In de Duinwaterwinplaats van Gemeentewaterleidingen

Transcriptie

1 Verwerkng van stjghoogtegegevens n en rondom de Dunwaterwnplaats van Gemeentewaterledngen Amsterdam met behulp van Krgng. nledng n de Dunwaterwnplaats van Gemeentewaterledngen bevnden zch crca.200 pclllters n crca 350 waarnemngsputten. Ver maal per jaar, tjdens de pelrondes n aprl, augustus, oktober en december, worden hervan op één dag de stjghoogtes waargenomen. Deze pelgegevens worden na controle n een geautomatseerd pelflterbcstand opgenomen. R. J. W. KOOMAN Gemeenlewaterledngen Amsterdam Thans Provnce Gelderland Denst Mleu en Water Met deze gegevens s het mogeljk om sohypsenkaarten te vervaardgen. Dt gebeurde tot en met987 handmatg. Vanwege de grote hoeveelhed werk de dat met zch meebracht werd dt slechts éénmaal per jaar gedaan, en wel n december, wat onder andere van belang was voor het berekenen van de waterbalansen over een kalenderjaar. Hr werden twee sohypsenkaarten gemaakt, één voor het bovenwater (stjghoogtes op crca NAP) en één voor het depwater (stjghoogtes op crca NAP-30 meter). Door planmetrate van de kaarten werden gemddelde stjghoogtes berekend n het totale beheerste gebed enn een aantal deelgebeden. Hr s gezocht naar een methode om het maken van de kaarten geheelof gedeelteljk te automatseren, waarbj dan gebruk zou kunnen worden gemaakt van het pelflterbestand, met als doelstellng een utgebreder gebruk van de grote hoeveelhed gegevens, en een verbeterng en versnellng van de gegevensverwerkng tot brukbare nformate voor de bedrjfsvoerng. Na overleg met deskundgen van het KWA en DGV-TNO s gekozen voor de zogenaamde krgng-technek, een van de bestaande nterpolate-techneken. Met deze (statstsche) technek kan een grote hoeveelhed stjghoogtegegevens snel worden verwerkt tot sohypsenkaarten en gemddelde stjghoogtes. 2. Krgng 2.. Korte beschrjvng Bj de meeste rumteljke nterpolatetechneken schat men de waarde van een varabele op een locate slechts met behulp van de waarden van dezelfde varabele op omlggende locates. Gegeven zjn een aantal locates (x b y,)....(x n, y ) met gemeten (grondwater)standen Z]....z n. Gevraagd wordt een schattng Samenvattng Om een utgebreder gebruk te kunnen maken van de grote hoeveelhed stjghoogtegegevens ut de dunwaterwnplaats s enge tjd geleden overgegaan van de handmatge verwerkng van de gegevens naar de geautomatseerde verwerkng met de zogenaamde krgng-technek, één van de bestaande nterpolate-techneken. Hermee kan een groot aantal stjghoogtegegevens (rum 900 n twee watervoerende pakketten) op snelle wjze worden verwerkt. n dt artkel wordt beschreven dat de utkomsten met krgng goed overkomen met de handmatg verkregen resultaten n de jaren Hnkele voordelen ten opzchte van de handmatge methode zjn:. de verwerkng van de waarnemngen gaat sneller; 2. er komen meer resultaten beschkbaar; 3. ers mnder arbedstjd nodg; 4. foute waarnemngen worden snel opgespoord; 5. drecte koppelng aan grondwatermodellen (MODFLOW,.SA) s mogeljk. Hen nadeel van de krgng-technek s dat vooraf een behoorljke hoeveelhed statstsche kenns en nformate nodg s. Tenslotte: computerprogrammas bljven slechts nstrumenten; ze mssen hydrologsch nzcht. De her beschreven berekenngen tonen weer aan dat voor de nterpretate van de resultaten een hydroloog noodzakeljk s..l/h. - Kaur ran hel modelgebed. De gestppelde ljn s de globale grens van het ntrekgebed n het pakket Coördnaten zjn gegeven n meers Û *ooo f OJ ZANOVOÜRt 2 3 ;/ ^ 300 / 3 / 0 3 / 4 F / fê À S BENTVELD 6 V c ^ s. / M J / / N ( JÜ l Ï0OU LEDUN O00 -Ï0OO

2 H 2 0 (23) 990, nr van de (grondwater)stand z 0 op hel punt (x 0, y o)- Bj rumteljke nterpolatetechneken de gebruk maken van gewogen gemddelden wegen de waarden op dchtbj gelegen locates meestal zwaarder mee dan de waarden op verderaf gelegen locates. De techneken verschllen slechts n de veronderstelde relate tussen de afstand en het gewcht, de zogenaamde correlatestructuur. Een voorbeeld van deze vorm van nterpolate s krgng. De meeste rumteljke nterpolatetechneken gaan vantevoren al van een bepaalde correlatestructuur ut. Bj krgng s dat net het geval, daar wordt de correlatestructuur afgeled ut de beschkbare waarden, waarbj overgens wel van een aantal vooronderstellngen wordt utgegaan. Krgng s een stochastsche technek, wat wl zeggen dat op een bepaalde locate een schattng van de werkeljke waarde berekend wordt, met een daarbj behorende varante. Deze geeft de nauwkeurghed van de geschatte waarde aan. Afb. 2 - sohypsenkaart Depwater (NAP-30 m) van december 985, berekend met behulp eau krgng. sohypsen n meters ten opzchte van NAP Enkele voordelen van krgng ten opzchte van andere rumteljke nterpolatetechneken zjn:. Er wordt utgegaan van de gemeten rumteljke verdelng van de beschkbare waarden over het beschouwde gebed. 2. Een schattng gaat vergezeld van een maat voor de onzekerhed hervan. 3. De schattng wordt net onevenredg beïnvloed nden een aantal van de omlggende meetlocates zeer dcht bj elkaar lgt. Enkele nadelen zjn:. Vooraf s een behoorljke hoeveelhed statstsche nformate nodg. 2. De statstsche afledngsmethode houdt een aantal arbtrare keuzes n, zoals de selecte van DR (de mnmale toegestane afstand tussen twee datapunten). 3. Er s geen nformate over de betrouwbaarhed van de geschatte covarantefuncte. Voor meer nformate over krgng zj verwezen naar de lteratuur [Kafrtsas en Bras, 98; Groennou, 984; Nenhus et al., 988 en Rouhan, 986] Rekenprogramma Voor de toepassng van de krgngtechnek s bj het MT (Massachusetts nsttute of Technology) het programma AKRP ontwkkeld [Kafrtsas en Bras, 98]. Bj het KWA s dt programma gebrukersvrendeljk gemaakt [Van Steens, 985], waarna het onder andere s toegepast voor berekenngen n dt artkel. Het krgng-programma werkt nteractef, en vraagt slechts om één nvoerfle met daarn de (X, Y, Z)-waarden van de nvoerpunten. Aan de gebruker wordt tjdens het rekenproces een aantal vragen gesteld de eerst beantwoord moeten worden alvorens het programma verder rekent. Voor meer gedetalleerde gegevens herover zj verwezen naar Kooman [989b]. De utvoer van de bj Gemeentewaterledngen operatonele verse bestaat ut een aantal fles met onder andere de gegevens van het rekenproces, de resultaten n de meetpunten, de gekrgde waarden n de knooppunten van een netwerk dat over het modelgebed s gelegd ten bate van de verwerkng met een contourng-programma, en de standaarddevates n dezelfde knooppunten. Met standaard plotprogrammatuur kan een (sohypsen)kaart worden gemaakt van de gekrgde waarden (stjghoogtes), alsmede een kaart van de standaarddevates Gemddelde stjghoogtes per deelgebed zjn eenvoudg te berekenen als het gemddelde van de gekrgde waarden n de knooppunten n dat deelgebed. Op dezelfde wjze s zo van elk deelgebed de gemddelde standaarddevate te berekenen. 3. Opzet van de berekenngen en nvoergegevens De dunwaterwnplaats s onderverdeeld n een aantal deelgebeden de zjn bepaald op grond van hydrologsche nzchten. Op afb. zjn 5 deelgebeden met de nummers tot en met 5 aangegeven. De coördnaten zjn gegeven ten opzchte van het GW-assenstelsel. Voor het maken van de contourkaarten (sohypsenkaarten) s gekozen voor een netwerk van 3 bj 6 knooppunten, op onderlnge afstanden van 200 meter n zowel X- als Y-rchtng. Dt s hetzelfde netwerk als toegepast n het op MODF.OW gebaseerde dunmodel [Kooman en

3 204 Emke, 989], Herdoor s een goede en snelle ulwsselng van de resultaten mogeljk. De berekenngen zjn utgevoerd met gegevens van het depwater en het bovenwater. De jkng, de s utgevoerd met de gegevens van de pelrondes n december van 974 tot en met 986 (3 jaren), bestond ut een vergeljkng van:. de gemeten en berekende Z-waarden (stjghoogtes) n de nvoerpunten. Bj afwjkngen groter dan een bepaalde waarde (0,0 m voor het depwater; 0,25 m voor het bovenwater) vond nadere controle plaats. 2. de handgetekende en de berekende sohypsenkaarten. Het betrof een vsuele controle. 3. de gemddelde stjghoogtes per deelgebed. Herbj dende de op bass van planmetrate verkregen waarde te lggen bnnen het betrouwbaarhedsnterval dat wordt bepaald door de berekende waarde en de standaarddevate (ze afb. 4 en 5). Aß). 3 - hohypsenkaart Havenwater (area NAP) van december 985, berekend met behulp run krgng. sohypsen n meters ten opzchte can NAP. 4. de handgetekende en de berekende dwarsprofelen over het modelgebed. Het betreft her 3 west-oost-dwarsprofelen de om de klometer gemaakt worden (ze afb. 6). Ook her geldt dat het handgetekende profel moet lggen bnnen de band de berekend wordt met de berekende stjghoogtes en de standaarddevates. De nvoerpunten voor het depwater zjn de waarnemngsputten de opgeslagen zjn n het pelflterbestand van Gemeentewaterledngen en de waarnemngsputten van het Gas- en Watervoorzenngsbedrjf voor de Bollenstreek (GWB), snds januar 989 opgegaan n de EWR (Energe- en Watervoorzenng Rjnland:. Het gaat her om crca 90 punten. De nvoerpunten voor het bovenwater (crca 720) zjn:. de waarnemngsputten de opgeslagen zjn n het pelflterbestand van Gemeentcwaterledngen; 2. de waarnemngsputten van de gemeente Zandvoort, het WLZK en de EWR; 3. de tot een groot aantal punten geschematseerde kanalen en nfltrategeulen n de wnplaats, de polders en de Eedscvaart ten oosten van de wnplaats, en de Noordzee. Als waarde voor de zeestand s gekozen NAP+0,40 m, met als reden dat de zeestand wel gemddeld crca NAP s, maar de kuststand ets hoger gelegen s, omdat bj eb het grondwater tot het maaveld bljft ztten, en net drect meezakt met de ebstand. 4. de fcteve waarnemngsputten. Dt zjn nvoerpunten op plaatsen waar geen waarnemngsput aanwezg s, en waar de stand van een nabjgelegen waarnemngsput geldg wordt geacht. De reden hervoor s dat tjdens de eerste ronde van de jkng n alle jaren op een aantal plaatsen steeds dezelfde afwjkngen optraden de het gevolg waren van een gebrek aan waarnemngsmddelen ter plaatse. Om deze lacune op te vullen wordt gebruk gemaakt van fcteve putten. 4. Resultaten Een ndruk van de resultaten s gegeven n de afb. 2 tot en met 6, de heronder kort worden besproken. Afbeeldng 2 geeft de berekende sohypsenkaart van het depwater op december 985, de een goede overeenkomst vertoont met de handgetekende sohypsenkaart (net opgenomen n dt artkel). De vergeljkng wordt vereenvoudgd door een aantal kenmerken de voor alle jaren gelden. Er s globaal sprake van een neergaande gradënt van west naar oost, met een top onder of net ten westen van (nfltrate)gebed. Verder zjn de stjghoogtes n het zudoosten van het beschouwde gebed, als gevolg van de klenere afstand tot de depe standen onder de Haarlemmermeerpolder, lager dan n het noordoosten. Wanneer langdurg depe wnnngen aanstaan, en de afpompngskegels een zekere omvang hebben, komen deze dudeljk ut, zoals ook te zen s n afb. 2. End 985 s vanwege de zeer hoge chlordegehaltes op de Rjn de nname van voorgezuverd rverwater n de wnplaats tjdeljk gestaakt, en s ter compensate een deel van de depe wnnng extra ngezet. De resulterende grondwaterstandsverlagng s goed te zen (X = 2.800; Y = -.200). Afbeeldng 3 geeft van dezelfde datum de sohypsenkaart van het bovenwater, welke ook goed overeenkomt met de hand-

4 H 2 0 (23) 990, nr getekende. Ook her een aantal steeds weerkerende kenmerken zoals:. hoge waterstanden n de nfltrategebeden tot en met 5; 2. lage waterstanden n het Roogkanaal (van (500;.500) tot (.000; 2.300) en n het Oosterkanaal (van (500; ) tot (2.000;-3.00)); 3. hoge waterstanden bj Bentveld (2.500;.500). De albeeldngen 4 en 5 tonen het verloop van de gemddelde stjghoogtes van het depwater en het bovenwater voor de dunwaterwnplaats als geheel (bnnen de stppelljn van afb.. Herbj zjn de volgende opmerkngen te maken:. de met krgng berekende decemberwaarden komen zeer goed overeen met de handmatg berekende waarden. 2. de gemddelde standaarddevate van het depwater vareert tussen 0,03 en 0,4 meter, van het bovenwater tussen 0,50 en 0,62 meter. 3. de verhoogde nzet van depe w nmddelen s dudeljk n afb. 4 te zen: n 975, 976 (droog jaar), 985 (nnamestop rverwater door hoge chlordegehaltes) en 988 (nnamestop door verontrengng met dchloorpropaan). 4. de stjghoogtes van het bovenwater over de wnplaats als geheel varëren net sterk. Onder bepaalde omstandgheden s dat per deelgebed wel het geval. Afbeeldng 6 geeft de stjghoogtes van zowel depwater als bovenwater n de raa / (Y = ) op 2 december 984. Daarn zjn te zen de handmatg bepaalde stjghoogteverlopen en de n de knooppunten berekende stjghoogtes (onderlnge afstand 200 meter) met bjbehorende standaarddevates. Herbj de volgende opmerkngen:. ook her komen de met krgng berekende waarden zeer goed overeen met de handmatg berekende waarden; 2. n het depwater s sprake van een waterschedng ter plaatse van X = -500; 3. n het bovenwater zjn dudeljk te zen de hoge grondwaterstanden n de nfltrategebeden (tussen X = en X = 500) en de lage grondwaterstanden bj het Oosterkanaal (X =.800); 4. buten de wnplaats (ten oosten van X = 2.200), ter plaatse van de polders, s er een dudeljk verschl tussen berekende en werkeljke grondwaterstanden. dunwaterwnplaats en geeft goede resultaten. 2. Krgng s een snelle methode voor de verwerkng van een groot aantal gegevens, zodat het mogeljk wordt van de ver pelrondes per jaar samenvattende resultaten te berekenen, n plaats van slechts één pelronde ut te werken. 3. De utwerkng van de gegevens gebeurt steeds op dezelfde maner, waardoor de resultaten van de onderscheden pelrondes goed onderlng vergeljkbaar zjn. 4. Foute waarnemngen worden zeer snel Ä - h«nd»«l j = <n«t kr g na * stsnjurdfwl J k n) ~^ Jaren opgespoord en kunnen, nden nodg, na korte tjd overgepeld worden. 5. Het utvoeren van de berekenngen en het nterpreteren van de utkomsten veresen veel hydrologsche kenns van de dunwaterwnplaats en n mndere mate ook een statstsch nzcht n de krgngtechnek. 6. Met het gekozen grove netwerk (200 m x 200 m) s het onmogeljk een perfecte kaart te maken. Herbj kan gedacht worden aan depe wnnngen en depe kanalen, de lokaal stele verhangen S t J g h o o g t e " ^ V n meters tov NAP A/h. 4 - Gemddelde stjghoogte van het Depwater (NAP-30 m) n Je Dunwatenunplaats, van , u weten ten opzcht van NAP. Afb. 5 - Gemddelde stjghoogte van he! Bovenwater (erea XAPJ m de Dtnwatervvnplaats, van , n meers ten opzchte van NAP Ä hgndlll g -,. krgng tandagrdafaljkl N "9 S j ghoogte a/ n meters tov NAP Concluses en aanbevelngen 5.. Concluses. Krgng bljkt goed toepasbaar voor de verwerkng van pelfltergcgevens n de Jaren

5 206 geven. De berekende kaarten geven globaal de stuate goed weer, maar een kaart de tot n alle detals goed s zal altjd door een hydroloog gemaakt moeten worden. Daarbj kan wel zeer goed gebruk worden gemaakt van de resultaten van de berekenngen met krgng, zoals de sohypsenkaarten en de stjghoogtcs n de dwarsprofelen Aanbevelngen. len tekortkomng van de toegepaste rekenmethode s dat plaatseljke afpompngskegels, met name n het depe pakket, net berekend kunnen worden. Dt kan opgevangen worden door het nvoeren van extra punten ter plaatse van en drect rondom depe wnnngen, wanneer deze tjdens de pelronde n bedrjf zjn. 2. De fcteve putten geven aan waar neuwe waarnemngsputten gewenst zjn. 3. Het gekozen netwerk s dentek aan het elementennetwerk zoals toegepast n de modelberekenngen met MOD-LOW. De n dt artkel besproken resultaten en de modelresultaten van MODH.OW worden gebrukt bj de gegevensverstrekkng aan de provnces Noord-Holland en Zud- Holland n het kader van het Prmare Grondwatermeetnet. 4. Waterbalansen, de tot nu toe werden gemaakt voor de perode van een jaar kunnen nu ook over kortere perodes, gelegen tussen twee pelrondes, worden berekend. Hervoor zjn de gemddelde waterstanden n de deelgebeden van belang voor het berekenen van de bergng n het bovendun en de lek door de klelaag [Kooman, 989a]. 5. n de raaen zoals den aft. 6 zjn gegeven kunnen de gemeten waterstanden ut het pelflterbestand drect worden weergegeven. Hervoor zal dan een extra nabewerkngsprogramma gemaakt moeten worden. Herdoor kunnen snel onjuste waarnemngen opgespoord worden. 6. Het berekenen van stroombanen (en de verbljftjden) met het programma FLSTAT [Leste et al., 988] op bass van de met krgng berekende stjghoogtes s zeer goed mogeljk. 7. Hke stuate wordt wskundg beschreven met een krgng-formule. Onderlng verschllende stuates geven n de formule verschllende waarden van de parameters. Het dee bestaat dat een gebed hydrologsch gezen op een bepaalde wjze met de krgng-parameters te karakterseren zou zjn, en dat wjzgngen n de parameters veroorzaakt worden door een veranderng van het hydrologsche systeem. Hernaar s tot nu toe nog geen onderzoek gedaan. rfï WES ; " /»?v/ -*-*.., Ü ) ~ ^ - ^ Aß. 6 - Dwarsprofel over raa (Y = ) met stjghoogtes van Depwater en Bovenwater op 2 december 984. Stjghoogtes n meters ten opzchte van NAP. Lteratuur Groennou, J. (984). Rumteljke nterpolatetechneken Krgng. KWA-rapport SWE Kafrtsas, J. and Bras, R. L. (98). The practce of krgng. Massachusetts nsttute of Technology, Report no. 263, jan. 98. Kooman, J. W. (989 a). Het berekenen van waterbalansen per perode en per deelgebed n de Dunwaterwnplaats van Gemeentewaterlcdmgen. Rapport Gemeentewaterledngen, februar 989. Kooman, J. X. (989 b). Verwerkng van stjghoogtcgegevens n en rondom de Dunwatertvnplaats met behulp van krgng. Rapport Gemeentewaterledngen, maart 989. Kooman, J. W. en Emke, M. J. (989). Geo-hydrologsche modellerng van de Dunwatertvnplaats van Gemeentewaterledngen Amsterdam. H 2 0 (22) 989, Leste, R., Velng, E. J. M. en Akker, C. van den ~->l T )! "..t!( T T ^ U!!, * HH OOST (988). Berekenng van stroombanen utgedscretseerde grondwaterstjghoogten. Ho O (2) 988, Nenhus, P. R., Baggelaar, P.K. en Stuyfzand, P. J. (988). Cokrgng - een rumteljke stochastsche nterpolatetechnek - theore, toepassngsmogeljkheden en evaluate. KW A-rapport SWE , me 988. Rouhan, Shahrokh (986). Comparatve study of Ground-water Mappng Technques. Ground Water 24, no. 2, march-aprl 986, p Steens, M. G. van (985, net gepublceerd). Documentate Krgmg-pakket (concept). KW A-rapport SW-?, november 985.