Innamepunt in het IJsselmeer voor drinkwaterproductie te Andijk
Innamepunt in het IJsselmeer voor drinkwaterproductie te Andijk
Klimaatverandering zorgt voor stijgende luchttemperaturen, veranderende neerslagpatronen, zeespiegelstijging en vaker extreem weer. Deze klimaatdrukfactoren hebben effect op de waterkwaliteit en hydrologie van het IJsselmeer, maar zorgen ook voor meer variatie in de afvoer van de IJssel, Rijn en omliggende regionale wateren ( en daarin opgeloste stoffen) beïnvloedt de biologische waterkwaliteit van het IJsselmeer. Hierdoor ontstaan verschillende ‘drukfactoren’ voor de waterkwaliteit in het IJsselmeer. Hogere luchttemperaturen en verminderde wateraanvoer zorgen bijvoorbeeld voor hogere watertemperaturen en verzilting. Daardoor neemt de kans op stratificatie (vorming van verschillende lagen in het water waartussen weinig uitwisseling plaatsvindt) en zuurstofloosheid in het IJsselmeer toe. Piekbuien kunnen juist weer leiden tot veel afstroming vanuit landbouwgebieden en afvoer uit riooloverstorten. Extra organisch materiaal en nutriënten kunnen eutrofiëring veroorzaken. Afbeelding 1 geeft deze processen weer. Voor deze abiotische effecten heeft Wageningen Environmental Research in kaart gebracht tot welke mogelijke biotische drukfactoren in het IJsselmeer zij kunnen leiden. Als gevolg van deze veranderingen en de verschuiving van ecologische evenwichten, zijn drie belangrijke ecologische risico’s geïdentificeerd [1].
Afbeelding 1. Dwarsdoorsnede van IJsselmeer met effecten van klimaatdrukfactoren op de biologische waterkwaliteit.
Risicofactoren
Ten eerste zijn hogere temperaturen, grotere temperatuurschommelingen, meer nutriënten en meer stratificatie gunstig voor de ontwikkeling van algen en met name blauwalgen, ten koste van macrofyten (grotere waterplanten). Dit kan leiden tot (blauw)algenbloei. Blauwalgen kunnen zeer goed nutriënten opnemen en groeien sneller bij hogere temperaturen. Doordat ze ook nog eens relatief licht zijn blijven ze beter zweven in de bovenste lagen van een warme waterkolom. Ze maken het water troebel en kunnen andere primaire producenten wegconcurreren door licht en CO2 weg te vangen. Door verstopping van membraanfilters vergroot dit onder andere de zuiveringsinspanning die nodig is om drinkwater te maken. Daarnaast kunnen blauwalgen een scala aan cyanotoxines produceren, die giftig kunnen zijn voor de mens. Welke cyanotoxines er meer worden geproduceerd bij een veranderend klimaat, en of deze bij de drinkwaterproductie goed te verwijderen zijn, is nog lastig te voorspellen. Een ander ecologisch risico vormt de instroom van organisch materiaal in het IJsselmeer. Door onregelmatigere neerslag met hogere pieken, kan er meer organisch materiaal en nutriënten afspoelen uit bovenstroomse gebieden en riooloverstorten. Door deze instroom, in combinatie met de hogere temperaturen, neemt de microbiële activiteit in het meer toe. Daardoor neemt de zuurstofconcentratie in het water af en worden anaerobe afbraakproducten gevormd. Als er door hogere watertemperaturen ook nog eens stratificatie optreedt, vergroot dit de kans op zuurstofloze diepere waterlagen. Dit vormt niet alleen een risico voor het ecosysteem, maar kan ook de noodzakelijke zuiveringsinspanning voor het drinkwaterbedrijf verhogen. Organische moleculen die uit langere ketens bestaan (biopolymeren), zoals meervoudige suikers, eiwitten en vetzuren, zijn bij het zuiveringsproces moeilijker te verwijderen. Deze zouden echter door bovenstaande ontwikkelingen toe kunnen nemen.
De Quaggamossel is het derde risico. Deze exoot heeft zich sinds 2007 snel verspreid in het IJsselmeer. De mosselen hebben een filterend vermogen (positief), maar produceren ook veel larven (negatief). Door de hogere temperaturen duurt het voortplantingsseizoen langer en veel mossellarven kunnen leiden tot een hogere belasting van de voorzuivering en extra beheersinspanningen. Daarnaast neemt de kans op massale mosselsterfte bij watertemperaturen boven de 25 °C toe [3]. Dan kunnen de ontbindende mosselen zorgen voor een toename van afbraakproducten, zoals ammonium en andere nutriënten, die weer kunnen leiden tot een toename van algen. Dit zorgt vervolgens weer voor een slechtere waterkwaliteit en mogelijk een grotere zuiveringsinspanning.
Huidige correlaties
Om inzicht te krijgen in mogelijke verbanden tussen drukfactoren die een ecologisch risico zouden kunnen veroorzaken, is met waterkwaliteitsdata van het PWN-in-namepunt bij Andijk onderzocht welke correlaties tussen relevante parameters er nu al zichtbaar zijn (afbeelding 2). Het klimaat is immers al decennia in verandering. Uit de dataset van 1990 tot 2023 zijn relevante fysische, chemische en biologische parameters geselecteerd in een tijdreeks van minimaal tien jaar. Deze parameters zijn in een correlatieplot gezet en hiërarchisch geclusterd.
Afbeelding 2. Correlatieplot van relevante parameters gemeten in inlaatwater bok Andijk, 1990-2024. *Parameters met minder dan 20 overeenkomende punten in de correlatieplot zijn niet getest op significantie. Totaal organisch stof is op verschillende manieren gemeten en is per methode opgenomen in de matrix
Hieruit kunnen we enkele clusters afleiden van parameters die (sterk) met elkaar correleren. Zo zijn de verschillende fracties van organisch materiaal vrij sterk gecorreleerd, waaronder totaal organisch koolstof, opgelost organisch koolstof, grotere organische moleculen en humuszuren. De meeste van deze parameters zijn niet of zelfs negatief gecorreleerd met chloride en geleidingsvermogen. Dit betekent dat er door afspoeling meer organisch materiaal in het IJsselmeer terecht komt tijdens natte perioden, wanneer relatief zoet water het IJsselmeer bereikt en zoutwaterintrusie geen kans heeft. In het midden van de plot zien we een cluster waarin hogere chlorideconcentraties en geleidbaarheid correleren met hogere concentraties biopolymeren, chlorofyl-A en sulfaat. De correlatie van chloride en geleidbaarheid met sulfaat laat zich verklaren door zoutwaterintrusie vanuit de Waddenzee tijdens droge perioden. In diezelfde perioden is het water in het IJsselmeer relatief stilstaand en vaak ook relatief warm. Of de toename van biopolymeren gerelateerd is aan de hogere zoutconcentraties of aan het stilstaande, warme IJsselmeerwater is niet herleidbaar. Duidelijk is wel dat het IJsselmeerwater in perioden van verzilting ook op andere voor de drinkwaterzuivering relevante parameters zal verslechteren. Dit is extra relevant omdat PWN voor ontzilting met membraantechnologie juist goed voorgezuiverd water nodig heeft.
Casestudie: zomer 2023
Extreme omstandigheden in recente jaren kunnen een idee geven over de toekomst. Een voorbeeld is de hete zomer van 2023. Die was zeer warm en zonnig. Juni was de warmste en zonnigste junimaand sinds het begin van de metingen. Dat vertaalde zich in verschillende abiotische en biotische drukfactoren: de watertemperatuur was in juni 2023 erg hoog en de hoeveelheid algen liet dan ook een enorme piek zien. Ook in september was het water erg warm en het zuurstofgehalte laag, maar dit was niet terug te zien in de gemeten hoeveelheid algen. Op luchtfoto’s en satellietdata uit september is goed te zien dat het oosten van het IJsselmeer wel sterk groen kleurt door hoge concentraties algen. Deze bereikten echter niet het meer westelijk gelegen Andijk. Bij een andere wind- en stromingsrichting was dit mogelijk wel zichtbaar geworden in de waterkwaliteitsdata van Andijk. Dit toont ook aan hoe de omstandigheden in het IJsselmeer kunnen variëren.
Conclusie en aanbevelingen
De klimaat-gerelateerde ecologische risico’s voor de drinkwaterproductie komen voort uit een samenloop van fysische, chemische en hydrologische factoren die invloed hebben op verschillende schalen. Om de risico’s te verkleinen zijn verschillende maatregelen mogelijk. Op kleinschalig niveau zou de monitoring van relevante parameters kunnen worden uitgebreid, niet alleen bij het innamepunt Andijk, maar ook op andere locaties in het IJsselmeer en waar mogelijk met satellietdata. Hiermee zouden, samen met het toepassen van hydrologische en klimaatmodellen, voorspellende ecologische modellen kunnen worden ontwikkeld, als ‘early warning-systemen’.
Als vervolg op een breder en fijnmaziger monitoringsnetwerk, is een gereedschapskist met mitigerende en adaptieve maatregelen denkbaar om efficiënt in te kunnen grijpen. Denk hierbij aan 1) het vergroten van het vermogen om selectief het beste water in te nemen, door buffers uit te breiden en lange innamestops te overbruggen en 2) verdere (natuurlijke) voorzuivering van het IJsselmeerwater, bijvoorbeeld met daarvoor ontworpen bekkens en een ‘zuiverend landschap’ [3].
Daarnaast kunnen er op stroomgebiedschaal maatregelen genomen worden. De effecten van af- en uitspoeling worden namelijk voor een groot deel bepaald door de hoeveelheid organisch materiaal en nutriënten die tijdens en na buien in het oppervlaktewater terecht komen en uiteindelijk het IJsselmeer bereiken. Maatregelen in het achterland om deze toevoer te beperken zijn bijvoorbeeld: kringlooplandbouw zodat stoffen niet of minder uitspoelen, bufferstroken tussen het water en agrarische percelen, neerslag vasthouden en bergen waar deze valt door de sponswerking te herstellen en overstromingsruimte te bieden.
Klimaatverandering en de effecten daarvan op de biologische waterkwaliteit van het IJsselmeer zijn een reëel risico voor de drinkwaterproductie. Er zijn opties om dit risico te verkleinen. Op dit moment zijn de huidige en toekomstige risico’s nog niet kwantificeerbaar in termen van kans en gevolg. Met deze scopingstudie hebben we een beter beeld gekregen van drie typen potentiële risico’s: blauwalgen, organische stoffen en mosselen. In 2023 bemoeilijkte een geleidelijke toename van (blauw)algen al de drinkwaterproductie. Mosselsterfte is nog niet waargenomen, maar het risico bestaat dat dit plots gebeurt na het passeren van een tipping-point (kantelpunt). Het mitigeren van deze risico’s vraagt extra investeringen in de waterzuivering (o.a. energie en additieven voor de zuivering, en in de toekomst nieuwe infrastructuur zoals bekkens). Bij het mitigeren van de risico’s is het belangrijk om de maatregelen op verschillende schaalniveaus goed te integreren: 1) het bovenstrooms gebied van de IJssel en Rijn; 2) het IJsselmeer; en 3) de technische zuivering en bekkens.
Het IJsselmeer is een belangrijke bron voor drinkwaterproductie. Er is nog veel onbekend over hoe klimaatverandering doorwerkt op de biologische waterkwaliteit. Een slechtere biologische waterkwaliteit kan verschillende ecologische risico’s met zich meebrengen die problemen kunnen geven bij de drinkwaterproductie. In dit artikel bespreken we een aantal van die risico´s: overmatige groei van blauwalgen, teveel organisch materiaal in het IJsselmeerwater en de Quaggamossel.