Pesticides Research, 62 – Calibration of Models Describing Pesticide Fate and Transport in Lillebæk and Odder Bæk Catchment

Calibration of Models Describing Pesticide Fate and Transport in Lillebæk and Odder Bæk Catchment

Sammenfatning og konklusioner

Pesticidtransport og nedbrydning er modelleret i to danske oplande. De to udvalgte oplande er repræsentanter for forskellige landskabstyper i Danmark, nemlig moræneler og sand. De er med i det nationale overvågningsprogram, og der eksisterer derfor et godt datagrundlag, der kunne udnyttes i arbejdet – dette var også en nødvendighed for udvælgelsen.

Formålet med modelleringen var altså at opstille og validere modeller for pesticidtransport og omsætning i de to oplande, for så senere at kunne modificere disse til scenarier i registrerings-sammenhæng.

Begge oplande er små, det lerede opland ca. 4.5 km² og det sandede ca. 11 km². For begge oplande er det betydende grundvandsopland anderledes end det topografiske opland. I det lerede opland er en stor del af randene åbne mod øst og vest, så vand løber ind upstrøms fra og ud via grundvandet i Storebælt. I det sandede opland er randene overvejende lukkede. Kun mod syd er der åbnet, hvor potentialekort og simuleringer tyder på, at vand dræner til vandløbet mod syd i stedet for at løbe til bækken.

Der er indsamlet data vedrørende klima, jordtyper, geologi, hydrogeologi, oppumpninger, arealanvendelse, pesticidanvendelse, pesticidegenskaber , vandløbsafstrømning, grundvandsniveauer og målte pesticidforekomster. Da de fleste målinger er punktmålinger, og modellen er tre-dimensional, er punktmålingerne tillægges en rumlig udbredelse. Modelsimuleringerne testes med hensyn til vand mod målte værdier for dræn- og vandløbsafstrømning samt grundvandsniveauer, og for pesticider mod pesticidmålinger i dræn og vandløb.

For at gennemføre undersøgelsen har det været nødvendigt at omfortolke nedbørsbeskrivelsen, jordtypernes fordeling og geologien i det sandede opland, mens der kun har været mindre justeringer af data i ler-oplandet.

I det lerede opland er overensstemmelsen mellem målt og simuleret afstrømning ved den nedre station meget god, og grundvandssvingningerne er rimeligt beskrevet, bortset fra i et område, hvor den geologiske fortolkning ikke stemmer overens med den observerede hydrologi. Den opstrøms station i det lerede opland er oversimuleret. Da den samlede mængde nedstrøms er korrekt, kan det skyldes at dræn er påhæftet lidt anderledes i forhold til målestationen end de er i virkeligheden, eller at vandet i den sydlige del løber sydpå i stedet for til den modellerede bæk, og at der så er overkompenseret for dette tab ved åbningen af randen mod Storebælt.

For det sandede oplands vedkommende, er alle stationerne oversimuleret lidt. Med de usikkerheder, der er med hensyn til nedbør, randenes faktiske placering samt afdræning sydpå, er det ikke muligt at komme meget tættere på de målte værdier. Der er et specielt problem med drænet i det sandede opland. Dels er drænets virkelige opland meget større end drænets geografiske placering, og dels må afstrømningen i sommerperioden skyldes indstrømning fra vandløbet (eller en anden ukendt kilde). Det synes ikke at være grundvand, da pejleboringerne viser at vandstanden falder under drændybde. Drænet er derfor uegnet til pesticid-valideringsformål.

Med hensyn til pesticid er simuleringer foretaget på to dræn samt opstrøms- og nedstrømsstationerne i det lerede opland, samt på hele det sandede opland.

Målingerne af pesticid på drænene er generelt meget lave, men for isoproturon er der en faktor 1000 forskel på målingerne fra begyndelsen af 1999 til slutningen af 2000. Disse variationer genfindes i simuleringerne.

For oplandene som helhed er resultaterne ikke helt så overbevisende. I det sandede opland er niveauet for de simulerede pesticidkoncentrationer nogenlunde korrekt, men de er langt mindre variable end de målte. Det skyldes primært to forhold. Det var ikke forventet at præferentielle strømninger spillede en stor rolle i det sandede opland, og dette var en forudsætning for valget af netop dette opland. De hurtige responser, der er observeret i oplandet tyder imidlertid på, at makroporer spiller en væsentlig rolle. Desuden synes fortyndingen i grundvandet at være for stor. Det giver sig udslag i at baggrundskoncentrationen stiger over simuleringsperioden og at koncentrationstoppene simuleret i vandløbet bliver for brede. Direkte dræning af lokalt mættede lag i den umættede zone forventes at ville forbedre beskrivelsen idet vand og stof ville forlade rodzonen "ufortyndet". Det ville føre til at toppene bliver smallere og den generelle baggrundskoncentration ville blive mindre.

For det lerede opland, hvor makroporer er inddraget i beskrivelsen, er simuleringen af pesticid-"toppene" i langt højere grad knyttet til nedbørstilfælde, som i observationerne. Men som i det sandede opland stiger baggrundskoncentrationen mere end i de observerede data. Desuden blev det klart at den valgte beskrivelse af kolloidtransport ikke er realistisk på oplandsskala. Beskrivelsen kræver, at makroporerne opfører sig som "nedløbsrør", for at kolloiderne kan nå ned til drænene. Sideeffekten af dette er, at for meget pesticid transporteres til grundvandet. Dette menes i høj grad at være medvirkende til de for høje baggrundskoncentrationer her.

Allerede tidligt i projektet blev det klart, at punktkilder kunne være en mulig fejlkilde i målingerne af pesticid i vandløbene, og at dette var en trussel mod valideringsøvelsen. Dette blev mere alvorligt end oprindeligt forventet. En analyse af de tre største fund i lerede oplands opstrøms station i 1999 viste høje fund af Terbutylazin, Diuron og Simazin. I det pågældende år er Terbutylazin kun anvendt på to, Diuron på en og Simazin på ingen marker opstrøms målestationen. Eftersom stofferne kun er brugt på små arealer (hvis overhovedet), og de samtidigt er fundet i høje koncentrationer (4.2 g/l i maj 1999), så viser en simpel tilbageregning, hvor der kun tages hensyn til fortynding, at koncentrationen under marken skulle have været i størrelsesordnen milligram/l, og ikke mikrogram/l, der ellers er det forventede niveau. Det tyder på at disse belastninger ikke skyldes markanvendelse, men punktkilder, der opstår i forbindelse med håndtering af pesticiderne. Over 50% af samtlige pesticidforekomster i det lerede opland er de tre stoffer, der er identificeret som punktkilder eller deres nedbrydningsprodukter. Også det største Diuron-fund nedstrøms i bækken i 1999 må udlægges som punktkilde, det samme gælder det absolut største fund i det sandede opland, nemlig 2.9 mikrogram/l Bentazon. Det faktum, at simuleringerne rammer det observerede niveau for disse stoffer kan derfor være misvisende.

For stoffer, hvor anvendelsen er udbredt, er det langt vanskeligere at skelne mellem punktkilder og belastning fra markerne. Alt andet lige, vil fortyndingen være mindre, og åkoncentrationerne derfor tættere på drænkoncentrationerne.