Stromingen

De wiskundige theorie van de grondwaterstroming leidt nu en dan tot uitkomsten die opvallen door hun eenvoud of anderszins door hun bijzondere structuur, of ook wel omdat ze lijken te spotten met ons hydrologische gevoel. In een aantal artikelen wil ik er een paar aan de orde stellen die ik in de loop der jaren op het spoor kwam.

De bestaande formules voor grondwatergetijden hebben elk hun eigen beperkt geldigheidstraject. Omdat de beperkingen geformuleerd zijn in termen van bodemconstanten die je van te voren gewoonlijk niet kent, en die je uit een conventioneel getijdenonderzoek ook niet te weten komt, is het lastig om in een concrete situatie de juiste formule te kiezen. Bovendien blijken de formules gezamenlijk niet alle Nederlandse omstandigheden af te dekken. In dit artikel presenteer ik een nieuwe formule, die dat wel doet. Hij incorporeert de bestaande formules, zodat ook het probleem van het kiezen van de juiste formule komt te vervallen. Overigens beperkt de nieuwe formule zich – net als de reeds bestaande – tot één watervoerende laag.

De modelcoëfficiënten van een tijdreeksmodel voor een grondwaterstandsreeks zijn af te leiden uit de geohydrologische parameters van het desbetreffende gebied.

Langjaarlijkse gemiddelden van het neerslagoverschot en de aanvulling van het grondwater in Nederland zijn onderzocht met behulp van metingen van de tritium-concentraties. De resultaten voor situaties met een zandige bodem kwamen overeen met de benadering van de werkelijke gewasverdamping op basis van meteorologische gegevens, gewasfactoren en een schatting van mogelijke reducties van de verdamping volgens de HELP-methode. In bepaalde gevallen bleek de aanvulling van het grondwater aanzienlijk lager te zijn dan het neerslagoverschot. Het overschot moet oppervlakkig worden afgevoerd door stroming over het maaiveld of een tussenstroming, soms in combinatie met buisdrainage. De hoeveelheid van de oppervlakkige afvoer is gerelateerd aan de grondwaterstand (kwel) enlof aan de aanwezigheid van slechtdoorlatende lagen in de ondiepe bodem. Voor gebieden met een natuurlijke vegetatie is tevens gebruik gemaakt van hydrochemische beschouwingen om een relatie te leggen tussen het neerslagoverschot en meteorologische factoren. De verschillende gegevens zijn nader uitgewerkt met behulp van Geografische Informatie Systemen hetgeen een kaart opleverde van het neerslagoverschot voor heel Nederland. Kaarten van de grondwateraanvulling en van de oppervlakkige afvoer worden gegeven in aansluitende publicaties over de klei- en veengebieden.

In het kader van het onderzoek naar alternatieven voor grondwatertrappen zijn twee eenvoudige stochastische modellen ontwikkeld waarmee grondwaterstandsfluctuaties op een locatie kunnen worden beschreven. Als op de locatie slechts gedurende een korte periode grondwaterstanden gemeten zijn, kunnen de stochastische modellen gebruikt worden om een groot aantal langjarige reeksen van grondwaterstanden te simuleren. Deze kunnen vervolgens worden gebruikt voor het ontwerp van kunstwerken en het vaststellen van waterbeheer, eventueel aangevuld met een risico-analyse. Hierbij kan ook het effect van lokale ingrepen worden geanalyseerd. Het ligt in de bedoeling om de modellen te gaan gebruiken als basis voor tijd-ruimtemodellering van grondwaterstanden en het berekenen van gebiedsafvoeren. De stochastische modellen worden beschreven in twee artikelen. In elk artikel wordt een model afgeleid en gevalideerd op twee locaties waar grondwaterstanden zijn waargenomen. In dit artikel wordt een model besproken dat geschikt wordt geacht voor ondiepe grondwaterstanden (Gt’s I-V), terwijl het model in het tweede artikel bedoeld is voor diepere grondwaterstanden.

Stoffen als tri en per kunnen als zware, dichte vloeistof door meerfasenstroming in diepere aquifers binnendringen. Stoffen met deze eigenschappen worden DNAPLS genoemd. Voor de tri-verontreiniging waarmee waterleidingbedrijven in de omgeving van Hilversum sinds 1977 kampen is nagegaan of de aanwezigheid van pure tri in de ondergrond als bron van de problemen fungeert. Op grond van concentratiegegevens uit de grondwatermeetnetten en uit de interceptieputten is aannemelijk gemaakt dat dit inderdaad het geval is en dat de verontreinigingsbron tot een diepte van 50 m is weggezakt. Uit reacties van het concentratieverloop op veranderingen in de grondwaterstromingsrichting kon de positie van de ondergrondse bron beter worden geschat. Het verdient aanbeveling in het grondwaterbeschermingsbeleid speciale aandacht te besteden aan het verspreidingsgedrag van DNAPL’s.

Bufferstroken worden genoemd als mogelijke gebiedsgerichte maatregel om de belasting van oppervlaktewater met meststoffen uit de landbouw te verminderen. In dit artikel wordt ingegaan op verschillende mogelijke vormen van bufferstroken en op processen die een rol spelen bij bufferstroken. Perspectieven voor bufferstroken zijn onderzocht middels veldmetingen nabij de Mosbeek in Noordoost-Twente. Op basis van metingen van de hydrologie en chemie in het grondwater is met behulp van een modelinstrumentarium nagegaan in hoeverre bufferstroken de belasting van de beek met stikstof en fosfor kunnen verminderen. De aanleg van een tien meter brede bufferstrook langs intensief bemeste gras- en maïspercelen levert een vermindering van de stikstofbelasting van 2% tot 28%. De vermindering voor fosfor bedraagt -6% tot 22%. De vermindering van de belasting door de bufferstrook wordt verklaard door een verkleining van het bemeste areaal, afvoer van stikstof en fosfor met gewas van de strook en denitrificatie van stikstof: Vermindering van de bemesting op de landbouwpercelen heeft een grotere invloed op de belasting van de beek dan de bufferstroken.

De effectiviteit van bufferstroken voor fosfor neemt toe indien de fosfaatverzadigde bodem van de bufferstrook wordt vervangen door fosforarme grond en de zuurstofcondities goed zijn; de effectiviteit voor nitraat kan toenemen door verlenging van de verblijftijd van het water en zuurstofarme condities in de bufferstrook.

Op basis van het onderzoek wordt geconcludeerd dat bufferstroken op de proeflocatie slechts een kleine bijdrage kunnen leveren aan de vermindering van de emissie van meststoffen naar de Mosbeek. De weliswaar geringe milieuhygiënische werking van de bufferstroken draagt toch bij aan de totale waarde van stroken langs beken, die tot dusver hoofdzakelijk gebaseerd was op ecologische en landschappelijke motieven.

Een aanzet tot een nieuwe methode voor ecohydrologische effectvoorspelling en modelkalibratie.

In dit artikel wordt ingegaan op een kwantitatieve methode voor het bepalen van ecologische
effecten van veranderingen in de oppervlaktewaterhuishouding (o.a. inlaat van rivierwater,
verandering verhouding wegzijging). Dergelijke kwantitatieve methoden zijn thans
nog schaars. De methode bestaat uit 3 stappen:

1. Berekeningen van de oppervlaktewaterkwaliteit met het model DUFLOW;
2. Vaststellen van tolerantieranges van plantengemeenschappen ten aanzien van waterkwaliteitsparameters;
3. Voorspellen van vegetaties van water- en oeverplanten.

Op basis van een natuurwaarderingsschaal voor de vegetaties worden de effecten beoordeeld. Deze natuurwaarderingsschaal wordt in dit artikel niet gepresenteerd. De ontwikkelde methode kan onder meer worden toegepast in milieu-effectrapportages bij het beoordelen van de effecten van ingrepen in de waterhuishouding en effecten van (oever)grondwaterwinning.

Nieuwe inzichten in het gebruik van voedingsweerstand of drainageleerstand in de randvoorwaarde van een grondwatermodel – Deel 3: Het parametriseren van de randvoorwaarde