Exploration of alternative models to calculate wheather effects on nitrate concentration : Comparison of the models ONZAT, HYDRUS-1D and SWAP

Het Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (LMM) meet sinds 1992 de nitraatconcentraties in het bovenste grondwater om de effecten van overheidsbeleid op de concentraties in beeld te brengen. De hoogte van de gemeten nitraatconcentraties is afhankelijk van het weer, vooral van de hoeveelheid neerslag in de voorafgaande jaren. Na een aantal regenrijke jaren is de nitraatconcentratie door verdunning bijvoorbeeld meestal lager dan normaal. Het RIVM verwerkt deze weerseffecten in de meetresultaten, zodat de effecten van het beleid nauwkeuriger zichtbaar zijn. Dit wordt gedaan met een rekenmodel. SWAP-model geschikter voor indexcontratie Tot op heden gebruikt het RIVM voor de berekening van de indexconcentraties het zelf ontwikkelde model ONZAT, een model dat berekent in welke mate stoffen door de bodem naar en in het bovenste grondwater worden getransporteerd. ONZAT wordt echter niet meer verder ontwikkeld of onderhouden. Hierdoor ontstond de behoefte bij het RIVM om over te stappen op een algemener gebruikt model. Na vergelijking van enkele modellen komt het zogeheten SWAP-model (Soil, Water, Atmosphere and Plant) als het meest geschikt naar voren als vervanging voor ONZAT. De migratie van het ONZAT-model naar SWAP blijkt geen significant effect te hebben op de weerscorrectie van de nitraatmetingen, ondanks de verschillen tussen de modellen.The Minerals Policy Monitoring Programme (LMM) has measured the nitrate concentrations in the upper groundwater since 1992 in order to show the effects of the national minerals policies on concentrations. However, these nitrate concentrations are also subject to weather influences, especially the precipitation excess in previous years. After a couple of years with high precipitation excess the measured nitrate concentration usually is lower than normal due to dilution. RIVM accounts for these weather influences on measurement so that policy effects on trends in water quality become more distinct. This is done by using a hydrological process model. SWAP model more suitable for index concentration RIVM still uses the ONZAT model, developed by RIVM, for the calculations of the index concentration. However, ONZAT, a model to calculate transport of substances through the soil towards and through groundwater, is no longer updated or maintained. Therefore, RIVM considered it desirable to select and use another, more generally applied process model for the computation of index concentrations. The model comparisons showed that SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) was the most suitable successor for ONZAT to calculate index concentrations. The migration of the ONZAT model to SWAP does not have a significant effect on the weather corrections of the nitrate measurements, notwithstanding the differences between these models.Ministerie van I&

Research on four drilling and sampling methods for groundwater up to five metres below groundwater level in sandy areas

NB Klik hier voor de zip file met Bijlage 11: Analyseresultaten en veldgegevens ronde 1 t/m 3 De zogeheten Multi-Channel Well (MCW) geplaatst met de SonicSampDrill blijkt de beste methode te zijn om het grondwater bij landbouwbedrijven tot vijf meter onder de grondwaterspiegel te analyseren. Dat komt vooral doordat deze methode in staat is om tot die diepte met een machinale trilboring meerdere monsternemingsfilters te plaatsen. Daardoor zijn minder boorgaten nodig. Momenteel wordt bij landbouwbedrijven de grondwaterkwaliteit gemeten in de bovenste meter van het grondwater. Met die metingen, uitgevoerd binnen het Landelijk Meetnet Effecten Mestbeleid (LMM) worden effecten van het mestbeleid op de grondwaterkwaliteit onderzocht; die effecten weerspiegelen zich in de bovenste meter. Daarnaast worden deze metingen gebruikt om de grondwaterkwaliteit te toetsen aan de nitraatnorm. Momenteel wordt onderzocht of de toetsdiepte voor nitraat verlaagd kan worden naar vijf meter. Ten eerste omdat de Europese regelgeving daar ruimte voor lijkt te bieden. Ten tweede omdat nitraatconcentraties dieper in de bodem kunnen afnemen. Hierdoor wordt nu mogelijk te streng getoetst. Met de LMM-methode kan echter niet zo diep geboord worden. Mocht de toetsdiepte worden verlaagd, dan is dus een andere monsternemingsmethode vereist. Het RIVM heeft vier methoden onderzocht. Het onderzoek is uitgevoerd op zestien boorlocaties bij vier melkveehouderijbedrijven verspreid over de vier grote zandgebieden in Nederland (Noord, Oost, Centraal en Zuid). De onderzochte methoden kenmerken zich onder andere door handmatig of machinaal boren en door de installatie van tijdelijke of permanente filters. De methoden zijn beoordeeld op hun praktische inzetbaarheid en op de kwaliteit van de monsterneming. Zo blijkt de handmatige Van der Staay-methode, die tijdelijke filters plaatst, slechts op vijftig procent van de locaties op de gewenste diepte te kunnen komen. Met de machinale Uitschuifbare Punt-methode, die ook tijdelijke filters plaatst, is het boren en het verzamelen van watermonsters in de praktijk niet goed te combineren. Bij de MCW en de Direct Well-methode (DW) worden na machinale boring permanente filters geplaatst. In tegenstelling tot de MCW heeft de DW daarbij voor ieder filter een apart boorgat nodig.The so-called Multi-Channel Well (MCW), installed using the SonicSampDrill, has proven to be the best method for analysing groundwater on farms up to five metres below groundwater level. This is because this method - using just one sonic drilling allows placement of multiple sampling filters up to five metres below this level, so fewer boreholes are needed. At the moment, groundwater quality on farms in the Netherlands is measured in the uppermost one metre of the groundwater. These measurements, carried out in the framework of the Netherlands National Monitoring Programme for Effectiveness of the Minerals Policy (LLM in Dutch) are used to determine effects of the fertiliser policy on the groundwater quality; effects are reflected in the topmost metre. Besides this, measurements are also used to test the groundwater quality against the nitrate standard. At the moment it is being investigated if the test depth can be lowered to five metres. First of all, because this seems to be in line with the European regulations. And secondly, because concentrations of nitrate deeper in the soil can decrease. This involves the possibility of too stringent testing at the moment. However, the LMM method does not allow such deep drilling, so a lower test depth will require another drilling and sampling method. RIVM has investigated four methods at four dairy farms. These dairy farms are spread across the four large sandy areas in the Netherlands (north, east, centre and south). Every farm contains four drilling sites, totalling 16. The methods investigated are characterised, for example, by hand or machine drilling and by the installation of temporary or permanent filters. Methods are assessed on practical application and the quality of the sampling. With the manual Van der Staay method, in which temporary filters are installed, the desired depth is achieved at only 50 per cent of the sites. With the use of the mechanised Extendable Point Method, in which temporary filters are placed too, drilling and water sampling forms a poor combination in practice. The MCW and the Direct Well (DW) methods allow placement of permanent filters after machine drilling. Contrary to the MCW method, the DW method requires a separate borehole for each filter.VROMLN

Landbouwpraktijk en waterkwaliteit op landbouwbedrijven aangemeld voor de derogatie. Beschrijving van de meetnetopzet voor de periode 2006-2009 en de inhoud van de rapportages vanaf 2008

Translation of RIVM report 680717001. Alleen digitaal verschenenHet RIVM en het LEI hebben in 2006 in Nederland een monitoringnetwerk opgezet dat de gevolgen meet als landbouwbedrijven mogen afwijken (derogatie) van de Europese gebruiksnorm voor dierlijke mest. Het meetnet volgt driehonderd landbouwbedrijven die zich hebben aangemeld voor derogatie. Het legt de gevolgen vast voor de landbouwpraktijk en de waterkwaliteit. In dit rapport is de opzet van het monitoringnetwerk beschreven, evenals de wijze waarop vanaf 2008 over de resultaten zal worden gerapporteerd. Het rapport geeft onder andere aan wanneer welke cijfers beschikbaar zijn, en welke rekenmethoden gebruikt zullen worden om onder andere de bemesting en gewasopbrengst te berekenen. De Europese Nitraatrichtlijn verplicht lidstaten het stikstofgebruik via dierlijke mest te beperken tot maximaal 170 kg per hectare. Een lidstaat kan de Europese Commissie vragen hiervan onder voorwaarden af te wijken. Nederland heeft in december 2005 toestemming gekregen om vanaf 2006 tot en met 2009 onder voorwaarden af te mogen wijken van de gestelde norm. Dit betekent dat landbouwbedrijven 250 kilo stikstof per hectare mogen toedienen via dierlijke mest afkomstig van graasdieren (vooral koeien). Een van die voorwaarden is dat minimaal 70 procent van het totale areaal grasland is. Daarnaast is de Nederlandse overheid verplicht een monitoringnetwerk in te richten en de Commissie over de resultaten daarvan te rapporteren. De driehonderd deelnemers die worden gevolgd, zijn een steekproef van de circa 27.000 Nederlandse landbouwbedrijven die zich hebben aangemeld voor derogatie. Het netwerk is een onderdeel van het Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (LMM).In 2006 RIVM and LEI set up a monitoring network that measures the consequences of the option for farmers to deviate from the European use-standard for animal manure (derogation). The monitoring network follows three hundred farms benefiting from individual derogations and records the consequences for agricultural practice and water quality. This report describes the design and set-up of the monitoring network, as well as the content and layout of the annual reports from 2008 onwards containing results of the monitoring network. The report indicates, for example, what data will be available at a certain point in time, and what methods will be used to calculate such factors as fertilisation and yield. The Nitrates Directive obliges Member States to limit the use of animal manure to a maximum of 170 kg of nitrogen per hectare. A Member State may request the European Commission to deviate from this obligation under certain conditions. In December 2005, the European Commission granted the Netherlands the right to derogate from the obligation from 2006 till 2009 inclusive, implying that farmers could use up to 250 kg of nitrogen via manure of grazing livestock (particularly cows). One of the conditions is that 70% or more of the acreage available for manure application is grass. The Netherlands authorities are also obliged to set up a monitoring network and to report the results of this network to the European Commission. The 300 farms participating in the monitoring represent a sample taken from the approximately 27,000 Netherlands farms benefiting from individual derogations. The network is part of the National Programme for Monitoring the Effectiveness of the Minerals Policy (LMM).VROM-BWLLNV-D

Drain water quality of the Dutch clay regions during the 1996-2001 period

De bedrijfsvoering (stikstofoverschot) van landbouwbedrijven in de kleigebieden kan de nitraatconcentratie in drainwater het duidelijkst beinvloeden. De nitraatconcentratie is hoger naarmate het drainwater jonger is, terwijl de concentraties van de andere stoffen juist lager zijn in jonger drainwater. Ongeveer 40% van de bedrijfsgemiddelde nitraatconcentraties is hoger dan de Europese grenswaarde van 50 mg/l. Behalve de bedrijfsvoering beinvloedt ook het neerslagoverschot de nitraatconcentratie. Dit is vastgesteld met behulp van een landelijk meetnet. Hierbij werden tussen 1996 en 2001 bij 66 bedrijven monsters van het drainwater genomen. Het is mogelijk om met de huidige meetnetopzet met 80% zekerheid een daling van de nitraatconcentratie te detecteren, die door een veranderde bedrijfsvoering is veroorzaakt. Een voorwaarde voor detectie is dat andere invloeden, zoals het neerslagoverschot, niet aanwezig zijn of dat hiermee rekening kan worden gehouden.Management of agricultural farms (nitrogen surplus) can influence drain-water nitrate the most clearly. This is because nitrate appears to be more dominant in younger drain water, while other chemicals have lower concentrations in younger drain water. About 40% of the farm mean nitrate concentrations exceed the European threshold value of 50 mg/l. Besides management, precipitation excess also influences drain-water nitrate. This is the result of testing a new design for a national monitoring network, where drain water from 66 farms was sampled during the 1996-2001 period. The network was found to be capable of detecting, with 80% probability, a future decrease in drain-water nitrate caused by changing farm management. Detection is conditional to the absence of other influences, such as the precipitation excess, or to knowledge on other influences.VROMLN

Fluctuations in space and time of the nitrate concentration in the water saturated zone of 10 dairy farms in the sandy regions of the Netherlands

Groundwater of 10 dairy farms was sampled during two periods and analysed for nitrate. The sampling was done in the first meter of the saturated zone with temporary wells and up to 6 meter below the freatic level with permanent wells. The analyzed nitrate concentrations do not differ between the two sampling periods, however at the farms there is a great difference between the two periods.DGM/DWB-

Nitrate in the upper part of ground water under forests and heather of the sandy regions of the Netherlands

Nitraatconcentraties van het ondiepe grondwater onder de natuurgebieden op zandgrond zijn van invloed op de kwaliteit van het toekomstige diepere grondwater en het oppervlaktewater. Nitraat in het ondiepe grondwater van oligotrofe natuurgebieden is indicatief voor het stikstofoverschot dat is veroorzaakt door atmosferische stikstofdepositie van NHx en NOx. Nitraatconcentraties in het ondiepe grondwater zijn gemakkelijker te meten dan in het bodemvocht van de onverzadigde zone. Het doel van het onderzoek is om de oorzaken en de geografie van de nitraatconcentraties aan te geven. Daarom is het grondwater onderzocht onder natuurgebieden op zandgrond in Nederland. Het grondwater onder 155 ruiten (500 x 500 m2) met zandgrond, waarin zich 0,1 tot 25 ha bos en of heideveld bevindt, is eenmalig bemonsterd in de periode november 1989 tot en met april 1990. Per ruit zijn 10 grondwatermonsters genomen van de bovenste meter van het freatische grondwater van het natuurgebied. Natuurgebieden met een grondwaterstand dieper dan 5m beneden het maaiveld, zijn om technische redenen niet bemonsterd. Om organisatorische redenen zijn alleen natuurgebieden bemonsterd die in beheer zijn bij de overheid. In totaal zijn er 26467 ruiten met een oppervlak van 287000 hectares aan bos en heideveld op zandgrond. Uit de waarnemingen van de nitraatconcentraties blijkt dat de streefwaarde (5,6 mg/l aan nitraat-stikstof) en de drinkwaternorm (11,3 mg/l) in respectievelijk 37% en 20% van de 1526 waarnemingen wordt overschreden. De ruitgemiddelde nitraatconcentraties, die zijn berekend uit de afzonderlijke waarnemingen, overschrijden de streefwaarde en de drinkwaternorm in respectievelijk 50% en 19% van de 155 onderzochte ruiten. Mogelijke oorzaken voor hogere nitraatconcentraties zijn uitgedrukt in variabelen, die voorkomen in geografische gegevensbestanden over Nederland. Er is een relatie afgeleid tussen de gemeten nitraatconcentraties enerzijds en de variabelen anderzijds. Het is waarschijnlijk dat de ruitgemiddelde nitraatconcentraties worden beinvloed door: 1) het bodemtype. De nitraatconcentratie neemt toe in de volgorde: a -veenachtig (gooreerden, beekeerden en broekeerden), b -arm (humuspodzolen, vlakvaaggronden), c -droog en rijk (moderpodzolen, enkeerden). 2) de NHx-depositie en vegetatie. De nitraatconcentratie neemt toe bij meer NHx-depositie, hogere vegetatie en een groter aandeel naaldbomen in de vegetatie. 3) de oppervlakte van het natuurgebied ten opzichte van ander landgebruik. De nitraatconcentratie neemt toe naarmate de oppervlakte natuurgebied kleiner is. Dit wil zeggen dat dan lokale landbouwinvloeden en/of andere randeffecten groter zijn. Vervolgens is de relatie gebruikt om kansen op normoverschrijding te schatten voor nitraatconcentraties van niet bezochte lokaties en om een geografisch beeld te geven. Voor de nitraatconcentratie van het grondwater van bos en heide op zandgrond in Nederland, met uitzondering van de duinen, is geschat dat deze in ; - tenminste 48% en ten hoogste 58% van de 26467 ruiten hoger is dan de streefwaarde, - tenminste 46% en ten hoogste 56% van de 287000 hectares hoger is dan de streefwaarde, - tenminste 23% en ten hoogste 33% van de 26467 ruiten hoger is dan de drinkwaternorm, - tenminste 21% en ten hoogste 30% van de 287000 hectares hoger is dan de drinkwaternorm. Hoge concentraties komen vooral voor in het zuiden en oosten van het land en aan de randen van de Gelderse Vallei. Lage concentraties komen vooral voor in het noorden en midden van het land, met name op de Utrechtse Heuvelrug en de Veluwe.Nitrate is measured in ground water under forests and heather of the sandy regions in the Netherlands. Possible explanations for higher concentrations are expressed in variables being available in national geographic databases. The maesured concentrations and variables are statistically related. It is plausibel for the concentrations to be influenced by soiltype (an increase in the order ; wet soils, poor soils, and rich soils), atmospheric ammonia deposition and vegetation (an increase by more potential ammonia deposition in the presence of higher vegetation, with more coniferous trees as part of the vegetation) and surface area of forest and heather in respect to other landuse in the surrounding (an increase as agriculture or other landuse has more influence). It is estimated for nitrate to exceed the reference value at least in 46% and at most in 56% of the 287000 hectares. It is also estimated for nitrate to exceed the EEG directive for drinking water at least in 23% and at most in 30% of the 287000 hectares. (Coastal dunes are not considered).DGM/L

Drainwaterkwaliteit in de kleigebieden in de periode 1996-2001

De bedrijfsvoering (stikstofoverschot) van landbouwbedrijven in de kleigebieden kan de nitraatconcentratie in drainwater het duidelijkst beinvloeden. De nitraatconcentratie is hoger naarmate het drainwater jonger is, terwijl de concentraties van de andere stoffen juist lager zijn in jonger drainwater. Ongeveer 40% van de bedrijfsgemiddelde nitraatconcentraties is hoger dan de Europese grenswaarde van 50 mg/l. Behalve de bedrijfsvoering beinvloedt ook het neerslagoverschot de nitraatconcentratie. Dit is vastgesteld met behulp van een landelijk meetnet. Hierbij werden tussen 1996 en 2001 bij 66 bedrijven monsters van het drainwater genomen. Het is mogelijk om met de huidige meetnetopzet met 80% zekerheid een daling van de nitraatconcentratie te detecteren, die door een veranderde bedrijfsvoering is veroorzaakt. Een voorwaarde voor detectie is dat andere invloeden, zoals het neerslagoverschot, niet aanwezig zijn of dat hiermee rekening kan worden gehouden

Phosphate-saturated soils: a survey. Part 1: technical background information to support decision-making on policy

De technische achtergronden voor beleidskeuzen bij de aanpak van de fosfaatverzadigde gronden in Nederland hebben betrekking op de volgende vragen: (1) Voor welk gebied moet een wettelijke regeling van kracht worden? (2) Welke methode voor identificatie dient gebruikt te worden? (3) Welke kritische waarde (criterium) moet gebruikt worden bij het aanwijzen van gronden? (4) Welke verliesnorm moet gaan gelden voor de aangewezen gronden? Bij de beantwoording van deze vragen werd een aantal alternatieven gegeven, elk met hun voor- en nadelen. De beantwoording geschiedt vanuit het perspectief van een landelijke regeling. De beschreven opties en alternatieven kunnen ook gebruikt worden bij de gebiedsgerichte benadering, namelijk bij de selectie van gebieden en gronden binnen de relevante gebieden. Tenslotte worden enkele aanbevelingen voor onderzoek gedaan zoals de effecten op middellange en lange termijn voor de landbouw en het milieu bij de aanpak van de fosfaatverzadigde gronden. Op de korte termijn kan in ieder geval de vanuit de plantaardige productie gezien onnodig hoge fosfaattoestand van de landbouwgronden worden teruggebracht.The technical background to supporting the policy decisions on allocating phosphate-saturated soils and tackling the problems which these soils cause are presented here. Since 1987 the Dutch government has taken several steps to diminishing the problem of phosphate-saturated soils.New legislation will become available in 1998 for regulating the use of nutrients. The Ministries of Agriculture, Nature Management and Fisheries (LNV) and of Housing, Spatial Planning and the Environment (VROM) are planning to issue a general administrative order (GAO) to regulate phosphate use on phosphate-saturated soils. Several choices have to be made beforehand (1) Should the GAO cover the total agricultural area or should it be limited to, for example, the areas with known high historical loads? (2) What method should be used to identify phosphate-saturated soils? (3) Should management of all phosphate-saturated soils be restricted by the GAO or only the most polluted ones? (4) What level of net phosphorus export from the fields for which the GAO prescribes management restrictions should be implemented? Alternative answers to each of these questions have been formulated, with the pro's and cons for each given. Answers from the perspective of the GAO regulating farm management pertain to the national scale. The alternatives described can also be used for regulation limited to selected areas, such as those for nature conservation. In this case, methods described here can be used to select fields within the selected areas. In conclusion, several suggestions for future research are given, such as focusing on the effects in the long and medium term of soil phosphorus depletion on both agriculture and the environment. Although there are still questions to be answered, it has been made clear that the phosphorus status of most soils in the Netherlands at the moment is unnecessarily high from both the agricultural (plant production) and the environmental viewpoints.DGM/DW

Groundwater quality of natural sandy areas in the Netherlands

An increase in nitrate concentration is found under higher vegetation, southern forest borders, less vital forest stands, deeper groundwater levels (local factors) and more regional N, NOx and SOx deposition. Highest concentrations are found under Douglas fir, Scots pine, Black pine and Norway spruce respectively. An increase in sulphate concentration is found under higher vegetation, larger canopys, less vital forest stands, shallow groundwater levels, southern forest borders, forests bordering agricultural land and more regional agricultural surface, regional SOx deposition and less regional woodland. Highest concentrations are found under European oak, Norway spruce and Douglas fir respectively. An increase in aluminium concentration is found under less vital forest stands, at larger distances from agricultural land, under forests bordering low vegetation and clear cutted forests, under thicker litter layers, more regional deposition of N, NOx and SOx and less regional agricultural surface. Highest concentrations are found under Douglas fir, Black pine, Scots pine and Norway spruce respectively.DGM/DW