Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) verkenning van de mogelijkheden
Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) verkenning van de mogelijkheden J. Willemsen Lochem, maart 1998 Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 1
I N H O U D INLEIDING 3 1. PROBLEEMBESCHRIJVING 3 2. WERKWIJZE 3 3. PROJECTGEBIED EIBERGEN-OOST 4 4. GRONDWATERMODEL 5 5. INVLOED VAN DE DRINKWATERWINNINGEN 6 6. GEVOELIGHEID VOOR INGREPEN IN OPPERVLAKTEWATERHUISHOUDING 7 7. CONCLUSIE 8 8. LITERATUUR 9 BIJLAGEN 10 BIJLAGE 1: Ligging van het modelgebied en het ruilverkavelingsgebied BIJLAGE 2: Modelnetwerk BIJLAGE 3: Opdeling van het model in geohydrologische deelgebieden BIJLAGE 4: Globale bepaling van de invloed van de drinkwaterwinningen BIJLAGE 5: Effecten van een peilverhoging van 30 cm in een watergang BIJLAGE 6: Uitvergroting van een deel van de watergang Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 2
INLEIDING In het kader van de ruilverkaveling Eibergen-Oost is aan afdeling Noord van het waterschap Rijn en IJssel gevraagd een knelpuntenanalyse van de bestaande oppervlaktewaterhuishouding te maken, met daaraan gekoppeld de mogelijke oplossingen voor deze knelpunten. Het waterschap heeft hierbij kritisch gekeken naar de noodzaak van het toepassen van een grondwatermodel. In deze notitie wordt hiervan een beknopt verslag gegeven. 1. PROBLEEMBESCHRIJVING Bij het opnieuw bekijken van de dimensionering en ligging van waterlopen van het waterschap kan een grondwatermodel inzicht geven in de effecten van bepaalde ingrepen in het oppervlaktewatersysteem op het grondwater. Ook in het kader van de ruilverkaveling Eibergen-Oost is gedacht aan het gebruik van een grondwatermodel. Vooraf werden echter twee belangrijke mogelijke nadelen van een grondwatermodel voor Eibergen-Oost onder woorden gebracht: a. Door de aanwezigheid van twee drinkwaterwinningen (namelijk de pompstations Olden Eibergen en Haarlo ; zie bijlage 1) in de nabijheid van het ruilverkavelingsgebied zou een zeer omvangrijk grondwatermodel moeten worden gemaakt om voldoende inzicht te kunnen krijgen in grondwaterstromingen. Om een goed inzicht te krijgen in het hydrologisch systeem, was het gewenst dat het volledige beïnvloedingsgebied van de pompstations in het model zou liggen. Een omvangrijk model heeft als groot nadeel dat het relatief veel tijd kost om parameters in te voeren, het model door te rekenen en de resultaten te bekijken. b. Omdat de bodem op het Oost-Nederlands Plateau een kleine doorlatendheid heeft, leek het waarschijnlijk dat de effecten die ingrepen in de oppervlaktewater-huishouding zouden hebben op het grondwatersysteem, slechts een geringe ruimtelijke verspreiding zouden hebben in het ruilverkavelingsgebied. Het was dus wenselijk om met een globaal grondwatermodel de verwachte beperkingen nader te bekijken om zodoende een beslissing te kunnen nemen omtrent het al dan niet gebruiken van een gedetailleerder grondwatermodel voor de ruilverkaveling Eibergen-Oost. 2. WERKWIJZE Om inzicht te krijgen in de werking van een grondwatermodel in het ruilverkavelingsgebied Eibergen-Oost, is een globaal model opgezet van het ruilverkavelingsgebied en haar wijde omgeving. Hierin zijn enkele parameters ingebracht, waarbij zo nauwkeurig mogelijk dikten van watervoerende pakketten in het model zijn ingevoerd. Vervolgens is een aantal eenvoudige rekensessies met het model uitgevoerd. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 3
3. PROJECTGEBIED EIBERGEN-OOST Het landinrichtingsgebied Eibergen-Oost ligt in het noordoosten van de provincie Gelderland, globaal tussen de Duitse grens en de plaats Eibergen (zie bijlage 1). Het gebied ligt op het zogenaamde Oost- Nederlands Plateau. Omdat hier slechts één watervoerend pakket aanwezig is vindt de grondwaterstroming plaats in één zone van maximaal 10 à 15 meter dik, welke bestaat uit zandafzettingen. Onder dit zandpakket bevindt zich de hydrologische basis : een kleilaag waarin nauwelijks sprake is van grondwaterstroming. Deze kleilaag wordt beschouwd als de onderkant van het hydrologisch systeem. Door het plateau loopt een aantal geulen die zijn opgevuld met grof zand. De grootste geul (die maximaal 40 meter diep is) loopt midden door het ruilverkavelingsgebied en is noord-zuid gericht. De geul heeft een aantal kleinere zijgeulen. De geulen vormen een soort opvangbekken voor neerslagwater, dat vanaf het plateau de geulen instroomt (zie figuur 1). Figuur 1: Schematische geologische doorsnede door het modelgebied. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 4
4. GRONDWATERMODEL Binnen het waterschap Rijn en IJssel wordt veelvuldig gebruik gemaakt van het software-pakket Micro-Fem! bij het modelleren van grondwaterstromingen. Een belangrijke motivatie voor de keuze van juist dit softwarepakket is dat gebruik wordt gemaakt van de eindige-elementenmethode, waarbij een modelnetwerk wordt opgebouwd uit driehoekige elementen. Ook voor Eibergen-Oost is gebruikt gemaakt van dit modelprogramma. Met Micro-Fem! kan een relatie wordt gelegd tussen oppervlaktewaterlopen en het grondwatersysteem. Het modelnetwerk is weergegeven in bijlage 2. Voor het model is een knooppuntsafstand van 250 meter aangehouden, met uitzondering van het ruilverkavelingsgebied, waar een knooppuntsafstand van 100 meter is gebruikt, en enkele natuurwetenschappelijk waardevolle terreinen, waar een knooppuntsafstand van 50 meter is toegepast. Eenzelfde verdichting van het netwerk is rondom de beide drinkwaterwinningen aangebracht. Op basis van de Geologische kaart van Oost-Gelderland en Twente (Van de Meene, 1996) zijn het plateau en de geulen in het model ingebracht. Het model is in sub-gebieden opgedeeld (zie bijlage 3): a. Het plateau waarvan de hydrologische basis op 30 m+nap of hoger ligt. Het plateau heeft hier één watervoerend pakket, waarvan de doorlatendheid op 25 m/d is gesteld. Een deklaag is afwezig, waardoor de kd 1 op 0 m 2 /d is gesteld en de c 2 -waarde op 4 d. In deze (fictieve) deklaag vindt dus alleen verticale stroming plaats. b. Het plateau waarvan de hydrologische basis tussen 20 en 30 m+nap ligt. Wederom is er sprake van één watervoerend pakket en een doorlatendheid van 25 m/d. Ook hier is de deklaag afwezig. c. Het geulensysteem met een zeer variabele dikte. De doorlatendheid van de geulen is gesteld op 100 m/d. Een deklaag is niet aanwezig. d. Een overgangszone. Deze zone heeft een dikte tussen 10 en 20 meter en een doorlatendheid tussen 25 en 50 m/d. Een deklaag ontbreekt. e. Een gebied dat in werkelijkheid bestaat uit twee watervoerende pakketten. Tussen deze beide pakketten ligt een dunne kleilaag. Omdat de kleilaag verre van waterdicht is, zijn beide pakketten als één watervoerend pakket ingevoerd, zoals dat gebruikelijk is voor modelleringen rond de waterwinplaatsen Olden Eibergen en Haarlo (o.a. Heidelberg en Supèr, 1991). Het doorlaatvermogen van het pakket neemt toe van 300 m 2 /d nabij de plateurand tot 3000 m 2 /d nabij de westgrens van het model. Op het watervoerend pakket ligt een deklaag die bestaat uit een 5 meter dik zandpakket van de Formatie van Twente met een doorlaatvermogen van 5 m 2 /d en een c 2 -waarde van 4 d. Ter simulatie van de watergangen in het projectgebied is een gebiedsdekkende drainagebasis van 75 centimeter beneden het maaiveld ingevoerd. Bovendien is het maaiveld als drainageniveau ingevoerd, om een eventuele oppervlakkige afvoer van regenwater te simuleren. Er zijn geen daadwerkelijke watergangen in het model ingevoerd. Het model is niet geijkt, omdat het gaat om een zeer grove benadering van de werkelijk-heid. Het model wordt niet gebruikt om uitspraken te doen over deze werkelijkheid, maar uitsluitend om meer te weten te komen over het model op zich. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 5
5. INVLOED VAN DE DRINKWATERWINNINGEN Om inzicht te krijgen in de invloed van de drinkwaterwinplaatsen Olden Eibergen en Haarlo op de grondwaterstanden in het ruilverkavelingsgebied, zijn de winningen in het model ingevoerd. Voor de onttrekkingshoeveelheden zijn de cijfers uit 1996 gebruikt. In dat jaar werd door pompstation Haarlo gemiddeld 4159 m 3 water per dag onttrokken en door pompstation Olden Eibergen gemiddeld 3589 m 3 per dag. Tevens werd bij dit laatste pompstation 255 m 3 water per dag geïnfiltreerd. Na het invoeren van de winningen is het model niet-stationair doorgerekend met een aantal fictieve neerslagsituaties van achtereenvolgens 1 mm (3 dagen), 2 mm (1 dag), 5 mm (2 dagen), 10 mm (1 dag) en 25 mm (1 dag) en een aantal verdampingssituaties van 0.3 mm (1 dag), 0.7 mm (1 dag), 0.5 mm (1 dag), 0.1 mm (1 dag) en 0.0 mm (1 dag). Het resultaat van de rekensessie is weergegeven in bijlage 4. De cirkelvormen geven de verlaging van grondwaterstand aan, die is ontstaan ten gevolge van de grondwaterwinningen. Het gebruikte interval tussen de lijnen bedraagt 1 centimeter. Uit het verlagingspatroon kan geconcludeerd worden dat de grondwaterwinningen de grondwaterstand in het ruiverkavelingsgebied niet noemenswaardig verlagen. In dezelfde bijlage is tevens een aantal stroombanen getekend. Hieruit blijkt dat de beide pompstations nauwelijks grondwater oppompen dat afkomstig is uit het ruilverkavelingsgebied. De verklaring hiervoor is dat op verhogingen in de tertiaire basis een aantal infiltratielocaties is gelegen. Deze locaties liggen juist naast het ruilverkavelingsgebied. Slechts het uiteinde van één van de getekende stroombanen vanuit de pompstations reikt tot in het ruilverkavelingsgebied. Omdat uiteindelijk met het model verschilplaatjes worden berekend tussen situaties met een onderling verschillend oppervlaktewatersysteem (waarbij dus de grondwaterwinningen constant blijven), zullen de resultaten nauwelijks worden beïnvloed door het buiten het model laten van de winning. Conclusie: Indien er van het ruilverkavelingsgebied Eibergen-Oost een grondwatermodel wordt gemaakt, is het niet nodig om ook de drinkwaterwinningen in het model op te nemen. Zodoende kan een kleiner model worden gemaakt, wat het berekenen en verwerken van verschillende maatregelen zal versnellen. Met behulp van het grote model kan een flux worden uitgerekend, die wordt ingevoerd op de randen van het kleinere model. De verschilplaatjes die met behulp van het kleine model worden berekend zullen niet noemenswaardig worden beïnvloed door het buiten het modelgebied laten van de waterwinningen. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 6
6. GEVOELIGHEID VOOR INGREPEN IN OPPERVLAKTEWATERHUISHOUDING Om te bepalen wat de invloed van ingrepen in het oppervlaktewatersysteem op de grondwaterstand is, is op het plateau op één plaats een watergang met een aantal zijtakken in het model ingevoerd. Het betreft hier een gedeelte van de Ramsbeek. De beek heeft een (fictieve) peilstand van 1 meter onder het maaiveld en een (eveneens fictieve) breedte van 2 meter gekregen. De drainageweerstand van de watergang bedroeg 1 dag. Deze waarde is elders in Oost-Gelderland realistisch gebleken. Nadat het model was doorgerekend, werd het peil van de waterloop met 30 centimeter verhoogd, en werd opnieuw een rekensessie doorlopen. Daarna werd bepaald wat het effect van de peilverhoging was op de grondwaterstanden. Bijlage 5 geeft de resultaten van deze bewerking weer. Het interval tussen de verhogingslijnen bedraagt 5 centimeter. Over een afstand van circa 100 meter lijkt de grondwaterstand zich te verhogen als gevolg van de stijging van het oppervlaktewaterpeil. Hier is echter enige voorzichtigheid geboden! Bijlage 6 geeft een uitvergroting van een deel van de waterloop weer, met daarbij het modelnetwerk. Zoals gezegd is voor het ruilverkavelingsgebied een knooppuntsafstand van 100 meter gebruikt. Uit de figuur blijkt dat de invloed van de peilverhoging zich niet verder uitstrekt dan één knooppuntsafstand vanaf de waterloop. Met andere woorden: de (on)nauwkeurgheid van het model staat hier een nauwkeurige bepaling van de verhoging van grondwaterstanden in de weg. Overigens zal het effect van peilverhoging zich verder uitstrekken in een situatie waarbij twee watergangen bij elkaar in de buurt zijn gelegen (formule van Hooghoudt). Conclusie: Op basis van bovenstaande rekensessie is te verwachten dat de effecten van ingrepen in de oppervlaktewaterhuishouding zich over dermate kleine afstand van de watergangen zullen uitstrekken, dat het gebruik van een te onnauwkeurig model onvoldoende inzicht zal geven in de effecten van de te nemen maatregelen. Het gebruik van een model is daarom in het geval van de ruilverkaveling Eibergen-Oost alleen zinvol als er een zeer kleine knooppuntsafstand wordt gebruikt (50 meter of minder). Naar verwachting weegt in dat geval de te verrichten inspanning niet op tegen het resultaat. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 7
7. CONCLUSIE Voor de ruilverkaveling Eibergen-Oost lijkt in dit stadium het gebruik van een grondwatermodel niet erg zinvol. Het zou verhoudingsgewijs veel tijd en inspanning vergen en de resultaten van het model zullen niet erg bruikbaar zijn. Gezien de korte termijn waarop het waterschap wordt verondersteld een knelpuntenanalyse voor de ruilverkaveling uit te voeren, is besloten vooralsnog geen gebruik te maken van een grondwatermodel. Dit betekent overigens niet dat in alle gevallen het gebruik van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau af te raden is: in gevallen waarin sprake is van grondwaterwinningen die het projectgebied aantoonbaar beïnvloeden, of wanneer watergangen met een interessante morfologie in het gebied voorkomen, kan het gebruik van een grondwatermodel wel degelijk zinvol zijn. Ook bij studiegebieden die in geulen zijn gelegen, is het gebruik van een model waarschijnlijk zinvol. Het is in dergelijke gevallen aan te raden eerst een globaal testmodel te maken, om een indruk te krijgen van het hydrologisch systeem terplaatse. Lochem, maart 1998. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 8
8. LITERATUUR - Aelmans, F.G., Grondwaterkaart van Nederland: 28 Oost Almelo, 29 Denekamp, 34 Oost Enschede en 35 Glanerbrug, Dienst Grondwaterverkenning TNO, Delft, 1974. - Grontmij Advies&Techniek B.V., Modellering watersysteem Oost-Gelderland, ecohydrologische effecten drinkwaterwinning, Grontmij Advies&Techniek B.V., De Bilt, 1995. - Heidelberg, E.E. en J. Supèr, Globale berekening intrekgebieden in de provincie Gelderland, KIWA N.V., Nieuwegein, 1991. - Krajenbrink,G.J.W., Hydrologisch Onderzoek Pompstation Olden Eibergen, N.V. Waterleidingmaatschappij Oostelijk Gelderland, Doetinchem, 1982. - Meene, E.A. van de, Geologische kaart van Oost-Gelderland en Twente, top Tertiair, Rijks Geologische Dienst, Haarlem, 1996. - Smoor, P.B. en N.A. de Ridder, Grondwaterkaart van Nederland: Groenlo, Aalten, 34 West, 41 West, Dienst Grondwaterverkenning TNO, Delft, 1972. - Weijers, J.P., Karakterisering hydrogeologische opbouw van de provincie Gelderland, deel 1: Oost- Gelderland, Rijks Geologische Dienst, Haarlem, 1991. Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 9
BIJLAGEN Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 10
BIJLAGE 1: Ligging van het modelgebied en het ruilverkavelingsgebied Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 11
BIJLAGE 2: Modelnetwerk Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 12
BIJLAGE 3: Opdeling van het model in geohydrologische deelgebieden Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 13
BIJLAGE 4: Globale bepaling van de invloed van de drinkwaterwinningen Interval grondwaterstandsverlagingen: 1 centimeter De pijlen geven de richting van de stroombanen aan Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 14
BIJLAGE 5: Effecten van een peilverhoging van 30 cm in een watergang Grondwaterstandsverhogingen (interval 5 centimeter) Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 15
BIJLAGE 6: Uitvergroting van een deel van de watergang Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 16
Toepassing van een grondwatermodel op het Oost-Nederlands Plateau (Eibergen-Oost) 17