Grondwaterstanden juni 2016

Transcriptie

1 Grondwaterstanden juni 2016 Kennisvraag: In beeld brengen van de grondwatersituatie zoals die buiten geweest is. Antwoord: op vrijwel alle meetlocaties waar analyse mogelijk was komt de maximale waterstand boven de Gemiddeld Hoogste Grondwaterstand (GHG) uit. Inleiding Grondwaterstanden fluctueren door het jaar heen en de diepte van de grondwaterstand ten opzichte van maaiveld wordt bepaald door o.a.: Neerslag Verdamping van o.a. gewassen Soort bodem Toestroom vanuit diepe ondergrond (kwel) of wegzijging naar diepe ondergrond Daarnaast kan de grondwaterstand ten opzichte van maaiveld bepaald worden door: Onttrekking of bijvoorbeeld beregening Oppervlaktewaterpeil In de winter valt er normaal gesproken meer neerslag dan in de zomer en is de verdamping minimaal, waardoor er in de winter een neerslagoverschot is (neerslag min verdamping). In normale situaties is hierdoor de grondwaterstand in de winter dichter bij maaiveld dan in de zomer. In de zomer zakt de grondwaterstand uit aangezien er meer verdamping is dan neerslag. Zoals beschreven in paragraaf is in de periode 30 mei-30 juni 2016 extreem veel neerslag gevallen in oost Brabant, Limburg en België. Als gevolg van deze extreme hoeveelheid neerslag stegen de grondwaterstanden. Om een beeld te krijgen van de gevolgen van deze hoeveelheid neerslag op de grondwaterstanden en de ruimtelijke patronen in het beheersgebied van de Dommel zijn een groot aantal peilbuizen in het gebied geanalyseerd. Grondwatermetingen De grondwaterstand wordt gemeten in een peilbuis. De grondwaterstand kan handmatig gemeten worden (frequentie meestal om de 2 weken) of door middel van een datalogger in de peilbuis (frequentie meestal uurmetingen). De gebruikte meetdata voor de analyse worden verzameld door Waterschap de Dommel zelf, door de Provincie Noord Brabant, Brabant Water en door enkele gemeenten. In Figuur 1 is de locatie weergegeven van de peilbuizen, opgedeeld naar bronhouder. Voor de analyse is een selectie gemaakt van peilbuizen in de nabije omgeving van percelen waar schade/wateroverlast is geclaimd. Verder zijn alle beschikbare peilbuizen van de provincie meegenomen in de analyse. Er zijn uitsluitend meetpunten gebruikt waarvan de filters van de meetpunten niet dieper zitten dan 10 meter beneden maaiveld, aangezien meetreeksen met filters dieper dan 10 meter onder maaiveld de freatische (ondiepe) grondwaterstand onvoldoende representeren. En met een voldoende lange meetreeks.

2 Figuur 1 De locatie van de grondwaterpeilbuizen die geanalyseerd zijn opgedeeld naar bronhouders Tijdreeksanalyse Met behulp van tijdreeksmodellen is de bandbreedte van de grondwaterstanden bepaald, analoog aan de bepaling van de bandbreedte van de peilbuizen die geanalyseerd zijn voor het beregeningsmeetnet. Met behulp van het computerprogramma Menyanthes is tijdreeks analyse uitgevoerd op de gemeten grondwaterstandreeksen. De meetreeksen van de verschillende bronnen zijn door de bronhouders gevalideerd. Desondanks komen in de meetreeksen nog enkele uitschieters voor die teveel afwijken met de resterende meetdata. Voorafgaand aan de analyse zijn deze uitschieters uit de reeksen verwijderd. De tijdreeksmodellen zijn gekalibreerd op de beschikbare data (inclusief die van juni 2016), waarna voor elke meetpunt een reeks wordt gesimuleerd voor de periode 1990 tot en met maart Vervolgens is de bandbreedte bepaald op basis van deze simulatie en is de Gemiddeld Hoogste Grondwaterstand (GHG) afgeleid voor deze periode. Deze bandbreedte wordt vervolgens uitgemiddeld met een gewogen gemiddelde van 31 dagen, om uitschieters ten gevolge van korte natte perioden in het verleden te vermijden. De bandbreedte is bepaald voor de jaren 1990 tot en met De bandbreedte bestaat uit het 10 e,20 e,50 e,80 e,90 e percentiel van elke dag over deze periode. Het 10 e percentiel betekent dat 90% van de meetdata van die dag een hogere waarde heeft ten opzichte van NAP dan de waarde van het 10 e percentiel. De bandbreedtes worden gepresenteerd volgens onderstaande classificering van de percentielen:

3 Tabel 1 Classificatie percentielen Naamgeving bandbreedte Beneden 10 e percentiel Tussen 10 e percentiel en 20 e percentiel Tussen 20 e percentiel en 80 e percentiel Erg droog (rood) Droog (oranje) Normaal (groen) 50 e percentiel Mediaan (zwart gestreept) Tussen 80 e percentiel en 90 e percentiel Boven 90 e percentiel Boven maaiveld Nat (licht blauw) Erg nat (donker blauw) Water op maaiveld (roze) In onderstaande figuur (Figuur 2) is als voorbeeld de gemeten grondwaterstand in 2016 te zien met de bijbehorende bandbreedtes van meetpunt B57A0165. Figuur 2 Een willekeurig voorbeeld van de gemeten grondwaterstand in 2016 (zwarte lijn) afgezet tegen de bandbreedtes van meetpunt B57A0165 Analysemethode grondwater situatie mei/juni 2016 Om de situatie van mei/juni 2016 voor grondwater te analyseren zijn een aantal analysekarakteristieken vastgesteld. Voor grondwater is namelijk geen algemeen bepaalde maat om de extremiteit te kwantificering zoals bij neerslag en afvoeren (bepaling herhalingstijd van de neerslag- respectievelijk afvoersituatie).

4 Om de mate van extremiteit te bepalen voor grondwater zijn de volgende analysekarakteristieken bepaald voor de periode eind mei tot begin juli: maximale grondwaterstand (waarde in m+nap en moment), maximale grondwaterstand ten opzichte van verschillende referentievlakken (maaiveld, GHG, hoogste winterstand eerste helft 2016, mediaan, 90 e percentiel), duur dat de grondwaterstanden deze referenties overschrijden en de (maximale) stijging (waarde en moment) van de grondwaterstand. In Figuur 3 is een voorbeeld van een reeks (van meetpunt B57A0165) weergegeven, waarin alle analysekarakteristieken van de reeks zijn af te lezen. De figuur loopt van 25 mei 2016 tot en met 9 juli 2016 (x-as). De meetreeks is dus ingezoomed voor de situatie mei/juni Voor een overzicht hoe de grondwaterstand fluctueert de afgelopen 9 maanden zijn ook figuren beschikbaar, zie als voorbeeld Figuur 2. De verticale as (y-as) staat voor de grondwaterstand in meters+nap. De zwarte lijn zijn de grondwatermetingen in die periode. De rode gearceerde lijn is de bepaalde GHG (m+nap), de gele gearceerde lijn de maximale grondwaterstand in de winter 2016 (m+nap). De maximale grondwaterstand gemeten in de periode mei/juni 2016 bevindt zich voor dit voorbeeld 30 cm boven de GHG (rode pijl) en 13 cm boven de maximale grondwaterstand in de winter 2016 (gele pijl) en 70 cm onder maaiveld (groene pijl). Deze maximale grondwaterstand treedt in de vroege ochtend van 24 juni op. Het maximale verschil met de mediane bandbreedte (50 e percentiel) is 98 cm en treedt ook op in de nacht van 23 en 24 juli. Het moment dat dit verschil optreedt valt niet per definitie samen met de maximale grondwaterstand, omdat de mediane grondwaterstand gedurende de zomer daalt. De maximale stijging binnen 24 uur (dikke gestreepte roze pijl) is 37 cm, rond 13 juni. De stijging op 30 mei (dunne roze lijn) bedraagt 22 cm, rond 1 en 2 juni gaat de grondwaterstand ook 22 cm omhoog en rond 12 en 13 juni (wanneer dus ook de maximale stijging binnen 24 uur optreedt) stijgt de grondwaterstand 45 cm. Linksboven in de figuur staan wat eigenschappen van het meetpunt weergegeven (naam, maaiveld en filterhoogte) en het totaal aantal dagen dat de grondwaterstand de volgende niveaus overschreed: 30 cm onder maaiveld, maximaal grondwaterstand in de winter 2016, GHG en de 90 e percentiel (erg nat). Zo bevindt de grondwaterstand zich gedurende 21 dagen boven de GHG. Deze 21 dagen is bij meetpunt B57A0165 de som van 4 perioden dat de grondwaterstand boven de GHG uitkomt. Pas na het bepalen van de som vindt afronding op hele dagen plaats.

5 Figuur 3 Een voorbeeld van bepaalde analysekarakteristieken van meetpunt B57A0165 Criteria tijdreeksanalyse en analyse karakteristieken In bijna elke meetreeks is sprake van ontbrekende data, vanwege verscheidende redenen (een opgeheven meetpunt, kapotte drukopnemers, verwijderde uitschieters, etc). Om zorg te dragen dat ontbrekende data geen invloed heeft op het resultaat zijn een aantal criteria opgesteld waaraan de meetreeks minimaal moet voldoen. Bij het vergelijken van de grondwaterstand met een door middel van tijdreeksanalyse bepaalde grootheid, dient het tijdreeksmodel goed genoeg te zijn. Dit wordt getoetst aan de volgende voorwaarden: een voldoende grote verklaarde variantie (>70%), een realistische verdampingsfactor (tussen 0,5 en 1,5) en een relatief kleine onzekerheid van de parameters (standaard deviatie is kleiner dan de absolute waarde). De criteria per analysekarakteristiek zijn opgesomd in

6 Tabel 2. Zo moet bij het bepalen van de maximale grondwaterstand in de zomer van 2016 bijvoorbeeld elke dag tussen 25 mei 2016 en 9 juli 2016 (46 dagen) een meting beschikbaar zijn.

7 Tabel 2 Overzicht van de analyse karakteristieken en de voorwaarden waaraan een reeks voor elke van de karakteristieken moet voldoen Benodigd Elke dag tenminste Goed Elke dag tenminste Mediane tijd- één meting Tijdreeks één meting Maaiveld stap minder Naam Eenheid 25 mei 9 jul 2016 model 1 jan 31 mrt 2016 hoogte 2 uur Maximale stand m NAP v Moment maximale stand datum v Maximale stand tov GHG m v v Duur boven GHG d v v Maximale stand tov maximum winter 2016 m v v Duur boven maximum winter 2016 d v v Maximale stand tov maaiveld m v v Duur boven 30 cm onder maaiveld d v v Maximum verschil met 50 e percentiel Moment maximum verschil met 50 e percentiel m v v datum v v Duur boven 90 e percentiel d v v Maximale stijging binnen 1 dag m v v Moment maximale stijging binnen 1 dag Stijging tussen 30 mei 6:00 en 31 mei 6:00 Stijging tussen 1 juni 6:00 en 3 juni 6:00 Stijging tussen 12 juni 6:00 en 14 juni 6:00 datum v v m v v m v v m v v Resultaten analyse grondwaterstanden juni 2016 In totaal zijn er 428 meetlocaties meegenomen in de analyse die representatief zijn voor de freatische grondwaterstand. Voor 196 van deze meetlocaties was er data beschikbaar voor de volledige periode van 25mei-9juli. Hiervan bleken 85 meetreeksen geschikt voor de volledige analyses, de overige meetreeksen konden maar deels geanalyseerd worden omdat ze niet (volledig) voldeden aan de criteria in

8 Tabel 2. De peilbuizen waarvoor het mogelijk was om de analysekarakteristieken te bepalen laten voor al in de zuidelijke helft van het beheergebied van Waterschap De Dommel duidelijke ruimtelijke patronen zien. In het noordelijke deel is minder schade/wateroverlast gemeld en zijn er minder meetpunten meegenomen in de analyse. Het moment waarop de hoogste grondwaterstand bereikt werd is weergegeven in Figuur 4. In het zuiden/zuidoosten van het beheergebied wordt de maximale grondwaterstand begin juni bereikt (blauw). In het midden van het gebied bereikt de grondwaterstand het maximum rond 24 juni (geel). Daartussen bevindt zich een band met meetpunten, waar de maximale grondwaterstand relatief minder hoog is gekomen en de hoogste grondwaterstanden pas begin juli optreden (oranje). Op vrijwel alle meetlocaties waar analyse mogelijk was komt de maximale waterstand boven de GHG uit. De locaties met de hoogste maximale grondwaterstand ten opzichte van de GHG bevinden zich in het (zuid)-westen en zuidoosten van de Dommel (zie Figuur 5). De grondwaterstand is hier tijdens de pieken ongeveer 1m hoger dan gebruikelijk voor deze tijd van het jaar (obv de mediaan). Voor enkele meetpunten loopt dit verschil op tot 1,5m. De periode dat de waterstand boven de GHG uitkomt varieert van 0-41 dagen met een gemiddelde van 23 dagen. Over het algemeen is deze periode in het (zuid)-oosten van het gebied het langst, tussen de dagen. Op verschillende locaties in het gebied, o.a. ten oosten van Luyksgestel, bevinden zich een aantal meetpunten waar de grondwaterstand tot boven maaiveld is gestegen (Figuur 6). Van de meetpunten waarvoor zowel de zomer als de wintergrondwaterstand beschikbaar is bereikt bijna 80% in juni een grondwaterstand die hoger is dan de grondwaterstand in de winter van De periode dat de grondwaterstand boven de metingen van de winter uitkomt is minder lang dan de periode dat hij boven de GHG stijgt. De periode varieert tussen de 0-46 dagen, maar is gemiddeld ongeveer 6 dagen.

9 Figuur 4: Datum waarop maximale grondwaterstand bereikt werd

10 Figuur 5: Verschil maximale waterstand boven GHG in meters. Bijna alle peilbuizen meten hogere maximale waterstanden dan GHG Figuur 6: Maximale grondwaterstand boven maaiveld

11 Zoals te zien in Figuur 7 komt het ruimtelijke patroon van het moment van maximale stijging van de grondwaterstand overeen met het ruimtelijke patroon van de meest extreme gevallen neerslag. In het noorden van het beheergebied treedt de grootste stijging van de grondwaterstand op rond 30mei. De stijging bedraagt dan 30-50cm in 24uur. In het zuidoosten treedt de maximale stijging op rond 1 juni met een stijging van ongeveer 40-60cm in twee dagen. De maximale stijging in deze periode is ten oosten van Heeze; tussen 1-2 juni stijgt hier de grondwaterstand in 3 meetpunten met cm. De grootste stijging in het zuidwesten treedt op rond 12-13juni, de stijging van de waterstand is hier lokaal 50-80cm met het zwaartepunt ten westen van Hooge Mierde. Een aantal meetpunten in het beheergebied laten geen moment van extreme stijging zien maar stijgen (relatief) geleidelijk gedurende de maand. Dit is voornamelijk het geval bij de peilbuizen in het zuiden van het beheergebied, ten westen van Luyksgestel. Dit zijn tevens de peilbuizen die pas begin juli de maximale waterstand bereiken (oranje in Figuur 5). Figuur 7: Periode waarin de meest extreme neerslag viel