DEEL 4: MODELLERINGEN GRONDWATER, OPPERVLAKTEWATER EN VEGETATIE
16.4 Regionale Model
0
i
y
h
E
K
y
x
h
E
K
x
xx yy
K : doorlatendheid h : hydrostatisch potentiaalh’ : hydrostatisch potentiaal van onderliggende (bovenliggende) aquifer E : verzadigde hoogte
i : infiltratiedebiet (nuttige neerslag)
Voor een transiënt regime, berekent het model voor elk rasterpunt de grondwaterstand in functie van de tijd (bijkomende parameters: porositeit en specifieke berging). Zo ook de debieten uitgewisseld met de buitenwereld (randvoorwaarden) zoals rivieren en vijvers. De GHG/GVG/GLG waarden worden ruimtelijk weergegeven of in een tijdsgrafiek. Het grondwatermodel berekent tevens het kwel- en infiltratiepatroon in functie van de topografie.
16.4 Regionale Model
16.4.1 Modelcode
De code voor de regionale grondwatermodellering is NEWSAM. Dat is een code die ontwikkeld is aan de Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris. Voor modellering van De Maten is de code NEWSAM gekozen om volgende redenen:
Rastering: met NEWSAM kan lokaal de rastering sterk verdicht worden
Gemakkelijke definitie van randvoorwaarden van het hybride type (Fourier-conditie)
Automatische berekening van de waterbalans van vijvers en groeven
Gemakkelijk af te leiden grootheden zoals de berekening van GHG, GVG en GLG voor lange periodes
NEWSAM gebruikt de techniek van eindige differenties en is ontwikkeld voor de simulatie van complexe aquifersystemen. Deze code wordt sinds 1996 door Vito gebruikt voor o.a. het beheer van zandgroeves waarin een accurate kennis van de waterbalans van bijzonder belang is. Zeer specifiek voor NEWSAM is dat deze code een variabele rastering toelaat, waarbij alleen die zones met een fijne rastering wordt ingebracht, waarvoor voldoende informatie bestaat of waarvan de grondwaterstand in groot detail moet gekend zijn.
Voor het studiegebied van De Maten, waarin de belangrijkste hydrografische elementen ZW-NO georiënteerd zijn en waarbij het modelgebied ruim gedefinieerd is rond een kernzone (vijvercomplex), is dat van belang voor de efficiëntie van de berekeningen.
Met NEWSAM kan op een gemakkelijke manier de hydraulische balans van de vijvers worden berekend. In functie van de positie van de vijver t.o.v. de freatische waterlaag geeft NEWSAM aan welke aanvoer/afvoer [L3/T] nodig is om een gegeven peil in stand te houden. De uitvoerbestanden van NEWSAM kunnen worden gelezen en verwerkt met eigen en specifieke programmatuur. Zo kunnen de resultaten van de modellering onder verschillende vormen en op maat kan worden uitgewerkt.
16.4.2 Geografische omschrijving
Door ANB is de wens uitgedrukt om ook voor de grotere omgeving van het vijvergebied De Maten een hydrogeologisch model te ontwikkelen, omdat vermoed wordt dat ingrepen in het kerngebied effecten kunnen genereren op de grondwaterstand buiten het eigenlijke kerngebied.
Dit regionale model is zoveel als mogelijk afgelijnd op basis van de beschikbare natuurlijke en controleerbare randvoorwaarden: aan noordwestelijke zijde wordt de grens gevormd door de Zusterkloosterbeek en in het zuiden vormt de Demer de grens. In het oosten is de waterscheiding tussen het Maas en Scheldebekken (volgens de lijn Waterschei-Zutendaal) de enige fysisch-hydrogeologische grens. De geografische begrenzing van dit regionale model is gegeven op Figuur 42. Het model voor het kerngebied wordt ingebed in dit regionale model.
Een terreinmodel voor het gehele gebied is voorgesteld in Figuur 44 (gebaseerd op het DHM-grid van AGIV). De perimeter omsluit een oppervlakte van om en bij 100 km².
Voor het regionale model, waarvan de oppervlakte ongeveer 100 km² beslaat en waarvoor weinig referentie-informatie beschikbaar is, is een uniforme rastering met groot detail niet aangewezen. Daarom is gekozen voor een variabele rastergrootte van 50 m x 50 m in de kernzone tot 400 x 400 m voor het gebied tussen de
Zusterkloosterbeek en de waterscheiding. In de omgeving van het vijvergebied en ter hoogte van de waterlopen meten de rasters 100 m (Figuur 43).
Figuur 44: Topografie van het modelgebied begrensd door Zusterkloosterbeek en waterscheiding tussen het Maas- en Scheldebekken. De vijvers in het kerngebied ‘De Maten’ zijn rood gemarkeerd (Bron: DHM-grid van Agiv).
16.4.3 Geologie – reliëf
De geologische opbouw van het regionale model is niet wezenlijk verschillend van de geologie van het kerngebied: Op de stijve klei van Boom en de slibrijke afzettingen van de formatie van Eigenbilzen, rusten de kwartszanden van de formatie van Bolderberg, waarvan de dikte toeneemt van 20-30 m in het westen tot meer dan 160 m aan de waterscheiding in het uiterste noorden.
De kwartaire afzettingen in de valleien bestaan meestal uit gemiddeld zand, met soms een belangrijke aanrijking met leem. De afzettingen van het eigenlijke hoofdterras zijn veelal grind in een matrix van slibhoudend zand. Het reliëf in het regionale model is zeer verschillend van het reliëf in het lokaal model van het kerngebied van De Maten. Vooral ten oosten van de Stiemer wijzigt de topografie in zeer sterke mate (Figuur 44). In het kerngebied
is het reliëf gelijkmatig oplopend met 3‰, terwijl in het regionaal model in de bovenloop van de rivieren, de helling naar de waterscheiding dubbel zo groot wordt, nl. 5 à 6 ‰ (Figuur 45).
Figuur 45: Topografisch profiel van het regionale modelgebied.
16.4.4 Hydrogeologie – Natuurlijke grondwaterstroming
De kwartszanden van de formatie van Bolderberg (BbGe) vormen tezamen met de kwartaire afzettingen één enkel freatisch reservoir 1. De grondwaterstroming in het freatisch pakket is naar het westen georiënteerd. In het regionale modelgebied heeft het freatische pakket een gemiddelde dikte van 91 m. Minimale dikte is 40 m en maximale dikte is 210 m.
In Zutendaal zijn de kwartaire afzettingen niet watervoerend.
In de afzettingen van het hoofdterras komen soms organisch rijke strata voor, waardoor in neerslagrijke periodes water boven maaiveld kan stagneren. Deze tijdelijke vennen hebben geen relatie met de grondwaterstand in het freatisch pakket.
16.4.5 Invoerdata en randvoorwaarden
De basisgegevens van het model zijn: de randvoorwaarden,
het peil van de oppervlaktewaters,
de transmissiviteit,
en de nuttige neerslag.
Voor wat de randvoorwaarden betreft, zijn de Zusterkloosterbeek (westelijke begrenzing), de Heiweyerbeek en het samengestelde stelsel van de Kaatsbeek en de Demer (zuidelijke begrenzing) ingevoerd als een Fourier-conditie: afhankelijk van de positie t.o.v. de watertafel zal de rivier de freatische laag draineren (grondwater afvoeren) of voeden (infiltratie). Rivierpotentialen zijn ingevoerd op basis van gemeten peilen en waar geen meetwaarden beschikbaar waren, is een niveau van 1 m beneden maaiveld aangehouden. De maaiveldhoogte is bepaald op basis van het 5 m DHM van AGIV. De beddingsweerstand is initieel geraamd op 1 dag
(beddingsweerstand wordt gemoduleerd tijdens ijking). De noordoostgrens is de waterscheiding Maas-Schelde, parallel met de lijn Zutendaal-As, ingevoerd als een 0-flux.
In het model zijn nog volgende waterlopen ingevoerd: Dantebeek, Miezerikbeek, Achterbeek, Mienbeek en Dorpsbeek. Het gemiddeld beekpeil is bepaald uit de beschikbare meetgegevens en waar geen metingen beschikbaar waren is het beekpeil afgeleid van de topografie (DHM-grid AGIV) waarbij een niveau van 1 m beneden maaiveld aangehouden is. Voor de meeste waterlopen is een beddingsweerstand van 1 dag aangenomen, behalve voor de Stiemer en het Albertkanaal. De Stiemer is deels artificieel met een betonnen bedding en daarom is een beddingsweerstand van 20 d aangenomen. Van het Albertkanaal zijn peil en
geometrie bekend: stroomopwaarts sas Diepenbeek is het peil 49,90 m TAW, stroomafwaarts sas Diepenbeek is het peil 39,80 m TAW, en de breedte van het wateroppervlak is 100 m. Op basis van bestaande modellen is voor het Albertkanaal een beddingsweerstand van 50 dagen ingevoerd.
Van de vijvers in het natuurdomein De Maten zijn de waterpeilen en de slibdiktes opgemeten in het kader van onderhavige studie. De beddingsweerstand (c = e/K [T) van een vijver is berekend met de gemiddelde slibdikte (e [L]) met K = 0,1 [L/T] en werd verder gemoduleerd bij de ijking.
Voor wat de transmissiviteit betreft: uit eerdere studies en modellen in de regio is de doorlaatbaarheid van de miocene zanden goed gekend. De dikte van het freatisch pakket is afgeleid van de geologische kaart. Omdat de kwartaire grind-formaties in Zutendaal niet watervoerend zijn is voor de berekening van de transmissiviteit rekening gehouden met de dikte van onverzadigde zone. De transmissiviteit stijgt van 200 m²/d in het zuiden tot 790 m²/d nabij de waterscheiding in het noordoosten. De transmissiviteit is verder gemoduleerd bij de ijking.
Bij berekeningen in permanent regime wordt een gemiddelde nuttige neerslag ingevoerd voor het ganse gebied. In permanent regime is zowel voor het regionale als het lokale model (zie verder) een gemiddelde
grondwatervoeding van 230 mm/jaar gehanteerd.
16.4.6 Beschikbare referentiewaarden
Voor het regionale model zijn weinig referentiewaarden beschikbaar. Piëzometers met dagelijkse waterstanden zijn alleen beschikbaar in het kerngebied van De Maten (lokaal model). Er zijn slechts twee bijkomende
peilputten (DOV databank) in de regio Genk die binnen het modelgebied vallen. Deze liggen 5 à 6 km ten oosten van de Stiemer op het plateau (ter hoogte van Terboekt) en de afstand tussen beide bedraagt slechts 1.5 km. Figuur 46 toont duidelijk dat de beschikbare referentiewaarden(peilputten) onevenwichtig en dus ongunstig gespreid zijn: buiten de eigenlijke zone van het vijvergebied ‘De Maten’ zijn weinig of geen peilmetingen
beschikbaar. De peilputten die beschreven worden in de studie Schansbeek 2 vallen buiten de perimeter van het regionale model.
Vanwege gebrek aan piëzometrische data, zal het regionale model niet kunnen geijkt worden in het topografische hoger gelegen gedeelte (tussen Stiemer en waterscheiding) en tussen de vallei van de Zusterkloosterbeek en de Heiweyerbeek.
Het feit dat het regionale modelgebied alleen kan geijkt worden voor het centrale vijvergebied (zone lokaal model) impliceert grotere onzekerheid m.b.t. de berekeningen voor de zones buiten het kerngebied. Voor de westelijke uitbreiding naar de Zusterkloosterbeek is de afwijking beheersbaar omwille van de relatief korte afstand tot de Heiweyerbeek en de aard van de ingevoerde limiet, en de al bij al weinig geaccidenteerde topografie. Oostwaarts van de Stiemer is er weinig hydrogeologisch houvast en de topografie is zo bruusk verschillend dat eigenlijk veel piëzometrische data nodig zijn om de berekeningen te valideren. Peilputten op het Kempens plateau zijn echter zeldzaam, omwille van de diepte van de watertafel (> 30 m onder maaiveld) en vooral vanwege de moeilijke omstandigheden om te boren (grind).
Figuur 46: Beschikbare referentiewaarden in het regionale modelgebied. Locaties met meetreeksen van grondwaterstand zijn aangeduid met een kruisje (+). Het gaat om 13 locaties in het kerngebied (vijvercomplex) en 2 oostelijke locaties op het plateau.
2
Project de Weyers : hydrologische studie Schansbeemden en Schansbroek Rapp. 1 : hydrogeologisch model