Het lange termijn geheugen van de zoet-zout verdeling

Transcriptie

1 Het lange termijn geheugen van de zoet-zout verdeling Perry de Louw Gualbert Oude Essink Joost Delsman Esther van Baaren Joeri van Engelen

2 Zoetwater is schaars All water on earth All lakes and rivers Zout water 97.4%, Zoetwater 2.6% IJs 70%, Grondwater 29% Oppervlaktewater < 1% R1 = 680 km R2 = 125 km R3 = 36 km SWIM-2018

3 Fresh groundwater reserves under stress: salinisation, overexploitation, sea level rise, climate change 50% van wereldbevolking leeft <60 km van kustlijn SWIM-2018

4 Origin of saline groundwater Origin of saline groundwater in subsoil: sea water intrusion transgressions in coastal areas (deltas) marine deposits during geological times salt/brine dome sea spray

5 Inhoud Zoet-zout verdeling in Nederland Karteren van zoet-zout verdeling Modelleren en zoet-zout verdeling Conclusies

6 Dutch Delta

7 Sea level rise during Holoceen

8 The Holocene transgressions Peat 7500 BP Sand Major impact on present regional saline groundwater systems Salt marches SALINIZATION BY FREE CONVECTION Peter Vos, 2015

9 Salt water above fresh water: FREE CONVECTION (similar to Holocene transgressions) cases

10 The Holocene transgressions Peat Major impact on present regional saline groundwater systems Sand Salt marches 7500 BP Peter Vos, 2015

11 The Holocene transgressions 5850 BP Maximum transgression Peter Vos, 2015

12 The Holocene transgressions 3350 BP Peter Vos, 2015

13 The Holocene transgressions 2500 BP Peter Vos, 2015

14 The Holocene transgressions 50 AD (Roman time) Peter Vos, 2015

15 The Holocene transgressions 800 AD Peter Vos, 2015

16

17 Maximum transgression Latest transgression

18 West-Nederland: autonome verzilting en wellen Zeeland: zoetwaterlenzen

19 Drie typen zoetwaterlenzen in Zeeland onder duinen 2 onder kreekruggen

20 Ontwikkeling van een zoetwaterlens

21 Badon Ghyben - Herzberg (1888): BGH-lenzen Density: Seawater = 1025 kg/m 3 Freshwater = 1000 kg/m 3 H(x)=40* h(x) Analogous to floating ice Buoyancy force

22 Drie typen zoetwaterlenzen in Zeeland onder duinen 2 onder kreekruggen 3 in kwelgebieden

23 Regenwaterlenzen in zoute kwelgebieden

24 Helicopter Electromagnetic (HEM) measurements (2009) HEM

25 Comparison HEM - ECPT ECPT HEM

26 Dikte regenwaterlens (D mix ) met HEM

27 Kwel-infiltratie flux (model) versus D mix (HEM) (based on measurements) kwel HE M infiltratie

28 Lens formation mechanism Infiltratiegebieden (duinen, kreekruggen) kwelgebieden kwel infiltratie

29 West-Nederland: autonome verzilting en wellen Zeeland: Zoetwaterlenzen

30 Ontwikkeling zoet-zout verdeling W-Nederland

31 Palaeo-modeling of coastal salt water intrusion during the Holocene (Delsman et al., 2014)

32 ICW-Regionale studies 9 (1976) Salt load = Cl-conc * seepage flux Metingen Haarlemmermeerpolder Lunchlezing 28 mrt 2011

33 ICW-Regionale studies 9 (1976) Salt load = Cl-conc (20-30m depth) * seepage flux Metingen Haarlemmermeerpolder Lunchlezing 28 mrt 2011

34 Wellen: dominante verziltingsbron in diepe polders (De Louw, 2013)

35 deklaag WVP1 Natural saltwater upconing by preferential groundwater discharge through boils Cl (g/l)

36 Inhoud Zoet-zout verdeling in Nederland Karteren van zoet-zout verdeling Modelleren en zoet-zout verdeling Conclusies

37 FRESHEM Zeeland FREsh Salt groundwater distribution by Helicopter ElectroMagnetic survey in the Province of Zeeland Onderzoeksproject Kennispartijen: Deltares, TNO, BGR Stakeholders: Deltafonds, Provincie Zeeland, Evides Waterbedrijf, Rijkswaterstaat Zee & Delta, de Vereniging van Zeeuwse Gemeenten, Vlaams Nederlandse Scheldecommissie (VNSC), Waterschap Scheldestromen en Zuidelijke Land en Tuinbouw Organisatie (ZLTO)

38 Waar? FRESHEM Zeeland survey: Gebied van 1800 km lijnkilometer aan data Elke 4 meter een meting Elke meter een vlieglijn 13 miljoen metingen

39 2D-resultaten langs een vlieglijn

40 3D-Resultaat FRESHEM zout brak zoet 3D kartering van de zoet-brak-zout verdeling van het grondwater van de hele provincie Zeeland Zeeland in blokjes van 50*50 meter met een hoogte van 0.5 meter

41 Diepte grens zoet zout grondwater Zeeland: 1800 km 2 Gegevens voor iedereen beschikbaar: Waarvan zonder zoet grondwater: 750 km 2 En met zoetwaterlens dikker dan 15 meter: 400 km 2

42 FRESHEM Vlaanderen: TEM survey juli vluchten 2413 lijnkm aan data Westkust 1967 lijn-km Meetjesland 329 lijn-km Linkerscheldeoever 117 lijn-km LSO 13 september 2018

43 FRESHEM Nederland Na Zeeland veel vragen over opschaling FRESHEM naar andere gebieden Deltares en TNO ism SkyTEM: inventarisatie naar interesse FRESHEM (o.a.) belangrijk voor: Optimaliseren zoetwaterbeheer en ondergrondse opslag Vastleggen nul-situatie zoet-brak-zout verdeling Input voor 3D grondwatermodellen (lokaal, regionaal of LHM) Trend vaststellen bij herhaalmeting of gerichte monitoring Vergunningverlening activiteiten in de ondergrond Watermanagement opppervlaktewater (zoutvrachten) Verbetering zoetgrondwaterbeheer (bv. voor drinkwater) Bewustwording verzilting Ruimtelijke ordening (natuur, zilte teelsten, maatregelen) 13 september 2018

44 SlimFlex-EM metingen: zoet-zout grensvlak in de tijd

45 Zoet-zout grensvlak Zoet-zout grens: -11 m NAP

46 Inhoud Zoet-zout verdeling in Nederland Karteren van zoet-zout verdeling Modelleren en zoet-zout verdeling Conclusies

47 Het modelleren met / van zoet-zout verdelingen Variabele dichtheidsafhankelijk zouttransport Extra bouyancy term (verticale component) SEAWAT Grote rekentijden: parallel rekenen

48 Model: initieel zoet-zout verdeling Zoet-zout verdeling NIET / WEL in evenwicht met randvoorwaarden Bijv. zoetwaterlenzen duinen / kreekruggen (Zeeland) in evenwicht Zoet-zout verdeling West-Nederland niet -> autonome verzilting Geheugen zoet-zout verdeling >>>> geheugen dan stijghoogte Initieel ZZ-verdeling obv metingen (bv. FRESHEM) Niet direct want ZZ-veld niet in evenwicht met modelrandvoorwaarden Inslinger-periode nodig, Historie van ZZ-verdeling meenemen (paleo-modelling) Maar hoe ver ga je terug in de tijd? Afhankelijk van systeem, maar ook van vraagstelling en beschikbare rekentijd.

49 Zoetwaterlens onder lopend Griend

50 Rammegors: getijdegebied gesloten sinds 1971 open sinds 2016

51 Veldexperiment: monitoren van zoutwater intrusie, vergelijkbaar met Holocene transgressie

52 Rammegors: verschil in initieel zoet-zout verdeling (Msc-student Ilja America: WUR) Paleo-modeling FRESHEM Na 10 jaar Na 10 jaar Na 50 jaar Na 50 jaar

53 Paleohydrogeologie Nijl Delta: Joerie van Engelen Doel onderzoek: Het verklaren van de huidige zoet-zout verdeling dmv. een modelmatige, paleohydrogeologische reconstructie. Supervisors: Gualbert Oude Essink Mark Bierkens

54 13000 BP 8500 BP 6000 BP 4000 BP van Engelen et al. (work in van Engelen et al. (in prep.) Stanley & Warne (1993)

55 Eerste bevindingen Nijl-delta Holocene mariene transgressie grote invloed op zoutverdeling Systeem is niet in evenwicht 3D effecten zichtbaar Rekentijd significant omlaag door parallel rekenen: Aantal cellen: >2 miljoen Tijdsdomein: 30,000 jaar Rekencluster: Cartesius, het nationaal rekencluster van Nederland Aantal cores op cluster: 24 Rekentijd simulatie: 12 uur

56 Constructing 3D variable-density groundwater flow models for six deltas using global data sets (Msc-student UU: Tobias Mulder) 6 models * 8runfiles*12 scenarios 576 completed run files Supervisor: Gualbert Oude Essink

57 Geology (6*) and salinity scenarios (2*) Closed (A1) Open (A2) Clay on top (C1) Five clay layers (C2) Gaps in clay layers (C3) Salinity scenarios: B1 = Salt to fresh (start initial salt) B2 = Fresh to salt (start initial fresh) SWIM-2018

58 fresh water *1.0E9 m^3 Results: initial fresh or initial salt Comparing A1B1C1 to A1B2C Starting Fresh Starting Salt A1B1C1 A1B2C2 time in years

59 Conclusies Zoet-zout verdeling heeft een goed geheugen In Nederland: Holocene transgressies (> 7000 jaar) Nog niet evenwicht (west-nederland): autonome verzilting, maar ook verzoeting randen polders Recente transgressie gebieden (Zeeland, N-Nederland): redelijk in evenwicht Initieel ZZ-veld model: Inslingeren altijd nodig / verstandig Paleo-modelling Metingen (bijv. FRESHEM) Combi paleo-modelling en metingen Keuze op basis van type systeem

60 Bedankt voor uw aandacht!