Tijdreeksanalyse diepe stijghoogten Groote Meer e.o.

Transcriptie

1 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogten Groote Meer e.o. Opdrachtgever: Provincie Noord-Brabant, gedelegeerd opdrachtgever van de Werkgroep Water Brabantse Wal Projectnummer: Datum: Auteur: Ruben Caljé Borging: Wouter Beekman

2 1 Inleiding 2 2 Voorbereiding data Klassificatie meetpunten Selectie reeksen Verklarende variabelen Verbanden tussen de verklarende reeksen 4 3 Tijdreeksmodellen Keuze periode en schema tijdreeksmodel Beoordeling tijdreeksmodellen Resultaat Luchtdruk Invloed individuele onttrekkingen Invloed locaties winningen Toename stijghoogte ten gevolge van onttrekkingsreductie vanaf Het extrapoleren van dit bepaalde effect naar de toekomst 19 4 Conclusie 21 5 Verwijzingen 21 Bijlage 1, Tabel resultaten analyse 22 2 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

3 1 Inleiding Om de invloed van de onttrekkingen van Evides en de Pidpa op de diepe stijghoogte rond de Groote Meer vast te stellen, is tijdreeksanalyse, zoals geïmplementeerd in Menyanthes, toegepast. De analyse beperkt zich tot het diepe systeem. Het ondiepe systeem wordt buiten beschouwing gelaten omdat dit systeem zich kenmerkt door schijnspiegels, die veelal niet-lineair reageren en daarmee niet voldoen aan de condities waarvoor de gekozen responsfunctie geldig is. In deze rapportage staat de aanpak en het resultaat beschreven. 2 Voorbereiding data 2.1 Klassificatie meetpunten De meetpunten waar de grondwaterstijghoogte wordt opgenomen, staan beschreven in de monitoringsrapportage (Artesia & KWR, 2015), en zijn uit verschillende bronnen opgevraagd: waterschap Brabantse Delta, de drinkwaterbedrijven Evides (België) en Pidpa (België) en de grondwater-databases DINOloket (Nederland) en DOV (België). De meetpunten kunnen grofweg worden onderverdeeld in diepe peilfilters en ondiepe peilfilters. De algemene indeling in diep en ondiep is op basis van de hoogte van het filter uitgevoerd: meetpunten waarvan het filter zich lager dan 0 m NAP bevindt, zijn als diep gekarakteriseerd. De invloed van de grondwateronttrekkingen is duidelijk in de meetreeksen van de diepe peilfilters te zien, vooral rond de start van de winningen in de jaren 60 van de vorige eeuw. Op basis van deze gevoeligheid voor grondwateronttrekking zijn enkele meetpunten in België ( , , , , , , en _1), waarvan het filter zich boven 0 m NAP bevindt, tevens van het stempel diep voorzien. 2.2 Selectie reeksen Veel meetpunten rond de Groote Meer zijn in meerdere gegevensbronnen aanwezig: vaak zowel in DINOloket als in de database van één van de Nederlandse belanghebbende partijen (vooral Evides). Via een visuele inspectie is bepaald welke reeks in de analyse wordt betrokken. Als de reeksen kwalitatief vergelijkbaar zijn, is voor de reeks van de bronhouder (dus niet DinoLoket) gekozen. Onwaarschijnlijke pieken (die niet samenvallen met pieken in andere reeksen) of duidelijke meetfouten (metersprongen) zijn uit de data verwijderd. Op vier locaties in de buurt van de Groote Meer zijn twee of meer reeksen van vervangen en hernoemde meetpunten samengevoegd, om zo een langjarige reeks te verkrijgen. Het gaat hierbij om de volgende meetpunten: _1 & _ _1 & _1 & _ _1 & _ _1 & _3 2.3 Verklarende variabelen Als verklarende variabelen voor de diepe stijghoogte zijn neerslag, verdamping, luchtdruk en de onttrekkingen op de vier pompstations rond de Groote Meer toegepast. Als bron voor de neerslag-data wordt voor elk meetpunt het meest dichtbij gelegen neerslagstation van het KNMI gebruikt. Voor de meeste locaties is dit station Hoogerheide, waar vanaf 1951 de neerslag op dagbasis wordt bijgehouden. Voor de verdampingsdata wordt de Makkink-verdamping gebruikt, bepaald bij meetstation Gilze-Rijen op dagbasis. In Zeeland bevinden zich enkele meteorologische stations op vergelijkbare afstand van de Brabantse Wal als Gilze Rijen. Vanwege de beïnvloeding van de zee op deze locaties, is het waarschijnlijk dat het station in Gilze-Rijen de omstandigheden op de Brabantse Wal beter representeert. Ontbrekende waarden vóór en gedurende deze reeks worden opgevuld met waarnemingen van het meest dichtbij gelegen meteorologisch station die dan nog wel data bevat (Herwijnen, Eindhoven en de Bilt). Hierbij wordt rekening gehouden met een structureel verschil in meetwaarden, gebaseerd op de overlappende delen van de meetreeksen. Het KNMI bepaalt de verdamping vanaf juli De eerste grondwaterstand-reeksen starten in Om het ontbreken van verdampingsdata voor de eerste jaren geen beperking te laten zijn voor de tijdreeksanalyse, is voorafgaand aan de verdampingsreeks enkele jaren een kunstmatig 3 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

4 verdampings-patroon geplakt. Dit patroon bestaat uit de gemiddelde verdamping voor elke dag van het jaar, bepaald over de periode 1957 t/m De gemeten diepe stijghoogte onder de Brabantse Wal blijkt op veel locaties sterk te correleren met de luchtdruk. Om hiervoor te corrigeren wordt de luchtdruk ook meegenomen in de analyse. Hiervoor wordt de daggemiddelde gemeten reeks, tevens gemeten in Gilze-Rijen, gebruikt, aangevuld met metingen uit Eindhoven en de Bilt op een vergelijkbare wijze als bij de verdamping. De luchtdruk-gegevens zijn vanaf het begin van de 20 e eeuw beschikbaar. De Nederlandse en Belgische onttrekkingen rond de Brabantse Wal worden als vier afzonderlijke verklarende variabelen in de analyse meegenomen. In figuur 1 zijn de onttrokken jaardebieten weergegeven. De onttrekking in Ossendrecht start in 1913, terwijl de andere onttrekkingen in de jaren 60. Vanaf 1986 zijn voor elk van de vier winningen maanddebieten bekend, weergegeven in figuur 2. figuur 1: Het onttrekkingsdebiet van de vier beschouwde grondwaterwinningen. figuur 2: De maandelijkse debieten gedurende 1986 t/m 2014, samen met een voortschrijdend gemiddelde (gestreepte lijn, bepaald over 1 jaar) en het bepaalde debiet voor en na de reductie (rondjes, komt later ter sprake). 4 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

5 2.4 Verbanden tussen de verklarende reeksen Met tijdreeksanalyse is het theoretisch mogelijk om de invloed van de verschillende verklarende variabelen afzonderlijk van elkaar vast te stellen. Voorwaarde hiervoor is dat de verklarende variabelen onderling zodanig verschillen dat de afzonderlijke invloed traceerbaar is binnen de optimalisatie van het tijdreeksmodel. Met andere woorden, hoe minder onderlinge correlatie aanwezig is tussen de variabelen, hoe beter de afzonderlijke invloeden zijn vast te stellen. In tabel 1is de correlatie-matrix weergegeven voor de gebruikte verklarende variabelen, voor de periode 1986 t/m halverwege 2015, op maandbasis. Hierin is de onderlinge correlatie tussen deze grootheden weergegeven door een getal, variërend van -1 voor een negatieve correlatie tot 1 voor een positieve correlatie. Een waarde van 0 duidt op het ontbreken van correlatie. In de tabel is de correlatie-waarde dik gedrukt wanneer deze significant is (wanneer de kans dat de correlatie het gevolg is van toeval kleiner is dan 0,05). Zo is te zien dat de winningen onderling significant gecorreleerd zijn, waarbij de sterkste correlatie optreedt tussen Huijbergen en Kapellen (0,59), gevolgd door Essen en Kapellen (0,58). Omdat Kapellen wat verder van de Groote Meer ligt als de andere winningen, is dit wellicht geen groot probleem. De overige winningen zijn echter ook significant aan elkaar gecorreleerd met een correlatiecoëfficiënt van 0,43 tot 0,44. Verdamping blijkt positief gecorreleerd met de winningen op Ossendrecht en Huijbergen (0,39 en 0,33): in de zomer wordt hier meer water onttrokken. Een relatief sterke negatieve correlatie (0,51) treedt op tussen neerslag en de luchtdruk: het regent meer tijdens lagedrukgebieden. De correlatie tussen de onttrekkingsreeksen is zodanig groot en significant dat er rekening mee moet worden gehouden dat de invloed van de individuele winningen niet altijd goed kan worden geïdentificeerd in de stijghoogtereeksen. tabel 1: De matrix met correlatiecoëfficiënten. Dik gedrukte coëfficiënten zijn significant, een blauwe achtergrond stelt een positieve correlatie voor en een gele achtergrond een negatieve correlatie. 5 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

6 3 Tijdreeksmodellen 3.1 Keuze periode en schema tijdreeksmodel De tijdreeksanalyse is uitgevoerd met het computerprogramma Menyanthes (von Asmuth, et al., 2008). Tijdreeksanalyse levert een data-model, waarmee een gemeten grondwaterstand/stijghoogte-tijdreeks wordt benaderd met een verband tussen verklarende variabelen, die tevens worden gedefinieerd door meetreeksen. Bij deze verklaring wordt uitgegaan van een lineaire invloed van elk van de verklarende variabelen. Elke mm neerslag (of verandering van de luchtdruk) heeft eenzelfde reactie vanaf het moment dat deze neerslag optreedt: de impulsrespons. Deze reactie is stationair, wat wil zeggen dat deze niet afhangt van de tijd: een mm neerslag in de winter zorgt voor eenzelfde stijging van de grondwaterstand als een mm neerslag in de zomer. Voor elke verklarende variabele wordt via optimalisatie een stationaire impulsrespons afgeleid. Door het toepassen van de impulsresponses op de verklarende reeksen (via convolutie) en het optellen van de verschillende verklarende invloeden, kan de rondwaterstand/stijghoogte-reeks worden gesimuleerd. Op deze wijze is voor elk meetpunt een tijdreeksmodel gegenereerd. De modellen zijn gekalibreerd op de volledige meetperiode, gebruik makend van de neerslag van het meest dichtbij gelegen neerslag-station van het KNMI, de verdamping en luchtdruk van het meest dichtbij gelegen meteorologisch station van het KNMI, en het onttrekkingsdebiet van de vier winningen. Deze modellen geven vervolgens inzicht in de relatieve invloed van elk van de verklarende variabelen. Uit het verleden is gebleken dat de uitkomst van deze analyse sterk afhankelijk is van de periode waarover deze wordt uitgevoerd. Om de invloed van de winningen goed te identificeren is het in elk geval nodig dat de afname van het onttrekkingsdebiet in de convenant-periode (vanaf 2009) in het tijdreeksmodel is opgenomen. Wanneer de start (of sterke toename) van de winning eind jaren 60, of een eerdere reductie van een winning (zoals Essen in de beginjaren van de 21e eeuw), binnen de ijkperiode valt, kan de invloed van de winning beter worden geschat. Aan de andere kant neemt het aantal onbekende invloeden of onzekerheden in de reeksen van de verklarende variabelen toe met een grotere simulatietijd. Op voorhand is dus niet te zeggen bij welke simulatieperiode de modellen het best presteren en het effect van de winningen het nauwkeurigst bepaald kan worden. Daarom zijn voor een aantal perioden tijdreeksmodellen aangemaakt (in volgorde van afnemende lengte): De volledige reeks Alle metingen vanaf 1986, vanaf wanneer de onttrekkingsreeksen van alle 4 de onttrekkingen minstens op maandbasis beschikbaar zijn. Alle metingen vanaf 1998, wanneer een nattere periode (tot 2003) van start gaat, wat het onderscheidend vermogen van neerslag vergroot. Alle metingen vanaf 2005, zodat een aantal jaar voor en een aantal jaar na het verminderen van de winningen in 2009 in de reeksen zijn opgenomen Alle metingen vanaf 2009, zodat de reeks bijna alleen metingen van automatische drukopnemers bevat. Deze modellen zijn gebruikt om de invloed van de luchtdruk vast te stellen, omdat voor deze bepaling het tijdstip van de meting van belang is. 6 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

7 Van deze modelperioden bleken de modellen op basis van metingen vanaf 1998 de meest logische resultaten (zie paragraaf 3.3.2) op te leveren. Op deze modellen zijn nog twee varianten toegepast: Modellen waarbij de neerslag tweemaal als verklarende variabele wordt opgegeven, met een snelle en langzame respons. Via het toevoegen van een tweede neerslag-reactie kan deze dubbele respons ook in het tijdreeksmodel optreden. Modellen zonder opgave van de coördinaten van de winputten (zie paragraaf 3.3.3) De gekwantificeerde bijdrage van elk van de winningen op de stijghoogte blijkt redelijk sterk afhankelijk van bovenstaande opties. Er is gekozen om toevoegen van een dubbele neerslag-respons, om zo een verschil in respons op neerslag via regionale toestroming en directe infiltratie rond de Groote Meer in rekening te brengen. De respons op neerslag wordt dus opgesplitst in een snelle en langzame component. Dit betekent niet dat neerslag tweemaal in rekening wordt gebracht. De modellen met een dubbele neerslagcomponent bleken de meest logische verlagings-beelden (zie paragraaf 3.3.2) te generen. Tenzij anders vermeld, worden daarom in deze rapportage de resultaten getoond van de modellen met een periode vanaf 1998, waarbij de neerslag tweemaal als verklarende variabele is opgenomen (dik gedrukt in bovenstaande lijstjes). 3.2 Beoordeling tijdreeksmodellen De tijdreeksmodellen worden beoordeeld op basis van de volgende eigenschappen: De verklaarde variantie blijkt voor de meeste goede tijdreeksmodellen veel hoger dan 70 %. Via dit criterium worden reeksen met vreemde sprongen of een ander onnatuurlijk patroon niet meegenomen in de analyse. De reeks moet op minimaal 100 dagen een meting bevatten. De reeks moet voor de modellen vanaf 1998 minimaal in 10 jaar metingen bevatten (40 jaar voor de modellen van de volledige reeks, 5 jaar voor de modellen vanaf 2005, 4 jaar voor de modellen vanaf 2009) De laatste twee voorwaarden zijn opgenomen om ervoor te zorgen dat de ijkperiode voldoende frequent en lang is om de verschillende tijdreeksmodelparameters te kunnen kalibreren. De invloed van een onttrekking wordt als significant beoordeeld als: De invloed binnen het 95 % betrouwbaarheidsinterval valt en dus twee keer zo groot is als de standaarddeviatie van deze invloed (deze voorwaarde geldt ook voor luchtdruk). De reactiesnelheid op de winning (MU) minder is dan 1000 dagen. De praktijk leert dat een tragere reactie vaak een indicatie is van het onterecht toekennen van een effect aan de winning. Deze niet causale koppeling van een ander proces aan de winning levert dan ten onrechte een overschatting van het aandeel van de verklarende variabele in de grondwaterstand. 7 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

8 3.3 Resultaat Over het algemeen lukt het goed om de reeksen van de diepe stijghoogte te modelleren. De verklaarde variantie is hoog en ligt vaak tussen 95 en 100 %, wat echter niet wil zeggen dat de modellen perfect zijn en altijd de invloeden op de juiste wijze van elkaar weten te scheiden. 1 Als resultaat van de tijdreeksanalyse is in figuur 3 de splitsing van de stijghoogte-reeks van meetpunt _3 te zien. Duidelijk zichtbaar is dat de stijging van de diepe stijghoogte vanaf 2009 door het tijdreeksmodel wordt gekoppeld aan de reducties van de grondwaterwinningen. De grootste variatie in stijghoogte wordt gedurende deze periode veroorzaakt door de neerslag, verdeeld over 2 responsen (2 e en 5 e deelgrafiek van figuur 3). De invloed van de verdampings-fluctuatie is een stuk kleiner. In veel reeksen zorgt een toename van de verdamping vanaf 2000 voor een lichte afname van de stijghoogte (dit treedt echter niet op in het in figuur 3 gepresenteerde model). De reactie op luchtdruk laat een dagelijks patroon zien, afhankelijk van en tegengesteld aan de luchtdruk-veranderingen. De onttrekking van de drinkwaterwinningen neemt af vanaf 2009 (Essen ook al vanaf 2000). De toename van de stijghoogte kan hiermee op veel punten met het tijdreeksmodel worden verklaard. De onttrekking van Kapellen wordt niet in de meetreeks onderscheiden, wat gezien de afstand van Kappelen tot de locatie van deze peilbuis logisch lijkt. figuur 3: De splitsing van de stijghoogte-reeks in peilbuis _3 in de verschillende verklarende variabelen. 1 Meetpunt is actief vanaf 1997, tot die datum waren de zeer nabij gelegen meetpunten _1 en _1 actief.. 8 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

9 3.3.1 Luchtdruk De gemeten stijghoogte in het diepe pakket reageert sterk op de luchtdruk. Door het afgesloten karakter van deze laag bereikt de luchtdruk het watervoerende pakket niet direct, wat gebruikelijk is bij gespannen watervoerende pakketten. Het water in de peilbuis staat wel onder invloed van de luchtdruk. Wanneer de luchtdruk toeneemt, drukt deze het water in de peilbuis omlaag, en zal de gemeten stijghoogte afnemen. In welke mate de stijghoogte in het grondwater toeneemt, hangt af van de locatie, en varieert van 0 tot 100 % van de luchtdruk-verandering. Wanneer de luchtdruk bijvoorbeeld stijgt van 1000 naar 1030 mbar (30 cm waterkolom), zal op een locatie in het diepe pakket waar de doorwerking 50 % is, de gemeten stijghoogte met 15 cm afnemen. Tijdens de kalibratie van de tijdreeksmodellen is de doorwerking van de luchtdruk als bijproduct bepaald. In figuur 4 is deze invloed ruimtelijk weergegeven voor alle diepe peilbuizen, als een percentage van de luchtdruk-verandering. Er is een duidelijk ruimtelijk patroon te herkennen, waarbij in de peilbuizen ten noorden en westen van de Groote Meer een sterke reactie optreedt op de luchtdruk veranderingen. Dit vormt een aanwijzing voor de aanwezigheid van één of meer slecht doorlatende lagen, waardoor het watervoerende pakket daaronder zich als meer afgesloten gedraagt. figuur 4: De invloed van de luchtdruk, uitgedrukt als percentage van de luchtdruk-verandering (bepaald vanaf 2009). 9 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

10 3.3.2 Invloed individuele onttrekkingen De invloed van de individuele onttrekkingen is voor de verschillende kalibratie-perioden en opties weergegeven op de volgende bladzijde, in figuur 5 t/m figuur 11. Ter bepaling van de betrouwbaarheid van de verschillende analyses, is vooral gekeken naar de verklaarbaarheid van het verlagingsbeeld. De verlaging van de winningen zal in een kegelvorm rond elke winning liggen, enigszins verstoord door de verspreiding van de putten. Via een visuele vergelijking van de verlagings-beelden (figuur 5 t/m figuur 11) is bepaald welke simulaties de meest kegelvormige verlagingscontouren op leveren. Van de verschillende kalibratie-perioden bleek dit de simulatie vanaf 1998 (figuur 7) te zijn. In enkele meetpunten rond de Groote Meer werd een trage reactie van de stijghoogte op neerslag aan één van de winningen toegekend. Dit leidde tot onlogische verlagingsbeelden, waarbij de verlaging in peilbuizen op grote afstand van de winning groter was dan vlak naast de winning. Daarom is een tweede neerslag-respons aan de tijdreeksmodellen toegevoegd (figuur 8), om zo ook de trage reactie op neerslag te modelleren. Dit leidt tot meer kegelvormige verlagings-contouren van de winningen en is dan ook de simulatie waar de verdere analyse op is gebaseerd. Het effect van de grondwateronttrekkingen onderling zijn in de tijdreeksanalyse vaak niet goed te onderscheiden. In alle winningen neemt het debiet vanaf 2009 af, wat resulteert in een oplopende stijghoogte-reeks. Deze stijging wordt daarom niet altijd aan de goede winning toegewezen. Vooral het effect van de winningen in Huijbergen en Ossendrecht worden vaak aan elkaar toegewezen. De onttrekking in Ossendrecht is procentueel het minst gereduceerd, waardoor de invloed van deze winning minder goed uit de stijghoogte-reeksen is af te leiden. Het tijdelijk stopzetten van de winning in 2004, gecombineerd met een intensivering van de meetcampagne, draagt dichtbij de winning sterk bij aan het inschatten van het effect ervan. In de figuren op de volgende bladzijden (figuur 13, figuur 14, figuur 15 en figuur 16) is per winning aangegeven wat het effect van de onttrekking is, in cm/mm3/jaar. De stijghoogte rond de Grootte Meer wordt vooral beïnvloed door de winningen in Ossendrecht en Huijbergen, en in mindere mate door de winning in Essen. In geen van de peilbuizen rond de Groote Meer wordt een significant effect gevonden van de winning in Kapellen. Daarom wordt hierna voor de analyse van het bepalen van het totale effect de winning in Kapellen vaak buiten beschouwing gelaten. In figuur 12 is het resultaat van de tijdreeksanalyse samengevat, met het effect van elk van de vier onttrekkingen voor enkele geselecteerde peilbuizen. Rond de Groote Meer wordt een invloed van de onttrekkingen in Ossendrecht, Huijbergen en Essen verwacht. Ten oosten van Groote Meer bevindt zich meetpunt _3, waar een effect van 7 cm/mm 3 aan Ossendrecht wordt toegekend, 32 cm/mm 3 /jaar aan Huijbergen en 9 cm/mm 3 /jaar aan Essen. In bijlage 1 is een tabel opgenomen met hierin de resultaten voor alle peilbuizen. 10 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

11 Ossendrecht Huijbergen Essen Kapellen figuur 5: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de volledige reeks. figuur 6: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf figuur 7: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf figuur 8: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons. figuur 9: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, zonder de locaties van de winning op te geven. 11 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

12 figuur 10: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf figuur 11: De invloed van de winningen (in cm/mm3/jaar) bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf figuur 12: De samenvatting van de invloed van elk van de winningen, in cm/mm3/jaar, op basis van tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons. O=Ossendrecht, H=Huijbergen, E=Essen en K=Kapellen. Tussen haakjes is telkens de standaarddeviatie van de invloed volgens Menyanthes (ook in cm/mm3/jaar ) en de reactietijd (d) weergegeven. Rode tekst stelt een niet goed af te leiden invloed voor. 12 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

13 figuur 13: De invloed van de winning Ossendrecht (in cm/mm3/jaar), bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons. 13 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

14 figuur 14: De invloed van de winning Huijbergen (in cm/mm3/jaar), bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons. 14 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

15 figuur 15: De invloed van de winning Essen (in cm/mm3/jaar), bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons. 15 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

16 figuur 16: De invloed van de winning Kapellen (in cm/mm3/jaar, buiten de kaart), bij tijdreeksanalyse op de metingen vanaf 1998, met een dubbele neerslag-respons Invloed locaties winningen Menyanthes gebruikt afstand tussen de meetpunten en de locatie van de winningen als a priori informatie om de startwaarden voor de paramaters van de winning vast te stellen. Vervolgens worden deze parameters geoptimaliseerd, waarbij het verschil tussen de berekende stijghoogte en de gemeten stijghoogte wordt geminimaliseerd. Door deze startwaarden is het waarschijnlijker dat dichtbij gelegen winningen een effect krijgen toegekend tijdens de optimalisatie. Om de invloed van deze a-priori informatie te onderzoeken, is ook een optimalisatie uitgevoerd, waarbij de locaties van de winning niet is opgegeven. De startwaarden van de optimalisatie bij elk meetpunt zijn dan voor alle winningen gelijk. Dit resulteert in veel minder logische resultaten (zie figuur 9), waarbij winningen een groot effect hebben nabij andere winningen: de twee invloeden worden dan door elkaar gehaald. Blijkbaar bevatten de verklarende reeksen op zichzelf onvoldoende onderscheidend vermogen om de invloed van de verklarende variabelen te onderscheiden. In figuur 17 is ter illustratie van het resultaat de invloed van Ossendrecht op de diepe stijghoogte weergegeven. Zo bevindt er zich een peilbuis dicht bij Huijbergen, waarbij het effect van Huijbergen duidelijk onterecht aan Ossendrecht wordt toegekend. De grondwaterwinningen bestaan uit meerdere op enige afstand van elkaar gelegen putten. Bij Ossendrecht bevinden de meest oostelijk gelegen putten zich op ongeveer de helft van de afstand van het Groote Meer tot de meest westelijk gelegen putten. In de tijdreeksmodellen zijn niet de afzonderlijke pompputten opgenomen, maar wordt een grondwaterwinning als geheel beschouwd. In pure statistische tijdreeksanalayse speelt de locatie van die winning vervolgens geen rol. In Menyanthes kan de locatie van de winning daarentegen wel worden ingebracht, waarna deze wordt meegenomen om de startwaarden van de parameters te schatten. Het effect van het wel/niet meenemen van de locatie van de winningen op de uitkomsten is in dit onderzoek verkend. Naast het volledig negeren van de locaties van de winningen is ook een berekening uitgevoerd waarbij de locatie voor de winning Ossendrecht op x= en y= is gesteld (kruising Abdijlaan met Putseweg) is gelegd. Het aanpassen van de locatie van Ossendrecht geeft op enkele meetpunten een iets andere verdeling (1-2 cm) van het verlagende effect tussen de grondwaterwinningen in enkele meetlocaties. Het algemene beeld verandert echter niet, en de verdeling van het effect in meetpunt _3 ten oosten van De Groote Meer verandert niet. 16 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

17 figuur 17: De invloed van de winning Ossendrecht, wanneer de locatie van de winning niet in de startwaarden van de kalibratie is meegenomen Toename stijghoogte ten gevolge van onttrekkingsreductie vanaf 2009 De invloed van de individuele winningen in de tijdstijghoogtereeksen is dus niet goed vast te stellen, zoals reeds aangegeven vanuit de onderlinge correlatie (hoofdstuk 2.3). De belangrijkste reden is de afname van het onttrekkingsdebiet van de vier winningen vanaf Zo is het tijdreeksmodel van meetpunt _3 (zie figuur 3) nogmaals weergegeven in figuur 18, maar nu zonder het debiet van Essen als verklarende variabele. Ook dan lukt het goed om de stijghoogte-reeks te verklaren, en zal de toename van de stijghoogte ten gevolge van de vermindering in Essen nu voor een belangrijk deel aan Ossendrecht worden toegekend. 17 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

18 figuur 18: De splitsing van de stijghoogte-reeks in peilbuis _3 in de verschillende verklarende variabelen, dit keer zonder de onttrekking in Essen als verklarende variabele. De tijdreeksmodellen kunnen gebruikt worden om het totale effect van de reductie van de winningen sinds 2009 vast te stellen. Een overschatting van het effect van één van de winningen zal waarschijnlijk worden gecompenseerd door een onderschatting van het effect van één van de drie andere winning, waardoor het totale effect wel goed te schatten is. Om tot dit totale effect te komen, wordt de stijging van de opgesplitste reeksen van de winningen (onderste 4 reeksen uit figuur 3) tussen 1 januari 2009 en 1 januari 2015 bij elkaar opgeteld. Dit is vergelijkbaar als het verschil in gemeten stijghoogte tussen 1 januari 2009 en 1 januari 2015, verminderd met het effect van neerslag, verdamping en luchtdruk. Het resultaat is weergegeven in figuur 19. Deze methode is alleen mogelijk wanneer een locatie ook daadwerkelijk metingen heeft rond 1 januari 2009 en 1 januari 2015, waardoor enkele meetpunten wegvallen uit het resultaat. Het grootste effect treedt op rond Huijbergen (ruim 2 meter), waar het debiet het meest is gereduceerd (zie tabel 2), en waar het diepe pakket het meest afgesloten blijkt te zijn (zie paragraaf 3.3.1). Rond de Groote Meer is de verhoging sinds 2009 ongeveer 1,0 tot 1,1 meter. Ter plaatse van de Groote Meer is de afstand tot het zuiveringsgebouw van de drie noordelijke winningen ongeveer gelijk (Ossendrecht 3,7 km, Huijbergen 3,2 km en Essen 4,3 km). De afstand tot Kapellen is met 6,3 km groter, en in geen van de modellen rond de Groote Meer is een significante invloed van deze winning gevonden. De verhoging rond de Groote Meer kan dan ook worden toegeschreven aan de reductie in Ossendrecht, Huijbergen en Essen. In tabel 2 is te zien dat de huidige winning op deze drie locaties in totaal nog 11,4 miljoen m 3 /jaar bedraagt, terwijl de reductie in totaal 6,4 miljoen m 3 /jaar betrof. 18 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

19 figuur 19: De toename van de stijghoogte als gevolg van de afname van de winningen vanaf tabel 2: Het debiet voor en na de reductie vanaf Winning Debiet 2008 (Mm3 /jaar) Debiet 2015 (Mm3 /jaar) Verschil (Mm3 /jaar) Ossendrecht 5,0 3,9 1,1 Huijbergen 9,4 6,5 2,9 Essen 3,4 1,0 2,4 Totaal zonder Kapellen 17,8 11,4 6,4 Kapellen 2,9 1,7 1,2 Totaal 20,7 13,1 7,6 3.4 Het extrapoleren van dit bepaalde effect naar de toekomst Met de gebruikte methode (tijdreeksanalyse met Menyanthes) is het redelijk goed gelukt om het effect van de reductie van de winningen op de diepe stijghoogten vast te stellen. Aan extrapolatie van de resultaten ver buiten de range van opgetreden omstandigheden kleven risico s: de betrouwbaarheid van de voorspelling neemt dan sterk af. Het was niet mogelijk om vast te stellen wat het aandeel van de individuele winningen onder de Groote Meer is in het totale effect van de winningen. Daarnaast is er ook geen zekerheid over de mate waarin het systeem lineair blijft reageren bij verdere reductie van de winning, wanneer de diepe stijghoogte dichter bij de freatische grondwaterstand komt te liggen. De lineaire respons kan wel worden beschouwd als een maximum, omdat de niet lineaire invloed altijd demping van de respons impliceert: bij een verdere toename van de stijghoogte zal waarschijnlijk extra drainage optreden, waardoor de stijghoogte minder zou stijgen als op basis van het lineaire tijdreeksmodel verwacht wordt. Het effect van de onttrekkingen op de stijghoogte in peilbuis _3, direct ten noordoosten van de Groote Meer, is eerder vastgesteld, als 7 cm/mm3 voor Ossendrecht, 32 cm/mm3/jaar voor Huijbergen en 9 cm/mm3/jaar voor Essen (zie paragraaf 3.3.2). Wanneer uit wordt gegaan van een lineaire reactie van de stijghoogte en dat de gevonden verdeling van het effect correct is, dan leidt het stoppen van de huidige winning (zie tabel 2) tot een toename van de stijghoogte van 0,07x3,9+0,32x6,5+0,09x1,0 = 2,44 meter. Veruit het grootste deel van deze toename (2,08 meter) wordt bepaald door het effect van de winning in Huijbergen. De schatting van 32 cm/mm3/jaar, en daarmee van het geëxtrapoleerde effect, lijkt gezien de afstand tot deze winning aan de hoge kant. Omdat het 19 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

20 individuele effect van elke winning dus niet betrouwbaar kan worden vastgesteld, is de schatting van 2,44 meter minder betrouwbaar en geeft daarbij waarschijnlijk een overschatting. Op basis van het bepaalde effect van de onttrekkingsreductie (paragraaf 3.3.4) kan ook een andere schatting worden gemaakt. Het aandeel van de drie noordelijke winningen in de onttrekkingsreductie verschilt van het aandeel van de drie winningen in het resterende huidige debiet. Zo heeft Essen een aandeel van 38% in de reductie sinds 2009, terwijl zijn aandeel in het resterende huidige debiet slechts 9% is. Door deze andere verdeling van het debiet wordt de verdeling van de verlaging ook anders dan het eerder bepaalde effect van de reductie (paragraaf 3.3.4). Omdat de invloed van de individuele winningen niet nauwkeurig bekend is, kan hier niet voor worden gecorrigeerd. Wanneer de huidige winning van Ossendrecht, Huijbergen en Essen (11,4 miljoen m 3 /jaar) volledig zou worden gestaakt, zou dit dan 11,4/6,4 = 1,78 maal het effect van de reductie tussen 2009 en 2015 opleveren. Onder de Groote Meer zou dit neerkomen op een stijging van de diepe stijghoogte van 1,85 meter, bovenop de al gerealiseerde stijging vanaf 2009 ten gevolge van het convenant. Omdat het algemene verlagingsbeeld van de reductie (figuur 19) consistent oogt (in tegenstelling tot het individuele effect van Huijbergen), wordt deze schatting (1,85 meter) betrouwbaarder geacht dan de eerder genoemde 2,44 meter. 20 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

21 4 Conclusie De invloed van de onttrekkingen rond de Groote Meer op de diepe stijghoogte is bepaald met behulp van tijdreeksanalyse. De vier in de tijdreeksmodellen opgenomen onttrekkingen (Ossendrecht, Huijbergen, Essen en Kapellen) blijken zodanig met elkaar gecorreleerd dat de individuele invloed van een winning niet kan worden onderscheiden in de tijdreeksmodellen. Het resultaat is afhankelijk van de toegepaste kalibratie-periode, het wel of niet meenemen van de locaties van de winning en de methode waarop neerslag wordt gemodelleerd. Het lijkt er vaak op dat het effect van een winning onterecht aan een andere winning wordt toegekend. Het meest logische verlagingsbeeld geven de modellen met een kalibratieperiode vanaf 1998, waarbij de neerslag via twee impuls-responsen in rekening wordt gebracht. Omdat het dus niet mogelijk is om eenduidig het effect van de individuele winningen op de stijghoogte rond de Groote Meer goed te onderscheiden, is het niet mogelijk het effect van een andere verdeling van het debiet of van een verdere stopzetting van de winning nauwkeurig vast te stellen. Het totale effect van de reductie van de vier winningen vanaf 2009 (6,4 miljoen m 3 /jaar) levert wel een logisch beeld. Rond de Groote Meer resulteert dit in een toename van de stijghoogte van ongeveer 1 tot 1,1 meter. Meer naar het noorden is deze toename groter, terwijl deze kleiner is ten zuiden van de Groote Meer. Deze spreiding wordt enerzijds veroorzaakt doordat de grootste reductie heeft plaatsgevonden in Huijbergen (ten noorden van het Groote Meer), en anderzijds doordat het diepe pakket tussen De Groote Meer en Huijbergen meer afgesloten is van het freatische grondwater. De aangetoonde reactie van de stijghoogte op luchtdruk-veranderingen bevestigen in deze zone de aanwezigheid van veel verticale weerstand. Het effect van een verdere stopzetting van alle winningen (Ossendrecht, Huijbergen en Essen) kan met een ruwe schatting worden bepaald, op basis van het effect van het de reductie vanaf Onder de Groote Meer zou dit neerkomen op een stijging van de diepe stijghoogte van 1,85 meter. 5 Verwijzingen Artesia & KWR Evaluatie monitoring Groote Meer e.o. [Rapport]. - Schoonhoven : provincie Noord-Brabant, von Asmuth J R [et al.] Handleiding Menyanthes [Rapport]. - Nieuwegein : KWR, van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

22 Bijlage 1, Tabel resultaten analyse 22 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

23 23 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.

24 24 van 24 Tijdreeksanalyse diepe stijghoogte, Groote Meer e.o.