3. Casus Gasterensche diep
3.6 Trends en dynamiek van de maaiveldhoogte en grondwaterstand
3.6.4 Trends en dynamiek van maaiveldhoogte
Op drie peilbuislocaties (G0188, G0192, G0198) in zeer natte delen is maaiveldhoogte met een frequentie van 1 uur gemeten gedurende tijdens de onderzoeksperiode van 2016-2019. Gekeken is hoe dynamisch de maaiveldhoogte is en in hoeverre deze dynamiek samenhangt met de dynamiek van de gelijktijdig gemeten waterstand en temperatuur van het grondwater in de peilbuis. De gemeten watertemperatuur wordt beschouwd als een proxy voor de temperatuur van de
bodemtoplaag. Tevens is gekeken naar zeer snelle fluctuaties van het maaiveld in samenhang met de lokaal gemeten luchtdruk.
Seizoensfluctuatie
Op basis van de aaneengesloten meetreeks van locatie G0188 (Figuur 3.34) blijkt dat de maaiveldhoogte zowel aan een seizoensmatige oscillatie onderhevig is van enkele cm’s als netto stijgt met enkele cm’s. In de fragmenteerde meetreeksen van de locaties G0192 en G0198 zijn soortgelijke patronen te herkennen. De seizoensmatige oscillatie van het maaiveld is veel geringer dan die van de waterstand.
Het maaiveld van locatie G0188 (Figuur 3.34) vertoont grosso modo een trapsgewijze stijging van in totaal 6 cm gedurende de meetperiode. Een stijging treedt op gedurende zomer tot en met oktober of december. Een daling treedt in 2017 gedurende maart-mei en in 2018 gedurende maart-april en juli. Deze daling start aan het einde van de winter voordat de waterstand gaat dalen. Later in het voorjaar of zomer is ze gecorreleerd met een waterstandsdaling. Een stijging van het maaiveld begint in 2017 ook in voordat de waterstand gaat stijgen. In 2018 is de stijging van het maaiveld gemeten tijdens een stijging van de waterstand. Een toename van de
maaiveldhoogte begint op het moment dat de bodemtemperatuur hoog is en stopt als deze laag is geworden. Een daling van het maaiveld start op vlak nadat de laagste temperatuur bereikt is. Van locatie G0192 (Figuur 3.35) zijn alleen meetreeksen beschikbaar van drie periode van de nazomer tot in de winter met elk een stijging van 2 tot 3 cm. In de eerste periode daalt en stijgt de waterstand en in de andere twee periode stijgt die. In het begin van de stijging is de
bodemtemperatuur hoog. In 2017 stopt de stijging bij een lage temperatuur. Gedurende de drie jaar treedt een netto stijging op.
De hoogfrequente meetreeks van locatie G0198 (Figuur 3.36) bestrijkt september 2016 tot en met juli 2017, en daarna zijn er nog een drietal handmetingen. Gedurende september-oktober 2016 stijgt het maaiveld en daarna zet tot en met juli 2017 een daling in. In augustus en begin september 2018 is het maaiveld nog lager en dan is de waterstand laag als gevolg van de hete, droge zomer. Door de droogte is het veen dan enkele centimeters gekropen. In de daaropvolgende winter stijgt het maaiveld iets. Netto treedt gedurende drie jaar een daling op.
Het seizoensmatige verloop van het maaiveld lijkt vooral samen te hangen met het temperatuurverloop van de bodem. Bij een hoge bodemtemperatuur verlopen microbiële afbraakprocessen sneller en wordt er meer gas (CO2, CH4, N2) geproduceerd. Door vorming van gasbellen heeft de toplaag meer drijfvermogen en komt daardoor omhoog. Bij afkoeling van de bodem neemt de afbraak af en worden minder gasbellen gevormd wat tot minder drijfvermogen leidt. Daardoor stopt de stijging van het maaiveld. Mogelijk werkt de toename van de temperatuur gedurende de zomer vertraagt door op de toename van de afbraak om dat aan het begin van de zomer de microbiële gemeenschap op gang moet komen. Bovendien komt er pas later in het groeiseizoen veel nieuw, goed afbreekbare plantenbiomassa (vooral wortels en rhizomen)
beschikbaar voor afbraak. De periodieke stijging in de nazomer en het najaar zorgt voor de netto stijgende trend van het maaiveld op twee van de drie locaties. Gasvorming lijkt daarmee bij te dragen een de netto stijging van het maaiveld in de zeer natte delen van het veen.
Figuur 3.34. Tijdreeksen van maaiveldhoogte, waterstand (boven) en bodemtemperatuur (onder) op locatie G0188.
Figuur 3.35. Tijdreeksen van maaiveldhoogte, freatische waterstand (boven) en bodemtemperatuur (onder) op locatie G0192.
Figure 3.35. Time series of ground level, water level (above) and soil temperature (below) at location G0198.
Figuur 3.36. Tijdreeksen van maaiveldhoogte, freatische waterstand en bodemtemperatuur op locatie G0198.
Snelle fluctuaties
Wanneer gekeken wordt korte termijn oscillaties van de maaiveldhoogte valt op dat bij locatie G0188 in de winter van oktober 2017 t/m april 2018 relatief grote schommelingen optreden tussen opeenvolgende dagen. Wanneer naar de gedetailleerde data wordt gekeken, blijken deze snelle schommelingen te bestaan uit een scherpe pieken die gevolgd wordt door een snelle uitzakking gedurende ca. 1 dag (Figuur 3.37 boven). De amplitude bedraagt 1 tot 3 cm. Verder is opvallend dat deze oscillaties gelijktijdig en even sterk optreden in de freatische waterstand, maar niet in de stijghoogte die onder in het veen is gemeten. Betreffende snelle oscillaties treden op tijdens snelle dalingen van de luchtdruk. Dit duidt er dat deze oscillaties te maken hebben met de invloed van de luchtdruk op de gasbellen in de veenlaagtoplaag. Bij een sterke daling van de luchtdruk zetten de gasbellen uit, waardoor de waterstand en het maaiveld stijgen (het veen zet uit). Op een bepaald moment wordt het gasvolume zo groot dat ontgassing optreedt. Deze ontgassing verloopt zeer snel met een frequentie van ca. 4 uur. Op een bepaald moment zorgt een sterke ontgassing voor de sterkste daling. De volumeafname is dan zo groot dat de waterstand en het maaiveld onder het niveau zakt van voor de luchtdrukdaling. Na de ontgassing worden door afbraak weer gasbellen opgebouwd, waardoor het maaiveld en de waterstand naar het oorspronkelijke niveau herstellen. De fluctuaties in waterstand werken niet door in de stijghoogte onder het veen, omdat de
veranderingen in gasvolume geen effect hebben op het gewicht van de veentoplaag. Onder in het veen verandert daardoor niet de hydrostatische druk. Omdat snelle luchtdrukdalingen vooral optreden in het najaar en de winter treden de kortstondige fluctuaties vooral in die periode op. De effecten van snelle luchtdrukdalingen treden verder vaak gelijktijdig met die van locatie G0192 (Figuur 3.38). Ook zijn deze oscillaties – veelal tegengesteld - zichtbaar in het waterpeil van de afvoergreppel (locatie OBN07) naar de beek waarop de laagte met beide locaties afwatert. Dat geeft aan dat de luchtdrukeffecten op gebiedsschaal werkzaam zijn en ontgassing op uiteenlopende locaties in gelijktijdig optreedt. Ook lijdt het tot snelle fluctuaties in de laterale afvoer van water. Onduidelijk is waarom de waterstand in de afvoergreppel meestal tegengesteld reageert op de snelle fluctuaties van de waterstand en maaiveld in het veen.
Figure 3.37. Effects of rapid air pressure declines (red squares) on surface level and water level at locations
G0188 and G0192. The hydraulic head in the lower peat of the peat at site G0188 is not affected.
Figuur 3.38. Gelijktijdige effecten van snelle luchtdrukdaling (rode stroken) op snelle fluctuaties van de maaiveldhoogte en waterstand van de locaties G0188 en G0192 en de afvoer in de afvoergreppel naar de beek (waterstand OBN07).
Figure 3.38. Simultaneously effects of rapid air pressure declines (red verticals) on rapid fluctuations of
ground level and water level at sites G0188 and G0192, and water level in a discharge stream to the brook at site OBN07.