterbodem, etc.), waardoor stikstof en fosfor (tijdelijk) uit het oppervlaktewatersysteem verdwijnt. Dit wordt retentie genoemd. Doordat er geen oppervlaktewatermodel in het Fase 1 modelsysteem is opgenomen, worden de (verdwijn- en vastleggings)processen in het oppervlaktewater niet berekend. We verwachten daarom dat de gesimuleerde concentraties hoger zijn dan de gemeten concentraties.. Alterra-rapport 1609. 25.

(28) -1. Stikstofconcentraties (mg.l N). 20. Meetpunt 11 Meetpunt 37 Meetpunt 66 Meetpunt 67 Meetpunt 254 Meetpunt 281 Berekende belasting van het oppervlaktewater. 15. 10. 5. 0. 1995. 1996. 1997. 1998. 1999. 2000. Jaar. Figuur 3.5 Gemeten en berekende gebiedsgemiddelde stikstofconcentraties voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 1 modelsysteem. -1. Foforconcentraties (mg.l P). 1.5. Meetpunt 11 Meetpunt 37 Meetpunt 66 Meetpunt 67 Meetpunt 254 Meetpunt 281 Berekende belasting van het oppervlaktewater. 1. 0.5. 0. 1995. 1996. 1997. 1998. 1999. 2000. Jaar. Figuur 3.6 Gemeten en berekende gebiedsgemiddelde fosforconcentraties voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 1 modelsysteem. 26. Alterra-rapport 1609.

(29) Voor de periode 1995 t/m 2000 wordt door het Fase 1 modelsysteem een belasting van het oppervlaktewater van 4.6 mg/l N voor totaal-stikstof berekend. Voor diezelfde periode wordt in de zes waarnemingslocaties een gemiddelde stikstofconcentratie van 3.4 mg/l N voor totaal-stikstof waargenomen. Voor de periode 1995 t/m 2000 wordt door het Fase 1 modelsysteem een belasting van het oppervlaktewater van 0.34 mg/l P voor totaal-fosfor berekend. Voor diezelfde periode wordt in de zes waarnemingslocaties een gemiddelde fosforconcentratie van 0.23 mg/l P voor totaal-fosfor waargenomen. Dat zowel voor stikstof als voor fosfor hogere concentraties worden berekend dan gemeten komt overeen met onze verwachting omdat retentie niet is meegenomen in het fase 1 modelsysteem. Net als bij de berekende nitraatconcentraties in het bovenste grondwater geldt ook voor de berekende stikstof- en fosforbelasting van het oppervlaktewater dat naast temporele variatie tevens ruimtelijke variatie binnen in het gebied wordt berekend. In figuur 3.7 is de cumulatieve frequentieverdeling van de berekende stikstofbelasting en fosforbelasting van het oppervlaktewater voor het jaar 2000 weergegeven. Hieruit blijkt dat bijna de helft van het oppervlak van het NFW-gebied een stikstofbelasting heeft die hoger is dan 5 mg/l N en dat ca. 20 % van het oppervlak van het gebied een fosforbelasting heeft die hoger is dan 0.5 mg/l P. Hoe hoog de stikstof- en fosforconcentratie in het oppervlaktewater is bij deze belasting hangt af van de retentieprocessen in het oppervlaktewater. Omdat in het fase 1 modelsysteem geen oppervlaktewatermodule is opgenomen kan hierover geen uitspraak worden gedaan.. Percentage van het oppervlak. Percentage van het oppervlak. 100. 100. 90. 90. 80. 80. 70. 70. 60. 60. 50. 50. 40. 40. 30. 30. 20. 20. 10. 10. 0. 0. 5. 10. 15. -1. Stikstofbelasting van het oppervlaktewater (mg.l N). 20. 0. 0. 0.5. 1. Fosforbelasting van het oppervlaktewater (mg.l-1 P). 1.5. Figuur 3.7 Berekende cumulatieve frequentieverdeling van de stikstof- (links) en fosforbelasting (rechts) van het oppervlaktewater voor het jaar 2000 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 1 modelsysteem. Naast het ontbreken van de temporele variatie binnen een jaar is de grove schematisering van STONE (basisgridcelgrootte van 250 x 250 meter) een andere beperking van het fase 1 modelsysteem. Zoals in Bijlage 1 is aangegeven is de ruimtelijke schematisatie van STONE afgestemd op het doel van STONE, namelijk. Alterra-rapport 1609. 27.

(30) het uitvoeren en presenteren van de nutriëntenuitspoeling naar gronden oppervlaktewater op het schaalniveau van Nederland. Ook is de parametrisatie van de onderliggende modellen afgestemd op dit schaalniveau. Door het presenteren van STONE resultaten op een kleiner schaalniveau kunnen vereenvoudigingen in de schematisatie en parametrisatie van STONE de (landelijke) rekenresultaten doen verschillen van de (lokale) waarnemingen.. 3.4.3 Nutriëntenbalansen Stikstof In Tabel 3.1 is de stikstofbalans weergegeven voor de Noordelijke Friese Wouden, welke door het Fase 1 modelsysteem wordt berekend. De balansposten zijn zowel in kilogram als in kilogram per hectare weergegeven. De stikstofbalans is opgesteld over de periode 1995 t/m 2000. Uit Tabel 3.1 blijkt dat ca. 5 % van de totale aanvoer van stikstof via oppervlakkige afspoeling en uitspoeling in het oppervlaktewater terechtkomt, terwijl ca. 2 % naar het (diepe) grondwater uitspoelt. Het resterende deel van de stikstofafvoer komt tot rekening van denitrificatie (41 %) en netto gewasopname (61 %). De gezamenlijke verliesposten voor stikstof over de periode 1995 t/m 2000 zijn groter dan de aanvoer van stikstof. Over deze periode wordt een negatieve berging (netto afbraak van organisch materiaal in de bodem) van ca. 9 % berekend. Tabel 3.1 Stikstofbalans van het landsysteem van de Noordelijke Friese Wouden over de periode 1995-2000 zoals berekend door het fase 1 modelsysteem (oppervlakte balansgebied 50788 ha) IN UIT 103 kg kg.ha-1 103 kg kg.ha-1 Atmosferische depositie 1091 22 Ammoniakvervluchtiging 0 0 Bemesting 18786 370 Denitrificatie 8318 164 Infiltratie 105 2 Netto gewasonttrekking 12345 243 Kwel 162 3 Wegzijging 413 8 Belasting opp.water 919 18 Totaal 20144 397 Totaal 21995 433 Berging -1851 -36. Fosfor In Tabel 3.2 is de fosforbalans voor de Noordelijke Friese Wouden, welke door het Fase 1 modelsysteem wordt berekend, weergegeven. De balansposten zijn zowel in kilogram als in kilogram per hectare weergegeven. De fosforbalans is opgesteld over de periode 1995 t/m 2000. Uit Tabel 3.2 blijkt dat ca. 3 % van de totale aanvoer van fosfor via oppervlakkige afspoeling en uitspoeling in het oppervlaktewater terechtkomt, terwijl 0.2 % naar het (diepe) grondwater uitspoelt. Het resterende deel van de fosforafvoer komt voor rekening van de netto gewasopname (73 %). De gezamenlijke verliesposten voor fosfor over de periode 1995 t/m 2000 zijn kleiner dan de aanvoer van fosfor. Over deze periode wordt een netto berging (ophoping van fosfaat in de bodem) van ca. 24 % berekend.. 28. Alterra-rapport 1609.

(31) Tabel 3.2 Fosforbalans van het landsysteem van het gebied de Noordelijke Friese Wouden over de periode 19952000 zoals berekend door het fase 1 modelsysteem (oppervlakte balansgebied 50788 ha) IN UIT 103 kg kg.ha-1 103 kg kg.ha-1 Bemesting 2043 40 Netto gewasonttrekking 1503 30 Infiltratie 0 0 Wegzijging 3 0 Kwel 25 1 Belasting opp.water 67 1 Totaal 2068 41 Totaal 1574 31 Berging 494 10. Alterra-rapport 1609. 29.

(32)

(33) 4. Fase 2 Modelsysteem. 4.1. Inleiding. Zoals is hoofdstuk 1 als in aangegeven is het modelsysteem gefaseerd opgebouwd zodat van grof naar fijn wordt gewerkt. Bij het Fase 1 modelsysteem wordt gebruik gemaakt van de berekende stikstof- en fosforvrachten met behulp van het bestaande modelinstrumentarium STONE (Wolf et al., 2003; Schoumans et al., 2004; RIVM, 2004). De ruimtelijke schematisatie (gemiddelde plotgrootte ca. 300 ha) en temporele resolutie van de modeluitvoer (jaaruitvoer) van STONE is afgestemd op de nationale toepassing. In het Fase 2 modelsysteem wordt gebruik gemaakt van de berekende stikstof- en fosforvrachten met behulp van het bestaande landelijke modelinstrumentarium STONE (zie Bijlage 1), met daaraan gekoppeld een ruimtelijk (regionaal) verfijnde schematisatie door beschikbare STONE-plots ruimtelijk te herschikken op basis van een gedetailleerde gebiedsschematisering.. 4.2. Ruimtelijke schematisatie de Noordelijke Friese Wouden. In Figuur 4.1 is een stroomdiagram weergegeven van de verschillende onderdelen van de ruimtelijke schematisatie van Fase 2 van het modelsysteem. Als basisinformatie voor de schematisatie is gebruik gemaakt van LGN4 voor het landgebruik, de 1:50000 bodemkaart voor de bodem en grondwatertrap en de bodemchemische eigenschappen van de bodem uit het model STONE. Voor de berekeningen met het INITIATOR-model (o.a. mestverdeling en ammoniakvervluchtiging) is de NFW ingedeeld in een aantal homogene ruimtelijke eenheden. Voor de beschrijving van deze schematisatie wordt de lezer verwezen naar Kros et al., (2007). De ruimtelijke schematisatie van het INITIATOR-model voor de Noordelijke Friese Wouden levert 4756 homogene ruimtelijke eenheden op (Figuur 4.1; Kros et al., 2007). De vier kaarten met basisinformatie voor de schematisatie van het Fase 2 model zijn met een GIS-procedure gecombineerd tot één kaart met unieke combinaties. De informatie van deze unieke combinaties zijn vervolgens vertaald naar de informatie welke wordt gebruikt in de ruimtelijke indeling van het model STONE (Kroon et al., 2001). Bij de vertaling van de kenmerken van de unieke combinaties naar de informatiekenmerken in STONE zijn de 1: 50 000 bodemtypes vertaald naar de 21 PAWN-bodemeenheden, de grondwatertrappen van de 1: 50 000 bodemkaart vertaald naar 11 grondwatertrappen welke in STONE worden aangehouden (Gt I, II, II*, III, III*, IV, V, V*, VI, VII en VII*) en de landgebruiksvormen in LGN4 teruggebracht naar de vier landgebruiksvormen in STONE (grasland, maïs, akkerbouw en natuur). Daarnaast zijn de plotkenmerken mineralisatiecapaciteit (MIN), kationenuitwisselingscapaciteit (CEC), fosfaatbindendvermogen (FBV) en de bodemkenmerken van de bodems dieper dan 1 meter uit het model STONE toegekend. Unieke combinaties met kenmerken die niet konden worden vertaald naar. Alterra-rapport 1609. 31.

(34) één van deze kenmerken (bijv. bebouwd gebied of open water) zijn buiten beschouwing gelaten. Deze stap levert voor de Noordelijke Friese Wouden 1042 unieke combinaties op. Omdat een aantal unieke combinaties in de Noordelijke Friese Wouden niet in STONE voorkomen zijn voor deze combinaties de best passende STONE-plot geselecteerd op basis van overeenkomsten in landgebruik, bodem, Gt, MIN, CEC, FBV en bodem >1 m. Het gevolg hiervan is dat uiteindelijk 398 unieke combinaties uit STONE konden worden geselecteerd (zie Bijlage 2).. Berekende bemesting INITIATOR. Bodemkaart 1:50 000. 4756 bemestings combinaties. Bodemkaart 1:50 000 GWT. MIN, CEC, FBV en bodem >1 m uit STONE. Landgebruik LGN4. toekennen: - 21 PAWN-bodem - 4 landgebruiksvormen - 11 grondwatertrappen + verwijderen bebouwing, wegen, open water e.d. uit de unieke combinaties 1042 unieke combinaties koppelen aan unieke combinaties van STONEplots  als unieke combinatie in STONE niet voorkomt, dan koppelen aan meest gelijkende STONE-plot. Haal invoer voor de bodemmodellen SWAP en ANIMO uit STONE 2.1 en leg de bemestings combinaties op. 398 unieke combinaties. Koppeling 398 UC's uit de STONE 2.1 UC's. run ANIMO. Figuur 4.1 Stroomdiagram van het Fase 2 modelsysteem voor de Noordelijke Friese Wouden. 32. Alterra-rapport 1609.

(35) Figuur 4.2 De ligging van de geselecteerde STONE-plots in de Noordelijke Friese Wouden (in wit zijn de delen van het gebied weergegeven waarvoor geen simulaties zijn uitgevoerd). In Figuur 4.2 zijn de geselecteerde STONE-plots voor de Noordelijke Friese Wouden ruimtelijk weergegeven. Van de 398 geselecteerde STONE-plots in het gebied Noordelijke Friese Wouden komen slechts 124 plots overeen met de 349 STONE-plots van het Fase 1 modelsysteem (zie hoofdstuk 3). Wel beslaan deze 124 plots bijna de helft van het totale oppervlak van het gebied. Dit betekent dat ruim 50 % van het oppervlak van de regionale schematisatie van het gebied niet overeenkomt met de nationale schematisatie van STONE voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden. Een oorzaak hiervoor is de grove resolutie van de ruimtelijke schematisatie. Alterra-rapport 1609. 33.

(36) van STONE (250 x 250 meter) en het reduceren van het aantal plots in STONE (zie Bijlage 1). In het Fase 2 modelsysteem zijn de rekenresultaten gebaseerd op de modelparametrisatie van de STONE-plots. Voor de STONE-plots welke buiten het studiegebied zijn geselecteerd kan de parametrisatie voor de nutriëntenconcentraties in kwel- en infiltratiewater afwijken van de plots welke in de Noordelijke Friese Wouden liggen. Hiervoor was het nodig om voor de STONE-plots, welke buiten het studiegebied liggen, de invoerbestanden met gegevens over kwel en infiltratie over te nemen van plots welke in het studiegebied liggen. Omdat de combinatie bedrijf-perceel in de Noordelijke Friese Wouden een unieke bemestingsgift (kan) oplever(t)(en) zijn de 4756 bemestingscombinaties aan de desbetreffende plot opgelegd. Voor al deze combinaties is eveneens een atmosferische depositie door het model INITIATOR bepaald. Ook deze depositie is opgelegd aan de desbetreffende plot. Dit betekent dus dat uiteindelijk 4756 rekeneenheden zijn doorgerekend.. 4.3. Resultaten waterkwaliteitsmodule voor het landsysteem. 4.3.1. Grondwater. In Figuur 4.3 is de door het Fase 2 modelsysteem berekende gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie voor het bovenste grondwater voor het toetsingsjaar 2004 weergegeven. Uit deze berekeningen blijkt dat over de gehele toetsingsperiode (2004) de berekende nitraatconcentratie beneden de norm van de Nitraatrichtlijn van 50 mg/l NO3 is. Over de toetsingsperiode wordt een gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie van ca. 15 mg/l NO3 berekend. In tegenstelling tot het Fase 1 modelsysteem is het fase 2 modelsysteem in staat om de temporele variatie van de nitraatconcentraties binnen een jaar te voorspellen (Figuur 4.3).. 34. Alterra-rapport 1609.

(37) -1. 50. Nitraatconcentratie bovenste grondwater (mg.l NO3). 40. 30. 20. 10. 0. jan. feb. mrt. apr. mei. jun. jul. aug. sep. okt. nov. dec. Maand in 2004. Figuur 4.3 Berekende gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie voor de Noordelijke Friese Wouden voor het toetsingsjaar 2004 volgens het Fase 2 modelsysteem. De verwachte gebiedsgemiddelde nitraatconcentratie valt ruim binnen de norm van 50 mg/l NO3. Echter, niet alle gebieden binnen de Noordelijke Friese Wouden voldoen aan de norm van de Nitraatrichtlijn. In Figuur 4.4 is de ruimtelijke verdeling en de cumulatieve frequentieverdeling van de verwachte nitraatconcentratie in het bovenste grondwater voor het toetsjaar 2004 weergegeven. Op basis van deze verdeling valt af te leiden dat voor het jaar 2004 voor circa 1 % van het oppervlak van de NFW een nitraatconcentratie > 50 mg/l NO3 wordt berekend. Deze hogere nitraatconcentraties worden met name voor de droge zandgronden berekend.. Alterra-rapport 1609. 35.

(38) Percentage van het oppervlak. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 0. 25. 50. 75. 100. Nitraatconcentratie bovenste grondwater (mg.l-1 NO3). Figuur 4.4 Ruimtelijke weergave van de berekende nitraatconcentratie (links) en berekende cumulatieve frequentieverdeling van de nitraatconcentratie voor het bovenste grondwater (rechts) voor het jaar 2004 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 2 modelsysteem. 4.3.2 Oppervlaktewater In Figuur 4.5 en 4.6 zijn de gemeten en berekende gebiedsgemiddelde stikstof- en fosforconcentraties voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden voor het toetsjaar 2004 weergegeven. De door het Fase 2 modelsysteem berekende concentraties gelden, net als voor het fase 1 modelsysteem, voor dat deel van het water wat vanuit het landsysteem afwatert op het oppervlaktewatersysteem. Doordat er geen oppervlaktewatermodel in het Fase 2 modelsysteem is opgenomen, worden de (verdwijn- en vastleggings)processen in het oppervlaktewater niet berekend (zie ook hoofdstuk 3). We verwachten daarom dat de gesimuleerde concentraties hoger zijn dan de gemeten concentraties.. 36. Alterra-rapport 1609.

(39) -1. Stikstofconcentratie van het oppervlaktewater (mg.l N). 15. Meetpunt 11 Meetpunt 37 Meetpunt 66 Meetpunt 67 Meetpunt 254 Meetpunt 281 Berekende belasting van het oppervlaktewater. 10. 5. 0. jan. feb. mrt. apr. mei. jun. jul. aug. sep. okt. nov. dec. Maand in 2004. Figuur 4.5 Gemeten en berekende gebiedsgemiddelde stikstofconcentraties voor het toetsjaar 2004 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 2 modelsysteem. -1. Fosforconcentratie van het oppervlaktewater (mg.l P). 1. Meetpunt 11 Meetpunt 37 Meetpunt 66 Meetpunt 67 Meetpunt 254 Meetpunt 281 Berekende belasting van het oppervlaktewater. 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0. jan. feb. mrt. apr. mei. jun. jul. aug sep. okt. nov. dec. Maand in 2004. Figuur 4.6 Gemeten en berekende gebiedsgemiddelde fosforconcentraties voor het toetsjaar 2004 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 2 modelsysteem. Alterra-rapport 1609. 37.

(40) Voor het toetsjaar 2004 wordt door het fase 2 modelsysteem een stikstofbelasting van het oppervlaktewater van 5.0 mg/l N voor totaal-stikstof berekend. Voor datzelfde jaar werd in de zes waarnemingslocaties een gemiddelde stikstofconcentratie van 2.9 mg/l N voor totaal-stikstof waargenomen. Daarnaast wordt voor het toetsjaar 2004 door het fase 2 modelsysteem een fosforbelasting van het oppervlaktewater van 0.35 mg/l P voor totaal-fosfor berekend. Voor datzelfde jaar werd in de zes waarnemingslocaties een gemiddelde fosforconcentratie van 0.13 mg/l P voor totaal-fosfor waargenomen. Dat zowel voor stikstof als voor fosfor hogere concentraties worden berekend dan gemeten komt overeen met de verwachting omdat retentie niet is meegenomen in het fase 2 modelsysteem. In tegenstelling tot het fase 1 modelsysteem is het fase 2 modelsysteem wel in staat om temporele variatie binnen een jaar te voorspellen. De berekende variatie in stikstofbelasting komt in grote lijnen overeen met de waarnemingen: hogere Nconcentraties in het winterseizoen en lagere N-concentraties in het zomerseizoen (figuur 4.5). Voor de berekende en gemeten P-concentraties is er veel minder verschil tussen concentraties in het winter- en zomerseizoen waarneembaar (figuur 4.6). Net als bij de berekende nitraatconcentraties in het bovenste grondwater geldt ook voor de berekende stikstof- en fosforbelasting van het oppervlaktewater dat naast temporele variatie tevens ruimtelijke variatie binnen in het gebied wordt berekend. In figuur 4.7 en 4.8 is respectievelijk de ruimtelijke weergave en de cumulatieve frequentieverdeling van de berekende stikstofbelasting en fosforbelasting van het oppervlaktewater voor het jaar 2004 weergegeven.. Percentage van het oppervlak. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 0. 5. 10. 15. Stikstofbelasting van het oppervlaktewater (mg.l-1 N). 20. Figuur 4.7 Ruimtelijke weergave van de berekende stikstofbelasting (links) en de berekende cumulatieve frequentieverdeling van de stikstofbelasting (rechts) van het oppervlaktewater voor het jaar 2004 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 2 modelsysteem. 38. Alterra-rapport 1609.

(41) Percentage van het oppervlak. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 0. 0.5. 1. 1.5. Fosforbelasting van het oppervlaktewater (mg.l-1 P). 2. Figuur 4.8 Ruimtelijke weergave van de berekende fosforbelasting (links) en de berekende cumulatieve frequentieverdeling van de fosforbelasting (rechts) van het oppervlaktewater voor het jaar 2004 voor de Noordelijke Friese Wouden volgens het Fase 2 modelsysteem. Uit Figuur 4.7 en 4.8 blijkt dat voor het toetsjaar 2004 de helft van het oppervlak van de NFW een stikstofbelasting heeft die hoger is dan 5 mg/l N en dat ca. 15 % van het oppervlak van het gebied een fosforbelasting heeft die hoger is dan 0.5 mg/l P. De hoge stikstofbelasting lijkt met name in de veengronden op te treden, terwijl de hoge fosforbelasting op met name de kleigronden lijken op te treden. Hoe hoog de stikstof- en fosforconcentratie in het oppervlaktewater is bij deze belasting hangt af van de retentieprocessen in het oppervlaktewater. Omdat in het Fase 2 modelsysteem geen oppervlaktewatermodule is opgenomen kan hierover geen uitspraak worden gedaan. Het Fase 2 modelsysteem komt tegemoet aan een aantal tekortkomingen van het Fase 1 modelsysteem. Zo is het mogelijk om met het Fase 2 modelsysteem de variatie van nitraatuitspoeling en nutriëntenbelasting van het oppervlaktewater binnen in een jaar te voorspellen. Daarnaast is de grove resolutie van het Fase 1 modelsysteem (basisgridcelgrootte van 250 x 250 meter) in het fase 2 modelsysteem ruimtelijk verfijnd (basisgridcelgrootte van 25 x 25 meter). Wel is de parametrisatie van het Fase 2 modelsysteem conform het model STONE, dus afgestemd op landelijk (grove) schaalniveau.. Alterra-rapport 1609. 39.

(42) 4.3.3 Nutriëntenbalansen Stikstof In Tabel 4.1 is de stikstofbalans voor de Noordelijke Friese Wouden, welke door het Fase 2 modelsysteem wordt berekend, weergegeven. De balansposten zijn zowel in kilogram als in kilogram per hectare weergegeven. De stikstofbalans is opgesteld voor het toetsjaar 2004. Uit Tabel 4.1 blijkt dat ca. 7 % van de totale aanvoer van stikstof via oppervlakkige afspoeling en uitspoeling in het oppervlaktewater terechtkomt, terwijl ca. 0.1 % naar het (diepe) grondwater uitspoelt. Het resterende deel van de stikstofafvoer komt tot rekening van denitrificatie (40 %), netto gewasopname (45 %) en ammoniakvervluchtiging (7 %). De gezamenlijke verliesposten voor stikstof voor het toetsjaar 2004 zijn groter dan de aanvoer van stikstof. Over deze periode wordt een negatieve berging (netto afbraak van organisch materiaal in de bodem) van ca. 1 % berekend. Tabel 4.1 Stikstofbalans van het landsysteem van de Noordelijke Friese Wouden voor het toetsjaar 2004 zoals berekend door het Fase 2 modelsysteem (oppervlakte balansgebied 45381 ha) IN UIT 103 kg kg.ha-1 103 kg kg.ha-1 Atmosferische depositie 1102 24 Ammoniakvervluchtiging 1281 28 Bemesting 18007 397 Denitrificatie 7698 170 Infiltratie 36 1 Netto gewasonttrekking 8722 192 Kwel 160 4 Wegzijging 22 1 Belasting opp.water 1397 31 Totaal 19305 425 Totaal 19120 421 Berging 185 4. Fosfor In Tabel 4.2 is de fosforbalans voor het gebied de Noordelijke Friese Wouden, welke door het Fase 2 modelsysteem wordt berekend, weergegeven. De balansposten zijn zowel in kilogram als in kilogram per hectare weergegeven. De fosforbalans is opgesteld voor het toetsjaar 2004. Uit Tabel 4.2 blijkt dat ca. 5 % van de totale aanvoer van fosfor via oppervlakkige afspoeling en uitspoeling in het oppervlaktewater terechtkomt, terwijl minder dan 0.1 % naar het (diepe) grondwater uitspoelt. Het resterende deel van de fosforafvoer komt voor rekening van de netto gewasopname (160 %). De gezamenlijke verliesposten voor fosfor voor het toetsjaar 2004 zijn groter dan de aanvoer van fosfor. Over deze periode wordt een netto berging van ca. 65 % berekend, dus een vermindering van de fosfaatvoorraad in de bodem. Tabel 4.2 Fosforbalans van het landsysteem van de Noordelijke Friese Wouden voor het toetsjaar 2004 zoals berekend door het Fase 2 modelsysteem (oppervlakte balansgebied 45381 ha) IN UIT 103 kg kg.ha-1 UIT 103 kg kg.ha-1 Bemesting 1775 39 Netto gewasonttrekking 2869 63 Infiltratie 0 0 Wegzijging 1 0 Kwel 17 0 Belasting opp.water 98 2 Totaal 1791 40 Totaal 2968 65 Berging -1177 -26. 40. Alterra-rapport 1609.

(43) 5. Discussie en conclusies. De periode waarover de resultaten van het Fase 1 modelsysteem (STONE) zijn gepresenteerd (1995-2000) is niet gelijk aan de periode waarover de resultaten van het Fase 2 modelsysteem zijn gepresenteerd (2004). Hierdoor is een directe vergelijking tussen de modelresultaten niet mogelijk. Toch is het voor het interpreteren van de modelresultaten met betrekking tot het analyseren van het systeem in de Noordelijke Friese Wouden, in combinatie met aanwezige meetinformatie, van belang om de verschillende resultaten tegen elkaar uit te kunnen zetten (Tabel 5.1). Tabel 5.1 Samenvattende resultaten van het Fase 1 en Fase 2 modelsysteem ten opzichte van waarnemingen in de Noordelijke Friese Wouden Fase 1 model Meting Fase 2 model Meting 1995-2000 1995-2000 2004 2004 23 15 Nitraatuitspoeling (mg/l NO3) Stikstofbelasting oppervlaktewater 4.6 3.4 5.0 2.9 (mg/l N-totaal) Fosforbelasting oppervlaktewater 0.34 0.23 0.35 0.13 (mg/l P-totaal). Als het verschil tussen de berekende stikstof- en fosforbelasting naar het oppervlaktewater en de gemeten stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater kan worden beschouwd als retentie in het oppervlaktewater wordt voor stikstof en fosfor de volgende retenties bepaald: Fase 1 model Fase 2 model. N-retentie (%) 26 42. P-retentie (%) 32 63. De gemiddelde stikstof- en fosforretentie in Nederland wordt op 50 % geschat. Op basis van de waterstructuur van de waterlopen in de Noordelijke Friese Wouden schatten we dat de verblijftijden van dit gebied redelijk overeenkomen met de gemiddelde verblijftijden voor oppervlaktewater in Nederland. Hierdoor wordt de stikstof- en fosforretentie in de NFW op 50 % wordt geschat. De resultaten van het Fase 2 model komen het meest overeen met deze waarde.. Alterra-rapport 1609. 41.

(44) Tabel 5.2 Stikstofbalans van het landsysteem van de Noordelijke Friese Wouden zoals berekend door het Fase 1 modelsysteem (periode 1995-2000) en door het fase 2 modelsysteem (periode 2004) IN UIT Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 kg.ha-1 kg.ha-1 kg.ha-1 kg.ha-1 Atmosferische depositie 22 24 Ammoniakvervluchtiging 0 28 Bemesting* 370 397 Denitrificatie 164 170 Infiltratie 2 1 Netto gewasonttrekking 243 192 Kwel 3 4 Wegzijging 8 1 Belasting opp.water 18 31 Totaal 397 425 Totaal 433 421 Berging -36 4 * In Fase 1 wordt een netto mestgift bepaald (gecorrigeerd voor de ammoniakvervluchtiging). In Fase 2 wordt gerekend met een bruto mestgift. De netto mestgift in het Fase 2 model is nagenoeg gelijk aan de netto mestgift van het Fase 1 model (369 kg.ha-1 N) Tabel 5.3 Fosforbalans van het landsysteem van de Noordelijke Friese Wouden zoals berekend door het fase 1 modelsysteem (periode 1995-2000) en door het Fase 2 modelsysteem (periode 2004) IN UIT Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 kg.ha-1 kg.ha-1 kg.ha-1 kg.ha-1 Bemesting 40 39 Netto gewasonttrekking 30 63 Infiltratie 0 0 Wegzijging 0 0 Kwel 1 0 Belasting opp.water 1 2 Totaal 41 40 Totaal 31 65 Berging 10 -26. In Tabel 5.2 en 5.3 zijn respectievelijk de stikstof- en fosforbalans van het Fase 1 en Fase 2 modelsysteem weergegeven. Bij het interpreteren van deze balansen is het goed om te benadrukken dat de resultaten van het Fase 1 en het Fase 2 modelsysteem op 2 verschillende perioden betrekking hebben. Een ander groot verschil tussen de 2 modelsystemen is de onderliggende schematisatie van deze modelsystemen. Voor het Fase 1 modelsysteem is gebruik gemaakt van de landsdekkende schematisatie van het STONE-model (zie hoofdstuk 3). In de gebiedsuitsnede voor de Noordelijke Friese Wouden blijkt dat het areaal voor natuur wordt overschat en het areaal voor landbouw (met name grasland) wordt onderschat ten opzichte van de gedetailleerde ruimtelijke schematisatie van het Fase 2 modelsysteem (Tabel 5.4). Wanneer de balansposten alleen op het areaal landbouwgronden wordt uitgedrukt wordt voor het Fase 1 modelsysteem een netto bemesting van 515 kg.ha-1 N bepaald ten opzichte van een netto bemesting van 395 kg.ha-1 N voor het Fase 2 modelsysteem. De verschillen in gewasopname tussen het Fase 1 en Fase 2 modelsysteem kan hiermee niet volledig worden verklaard. Vooralsnog is het nog onduidelijk waarom de netto gewasopname voor stikstof in het Fase 2 modelsysteem afneemt ten opzichte van het Fase 1 modelsysteem en voor fosfor een toename wordt berekend.. 42. Alterra-rapport 1609.

(45) Tabel 5.4 Aandeel landbouw en natuur in de ruimtelijke schematisatie van de 2 modelsystemen voor de Noordelijke Friese Wouden Percentage Percentage areaal Fase 1 areaal Fase 2 Landbouw 71.7 93.2 Grasland 64.7 83.9 Maïs 2.3 4.9 Akkerbouw 4.7 4.4 Natuur 28.3 6.8 Totaal 100 100. Op basis van het Fase 1 en Fase 2 modelsysteem kan worden geconcludeerd dat in de Noordelijke Friese Wouden de nitraatconcentraties, gemiddeld voor het gebied, ruim onder de norm van 50 mg/l NO3 blijft. Voor stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater geldt een MTR-waarde van respectievelijk 2.2 en 0.15 mg/l N of P in het zomerhalfjaar. Aangezien de resultaten van het Fase 1 modelsysteem een temporele resolutie van 1 jaar heeft kunnen deze modelresultaten niet getoetst worden aan de norm voor het oppervlaktewater. Voor het Fase 2 modelsysteem wordt voor het zomerseizoen een stikstof- en fosforbelasting voor het oppervlaktewater van respectievelijk 3.6 en 0.32 mg/l N of P berekend. Uitgaande van een gemiddelde retentie van 50 % voor zowel stikstof als fosfor komt dit neer op een stikstof- en fosforconcentratie in het oppervlaktewater van 1.8 en 0.16 mg/l N of P. Dit betekent voor het toetsjaar 2004 dat de norm voor stikstof zou worden gehaald en die voor fosfor (licht) wordt overschreden. Voor het gehele gebied de Noordelijke Friese Wouden kan op basis van meetgegevens geen sluitende water- en nutriëntenbalansen worden opgesteld (Roelsma et al., 2008; Knotters en de Vos, 2007). Voor de watersysteemanalyse is het van belang om goede hydrologische afgebakende eenheden te definiëren, waarbij de het transport van water en nutriënten binnen en aan de rand van het gebied goed kan worden gemonitord. Voor het gehele gebied de Noordelijke Friese Wouden is dit niet mogelijk (Roelsma et al., 2008). Op basis van de huidige watersysteemanalyse wordt aanbevolen om te komen tot een aantal kleinere, hydrologisch goed afgebakende gebieden binnen de Noordelijke Friese Wouden waarvoor een goed sluitende systeemanalyse kan worden opgesteld. Een mogelijkheid zou bijvoorbeeld kunnen zijn om een aantal proefgebieden te kiezen voor de verschillende waterbeheersingstypen en/of gebaseerd op de verschillende voorkomende bodemsoorten (klei, zand en veen) in het gebied. Om het modelsysteem zo goed mogelijk aan te laten sluiten op de metingen in het oppervlaktewater bevelen we aan om een module voor het oppervlaktewatersysteem in het modelsysteem op te nemen. Hiermee kunnen de processen in het oppervlaktewater in het modelsysteem worden meegenomen en kan een gebiedsspecifieke retentie voor en stikstof en fosfor worden bepaald. Om het Fase 1 modelsysteem beter te kunnen vergelijken met het Fase 2 modelsysteem bevelen we aan om de simulatieperiode te laten overlappen. In dit geval zou met het Fase 1 modelsysteem ook berekeningen voor het toetsingsjaar 2004 gedaan moeten worden. Hiervoor is het nodig om de databestanden voor het Fase 1 modelsysteem te verlengen met de periode 2001-2004. Alterra-rapport 1609. 43.

(46)

(47) Literatuur. Bouma, J., J.A. de Vos, M.P.W. Sonneveld, G.B.M. Heuvelink en J.J. Stoorvogel, 2008. The Role of Scientists In Multiscale Land Use Analysis: Lessons Learned From Dutch Communities of Practice. Adv. Argon. In press. Boers, P.C.M., H.L. Boogaard, J. Hoogeveen, J.G. Kroes, I.G.A.M. Noij, C.W.J. Roest, E.F.W. Ruijgh en J.A.P.H. Vermulst, 1997. Watersysteemverkenningen. Huidige en toekomstige belasting van het oppervlaktewater met stikstof en fosfaat vanuit de landbouw. Rapport 97.013, RIZA, Lelystad. Knotters, M. en J.A. de Vos, 2007. Monitoring van nutriënten in het oppervlaktewater van de Noardlike Fryske Wâlden; Ontwikkeling van een monitoringstrategie. Alterra-rapport 1456. Alterra, Wageningen. Kroon, T. en W. Werkman, 2001. MONA, koppelingsconcept MOZARTNAGROM. Beschrijving en gebruikershandleiding van de modellentrein. RIZA, Lelystad. Kros, J., W. de Vries, J.C.H. Voogd, T.J.A. Gies en J. Roelsma, 2007. Meervoudige milieumonitoring Noordelijke Friese Wouden. Gebiedsstatus van emissie en depositie van ammoniak in relatie tot gebiedsdoelstellingen. Alterra-rapport 1578. Alterra, Wageningen. Overbeek, G.B.J., J.J.M. van Grinsven, J. Roelsma, P. Groenendijk, P.M. van Egmond en A.H.W. Beusen, 2001. Achtergronden bij de berekening van vermesting van bodem en grondwater voor de 5e Milieuverkenning met het model STONE. RIVM rapport nr. 408129020, Bilthoven. RIVM, 2000. Nationale Milieuverkenning 5. 2000 – 2030. Samson BV, Alphen aan den Rijn. RIVM, 2002. Minas en Milieu. Balans en Verkenning. RIVM rapportnr. 718201005, Bilthoven. RIVM, 2004. Mineralen beter geregeld. Evaluatie van de werking van de Meststoffenwet 1998 – 2003. RIVM rapport nr. 500031001, Bilthoven. Roelsma, J., R.A.L. Kselik en J.A. de Vos, 2008. Watersysteemverkenning Noordelijke Friese Wouden. Alterra-rapport 1608. Alterra, Wageningen. Schoumans, O.F., J. Roelsma, H.P. Oosterom, P. Groenendijk, J. Wolf, H. van Zeijts, G.J. van den Born, S. van Tol, A.H.W. Beusen, H.F.M. ten Berge, H.G. van der Meer en F.K. van Evert, 2002. Nutriëntenemissie vanuit landbouwgronden naar het grondwater en oppervlaktewater bij varianten van verliesnormen.. Alterra-rapport 1609. 45.

(48) Modelberekeningen met STONE 2.0. Clusterrapport 4: Deel 1. Alterra-rapport 552, ISSN 1566-7197. Alterra, Wageningen. Schoumans, O.F., R. van den Berg, A.H.W. Beusen, G.J. van den Born, L. Renaud, J. Roelsma en P. Groenendijk, 2004. Quick Scan van de milieukundige effecten van een aantal voorstellen voor gebruiksnormen. Rapportage in het kader van de Evaluatie Meststoffenwet 2004. Alterra-rapport 730.6. Alterra, Wageningen. Wolf, J., A.H.W. Beusen, P. Groenendijk, T. Kroon, R. Rötter and H. van Zeijts, 2003. The integrated modeling system STONE for calculating nutrient emissions from agriculture in the Netherlands. Environmental Modelling & Software 18: 597617.. 46. Alterra-rapport 1609.

(49) Bijlage 1 Het nutriëntenemissiemodel STONE Ruimtelijke schematisatie In de ruimtelijke indeling van Nederland voor STONE 2.0 wordt het landareaal geclassificeerd naar de hydrologische kenmerken, het landgebruik en de bodemeigenschappen (Kroon et al., 2001). Hierbij wordt rekening gehouden met de bodemfysische en bodemchemische kenmerken van zowel de boven- als ondergrond. Deze afzonderlijke classificatiekenmerken zullen hier kort worden toegelicht. De ruimtelijke indeling voor STONE 2.1 en STONE 2.1.1 is ongewijzigd gebleven.. Hydrologie Om de nutriëntenvrachten naar het oppervlaktewater en de nitraatconcentraties in het grondwater te kunnen kwantificeren, dient de waterafvoer uit het landelijke gebied naar het oppervlaktewater en de grondwaterstand in het landelijke gebied precies berekend te worden. Deze worden bepaald door de geohydrologische eigenschappen van de ondergrond, de drainage-eigenschappen en de nettoflux naar het topsysteem, bestaande uit kwel of wegzijging. De hydrologie is daarom ruimtelijk geschematiseerd op basis van deze drie karakteristieken en tevens de grondwaterstand. Voor de schematisatie van de geohydrologische eigenschappen van de ondergrond is de indeling in 22 zogenaamde hydrotypen gebruikt (Massop et al., 2000). Deze indeling is gebaseerd op o.a. de geologische kaart van Nederland (1:600 000). Voor de schematisatie van de drainage-eigenschappen worden vijf verschillende drainagesystemen voor afvoer naar het oppervlaktewater onderscheiden, namelijk: waterafvoer naar brede waterlopen (> 3 meter); smalle waterlopen (ca. 0.5 – 3 meter); greppels (< ca. 0.5 meter) waterafvoer over het maaiveld naar het oppervlaktewater; waterafvoer via aangelegde drains in de bodem. De classificatie naar drainage-eigenschappen is voornamelijk gebaseerd op de drainage-weerstand bij afvoer naar de waterlopen. Deze drainageweerstand is berekend met het MONA-instrumentarium van het RIZA (Kroon en Werkman, 2001). Dit resulteerde in zes groepen van drainageweerstanden. De wateraanvoer vanuit de diepe ondergrond is berekend met behulp van het MONA-instrumentarium, waarbinnen NAGROM voor het diepe systeem en MOZART voor het topsysteem is opgesteld (Kroon en Werkman, 2001). De berekende kwel is gebruikt om een kwelkaart te genereren, die voor de STONE 2.0 toepassing is gegroepeerd in zes kwelklassen (Kroon et al., 2001). Voor het onderscheiden van grondwaterstanden is de grondwatertrappenkaart van de bodemkaart 1:50 000 gebruikt. Hiervoor zijn de Gt-codes uit de bodemkaart vertaald naar zeven Gt-groepen, die zijn gebruikt voor de hydrologische schematisatie.. Alterra-rapport 1609. 47.

(50) Door verbetering van de ontwatering in de afgelopen decennia zijn de ruimtelijke opnamen van grondwaterstanden zoals aangegeven op de bodemkaart 1:50 000 uit de periode 1950 – 1980, nu gedateerd. Recente opnamen geven aan dat vooral het areaal landbouwgronden met Gt VI en, in mindere mate het areaal landbouwgronden met Gt VII en Gt VII*, zijn toegenomen. Bij de modelberekeningen met SWAP is gebruik gemaakt van die recente databestanden (Kroes et al., 2001).. Landgebruik Binnen de schematisatie in landgebruik van STONE 2.0 worden zes vormen van landgebruik onderscheiden: (1) grasland, (2) maïs, (3) overig landbouw, (4) natuur, (5) water en (6) bebouwd gebied. De ligging is afgeleid uit het LGN 3+ bestand (resolutie 25 x 25 meter) van Nederland (de Wit et al., 1999) en ten behoeve van de verdere ruimtelijke schematisatie opgeschaald naar een resolutie van 250 x 250 meter. Omdat het areaal grasland hoger uitviel dan het areaal dat bij het Landbouw Economisch Instituut (LEI) als (agrarisch) grasland geregistreerd stond, zijn een aantal grasland-plots als onbemest grasland (‘natuur’) behandeld.. Bodemtype Voor het onderscheid in bodemtypen is gebruik gemaakt van een vertaling van de bodemkaart 1:50 000 naar 21 bodemfysische eenheden, de zogenaamde PAWNbodemeenheden (Klijn, 1997). Deze vertaling is gebaseerd op de vertaling van de bodemkaart 1:250 000 in bodemfysische eenheden (Wösten et al., 1988). Bij deze indeling in bodem(fysische) eenheden worden diverse veen-, zand-, en kleigronden onderscheiden. Voor de indeling in bodemchemische eenheden zijn deze bodemtypen verder gedifferentieerd naar drie kenmerken, te weten: de capaciteit van de bodem om fosfaat te binden, de mineralisatiecapaciteit en de capaciteit van de bodem om kationen (waaronder ammonium) uit te wisselen (Kroon et al., 2001). Daarnaast is voor de indeling in bodemfysische en -chemische eenheden tevens rekening gehouden met bodemtypen dieper dan 1 meter beneden maaiveld. De informatie van de diepere bodemlagen is door NITG-TNO aangeleverd. De verschillende combinaties van bodemfysische en -chemische eenheden levert 1682 verschillende bodemeenheden op (Kroon et al., 2001).. Rekeneenheden De randvoorwaarde voor de nieuwe schematisatie voor STONE 2.0 was de mogelijkheid om één scenario binnen 24 uur door te rekenen. Het gevolg hiervan was dat maximaal 6000 rekeneenheden of plots konden worden onderscheiden binnen Nederland. Een plot bestaat uit een unieke combinatie van hydrologische eigenschappen, landgebruik en bodemkenmerken. De combinatie van deze eigenschappen leidde in eerste instantie tot ruim 500 000 plots voor Nederland. De reductie van het aantal plots heeft in een aantal stappen plaatsgevonden en is. 48. Alterra-rapport 1609.

(51) uitgebreid beschreven door Kroon et al. (2001). De nieuwe ruimtelijke schematisatie van STONE 2.0 bestaat uit 6407 plots, waarvan één plot voor al het bebouwde areaal en één plot voor al het open water. Voor de 6405 STONE plots zijn met het gedetailleerde hydrologische model SWAP de grondwaterstanden en waterafvoeren naar de verschillende drainagemiddelen gesimuleerd voor perioden van 15 aaneengesloten weerjaren (Kroon et al., 2001). In de studie naar de milieukundige effecten van een aantal voorstellen voor gebruiksnormen ten behoeve van de Evaluatie Meststoffenwet 2004 maakt het toegepaste STONE-instrumentarium gebruik van de gesimuleerde waterafvoeren op basis van twee (meteo)reeksen: 1971 – 1985 en 1986 – 2000. aantal plots (cumulatief) 7000. 6000. 5000. 4000. 3000. 2000. 1000. oppervlakte van de plot (ha). 0 0. 5000. 10000. 15000. 20000. 25000. Figuur B1.1 De verdeling van het aantal STONE plots over de oppervlakte van de plots. Iedere STONE plot is verticaal geschematiseerd als een bodemkolom van 13 meter diep, opgedeeld in 22 bodemlagen. Voor ieder van deze bodemlagen zijn berekeningen uitgevoerd met het hydrologisch model SWAP en het nutriëntenuitspoelingsmodel ANIMO. Een STONE plot bestaat uit één of meerdere gridcellen van 250 x 250 meter. De 6405 STONE plots (dus exclusief 1 plot voor al het bebouwde areaal en 1 plot voor la het open water) variëren in grootte van 25 ha tot 21 762 ha. De mediaanwaarde is 287.5 ha. In figuur B1.1 is het areaal van de plots uitgezet tegen het cumulatieve aantal plots. Uit de steile lijn in de figuur en uit de mediaanwaarde blijkt dat kleine plots sterk zijn vertegenwoordigd, met name de plots met een oppervlakte minder dan 200 ha. De voornaamste reden voor het accent op deze kleine plots is dat er binnen elke regio een aantal ‘zeldzame eigenschappen’. Alterra-rapport 1609. 49.

(52) wordt gehandhaafd in de schematisatie, bijvoorbeeld de weinig voorkomende bodemtypen (bodemfysische eenheid 4, 6 en 20) en grondwatertrappen I en IV.. Modelketen Het modelinstrumentarium STONE 2.0 bestaat uit de modellen CLEAN2 (bemestingsverdeling), OPS/SRM (atmosferische stikstofdepositie), ANIMO (nutriëntenuitspoelingsmodel) en de rekenresultaten van SWAP (hydrolgie). Clean2 Het model CLEAN2 berekent de emissie van ammoniak vanuit agrarische bronnen naar de lucht en van stikstof en fosfaat uit zowel dierlijke mest als kunstmest naar de bodem in Nederland op een ruimtelijk aggregatieniveau van 31 mestgebieden, ook wel LEI-regio’s genoemd (Beusen et al., 2004). Binnen deze mestgebieden worden zes bodemtypen en zeven gewasgroepen onderscheiden. De mestverdelingsberekeningen in CLEAN2 worden in vijf stappen uitgevoerd: 1. Berekening van de mestproductie per mestgebied op basis van de excretie van mest per diercategorie (in CLEAN2 worden in totaal 42 diercategorieën onderscheiden). 2. Verdeling van de geproduceerde mest binnen het mestgebied over de verschillende bodem- en gewascombinaties. Deze mestverdeling wordt uitgevoerd in een specifieke volgorde. Allereerst wordt de mest toegepast op het eigen bedrijfsareaal. Als dit eigen bedrijfsareaal ‘vol’ is, wordt de resterende hoeveelheid mest via transport binnen het mestgebied geplaatst. 3. Wanneer binnen een mestgebied niet alle geproduceerde mest geplaatst kan worden, is er sprake van een regionaal mestoverschot. Nadat de overschotten en plaatsingsruimte van alle mestgebieden bepaald zijn, wordt er op nationale schaal bekeken wat de optimale bestemming is: transport naar andere mestgebieden, verwerking van de mest of export. De berekening van de optimale bestemming van de mest wordt gestuurd door de parameters acceptatiegraden van mest in ontvangstgebieden, transportprijzen per mestsoort, de afstanden tussen mestgebieden, de minimale en maximale capaciteit van mestverwerking en –export en boetes bij illegaal storten van mest. 4. Na de mesttransport is bekend hoeveel van welke mestsoort in welk mestgebied wordt aangewend. Per bodem- en gewascombinatie in ieder mestgebied wordt de plaatsing van mest bepaald. Vervolgens wordt de ammoniakvervluchtiging bij de gekozen aanwendingstechniek berekend en van de bodemaanvoer afgetrokken. 5. Als laatste stap wordt berekend welke kunstmestgift nog wordt gegeven op basis van bemestingsnormen per bodem- en gewascombinatie, bemestingsadviezen, werkingsfactoren dierlijke mest en vervluchtigingsfactoren voor stikstofkunstmest.. 50. Alterra-rapport 1609.

No results found