LEESWIJZER BIJ HET RAPPORT
HOOFDSTUK 4. HYDROLOGIE BAGGERDIJK
4.2. Grondwaterdynamiek 1 METHODIEK
4.2.2 RESULATEN EN DISCUSSIE
4.2.2.1. Klimaat
Voor een correcte interpretatie van de grondwaterschommelingen is een terugkoppeling naar de lokale klimatologische omstandigheden noodzakelijk. Figuur 4.5 geeft de neerslaggegevens weer van het KMI-meetstation te Stabroek in de jaren waarin de piëzometers opgevolgd werden (voor zover reeds beschikbaar in de maandberichten van het KMI). Dit station bevindt zich in vogelvlucht op een 5-tal km van de proefdijk. Vooral in onweerachtige periodes kunnen op korte afstand grote neerslagverschillen optreden, maar globaal gezien mogen we deze gegevens als representatief beschouwen voor de neerslaghoeveelheid te Magershoek.
De onderstaande klimatologische jaarverslagen zijn grotendeels gebaseerd op de jaarverslagen van het KMI-station te Ukkel (zie ook tabel 4.3), maar opmerkelijke of afwijkende observaties te Stabroek worden apart vermeld. De beschrijving van de frequentie van voorkomen van een waarneming volgt de KMI-formulering: abnormaal (om zes jaar), zeer abnormaal (om 10 jaar), uitzonderlijk (om 30 jaar) en zeer uitzonderlijk (om 100 jaar).
Figuur 4.5 Beschikbare neerslaggegevens tijdens de periode van de peilmetingen voor het weerstation te Stabroek vergeleken met de gemiddelde neerslagwaardes voor het station.
2001
2001 kende te Ukkel een zéér uitzonderlijk hoog neerslagtotaal en een zéér abnormaal hoge waarde van de gemiddelde temperatuur (zie definities in tabel 1). Het opmerkelijkst was de
recordwaarde van september met 199,4 mm. In Stabroek viel in september zelfs 223 mm
neerslag. Dat is evenveel als de totale neerslag in de herfst tijdens een normaal jaar. In totaal viel in de herfst te Stabroek 368.1mm vs 225 mm normaal. April kende eveneens een neerslagrecord te Ukkel (134,3 mm), maar te Stabroek was dit een redelijk normale maand (76.8 mm). Maart, juli en november waren te Ukkel eveneens zeer natte maanden met respectievelijk 112 mm, 120,1 mm en 99,8 mm neerslag. In Stabroek was alleen maart een
zeer natte maand (98.6 mm tov 47 mm normaal). Het jaartotaal te Ukkel bedroeg 1088,5
mm tegenover een normaalwaarde (gemiddelde over een lange periode) van 780,1 mm. Dit teveel is zéér uitzonderlijk. Daarmee komt 2001 op de eerste plaats in de reeks natste jaren sedert de start van de waarnemingen. In Stabroek was het minder extreem maar toch nog zeer nat: 995.5 mm vs 804 mm normaal.
2002
2002 werd gekenmerkt door zéér overvloedige neerslaghoeveelheden en hoge temperatuurswaarden. Met een jaartotaal van 1077.8 mm was de jaarlijkse neerslaghoeveelheid te Ukkel uitzonderlijk hoog. Dit was de tweede hoogste waarde sinds het begin van de meteorologische waarnemingen te Ukkel. Het vorige record dateerde uit 2001, met een totale neerslaghoeveelheid van 1088,5 mm. In Stabroek werden gelijkaardige hoeveelheden genoteerd (totaal van 1009.3 mm tegen een normale waarde van 804 mm).
Gedurende zes maanden werden te Stabroek hoeveelheden genoteerd van meer dan 100 mm (februari, juni, juli, augustus, november, december).
De neerslaghoeveelheden in de winter 2001-2002 waren normaal tijdens de maanden december en januari. In februari daarentegen waren de neerslaghoeveelheden zéér overvloedig: 167,8 mm voor een normale waarde van 52,9 mm. Dit was de hoogste waarde voor een februarimaand te Ukkel sinds het begin van de metingen. Dit record zorgde ervoor dat de winter 2001-2002 op de derde plaats kwam in de serie van de natste winters met een totaal van 308,6 mm te Ukkel (normaal : 186,8 mm). In Stabroek waren de waarden niet zo extreem maar toch was het ook daar een zeer natte winter: in februari viel 129 mm (vs 51 mm normaal) en de totale winter was goed voor 269 mm (vs 191 mm normaal).
In de zomer waren de neerslaghoeveelheden te Ukkel bijzonder overvloedig tijdens de maand augustus, en in mindere mate tijdens de maand juli. Dit was hoofdzakelijk te wijten aan een aantal intense onweders. In Stabroek viel de hele zomer lang zeer veel neerslag (321,1 mm vs 237 mm normaal).
Kortom, het jaar 2002 was warm en zéér nat. Het vertoonde dezelfde karakteristieken als het jaar 2001, te weten een hoge jaarlijkse neerslaghoeveelheid maar een aantal neerslagdagen dat dicht bij de normale waarde lag.
2003
2003 werd gekenmerkt door een opmerkelijk hoge zonneschijnduur en een opmerkelijk hoge gemiddelde temperatuur. Daarnaast valt ook het lage aantal neerslagdagen op. De lente was zéér zacht en de zomer kende een recordtemperatuur, verschillende warme perioden en weinig of geen neerslag. Een gevolg daarvan is de relatief lage gemiddelde relatieve luchtvochtigheid tijdens de lente en de zomer.
De neerslaghoeveelheden te Ukkel waren globaal genomen deficitair, maar toch redelijk normaal: 670,7 mm tegenover een normale waarde van 780,1 mm. De lage neerslagfrequenties gaven echter de indruk van "droogte" tijdens een groot deel van dit jaar. In Stabroek lag de neerslaghoeveelheid heel wat lager dan in Ukkel (630,2 mm tegenover aan normale waarde van 804 mm) en kunnen we dus spreken van een droog jaar.
In februari viel er te weinig neerslag (slechts 18.5 mm in Stabroek) maar de totale winterse
neerslag was normaal, mede dankzij de hoge neerslag in december 2002. De gecumuleerde neerslaghoeveelheid voor de lente was ook normaal.
Opmerkelijk was de hittegolf begin augustus. Afhankelijk van de streek begon zij op 31 juli of 1 augustus en duurde tot de 13de van deze maand. Er viel in de zomer zeer weinig neerslag (126.1 mm tegen 237 mm normaal in Stabroek).
Tijdens de herfst werd in Ukkel een zéér abnormaal lage neerslagfrequentie waargenomen. De gemeten neerslaghoeveelheden tijdens dit seizoen waren deficitair maar normaal (152,5
mm neerslag voor een normale waarde van 208,9 mm). Ook in Stabroek was de neerslaghoeveelheid normaal (171.3 mm vs 225 mm normaal).
2004
De winter 2004 (december 2003 tot februari 2004) was zacht en nat. Het zéér abnormaal hoge neerslagtotaal was te wijten aan de neerslaghoeveelheden tijdens de maand januari: de pluviometrisch gemeten hoeveelheden waren bijzonder overvloedig tijdens de tweede decade van deze maand waardoor het maandtotaal als zéér uitzonderlijk kon worden geklasseerd. In Stabroek viel 100.1 mm (tov 67 mm normaal).
Globaal bekeken was de lente, zoals de winter, relatief zacht. Daar tegenover staat dat de neerslaghoeveelheden deficitair waren waardoor het seizoenstotaal van de lente te Ukkel als zéér abnormaal kon worden beschouwd. Ook te Stabroek viel weinig neerslag (93.4 mm vs 151 mm normaal).
Te Ukkel werd de zomer gekenmerkt door zéér abnormaal hoge waarden van temperatuur en neerslagtotaal. De te hoge temperatuurswaarden waren vooral opmerkelijk tijdens twee perioden (begin van de maand juni en van half juli tot half augustus). Nochtans werden de opvallende waarden van de zomer van 2003 niet meer bereikt. Tijdens de maand augustus werd een opmerkelijk hoog aantal onweersdagen geregistreerd: 23 dagen tegenover een normale waarde van 11,3 dagen gepaard met hoge neerslaghoeveelheden (114.4 mm vs 84 mm normaal).
We kunnen besluiten dat 2004 een relatief warm jaar was. Afgezien van een recordnatte
januarimaand en een zéér onweerachtige augustusmaand kende 2004 geen opmerkelijke
klimaatuitersten, zoals dit wel het geval was tijdens 2003.
Tabel 4.3 Overzicht van de klimaatvariabelen te Ukkel gedurende de jaren van het project te Magershoek
Gemeten variabele Normale
waarde 2001 2002 2003 2004
Zonneschijnduur (in uren) 1.555 1.455 1.480 1.987 1.537
Ware gemiddelde temperatuur (0-24u) 9,8°C 10,7°C 11,2°C 11,1°C 10,7°C
Gemiddelde maximumtemperatuur 13,5°C 14,2°C 14,7°C 15,1°C 14,3°C
Gemiddelde minimumtemperatuur 6,3°C 7,1°C 7,7°C 7,0°C 7,1°C
Neerslagtotaal (in mm) 780 1.089 1.078 671 914
Aantal dagen met neerslag (neerslag >=
0,1 mm) 203 201 196 157 198
Aantal vriesdagen (min < 0°C) 52,6 52 26 51 48
Aantal winterse dagen (max < 0°C) 9,9 3 4 7 3
Aantal zomerse dagen (max >= 25°C) 21,3 30 14 43 24
Aantal tropische dagen (max >= 30°C) 3,3 5 4 9 1
4.2.2.2. Raaien 1 en 2
De tijdsreeksen van de piëzometers van raai 1 en 2 op het eerste niveau van de baggerdijk zijn zeer vergelijkbaar (figuur 4.6 en 4.7). Ze vertonen een zeer duidelijke trapsgewijze,
seizoensafhankelijke daling van het grondwater. Tijdens de lente en zomer als de evapotranspiratie hoog is, daalt het peil relatief snel. In de herfst en winter herstelt het peil aanvankelijk lichtjes om daarna min of meer stabiel te blijven, tot de volgende lente een nieuwe daling inluidt. Het baggerslib is dus na vier jaar nog altijd verder aan het ontwateren, wat meteen een deel van de verklaring is voor het inklinken van de dijk. De vertraagde ontwatering in herfst en winter valt te verklaren door de lagere evapotranspiratie en kleinere interceptie door de vegetatie. Op vier jaar tijd is de grondwatertafel gemiddeld ongeveer 100 cm gedaald op het eerste niveau. De uitzonderlijk natte jaren 2001 en 2002 vertalen zich in een relatief gering zomerverval. Tijdens de zeer droge zomer van 2003 daarentegen daalt het niveau bijna een meter, maar het peil herstelt zich grotendeels in de daaropvolgende winter.
Piëzometer 2 in de heel wat lager gelegen zuidelijke depressie vertoont een afwijkend beeld. Hier lag de stijghoogte oorspronkelijk tot bijna een halve meter boven het maaiveld. Na daling tot rond het maaiveld bleef het niveau lange tijd min of meer stabiel, maar vanaf eind 2002 is ook hier de daling ingezet en volgt de piëzometer het patroon van de rest. De initiële waterstand boven het maaiveld leek te duiden op de aanwezigheid van een lokale “kwelzone”, wat bevestigd werd door het bevriezende “kwelwater” rond de piëzometer ’s winters. Het fenomeen is slechts tijdelijk en kwel kon niet aangetoond worden via de stijghoogtes van piëzometers die op verschillende dieptes werden geplaatst. Mogelijk speelt hier ook de zogenaamde ‘selfweight consolidation’ van relatief weinig gerijpt baggerslib, waarbij het poriënwater onder eigen gewicht van het slib naar buiten geperst wordt.
Trendlijnen door de tijdsreeksen van het eerste niveau van de dijk verlopen quasi lineair of vertonen een lichte logaritmische trend, wat er op wijst dat de ontwatering de eerste jaren (ondanks de grote neerslaghoeveelheid) iets sneller verloopt. De afvlakking van de curves heeft ongetwijfeld ook te maken met de invloed van de loswal, die de ontwatering van de dijk vertraagt. In de laatste jaren benadert het niveau van de loswal immers de stijghoogte in de piëzometers (zie paragraaf 4.2.2.7).
Vergelijken we stijghoogtes met maaiveldhoogte, dan blijkt dat het grondwaterniveau zeer nauw de topografie van het terrein volgt.
Figuur 4.7 Tijdsreeks van raai 2 met zeer gelijkaardige trapsgewijze daling als raai 1 (zie tekst voor uitleg)
4.2.2.3. Raai 3
De beschikbare tijdsreeks voor raai 3 is korter omdat het tweede en derde niveau pas later aangelegd zijn. De globale trend in piëzometer 22 en 21 is vrijwel identiek, hoewel de schommelingen in 22 telkens veel duidelijker uitgesproken zijn: direct na aanleg daalt het peil relatief snel; daarna vlakt de curve af en begint een trapsgewijze daling, die wel veel minder opvallend is dan op niveau 1.
De tijdsreeks van piëzometer 18 (niveau 2) is in het begin vergelijkbaar met die van piëzometer 2 (raai 1). Aanvankelijk staat het water boven het maaiveld waarna het lange tijd stabiliseert rond het maaiveld. Dan zien we een plotse niveauval van bijna een meter in de droge zomer van 2003, waarna het peil opnieuw stabiliseert. Een echt goede verklaring voor die plotse val is er niet, want de stijghoogte van de piëzometers van niveau 3 ligt op het moment van de val nog ongeveer een meter hoger. Mogelijk zijn er door de zeer droge zomer diepe irreversibele krimpscheuren ontstaan die voor de snelle ontwatering gezorgd hebben. Piëzometer 23 volgt grotendeels de trend van 18, maar terwijl bij 18 geen herstel optreedt na de zomer van 2003 is dat in 23 duidelijk wel het geval.
Het is duidelijk dat de grondwatertafel sneller zakt naarmate de dijk hoger wordt. Het eerste half jaar is het peil op het hoogste niveau ongeveer een meter gedaald (vs ten hoogste een halve meter op niveau 1). Dit is vooral een gevolg van het veel kleinere infiltratieoppervlak van de hogere niveau’s.
Het is moeilijk om de waarnemingen van het eerste niveau te koppelen aan die van het tweede en derde niveau omdat bij aanleg van de hogere niveau’s het slib veel sterker gecompacteerd werd en er lokaal aanzienlijke bijmenging met zand gebeurd is.
Figuur 4.8 Tijdsreeks van raai 3 (zie tekst voor uitleg)
4.2.2.4. Andere piëzometers op de dijk
De tijdsreeksen van de andere piëzometers staan weergegeven in figuur 4.9. De reeks van piëzometer 7 (niet in figuur weergegeven) vertoont grote hiaten omdat deze buis intensief bemonsterd werd (maandelijks in 2002) en het peil slechts zeer traag herstelt (zie paragraaf 4.3.1). Er kan dan ook relatief weinig uit afgeleid worden, maar het lijkt erop dat er een trapsgewijze daling optreedt zoals in de andere diepe piëzometers van raai 1 en 2.
Piëzometers 3, 6 en 17 staan in de zuidelijke depressie. Piëzometer 6 staat op een ondiep ingegraven ondoordringbare HDPE-folie. Ook 3 en 17 zijn relatief ondiep (zie tabel 4.1 en figuur 4.2). Deze piëzometers vertonen een vrijwel identieke seizoensvariatie. Piëzometer 3 geeft het duidelijkste beeld: het niveau daalt in de lente en zomer en stijgt terug tot het oorspronkelijke niveau in herfst en winter. Dit gedrag komt goed overeen met de seizoenale schommelingen van de piëzometers rond de baggerdijk (zie verder). Het enige verschil bestaat erin dat het peil veel sneller terugkeert tot het maximale niveau waardoor de pieken veel sterker afgevlakt zijn. Hoewel de tijdsreeks van de korte piëzometer 6 verstoord wordt omdat ze in de zomer leeg komt te staan, zien we hetzelfde tijdspatroon verschijnen. Idem voor piëzometer 17, maar hier wordt de tijdsreeks gedeeltelijk verstoord door het trage herstel na staalname. De grote klimatologische verschillen tussen de gemonitorde jaren is ook in deze reeksen duidelijk merkbaar, bijvoorbeeld in piëzometer 6 die nauwelijks droogt komt te staan in de natte zomers van 2001 en 2002 in tegenstelling tot de zomer van 2003. Vergeleken met 3, 6 en 17 heeft piëzometer 5 een redelijk diepe filterstelling in de centrale depressie. Ze vertoont een vrijwel identieke tijdsreeks als de eveneens diepe piëzometer 2: een initiële stijghoogte boven het maaiveld duidend op een lokale kwelsituatie, daarna stabilisatie rond het maaiveld en tenslotte een geleidelijke daling in de droge zomer van 2003.
We zien in de depressie dus twee types piëzometers die verschillend reageren afhankelijk van de diepte van de filter. In een studie over de consolidatie van baggerslib in laguneringsvelden (US Army Corps of Engineers, 1987) wordt gesteld dat de permeabiliteit
van fijnkorrelig baggerslib te laag is om veel gravitaire afvoer mogelijk te maken. Het water blijft in de krimpscheuren staan, en daar wordt bij de ontwatering dankbaar gebruik van gemaakt om via afwateringskanalen die iets dieper zijn dan de krimpscheurlaag het neerslagwater af te voeren. Op de dijk hebben we wellicht een vergelijkbaar systeem. De interne watermassa van de dijk, die gemonitord wordt met de diepe piëzometers, wordt niet of nauwelijks aangevuld door de neerslag. Dit werd aangetoond door Tauw (1999) in het kader van de aanvraag voor het gebruikscertificaat te Magershoek. De infiltratiesnelheid van de dijk werd berekend en men kwam tot waardes in de grootteorde van 10-5m/dag. Hieruit werd afgeleid dat de effectieve infiltratie in de dijk lager ligt dan 100 mm/jaar en dat het regenwater grotendeels als runoff afgevoerd wordt. Dankzij de gedetailleerde dataloggerreeksen van het herstel van het grondwaterpeil na het leegpompen van de piëzometers tijdens de staalnames kon de hydraulische conductiviteit ook ingeschat worden door middel van een slug-test. Dit gebeurde door ERM in het kader van de ecotoxicologische modellering (zie hoofdstuk 9). Bij een slug-test wordt een hoeveelheid water op korte tijd uit de piëzometer weggepompt (of eventueel toegevoegd) en daarna wordt het peilherstel opgevolgd in functie van de tijd. De hydraulische conductiveit wordt geschat op basis van de herstelcurve. De resultaten lagen in dezelfde grootte-orde als de berekeningen van TAUW: 1,98x10-6 m/d voor piëzometer 21 en 7,4x10-5 m/d voor piëzometer 18. Bij de test werd de Hvorslev-methode gebruikt, die eigenlijk ontwikkeld werd voor afgesloten watervoerende lagen, maar ook bij vrije lagen goede schattingen oplevert (zie bv.
http://www.aquifertest.com/forum/slug.htm).
Het neerslagwater wordt via het uitgebreide systeem van krimpscheuren snel afgevoerd naar de laagste delen van de dijk, in dit geval de zuidelijke depressie. Aangezien er geen drainagekanalen zijn blijft het water hier staan. De ondiepe piëzometers monitoren het grondwaterverloop in deze krimpscheurlaag. De opsplitsing in twee quasi onafhankelijk reagerende grondwatersystemen verklaart enerzijds waarom de hogere delen van de dijk ontwateren (er is bijna geen aanvulling), anderzijds waarom de laag gelegen piëzometers zeer snel terugkeren tot hun oorspronkelijke peil bij neerslag (afgevlakte pieken in de tijdsreeks). In periodes met hoge evapotranspiratie is er vrijwel geen afvoer naar de lagere delen van de dijk en zal ook daar het peil zakken. Bemerk dat de krimpscheuren kort na aanleg van de dijk overal goed zichtbaar waren. Door oppervlakkige verwering worden de scheuren weliswaar opgevuld met bodemmateriaal, maar in vergelijking met de harde kleiblokken in de ondergrond blijven ze fungeren als goede drainagekanalen.
We kunnen dus besluiten dat de ondiepe piëzometers in de depressie gevoed worden door de hogere delen van de dijk. Dit heeft belangrijke implicaties naar de constructie van toekomstige dijken toe, omdat hier de meest stabiele en ecologisch interessantste milieus gecreëerd worden (zie hoofdstuk 5). Hoe groter het infiltratie-oppervlak, hoe meer water er naar de depressie wordt afgevoerd en hoe langer de ecologisch interessante, natte standplaatsen kunnen gehandhaafd worden. Naarmate de krimpscheurlaag dieper wordt door de globale grondwaterdaling in het dijklichaam, stijgt het waterbergend vermogen van de krimpscheurlaag en daalt de kans dat het water in de depressies nog tot maaiveldhoogte zal stijgen (iets wat te Magershoek nu al merkbaar is). Daarna zal ook het grondwater in de depressie definitief wegzakken en zal de moerasvegetatie verdwijnen.
Figuur 4.9 Tijdsreeks van ondiepe (3, 6, 17) en diepe (2, 5) piëzometers uit de zuidelijke depressie (zie tekst voor uitleg).
4.2.2.5. Piëzometers rond de baggerdijk
De stijghoogte in de piëzometers rond de dijk volgt tot het begin van 2004 een normale seizoensafhankelijke oscillatie, met een daling in voorjaar en zomer en een stijging terug tot rond het initiële niveau in najaar en winter (Figuur 4.10). Alle piëzometers vertonen een zeer parallel gedrag. In de droge zomer van 2003 is het peil duidelijk veel dieper gezakt (gemiddeld een halve meter) dan in de voorgaande jaren. Het contrast is des te groter omdat 2001 en 2002 twee opeenvolgende zeer natte jaren jaren waren.
In 2004 wijken de tijdsreeksen af van het patroon van de voorgaande jaren. Hoewel 2004 geen ongewoon nat jaar was daalt het peil na de winter veel trager dan in de voorafgaande jaren. Het laagste peil ligt ook niet rond begin september: de daling gaat door tot in december, hoewel het neerslagtotaal in die periode hoger ligt dan het jaar voordien. In piëzometer 19 en 20 is er hoegenaamd geen sprake van een winterpiek. Het peil blijft dalen in het najaar en de winter en vanaf februari 2005 stijgt het niveau tot het einde van de metingen, volledig tegen het patroon van de voorafgaande jaren in. Piëzometer 13, die altijd nauw het patroon van de andere piëzometers gevolgd heeft, vertoont ook een aantal onverklaarbare schommelingen in de zomer van 2004. Het ziet er sterk naar uit dat er tijdens deze periode een externe verstoring is opgetreden. Wellicht moet de oorzaak gezocht worden in de nieuwe opspuitingen op loswal 1A na een lange periode van inactiviteit (zie figuur 4.12).
Figuur 4.10 Tijdsreeks van de piëzometers rond de baggerdijk (zie tekst voor uitleg)
4.2.2.6. Grondwaterstroming in en rond de dijk
Op basis van de stijghoogteverschillen in de diepe piëzometers kunnen we stellen dat de grondwaterstroming in het dijklichaam deels naar de zuidelijke depressie en deels naar de loswal gericht is. De zandige ringdijk die loswal 1A scheidt van de baggerdijk fungeert als een drainagelichaam. Daarbij dient opgemerkt dat de horizontale stroming in het dijklichaam zeer beperkt is gezien de lage hydraulische conductiviteit. Vrijwel alle neerslagtransport gebeurt in de bovenste goed doorlaatbare krimpscheur/wortellaag in de richting van de zuidelijke depressie.
Het is belangrijk om zich te realiseren dat we hier eigenlijk met een atypisch dijklichaam te maken hebben, dat door de aanwezige grondwaterdruk in de loswal in het noorden eigenlijk slechts langs één zijde kan afwateren. In een dijklichaam dat geïsoleerd ligt in het landschap is afwatering langs alle zijden mogelijk en zal de ontwatering ongetwijfeld sneller verlopen dan in de case te Magershoek. Met de beschikbare gegevens is het niet mogelijk om dit exact te begroten. Het instandhouden van de natte depressies zal zonder bijkomende maatregelen dan ook veel moeilijker zijn.
De stijghoogtegegevens van de piëzometers rond de dijk bevestigen de stromingspatronen die in de opgehoogde gronden werden vastgesteld door Ecorem (1999). De stijghoogtes in
19 en 20 (noordoosten van de dijk) liggen duidelijk hoger dan de rest. In 16, gelegen tussen
de huizen van Magershoek en het dichtst bij het sluizencomplex, is de stijghoogte het laagst.