Pesticides Research No. 104 2006 – Establishment of a basis for administrative use of PestSurf

Establishment of a basis for administrative use of PestSurf

Sammenfatning

Baggrund og Formål

Miljøstyrelsen iværksatte i 1998 et projekt vedrørende udvikling af et beslutningsstøttesystem til administration af pesticider i relation til deres effekter i overfladevand. Beslutningsstøttesystemet vedrørende eksponering blev bygget omkring modellerne MIKE SHE og MIKE 11 og inkluderede en brugerflade og et antal scenarier for sandede forhold og områder med sandblandet ler. Systemet kaldes PestSurf.

Erfaringen med brugen af PestSurf er begrænset, og da der genereres data for et helt opland, er der mange muligheder for at udtrække resultater på forskellig skala og for forskellige perioder. Dette gør systemet fleksibelt, men ikke let-fortolkeligt som administrativt værktøj. For eksempel kan høje koncentrationer findes i små, næsten tørre grøfter lige efter sprøjtning, men denne situation er måske ikke den, der er ønsket som basis for en administrativ beslutning. Den type situationer findes ikke i andre administrative værktøjer, der er baseret på mere standardiserede, men hypotetiske situationer. Formålet med dette projekt er at undersøge PestSurfs muligheder og begrænsninger gennem dets brug ved beregning af koncentrationer for 12 pesticider (alpha-cypermethrin, bentazon, bromoxynil, fluazinam, malathion, metamitron, pendimethalin, propiconazol, prosulfocarb, rimsulfuron, terbutylazin and tribenuron-methyl) i 54 scenarier.

Med henblik på sammenligning er pesticidkoncentrationer blevet beregnet på basis af direkte oversprøjtning, drift, tre FOCUS-overfladevandsscenarier (sandet D3-grøft, leret D4-vandhul og leret D4-å) og fire scenarier i PestSurf (sandet vandhul og å, vandhul og å i morænelersområde). De højeste koncentrationer blev genereret ved “direkte oversprøjtning” som forventet, bortset fra for en kombination af PestSurf-scenarie og pesticid. FOCUS-scenarierne genererede altid lavere koncentrationer end drift-beregningerne. For fire pesticider genererede PestSurfs “sandede vandhul” højere koncentrationer end de tilsvarende drift-beregninger (fluazinam, efterårsudbragt pendimethalin, terbutylazin og tribenuron methyl). For PestSurfs morænelers-vandhul genererede PestSurf lavere koncentrationer end driftberegningerne.

For PestSurfs sandede å og morænelers-å genererer PestSurf højere koncentrationer end driftberegningerne for alle pesticider. De højeste koncentrationer genereres altid i morænelers-åen. Det skal bemærkes, at til forskel fra de simple beregningsmetoder i FOCUS SW, hvor vanddybden i åer og vandhuller altid er 30 cm og 1 m, er vanddybden i PestSurf variabel, og i nogen tilfælde kun få cm.

FOCUS SW-D3-grøften er ikke helt sammenlignelig med de to sandede scenarier i PestSurf, mens FOCUS-D4-scenarier og PestSurfs morænelers-vandhul og å er sammenlignelige.

De højeste koncentrationer fundet i sammenlignelige scenarier er ikke nødvendigvis genereret af samme type proces. Den højeste koncentration i den sandede grøft skyldes altid drift. Det samme er også tilfældet for den sandede å (PestSurf). For forbindelser med lav sorption kan transport via grundvand imidlertid finde sted i dette scenarie. Bentazon, rimsulfuron og tribenuron methyl har lave Koc-værdier. De første to transporteres til grundvand i dette scenarie, mens tribenuron methyl med den laveste DT50-værdi af de tre synes at nedbrydes.

For det sandede vandhul (PestSurf), der er i direkte kontakt med højtliggende grundvand, er transport via grundvand den dominerende mekanisme. Drift spiller en rolle, hvis nedbrydningen er hurtig som for malathion. For bromoxynil samvirker sorptionen og den høje nedbrydningsrate til at gøre drift til en vigtig kilde. For alpha cypermethrin spiller sorption og den lille udbragte dosis en rolle. Da dette stof nedbrydes langsomt, vil der være tendens til stigende koncentrationer i grundvandet over tid. I FOCUS-scenarierne transporterer grundvand ikke pesticid. For efterårstildelinger spiller den mindre vanddybde en rolle i koncentrationsberegningen.

FOCUS-D4-åen modtager alle de største bidrag fra drift. Dette er også tilfældet for 11-12 af de 14 PestSurf-scenarier. To scenarier er stærkt påvirket af pesticid i tilstrømmende grundvand og i et scenarie skyldes maximumskoncentrationen en 20-års-nedbørshændelse. Imidlertid er drænkoncentrationer betydelige i en række af simuleringerne, og da simuleringsresultaterne tyder på, at forudsætningen for drift-beregningen bør revideres, er hovedkonklusionerne for dræntilstrømning beskrevet i det følgende.

For PestSurfs moræne-å’s scenarie er drift altid vigtigt for malathion, hvor den hurtige nedbrydning modvirker udvaskning. For den øvre del af oplandet spiller drift en rolle for alpha-cypermethrin og i nogen grad for bromoxynil, men tilførsler via dræn er betydende. For flere af stofferne findes den højeste dræn-koncentration, specielt i den opstrøms del af oplandet, i forbindelse med en ekstrem (20-års-) nedbørshændelse. Denne hændelse er ikke vigtig for malathion på grund af hurtig nedbrydning og for prosulfocarb på grund af udsprøjtningsdatoen, ca. en uge efter den ekstreme hændelse. For bromoxynil synes det at være en kombination af den høje nedbrydningsrate og tidspunktet for sprøjtning (april og oktober), der betyder, at den ekstreme hændelse ikke er vigtig. Ligeledes har tribenuron en lav DT50-værdi, udsprøjtes i april, og er ikke domineret af den ekstreme hændelse. FOCUS-overfladevandsscenarierne indeholder ikke sammenlignelige ekstreme hændelser og dette forhold er vigtigt for sammenligningerne. Når effekterne af den ekstreme hændelse skal vurderes, ikke mindst i administrativ sammenhæng, bør dens frekvens (1 pr 20 år) tages med i overvejelserne.

I den nedstrøms del af oplandet bliver tilførsler med grundvand vigtige for alle stoffer med en DT50-værdi større end 56 dage. Pendimethalin afviger med meget høje koncentrationer i den nedre del af oplandet. Som beskrevet i Styczen (2004a) menes det, at opbygningen i grundvandet er overdrevet på grund af den valgte beskrivelse af makroporerne, og meget høje koncentrationer i oplandets nedre ende bør derfor ikke være den eneste grund til at afskrive et stof. Imidlertid er det velkendt, at “gamle” pesticider kan findes i grundvandstilstrømning, og sprøjtning af 85-90 % af arealet 8 år i træk vil føre til en opbygning af koncentrationer i grundvandet, hvis stoffet udvaskes i væsentlige mængder. FOCUS overfladevands-beregninger forudsætter, at grundvandstilstrømning er fri for pesticider og kun medvirker til fortynding af koncentrationerne i åen.

For at undgå ovenstående problem bør værdier til administrativ brug kun udtrækkes i den øvre del af morænelersvandløbet (Øvre Lillebaek), mellem 500 (hvor åen er permanet) og 1700 m fra den opstrøms ende.

For morænevandhullet synes der at være god overensstemmelse mellem de to modeller. I ni ud af fjorten tilfælde er begge scenarier domineret af drift. I tre tilfælde spiller drænvand en rolle i begge modeller. Kun i to af de fjorten tilfælde er der uoverensstemmelse mellem årsagerne til den højeste koncentration, hvor FOCUS SW finder drænvand mest betydende, mens PestSurf finder drift mest betydende. I begge tilfælde er dræn også en kilde i PestSurf, og eftersom PestSurf-vandhullet er mindre – og dermed mere eksponeret for drift – er forskellen rimelig. PestSurf genererer systematisk højere koncentrationer for moræne-vandhuls-scenariet, end hvad der genereres i FOCUS-D4-vandhullet, når hovedkilden er drift. Forklaringen er den højere eksponering og for efterårsudbringninger, en mindre vanddybde. Hvis koncentrationerne skyldes drænvand, er de to modeller sammenlignelige.

FOCUS-D3-grøften er sammenlignet med PestSurf’s sandede vandhul og sandede å. Vandhullet domineres af helt andre mekanismer end grøften, og der er dårlig overensstemmelse mellem de genererede resultater. For åens vedkommende er der en næsten lineær korrelation mellem de to sæt modelresultater, men PestSurfs koncentrationer er en faktor 4.3 større. For åen er det sprøjtede areal ca. tre gange arealet sprøjtet for grøften og vanddybden i den øvre del er væsentlig mindre end 30 cm, men afstrømningen er meget større, og en del af åen er beskyttet af bufferzoner.

Nødvendige forbedringer

Undervejs i projektet blev identificeret en fejl i beregningen af opblandingen af drift i vandhuller og åer. Fejlen blev rettet, men for åerne blev de resulterende koncentrationer urealistisk høje. Det anbefales, at forudsætningerne vedrørende drift ændres til at repræsentere markforhold mere realistisk. De foreslåede ændringer er beskrevet i kapitel 5.

Undervejs i dataanalysen fandtes der fejl i programmet med hensyn til beregning af adsorption af stof til sediment. Disse fejl er rettet. Den maximale lagringsfrekvens i PestSurf er ændret fra 3 dage til 1 dag.
Det giver mulighed for mere hensigtsmæssige dataudtræk og gør sammenligningerne mellem FOCUS og PestSurf lettere. Det anbefales, at der bygges en udtrækningsrutine, der automatisk genererer de tabeller, der behøves til administrativ brug. Nogle simple makroer blev udviklet til dette projekt, og disse kunne forbedres til det formål.

PestSurfs resultat-præsentations-skabeloner er baseret på dataudtræk fra fordefinerede beregningspunkter. De valgte punkter repræsenterede ikke altid de maximale værdier fundet i å-systemerne. En ny version af præsentations-skabelonerne bør udarbejdes, hvor dataudtræk sker fra de beregningspunkter, hvor maximum-værdier oftest forekommer, identificeret undervejs i projektet. Skabelonerne indeholder ikke punkter fra tilløb til de to åer. Det anbefales ikke at ændre dette, da tilløbene løber tør i perioder. Det samme gælder den opstrøms ende af morænelersoplandet.

På nuværende tidspunkt er der stadig ingen klare retningslinier, vedrørende hvordan de spatielle data skal fortolkes, og hvordan dette bør inkluderes i en administrativ evaluering af et stof. Hvor meget af en å kan påvirkes, før det er vigtigt, og er alle dele af en å lige vigtige? Den konservative metode anvendt i denne rapport er at analysere maximumværdierne i oplandet uden at vægte deres rumlige udbredelse eller hvor i oplandet, de forekommer.

Det vil være muligt at generere en 3-D-graf, der viser åens udstrækning på x-aksen, tiden på y-aksen og concentration (store end eller lig med) på z-aksen. Den resulterende graf bliver en “bjerglignende” formation som for hvert tværsnit af z-aksen ville vise i hvilken tid et koncentrationsniveau var opnået eller overskredet for en vis længde af åen.

Det anbefales, at Miljøstyrelsen beslutter et ”tids-kriterie” i stil med, hvad der anvendes for grundvand. Hvis meget høje koncentrationer kun findes hver 20. år, må det være parallelt til en 95 %-fraktil under det nuværende klima. En lignende vurdering kunne tillægges det meget tørre år (1996), men eftersom sommerperioden i ”normalåret” som oftest er lige så tør, kan en undtagelse ikke rigtigt retfærdiggøres.

For at undgå, at et enkelt punkt med meget høj koncentration bliver udslagsgivende for en beregning, kunne et lignende kriterie implementeres for koncentrationernes rumlige udbredelse. Modellerne indeholder 133 og 72 beregningspunkter, af hvilke 96 og 40 findes i hovedåerne, og 15 af de 40 ligger mellem 500 og 1700-m punkterne. Et 95 %-kriterie ville svare til 4-5 punkter i det sandede opland og <1 punkt (60 m) i morænelersoplandet.

Det bør bemærkes, at hverken forhold som den ekstreme drænhændelse, grundvandstilstrømning, den varierende vanddybde i åen, den varierende vanddybde i vandhul eller vandhulsstørrelserne identificeret som relevante under danske forhold er repræsenteret i FOCUS SW. Vanddybderne er væsentligt mindre end 30 cm i løbet af sommer og efterår i danske 1.ordens åer, og vanddybden i vandhuller falder også i tørre perioder.

Den nuværende beskrivelse af kolloidtransport i makroporer fører til en overdreven flux af pesticid til groundvand. Et igangværende projekt arbejder med at forbedre beskrivelsen. Det anbefales, at den forbedrede beskrivelse inkluderes i modellen, når beskrivelsen foreligger.

Den nuværende version af modellen er bygget i 2002-versionen af MIKE SHE/MIKE 11. Modellerne har været gennem en kraftig revision siden, herunder en igangværende omprogrammering af advektions/dispersions-beregningerne i MIKE 11. Det anbefales at ændre modellen til den nye version, når og hvis andre ændringer skal implementeres. Da den gamle version ikke mere understøttes på kodeniveau, er det meget vanskeligt at indføre fundamentale ændringer i den nuværende version. Hvis Miljøstyrelsen vælger at fortsætte med PestSurf-systemet, anbefales det at opgradere det som beskrevet i kapitel 6.