Op 13 januari 2021 verdedigde Liang Yu succesvol haar proefschrift ‘Groundwater-surface water interaction in urban lowland catchments: water quality dynamics in the city of Amsterdam’ over de invloed van grondwater op de waterkwaliteit in en rond de stad Amsterdam.

Het onderzoek van Liang ontrafelt de rol van grondwater als onderschatte bron van de nutriënten stikstof en fosfaat in oppervlaktewater in verstedelijkte laaglandgebieden. Vooral in stedelijke polders, waaronder veel wijken van Amsterdam, wordt het oppervlaktewater in meer of mindere mate gevoed door nutriëntrijke grondwaterkwel. Uit het onderzoek bleek dat deze bron vaak dominant is ten opzichte van andere welbekende bronnen zoals het effluent van rioolwaterzuiveringsinstallaties, het lekken van riolen en zelfs het landbouwkundig gebruik in de stedelijke randpolders. Nutriëntrijk oppervlaktewater leidt in het algemeen tot een verminderde ecologische kwaliteit van oppervlaktewater, vaak tot overschrijding van normen van de Kaderrichtlijn Water maar kan ook leiden tot overlast voor bewoners en huisdieren door overmatige groei van blauwalgen.

Dynamiek van de nutriëntenconcentraties

Door bestaande datasets van oppervlaktewater- en grondwatermonitoring te combineren met gerichte bemonsteringscampagnes en de toepassing van hoogfrequente meettechnologie werd in het onderzoek meer zicht gekregen op de dynamiek van de nutriëntenconcentraties. De veranderingen van de waterkwaliteit in tijd en ruimte bleken te worden bepaald door mengprocessen tussen grondwaterkwel en oppervlakkige afspoeling van verhardingen en daken, maar ook door natuurlijke biologische processen als primaire productie van algen en waterplanten en door geochemische processen zoals de vastlegging en mobilisatie van fosfaat met ijzerhydroxiden in de waterbodem en de waterkolom. Doordat regenwater in stedelijke gebieden nauwelijks infiltreert in de bodem, wordt bodempassage grotendeels overgeslagen en komt het water sneller in het stedelijke oppervlaktewater terecht. De mengprocessen vinden daardoor plaats in het oppervlaktewater zelf of in en rond de kunstmatige drainagemiddelen die zijn aangelegd.

Processen volgen

In de onderzochte stadspolder Geuzenveld bleken de mengprocessen goed te volgen door de grote verschillen in opgeloste stofconcentraties tussen grondwater en afspoelend regenwater. Stikstof in de vorm van ammonium uit het grondwater blijkt de opgeloste stofconcentraties te volgen en wordt het hele jaar naar de boezem afgevoerd door het gemaal. Behalve in het voorjaar en de vroege zomer als vrijwel alle aangevoerde ammonium wordt gebruikt voor primaire productie. Fosfaat blijkt vooral in de winter te worden afgevoerd. Het grondwaterfosfaat wordt tussen voorjaar en herfst vastgelegd door sorptie aan ijzerhydroxiden in de waterbodem maar wordt in de winter alsnog afgevoerd als de oxidatie verschuift naar de waterkolom.

Inzichten voor praktisch waterbeheer

De verwachting is dat Waternet de nieuwe inzichten in de bepalende processen kan gebruiken in het praktisch waterbeheer in de stedelijke gebieden van Amsterdam. “Voor de Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO, zijn de resultaten uit dit onderzoek waardevol omdat de studie laat zien hoe intrinsiek grondwater en oppervlaktewater zijn gekoppeld en hoe de geologische gesteldheid van de ondergrond medebepalend is voor waterkwaliteitsbeheer in onze delta,” aldus Hans Peter Broers, copromotor en hydrogeoloog bij TNO. Het proefschrift (Engelstalig) is hier te downloaden. Vragen kunt u stellen aan Hans Peter Broers via hans-peter.broers@tno.nl.

De begeleiding was in handen van Prof. Han Dolman (VU Amsterdam), Prof. Jack Middelburg (Universiteit Utrecht), Dr. Hans Peter Broers (Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO), Dr. Joachim Rozemeijer (Deltares), Dr. Ype van der Velde (VU Amsterdam), Dr. Boris van Breukelen (TU Delft) en Drs. Maarten Ouboter (Waternet).