Pad: Ecohydrologie / Standplaats, vegetatie en landschap / Samenstelling van grondwater / Chemische typering

Chemische typering

Inleiding
Het EGV-IR diagram van Van Wirdum
Het Stiff-diagram
Het Piper-diagram
De Stuyfzand-typologie
De MAION-methode
Literatuur

Inleiding
De hoeveelheden aan macro-ionen in grondwater kunnen grafisch worden verwerkt, zodat in één oogopslag duidelijk wordt om wat voor soort grondwater het gaat. Bekend zijn onder meer de verwerkingsmethoden volgens Van Wirdum, Stiff, Piper, en Stuyfzand. Ook de MAION-methode wordt veel gebruikt. Op de methode van Stuyfzand na zijn alle methoden volledig gebaseerd op ladingsequivalenten (meq/l). In de praktijk koppelt men deze karakteriseringen van grondwater vaak aan vegetatietypes. Dat is in deze paragraaf expliciet gedaan bij de MAION-methode. Zie Waterkwaliteit en vegetatietype voor nog een voorbeeld, en zie Ecohydrologische systeemanalyse.

Het EGV-IR diagram van Van Wirdum
Wanneer men een beperkt budget heeft kan men voor ecologische doeleinden een eerste typering van watermonsters krijgen aan de hand van het elektrisch geleidingsvermogen EGV en de ionenratio IR volgens Van Wirdum:

De IR geeft een indicatie van het aandeel van calciumionen in de kationensom. Verschillende monsters kunnen samen in één diagram worden weergegeven, met op de x-as het EGV logaritmisch uitgezet, en op de y-as de IR (zie f2‑17). In het EGV-IR-diagram zijn altijd drie referentiepunten opgenomen:

Meer over de samenstelling aan macro-ionen van deze soorten water is te vinden in De belangrijkste ionen. De achterliggende gedachte van het EGV-IR-diagram is dat de chemische samenstelling tijdens de kringloop van het water verandert. Bijna alle monsters van Nederlandse grond- en oppervlaktewateren vallen binnen de in f2‑17 aangegeven gestippelde lijnen.

EGV-IR-diagrammen kunnen een eerste indicatie geven van de ruimtelijke spreiding van watertypen, maar ze gaan uit van de natuurlijke rijping van water gedurende het stromingsproces. Zodra waterlichamen worden beïnvloed door bijvoorbeeld infiltrerend oppervlaktewater of door bemesting en bekalking, wordt de interpretatie lastig. Waterlichamen onder invloed van dergelijk menselijk handelen kunnen in het diagram ‘natuurlijk' lijken.

f2-17 Samenhang tussen de kringloop en de chemische samenstelling van het water, weergegeven in Van Wirdum’s EGV-IR-diagram.

Het Stiff-diagram
Een Stiff-diagram is gebaseerd op de procentuele aandelen van de macro-ionen in de som van de kationenconcentraties, dan wel anionenconcentraties (in meq/l). Deze percentages worden in een diagram uitgezet, met links de kationen en rechts de anionen (zie f2-18). Aan de hand van de vorm van het diagram en de lengte van de balk kan een watermonster worden ingedeeld. In f2-19 staan enkele veel voorkomende grondwatertypen als Stiff-diagram afgebeeld. Typerend voor basenrijk kwelwater is de aambeeldvorm van het diagram. Van het Stiff-diagram bestaan meerdere varianten, bijvoorbeeld met andere ionen erbij.


f2-18 Voorbeeld van de manier waarop een Stiff-diagram van een monster afgeleid wordt uit de samenstelling ervan. De lengte van het balkje onder het diagram is een maat voor de totale concentratie aan anionen en kationen. Normaliter is de som van macrokationen ongeveer gelijk aan de som van macroanionen.




f2-19 Veel voorkomende grondwatertypen, afgebeeld in een Stiff-diagram.

 


Het Piper-diagram
Het Piper-diagram bestaat uit drie delen (zie f2-20): een driehoek voor de kationen, een driehoek voor de anionen en een ruit voor beide typen samen. Op de zijden van de driehoeken en de ruit staan de procentuele aandelen (gebaseerd op concentraties in meq/l) van de ionen weergegeven. Desgewenst kan men de totale ionensom weergeven door de symbolen van de watermonsters in grootte of kleur te variëren. In het Piper-diagram kunnen meer watermonsters in één diagram worden weergegeven. Overeenkomsten en verschillen worden in één oogopslag duidelijk.



f2-20 Het Piper-diagram.

De Stuyfzand-typologie
Stuyfzand heeft zijn typologie opgezet omdat "bestaande methoden: (1) kationuitwisseling (en de effecten van verzuring en vermesting) onvoldoende scherp aantonen, (2) niet verfijnd genoeg zijn om in een breed spectrum hydrochemische milieus toepasbaar te zijn, (3) een logische, hiërarchische structuur en codering met flexibiliteit missen". Het classificatiesysteem van Stuyfzand combineert vier wezenlijke kenmerken van een watermonster in één codering (zie f2-21): de saliniteit (hoofdtype), alkaliteit (type), belangrijkste kation en anion (subtype) en de uitwisselingscoëfficiënt (klasse). Door het bepalen van deze vier kenmerken kan een watermonster op een hiërarchische manier geclassificeerd worden. In dit systeem bepalen concentraties van ionen de grenzen tussen de watertypen, in plaats van relatieve aandelen. Concentratiegrenzen kunnen zowel in mg/l als in mmol/l en meq/l zijn uitgedrukt.

Het feit dat een watermonster door de absolute concentratiegrenzen altijd op dezelfde manier geclassificeerd wordt, heeft tot gevolg dat het onderscheidende vermogen van deze typologie altijd hetzelfde is. Stuyfzand erkent deze starheid en stelt verschillende manieren voor om binnen het systeem associaties of differentiaties te maken. Een associatie ontstaat door het samenvoegen van twee of meer hoofdtypen of door het weglaten van klassen en of subtypen. Differentiatie kan uitgevoerd worden door klassen onder te verdelen of nieuwe parameters toe te voegen.

Een voordeel van deze typologie is dat ze zeer flexibel in het gebruik is. Is in een gebied alleen zeer zoet water aanwezig, dan is het niet nodig de code voor saliniteit in figuren op te nemen. Ook als in alle monsters Ca2+ het dominante kation is, kan de code worden ingekort. Stuyfzand heeft als aanvulling op zijn typologie nog een aantal indices uitgewerkt die in ecohydrologisch onderzoek ook handig kunnen zijn: de kalkverzadigingsindex, de vervuilingsindex en de redoxindex (hiervoor moet aanvullend een aantal redoxgevoelige ionen worden bepaald, zoals mangaan).


f2-21 Een voorbeeld van Stuyfzand's classificatie.


De MAION-methode
MAION is een programma van de hand van Van Wirdum. MAION staat voor ‘MAcro-IONen'. Het programma gaat uit van de macro-ionensamenstelling van vijf referentietypen LiAng, LiHDu, AtW, RhL en Th:

  • LiAng: lithoclien water uit Angeren, d.w.z. grondwater dat relatief rijk is aan calcium
  • LiHDu: zwak lithoclien water uit Hoge Duvel, dat relatief arm is aan calcium
  • AtW: atmoclien regenwater op een niet-verontreinigde plaats in Nederland (Witteveen)
  • RhL: Rijnwater (Lobith).
  • Th: thalassotroof = zeewater (Noordzee) ofwel water dat voor een belangrijk deel uit zeewater bestaat.

Als van alle monsterpunten de concentraties aan macro-ionen zijn ingevoerd, berekent MAION de verwantschap van de monsters met LiAng en Th (in percentages). Deze verwantschap is in feite de op concentraties gebaseerde Pearson correlatiecoëffiënt tussen de watermonsters. Alle referentiepunten en meerdere monsters worden vervolgens weergegeven in een diagram. Ook menglijnen kunnen worden weergegeven. In het MAION-diagram in f2-22 is ook de positie van enkele vegetatietypen te zien, en drie menglijnen (ATtW en RhL, RhL en LiAng, AtW en LiAng).





f2-22 Voorbeeld van met MAION bepaalde verwantschappen van watermonsters met zeewater (x-as) en lithoclien water (y-as).


Moerasspirea (Filipendula ulmaria) staat doorgaans in ruigtes met voedselrijk zoet water
(Foto Rolf Roos)

Literatuur:

  • Bongers, M.G.H & J. Spoelstra, 1999. Waterkwaliteit in de Ecohydrologie. Internationale Agrarische Hogeschool Larenstein, Velp.
  • Cultuurtechnische vereniging, 1988. Cultuurtechnische vademecum. Utrecht.
  • Hem, J.D., 1970. Study and interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. Water-Supply Paper 1473. Gelogical Survey. U.S. Printing Office, Washington,363p.
  • Maucha, R., 1932. Hydrochemische Methoden in der limnologie. Die Binnengewasser 12. Schweizerbart, Stuttgart, 173 p.
  • Stuyfzand, P.J., 1986. Een nieuwe hydrochemische classificatie van watertypen, met Nederlandse voorbeelden van toepassing. H2O 19: 562-568.
  • Van Wirdum, G., 1980. Eenvoudige beschrijving van de waterkwaliteitsverandering gedurende de hydrologische kringloop ten behoeve van de natuurbescherming. CHO-TNO rapporten en nota's 5: 118-143. Den Haag.
  • Van Wirdum, G., 1991. Vegetation and hydrology of floating rich-fens. Proefschrift Universiteit van Amsterdam, Amsterdam.

 

Groen Kennisnet, een netwerk van kennisportalen in het groene domein Zoeken in de
infobladen

(U gaat naar de
website van
Groen Kennisnet)
Groen Kennisnet, een netwerk van kennisportalen in het groene domein
Homepage
Home | Colofon | Print pagina
Zoek binnen deze website