september 1976 InstituutvoorCultuurtechnieken Waterhuishouding Wageningen DEWATERSTANDENIN DE 'ECHOPUT' J.Buitendijken ir. G.P.

Maat: px
Weergave met pagina beginnen:

Download "september 1976 InstituutvoorCultuurtechnieken Waterhuishouding Wageningen DEWATERSTANDENIN DE 'ECHOPUT' J.Buitendijken ir. G.P."

Transcriptie

1 «,0 september InstituutvoorCultuurtechnieken Waterhuishouding Wageningen DEWATERSTANDENIN DE 'ECHOPUT' BIBLIOTHEEK DEHAAFF Droevendaalsesteega Postbus 00 AE Wageningen J.Buitendijken ir. G.P. Wind BIBLIOTHEEK STARINGGEBOUW f Nota's van het Instituutzijnin principeinternecommunicatiemiddelen, dus geenofficiële publikaties. Huninhoudvarieertsterk en kan zowel betrekkinghebbenopeen eenvoudigeweergave van cijferreeksen,als op een concluderende discussie van onderzoeksresultaten.in de meestegevallenzullen deconclusiesechter van voorlopigeaardzijnomdat het onderzoeknog nietis afgesloten. Bepaaldenota'skomennietvoorverspreidingbuiten het Instituut inaanmerking \~}$ziu CENTRALE LANDBOUW/CATALOGUS

2 INHOUD. INLEIDING. DEGRONDWATERSTANDEN. BEREKENING VAN DEONVERZADIGDEVERTICALESTROMING.. Afleiding.. Rekenmodel 'Echo'.BEREKENING VAN DEGRONDWATERSTAND.. Afleiding.. Rekenmodel De Zeeuwen Hellinga 0. RESULTATEN.SAMENVATTINGENCONCLUSIES. LITERATUUR Biz.

3 .INLEIDING Eris delaatstetijdsprake vaneen belangrijkedalingvan grondwaterstandenin Nederland,eendalingdieschadelijkiszowel voordelandbouwalsdenatuurlijke vegetatie. Voordeverklaringervan wordtvaakgewezenopdetoegenomen wateronttrekking ten behoeve vande watervoorzieningvoor huishoudelijkenindustrieelgebruik.daarbijdientechterinaanmerking genomente worden dat wesinds veel minderneerslaghebben danin dejaren daarvoor. Menherinnertzich nogdezeerhoge waterstandendieinen opde Veluwevoorkwamen waarbijenkele wegenlangetijdonder waterstondenentienduizenden bomendeverdrinkingsdoodvonden. Hetis meestalnieteenvoudig aantegevenin welke matede beide genoemdefactoren: verminderdeneerslagentoegenomenonttrekking, voordedaling vandegrondwaterstandverantwoordelijkzijn. Niettemin wordtin deze notaheteffect vanbeidefactoren ontrafeldvoordegrondwaterstandendie werden waargenomenin peilput A beterbekend alsde 'Echoput',ten westen van Apeldoorn. EenbijzondereomstandigheiddaarbijisdatdeEchoputsinds droogstaat. Hetlaatsteenduslaagste waargenomenwaterpeil bedroegnap +,0 m. Nietteminislangdaarvoor,in,een noglagerpeil waargenomen, namelijknap +, m.ookzijnin, ','en' peilen waargenomendieperdan NAP +,0. Debodemvandeputissindsdietijdblijkbaar -dooroverigens nogonbekendeoorzaak -opgehoogd.

4 . DEGRONDWATERSTANDEN Men kan deinvloedvantoegenomen wateronttrekkingvinden door degrondwaterstandente berekenen uit deneerslagen de verdampingsgegevens. Door de berekende waardentecontroleren met de waargenomengrondwaterstandenineen periode voordat vanonttrekkingsprake was worden dejuiste parametersvoordeberekeninggevonden. Door vervolgens de waterstandenvoorlatere jarente berekenen kan worden nagegaan hoe dezezoudenzijngeweestals geentoegenomenonttrekkingzou zijn voorgekomen. Voordezeberekeningwordtgebruikgemaakt vandeformule van DEZEEUWen HELLINGA (),zie verg. (). Een bijzondere moeilijkheiddaarbijvormt hetfeitdat de grondwaterstandop de Veluwezo diep _+ 0 monder maaiveld ligt. Daardoor komt deinvloed vanregen en droogtezeer vertraagd in de grondwaterstandtot uitdrukking. VolgensSTOL () kunnen vertragingen van tot maandenoptreden. Waarvertragingen voorkomen,treden ook afvlakkingenop; daaromkaneen berekeningmetde De Zeeuw-Hellinga formulealleenzin hebbenalsin plaats van deneerslagde verticale stromingsintensiteitopongeveer0 mdiepte wordt gebruikt. Hetverloop van degrondwaterstanden van de 'Echoput' wordt weergegevenin fig.. Duidelijkis de vertragingopweersveranderingen te zien. Dereactieop de drogezomer vanloopt doortot begin. Na de nattezomer van begint de waterstandpasin februari te stijgen. Voorhet veronderstelde vervolg van degrondwaterstand naseptember is gebruikgemaakt van degegevens vandenabijgelegen peilput A,de 'Aardhuisput'. Vanaf isookdeze peilput meteen -daagsefrequentie waargenomen. Doorde waarnemingen van de 'Aardhuisput' uit de periode -te projecterenopde waarnemingen vande 'Echoput' blijktdatdeamplitudeglobaalovereenkomten dat alleen destijghoogteverschillend is. Doorhet verschilin stijghoogtete negeren kan hetverloop van de waterstandvanaf 'Aardhuisput'zonderalte grotefoutenalshetverondersteldeverloop van de 'Echoput' wordenaangenomen (zieook fig. ).

5 'echoput A m.n.a.p 000 A N.A.R 00 o waarnemingen 'aardhuisput verloop gr.wst.jpchoput' idem geconverteerd naar'aardhuisput' V.- ' ' ' Fig.. Verloop vande waterstand vandeechoputen Aardhuisput gedurende toten met.berekening VAN DEONVERZADIGDEVERTICALESTROMING..Afleiding Schematisch kan deonverzadigde verticalestroming van waterin degrondals volgt worden voorgesteld: Gedurendezekeretijd At stroomtereen hoeveelheid -+ Û0 ' ^ laagl vochtinlaag en gedurende dezelfdetijdstroomter o+ 0 laag meteensnelheid V een zekerehoeveelheiduit naar laag (zie fig. ). Fig..

6 Het verschiltussen V.en V is de veranderinga van het vochtgehalte.inlaag gedurende detijd t. Het vochtgehalteoptijdstip t + Atis dus: e +At =et +A () waarin A = < v i - V Ü < ) At detijdsintervalen Az delaagdikte is. Voor destroming vanwaterin deonverzadigdezone geldt de wet van Darcy: V = -k( + O () ~ d. Omdat degradient - vrij kleinis (bijeen grondwaterstandvan az 0 m-m.v.en veldcapaciteitaan maaiveld isde gradiënt ca. 0,0) endaardoorzonderalte grote gevolgen verwaarloosdmag worden, geldt bijbenadering V =-k () Vis negatief in geval destroomrichtingbenedenwaarts, en positief indien destroomrichting opwaartsgericht is. Hetcapillairgeleidingsvermogen k kan volgens RIJTEMA () geschreven wordenals waarin k de verzadigdedoorlatendheid is o aen Ezijnconstanten De waardenvoor k, a, Eenook de vochtkarakteristiek voor Veluwezand zijndoorboels (en) bepaald. Metbehulp van deze gegevenskanook de k()-relatie worden vastgesteld.hiervoor geldt:

7 k = e ae+b () waarin aen bconstanten zijn. Volgens verg. ()is bijneerwaartsestromingdestroomsnelheid Vgelijkaanhetgeleidingsvermogenk.Doorin verg. () kin plaats van Vtegebruikenontstaat: A = (kj - k ) At Az () Doorsubstitutievan verg. ()in verg. (I) ontstaat: e t +i =et + (( k] - k ). ) () Door verg. ()met verg. () onderte brengenineenrekenmodel kandoordedagelijkseneerslaggelijktestellenaan dek. van de bovenstelaagdestroomsnelheid opelke willekeurigedieptein het profielwordenberekend engebruikt voordeberekeningvandegrondwaterstandvolgens De Zeeuwen Hellinga...Rekenmodel 'Echo' Voordeinvoervanhet modelzijnbenodigd eenzekere begintoestand, deneerslaggegevens, dete gebruikenlaagdikteen de tijdsinterval. Debegintoestand iseen willekeuriggegeven, omdeinvloedhiervande minimaliserenis deberekening jaareerdergestartdan werkelijknodig was. Degebruikteneerslaggegevenszijneengemiddelde van de waarnemingen vandeknmi-stations Apeldoornen Elspeet. Deneerslagis gecorrigeerdmetdegeschatteverdampingvolgensonderstaandoverzicht: j anuari februari 0 mm mm mei juni 0 mm 0 mm september0 mm oktober 0 mm maart april 0 mm 0 mm juli augustus 0 mm 0 mm november december mm 0 mm

8 Desom vandezeverdamping (0 mm) komt vrijgoedovereen met MAKKINK () dieinlysimeterbakken een verdampingssom van 0 mm perjaarvondvoorde Veluwe. Tengevolge vaneensterkeafname vanhetcapillair geleidingsvermogen vaneen uitdrogendezandgrond zalereenreduktiein de verdampingoptreden. Daaromisaangenomendat het vochttekort niet groter kan worden dan00 mm. Dereduktieisoverigensalleen van toepassinggeweestin deextreemdrogezomerenherfst van. Van het verschiltussenregenen verdamping is per maandeen daggemiddeldeberekendeningevoerd in het model. Omonnauwkeurigheden eninstabiliteit van hetrekenmodelte vermijden mogendetijdsintervalaten delaagdikte Azniette groot worden gekozen: Atisgesteldop dagen Azop m. Dek()-relatieisingevoerd als k = e ' 0 e ~» (fi g. ). capillair geleidingsvermogen cm. dag 0.r 0 vochtgehalte volume perc. Fig.. Verband tussen hetcapillairgeleidingsvermogenen het vochtgehalte Metdezegegevensis destroomsnelheidberekend toteen diepte van 0 m-m.v. gedurende de jarentot en met. Een voorbeeld hiervanis gegevenin fig..

9 FIS, VERTRAGING EN AFVLAKKING VAN BE STROOMSNEIHEIO T.G.V. BE BIEPTE 0.OCW FILE ECH0 VARIABELE SVMBOOL STROOMSNELHEIO OP 0 M, ineerslag O STROOMSNELHEID OP t» M, -MAAIVELD X STROOMSNELHEID OP «M, -MAAIVELB STROOMSNELHEID OP «H,»MAAIVELD Z SCMAAL*AARBEN 0 X IK 0 Ijl n U

10 Dezefiguurgeeft de stroomsnelheid aan op 0 meter (de neerslag), 0, 0 en 0 m-m.v. vanoktober tot en met juni. Duidelijk is te zien hoe de vertragingen enafvlakkingen verlopen. Tengevolge vanderegenval in november en december is de stroomsnelheid op 0 m-m.v. pas beginfebruari maximaal enop 0 m- -m.v. pas eind maart. Doorde goededoorlatendheid vanhet Veluwezand kan door hevige en langdurigeregenval van de herfst van de stroomsnelheid op 0 m-m.v. - weliswaar vertraagd - even groot worden als aan maaiveld:december en januari en februari. Bij een geringere en kortereneerslag gebeurt dit niet: maart toten met juni..berekening VAN DE GRONDWATERSTAND..Afleiding Metde formule van De Zeeuw en Hellinga kunnen grondwaterstanden wordenberekend uit de vergelijking: -it -*t h fc = h Q - e V + (N-V).( - e M ) () waarin: h =grondwaterstand op tijdstip t h fl =grondwaterstand op tijdstip 0 m m A = ontwateringsintensitext etm A> = bergingscoëfficiënt t = tijdsinterval etm N =neerslag m.etm V = verdamping m.etm - - Verg. ()is verkregenuit de differentiaalvergelijking Ahdt + pdh = (N- V) dt (0) Daardoor gaat de gebruikte formuleervan uitdat y eenconstante is. Daare*f egen isopgrote diepte (0 m) weinig bezwaar. Maar ook wordt uitgegaan van de rechtlijnigerelatie tussen afvoerintensiteit en

11 hoogte van degrondwaterstand. Dit geldtin principeslechts voor een plaatspreciesin het middentussentweeoneindig lange evenwijdige ontwateringsmiddelen. De 'Echoput' voldoetdaarnietaan. De variatiein grondwaterstand (, m)isechter kleinten opzichte van deabsolutehoogte ( m).daardoorzal de fout, die gemaakt wordtdooreen rechtlijnig in plaats vankromlijnig te gebruiken, klein zijn. Deontwateringsbasisiseenenigszinsarbitrairgegeven. Aangenomenisdatdezegelijkisaan NAPdat wilzeggen de ontwateringsbasisisgelijkaan de waterhoogte vanhetijsselmeer. Dezeaanname kanfoutief zijn maaropgemerkt moet wordendatdeontwateringsbasis gekoppeld isaan deontwateringsintensiteit.verandering van de ontwateringsbasishoudtautomatischin datook de waarde van A veranderd. De bergingscoëfficiënt yis uit metingen vanboels () afgeleidenbepaaldop0,. Doorhetingewikkeldegeheel van dehydrologie van de Veluweis deontwateringsintensiteit Ade meestonzekere factor. Dezekan echter wordenafgeleid metbehulp vandeneerslaggegevens, destijging van degrondwaterstand gedurendezekeretijden de bergingscoëfficiënt. Immers, deneerslagverminderd met de verdamping is gelijkaan de afvoerplus dehoeveelheidwaterdietijdelijkin degrondgeborgen wordt eneen grondwaterstandsveranderingveroorzaakt. Dit kan worden geschreven als: NAt = h. AAt + y. Ah () waar h degemiddelde,grondwaterstand is gedurendetijdvak t,.. NAt -.Ah, N of: A () hat Als voorbeeldkan deberekeningvan Adienenoverde jaren en 0:

12 NAt = 0, m (totaleneerslag-verdamping inen0) y = 0, Ah = -,00 m (de grondwaterstand daalt!) h = 00 m + NAP At = etm. Hierut volgtvolgens verg. () dat A =, x 0 etm... Rekenmodel De Zeeuw en Hellinga Doordeformule van DeZeeuwen Hellingaookonderte brengenin een rekenmodelkan het verloop van degrondwaterstandgedurendeeen aantaljarenen met verschillendeparameterseenvoudigworden berekend*. Uitgaande van de veronderstellingdatdeinvoer van de neerslaggegevensjuistis, zijnin verg. () A en y detweeparametersdiehet verloop vandegrondwaterstandkunnen beïnvloeden. Dekeuze van ybepaalt vooral deamplitude van de grondwaterbeweging, dat wilzeggeneen kleine ydoet de grondwaterstand snel stijgen bijgroteneerslaghoeveelheden maar degrondwaterstandzakt ook weer snelbij geenof weinigneerslag. Een grote y werktdaarentegendempendop degrondwaterbewegingen (fig. ). Dekeuze vande waarde van Aheefteen meer constante invloedophet verloop vande berekendegrondwaterstand. Eente grote Aheeftals gevolgeenconstantete hogeafvoeren eente kleine A eenconstantetelageafvoer. Hierdoorworden degrondwaterstanden tehoogrespectievelijk telaagberekend (fig. ). Uitdezefiguren blijktdatdeinvloed van ynietzoerggrootis opheteindresultaat, bovendienis de waarde van ygebondenaan zekere grenzen, hetis nietaannemelijk dat ykleinerzal zijn dan0, en groterdan0,. *Ditprogrammaiserëén uitdereeksstandaardprogramma'svan de afdelingwiskunde vanheticw. De figuren,, en zijnook door middel vaneen van die programma's totstandgekomen 0

13 FIG, S INVLOED BERGINGSCOEFFICIENT MU OP BEREKENOE GRONDWATERSTAND 0-OCT. FILE ECMO0 VARIABELE SYMBOOL MU MU A 0,0000 A 0,0000 GRKST IN CM NAP GRHST IN CM» NAP O X SCHAALWAAROEM O X t ie SI SI SI M S S S S S ld ) 0 u ID CHAALHAAR0EN o 00 X

14 FIG, «INVLOED ONTNUTERINGSINTENSITEIT «OP BEREKENDE GR0N0*»TERT*ND B-0CT. FILE ECHO»* V»RI»BELE SYMBOOL 0, NU NU 0. GRUBT IN C* 0. GRNST IN CM N»P N»F»CH»AL»A»RnEN o X ss s» sa 0 «e 0 ««. ar B 0 0 > ta 0 0 I 0 SCMALNAAR0EN O X ^ L

15 De waarde van Adaarentegen geeftbijeen kleine variatiealeen duidelijkeafwijking. Ablijktduseenzeerkritischeparameterte zijn.. RESULTATEN In fig. zijn deresultaten weergegeven vanberekendegrondwaterstand in vergelijking met degemetengrondwaterstand gedurende de jarentoten met. Deontwateringsbasis isgesteldop NAP, u =0, en A =, x0 etm. Aisberekendover dejarenen0 met verg. (). De grondwaterstandvertoontin diejareneendalendverloopwaardoorde kansopafwijkingentenopzichte van degemiddeldegrondwaterstand minimaal is. Uitdefiguurblijktdat deberekendewaarde van de grondwaterstand betrekkelijkgoedovereenkomt metdegemeten waarde totomstreeks. Na daaltde gemetengrondwaterstand constanttoteen diepte van NAP+,0omstreekseind omdanonderinvloed van de extremeneerslagvandeherfst van weer te stijgen. Deberekendegrondwaterstand blijftvrijhoog tussen NAP+0,00 en +,00 mschommelen. Decorrelatietussen beidelijnenistoten met :0, en na :0,0. Vandegebruikteparameters Aen y magvan uverwachtwordendat dezeniet veranderdmetdetijd,althansnietbinneneentijdsbestek van j aar. Deoorzaak van deafwijkingmoetdus wordengezochtin de waarde vandeontwateringsintensiteit A. Met verg. ()is Aberekendvoor elkafzonderlijkjaar (tabel ). Uittabel blijktdatde waarde van A tot nietgroteris dan x 0 etm. Na is Aaltijdgroterdan x 0.etm uitgezonderd, datwordti echterweeropgehevendoordegrote waarde van Ais.

16 FIG. GEMETEN E* BEREKENOE GRDNOWATERSTANO ECHOPUT V»N TOT S B-0CT- PILE ECH0B VARIABELE SVMBOUL GEMETEN GRONDWATERSTAND IN CM NAP A f>.h«lai» (ZIE TEKST),M j G. Z A e.eet**» (ZIE TEKSTJ,MU a.a x A WISSELEND (ZIE TABEL ),MU». O SCHAALWAANDEN ex B it su b 0 0» H IK in lt) 0

17 Tabel. Neerslag, gemiddeldegrondwaterstand en ontwateringsintensiteit per jaar Jaar Neerslag (m) Grwst ra. t.o.v. NAP A(x0 ).etm 0 0 0,,0, 0,., 0,,, 0,,, 0,,, 0,,, 0,,, 0,0,,0 0, 0,,0 0, 0,0, 0,,,0 0,,, 0,., 0,,0, 0,,0,0 0,0,, Omte onderzoekenof de gebruiktewaarde van A (, x0 ) wellichtte kleinis gekozengezien deafwijkingenna, is de berekeningook uitgevoerd met de waarde van Agedurendede periode toten met waardoordezede waarde, x0. etm~ krijgt. Uitfig. blijktdat met deze waarde van A geengoedverloop van degrondwaterstandkan wordenberekend. Onder.is alopgemerktdat decondities voor toepassing van deformule van De Zeeuwen Hellinganietoptimaalzijn. Omaan te tonen dat dit weliswaarenigeafwijkingveroorzaakt maarnietin die matedat het ontstaneverschilin grondwaterstand daardoorverklaard wordtis de berekeningnogmaalsuitgevoerd metals waarde voor A zoalsdezeis weergegevenintabel. Dus een jaarlijksveranderende ontwateringsintensiteit.

18 Hetresultaat vandezeberekeningisook weergegevenin fig.. Decorrelatietussenberekend en gemetengedurende enin dit geval:0,en gedurende toten met:0,.. Hiermeeis aangetoonddatdegebruikterekentechniekredelijkgoed toepasbaar isomgrondwaterstandenopgrotedieptete berekend. In deinleiding isopgemerktdattengevolge vandeextreemnatte jarenenerzeerhoge grondwaterstandenzijnopgetreden gedurende enopsommigedelen vande Veluwe. Uithet verloop vandeberekendegrondwaterstanden magwordenafgeleiddatdezehoge grondwaterstandentotgecontinueerd,zo nietgestegenzouden zijn. Tochstaandezejaren nietbekenddoorgroteneerslaghoeveelheden: integendeel,deneerslagtotalen vanhetknmi-station DeBilt wijken in die jaren weinig af van hetlandelijkgemiddelde van0 mmper jaar (tabel ). Tabel. Jaartotalenin mm vanenkeleknmi-regenstationsop de Veluweenin debilt 0 Epe Apeldoorn Elspeet Kootwijk DeBilt 0 0 Gem. Veluwestations 0 Gem. Apeldoorn/Elspeet 0 Uitdezetabelblijktookdatin dejaren- deneerslag opde Veluwebelangrijkgroter is geweestdanin De Bilt,intotaal 0 à00 mm. Degrondwaterstandenop de Veluwehadden danook na nog hoogmoetenblijvenzoalsdeberekendewaterstandook aangeeft.

19 Uithetvoorgaandekan wordengeconcludeerd dathet verschil tussen gemetenen berekendewaterstand alleenontstaankanzijndoor een verandering van deontwateringsintensiteit op de Veluwein de tijd. Dezeveranderingkan worden veroorzaaktdoorextraonttrekkingenaanhetgrondwater sinds. Gezien delocatie van de 'Echoput'- middenop de Veluwe -is ditnietbevreemdend omdat wateronttrekkingenaanhetveluwemassief geenonbekendeactiviteit is..samenvattingenconclusies Alzeerlangisbekenddatdegrondwaterstandenop de Veluwe zich merkwaardig gedragen.eriseenenormevertraging tussen variatiesinderegenvalenin degrondwaterstand. Debedoeling van deze notaistetrachten metde moderne modelmatigeberekeningvan niet- -stationaireonverzadigdestromingdeze vertraging te verklarenen zo mogelijkkwantitatiefvasttestellen. Hetisinderdaad mogelijkgebleken de grondwaterstanden van de 'Echoput',opongeveer0 mdiepte,te berekenenuitde neerslaggegevens. Deberekendecurve volgtdegemetentijdstijghoogtelijnentussenenop de voetterwijldaarinbelangrijkefluctuaties voorkomen. Na begintdegemetengrondwaterstand insteedstoenemende mate vande berekendeafte wijken. Deenigeredelijke verklaringdaarvoorisdatde waterafvoeruitde Veluwesinds groteris danin dejaren daarvoor. Dewaterstand inde 'Echoput/Aardhuisput' wasin, m lagerdanhij volgensdeberekeningbehoordete zijn; dat betekent datin jaarongeveer00 mmwateruithetcentrumvande Veluwe is verdwenen. Alsoorzakenzijn de mogelijkaante wijzentoegenomen kunstmatigewateronttrekkingen verlagingvandepotentialeninaangrenzende IJsselmeerpolders.

20 . LITERATUUR BOELS, D.,. Bepaling vanhetcapillairgeleidingsvermogenen eendeel van depf-curvein eenproefopstellingvanhet RID NotaICW..Infiltratie vanuiteenondiepedrainineen grofzandig pakket metzeer diepe grondwaterstanden. NotaICW. MAKKINK, G.F.,. De verdampinguit vegetatiesin verband met de formule van Penman. Versl. Med. Comm. Hydrol. Onderz. TNO; 0-. RIJTEMA, P.E.,. Ananalysisofactualévapotranspiration. Thesis Pudoc, Wageningen. Agr. Res. Rep. :-0. STOL, Ph.Th.,. Aspecten vanhetonderzoeknaar detijdelijke gevolgen vaneen bronbemalingte Apeldoornophet grondwaterniveau. NotaICW. ZEEUW, J.W.DEen F.HELLINGA,. Neerslag enafvoer. LandbouwkundigTijdschrift 0, 0-.