Effect peilvariaties op waterkwaliteit IJsselmeer

Effect peilvariaties op waterkwaliteit IJsselmeer


Boderie en Hulsbergen

1204495-004

© Deltares, 2012

1204495-004-VEB-0002, 7 maart 2012, definitief

Inhoud 1 Kader

1

2 Inleiding

3

3 Methode 3.1 Basis van het simulatiemodel 3.2 Beschrijving van het model 3.3 Berekeningen 3.4 Gefaseerde aanpak

5 5 5 6 8

4 Resultaten 4.1 Resultaten berekeningen 4.2 Discussie

9 9 11

5 Conclusies

19

6 Referenties

21


i van 21


1 Kader In het voorjaar van 2011 zijn door het Programmabureau Deltaprogramma IJsselmeergebied (DPIJ) in samenwerking met partijen in de regio, kennisinstellingen en adviesbureaus vier strategieën ontwikkeld, gericht op de lange termijn peilontwikkeling van het IJsselmeer, het Markermeer en de Randmeren. Deze strategieontwikkeling vormde het einde van fase 1 van het Deltaprogramma en brengt de hoekpunten van het speelveld in beeld. Dat wil zeggen dat deze strategieën de uitersten bevatten wat betreft het peilverloop waarbinnen mogelijke strategieën en voorkeursstrategieën in volgende fases verder worden uitgewerkt. Aan de vier gepresenteerde strategieën is een kennisagenda gekoppeld met vragen die van belang zijn om inzicht te krijgen in de uitvoerbaarheid en consequenties daarvan. Via DPIJ en in opdracht van de Waterdienst van Rijkswaterstaat is Deltares betrokken bij de beantwoording van een aantal van deze kennisvragen. De voorliggende rapportage gaat in op de kennisvragen met betrekking tot het thema Veiligheid / zoetwateraanvoer / Waterkwaliteit / Zoutbelasting / Ecologie / Oevermorfologie / Riviermorfologie / Grondwatereffecten / Slibdynamiek in het Markermeer.


1 van 21


2 Inleiding Deltares voert momenteel in het kader van het project Deltaprogramma IJsselmeergebied (DPIJ) een studie uit waarin wordt gekeken naar de effecten van een ander beheer van het IJsselmeergebied. Een van de vragen die hierbij gesteld wordt is wat het effect is van peilveranderingen op de waterkwaliteit en algengroei in het IJsselmeer. Maatregelen die mogelijk in het IJsselmeergebied getroffen gaan worden zijn peilverandering, verleggen van polderlozingen, saneringen van lozingen, luwtestructuren (Markermeer) etc. De genoemde maatregelen hebben een effect op de fysisch-chemische waterkwaliteit en op de primaire productie (algengroei en doorzicht). In een quickscan op basis van expert inschatting (Deltares, 2010) is naar voren gekomen dat aanpassing van het peilbeheer invloed kan hebben op de waterkwaliteitsprocessen in het IJsselmeergebied via: •

De watertemperatuur (snelheden van waterkwaliteitsprocessen en stratificatie).

•

De waterdiepte op verticale uitwisselingsprocessen en onderwater lichtcondities.

Modelmatig onderzoek naar de effecten van peilstijging op de waterkwaliteit van het IJsselmeer is ons niet bekend. De verwachting is dat peilstijging zal leiden tot meer (een groter areaal) en vaker (langduriger) perioden met stratificatie aan de bodem. Als gevolg van stratificatie kan ’s zomers of ’s nachts zuurstofloosheid optreden. De ernst hiervan wordt op voorhand niet hoog ingeschat. Daarnaast leiden peilscenario’s tot een gewijzigde diepteverdeling en als gevolg daarvan een veranderde temperatuurverdeling in ruimte en tijd. Peilstijging leidt verder tot een gewijzigde waterbuffer en, bij gelijkblijvende aan- en afvoer van water, tot een grotere verblijftijd. De verblijftijd is een bepalende factor voor ecologische processen. Een hoger peil leidt gemiddeld (maar let op ruimtelijke verdeling!) tot een dieper meer met voor algen minder gunstige lichtcondities. De combinatie van deze effecten op algengroei en primaire productie schatten we als significant in en voor de beoordeling ervan is een meerdimensionaal simulatiemodel nodig. In ANT (Deltares, 2011) is de noodzaak van een ‘ecosysteemmodel’ voor het Markermeer en IJsselmeer al in een vroeg stadium (2009) onderkend maar het heeft tot najaar 2011 geduurd voordat er met ANT financiering begonnen is aan de opzet zo’n waterkwaliteit- en ecologiemodel voor het IJsselmeer (Delft3D WAQ-ECO), van dit model wordt in deze verkenning gebruik gemaakt.


3 van 21


3 Methode Om het effect van peilvariaties in het IJsselmeer op de waterkwaliteit in het meer in te schatten is gebruik gemaakt van het best beschikbare modelinstrumentarium op 20 november 2011. Het model is gebruikt om effecten te kwantificeren, met behulp van expert kennis zijn effecten die niet met het model kunnen worden gekwantificeerd in kaart gebracht. Deze paragraaf beschrijft kort de opzet en status van het model. Het model is opgezet door de WUR studente Annette Janssen en begeleid door Hans Los en Pascal Boderie. Een uitgebreidere documentatie van het model zal begin 2012 beschikbaar komen (WUR Msc. thesis Annette Janssen). 3.1

Basis van het simulatiemodel De basis van het model is de 3D schematisatie van het IJsselmeer die in 2010 in ANT kader werd opgezet en inmiddels gebruikt is om (zie ook deelrapportage DPIJ zoutbelasting IJsselmeer): Algenatlas IJsselmeer 2003 (Eleveld ea, 2003). Zoutindringing via de Afsluitdijk sluizen te berekenen. Zoutoverslag over de afsluitdijk en de watertemperatuur en stratificatie bij klimaatscenario’s te berekenen. In het verleden heeft WL|Delft Hydraulics algengroei in het IJsselmeer gesimuleerd in 2D (Michielsen en Los, 1988) en in 3D (Vos, e.a. 2002). De procesformuleringen voor algemene waterkwaliteit en groei van algen is gebaseerd op deze twee studies en kort samengevat in paragraaf 3.2.

3.2

Beschrijving van het model Het waterkwaliteitsmodel voor het IJsselmeer dat voor deze studie is gebruikt wordt gekenmerkt door: Een 3D hydrodynamica (45000 segmenten, sigma lagen) met actuele windforcering en waterstanden uit het jaar 2006. Maakt nog geen gebruik van ruimtelijke patroon van zwevend stof dat op dit moment nog ongevalideerd is. Berekent geen golven. Een geaggregeerd waterkwaliteit model. In de horizontale dimensie is het aantal segmenten 5x5 geaggregeerd tot 1500 segmenten, in de vertikaal is het aantal lagen beperkt tot 1 (één). Zo is een 2-dimensionaal waterkwaliteitsmodel ontstaan. Dat wil zeggen dat de waterkolom vertikaal homogeen gemengd is. Het lichtklimaat wordt met een lineair model op basis van achtergrondextinctie, een opgelegd ruimtelijk homogeen slibveld en de gemodelleerde organische stoffen (algen, detritus en overig organisch materiaal) berekend. Maakt gebruik van de door de 3D hydrodynamica berekende watertemperatuur, (ruimtelijk gedifferentieerd). Om gedetailleerd en nauwkeuriger naar stratificatie te kijken is van het 3D stromingsmodel ook een zogenaamde z-lagen variant gemaakt. Z-lagen zijn geschikter om verticale temperatuurstratificatie te bestuderen. De uitvoer van dit model (3D ruimtelijke watertemperatuur) is niet gebruikt voor de waterkwaliteitsberekeningen.


5 van 21


De doorlooptijd is ruim vier dagen en omdat de z-lagen berekening uitgevoerd is met een beta release moet deze goed worden gecontroleerd. Berekent de soortensamenstelling van fytoplankton met tenminste drie functionele groepen (diatomeeën, groen- en blauwalgen). Maakt (nog) geen gebruik van zooplankton en of mosselen modules en kent daarom geen begrazing van fytoplankton. Kent een de bodem die in evenwicht is met de waterkolom; netto vindt er geen nalevering van nutriënten vanuit de bodem plaats. Het 2D waterkwaliteit- en algenmodel voldoet goed (expert opinie Hans Los 14 november 2011): het voorspelt nutriënten concentraties en chlorofylconcentraties goed, de soortensamenstelling van de algen is realistisch. Het model is daarmee geschikt om te gebruiken voor het kwantificeren van het effect van peilvariaties. 3.3

Berekeningen In deze studie zijn twee peilscenario’s met elkaar vergeleken. De keuzes voor de peilen zijn vanwege de beperkte doorlooptijd gedeeltelijk op pragmatische gronden gemaakt. De basis vormde een simulatie voor het jaar 2006, voor dat jaar is een waterbalans van het IJsselmeer beschikbaar en in deze studie als huidige situatie (DPIJ1) gebruikt. Voor het scenario met peilverandering moet de waterbalans zodanig worden aangepast dat de gewenste peilen in het 3D model worden gereproduceerd. De standaard methodiek daarvoor is om op het gewenste tijdstip in het 3D model water toe te voegen of af te voeren. De benodigde debieten zijn eenvoudig te berekenen uit het product van de peilverandering en de oppervlakte van het IJsselmeer. Deze methodiek is ook toegepast voor de evaluatie van de effecten van peilstijging op slibdynamiek in het Markermeer. Het gevolg van deze methode is dat de nutriënten aanvoer (de IJssel is b.v. de belangrijkste bron van stikstof voor het IJsselmeer) dan verandert, hetgeen de onderlinge vergelijking van de scenario’s bemoeilijkt.1 Voor het scenario peilstijging is de waterbalans daarom aangepast aangepast door: 1. Het werkelijke IJsseldebiet (en daarmee de nutriënten vracht) te laten zoals het in 2006 was. 2. De spuidebieten maximaal 20% te verminderen waardoor het peil kan stijgen. 3. De simulatie start met een peil van -0.39 m +NAP. Vanwege de stabiliteit van de hydrodynamische berekening is een begrenzing van de variatie van de spuidebieten nodig. Het resultaat het peilverloop is weergegeven in Figuur 3.1 (blauwe curve) en lijkt qua verloop van de peilen behoorlijk op het DPIJ1 verloop, waarbij het minimum van het zomerpeil (-40 cm) pas in oktober (4e kwartaal) wordt gerealiseerd. Om het effect van peilvariatie te beoordelen moeten drie aspecten van de peilvariatie op de waterkwaliteit worden bekeken, te weten: Peilopzet in de winter (zoals in DPIJ3 en DPIJ4). (extra)peilopzet in het voorjaar (DPIJ3). Peilverlaging in de nazomer (DPIJ2).

1

In principe kan het IJsselmeerpeil ook stijgen door meer water over de IJssel af te voeren

6 van 21



Idealiter zouden dus sommen voor DPIJ2, 3 en 4 gedraaid moeten worden, er was echter slechts tijd voor één simulatie, waar dus zoveel mogelijk aspecten van peilvariatie gecombineerd moesten worden. Het bleek niet goed mogelijk om de forse peilopzet in het voorjaar (DPIJ3) met de IJsselaanvoer en de stabiliteitsbeperkingen, te realiseren. We hebben daarom één som gemaakt op basis van DPIJ4. In deze berekening zit ook een periode met een significante peilverlaging (van +30 naar -40 cm) die een indicatie kan zijn voor het effect van het uitzakken van het peil zoals in DPIJ3. In deze verkennende studie wordt het effect van peilverhoging op de waterkwaliteit en primaire productie dus gebaseerd op de vergelijking van twee simulaties die qua peilverloop lijken op DPIJ1 en DPIJ4. Het peilverloop is weergegeven in Figuur 3.1 (paarse curve). Het is aan te bevelen om nog twee simulaties uit te voeren met: 1. Een hoger voorjaarspeil en 2. een vroeger nazomerpeil. Tabel 3.1. Peilverloop in de vier hoekpunten in IJsselmeer uit “samenvatting Strategie Ontwikkeling DPIJ” van RWS (2011).

winterpeil voorjaarspeil zomerpeil

DPIJ1 huidig

DPIJ 2 opzetten uitzakken

DPIJ3 meestijgen opzetten

DPIJ4 benutten stijging

-30 -20 -40

-30 +10 -80

+30 +110 -40

+30 +30 -40

Figuur 3.1 Verloop van de waterpeilen in het IJsselmeer (Vrouwezand) zoals in het simulatiemodel voor DPIJ1 (blauw) en DPIJ4 (paars) in het waterkwaliteitsmodel zijn gerealiseerd.


7 van 21


De sommen zijn gemaakt voor het referentiejaar 2006. Voor de meteorologie is KNMI station Lelystad gebruikt. Voor de watertemperatuur van alle modelranden, de meest relevante is de IJssel, maken we gebruik van meetwaarden van station Lobith. IJsselafvoeren zijn op dagbasis bepaald en houden dus geen rekening met een eventueel verhoogde buitenwaterstand. Droge cellen zijn aangepast om zoveel mogelijk ondiepe delen toch in het model op te nemen, waarbij dijken via Google Earth de randen bepalen. Dit is gedaan voor de z-lagen som (resultaten niet gebruikt in deze studie). Het model genereert resultaten voor watertemperatuur, algengroei (totaal chlorofyl gehalte, soortensamenstelling), doorzicht en licht op de bodem. 3.4

Gefaseerde aanpak Bij significant gebleken effecten van peilstijging kunnen ook de effecten op basis van 3D simulaties van de waterkwaliteit worden bepaald, waaronder bijvoorbeeld het effect van peilstijging op het zuurstofgehalte aan de.

8 van 21



4 Resultaten 4.1

Resultaten berekeningen De vergelijking tussen DPIJ1 (huidige situatie) en DPIJ4 (peilstijging) is gemaakt voor drie centrale punten in het IJsselmeer (noord, centraal (Vrouwezand) en zuid) en op een drietal locaties dichter bij de kust waar de diepte kleiner is (Kornwerderzand, Lemmer en Krabbersgat). Er wordt gekeken naar de watertemperatuur, de nutriënten stikstof, fosfaat en silicium, chlorofyl-a en het percentage licht aan de bodem. Tabel 4.1 omvat de absolute verschillen (concentraties) en relatieve verschillen ten opzichte van het referentiescenario DPIJ1 (%) samen voor de gehele simulatieperiode van een jaar en voor twee perioden die karakteristiek zijn voor de periode met verhoogd peil (zomer) en voor de hele zomerperiode waarin het peil verhoogd is en uitzakt (april - oktober). Op basis van de samengevatte modelresultaten in Tabel 4.1 en figuren 4.1 en 4.2 concluderen we het volgende: De watertemperatuur verandert niet noemenswaardig. In het DPIJ4 scenario zijn de gemiddelde temperaturen niet meer dan 1% lager dan in de referentie. Individuele temperaturen verschillen iets meer maar maximaal een paar tienden van graden. Door de grotere watermassa warmt deze in het voorjaar minder snel op en koelt in het najaar wat langzamer af. DPIJ 4 leidt als gevolg van de peilopzet gemiddeld tot een 15% dieper watersysteem waarin de concentraties van nutriënten (N, P, Si) zijn verlaagd. De belasting van het IJsselmeer met nutriënten door lozingen en afvoer van de IJssel is voor beide scenario’s precies gelijk gekozen. Als gevolg van het grotere volume van het IJsselmeer in DPIJ4 is de verdunning van deze belastingen wat groter hetgeen resulteert grosso modo in lagere concentraties van nutriënten. Totaal stikstof in het IJsselmeer neemt van het zuiden naar het noorden af (jaargemiddeld) van 2.1 tot 1.2 mg/l, fosfaat vertoont geen gradiënt en varieert rond 0.08 mg/l. De jaargemiddelde afname in DPIJ 4 bedraagt maximaal 5% stikstof en voor fosfaat maximaal 4%. Voor ondiepe locaties zijn de effecten water groter, voor de zomerperiode iets kleiner. De berekende concentratie algen (chlorofyl-a) is in DPIJ4 in de zomer orde 3-8% lager. Er treden geen verschuivingen op in de soortensamenstelling van algen (resultaten niet getoond). In de nazomer als DPIJ4 extreem uitzakt (-80 cm) en de waterdiepte in de buurt van de oorspronkelijke diepte van de referentie situatie komt verdwijnt het verschil in chlorofylgehalte (zie Figuur 4.1). In het zuidelijk deel van het meer is het effect gemiddeld kleiner, op sommige momenten zijn chlorofylgehalten daar hoger (zie 15 mei in Figuur 4.1).


9 van 21


Er blijkt geen effect op het opgelost zuurstof gehalte maar dat is ook niet te verwachten omdat het gebruikte model in de verticaal homogeen gemengd is (2D). Na de geplande upgrade van het waterkwaliteitsmodel naar een 3D schematisatie bevelen we aan om nogmaals naar zuurstof te kijken. De indicator percentage licht aan de bodem in het IJsselmeer verandert in Tabel 4.1 het sterkst als gevolg van peilverhoging (orde -30%). Echter voor de locaties in tabel is dat niet zo relevant omdat er ook in de referentie situatie al nauwelijks licht doordringt. In Figuur 4.2 is de verandering in percentage licht in procentpunten gepresenteerd. Voor augustus is te zien dat in de randen van het IJsselmeer de lichtcondities significant afnemen (meer dan 2% licht aan de bodem). Tabel 4.1

Samenvatting van de verschillen tussen DPIJ1 en DPIJ4 in het IJsselmeer. De verschillen zijn bepaald voor zes parameters (kolom 1: Chlorofyl in ug/l, Straling op de bodem (%), watertemperatuur ( C), totaal stikstof, fosfaat en silicium in mg/l) en zes karakteristieke locaties in het meer (kolom 2: Noord, Centraal (=Vrouwezand), Zuid, Krabbersgat, Kornwerderzand en Lemmer). Het betreft gemiddelden over de volgende drie perioden: het hele jaar 2006 (kolommen 3-5), de zomer van juni - september (kolommen 6-8) en het zomerhalfjaar van april - oktober (kolommen 9-11).

1

2

3

4

Jaar parameter Chlorofyl-a (ug/L)

Diepte (m)

Straling bodem (% bodem)

Temperatuur (gaad C)

Totaal N (mg/L)

Totaal P (mg/L)

Totaal Si (mg/L)

10 van 21

lokatie Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat Noord Centraal Zuid Kornwerderzand Lemmer Krabbersgat

DPIJ-1 47.3 48.0 55.5 56.9 127.7 40.2 5.1 6.1 4.4 3.4 3.3 2.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2 10.7 10.8 11.3 10.7 10.7 10.9 1.2 1.5 2.1 1.0 7.2 0.9 0.07 0.08 0.08 0.06 0.16 0.04 3.4 3.3 3.2 3.8 13.9 2.0

5

6

7

Zomer

DPIJ-4 43.7 44.2 54.0 51.8 107.3 35.9 5.6 6.6 4.9 3.9 3.8 2.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 10.7 10.8 11.2 10.7 10.7 10.9 1.1 1.4 2.1 1.0 6.7 0.9 0.06 0.07 0.08 0.06 0.15 0.04 3.4 3.2 3.2 3.6 13.2 2.1

8

9

10

11

Zomerhalfjaar

Verschil DPIJ-1 DPIJ-4 Verschil DPIJ-1 DPIJ-4 Verschil -7% 53.9 53.6 -1% 59.2 56.8 -4% -8% 54.6 50.7 -7% 54.5 52.2 -4% -3% 65.0 62.4 -4% 56.1 56.7 1% -9% 76.3 70.9 -7% 73.4 67.7 -8% -16% 142.5 132.1 -7% 141.4 130.6 -8% -11% 58.1 43.3 -25% 49.2 43.4 -12% 9% 5.2 5.6 9% 5.1 5.6 9% 8% 6.2 6.7 8% 6.2 6.7 8% 11% 4.5 5.0 11% 4.5 5.0 11% 14% 3.5 4.0 14% 3.4 3.9 14% 15% 3.4 3.8 14% 3.3 3.8 14% 20% 2.5 3.0 19% 2.5 3.0 19% -24% 0.0 0.0 -38% 0.0 0.0 -29% -26% 0.0 0.0 -26% 0.0 0.0 -28% -34% 0.0 0.0 -34% 0.0 0.0 -36% -20% 0.0 0.0 -31% 0.0 0.0 -23% -38% 0.0 0.0 -75% 0.0 0.0 -46% -22% 0.2 0.1 -18% 0.2 0.1 -24% 0% 20.4 20.4 0% 14.8 14.7 -1% 0% 20.3 20.3 0% 14.8 14.7 -1% 0% 20.6 20.6 0% 15.4 15.3 -1% 0% 20.6 20.5 0% 15.1 15.0 -1% 0% 20.5 20.5 0% 15.1 15.0 -1% 0% 20.7 20.7 0% 15.3 15.2 -1% -8% 1.0 1.0 1% 1.4 1.3 -6% -6% 1.0 1.0 -3% 1.6 1.5 -3% -4% 1.1 1.1 -1% 1.8 1.8 0% -7% 1.1 1.1 -3% 1.3 1.2 -7% -7% 5.5 5.1 -7% 6.4 6.0 -6% -5% 0.8 0.8 -9% 1.2 1.1 -4% -5% 0.07 0.07 0% 0.08 0.07 -2% -3% 0.07 0.07 -4% 0.07 0.07 -1% 0% 0.07 0.07 2% 0.07 0.07 3% -5% 0.08 0.08 -3% 0.08 0.07 -5% -6% 0.17 0.16 -5% 0.17 0.16 -4% -2% 0.06 0.05 -9% 0.05 0.05 -2% -2% 4.0 4.4 11% 4.1 4.2 1% -1% 2.5 2.9 15% 3.3 3.5 6% 0% 2.4 2.6 6% 2.8 3.0 5% -7% 6.2 5.9 -4% 5.0 4.7 -7% -5% 11.0 11.8 7% 12.4 12.4 0% 3% 2.1 2.6 26% 2.7 2.9 9%



4.2

Discussie De verwachting was dat de watertemperatuur niet significant zou wijzigen als er een ander peilbeheer wordt geïntroduceerd. Bij peilverhoging in het IJsselmeer bestaat er bij zomerse omstandigheden bij perioden met weinig wind een iets grotere kans op stratificatie, dat is met het 3D temperatuur model niet aangetoond. Bij uitzakken van het peil blijkt de dieptegemiddelde watertemperatuur niet te veranderen. Als stratificatie optreedt heeft dat effect op de verticale uitwisselingsprocessen (menging) en daarmee op lage zuurstofgehalten of zelfs zuurstofloosheid nabij de bodem. Peilstijging leidt tot een gewijzigde waterbuffer en, bij gelijkblijvende aan- en afvoer van water, tot ten grotere verblijftijd en lagere concentraties van aangevoerde stoffen. Het effect blijkt voor totale nutriënt concentraties beperkt. De verblijftijd is een bepalende factor voor ecologische processen. Een hoger peil leidt gemiddeld tot een dieper meer met voor algen minder gunstige licht condities. In DPIJ4 neemt de diepte toe waardoor minder licht de bodem bereikt. Bij gelijkblijvende concentraties van lichtabsorberende stoffen (algen, zwevend stof, detritus ect.) in het water verwacht je een afname van de hoeveelheid licht aan de bodem die alleen afhangt van de diepteverandering. Voor een peilverandering van 0.5 m verwacht je ordergrootte 60% minder licht aan de bodem (wanneer de coëfficiënt voor uitdoving van licht 1/m bedraagt). De range is gevoelig voor deze coëfficiënt, een variatie van ±50% erin leidt tot 40 tot 80% minder licht bij de bodem. Bij grotere diepte nemen naar verwachting de bijdragen van zwevende stof, humus zuren en organisch materiaal echter wél af. Door deze positieve terugkoppeling kan weer wat meer licht de bodem bereiken. Het overall effect van peilstijging laat zich niet eenvoudig beredeneren De combinatie van deze effecten op algengroei en primaire productie was vooraf moeilijk in te schatten, maar werd als mogelijk significant gezien. Uit de huidige modellering, en uit voortschrijdend inzicht vanuit het ANT project, blijkt algengroei in het IJsselmeer in de huidige situatie slechts gedurende een beperkte tijd van het jaar (alleen in de wintermaanden) licht gelimiteerd is. In de rest van het jaar is het fosfaatgehalte limiterend voor de groei. De beïnvloeding van het onderwaterlichtklimaat via peilverandering heeft daarom maar een relatief klein effect. Zo zien we in het model 3-8% minder algen waardoor het water helderder wordt. De rol van fosfaat is voor wat betreft eutrofiering van het IJsselmeer een sleutelparameter. Er moet daarom goed rekening worden gehouden met eventueel veranderende fosfaatbelasting. De volumeverandering van het IJsselmeer als gevolg van peilopzet (door het beperken van de afvoer via de spuisluizen) heeft een beperkt maar merkbaar effect op de verdunning van aangevoerde nutriënten, hetgeen tot lagere nutriënt concentraties leidt. Of het huidige model het effect van peilveranderingen op het fosfaatgehalte helemaal correct beschrijft is met enige onzekerheid omkleed omdat het model geen nalevering uit de bodem kent. Indien de gewenste peilstijging gerealiseerd wordt door meer IJsselwater via het IJsselmeer af te voeren neemt de verblijftijd minder toe dan nu berekend is. Naar verwachting is het effect op verdunning dan van dezelfde orde grootte.


11 van 21


De modellering doet geen uitspraken over de effecten van peilstijging op hogere trofische niveaus (zooplankton, mosselen, vissen). De voedselsituatie van deze organismen hangt voornamelijk af van de hoeveelheid (de massa) primair geproduceerd materiaal (algen, detritus). De massa in het meer neemt als gevolg van verdunning door volumevergroting niet zo sterk af als de concentratie, immers bij de lagere concentratie hoort een groter volume en massa = volume x concentratie. Het effect op hogere organismen is kleiner dan het effect op de concentratie. Bij peilverhoging is er minder grote en minder frequente erosie van bodemmateriaal. Bij het uitzakken van het peil geldt de omgekeerde redenering en kan het gehalte zwevend stof toenemen en doorzicht afnemen. Mede vanwege de lange verblijftijd worden er door aangepast peilbeheer geen significante veranderingen in de fysisch-chemische waterkwaliteit verwacht. Deze verwachting is met het huidige model niet onderzocht omdat er onvoldoende vertrouwen is in de kwaliteit van het beschikbare slibmodellering in het IJsselmeer.

12 van 21



depth from water surface to bottom of segment @ IJsselmeer C

depth from water surface to bottom of segment (m)

6.9 t11 2006 t12 dpij4

6.8 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1 6 5.9 Q1 2006

Q2 2006


Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

13 van 21


ambient water temperature @ IJsselmeer C 30 t11 2006 t12 dpij4

ambient water temperature (oC)

25

20

15

10

5

0

-5 Q1 2006

Q2 2006

Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

total nitrogen (including algae) @ IJsselmeer C 3.5 t11 2006 t12 dpij4 total nitrogen (including algae) (gN/m3)

3

2.5

2

1.5

1

0.5 Q1 2006

14 van 21

Q2 2006

Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007



total phosphorus (including algae) @ IJsselmeer C 0.12 t11 2006 t12 dpij4

total phosphorus (including algae) (gP/m3)

0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 Q1 2006

Q2 2006

Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

total silica (including algae) @ IJsselmeer C 4.5 t11 2006 t12 dpij4

total silica (including algae) (gSi/m3)

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1 Q1 2006

Q2 2006


Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

15 van 21


Chlorophyll-a concentration @ IJsselmeer C 140 t11 2006 t12 dpij4

Chlorophyll-a concentration (mg/m3)

120

100

80

60

40

20

0 Q1 2006

Q2 2006

Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

Irradiation at bottom [% of surface] @ IJsselmeer C 14 t11 2006 t12 dpij4

12

10

radbot [%rad]

8

6

4

2

0 Q1 2006

Q2 2006

Q3 2006 tijd

Q4 2006

Q1 2007

Figuur 4.1 Concentratieverschillen als functie van de tijd tussen DPIJ1 en DPIJ4 voor diepte, watertemperatuur en diverse waterkwaliteitsvariabelen (totaal stikstof, fosfaat en silica) en percentage licht aan de bodem.

16 van 21



verschil watertemperatuur ( C) - april

verschil watertemperatuur ( C) - augustus

verschil totaal stikstof (mg/L) – mei

verschil totaal stikstof (mg/L) – augustus

verschil totaal fosfor (mg/L) – mei

verschil totaal fosfor (mg/L) – augustus


17 van 21


verschil opgelost silica (mg/L) - mei

verschil opgelost silica (mg/L) - september

verschil chlorofyll-a (ug/L) – mei

verschil chlorofyll-a (ug/L) – augustus

verschil percentage bodemlicht (%) - mei

verschil percentage bodemlicht (%) - augustus

Figuur 4.2 Concentratieverschillen DPIJ4-DPIJ1 voor het IJsselmeer in april (linker kolom) en in augustus (rechter kolom) voor achtereenvolgens watertemperatuur en diverse waterkwaltietisvariabelen (totaal stikstof, fosfaat en silica) en percentage licht aan de bodem.

18 van 21



5 Conclusies De veranderingen in waterkwaliteit als gevolg van peilverandering in het IJsselmeer zijn beperkt. Het effect van temperatuur is nihil maar mogelijke effecten van stratificatie zijn nog niet onderzocht, het daarvoor benodigde 3D modelresultaten zijn wel beschikbaar. Algengroei in het IJsselmeer is in de huidige situatie en in het scenario met peilverandering slechts gedurende een beperkte tijd van het jaar (alleen in de wintermaanden) licht gelimiteerd. In de rest van het jaar is het fosfaatgehalte limiterend voor de groei. De beïnvloeding van het onderwaterlichtklimaat via peilverandering heeft daarom maar een relatief klein effect. De rol van fosfaat is voor wat betreft eutrofiering van het IJsselmeer een sleutelparameter. De nutriënten concentraties nemen met zo’n 5% af waardoor ook algengroei wat lager is. Er treedt geen verandering in soortensamenstelling op. Als gevolg van peilopzet wordt het water dieper en resteert in principe minder licht aan de bodem wat, afhankelijk van diepte en bodemsamenstelling, ongunstig voor de ontwikkeling van waterplanten kan zijn. Aanbevolen wordt om nog een extra simulatie uit te voeren met: Een hoger voorjaarspeil (conform DPIJ2) en een vroeger nazomerpeil (conform DPIJ). En dit te doen nadat het model voor het IJsselmeer is “afgerond” (voorjaar 2013).


19 van 21


6

Referenties Deltares 2011a Projectplan KPP / Toegepast Onderzoek – ANT IJsselmeergebied. Auteur S. Groot Project 1204155. Deltares, 2011. Deltares, 2011b Waterkwaliteit in relatie tot peilbeheer IJsselmeergebied Quick Scan van de gevolgen van veranderd peilbeheer in het IJsselmeergebied op de zoutbelasting en waterkwaliteit. Auteur S. Groot Eleveld, M., Koster, E., Boderie, P, Dury, S, Pasterkamp, Van der Woerd, H, Oostinga K en W. van der Geer, 2003. Algenatlas IJsselmeer, 2003. Uitgave: Rijkswaterstaat Directie IJsselmeergebied, Meet- en Informatiedienst (RWS-IJG-PAM). IJG rapport 2005-4 ISBN nummer 9036913365. Michielsen en Los, 1989. Toepassing van het model Delwaq-Bloom-Switch op het IJsselmeer en Markermeer. WL | Delft Hydraulics, rapport T1515. 1997. RWS, 2011. De Hoekpunten van het Speelveld. Eindrapport Strategieontwikkeling. Deltaprogramma IJsselmeergebied Fase 1 Vos, R.J., P. Boderie, H.J. Gons, I. v. Splunder, H.J. Hoogenboom, H. v.d. Woerd, N. Villars, H. Hoogveld, M. Rijkeboer, R.W.L. Jordans, and J.H.M. Hakvoort. 2002. Het gebruik van remote sensing voor monitoring en modellering van algen in het IJsselmeer. BCRS 2.3 AP/-07. BCRS.

Effect peilvariaties op zoutbelasting Markermeer en IJsselmeer

21 van 21

Effect peilvariaties op waterkwaliteit IJsselmeer

Recommend Documents