MODELLING NITRATE CONCENTRATION IN SOME UNITED KINGDOM RESERVOIRS

Abstract

Nitrate concentrations in some rivers in the UK are known to exceed the World Health Organization recommended limit of 11.3 mg/l nitrate-nitrogen for drinking water. This is most likely to occur during autumn and winter then nitrogenous fertilizer and mineralised nitrogen are leached from the soil by heavy rainfall. It is also the period when off-channel storage reservoirs, which are used for public water supply, are replenished after summer drawdown. As a result nitrate levels in these reservoirs can increase and may approach the WHO recommended limit. Such reservoirs are however an integral part of the treatment process in that dilution and biological activity combine to reduce the concentration of nitrate in storage. This potential can be exploited further with the aid of a simple mathematical model which predicts the weekly changes in reservoir nitrate. In this way the consequences of future operational strategies at particular reservoirs can be assessed.Such a reservoir model which takes account of inflow, outflow, volume changes and biological removal rates has been developed and tested using data for three different reservoirs. Biological removal rates were found to be very similar in all three reservoirs and the same rate process was used to successfully simulate the nitrate variation in each reservoir. Further investigations are however required to test the wider application of the model.

Les concentrations de nitrate dans quelques rivières du Royaume Uni dépassent la limite de 11.3 mg/l de nitrate-azote recommandée pour l’eau potable par l’Organisation Mondiale de la Santé. Ceci se produit surtout au cours de l’automne et de l’hiver alors que les fertilisants azotés et l’azote minéralisé sont dissous et extraits du sol par les fortes pluies. C’est aussi la période où les réservoirs d’emmagasinement, qui servent pour l’alimentation en eau, sont remplis après la biasse de l’été. En conséquence, les niveaux de nitrate augmentent dans ce réservoirs et peuvent approcher la valeur limite recommandée par l’O.M.S. De tels réservoirs font cependant partie intégrante du processus de traitement puisque la dilution et l’ activité biologique se combinent pour réduire la concentration de nitrate emmagasiné. Ce potentiel peut être encore mieux exploité à l’aide d’un simple modèle mathématique de prédiction des changements hebdomadaires de nitrate dans le réservoir. On peut ainsi évaluer les conséquences des stratégies futures d’opération à certains réservoirs.Un modèle d’évolution de réservoir prenant en compte les apports, les débits évacués, les changements de volume et les taux d’extraction biologique a été developpé et mis à l’épreuve à l’aide de données provenant de trois réservoirs différents. On a trouvé des taux d’extraction biologique très semblables dans les trois réservoirs et le même taux de réaction a été utilisé pour simuler avec succès la variation de nitrate dans chaque réservoir. Il faudra cependant des recherches additionnelles pour justifier une application plus vaste du modèle.