Verzilting en Verziltingsbeheersing

Transcriptie

1 Verzltng en Verzltngsbeheersng 1. Kwantfcerng van de zotlast van het oppervlaktewater In een eerdere notte (Maas, 2004) heb k teengezet hoe het komt dat de zotbelastng van het oppervlaktewater n de tjd terst grllg verloopt. Om het gehegen op te frssen herhaal k een afbeeldng (fgr 1). Fgr 1. Afhankeljk van de grondwaterstand rcht de kwelstroom zch op de sloten (boven) of op de percelen (onder) Dt plaatje stelt een state voor waarn een laaglggende polder dep kwelwater ontvangt t een aangrenzende zeearm. In de plaats van de zeerarm mag ook een hoger lggende polder of boezemland gedacht worden. De ntenstet van de kwelstroom s evenredg met het grondwaterpelverschl tssen het hoge en het lage gebed. In het algemeen vareert dat pelverschl net sterk n de loop van het jaar, zodat het hoge gebed het hele jaar door per tjdseenhed een mn of meer constante hoeveelhed kwelwater verlest aan het lage gebed. Het komt daar echter net als een constante stroom op de sloten terecht! In het droge jaargetjde, als (n pelbeheerste gebeden) de grondwaterspegel n de percelen lager staat dan n de sloten, s de kwelstroom op de percelen gercht (onderste afbeeldng). Dat ledt ertoe dat de grens tssen deper grondwater en lokaal neerslagwater n het droge jaargetjde geledeljk omhoog komt. Pas n het natte jaargetjde, als de grondwaterspegel hoger staat dan het slootpel, vndt afstromng naar de sloten plaats (bovenste afbeeldng). Tegeljkertjd daalt het grensvlak tssen deper grondwater en neerslagwater weer. De percelen hebben ds het vermogen om tjdeljk dep grondwater te bergen. Omdat deze notte over brak grondwater gaat, spreek k van zote bergng.

2 Opmerkng: Feteljk s er pas geen kwel meer op de sloten als het pelverschl tssen sloten en percelen groter s dan de kweldrk n de watervoerende laag. Klene sloten knnen een zekere over(kwel)drk trotseren. Hoe verloopt n de zotbelastng van de sloten? Dat hangt grotendeels af van de veranderng van de zote bergng n de loop van de tjd. Jammer genoeg s het moeljk om de omvang van de zote bergng te berekenen als er maar weng gegevens beschkbaar zjn over de afmetngen van de percelen en de hydralsche egenschappen van de ondergrond. En als de data er wel zo zjn, s het toch nog een bewerkeljk karwe. Voor een landeljke stde s ets smpelers nodg, dat al heel behoorljk de zotbelastng smleert zonder een beroep op detalkenns. Laten we n eerste nstante tgaan van een jaargemddeld stromngspatroon en een scherpe grens tssen regenwater en grondwater. Het geïdealseerde stromngsbeeld n een dwarsdoorsnede over een sloot zet er dan ongeveer t zoals schematsch n fgr 2 s aangegeven 1. Fgr 2. Radaal stromngspatroon nabj een sloot. Nabj de sloot s de stromng vrjwel radaal. Het brakke grondwater neemt daar een ddeljk afgebakend segment n beslag (donkerblaw n fgr 2); een soort taartpnt, waarvan de grootte evenredg s met de sterkte van de kwelflx. In deze state s het chlordegehalte van het slootwater gemakkeljk te berekenen, als tenmnste de chlordegehalten van de zoete segmenten en het brakke segment bekend zjn. Als het neerslagoverschot toeneemt, zal de brakke taartpnt net onmddelljk klener worden, want het grensvlak tssen regenwater en grondwater verplaatst zch maar traag. De afstromng naar de sloten neemt natrljk wel n sterkte toe, ds de zotbelastng van de sloten neemt toe, en wel n evenredghed met de toename van de afstromng. Als de regen aanhodt, wordt de taartpnt geledeljk smaller, zodat het aandeel zot grondwater geledeljk tergloopt. Regen valt echter n ben. Na een b herstelt de taartpnt zch weer een beetje, totdat de volgende b valt, enz. Ik stel voor om - voor de droogtestde - aan te nemen dat de zote taartpnt voortdrend dezelfde grootte heeft. In dat geval 1 De gedachte herbj s dat het jaargemddelde stromngspatroon ongeveer overeenstemt met het statonare stromngspatroon. Dat s net helemaal waar, maar voor deze beschowng s het goed genoeg.

3 vareert de zotlast op de sloten n evenredghed met de totale afvoer van grondwater naar de sloot 2, de door MOZART berekend wordt. We hebben n ds een schattng van het verloop van de zotbelastng n de tjd, maar nog geen absolte waarde. De hangt af van de grootte van de taartpnt en van het zotgehalte van het kwelwater. Omdat we ervan tgaan dat de taartpnt het hele jaar door even groot s, s de mengverhodng van kwelwater en neerslagwater te schatten als de verhodng tssen jaargemddelde kwelflx (m/d) en het jaargemddelde neerslagoverschot (m/d), de laatste eventeel vermnderd met afvoer van regenwater door bsdrans of greppels. Het zotgehalte van het kwelwater s lastger te schatten, maar het ljkt me - nog steeds n het kader van de landeljke droogtestde - verdedgbaar om daarvoor het zotgehalte aan te hoden dat bovenn de aqfer aangetroffen wordt. Dat s n NAGROM beschkbaar, en er zjn nmddels voor grote delen van west-nederland newere schattngen. Op deze maner wordt een zotlast met een tameljk realstsch rmteljk en temporeel patroon verkregen. Tenslotte s er voor gehele bemalngseenheden een mogeljkhed tot kalbrate, als tenmnste het zotgehalte van de gemalen gemeten s. Bj de kalbrate moet natrljk rekenng gehoden worden met overg zot dat door wateraanvoer of anderszns n het systeem gebracht wordt. 2. Kwantfcerng van de aanvoerbehoefte De bepalng van de rmteljk verdeelde zotbelastng van het oppervlaktewater s natrljk nog maar de eerste stap op weg naar de bepalng van de aanvoerbehoefte. Wateraanvoer moet ervoor zorgen dat er voldoende beregenngswater beschkbaar s, met een chlordegehalte dat een aangegeven grenswaarde net mag overschrjden. De waterbehoefte voor beregenng en de waterbehoefte voor verdnnng zjn net geheel van elkaar te scheden, want alle aanvoerwater draagt bj aan verdnnng. N stten we op het lastge probleem dat het zotgehalte van het oppervlaktewater n een wllekerg pnt van een waterbeheersgebed heel erg afhangt van de weg de het aanvoerwater door het waterlopenstelsel aflegt. De bestaande oppervlaktewatermodellen van de meeste (alle?) waterschappen zjn n dat opzcht nog lang net goed afgeregeld. En als er al modellen van het waterlopenstelsel beschkbaar zjn, dan bevatten de zelden de tertare watergangen, waart het meeste beregenngswater betrokken wordt. In veel gevallen s zelfs de bestaande doorspoelpraktjk nog net gedocmenteerd. Voor de droogtestde zjn ds rekenregels nodg de het zonder modellen van het oppervlaktewater knnen stellen. Laten we eerst eens een abstracte wateraanvoereenhed analyseren, schematsch voorgesteld door fgr 3. Er s een nlaatpnt waar per tjdseenhed een hoeveelhed water Q n (m 3 /d) wordt aangevoerd, met een zotgehalte c n (kg/m 3 ) Onderweg komt er zot t de ondergrond bj. Ik dd de kwelflx aan met K en de zotconcentrate van de kwelflx met c k. Er vndt ook beregenng q b (m/d) plaats, met een zotconcentrate c b. 2 De dynamek van de zotlast s een moo onderwerp voor een praktjkonderzoek, waarvoor k desgewenst graag een voorstel aanlever.

4 Fgr 3. Schematsche dwarsdoorsnede door een gefngeerde wateraanvoereenhed Zowel K als q b zjn ongeljkmatg over de aanvoereenhed gespred. Tenslotte wordt er aan het ende van het systeem een hoeveelhed water Q t tgelaten. Als we de kwelflx verwaarlozen s Q t geljk aan Q n, vermnderd met de totale hoeveelhed beregenngswater. Q t s ds geen onafhankeljke varabele. Het tlaatwater heeft een concentrate c t. Als er zng met water omgesprongen wordt, zal c t jst geljk zjn aan de norm voor beregenngswater. De vraag s n hoe groot Q t s, want dat s de extra hoeveelhed water de nodg s om de verzltng n de hand te hoden. Eerst maar even voor het geval dat er geen beregenng s. In dat geval s Q n = Q t. Het aanvoerwater dent dan alleen maar om het zotgehalte beneden de norm te hoden. Wat opvalt s dat het net tmaakt wáár het zot preces omhoog komt. Om aan het tlaat pnt de norm c te halen moet steeds dezelfde hoeveelhed water doorgespoeld worden, nl Q V = c c (1) waarn V de totale nterne zotbelastng (kg/d) van de wateraanvoereenhed s. Als er beregenng plaatsvndt hoeft er mnder doorgespoeld te worden, want door beregenng wordt er ook zot t het systeem verwjderd. In tegenstellng tot de zotlast maakt het voor de doorspoelbehoefte wél t wáár beregend wordt. Als alle beregenng nabj het nlaatpnt plaatsvndt, wordt er een hoeveelhed zot ter grootte van Q b c verregend; als alle beregenng nabj het tlaatpnt geconcentreerd s neemt dt bedrag toe tot Q b c. Zodoende geldt n aanwezghed van beregenng voor het tlaatdebet Q : V Qbc c c < Q V Qbc < c c (2) en voor het nlaatdebet Q : V Q c c b c Q b < Q V Qbc < c c Q b (3) Dt resltaat ledt tot een wellcht wat contra-ntïteve regel: Het s voordelg om het aanvoerwater eerst door het zotste gedeelte van het wateraanvoergebed te voeren,

5 omdat n dat geval beregenng het meest bjdraagt aan de verwjderng van zot. Dt s natrljk maar een ndcate. De praktjk s genanceerder, want de norm voor het zotgehalte zal doorgaans net n het hele aanvoergebed even streng zjn. Behalve deze regel zjn er andere maneren om op doorspoelwater te bezngng, maar de komen n paragraaf 4 aan bod. Voor de droogtestde s het msschen al toerekend als formle (3) op hele wateraanvoergebeden neens toegepast wordt. Als er aparte deelgebeden onderscheden knnen worden s een verdere verfjnng mogeljk, mts de gang van het aanvoerwater bekend s. Men moet dan altjd wel n de gaten hoden of de nawkerghed van de beschkbare gegevens een verfjnng de moete waard maakt. 3. Verzltng van de wortelzone In gebeden met een forse zote kwel kan het laagje zoet neerslagwater zo dn zjn, dat het n droge zomers geheel opgeconsmeerd wordt, waarna zot grondwater capllar n de wortelzone kan doordrngen. Er bestaat een formle de de vorm van de neerslaglens beschrjft n een perceel tssen lange, evenwjdge sloten met een homogene ansotrope ondergrond, voor een statonare stromngsstate (fgr 4). De grootste dkte van de neerslaglens wordt gegeven door d max π λ k k v h R atanh{ } R + K waarn λ = perceelsbreedte [L] k v, k h = vertcale, resp. horzontale specfeke doorlatendhed [L/T] R = grondwateraanvllng (recharge) [L/T] K = kwelflx [L/T] (4) R Fgr 4. Neerslaglens onder nvloed van statonare grondwateraanvllng en staonare kwel. K

6 Dnne lenzen zjn vrjwel parabolsch. Hn gemddelde dkte s ds tweederde van d max. Het s jammer dat de lensdkte afhangt van de verhodng tssen de vertcale en de horzontale doorlatendhed ("ansotrope"), want daarover bestaan naweljks gegevens. De vaklteratr vermeldt waarden van 10 tot 100 of meer. In elk geval kan men wel stellen dat de regenwaterlens al gaw heel dk wordt als de grondwateraanvllng R groter wordt dan de kwelflx K. Dt bljkt t fgr 5, de een grafsche voorstellng van formle (4) geeft. Fgr 5: Grafsche voorstellng van (4) In het kader van de droogtestde stel k voor om te nventarseren hoe groot het areaal s waarn volgens deze vstregel überhapt dnne neerslaglenzen knnen voorkomen. Het s darbj wel van belang om bj het schatten van de grondwateraanvllng R rekenng te hoden met eventele afvoer va bsdranage of va greppels. De moet op de aanvllng n mnderng gebracht worden. Ik vermoed dat het areaal zo klen zal bljken te zjn dat men wel kan conclderen dat verzltng van de wortelzone op landeljke schaal beschowd geen belangrjke schadepost kan opleveren. Lokaal kan het effect overgens wel spectaclar zjn (fgr 6). 4. Beheersng van verzltng 4.1 Pelbeheer Ut de beschowng bj fgr 1 bljkt wel dat de zotlast op het oppervlaktewater mede afhangt van het slootpel. Zonder rekenwerk kan er al een aantal rchtljnen voor het pelbeheer gegeven worden:

7 Fgr 6: Zotschade Foto P. Maas Het s gnstg om n tjden van wateraanvoer voor droogtebestrjdng het slootpel zo hoog mogeljk te hoden. Om tjdens de aanvoerperode toestromng van grondwater naar de sloten te voorkomen, moet het verschl tssen het slootpel en de waterstand n de percelen mnstens geljk zjn aan de kweldrk n de onderlggende aqfer. De kweldrk kan op grond van het bestaande grondwaterstandsmeetnet bepaald worden. Het s ook gnstg om het slootpel pas op te zetten als er echt behoefte s aan beregenngswater, om te voorkomen dat de grondwaterspegel mnder dep wegzakt of zelfs weer omhoog komt. (Ik besef dat her een tegenstrjdghed kan bestaan: om verdrogng t te stellen zal men jst genegd zjn om het pel al vroeg op te zetten. Dat kan echter later n het jaar tot een hogere doorspoelbehoefte leden). Het s van belang om net overdadg te beregenen, zodat de grondwaterstand voortdrend lager bljft dan het slootpel. Samenvattend: Zet het pel zo laat mogeljk zo hoog mogeljk op en wees zng met water. Opmerkng: Als het slootpel n het aanvoersezoen zo hoog mogeljk wordt opgezet zllen drans onder water knnen komen en als nftratemddel gaan werken. Hoewel drans als zodang net erg effectef zjn, s dt effect toch net gewenst; het s mmers jst de bedoelng dat het pel n de

8 percelen zo laag mogeljk bljft. Drans zoden daarom voorzen moeten worden van een eenvodge nrchtng de de nstromng van water redeljk effectef tegengaat. Ik beveel aan om bj de droogtestde rekenng te hoden met pelbeheer, en eventeel varanten daarn te bestderen. Het nstrmentarm s daarvoor n prncpe geschkt. 4.2 Redcte van de zotlast De bovenstaande beheersregels brengen geen grote nfrastrctrele werken met zch mee. Ut den hoofde zjn ze relatef goedkoop n tvoerng. Pelbeheer alleen zal echter net n alle gevallen voldoende zjn om de zotlast tjdens wateraanvoer te onderdrkken. Moeljke plekken zjn met name de randen van depere kwelpolders, waar de kweldrk hoog s. Een actevere maner om verzltng te bestrjden s het voorkomen of redceren van de zotlast door doelgerchte ngrepen. Heronder volgt een aantal sggestes Deper draneren Door deper te draneren begnt het groesezoen met een lager grondwaterpel. Des te gemakkeljker s het om n tjden van wateraanvoer het slootpel hoger te hoden dan de grondwaterstand n de percelen - vermeerderd met de kweldrk - en ds om n tjden van wateraanvoer toestromng van zot grondwater naar de sloten te verhnderen 3. Ik vermoed overgens dat n gebeden met een hoge zotlast n al dep gedraneerd wordt Zote kwel afvangen langs de randen van zote kwelpolders In depe polders met een hoge zotlast kan - ook na doorvoeren van de bovengenoemde maatregelen - de zote bergng n de percelen ontoerekend zjn om n het aanvoersezoen brak water op de sloten te vermjden. De kweldrk s het hoogst op de plaatsen waar depe polders aan ondepere polders of aan boezemland grenzen. Als de afdekkende klelaag slecht doorlatend s 4 (wat meestal het geval s n depe polders) zal n de hele polder zot water opkwellen. Door de polder van een randsloot te voorzen en de slootbodem op regelmatge afstanden te perforeren concentreert de zote kwel zch op de randsloot. (Dt concept s n het verleden op Schowen-Dveland op veldschaal getoetst en correct bevonden; ze Maas, 1991). Het brakke water kan apart afgevoerd worden, of tjdeljk - dat wl zeggen: tjdens de beregenngsperode - opgeborgen worden n een daarvoor bestemd deel van de polder, om n de nazomer afgevoerd te worden. Alternatef kan het brakke water bent worden voor zote cltres of voor het nrchten van een brak natrgebed. In alle gevallen moet het tendeljk wel afgevoerd worden. Een opte de msschen met de andere gecombneerd kan worden s om het brakke water te zveren tot drnkwater, waarna de brjn n een depe zote aqfer geïnjecteerd kan worden. De membraantechnek s nmddels ver genoeg ontwkkeld om deze opte realstsch te knnen noemen. Waarschjnljk moet dan wel het hele jaar door brak water gewonnen knnen worden, maar dat zal n het algemeen geen probleem zjn. 3 Dt adves ljkt haaks te staan op een adves n het rapport Zlte Perspecteven (Fseler e.a. 2003), waarn jst voor ondeper draneren geplet wordt. In dat rapport wordt echter de state beschowd waarn geen aanvoer van zoet water mogeljk s. 4 Feteljk gaat net alleen om de weerstand van de afdekkende laag, maar om de spredngslengte, dat s kdc, waarn kd = doorlaatvermogen van de aqfer en c = voedngsweerstand van de afdekkende laag.

9 Vanzelfsprekend hoeft de brakke kwel net volledg afgevangen te worden. Het bljft zaak om het zotbergend vermogen van de percelen te bentten Zoet en zot scheden? In het rapport "Zlte perspecteven" (Fsseler a.e., 2003) wordt voorgesteld om de waterhshodng zo n te rchten dat zoete en zote gebeden gescheden worden. Zoals we n paragraaf 2 zagen hoeft dt net zondermeer een voordeel te zjn, want n de zoete gebeden kan beregenng bjdragen aan het verwjderen van zot, waardoor de totale aanvoerbehoefte klener s Dbbel pel Dt s een alternatef voor In plaats van een kwelsloot kan met twee slootpelen gewerkt worden, waarbj de sloten met een hoog pel het water aanvoeren, terwjl de sloten met een laag pel het water afvoeren. Het s net erg als n de lage sloten de norm overschreden wordt, mts dt water ergens geloosd mag worden. Dt soort nfrastrctr heeft vermoedeljk alleen zn als het op grote schaal verwezenljkt wordt. Dat ljkt me alleen haalbaar als het stkje bj beetje gebert, op momenten waarop het waterstelsel om andere redenen toch al onderhanden genomen wordt. De volgende maatregelen zjn waarschjnljk mnder nteressant voor de droogtestde Kwelscherm langs de kst In de klmaatdscsse wordt de ndrngen van zot zeewater va de ondergrond vaak als een ernstge bedregng genoemd. Het s gemakkeljk voor te rekenen dat deze kwelstroom maar n beperkte mate bjdraagt aan de zotlast van west-nederland. Lokaal kan het wel een vervelende post op de zotbalans zjn, met name langs de Newe Waterweg en de zeearmen. Hj kan bestreden worden op de maner de k n paragraaf beschreven heb. In het verleden heb k de methode wel gepresenteerd onder de naam kwelscherm. Het voordeel van de nabjhed van de kst s dat de lozng van het brakke water gemakkeljker te regelen s Zoetwaternjecte? In landen met zoete aqfers tot aan de kst vormt over-explotate een ernstg probleem. De ndrngng van zot grondwater verloopt daar net anders dan bj ons, maar wj hebben allang geen zoete kstaqfers meer, op de zoetwaterlensen n de dnen na. Een beproefde methode om verzltng van kstaqfers te voorkomen s het njecteren van zoet water door mddel van persptten. Voor landbowkndge doelenden zo de technek n Nederland averechts werken, omdat daarmee de kweldrk verhoogd wordt. Omdat het brakke grondwater voorlopg net vervangen zal zjn door zoet njectewater neemt de zotlast alleen maar toe Brakwaterwnnng voor andere doelenden

10 Door de wnnng van brak water te combneren met bjvoorbeeld drnkwaterwnnng, komt er geld beschkbaar om nfrastrctr voor de afvoer van brak water te fnanceren. 5. Zote wellen Fgr 1 en de bjgaande tleg gaan er stlzwjgend vant dat het zote kwelwater mn of geljkmatg gespred n de sloten opkwelt. Tjdens de NHV-stdedag over verzltng, de op op 30 november 2004 gehoden werd, presenteerde Perry de Low van NITG- TNO de resltaten van onderzoek n enkele depe Zd Hollandse polders de veel hnder van zote kwel ondervnden. De nschattng s dat het meeste zote kwelwater dar net geljkmatg verdeeld op het slotenstelsel terechtkomt, maar n zogenaamde wellen. Wellen zjn dscrete plekken waar de afdekkende laag onderbroken s, veelal door de werkng van de kweldrk zelf. De vraag komt n op of de bestrjdng van verzltng door wellen een wenzenljk andere aanpak vergt. De flx t wellen wordt n prncpe op dezelfde maner door het verschl tssen het slootwaterpel en het grondwaterpel n de percelen gemodleerd : als het verschl tssen slootpel en perceelpel groter s dan de kweldrk, zal er geen water t de wellen stromen. Het s ds nog steeds een goede tactek om slootpel zo laat mogeljk zo hoog mogeljk op te zetten. De wellen vormen welswaar lekken n de afdekkende laag, maar ze zjn nbegrepen n de weerstandsbepalng (de bepalng van de c-waarde) bj de jkng van grondwatermodellen. De kwelflx de door grondwatermodellen berekend wordt omvat ds al de kwel de door wellen het slotenstelsel berekt. Een verschl met een geljkmatg verdeelde kwelfx s dat het zotgehalte van het kwelwater net meer gecorreleerd kan worden aan het zotgehalte bovenn de watervoerende laag, omdat wellen het zote grondwater lokaal omhoog trekken. Als echter het zotgehalte door jkng terggerekend wordt, zoals k n paragraaf 1 voorstelde, dan s dt geen probleem. Ik conlcdeer ds dat er n de droogtestde geen aparte aanpak voor wellen nodg s. 6. Referentes: Maas, C., 2004: Over de geschkthed van het nstrmentarm voor de landeljke droogtestde ten aanzen van het aspect Verzltng; Droogetstde, Fase 2A, Achtergrond. ( Maas, C., 1991: A seepage barrer aganst salt water ntrson. In: Hydrology of Salt Water Intrson, Internatonal Contrbtons to Geohydrology, Volme 11, IAHS. Fseler, j.l., E. Benner, A.J. van de Kerk, M.de Haan en R. de Konng, L. Bos en R. de Konng, 2003: Zlte Perspecteven, Verkennende stde n opdracht van het InnovateNetwerk Groene Rmte en Agroclster,.