Waterberging op het landgoed Lankheet

Transcriptie

1 Waterberging op het landgoed Lankheet Mogelijkheden en consequenties voor het watersysteem H.M. Mulder E.P. Querner Alterra-rapport 1674, ISSN

2 Waterberging op het landgoed Lankheet

3 In opdracht van het ministerie van LNV, in het kader van het Beleidsondersteunen onderzoekcluster Vitaal Landelijk Gebied. Projectcode [BO ] 2 Alterra-rapport 1674

4 Waterberging op het landgoed Lankheet Mogelijkheden en consequenties voor het watersysteem H.M. Mulder E.P. Querner Alterra-rapport 1674 Alterra, Wageningen, 2008

5 REFERAAT Mulder, H.M. & E.P. Querner, Waterberging op het landgoed Lankheet: Mogelijkheden en consequenties voor het watersysteem. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport blz.; 33 fig.; 4 tab.; 15 ref. Het waterbeleid in Nederland wordt de komende jaren sterk bepaald door de implementatie van het WB21, de KRW en het GGOR. Aanleg van vloeivelden voor zuivering van beekwater kan bijdragen aan de verschillende beleidssporen. Een SIMGRO model voor Lankheet en omgeving is opgezet om de effecten van de inlaat van water naar de rietvelden te berekenen en daarnaast de effecten te berekenen als het gezuiverde water uit de rietvelden op het landgoed wordt vastgehouden. Van de modelberekeningen worden de gevolgen in beeld gebracht door de veranderingen in grondwaterstanden en afvoeren. Met het vasthouden van het gezuiverde water wordt de verdroging tegengegaan. Dit heeft echter gevolgen voor de afvoeren uit het landgoed in droge en natte perioden. Het blijkt dat er hierdoor een tegenstelling ontstaat tussen de doelstelling voor KRW / GGOR en WB 21. Trefwoorden: hydrologie, KRW, verdrogingsbestrijding, vloeivelden, waterberging, waterzuivering, WB21, piekafvoeren, SIMGRO ISSN Dit rapport is digitaal beschikbaar via Een gedrukte versie van dit rapport, evenals van alle andere Alterra-rapporten, kunt u verkrijgen bij Uitgeverij Cereales te Wageningen ( ). Voor informatie over voorwaarden, prijzen en snelste bestelwijze zie Alterra Postbus 47; 6700 AA Wageningen; Nederland Tel.: (0317) ; fax: (0317) ; info.alterra@wur.nl Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Alterra. Alterra aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen. 4 Alterra-rapport 1674 [Alterra-rapport 1674/mei/2008]

6 Inhoud Samenvatting 7 1 Inleiding Achtergrond Doelstelling onderzoek Opzet onderzoek en opbouw verslag 10 2 Beschrijving van het modelgebied 11 3 Beschrijving van het model SIMGRO Algemeen Grondwaterstroming Bodemwaterprocessen Oppervlaktewater: ontwatering en afwatering Uitwisseling tussen grondwater en oppervlaktewater 15 4 Modelschematisatie en modeltoetsing Modelgebied en ruimtelijke indeling Grondwater Maaiveldhoogte Geohydrologische schematisatie Bodemwater Bodemkenmerken Landgebruik Oppervlaktewater Randvoorwaarden Stijghoogten Oppervlaktewater Neerslag en verdamping Toetsing modeluitkomsten Grondwater Oppervlaktewater 28 5 Hydrologische berekeningen na aanleg rietvelden Aanpast SIMGRO model Toetsing grondwaterstanden Verschil in grondwaterstanden door de aanleg van het waterpark Analyse waterbeheersmaatregelen op het landgoed Water vasthouden op het landgoed Gevolgen van water vasthouden op de afvoeren vanuit het landgoed Toenemen van lage afvoeren Piekberging in de rietvelden Discussie 40 6 Regionale grondwaterstroming op het landgoed 43

7 6.1 Inleiding Kwel en wegzijging Regionale grondwaterstroming Analyse waterkwaliteit van de grondwaterstroming 47 7 Conclusies 49 Literatuur 51 6 Alterra-rapport 1674

8 Samenvatting Het waterbeleid in Nederland wordt de komende jaren sterk bepaald door de implementatie van het Waterbeheer 21e eeuw (WB21), de Kader Richtlijn Water (KRW) en het Gewenste Grond- en Oppervlaktewaterregime (GGOR). De beleidssporen hebben verschillende doelen (aanpak wateroverlast, verdroging en realisatie ecologische kwaliteit). Het afleiden van beekwater naar rietvelden om het te zuiveren en te laten infiltreren in het grondwatersysteem kan aan deze opgaven een bijdrage leveren. Deze opzet is als proef gerealiseerd op het landgoed het Lankheet ( Het doel van deze studie is het kwantificeren van de hydrologische effecten van het zuivering van beekwater en het vasthouden van water op het landgoed. Vanuit de Buurserbeek wordt water afgeleidt naar het landgoed Het Lankheet. Op het landgoed wordt het water via verdeelwerken naar de rietvelden geleidt. Er zijn in totaal zeven rietvelden met een totale grootte van ongeveer 3 ha. die afzonderlijk ca. 500 m 3 /d vervuild beekwater aangevoerd krijgen. Het SIMGRO model is opgezet voor een gebied van iets meer dan ha, hiervan is het interessegebied ca. 400 ha groot. Het modelgebied is gelegen op de grens van de provincies Overijssel en Gelderland aan de grens met Duitsland. Het interessegebied ligt ter plaatse van het landgoed het Lankheet ca. 3 km ten zuiden van Haaksbergen. In deze studie is de nadruk komen te liggen om de beekafvoeren en grondwaterstanden zo goed mogelijk te berekenen. Zowel in de referentiesituatie (voor de aanleg de rietvelden) als in de situatie na aanleg van de rietvelden, zijn de verschillen tussen gemeten en berekende grondwaterstanden over het algemeen kleiner dan 30 cm. De betrouwbaarheid van het model is voldoende om hiermee de effecten van de maatregelen inzichtelijk te maken. Het inlaten van water naar de rietvelden heeft een verhoging van de grondwaterstand tot gevolg. Deze verhoging kan ter plaatse van de rietvelden oplopen tot ca. 1 meter. De ondiepere grondwaterstanden heffen een deel van de verdroging op het landgoed op en hebben slechts een gering effect buiten het landgoed. In deze studie is gebleken dat er een waterberging mogelijk is van ca. 45 mm in het voorjaar tot ca. 100 mm in het najaar. Hiermee is het beperkt mogelijk om de waterstroming te sturen. Mogelijkheden om de lage afvoeren in de zomer te laten toenemen zijn daardoor ook beperkt. Met de zuiverende werking van de rietvelden en het vast houden van gezuiverde water op het landgoed wordt de waterkwaliteit verbeterd en de verdroging tegengegaan. Deze werkwijze komt zo tegemoet aan beleidsdoelstellingen van de KRW en de GGOR. Het vasthouden van water op het landgoed heeft echter gevolgen voor de waterafvoer. Door het vasthouden is er gedurende het hele jaar sprake van een beperkte bergingscapaciteit in de grond, waardoor de afvoer na een hevige regenbui fors kan toenemen. Gezien de doelstelling voor WB21 is dit een Alterra-rapport

9 verslechtering van de situatie. Zodoende is er een tegenstelling tussen het realiseren van de doelstellingen in het kader van de KRW en GGOR, met de doelstelling van WB21. Om deze tegenstelling op te heffen is het mogelijk om water in de rietvelden te bergen ten tijde van extreme afvoeren. De negatieve effecten kunnen op deze manier worden gecompenseerd en daardoor zijn waterzuivering en waterberging kansrijke maatregelen en goed te combineren. De kwel concentreert zich op de sloten in het westelijk en noordwestelijk deel van het landgoed. Wegzijging treedt met name op in het zuidelijk en oostelijk deel van het landgoed en verder weg van de waterlopen op het landgoed. Dit wordt met name veroorzaakt door de hogere ligging. Ter plaatse van de rietvelden treedt kwel op. Na de inlaat van water voor de rietvelden verandert de grondwaterstroming. Vanuit de rietvelden stroomt er grondwater in noordwestelijke richting en treedt uit in enkele sloten op het landgoed. Dit water doet er ca. 10 jaar over om in de sloot weer uit te treden Het water wat na 10 jaar uittreedt zal een betere kwaliteit hebben dan het water wat nu uit de rietvelden stroomt. 8 Alterra-rapport 1674

10 1 Inleiding 1.1 Achtergrond Het waterbeleid in Nederland wordt de komende jaren sterk bepaald door de implementatie van het Waterbeheer 21 e eeuw (WB21), de Kader Richtlijn Water (KRW) en het Gewenste Grond- en Oppervlaktewaterregime (GGOR). De beleidssporen hebben verschillende doelen (aanpak wateroverlast, verdroging en realisatie ecologische kwaliteit). Onduidelijk is of WB21-maatregelen bijdragen aan, of juist contraproductief zijn voor de realisatie van KRW-doelen. Voor LNV is dit inzicht juist voor het regionale waterbeheer van belang. Het afleiden van beekwater naar rietvelden om het te zuiveren en te laten infiltreren in het grondwatersysteem kan aan deze opgaven een bijdrage leveren. De mate waarin is echter niet duidelijk. Binnen het project Lankheet zijn rietvelden aangelegd om het beekwater te zuiveren. Een van de nevendoelstellingen van de aanleg van rietvelden op het landgoed Lankheet is het gezuiverde beekwater te gebruiken voor de regeneratie van de verdroogde natuurlijke vegetatie. Om te onderzoeken of deze beoogde hydrologische werking ook optreedt is zowel monitoring van de effecten als ook de modelmatige berekening ervan noodzakelijk. Op het landgoed Lankheet is in het waterpark gerealiseerd. Het gaat daarbij om waterzuivering, waterberging, productie van energie uit biomassa, recreatief medegebruik, natuurontwikkeling en de beleving van kunst en cultuurhistorie. Deze onderdelen zijn op een innovatieve manier met elkaar verweven in het Waterpark op het Lankheet (zie ook: Doelstelling onderzoek Aan de hand van de praktijksituatie Lankheet wordt nagaan of de maatregelen die zich hebben voorgedaan op het landgoed effectief bijdragen aan WB21 doelstellingen en tevens tot een betere ecologische kwaliteit voor het betreffende watertype. In deze studie ligt de focus op het kwantificeren van de hydrologische situatie c.q. neveneffecten van het zuiverings- en bergingssysteem (in de rietvelden en het verdroogde bos). Er wordt onderzocht in hoeverre het bergen van oppervlaktewater op het landgoed mogelijk is en daarnaast vindt er een verkenning plaats in hoeverre piekberging op het landgoed is te realiseren. In de droge zomermaanden kan het water dat in de natte wintermaanden is vastgehouden tot afvoer komen om zo de lage afvoeren benedenstrooms van het landgoed te laten toenemen. Alterra-rapport

11 1.3 Opzet onderzoek en opbouw verslag In hoofdstuk 2 wordt een korte beschrijving gegeven van het modelgebied. Hoofdstuk 3 gaat kort in op de werking van het model SIMGRO. In hoofdstuk 4 wordt de model-schematisering behandeld en komen de invoergegevens aan bod. Ook worden de gesimuleerde grondwaterstanden en afvoeren van het model vergeleken met meetgegevens. In hoofdstuk 5 wordt de hydrologische situatie na de aanleg van de rietvelden in beeld gebracht. Voor het landgoed worden berekende grondwaterstanden opnieuw vergeleken met meetgegevens. Daarnaast worden de mogelijkheden verkend om water vast te houden op het landgoed en ook de gevolgen hiervan op de beekafvoeren In hoofdstuk 6 wordt gekeken hoe het grondwater stroomt ter plaatse van de rietvelden en worden uitspraken gedaan over de kwaliteit van het grondwater. Tenslotte volgen in hoofdstuk 7 de conclusies en aanbevelingen. 10 Alterra-rapport 1674

12 2 Beschrijving van het modelgebied Het modelgebied is gelegen op de grens van de provincies Overijssel en Gelderland aan de grens met Duitsland (zie figuur 2.1). In het modelgebied lopen een aantal beken, waarvan het stroomgebied van de Buurserbeek en de Berkel de belangrijkste zijn. Het stroomgebied van de Buurserbeek heeft een oppervlakte van ca ha, waarvan ca ha in Duitsland. Ter plaatse van het dorp Buurse passeert de beek de grens van Nederland, waar het vervolgens ten zuiden van Haaksbergen stroomt. Vanaf het punt waar de beek het Twentekanaal kruist, staat de beek als Schipbeek bekend. Tot ongeveer 1400 stroomde de Buurserbeek door Haaksbergen, daarna werd de beek ten behoeve van de handel verlegd naar het zuiden en aangesloten op de Schipbeek. Figuur 2.1 Ligging van het onderzoeksgebied Het interessegebied ligt ter plaatse van het landgoed het Lankheet ca. 3 km ten zuiden van Haaksbergen. Het gebied is geologisch gevormd tijdens de laatste en voorlaatste ijstijd, toen het landijs Nederland deels bedekte. In de Saalien-ijstijd voerde het landijs allerlei materialen als zand, grind en zwerfkeien (grondmorene) met zich mee. Zo werd het centrale deel van het landgoed tot een afgevlakte heuvelrug gevormd die nauwelijks opvalt in het landschap. Bijna overal in het modelgebied vond afzetting van keileem plaats. Ongeveer jaar geleden begon een warmere periode, die tot heden voortduurt. In deze periode vond veenvorming plaats in gebieden waar als gevolg van keileem in de ondergrond, de waterafvoer stagneerde. Alterra-rapport

13

14 3 Beschrijving van het model SIMGRO 3.1 Algemeen Om de effecten van waterhuishoudkundige ingrepen in een gebied te kunnen kwantificeren is het regionale model SIMGRO (SIMulatie van GROndwaterstroming en oppervlaktewaterstanden) ontwikkeld. SIMGRO beschrijft de stroming in de verzadigde zone, onverzadigde zone en het oppervlaktewater (Querner e.a., 1989; Van Walsum e.a., 2004). Het programma SIMGRO wordt sinds 2001 aangestuurd met behulp van een ArcView-applicatie genaamd AlterrAqua. In figuur 3.1 is een schematisch beeld gegeven van het model. Het niet-stationaire karakter van dit model, waarin de interactie tussen de hydrologische processen in de grond- en oppervlaktewater van belang zijn, maakt het mogelijk de variaties binnen het hydrologische systeem door veranderende randvoorwaarden, zoals de weersomstandigheden, te beschrijven. 252H 02 Aanvoer Supply capacity of afvoer Slechtdoorlatende laag Aquitard Beregening uit oppervlaktewater Sprinkling from surface water Oppervlakkigee Surf afstroming ace runoff st Eerste watervoerende 1 Aquif laag Slechtdoorlatende Aquitard laag Landgebruik Land use Subsurface Infiltratie ofirrigation or drainage Root wortelzone Surf Oppervlaktewater ace water system Sprinkling f rom groundwater Beregening uit Drinkwateronttrekking Pu bl ic grondwater water supply Capillary Capillairerise or opstijging percolation Sub Deelgebiedsgrens catchm ent boundary Phreat ic level Grondwaterspiegel Tweede 2 watervoerende Aquifer laag Hydrologische Hydrological base basis Knooppunt Node point vanfinite eindige element elementennetwerk grid Figuur 3.1: Schematische weergave van de hydrologische processen en systemen in SIMGRO. 3.2 Grondwaterstroming Voor het beschrijven van de grondwaterbeweging in de verzadigde zone wordt een schematisatie toegepast in watervoerende en weerstandbiedende lagen (zie figuur 3.1). Een driehoeksnetwerk vormt de meetkundige basis van de numerieke berekening van grondwaterstroming met de methode van eindige elementen. Deze methode beschrijft de stijghoogte en/of flux in ieder knooppunt (hoekpunt van een driehoek) met behulp van lineaire interpolaties. In een watervoerende laag treedt Alterra-rapport

15 horizontale stroming op en in een weerstandbiedende laag alleen verticale stroming. Op deze wijze wordt de verzadigde grondwaterstroming quasi-driedimensionaal beschreven. Om tot een oplossing te komen wordt langs de rand van het model een stijghoogte of flux opgelegd. 3.3 Bodemwaterprocessen Aan de hand van het driehoeksnetwerk voor de grondwaterstroming kan voor ieder knooppunt een zogenoemd invloedsoppervlak worden geconstrueerd. De berekening van de onverzadigde grondwaterstroming vindt plaats per invloedsoppervlak. Het in detail modelleren van het bodemwater als onderdeel van een regionaal model zou een buitensporige rekeninspanning vereisen. Om toch de belangrijkste bodemwaterprocessen in beeld te brengen heeft SIMGRO een module met een eenvoudig bakmodel voor de wortelzone en een vochtprofiel voor de ondergrond. Hierbij is de ondergrond gedefinieerd als het profiel tussen de wortelzone en freatisch vlak. Het model maakt gebruik van tabellen die met het numerieke bodemwatermodel CAPSEV zijn verkregen (Wesseling, 1991). De beschouwde wortelzone heeft een vochtbergend vermogen dat wordt bepaald door de dikte en de vochtkarakteristiek van het bodemmateriaal. Toevoeging aan of onttrekking uit dit systeem zijn neerslag, beregening, evapotranspiratie, capillaire flux en percolatie. Als de vochtvoorraad in de wortelzone behorende bij het evenwichtprofiel wordt overschreden, zal het overtollige vocht als percolatie naar de ondergrond gaan. Dit is de grondwateraanvulling voor de verzadigde zone. Als er minder vocht dan behorende bij het evenwichtprofiel in de wortelzone aanwezig is, kan er een capillaire flux optreden. Met de percolatie of capillaire flux uit de onverzadigde zone rekent het model in de bovenste laag van het verzadigde deel een verandering van de grondwaterstand uit. Het vochttransport in de onverzadigde zone wordt op pseudo-stationaire wijze benaderd, dat wil zeggen volgens een opeenvolging van stationaire situaties. Invoer voor het model van de onverzadigde zone is aan de bovenkant neerslag en potentiële verdamping. De potentiële verdamping van gras wordt met behulp van de Makkink-formule berekend (gras-referentieverdamping). Voor andere gewassen wordt deze referentieverdamping vermenigvuldigd met gewasfactoren om de potentiële verdamping te bepalen (Hooghart, 1987 en Feddes, 1987). De actuele verdamping (evapotranspiratie) hangt af van de vochtvoorraad in de wortelzone. Buiten het groeiseizoen van een gewas rekent het model met een bodemverdamping. Voor bos is onderscheid gemaakt in naald- en loofhout. Voor beiden wordt de potentiële verdamping berekend volgens de procedures opgesteld door de Ad Hoc Groep Verdamping (1984). Hierbij wordt voor bossen rekening gehouden met interceptie van neerslag op de bladeren en naalden. Dit wordt modelmatig geschematiseerd als een reservoir waarvan de grootte verschilt voor zomer en winter. 14 Alterra-rapport 1674

16 Dit interceptiewater verdampt weer en is zodoende onderdeel van de potentiële verdamping voor bossen. 3.4 Oppervlaktewater: ontwatering en afwatering In SIMGRO worden de invloedsoppervlakten van de knooppunten gegroepeerd tot afwateringseenheden. Binnen een afwateringseenheid wordt in dit project onderscheidt gemaakt tussen drie categorieën van waterlopen: hoofdwaterlopen (beekjes en sloten in beheer bij het waterschap); top 10 waterlopen (sloten en greppels); maaivelddrainage. Een ontwateringsmiddel is actief als de grondwaterstand en/of de oppervlaktewaterstand hoger is dan de bodem van het ontwateringsmiddel. De grondwaterstand is representatief op het niveau van het invloedsgebied. De oppervlaktewaterstand op het niveau van de afwateringseenheid. Afhankelijk van de omstandigheden is er sprake van drainage of infiltratie. De drainage wordt berekend met de formule van Ernst (Ernst, 1978), aangepast ten behoeve van toepassing in een numeriek model. De waterbalans van een afwateringseenheid wordt gesimuleerd met één reservoir voor het geheel van grotere en kleinere waterlopen. De afwatering wordt gesimuleerd met een netwerk van reservoirs. De netwerkstructuur definieert de wijze waarop de reservoirs een cascade vormen. Voor ieder reservoir wordt een relatie afgeleid tussen berging en peil, de zogenaamde bergingsrelatie, en tussen afvoer en peil, de afvoerrelatie. Bij de waterafvoer wordt een natuurlijke situatie gesimuleerd (waterloop met een bepaalde bodemhoogte) of een stuw met een klepstand (zomer / winter). 3.5 Uitwisseling tussen grondwater en oppervlaktewater De waterstanden in het oppervlaktewater reageren meestal zeer snel op een veranderende drainage. De berging ervan is immers zeer gering in vergelijking met het grondwatersysteem. Een kleine tijdstap is dan ook gewenst, die los staat van de gekozen tijdstap voor het grondwater. Voor de onverzadigde zone en de verzadigde zone rekent SIMGRO over het algemeen met tijdstappen van ¼ dag tot ½ dag. Het oppervlaktesysteem in het model wordt daarentegen met veel kleinere tijdstappen berekend. De grondwaterstand blijft in die periode constant, maar het waterpeil varieert en de berekende drainage of infiltratie wordt gesommeerd. Bij de volgende tijdstap voor het grondwater wordt deze gesommeerde drainageflux gebruikt om een nieuwe grondwaterstand te berekenen. Alterra-rapport

17

18 4 Modelschematisatie en modeltoetsing 4.1 Modelgebied en ruimtelijke indeling Figuur 2.1 geeft een overzicht van het modelgebied met daarin het interessegebied het landgoed het Lankheet. Het totale modelgebied heeft een grootte van ongeveer ha. Het interessegebied is ca. 400 ha groot. Het modelgebied is zo gekozen dat effecten van foutieve randvoorwaarden op het interessegebied vrijwel te verwaarlozen zijn. De eindige elementen methode wordt gebruikt voor de numerieke berekening van de grondwaterstroming. Hiervoor is een driehoeksnetwerk gemaakt, met voor ieder knooppunt een invloedsgebied. Het totaal aantal knooppunten bedraagt De knooppuntafstand van het netwerk varieert van 15 meter ter plaatse van het landgoed naar ruim 300 meter erbuiten (Dik e.a., 2006). Figuur 4.1 zoomt in op de invloedsgebieden ter plaatse van het landgoed het Lankheet. Hierbij zijn ook de waterlopen en rietvelden weergegeven die bij de scenario s gemodelleerd worden. Figuur 4.1: Invloedsgebieden ter plaatse van het landgoed het Lankheet. Alterra-rapport

19 4.2 Grondwater Maaiveldhoogte Per knooppunt is het maaiveld ontleend aan het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN). In SIMGRO wordt de gemiddelde maaiveldhoogte per invloedsgebied gebruikt als basis voor de berekeningen. Bij het modelleren van situaties met inundatie wordt de maaiveldberging meegerekend door gebruik te maken van de maaiverdeling per invloedsgebied. De maaiveldhoogte in het modelgebied varieert van ca. 35 m+nap in het oosten tot ca. 22 m+nap in het westen. Het verschil van 13 meter heeft als gevolg dat het afvoeren van water gereguleerd wordt met behulp van kunstwerken. Ter plaatse van het interessegebied wordt het water ingelaten op een hoogte van ongeveer 26 m+nap en watert het landgoed af op de Buurserbeek op een hoogte van ongeveer 21 m+nap. In figuur 4.2 is de maaiveldhoogte ter plaatse van het landgoed weergegeven. Figuur 4.2: Maaiveldhoogte ter plaatse van het landgoed het Lankheet Geohydrologische schematisatie De geohydrologische opbouw van de ondergrond in de omgeving van het landgoed het Lankheet is geschematiseerd tot een freatisch watervoerend pakket, aan de onderzijde begrensd door de geohydrologische basis. De diepte van de geohydrologische basis is op de meeste plaatsen beperkt: minder dan 10 m. De basis van het modelgebied bestaat uit veelal kleiige afzettingen behorende tot de Rupelformatie. 18 Alterra-rapport 1674

20 Figuur 4.3 Gedeelten van het geologische profiel ten noorden van Lankheet, met onder Haaksbergen het glaciale dal Op een aantal plekken ligt op de tertiaire afzettingen nog grondmorene behorende tot de Formatie van Drenthe. Deze laag kan, indien aanwezig, eveneens tot de hydrologische basis worden gerekend. Boven de basis liggen ter weerszijde van het glaciale dal afzettingen behorende tot de Formatie van Twente, bestaande uit zeer fijn en matig fijn zand, soms matig, plaatselijk met leem of veen. Een uitzondering op deze beschrijving vormt een noord-zuid gelegen en opgevuld glaciaal dal. Het glaciale dal heeft een afwijkende opbouw en is over het algemeen goed tot zeer goed doorlatend. Op basis van twee dwarsprofielen, waaronder een is afgebeeld in figuur 4.3, wordt een diepte van ca. 35 m onder maaiveld geschat (Bakel e.a., 2007). Voor de stroming van het grondwater is de doorlaatvermogen (product van dikte en doorlatendheid) van de diepere lagen van belang. Uit boringen blijkt dat redelijk ondiep al zeer slecht doorlatende lagen voorkomen, bestaande uit o.a. keileem. Ter plaatse van het Haaksbergerveen ligt de keileem slechts enkele meters beneden maaiveld. Boven dit pakket liggen beter doorlatende afzettingen. Voor een groot deel van het gebied is de dikte van deze redelijk doorlatende afzettingen minder dan 10 m. Alleen ter plaatse van twee opgevulde geulen is de dikte groter en daarmee ook het doorlaatvermogen. Voor de rest van het gebied is het doorlaatvermogen van het watervoerend pakket zeer beperkt. In de onderstaande kaart is dit weergegeven (figuur 4.4). Alterra-rapport

21 Figuur 4.4: Doorlaatvermogen ter plaatse van het landgoed het Lankheet 4.3 Bodemwater Voor simulatie van de onverzadigde zone zoals beschreven in paragraaf 3.3 zijn, naast de gegevens over maaiveldhoogte (zie paragraaf 4.2.1), gegevens over de bodemkenmerken en het bodemgebruik benodigd Bodemkenmerken Voor de toekenning van bodemkenmerken wordt gebruik gemaakt van de bodemkaart 1: (De Vries e.a., 1992). De eenheden op de bodemkaart zijn vertaald naar een 21-tal bodemfysische profielen, ook wel PAWN-eenheden genoemd. Daarbij is gebruik gemaakt van de bouwstenen van de Staringreeks (Wösten e.a., 2001). In SIMGRO wordt de dominante bodemfysische eenheid per invloedsgebied gebruikt als basis voor de berekeningen. Ter plaatse van het interessegebied komen zand- en veengronden voor. De belangrijkste bodemtypen zijn zwarte enkeerdgronden, beekeerdgronden, veldpolzolgronden en in het zuiden de haarpodzolgronden. 20 Alterra-rapport 1674

22 4.3.2 Landgebruik Gegevens over het bodemgebruik zijn ontleend aan het LGN4 bestand van Alterra. Het LGN4 bestand is een rasterbestand met een resolutie van 25 meter. In het bestand worden de belangrijkste landbouwgewassen, een aantal natuurklassen en stedelijke klassen onderscheiden. In SIMGRO wordt het dominante grondgebruik per invloedsgebied gebruikt als basis voor de berekeningen. In het modelgebied is het landgebruik met name: gras (49%), maïs (17%), bebouwing (9%), naaldbos (7%) en loofbos (6%). Ter plaatse van het landgoed het Lankheet is er overwegend bos, maar er zijn ook enkele percelen grasland aanwezig. Deze velden werden via een stelsel van sloten bevloeid met water uit de Buurserbeek (zie figuur 4.5). Figuur 4.5 Satellietbeeld van het landgoed het Lankheet (bron: Google Earth) 4.4 Oppervlaktewater De ligging van de hoofdwaterlopen (A-watergangen) zijn door de waterschappen Rijn en IJssel en Regge en Dinkel aangeleverd. De kenmerken zijn overgenomen uit de legger waarbij ontbrekende gegevens zijn ingeschat. De kleinere sloten en greppels zijn ontleent aan het Top10-Vector bestand van de Topografische Dienst. De begrenzing van afwateringsgebieden zijn aangeleverd door beide waterschappen. In SIMGRO heeft elk waterloopsegment een eigen afwateringseenheid. Een afwateringseenheid is samengesteld uit verschillende invloedsgebieden van de knooppunten. Binnen de grenzen van de afwateringsgebieden worden afwateringseenheden gevormd op basis van kortste afstand tussen invloedsgebied en waterloopsegment. Door in het interessegebied te werken met kleine waterlopen, worden onnauwkeurigheden in de berekening van ontwatering en afwatering Alterra-rapport

23 gereduceerd. Voor het modelgebied zijn er 930 afwateringseenheden aangemaakt. Voorts zijn er 177 kunstwerken in het model in beschouwing genomen. De afwatering wordt gesimuleerd met een netwerk van reservoirs. De netwerkstructuur definieert de wijze waarop de reservoirs een cascade vormen. Voor ieder reservoir moet een relatie afgeleid worden tussen berging en peil, de zogenaamde bergingsrelatie en tussen afvoer en peil, de afvoerrelatie. Met behulp van het instrument AlterrAqua wordt de Q-h relatie benaderd door het toepassen van eenvoudige formules met betrekking tot stroming door leidingen en over kunstwerken. Voor Hoog-Nederland is deze eenvoudige benadering veelal toereikend. 4.5 Randvoorwaarden Stijghoogten Voor het simuleren van de regionale grondwaterstroming is het nodig om op de modelrand van een watervoerend pakket een randvoorwaarde toe te kennen. Dit kan door het opleggen van een stijghoogte. Op de modelranden verloopt de stijghoogte over het jaar op basis van de daar aanwezige grondwatertrap. De variatie van de grondwaterstanden op de randen over het jaar is in figuur 4.6 weergegeven. Grondwaterstand (m-mv) Maand jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec Figuur 4.6: Variatie van de stijghoogte (in m-mv) over het jaar toegekend aan de knooppunten van de modelrand. Gt 3 Gt 5 Gt 6 Gt 7 22 Alterra-rapport 1674

24 4.5.2 Oppervlaktewater In SIMGRO is het mogelijk instroming van oppervlaktewater aan de modelrand te simuleren. Hierbij kan de gebruiker per op te geven tijdsperiode de hoeveelheid laten variëren. Vanuit Duitsland stromen de Buurserbeek en de Berkel het modelgebied in. Voor de meetpunten bij de Reinkstuw in de Buurserbeek en de stuw nabij Rekken voor de Berkel zijn gemeten afvoeren aangeleverd door het waterschap Neerslag en verdamping Meteogegevens zijn ontleent aan het station Hupsel (bron: KNMI). Naast neerslaggegevens zijn ook nodig de temperatuur, relatieve vochtigheid en globale straling. Aan de hand van deze gegevens is de potentiële verdamping van gras en bos berekend. In Figuur 4.7 zijn de jaarsommen van neerslag en verdamping weergegeven voor de periode 2000 tot en met In deze periode valt er gemiddeld 826 mm neerslag en wordt er met de methode van Makkink gemiddeld 584 mm verdamping berekend. Het jaar 2005 is met 1005 mm neerslag een nat jaar Neerslag Verdamping Hoeveelheid (mm) Tijd Figuur 4.7: Jaarsommen neerslag en potentiële verdamping voor station Hupsel Alterra-rapport

25 4.6 Toetsing modeluitkomsten In deze paragraaf vindt een vergelijking plaats tussen gemeten en berekende gronden oppervlaktewater plaats. De vergelijking is gebaseerd op de situatie voor de aanleg van de rietvelden Grondwater Op verschillende plaatsen in het modelgebied staan peilbuizen, waarin grondwaterstanden zijn gemeten. Vergelijking van deze gemeten grondwaterstanden met de berekende grondwaterstand geeft een indruk van de mogelijkheden van het model om de huidige situatie te simuleren. De grondwaterstand neemt in hoofdlijn van oost naar west af. De stroming van het grondwater is over het algemeen sterk afhankelijk van locale omstandigheden. Zo stroomt het grondwater ter plaatse van het landgoed Lankheet globaal in noordwestelijke richting. In figuur 4.8 en 4.9 zijn respectievelijk de berekende GHG en GLG ter plaatse van Landgoed Lankheet weergegeven. Het betreft de berekende grondwaterstanden voor de periode De GHG verloopt van ca. 80 cmmv in het zuidoosten van het landgoed naar ca. 20 cm-mv in het noordwesten. In de zomer zakt de GLG ca. 60 tot 80 cm t.o.v. de GHG. Figuur 4.8: De GHG voor het landgoed het Lankheet (cm-mv) 24 Alterra-rapport 1674

26 Figuur 4.9: De GLG voor het landgoed het Lankheet (cm-mv) Op het landgoed staat één peilbuis, die over lange tijd is gemeten. Verder bevindt zich in het modelgebied nog een peilbuis op ca m ten zuidwesten van het landgoed. Gemeten afvoeren voor de Buurserbeek zijn beschikbaar voor het meetpunt Molenbeek (zie figuur 4.10). Alterra-rapport

27 Figuur 4.10: Ligging meetpunten In figuur 4.11 zijn zowel de gemeten als de berekende grondwaterstanden weergegeven van de peilbuis op het landgoed. In de figuur is goed te zien dat de gemeten en berekende grondwaterstanden niet veel verschillen. In figuur 4.12 is van de peilbuis op 1800 m ten zuidwesten van het landgoed het gemeten en berekende tijdsverloop gepresenteerd. Ook in deze peilbuis worden de waterstanden goed gesimuleerd. 26 Alterra-rapport 1674

28 Berekend Gemeten 24.1 Stijghoogte (m+nap) jan-97 1-apr-97 1-jul-97 1-okt-97 1-jan-98 1-apr-98 1-jul-98 1-okt-98 Tijd Figuur 4.11: Gemeten (rood) en berekende (blauw) grondwaterstanden op het landgoed Berekend Gemeten 23.3 Stijghoogte (m+nap) jan-97 1-apr-97 1-jul-97 1-okt-97 1-jan-98 1-apr-98 1-jul-98 1-okt-98 Tijd Figuur 4.12: Gemeten (rood) en berekende (blauw) grondwaterstanden op 1800 m ten zuidwesten van het landgoed. Alterra-rapport

29 4.6.2 Oppervlaktewater Voor het meetpunt Molenbeek (voor locatie zie figuur 4.10) is in figuur 4.13 de berekende en gemeten afvoer vergeleken. Voor dat meetpunt wordt het verloop van de afvoeren goed gesimuleerd. Voor de zomerperiode zijn de berekende afvoeren over het algemeen enigszins hoger dan de gemeten afvoeren Gemeten Berekend Afvoer (m 3 /s) jan-97 1-apr-97 1-jul-97 1-okt-97 1-jan-98 1-apr-98 1-jul-98 1-okt-98 Tijd Figuur 4.13: Gemeten (rood) en berekende (blauw) afvoeren bij de Molenstuw 28 Alterra-rapport 1674

30 5 Hydrologische berekeningen na aanleg rietvelden In dit hoofdstuk worden de hydrologische effecten besproken na de aanleg van de rietvelden en het Waterpark het Lankheet. Ten opzichte van het referentiemodel, beschreven in hoofdstuk 4, wordt in dit hoofdstuk het oppervlaktewatersysteem op het landgoed nu in meer detail beschreven. Na het bespreken van de hydrologische effecten van de aanleg van het waterpark vindt er een verkenning plaats voor wat de mogelijkheden zijn voor extra waterberging op het landgoed en vindt er tevens een verkenning plaats voor het ophogen van de lage afvoeren in de Buurserbeek. 5.1 Aanpast SIMGRO model Ter plaatse van de watermolen wordt water vanuit de Buurserbeek het landgoed ingelaten (figuur 5.1). Via een gesloten leiding komt het water in een beekje terecht die het water vervolgens naar het verdeelpunt afvoert. Ter plaatse van het verdeelpunt wordt het water verdeelt over vier waterlopen. De westelijke waterloop voedt de noordelijk gelegen rietveld (niet weergegeven in de figuur) en de zuidelijke waterloop voedt de zuidelijk gelegen rietvelden. De zuidelijke rietvelden zijn onderverdeeld in zes velden met elk een waterloop. Elk veld krijgt een aanvoer van ca. 500 m 3 /d wat overeen komt met ca. 6 l/s. Om voldoende water in de aanvoerende waterloop te krijgen, wordt ter plaatse van de verdeling extra water ingelaten. Het overige deel van het ingelaten water stroomt via de noordelijke waterloop terug naar de Buurserbeek. Figuur 5.1: Waterlopen voor modellering van scenario s. Alterra-rapport

31 5.1.1 Toetsing grondwaterstanden Bij de aanleg van het waterpark zijn er in het landgoed op verschillende plaatsen peilbuizen geplaatst. Om een indruk te krijgen hoe goed het model de nieuwe situatie simuleert wordt er opnieuw een vergelijking gemaakt tussen de gemeten en berekende grondwaterstanden. In en rondom het landgoed zijn 15 peilbuizen geplaatst waar vanaf medio 2006 metingen verricht zijn (zie figuur 5.2). Figuur 5.2: Ligging peilbuizen ter plaatse van het landgoed het Lankheet. In tabel 5.1 is de gemiddelde afwijking t.o.v. de gemeten grondwaterstand weergegeven. Voor de meeste peilbuizen geld dat het model de gemeten grondwaterstand goed simuleert. Voor 6 peilbuizen geldt dat de afwijking kleiner is dan 15 cm en 8 peilbuizen hebben een afwijking tussen 15 en 30 cm t.o.v. de gemeten grondwaterstand. Voor één peilbuis geldt dat het verschil iets groter is dan 30 cm. Doordat de gemeten grondwaterstand representatief is voor een puntlocatie en de berekende grondwaterstand een gemiddelde waarde is voor het invloedsoppervlak van een knooppunt, is het verschil tussen gemeten en berekende grondwaterstand acceptabel. 30 Alterra-rapport 1674

32 Tabel 5.1: Gemiddeld verschil grondwaterstand na realisatie rietvelden gemeten/berekend. Peilbuis Grondwaterstand gemeten Grondwaterstand berekend Verschil gemeten/ berekend B B B B B B B B B B B Bos Bos Bos Bos Als voorbeeld is in figuur 5.3 te zien dat na de realisatie van de rietvelden het verloop van de grondwaterstand goed wordt gesimuleerd. In november 2006 zakt de berekende grondwaterstand minder uit dan gemeten is. Dit is te verklaren doordat destijds geen water vanuit de Buurserbeek werd ingelaten en daardoor de rietvelden tijdelijk droog kwamen te staan Berekend Gemeten Stijghoogte (m+nap) jun-06 1-aug-06 1-okt-06 1-dec-06 1-feb-07 1-apr-07 Tijd Figuur 5.3: Vergelijking gemeten en berekende grondwaterstanden voor peilbuis bos 2. Alterra-rapport

33 5.1.2 Verschil in grondwaterstanden door de aanleg van het waterpark Het in werking stellen van de vloeivelden heeft een verhoging van de grondwaterstand tot gevolg. De hogere grondwaterstanden zijn te karakteriseren met de gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG) en de lagere grondwaterstanden met de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG). In de figuren 5.4 en 5.5 is de verhoging van de GHG en de GLG als gevolg van de aanleg van de vloeivelden weergegeven. De verhoging van de grondwaterstand kan ter plaatse van de vloeivelden oplopen tot ca. 80 cm in GHG en meer dan 1,00 m in GLG. Uit beide figuren blijkt dat de verhogingen van de grondwaterstanden uitstralen tot buiten de grenzen van het landgoed. Bij landbouwgebieden ten noorden van de Buurserbeek en ten zuiden van het landgoed zal een geringe verhoging in de grondwaterstand te zien zijn (5 tot 10 cm). Ter plaatse van het landbouwperceel (op het landgoed) ten oosten van de vloeivelden zal een verhoging van de grondwaterstand van ca. 10 tot 25 cm te zien zijn. In deze studie is niet onderzocht wat de effecten op de landbouw zijn in termen van productie. Deze zijn afhankelijk van de huidige hydrologische situatie en kunnen zowel positief zijn door verminderde droogteschade als negatief door verhoogde natschade. Figuur 5.4: Effect van de aanleg van de vloeivelden op de GHG (blauw: cm verhoging, rood: cm verlaging). Opvallend is een lichte verlaging van de grondwaterstanden aan de oostzijde van het landgoed. De (nieuwe) ondiepe beekjes op het westelijk deel van het landgoed hebben locaal een extra ontwaterend effect, die daarmee een beperkte verlaging van de grondwaterstand veroorzaken. 32 Alterra-rapport 1674

34 Figuur 5.5: Effect van de aanleg van de vloeivelden op de GLG (blauw:cm verhoging, rood: cm verlaging) Het verschil tussen de GHG en de GLG is een maat voor het bergend vermogen. De verhoging van de GLG is groter dan die van de GHG, waardoor het verschil en daarmee het bergend vermogen van de bodem na aanleg van de vloeivelden kleiner is dan ervoor. De effecten van het reduceren van de bergingscapaciteit worden later in dit hoofdstuk besproken. 5.2 Analyse waterbeheersmaatregelen op het landgoed Een tweetal waterbeheersmaatregelen op het landgoed zullen besproken worden (zie tabel 5.2). Voor de eerste maatregel zal met een viertal scenario s een beeld geschetst worden in hoeverre het mogelijk is oppervlaktewater te bergen op het landgoed. Bij de tweede maatregel wordt met behulp van twee scenario s gekeken in hoeverre het mogelijk is de lage afvoeren van de Buurserbeek in de zomer te laten toenemen. Tabel 5.2: Beschrijving van maatregelen met bijbehorende scenario s Maatregel Scenario Toelichting Water vasthouden Mogelijkheden toename lage afvoeren Geen inlaat Wel inlaat Inlaat + 20 Inlaat + 40 Situatie waarbij geen water het landgoed wordt ingelaten. Situatie waarin water op het landgoed wordt ingelaten (500 m 3 /d). Situatie van Wel inlaat waarbij stuwen met 20 cm zijn opgehoogd. Situatie van Wel inlaat waarbij stuwen met 40 cm zijn opgehoogd. 01 Mei Situatie van Inlaat + 40 waarbij stuw op 1 mei verlaagd wordt. 15 Juni Situatie van Inlaat + 40 waarbij stuw op 15 juni verlaagd wordt. Alterra-rapport

35 Op een viertal plaatsen wordt het water zo veel als mogelijk vastgehouden om het in de grond te laten infiltreren (zie figuur 5.6). Door het aanpassen van stuwstanden benedenstrooms wordt geprobeerd het infiltreren van het water te reguleren. Een uitzondering hierbij is de stuw stroomafwaarts van de westelijk gelegen infiltratieplaats. Hier staat de stuw boven het maaiveld zodat al het water wat de beek instroomt geïnfiltreerd wordt. De overige stuwen hebben een stand van 30 cm-mv. De effecten zullen geanalyseerd worden bij een verhoging van 20 en 40 cm. Om de lage afvoeren in de Buurserbeek te laten toenemen komt het water wat in de natte wintermaanden is vastgehouden in de zomer tot afvoer. Dit wordt gerealiseerd door de stand van de stuwen benedenstrooms van de infiltratieplaatsen te verlagen. B A Figuur 5.6: Water bergingsgebieden op het landgoed Water vasthouden op het landgoed Om een beeld te schetsen in hoeverre het mogelijk is om het oppervlaktewater te bergen door de stuwstanden te verhogen wordt gekeken naar de waterbalans voor het landgoed Lankheet. In figuur 5.7 is het verschil weergegeven tussen het water wat het landgoed ingelaten wordt en het water wat het landgoed uitstroomt. Het verschil geeft in dit geval niet alleen de verandering in grondwaterberging weer maar ook het water wat het gebied binnenkomt of verlaat via neerslag, verdamping, kwel of wegzijging. Bij een positief verschil stroomt er meer water het Landgoed binnen, dus wordt er water op het landgoed vastgehouden. 34 Alterra-rapport 1674

36 Geen inlaat Wel inlaat Inlaat Waterbalans (m 3 /s) jan-03 1-jan-04 1-jan-05 1-jan-06 1-jan-07 Tijd Figuur 5.7: Waterbalans landgoed (som van inlaat en afvoer via oppervlaktewater). De rode lijn in de figuur geeft het beeld van de referentiesituatie weer, waarbij nog geen sprake is van waterinlaat vanuit de Buurserbeek. Er is een jaarlijkse trend te zien waarbij in de droge zomermaanden het verschil tussen het water wat het landgoed binnenkomt en verlaat bijna gelijk is aan nul. Dit betekend dat het som van neerslag, verdamping, infiltratie en wegzijging geborgen kan worden in het systeem. In de natte wintermaanden is dit niet meer het geval en stroomt er meer water het landgoed uit. In de situatie waarbij water wordt ingelaten kan in de zomermaanden meer water geborgen worden op het landgoed. In de wintermaanden zal door waterinlaat meer water het landgoed verlaten t.o.v. de referentiesituatie (figuur 5.7). Het effect van het ophogen van de stuwen is beperkt. In figuur 5.7 is daarom alleen het scenario Inlaat + 40 weergegeven. Het percentage extra waterberging door het ophogen van de stuwen met 20 cm bedraagt ongeveer 2 tot 3 %. Bij het ophogen van de stuwen met 40 cm is dit ca. 5 %. Uit de analyses zonder en met inlaat (bij een verhoging van de stuwen met 40 cm) komt naar voren dat in het najaar nabij de rietvelden het verschil in grondwaterstanden oploopt tot ca m. Figuur 5.8 geeft hiervan een voorbeeld, zonder inlaat zakt de grondwaterstand in de zomer diep weg, maar door de inlaat van water blijft de grondwaterstand continue hoog. Alterra-rapport

37 25.0 Geen inlaat Inlaat Grondwaterstand (m +NAP) jan-03 1-jul-03 1-jan-04 1-jul-04 1-jan-05 1-jul-05 1-jan-06 1-jul-06 Tijd Figuur 5.8: Vergelijking grondwaterstand nabij rietvelden (maaiveld =24.48 m+nap). Analyse van de verschillen ruimtelijk voor eind september 2006 geeft aan dat er bij inlaten van water met name bij de rietvelden de grondwaterstanden fors hoger zijn (zie Figuur 5.8). Met name op het landgoed is er een verhoging van de grondwaterstand. Buiten het landgoed is de verhoging voor eind september 2006 gering (tot ca. 0.1 m verhoging). Op basis van de verhoging van de grondwaterstand eind september (Figuur 5.9) is berekend dat deze verhoging een hoeveelheid water vertegenwoordigt van ca m 3 grondwater in de bodem (komt overeen met ca. 100 mm waterberging in de bodem). Voor het voorjaar, 1 april 2006, is berekend dat er dan ca m 3 (ca. 45 mm) water op het landgoed geborgen kan worden. In het voorjaar is het gebied al redelijk nat en grondwaterstanden zijn hoog. Op zo n moment is het vasthouden van water dus zeer beperkt. Door de hogere grondwaterstanden neemt ook de verdamping toe en stroomt er via de ondergrond water weg naar de lager gelegen sloten en beken buiten het landgoed. Deze hoeveelheid bedraagt ca m 3 op jaarbasis. 36 Alterra-rapport 1674

38 Figuur 5.9: Verhoging van grondwaterstand (september 2006 na ophoging stuwen met 40 cm t.o.v. geen inlaat) Gevolgen van water vasthouden op de afvoeren vanuit het landgoed Door verhoging van de grondwaterstand op het landgoed zal de bergingscapaciteit afnemen. In extreme situaties, waarbij een grote hoeveelheid neerslag in een korte periode valt, zal de neerslag versneld tot afvoer komen. Dit is weergegeven in figuur 5.10 waarin een vergelijking is gemaakt tussen de situatie geen inlaat van water en het scenario Inlaat De vergelijk is gegeven voor locatie A uit Figuur 5.6, dus net voordat het water uit het landgoed op de Buurserbeek loost. Om deze vergelijking mogelijk te maken is de hoeveelheid water die wordt ingelaten, 45 l/s, bij de afvoer voor het scenario Geen inlaat opgeteld. Dit is in feite de hoeveelheid water die bij dit scenario nog door de Buurserbeek stroomt. Uit Figuur 5.10 blijkt dat in de winter de afvoer toeneemt en in de zomer afneemt. Eind november 2005 is er een extreme situatie waarbij 60 mm neerslag in één dag valt. Het afnemen van de bergingscapaciteit geeft in deze situatie een toename van de piekafvoer van ca. 50 %. Na een droge (zomer) periode zijn de verschillen groot doordat dan het verschil in bergingscapaciteit tussen de scenario s Geen inlaat en Inlaat + 40 maximaal is. Voor de piekafvoer na een natte periode, bijvoorbeeld begin mei 2005, is het verschil veel geringer (ca. 15 %). Door het vasthouden van water neemt in de winter de gemiddelde afvoer ca 10% toe. In de zomer, loopt de gemiddelde afvoer ca. 20% terug en de basisafvoer ca. 40% terug. Alterra-rapport

39 Wel inlaat (45 l/s) Geen inlaat + 45 l/s Afvoer vanuit het landgoed (m 3 /s) jan-05 1-mei-05 1-sep-05 1-jan-06 1-mei-06 1-sep-06 1-jan-07 1-mei-07 Tijd Figuur 5.10: Gevolgen van het water vasthouden op de afvoeren vanuit het landgoed. De mate van vasthouden is voor twee scenario s berekend en de verschillen geanalyseerd. In figuur 5.11 is dit weergegeven: het effect voor scenario Wel inlaat en Inlaat Doordat er nog meer water wordt vastgehouden neemt de afvoer uit het landgoed iets af, tijdens hevige regenbuien is er een toename van de afvoer te zien en nemen de pieken ca. 7-9% toe (Figuur 5.11). Afvoer vanuit het landgoed (m 3 /s) jan-05 1-mei-05 1-sep-05 1-jan-06 1-mei-06 1-sep-06 1-jan-07 1-mei-07 Tijd Figuur 5.11: Verandering in afvoer door zoveel als mogelijk het water vast te houden. Inlaat + 40 Wel inlaat % verandering Verandering in afvoer (%) 38 Alterra-rapport 1674

40 5.2.3 Toenemen van lage afvoeren In de vorige paragraaf is gebleken dat het vasthouden van water op het landgoed de afvoer in de zomer laat afnemen. Door in de droge zomermaanden het water vanaf het landgoed tot afvoer te laten komen zal het mogelijk zijn om de lage afvoeren toe te laten nemen. In twee scenario s is gekeken of dit mogelijk is door op verschillende tijden het water los te laten, namelijk vanaf 1 mei of vanaf 15 juni. Op 1 oktober worden de stuwen weer op het oude peil terug gezet. Het scenario Inlaat + 40 is hierbij de uitgangssituatie (tabel 5.2). De vergelijking wordt gemaakt benedenstrooms van het landgoed (locatie A in figuur 5.6) en voor de zomer Nadat de stuwen zijn verlaagd is in figuur 5.12 te zien dat bij zowel het scenario 1 mei als bij het scenario 15 juni het water wat is vastgehouden geleidelijk tot afvoer komt. De toename is niet echt groot en zal zeker niet tot het niveau komen toen het water niet werd ingelaten (vergelijk met Fig. 5.10). Gedurende de periode waarin het water tot afvoer komt verlaat bij het scenario 1 mei, ca m 3 water extra het landgoed, tegenover ca m 3 voor het scenario 15 juni Afvoer vanuit het landgoed (m 3 /s) mrt-06 1-mei-06 1-jul-06 1-sep-06 1-nov-06 Tijd 1-mei 15-jun Inlaat + 40 Figuur 5.12: Toename lage afvoer vanuit het landgoed door stuwen op 1 mei of 15 juni te verlagen Piekberging in de rietvelden Het vasthouden van water op het landgoed heeft gevolgen voor de waterafvoer. Met name in natte perioden is er door de waterberging en daardoor afgenomen bergingscapaciteit, een forse toename in de piekafvoeren te zien. Om deze toename te reduceren is het mogelijk om afvoerpieken in de rietvelden op te slaan. De Alterra-rapport

41 hoeveelheid water dat vastgehouden kan worden in de rietvelden is afhankelijk van de waterdiepte en de duur van het inlaten in de rietvelden. In tabel 5.3 is de afname in afvoer aangegeven als over een periode van enkele dagen tot een zekere waterdiepte, een hoeveelheid water in de rietvelden wordt opgeslagen. Bij een duur van 4 dagen en een waterdiepte van 0.5 m is er door het bergen in de 3 hectare rietvelden, een gemiddelde afname in de afvoer te zien van m 3 /s. Op deze manier is het mogelijk om de piekafvoer van de hevige regenbui in november 2005 te bergen in de rietvelden (zie ook fig. 5.10). Als er 4 dagen water wordt ingelaten zal het ook weer 4 dagen duren voordat al het water uit de rietvelden is gestroomd. Het bergen van water ten tijde van extreme afvoeren heeft echter wel een nadelige invloed op het zuiveringsproces. Voor een duur van ca. 10 dagen ondervindt riet geen nadelige gevolgen van hogere waterstanden (Mededeling Meerburg, April 2008). Het bergen van veel water in de rietvelden in korte tijd hangt sterk af van de mogelijkheden om het water uit de beek naar de rietvelden te leiden. De hydraulische capaciteit van inlaatwerken en watergangen tussen beek en rietvelden spelen hierbij een belangrijke rol. Voor het landgoed Lankheet met een verloop van het maaiveld van enkele meters is dit geen probleem. Voor andere locaties in vlakkere gebieden van Nederland zou de inlaatcapaciteit richting de rietvelden een beperking kunnen zijn. Tabel 5.3: Mogelijke afname in afvoer (m 3 /s) als er water in de rietvelden op het Lankheet wordt opgeslagen. Periode water vasthouden in rietvelden (dagen) Waterdiepte (m) Discussie De aanleg van rietvelden en het vasthouden van gezuiverd water op het landgoed heeft een verhoging in de grondwaterstand tot gevolg. In deze studie is gebleken dat hierdoor in het voorjaar een waterberging mogelijk is van ca. 45 mm die toeneemt tot een berging van ca. 100 mm in het najaar. Hiermee is het beperkt mogelijk om de waterstroming te sturen. Mogelijkheden om de lage afvoeren in de zomer te laten toenemen zijn daardoor ook beperkt. Het vasthouden van water op het landgoed heeft gevolgen voor de waterafvoer. In de zomer neemt de afvoer af en in de winter neemt deze juist toe. Door het vasthouden van water is er gedurende het hele jaar sprake van een beperkte bergingscapaciteit in de grond, waardoor de afvoer na een hevige regenbui fors kan toenemen. Gezien de doelstelling voor WB21 is dit een verslechtering van de situatie. Door het beekwater te zuiveren in rietvelden en vast te houden op het landgoed wordt de waterkwaliteit verbeterd en de verdroging tegengegaan om zo tegemoet te komen aan doelstellingen van de KRW en GGOR. Zodoende is er een tegenstelling tussen het realiseren van de doelstellingen in het kader van de KRW en GGOR, met de doelstelling van WB21. Om deze tegenstelling op te heffen is het mogelijk om water in de rietvelden te bergen ten tijde van extreme afvoeren. De mate hiervan 40 Alterra-rapport 1674

42 hangt sterk af van de mogelijkheden om het water uit de beek naar de rietvelden te leiden. Afhankelijk van de waterdiepte en de duur van inlaten in de rietvelden, is het mogelijk om de afvoer tussen 0,03 en 0,06 m 3 /s te reduceren. De negatieve effecten kunnen op deze manier worden gecompenseerd en daardoor zijn waterzuivering en waterberging kansrijke maatregelen en goed te combineren. Alterra-rapport

43

44 6 Regionale grondwaterstroming op het landgoed 6.1 Inleiding Om de hydrologie op het landgoed te begrijpen is ook gekeken hoe het grondwater stroomt. Hiermee kunnen ook uitspraken gedaan worden over de kwaliteit van het grondwater. De vorm en karakter van een grondwatersysteem worden voornamelijk bepaald door lagen in de ondergrond met verschillende waarden voor de doorlatendheid. De grondwaterbeweging daarbij wordt met name bepaald door de doorlatend en de verschillen in topografie. Het water stroomt van de intrekgebieden naar één of meerdere ontwateringsmiddelen. Er bestaat dus een samenhang tussen een infiltratiepunt of gebied en een gebied waar het water weer uittreedt: een stromingsstelsel. Lokale stelsels hebben een grootte in de orde van enkele honderden meters to enkele kilometers en verblijftijden van enkele jaren. Vaak komen meerdere systemen naast elkaar voor, die in elkaar grijpen. Hierbij spelen de lokale drainage stelsels van sloten en greppels een belangrijke rol. Voor de hydrologische situatie op het landgoed is met behulp van het stroomlijnenprogramma Micro-Fem (Hemker e.a., 1966; van Elburg e.a., 1992) de stroming van het grondwater en de daarin opgeloste stoffen (stroomlijnen en verblijftijd) in beeld gebracht. Op basis van de modelmatig berekende grondwaterstroming zal de grondwaterkwaliteit worden vastgesteld. De randvoorwaarden in de vorm van stijghoogten van het grondwater zijn voor de Micro-Fem oplossing gebaseerd op de berekeningen met het model SIMGRO (zie hoofdstuk 4). Bij de berekeningen is uitgegaan van de waterinlaat van 500 m 3 /d voor elk van de 6 rietvelden en de weersgegevens van de jaren 2002 t/m Bij deze berekeningen is aangenomen dat voor het ondiepe grondwater de verticale weerstand van de grondlagen 100 dagen bedraagt. De gemiddelde stijghoogten voor die gehele periode worden als randvoorwaarden gebruikt in het Micro-Fem model om de stroomlijnen weer te geven. Figuur 6.1 geeft een beeld van de rekenpunten en een dwarsprofiel met de watervoerende laag (groene kleur) en de daarboven geschematiseerde laag van 1 meter en een verticale weerstand van 100 d. Ter plaatse van de rietvelden is het watervoerend pakket ca m. Oostelijk is dit pakket zeer dun en westelijk in de orde van 8-10 m dik. 6.2 Kwel en wegzijging Figuur 6.2 geeft een beeld van de kwel en wegzijging op het landgoed zonder de inlaat van water voor de rietvelden. De kwel concentreert zich op de sloten in het Alterra-rapport

45 westelijk en noordwestelijk deel van het landgoed (blauwe kleuren in Fig. 6.2). Wegzijging treedt met name op zuidelijk en oostelijk van het landgoed en verder weg van de waterlopen op het landgoed. Dit wordt met name veroorzaakt door de hogere ligging (zie Figuur 4.2). Bij de inlaat van water in de rietvelden komt daar een sterke wegzijging voor en ten westen daarvan wordt het areaal met kwel iets groter (Fig. 6.3). De kwel en wegzijgings-patronen geeft al een beeld van de regionale stroming. Alleen welke wegzijgingsgebieden zijn verbonden met een kwelgebied is niet bekend. Figuur 6.1: Schematisatie grondwater en dwarsprofiel met watervoerend pakket (groen). Figuur 6.2: Kwel (blauw) en wegzijging (rood) zonder de inlaat van water naar de rietvelden. 44 Alterra-rapport 1674

46 Figuur 6.3: Kwel (blauw) en wegzijging (rood) bij de inlaat van water naar de rietvelden. 6.3 Regionale grondwaterstroming In Figuur 6.4 is de grondwaterstroming weergegeven voor een beperkt aantal rekenpunten. In de SIMGRO berekening is er geen water uit de Buurserbeek ingelaten om door de rietvelden te stromen. De grondwaterstroming is in noordwestelijke richting. Ter plaatse van de rietvelden eindigen enkele stroomlijnen, wat inhoudt dat daar kwel optreedt. Langs de stroomlijnen zijn punten weergegeven die elk de afstand aangeven die het grondwater aflegt in 5 jaar. Na de inlaat van water voor de rietvelden verandert de grondwaterstroming. Vanuit de rietvelden stroomt er grondwater in noordwestelijke richting en treedt uit in de daar gelegen sloten of beken (Figuur 6.5). Voor de stroomlijn beginnend in de rietvelden (Figuur 6.5) doet het water er ca. 10 jaar over om in de sloot weer uit te treden (stroomlijn 3 van punt A naar punt B). Ook stroomt er grondwater vanuit de rietvelden naar de Buurserbeek (niet in figuur weergegeven) of zelfs daaronder door naar verder weg gelegen sloten. In Figuur 6.6 zijn de stroomlijnen in een dwarsraai weergegeven. Het water gaat niet verder dan ca. 10 m diep de grond in. Alterra-rapport

47 Buurserbeek rietvelden Figuur 6.4: Stroomlijnen zonder de inlaat van water voor de rietvelden. B 4 1 A Figuur 6..5: Stroomlijnen bij inlaat van water naar de rietvelden. 46 Alterra-rapport 1674

48 Figuur 6.6: Weergave berekende stroomlijnen in een dwarsprofiel bij de inlaat van water (lijnen 1-4 uit Fig. 6.5). 6.4 Analyse waterkwaliteit van de grondwaterstroming Uit de figuren 6.3 (kwel-wegzijging) en 6.5 (stroomlijnen) blijkt dat via wegzijging een deel van het ingelaten water in de rietvelden de grond inzijgt en elders als kwel in de sloten terecht komt. De kortste tijd die het water er over doet is ca. 10 jaar. De vraag is dus wat de waterkwaliteit zal zijn als dit water na 10 jaar in een sloot op het landgoed uittreedt. In tabel 6.1 zijn de inkomende en uitgaande nutriënten en fosfor concentraties weergegeven (van der Werf e.a., 2008). In deze tabel zijn de gemiddelde concentraties gegeven over de periode 8 april tot 25 november De NO 3 -N zal door de verblijf in de ondergrond sterk in concentratie afnemen. Van de Totaal N zal naar verwachting 1 mg/l overblijven bij uittreden in de beek. Fosfor zal zich binden aan de bodem. Gezien de reeds lage concentraties zal de afname gering zijn. Het water wat na 10 jaar uittreedt zal dus een betere kwaliteit hebben dan het water wat nu uit de rietvelden stroomt (tabel 6.1). Tabel 6.1: Gemiddelde concentraties van het in- en uitstromende water van de rietvelden (mg/l). Omschrijving Inkomend Uitgaand Totaal P Ortho P Totaal N NO 3 -N Alterra-rapport