Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 177: Undersøgelse for mulige sammenhænge mellem miljøfarlige forurenende stoffer og oplandskarakteristika i vandløb

Sørensen, P.B. & Johansson, L.S. 2020. Undersøgelse for mulige sammenhænge mellem miljøfarlige forurenende stoffer og oplandskarakteristika i vandløb. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 48 s. - Teknisk rapport nr. 177. http://dce2.au.dk/pub/TR177.pdf

Sammenfatning

Formålet med projektet er at bruge eksisterende data til at afdække kvantitative sammenhænge mellem arealanvendelse og målte koncentrationsniveauer i henholdsvis sediment- og vandfase af miljøfarlige forurenende stoffer (MFS) i vandløb. Der er medtaget data fra både den operationelle overvågning og kontrolovervågningen i NOVANA.

 

Der er sedimentdata fra i alt 129 stationer og vanddata fra 154 stationer. Hver station er undersøgt mellem én og fire gange i løbet af perioden 2011-2018. For vandprøver gælder det, at der typisk er taget månedlige prøver de enkelte år. Hvis en station er undersøgt flere år, er det ikke nødvendigvis de samme stoffer, der er undersøgt hvert år.

 

Forekomsten af MFS er blevet sammenholdt med karakteristik af de enkelte oplande til målestationerne i form af følgende attributter: Arealandel af Vej, Bycentrum og Industri (AVBI), Arealandel af Midlertidigt og Intensivt Landbrug (AMIL) samt oplandstype, hvor der skelnes mellem påvirkning fra oplandet i form af RegnBetingede Udledninger (RBU) eller Landbrug og Spredt Bebyggelse (LSB).

 

Der blev primært brugt en multivariat analysemetode efter samme princip, som blev anvendt i Sørensen og Johansson, (2020). Metoden består af to trin for hver kombination af stof og sampling fra hhv. sediment- og vandfase. Første trin undersøger, om der er nogle sammenhænge mellem de enkelte stoffer, udtrykt gennem principalkomponenter fra en principal component analyse (PCA). Anden fase anvender principalkomponenternes scoring i en lineær model til at undersøge, om der kan ses en korrelation til enten AVBI, AMIL eller oplandstype.

 

Overordnet set er der i datamaterialet kun få stoffer, der har tilstrækkeligt mange målinger til, at en PCA kan gennemføres. Derfor gennemføres analysen med et begrænset antal stoffer. Det er vigtigt at påpege, at signifikansniveauerne, der er opnået og udtrykt gennem Pr-værdien, ikke kan tolkes konventionelt som sandsynligheden for at opnå det specifikke resultat under forudsætningen af, at H0 hypotesen en korrekt. Det skyldes, at de enkelte korrelationer er udvalgt netop pga. en lav Pr-værdi. Pr-værdien skal alene tages som udtryk for, hvilke korrelationer der mest sandsynligt afspejler en reel sammenhæng. Således afdækker denne undersøgelse alene de sammenhænge, som med mindst usikkerhed kan tolkes som reelle sammenhænge.

 

De perfluorerede forbindelser er undersøgt i en del af prøverne, men koncentrationen er i mange prøver målt til at være under detektionsgrænsen, og der er anvendt to forskellige detektionsgrænser for samme stof. For at kunne anvende principalkomponenterne til at undersøge en sammenhæng med en forklarende variabel er der for et udvalgt stof, perfluoroctansulfonsyre (PFOS), anvendt en left censored zero-inflated-model, som direkte forsøger at modellere de vilkår, som prøven er målt under.

 

For sedimentprøverne var det kun stoffer i gruppen af PAH’er, der opfyldte kriterierne for den statistiske analyse. Der var meget stærk kovariation mellem de enkelte PAH’er. Tre PAH’er blev fundet i alle sedimentprøver, som var analyseret for denne stofgruppe, og der var der en signifikant positiv relation til både AVBI og til den kategoriske variabel oplandstype. Relationen til oplandstype pegede desuden på, at især RBU kunne være kilde til PAH-tilførsel, dvs. overlap med AVBI.

 

Metallerne i vandprøverne forekom med en del individuel variationsmønstre, der peger på, at de har forskellige kilder og skæbne i miljøet. Et variationsmønster, der mest var relateret til forekomst af nikkel og manglende forekomst af cadmium, udviste en årstidsrelation, med højeste værdi om sommeren. En mulig forklaring kan være, at sommervandføringen, pga. større andel af spildevand og grundvand i baseflow’et, opkoncentrerer nikkel, men fortynder cadmium, mens det er omvendt for vintervandføringen, hvor tilførslen er mere domineret af overfladenær afstrømning. Den samme variationsmønster viste også en positiv korrelation til AVBI. I en analyse med flere metaller udviste både nikkel og zink samme tendens til sammenfaldende at korrelere positivt med AVBI og negativt med AMIL, omvendt udviste cadmium, chrom og i mindre omfang barium en tendens til negativ korrelation med AVBI. Kobber og bly udviste et noget uklart resultat uden nogen entydig korrelation til AVBI. Punktkilder i oplandet viste tendens til en positiv korrelation til zink, kobber, bly og negativt til cadmium og chrom.  

 

Glyphosat og AMPA er de to hyppigst fundne pesticider i vandprøverne, og de udviste en stor grad af kovariation. Der var dog også en del variation, hvor de to stoffer ikke var sammenfaldende, svarende til forskellig historik for nedbrydning og transport. Sammenfaldende udviste glyphosat og AMPA en årstidsvariation med de højeste koncentrationer om sommeren, hvilket indikerer, at vandløbenes baseflow indeholder de højeste stofkoncentrationer. Desuden var der en tendens til at glyphosat havde en korrelation med AMIL. En undersøgelse af en lidt større gruppe pesticider viste en svag positiv korrelation mellem MCPA og AMIL, mens trichloreddikesyre og 2,6-dichlorbenzamid udvist svag negativ korrelation.

 

Mange perfluorerede forbindelser lå under detektionsgrænsen, og PCA blev derfor kun anvendt for tre stoffer. Analysen viste, at stofferne havde en del kovariation til fælles, men også en betydelig variation individuelt. Den ovenfor beskrevne left censored zero-inflated-model blev anvendt til at undersøge relationen mellem perfluoroctansulfonsyre (PFOS) og AVBI. Resultatet indikerede en voksende forventet koncentration med stigende AVBI, men ikke nogen stærk relation, da kun lidt af variationen blev beskrevet. Samtidig estimerede modellen, at ca. 20 % af de indsamlede prøver fra oplande stort set uden byer, industri og veje var prøver, der kan betragtes som værende uden indhold af stof (0-prøver); andelen af 0-prøver faldt til nul ved en arealandel på omkring 25 % for AVBI.

 

De relationer, der er afdækket i denne statistiske analyse, kan bruges til at guide prioriteringen af indsatsen i forbindelse med opstilling af en egentlig modellering af koncentrationsniveauer i disse oplande. Det skal dog påpeges, at det ikke har været muligt at finde tætte relationer mellem de oplandsspecifikke forklarende variable (AVBI, AMIL og Oplandstype) og fund af stoffer, hvilket peger på, at det kan være udfordrende at opstille en modellering til forudsigelse af koncentrationsniveauer på baggrund af arealanvendelse og oplandstype.