Transport af pesticider under en punktkildelokalitet

Baggrund og formål

Regionerne har i de seneste år haft en målrettet indsats mod pesticidforurening i grundvandet, som stammer fra punktkildeforureninger. Sideløbende er regionernes analysepakker blevet udvidet til at omfatte flere pesticidstoffer, så både udfasede pesticider, pesticider, der stadigvæk er i brug, og mange flere nedbrydningsprodukter er kommet med. Dette har været med til at skabe et stort datagrundlag for at vurdere forekomsten af pesticider og deres nedbrydningsprodukter (ref. pesticidstoffer) under pesticidpunktkilder. 

For flere pesticidpunktkildelokaliteter har det været svært at forklare stoffernes vertikale transport under konkrete geologiske og hydrogeologiske forhold på baggrund af deres forventede mobilitet og nedbrydelighed.  F.eks. ses der på nogle lokaliteter overraskende høj tilbageholdelse af stoffer, der har været forbudte i mere end 20 år, samtidigt med at stoffer, der er blevet markedsført frem til i dag, er observeret i det underliggende grundvandsmagasin. 

Formålet med projektet var at forstå forekomsten og transportveje af specifikke pesticider i forskellige dybder i kildeområder ved at belyse de styrende processer og faktorer.   

Ud fra resultaterne er der fremkommet en række anbefalinger til opmærksomhedspunkter ved ”den gode pesticidundersøgelse”. Dette skal bruges til bl.a. at sikre, at der for fremtiden undersøges i relevante dybder og afstande fra kilder. I Figur 1 er vist en konceptuel model med udvalgte fokusområder ved fremtidige forureningsundersøgelser under en pesticidpunktkilde.

Det er hensigten at denne nye indsigt skal indgå som et element i planlægning af bedre og mere effektive undersøgelser ved pesticidpunktkilder, opstilling af troværdige konceptuelle modeller og efterfølgende mere robuste risikovurderinger.  Målgruppen er regionerne, rådgivere og andre, som arbejder med undersøgelser af pesticidpunktkilder.  

 

Processen og grundlaget

Projektet bygger på 19 konkrete forureningsundersøgelser i alle fem regioner samt regionernes resultater fra punktkildeundersøgelser frem til 2020, som indeholder undersøgelsesresultater fra 311 lokaliteter i Danmark. Der er indhentet viden om 9 fokusstoffer (se Boks 1), der er konstateret i forbindelse med regionernes punktkildeundersøgelser, og som indgår i 12 af de 19 konkrete punktkildeundersøgelser. Der er simuleret et spænd af forskellige scenarier med en numerisk model for tre definerede typelokaliteter (se næste afsnit) og med udvalgte pesticider. Resultaterne skulle bidrage til en bedre forståelse af, hvordan forskellige parametre kan påvirke pesticidernes vertikale transport i den danske undergrund. For flere detaljer henvises der til hovedrapporten /1/. 

Definitionen af typelokaliteter

 

I forbindelse med projektet er 3 forskellige konceptuelle typelokaliteter (Figur 2) konstrueret ud fra de 19 konkrete forureningsundersøgelser udført af regionerne. De tre typelokaliteter giver selvfølgelig ikke et dækkende billede for alle geologiske, hydrogeologiske og redoxforhold, men er valgt for at belyse mønstre, betydende processer og styrende parametre under forskellige geografiske forhold. 

Den første typelokalitet (Type 1) repræsenterer lokaliteter med moræneler fra terræn og ned til det primære magasin og med sporadiske sandslirer indlejret. Den anden typelokalitet omfatter lokaliteter med moræneler, hvor der er indlejret et sammenhængende grundvandsførende sandlag, før det primære grundvandsmagasin træffes (Type 2). I nogle områder består geologien af et meget tyndt dæklag, der overlejrer et større, sammenhængende sandmagasin. Derfor er der med udgangspunkt i 3 konkrete cases blevet defineret en tredje typelokalitet (Type 3), hvorved et større sandmagasin er dækket af et tyndt morænelerlag. I forbindelse med projektet indgik der ingen konkrete forureningsundersøgelser, hvor der var sand fra det allerøverste jordlag og ned til et grundvandsmagasin, og derfor er denne typelokalitet ikke repræsenteret i dette projekt. 

For de konkrete lokaliteter i projektet, der hører ind under Type 1 og Type 2, optræder den mættede zone meget terrænnært (eks. ved 2 m u.t.) i den øverste del af morænelerlaget. For Type 3-lokaliteterne optræder den mættede zone omkring 10 m u.t., så der er en umættet zone under dæklaget. Ligeledes er overgangen mellem iltrige/aerobe og iltfattige/anaerobe forhold (redoxgrænsen) mere terrænnære ved Type 1 og Type 2-lokaliteterne og i større dybde ved Type 3-lokaliteter. 

Opmærksomhedspunkter vedr. overfladegeologi, geologi og hydrogeologi

Projektets resultater har vist, at det er vigtigt at tage højde for regionale forskelle i både overfladegeologi, geologi og nedbørsmængder/infiltrationer, når man skal vurdere pesticidstoffernes vertikale stoftransport. 

Regionernes mange punktkildeundersøgelser viser, at stofferne generelt påvises i større dybde i det østlige Danmark, hvor overfladegeologien hovedsageligt består af moræneler (Figur 3). Dette kan tyde på, at der forekommer en større vertikal transport under en leret overfladegeologi, hvilket kan tillægges hurtig vertikal transport i sprækker, mere terrænnær mættet zone, iltfattige forhold og deraf mangel på eller mindre potentiale for nedbrydning. Disse hypoteser er blevet undersøgt ved flere modelsimulationer opstillet efter de forskellige typelokaliteter. 

Sprækkernes betydning blev testet i modelscenarier for Type 1-lokaliteter, da der i denne geologi forventes sprækker i moræneleren. Sprækker med en hydraulisk apertur på mindre end 15-20 µm havde kun en lille indflydelse på transporten af pesticiderne igennem moræneler, hvorfor man kan regne med stempelstrømning, når man skal lave nedsivningsrisikovurderinger. Sprækker med hydraulisk apertur på 20 µm og 1 m indbyrdes afstand kan derimod forkorte transporten igennem et 10 meter tykt lerlag med 5-10 år for de mest mobile pesticider (f.eks. MCPP og DMS) og 15-20 år for de lidt mindre mobile (DPC). Sprækker med en hydraulisk apertur på 20 µm forekommer sjældent dybere end 5 m u.t. i moræneler /2/.

Figur 3 Venstre: DPC-forekomster, hvor overfladegeologien er enten ”ler” (mørkegrøn) eller ”sand” (lysegrøn). Koncentrationer af DPC påvist i maksimale dybder for hver enkelt lokalitet er plottet. Horisontale linjer indikerer minimum og maksimum koncentrationsværdier for DPC på hver enkelt lokalitet i mindre dybde. Højre: Kort der viser lokaliteter, hvor overfladegeologien er vurderet til at være enten sand eller ler.

Ved flere pesticidlokaliteter er der indlejringer af sekundære sammenhængende grundvandsforekomster i moræneleren (Type 2 i Figur 2). Her kan der ske horisontal vandtransport og dermed spredning af forurening (se Figur 1). Dette kan resultere i en signifikant forskydning af forureningsspredningen under kilden selv ved lave grundvandshastigheder og især for de mere mobile stoffer. F.eks. ses der en forskydning på 10 meter ved en hastighed på blot 0,6 m/år. Dette har stor betydning for planlægning af undersøgelser, da der er risiko for at undervurdere hele forureningens vertikale udbredelse, hvis man ikke indtænker muligheden for horisontal transport. 

På Type 3-lokaliteter forekommer der en sekvens med umættet sand med meget lav effektiv vandmætning (i umættet ler er den effektive vandmætning større på grund af større kapillærkræfter) og det forventes, at der kun er en vertikal strømning. Umiddelbart skulle man tro, at den vertikale stoftransport ville være langsommere, da retardation i det umættede sand er omvendt proportional med den effektive vandmætning, men det ses i modellerne i Figur 4, at den vertikale pesticidtransport sker hurtigere i en umættet, sandet zone i forhold til en mættet zone. Dette skyldes, at den effektive vandfyldte porøsitet er mindre under umættede forhold, og derfor er vandstrømningen hurtigere. Idet den umættede zone og den underliggende mættede zone ofte er aerobe, er der også gunstige forhold for aerob nedbrydning. Dette gør, at pesticider som MCPP og clopyralid kun vil forekomme i lave koncentrationer i det underliggende magasin. Pesticidstofferne med lav nedbrydningsevne (f.eks. DMS og DPC) viste høje vertikale forureningsfluxe til det mættede grundvandsmagasin.

 

Viden om lokalitetens historik og anvendelsesperiode 

Stoffers anvendelsesperiode er et vigtigt punkt i forbindelse med den vertikale udbredelse af pesticider under en given punktkilde samt gennembruddet til et underliggende grundvandsmagasin. Projektet foreslår, at så fremt der mangler viden om den specifikke anvendelse på en given lokalitet, anbefales det at se på en periode, hvor 90 % af salget er foregået, så længe denne er overlappende med driftsperioden for den specifikke lokalitet. Dette er illustreret i Figur 1. For yderligere diskussion af dette henvises der til /1/ og /3/. 

Varighedsbetragtninger på forureninger fra pesticidpunktkilder

Det vurderes ud fra modelsimuleringer, at det mindre mobile fokusstof, DPC, vil påvirke de primære magasiner i samme niveauer i flere årtier (>30 år) endnu på Type 1 lokaliteter (Figur 5). På lokaliteter med sprækker forventes de mere mobile stoffer som DMS og clopyralid til gengæld at give en faldende påvirkning i de kommende årtier. På lokaliteter uden sprækker kan der forventes stigende niveauer af DPC i de kommende år, samt en vedvarende tilførsel af stoffer som clopyralid frem til ca. 2035. Sprækkers betydning på pesticidstoffers transport ned til grundvandsressourcen er yderligere beskrevet i /4/. 

Ved modelsimuleringer for Type 2 lokaliteter har DPC ikke nået det regionale grundvandsmagasin endnu (Figur 5). Derfor er det sandsynligt, at forureningsfluxen med DPC vil stige de kommende årtier ved denne typelokalitet. De resterende stoffer har nået et maksimalt niveau, men kun DMS vil være faldende før år 2040. 

For lokaliteter med et tyndt eller ingen dæklag (Type 3 lokalitet) kan man forvente, at de højeste koncentrationsniveauer i grundvandsmagasinerne er til stede nu (Figur 5), og at man i perioden 2020-2040 vil kunne observere faldende niveauer af de fleste pesticidstoffer. 

I alle modelscenarierne ses det, at nedbrydningen har ret stort potentiale for at nedbringe koncentrationer/forureningsfluxe for de fleste pesticidstoffer. For stoffer som clopyralid og MCPP, der nedbrydes i væsentlig grad under aerobe forhold, har nedbrydningen væsentlig betydning for, hvor stor forureningsflux der gennembryder morænelerlaget. DMS og DPC nedbrydes i mindre grad, hvorfor forureningsfluxen med disse stoffer er den samme til det regionale grundvandsmagasin. Derudover tilbageholdes DPC også i væsentlig grad både i moræneler og sand, og det forventes derfor, at DPC vil påvirke grundvandsressourcen i mere end 20 år (Figur 5).  

Det anbefales at tilpasse ovenstående vurderinger til konkrete lokaliteter, da der ved modelsimuleringerne er lavet en række antagelser. Ved ovenstående betragtninger antages det f.eks., at stofferne har været anvendt i hele deres tilladte anvendelsesperiode, at der ikke er horisontal strømning i grundvandsmagasinet og dermed fortynding, samt at dæklaget har en bestemt tykkelse, som er bestemt ud fra typelokaliteterne. Det antages også, at infiltrationen på alle typelokaliteter er 200 mm/år. Ved lavere infiltrationsrater vil ankomsttiden til magasinet udskydes, og styrken af belastningen mindskes, men udvaskningen forlænges. Det anbefales derfor, at man arbejder med et spænd af infiltrationsværdier på f.eks. 100-300 mm/år, når man skal vurdere den vertikale udbredelse af mobile pesticider. Dette diskuteres yderligere i /1/ og /3/.  

 

Stoffernes transportegenskaber

Ved risikovurdering og prognoser for varighed er det vigtigt, at der benyttes troværdige sorptionsværdier (Kd-værdier) og nedbrydningsværdier. Hertil findes der meget lidt viden, og værdierne kan spænde bredt. De fleste værdier for pesticidstoffernes nedbrydnings- og transportegenskaber repræsenterer ikke typiske, danske sedimenter og er ofte stedsspecifikke, hvorfor det kan være svært at udarbejde troværdige varighedsprognoser for pesticidstoffernes påvirkning af grundvandsressourcen. Det har f.eks. vist sig, at der er en tendens til at undervurdere tilbageholdelsen af flere pesticidstoffer i moræneler, hvis man tager udgangspunkt i Kd-værdier i den eksisterende litteratur. Ved modelsimuleringerne er nedbrydningsraterne i høj grad skønnede værdier, og her er der også et betydeligt videnshul både i moræneler og i grundvandsmagasiner.

Anbefalinger til undersøgelser af pesticidpunktkilder 

Projektet har resulteret i en række anbefalinger til fremtidige pesticidpunktkildeundersøgelser, som kan føre til troværdige og fremtidssikre risikovurderinger. 

Ved fremtidige pesticidpunktkildeundersøgelser skal der være en bedre forståelse af den vertikale transport på en given lokalitet, og vurdering af forureningens varighed forudsætter viden om lokalitetens historik herunder anvendelsesperiode af de forskellige pesticidstoffer. Figur 1 er en simplificeret illustration af nogle af de vigtigste opmærksomhedspunkter identificeret i projektet.

Der er et behov for konkret viden om lokalitetens geografiske og geologiske forhold. Et realistisk bud på infiltration er afgørende, men kan være svær at estimere, hvorfor det anbefales, at der arbejdes med et spænd af værdier. Endvidere bør sandsynligheden for tilstedeværelse af store sprækker vurderes. Dette kan f.eks. gøres på SiteEval /5/. Man bør også vurdere om der er mulighed for horisontal transport i sekundære grundvandsforekomster, som fører til forskydning og forsinkelse af forureningsfanens spredning til dybereliggende magasiner.  Derudover kan tilstedeværelse af en umættet zone også have stor betydning for hastighed af den vertikale transport samt aerob nedbrydning.

I dette projekt er der udarbejdet et katalog af forskellige modelscenarier for de tre typologier, som med fordel kan bruges til at understøtte den konceptuelle forståelse for en given lokalitet samt vurderingen af fremtidig udvaskning til underliggende magasiner /1/. Da erfaringer fra flere lokaliteter viser en tilbageholdelse af pesticider i jord, har projektet også synliggjort værdien af jordanalyser, analyser af porevandet og niveauspecifikke vandprøver. Disse metoder vurderes at bidrage væsentligt til den konceptuelle forståelse og sikrer en troværdig risikovurdering. Der er dog et behov for, at detektionsgrænserne for jordanalyserne sænkes til 0,1-1 µg/kg TS for at kunne påvise relevante koncentrationer i forhold til risikovurdering.  

Referencer

/1/ Miljøstyrelsen, 2023: Udvikling af en bedre konceptuel forståelse af pesticidernes transport under kildeområder. Erfaringer fra pesticidpunktkildeundersøgelser. Teknologiudviklingsprojekt, rapport godkendt til publicering.

/2/ Miljøstyrelsen, 2022: Mapping groundwater vulnerability to pesticide contamination through fractured clays, CLAYFRAC. Pesticide Research no. 206.

/3/ Anna Krog Nielsen, Klaus Mosthaf, Annika Fjordbøge, Sandra Roost, Tove Svendsen, Nanette Schouw, Poul L. Bjerg, Aikaterini Tsitonaki, 2023: Grundvandsforurening fra pesticidpunktkilder. Vand&Jord nr. 4 (2023), udkommer til december 2023.

/4/ Majken Frederiksen, Klaus Mosthaf, Peter Tüchsen, Nina Tuxen, Annika Fjordbøge, Poul Bjerg, 2023: Hvor længe påvirker pesticidkilder drikkevandsressourcen? Vand&Jord nr. 4 (2023), udkommer til december 2023.

/5/ SiteEval 3.0 (geus.dk): http://geuskort.geus.dk/siteeval/