Netherlands Geological Survey Princetonlaan 6 Postbus 80015 3508 TA Utrecht www.tno.nl T 030 256 42 56 F 030 256 44 75 info-BenO@tno.nl TNO-rapport 2007-U-R0193/B
IBRAHYM
Grondwater Modelinstrumentarium Limburg
Datum 1 augustus 2007
Auteur(s) Peter Vermeulen (TNO)
Wim van der Linden (TNO) Ab Veldhuizen (Alterra) Harry Massop (Alterra)
Hank Vermulst (Royal Haskoning) Wouter Swierstra (Royal Haskoning)
Opdrachtgever Waterschap Peel en Maasvallei
Provincie Limburg
Waterschap Roer en Overmaas Waterleidingmaatschappij Limburg
Projectnummer 034.69109/034.69211/034.69234
Goedgekeurd door Bennie Minnema
Alle rechten voorbehouden. Niets uit dit rapport mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van TNO.
Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst.
Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 2/36
Samenvatting
In opdracht van waterschap Peel en Maasvallei (WPM, het project IBRAHYM) en waterschap Roer en Overmaas (WRO), provincie Limburg (PL) en Waterleiding-maatschappij Limburg (WML) (het project Onderzoek winningsmogelijkheden
Roerdalslenk) is voor het gebied van de Provincie Limburg ten noorden van de Feldbiß-breuk een grondwatermodelinstrumentarium ontwikkeld. Dit instrumentarium zal worden ingezet voor het analyseren van de ondiepe en diepe grondwatersituatie en ingrepen daarop. Het instrumentarium zal door de waterschappen in Limburg worden gebruikt als hulpmiddel bij het vaststellen van de GGOR. Daarnaast zal het
instrumentarium gebruikt worden voor het verkennen en schatten van de mogelijkheden voor diepe grondwaterwinningen in de Roerdalslenk en voor het duurzaam beheren van het diepe grondwater.
De kern van het modelinstrumentarium wordt gevormd door een gedetailleerd, regionaal grondwatermodel met een resolutie van 25 meter, dat zich uitstrekt van de bruinkoolgroeven in Duitsland nabij Inden, tot aan de Maas bij ’s-Hertogenbosch. Het model beschrijft de opbouw van de ondergrond in 19 watervoerende lagen tot op een diepte van ca. 2 kilometer. Het model bevat gebiedsdekkend een onverzadigde zone module.
Het model is opgenomen in de toepassingsomgeving iMOD (interactief MODeleren). iMOD vormt een schil rondom het model en organiseert de modelsimulatie(s).
Het grondwatermodel is samengesteld uit gedetailleerde basisinformatie verkregen van of via de deelnemende waterschappen, de provincie en/of de WML. Het model is gekalibreerd voor een stationaire conditie over de periode 1994-2004. Tijdens de bouw van het model is er intensief overleg geweest tussen de uitvoerenden en de
opdrachtgevers over de uitvoering en de resultaten van het model.
Niet-stationaire modelruns zijn uitgevoerd op dagbasis voor de periode 1994-2004. Hiermee is de actuele grondwatersituatie (AGOR) vastgelegd in de vorm van de GHG en GLG.
Het model kan worden toegepast voor het uitvoeren van analyses van de grondwater-situatie. De initieel opgeleverde grondwatermodel versie 1.0 is inmiddels vervangen door versie 1.1. Dit geeft aan dat het model in ontwikkeling is en blijft. In versie 1.1 zijn de door WPM uitgevoerde verbeteringen van de waterpeilen in haar beheersgebied opgenomen.
Binnen de randvoorwaarden geld, tijd en gegevens is het model van Limburg in relatief korte tijd ontwikkeld en opgezet. Het model representeert als zodanig het maximale haalbare resultaat binnen de beschikbare ruimte. Hiervoor zijn aannames en concessies gedaan die in de (nabije) toekomst onderzocht en eventueel verbeterd zouden kunnen worden om de voorspellende waarde van het model te vergroten.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 3/36
Inhoudsopgave
Samenvatting... 2
Lijst van tabellen en figuren ... 5
1 Inleiding ... 6
2 Opzet modelinstrumentarium... 7
3 Proces aanmaak grondwatermodel referentiedatabase ... 10
4 Bouw grondwatermodel ... 13 4.1 Modelresolutie ... 13 4.2 Modelgrenzen ... 13 4.3 Maaiveldhoogte ... 14 4.4 Ondergrond ... 15 4.5 Grondwateraanvulling ... 16 4.6 Oppervlaktewater... 16 4.7 Oppervlakkige afvoer ... 17 4.8 Drainage... 17 4.9 Onttrekkingen ... 17 4.10 Beregening ... 18 5 Kalibratie grondwatermodel... 19 5.1 Achtergrond ... 19 5.2 Stationaire kalibratie ... 20 5.3 Niet-stationaire kalibratie ... 22 6 Resultaten grondwatermodel... 26 6.1 AGOR ... 26
7 Interpretatie van het modelresultaat en aanbevelingen ... 33
7.1 Interpretatie van het modelresultaat... 33
7.2 Modelresultaat in vergelijking met de eisen en wensen gesteld in fase 1 van het project Onderzoek winningsmogelijkheden Roerdalslenk... 33
7.3 Aanbevelingen ... 35
8 Referenties ... 36
Bijlagen
A Modelproces B Modelopzet
C Het concept van het AHN-filter in het model Limburg D Het concept van het lagenmodel in het model Limburg E Het concept van de deklaagweerstand in het model Limburg F Het concept van de grondwateraanvulling in het model Limburg G Het concept van het oppervlaktewater in het model Limburg
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 4/36
H Het concept van de buisdrainage in het model Limburg
I Het concept van de grondwateronttrekkingen in het model Limburg J Het concept van de beregening in het model Limburg
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 5/36
Lijst van tabellen en figuren
Figuren
Figuur 2.1 Opgeleverde grondwater modelinstrumentarium binnen de
iMOD-toepassingsomgeving ... 8
Figuur 2.2 Van regionaal naar lokaal model binnen de iMOD-toepassingsomgeving ... 9
Figuur 3.1 Proces aanmaak model referentiedatabase... 10
Figuur 3.2 Ligging van bestaande gebruikte modellen... 11
Figuur 4.1 Deelmodellen grondwatermodel (resolutie 25 meter )... 13
Figuur 4.2 Regionaal grondwatermodel (resolutie 200 meter)... 13
Figuur 5.1 Tijdreeks in Waubach zanden in modellaag 14 (figuur aangemaakt met iMOD)... 23
Figuur 5.2 Tijdreeksen freatisch grondwater (modellaag 2), rood is berekend met model, blauw is meting ... 24
Figuur 6.1 Berekende stationaire grondwaterstand en grondwaterstijghoogten (modelversie 1.0). ... 27
Figuur 6.2 Berekende stationaire grondwaterdiepte (modelversie 1.0). ... 28
Figuur 6.3 Berekende stationaire kwel- en infiltratie door de deklaag (modelversie 1.0). ... 29
Figuur 6.4 Berekende gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG, modelversie 1.0). ... 30
Figuur 6.5 Berekende gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG, modelversie 1.0). ... 31
Figuur 6.6 Berekende dynamiek (verschil GHG –GLG, modelversie 1.0). ... 32
Tabellen Tabel 5.1 Statistieken van de residuen per modellaag (gehele modelgebied). ... 21
Tabel 5.2 Statistieken van de residuen per modellaag (modelgebied in Nederland). ... 21
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 6/36
1
Inleiding
Het grondwater modelinstrumentarium voor de provincie Limburg is opgezet voor het waterschap Peel en Maasvallei (WPM), het waterschap Roer en Overmaas (WRO), de provincie Limburg (PL) en de Waterleidingmaatschappij Limburg (WML). Het was mogelijk één model te ontwikkelen door het samenvoegen van twee projecten: • Het project IBRAHYM van het WPM met als doel het opzetten van een
modelinstrumentarium voor ondermeer het vaststellen van de GGOR en maatregelen in het kader van WB21.
• Het project Onderzoek winningsmogelijkheden Roerdalslenk (fase 2 en 3) van het WRO, PL en de WML met als doel het opzetten van een instrumentarium voor het vaststellen van de GGOR en voor het duurzaam beheren van het diepe grondwater in de Roerdalslenk. In fase 1 van dit project heeft DHV & KIWA (2006) een verkenning gedaan waarin eisen en wensen aan het te bouwen grondwater-instrumentarium zijn opgesteld.
Het ontwikkelde grondwater modelinstrumentarium bestaat uit de toepassingsomgeving iMOD (interactief MODeleren) en de gegevensset, die noodzakelijk zijn voor het grondwatermodel. iMOD bevat een schil die gebruikt kan worden voor het raadplegen, aanmaken en beheren van de modelgegevens. iMOD kan ook worden gebruikt voor het aanmaken van scenario’s en het draaien van het IR-model (Impuls-Respons model). Het geleverde grondwater modelinstrumentarium bevat versie 1.1 van een gedetailleerd stationair en niet-stationair regionaal verzadigd grondwatermodel (MODFLOW) met een model voor de simulatie van de onverzadigde zone (SIMGRO-CAPSIM).
Het grondwatermodel is samengesteld uit gedetailleerde basisinformatie geleverd door of verkregen via de deelnemende waterschappen, de provincie of de WML, of geleverd door de projectuitvoerenden (TNO, Alterra en Royal Haskoning). De
project-uitvoerenden hebben geen directe invloed op de kwaliteit van de geleverde basisinformatie maar hebben deze wel gecontroleerd en indien nodig verbeterd of aangepast. Tijdens de bouw van het model is er intensief overleg geweest tussen de uitvoerenden en de opdrachtgevers over de uitvoering en de resultaten van het model. De versie aanduiding geeft aan dat het resultaat van deze samenwerking in
ontwikkeling blijft door verbeteringen volgend uit het gebruik en het in de toekomst beschikbaar komen van nieuwe versies van de basisinformatie.
Dit rapport bevat het verslag van de werkzaamheden aan versie 1.0 en 1.1 van het grondwater model en beschrijft de opzet van het model en de resultaten van het stationaire en niet-stationaire grondwatermodel. De hoofdtekst bevat een kort overzicht van de opzet en de resultaten. De toegepaste modelconcepten en een gedetailleerd verslag van de modelresultaten zijn opgenomen in aparte bijlagen.
Het grondwatermodel (versie 1.1) inclusief haar modelgegevens en resultaten zijn toegankelijk op een externe server bij TNO en is ook geleverd op DVD.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 7/36
2
Opzet modelinstrumentarium
Het opgeleverde grondwater modelinstrumentarium bestaat uit: • de interactieve toepassingsomgeving iMOD;
• een model referentiedatabase van de provincie Limburg met een gedetailleerd (resolutie 25 meter) niet-stationair regionaal verzadigd grondwatermodel
(MODFLOW) gekoppeld met een onverzadigde zone model (SIMGRO-CAPSIM). De interactieve toepassingsomgeving iMOD is ontwikkeld door TNO en is geschikt voor:
• het raadplegen en beheren van de model referentiedatabase (modelinvoer en modeluitvoer);
• het genereren van scenariomodellen uit de referentiedatabase.
Met behulp van iMOD is het mogelijk om snel grote bestanden op te vragen, te visualiseren en te bevragen. iMOD bevat tevens functionaliteit om van en naar ESRI compatible rasterformaten te exporteren.
Het instrumentarium is op een schematische wijze weergegeven in Figuur 2.1. Binnen de stippellijn bevindt zich de geleverde toepassingsomgeving, met daarin de
referentiedatabase en de scenario- en deelmodellengenerator. Toelichting van Figuur 2.1:
(1) Dit zijn de grootschalige basisbestanden waaruit de benodigde modelbestanden op de hoogste resolutie worden aangemaakt. De basisbestanden worden beheerd door de daartoe verantwoordelijke organisaties (waterschappen, waterleidingbedrijven, provincies, Rijkswaterstaat, TNO, etc.).
(2) Vanuit de grootschalige basisbestanden wordt de gehele modeloplossing op de hoogste resolutie verkregen door met een ‘moving window model’ verschillende oplossingen van het totale gebied te berekenen. Het is hiervoor noodzakelijk dat de juiste opschalingsmethodieken gebruikt worden. Tevens zijn deze nodig voor de ijking.
(3) De grondwatermodel referentiedatabase op de hoogste resolutie (25 meter) van waaruit voor interessegebieden deelmodellen onttrokken kunnen worden die ook op de hoogste resolutie doorgerekend kunnen worden.
(4) Aanmaak van specifieke scenario’s in deelmodellen die binnen het instrumentarium beheerd worden.
(5) Aanmaak van een maatregel-effect voor een door gebruikers te selecteren gebied. Er wordt gebruik gemaakt van een IR-model dat uitsluitend toepasbaar is voor het berekenen van GxG’s voor een aantal voorgedefinieerde maatregelen.
(6) Het geheel wordt gestuurd en gevisualiseerd met de iMOD-schil (interactieve toepassingsomgeving) rondom het modelinstrumentarium.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 8/36
Figuur 2.1 Opgeleverd grondwater modelinstrumentarium binnen de iMOD-toepassingsomgeving.
De grondwatermodel referentiedatabase is gevuld met modelinvoer- en modeluitvoer-bestanden in iMOD-formaat. Het iMOD-formaat is speciaal ontwikkeld voor
grootschalige gedetailleerde grondwatermodellen en bestaat uit: • rasters als IDF (Indexed Data File);
• puntlocaties als IPF (Imod Point File);
• tijdreeksen als TXT (standaard text-formaat), die gekoppeld zijn aan de locaties die weergegeven zijn in de IPF-bestanden;
• lijnen en polygonen als GEN (ArcInfo Generate bestandsformaat), deze worden gebruikt als achtergrond bij het raadplegen.
De iMOD-omgeving fungeert als snelle ‘model- en scenariogenerator’. Uit de grondwatermodel referentiedatabase van Limburg kan een gedetailleerd lokaal deelmodel van willekeurige omvang op een willekeurige locatie worden gegenereerd (Figuur 2.2). De parametrisatie van de deelmodellen kan in iMOD indien gewenst vervolgens nog worden aangepast, waarmee verschillende versies van de deelmodellen kunnen worden gecreëerd.
Interactieve Toepassingsomgeving (6) Grootschalige basisbestanden Opschalen/IJken Grondwatermodel referentiedatabase Scenario/deelmodellen generator 2 1 3 4 Legenda: 1 data(base) software modelbouwer modelgebruiker instrumentarium zie verklaring tekst
IR-model 5
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 9/36
Figuur 2.2 Van regionaal naar lokaal model binnen de iMOD-toepassingsomgeving.
Regionaal model Lokaal model
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 10/36
3
Proces aanmaak grondwatermodel referentiedatabase
Het proces dat leidde tot een grondwatermodel referentiedatabase bestond uit 4 fasen van initialisatie tot verificatie (Figuur 3.1), welke sequentieel en gedeeltelijk iteratief zijn uitgevoerd. Dit laatste gold voor de stappen modelanalyse en ijking, welke als cyclus een aantal malen zijn doorlopen. Verificatie volgde pas nadat er tevredenheid was over de ijking. Afhankelijk van de resultaten zijn extra ijkslagen en
verificatieslagen uitgevoerd.
Figuur 3.1 Proces aanmaak model referentiedatabase.
Een gedetailleerde beschrijving van het modelproces is opgenomen in bijlage A. Een beschrijving van het modelresultaat ten opzichte van de eisen en wensen aan het grondwatermodel geformuleerd in fase 1 van het project Onderzoek winnings-mogelijkheden Roerdalslenk wordt gegeven in paragraaf 7.2.
Tijdens de initialisatie zijn de grootschalige basisgegevens verzameld en verwerkt en bijeengebracht in iMOD-bestanden. De modelinvoergegevens zijn vervolgens aangevuld met gegevens uit bestaande grondwatermodellen (Figuur 3.2) en verbeterd totdat een uitgangsmodel met een resolutie van 25 meter is verkregen waarmee de volgende modelanalyse fase kon worden ingegaan.
Tijdens de stationaire gevoeligheidsanalyse is de gevoeligheid van de grondwater-standen/stijghoogten als gevolg van veranderingen in de grootte van de
modelparameters berekend. Hieruit zijn de tijdsonafhankelijke modelparameters (kD- en c-waarden) geselecteerd die tijdens de stationaire ijking zijn aangepast.
De stationaire ijking is vanwege ‘rekentijdtechnische’-grenzen uitgevoerd met een opgeschaald model met een resolutie van 500x500 meter. Het opgeschaalde model is verkregen uit het gedetailleerde uitgangsmodel. Bij het opschalen is rekening gehouden met de onderstaande technieken, zie ook Vermeulen et al, 2006 in Water Resources Research:
• de exacte ligging van winningen, zodat hun zwaartepunt in het 500x500 meter model overeenkomt met hun zwaartepunt in het 25x25 meter model;
• zeer kleine en zeer grote kD-waarden, zodat deze hun invloed behouden in de opgeschaalde kD-waarden, door geometrische opschaling;
Initialisatie
Modelanalyse
IJking
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 11/36
• lage C-waarden, zodat zones met lage weerstanden hun invloed behouden in de opgeschaalde C-waarden, door inverse opschaling;
• het behouden van de fluxgrootte van de drainagemiddelen door bij opschaling van de peilen in watergangen en van de niveaus van de buisdrainages rekening te houden met het verloop van de grondwaterstand.
Figuur 3.2 Ligging van bestaande gebruikte modellen.
De stationaire ijking resulteert in correctiefactoren voor parameters die worden neergeschaald (geïnterpoleerd) van 500x500 meter naar 25x25 meter. Hiermee worden de oorspronkelijke parameters op 25x25 meter aangepast. Dit resulteert in een
gedetailleerd geijkt stationair uitgangsmodel.
De niet-stationaire versie van het grondwatermodel is gekoppeld aan een SIMGRO-CAPSIM model waarmee de onverzadigde zone wordt gesimuleerd. Het SIMGRO- CAPSIM-model simuleert het vochttransport in de onverzadigde zone op een pseudo-stationaire wijze, dat wil zeggen volgens een opeenvolging van stationaire situaties.
Uit een evaluatie van het niet-stationaire gedrag van de grondwaterstand, zoals dat door het opgeschaalde model van 500x500 meter voor 11 jaar op dagbasis is gesimuleerd, is gebleken dat er van een niet-stationaire ijking (de bergingscoëfficiënt) geen relevante
4 8 7 6 5 3 2 1 1. Venloschollemodel 2. Rurschollemodel 3. Vlaams grondwatermodel (gedeelte) 4. Slenk model 5, 6, 7. Zandmaasmodellen 8. Grensmaasmodel 9. Waterdoelenmodel 9
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 12/36
verbeteringen te verwachten waren. Om deze reden is afgezien van een niet-stationaire ijking. Binnen de looptijd van het project is alle extra aandacht gericht geweest op een nadere precisiering van de modelconcepten en parametrisatie daarvan, omdat hiermee de meeste winst in de verbetering van de modelresultaten was te bereiken.
De modelinvoer en modeluitvoer van het geijkte stationaire en niet-stationaire model (25x25 meter) vormen de referentiedatabase van het grondwatermodel.
Het niet-stationaire model (25x25 meter) is gebruikt voor:
1. het vullen van de IR-database voor WPM. De effecten van een voorgedefinieerde set maatregelen zijn doorgerekend en opgeslagen in de IR-database. Door tegenvallende resultaten is in onderling overleg met WPM besloten om dit onderdeel te vervangen door:
− een vernieuwde AGOR berekening − een 6-tal gebiedsdekkende maatregelen; − en een IR-model omgeving;
2. tevens zijn er voor de provincie Limburg en de WML scenario’s berekend met een opgeschaald deelmodel (200x200 meter) van de Roerdalslenk;
3. tot slot is het model voor een drietal deelgebieden binnen het WRO beheersgebied uitgebreid met een SIMGRO-oppervlaktewatermodule tot een gekoppeld
grondwater-oppervlaktewater model.
De werkwijze en de resultaten van deze laatste drie activiteiten en bijbehorende subactiviteiten zijn in aparte rapportages beschreven.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 13/36
4
Bouw grondwatermodel
4.1 Modelresolutie
Het grondwatermodel is binnen de provinciegrenzen (het samengevoegde
beheersgebied van waterschap Peel en Maasvallei en waterschap Roer en Overmaas, met uitzondering van Zuid Limburg ten zuiden van de Feldbiß-breuk) aangemaakt met een resolutie van 25 meter. Om rekentechnische redenen (het doorrekenen van het gehele model op 25 meter schaal vergt ca. 40Gb aan geheugen) is het gebied opgedeeld in 22 deelmodellen. Tevens leverde dit het voordeel dat de verschillende deelgebieden parallel doorgerekend konden worden, wat de totale rekentijd aanzienlijk heeft verkort.
Figuur 4.1 Deelmodellen grondwatermodel
(resolutie 25 meter).
Figuur 4.2 Regionaal grondwatermodel (resolutie
200 meter).
De deelmodellen zijn gedraaid met een overlap van 3000 meter. De randvoorwaarden op de buitenrand van deze zone zijn overgenomen uit het regionale grondwatermodel met een resolutie van 200 meter. Dit model kan wel in haar geheel doorgerekend worden.
4.2 Modelgrenzen
De buitenrand van het regionale grondwatermodel dient op voldoende afstand van het aandachtsgebied te liggen. Enerzijds om te voorkomen dat randvoorwaarden een waarneembaar effect binnen het aandachtsgebied hebben, maar anderzijds ook om te voorkomen dat maatregelen die binnen het aandachtsgebied uitgevoerd worden beïnvloed worden door de modelrand:
• Westgrens: deze moet ver van de provinciegrens liggen aangezien de invloed van de grondwateronttrekkingen in de Pey en Waubach-zanden in de Roerdalslenk tot op grote afstand waarneembaar is. (De spreidingslengte ( √(kD*C) ), een maat voor de afstand waarover effecten waarneembaar zijn, voor deze zanden bedraagt
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 14/36
namelijk ca. 30 km. Deze afstand wordt voornamelijk bepaald doordat deze zanden aan de boven- en onderkant begrensd worden door kleilagen met een zeer slechte doorlatendheid);
• Oostgrens: het instrumentarium zal eventueel ook worden gebruikt voor het analyseren van de effecten van de onttrekkingen bij de bruinkoolgroeven in Duitsland (Inden groeve), zodat deze binnen het modelgebied moeten liggen. De modelgrenzen zijn overgenomen van de Duitse grondwatermodellen Rurscholle en Venloscholle en strekken tot tientallen kilometers ten oosten van de Nederlandse grens;
• Noordgrens: de randvoorwaarde op de noordgrens nabij Nijmegen is minder kritisch omdat hier nauwelijks van grensoverschrijdende effecten sprake is. Er kan hier met een dichte rand worden gerekend omdat de Maas hier een waterscheiding vormt tot op grote diepte;
• Zuidgrens: de Feldbiß-breuk langs de zuidrand van de Roerdalslenk is de zuidrand van het model. Deze breuk is ondoorlatend aangenomen. In het zuidwestelijk deel in België en Noord Brabant wordt de breuk doorlatend en zorgt ervoor dat er een aanzienlijke aanvoer van grondwater over het Kempisch Plateau de Roerdal Slenk instroomt.
De toegepaste randvoorwaarden zijn: • Westrand: open rand, vaste stijghoogte;
• Oostrand: dichte rand, flexibele stijghoogte. Daarnaast zijn fluxranden met een vast opgegeven debiet gebruikt om de invloed van de Hambach groeve in de ten
noorden geleden Slenk te verdisconteren. De gegevens zijn overgenomen uit het Rurscholle model, Bachmann (2005);
• Noordrand: dichte rand, flexibele stijghoogte; • Zuidrand:
Limburg en Duitsland: dichte rand, flexibele stijghoogte; België en Noord-Brabant: open rand met vaste stijghoogte.
De vaste stijghoogte op de modelranden is bepaald uit grondwaterstanden die voorhanden waren uit de REGIS V2 kartering. Tevens is voor het deel dat zich in België bevindt grondwaterstanden gebruikt uit berekeningen uit het model Vlaanderen, Meyus e.a. (2000).
De ligging van de modelgrenzen varieert per modellaag afhankelijk van de verbreiding van de hydrogeologische lagen. Buiten de Roerdalslenk bestaat het model uit minder lagen, omdat de hydrogeologische basis hier veel ondieper ligt (zie bijlage A).
De bruinkoolgroeven in Duitsland zijn gemodelleerd als vaste randvoorwaarden waarbij de stijghoogte in de lagen die hier dagzomen gelijk gezet is aan de hoogte waarop deze lagen dagzomen.
4.3 Maaiveldhoogte
De hoogte van het maaiveld fungeert als referentie voor de oppervlaktewaterpeilen en andere hoogtegegevens, zoals bodemhoogte en buisdrainageniveau. De maaiveldhoogte is geen directe modelinvoer maar is wel gebruikt bij de weergave van de
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 15/36
De maaiveldhoogte is afgeleid uit het Algemeen Hoogtebestand Nederland (AHN). Dit bestand is gefilterd om de afwijkende hoogten veroorzaakt door gebouwen, begroeiing e.d. te verwijderen. Bij deze filtering is informatie uit het TOP10-bestand gebruikt voor het toevoegen van de ligging van het oppervlaktewater. Een gedetailleerde beschrijving van de AHN-filtering is opgenomen in bijlage C.
Het AHN is beschikbaar voor het gebied van de provincie Limburg. Ter plaatse van het Maasdal is het uit het AHN afgeleide maaiveld vervangen door de hoogte van het zomerbed verkregen van Rijkswaterstaat Maaswerken. Ter plaatse van de riviertjes Roer, Vlootbeek en Middelsgraaf is het uit het AHN afgeleide maaiveld vervangen door de bodemhoogte verkregen uit de drie beschikbare SOBEK-modellen.
De maaiveldhoogte buiten Limburg is verkregen van het Internet (Belgische en Duitse maaiveldhoogte, http://srtm.usgs.gov) en van het Waterdoelenmodel (Brabant).
4.4 Ondergrond
4.4.1 Geometrie
De diepteligging van de goed en slecht doorlatende lagen binnen het modelgebied is gebaseerd op verschillende bronnen (zie ook Figuur 3.2):
• De hydrogeologische indeling van REGIS versie II is gebruikt als leidraad. De indeling van de provincie Limburg is in 2006 beschikbaar gekomen;
• De hydrogeologische indeling van de aangrenzende provincies (Noord-Brabant en Gelderland) is eveneens verkregen uit REGIS versie II;
• De diepteligging van de in Duitsland voorkomende lagen is verkregen uit bestaande grondwatermodellen. Deze zijn van noord naar zuid: Zandmaasmodel (Royal Haskoning), Venloschollemodel en Rurschollemodel (Bachmann e.a., 2005); • De diepteligging van de in België voorkomende lagen is verkregen uit het Vlaams
Grondwatermodel (Meyus e.a., 2000);
• De diepteligging van de diepere lagen in de Roerdalslenk (in en onder de formatie van Breda) is overgenomen uit De Rooij, 2000.
De aansluiting van de lagen uit de verschillende modellen is soms goed (Venloschol) maar vaak ook matig (Roerdal Slenk zowel naar Duitsland als naar België). Met veel zorg is uit de verschillende lagenmodellen één geheel opgebouwd met consistente overgangen op de modelgrenzen. Daarbij is rekening gehouden met de ligging van de bekende breuken. Zie bijlage D voor een gedetailleerde beschrijving van de
samenstelling van het lagenmodel.
Er is zoveel mogelijk getracht om de slecht doorlatende afzettingen in het model te behouden, hetgeen geresulteerd heeft in 19 goed doorlatende modellagen in de Roerdalslenk en 6 goed doorlatende modellagen in de Venloschol.
4.4.2 Parametrisatie
De parametrisatie van de watervoerende pakketten en slecht doorlatende lagen is gebaseerd op:
• Een generieke ervaringstabel met horizontale en verticale k-waarden van hydrogeologische formaties die voor het REGIS wordt gebruikt. De specifieke
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 16/36
parametrisatie van de REGIS-lagen in Limburg was eind 2006 nog niet gereed en was daarom nog niet beschikbaar;
• kD- en c-waarden uit bestaande modellen van de Zandmaas en de Grensmaas (Royal Haskoning);
• kD- en c-waarden van de Duitse modellen Venloscholle en Rurscholle; • k-waarden uit het Vlaams Grondwatermodel.
`
Zie bijlage D voor een overzicht van de kD- en c-waarden per modellaag en voor een gedetailleerde beschrijving van de parametrisatie van het lagenmodel.
De deklaagweerstand is bepaald voor de beheersgebieden van de waterschappen “Peel en Maasvallei” en “Roer en Overmaas” (binnen de Roerdalslenk). De c-waarde van de deklaag is berekend, gebaseerd op de boorinformatie die in de DINO database
beschikbaar is. Voor een gedetailleerde beschrijving zie bijlage E.
De hydraulische eigenschappen van de breuken zijn bepaald op basis van gebiedskennis van Royal Haskoning en van de geologen van TNO. Zo is aangenomen dat de Peelrand Breuk op matige diepte en dieper dicht is (dit wordt ook geïllustreerd door de
Wijstgronden in Limburg) en dat ook andere karakteristieke breuken zoals de Gangeltbreuk in de Zanden van Pey dicht zijn. Aan de andere breuken, waarvan de eigenschappen ook niet goed bekend zijn, is een beperktere weerstand (factor 0.5) toegekend, zoals de Heerlerheidebreuk.
4.5 Grondwateraanvulling
De grondwateraanvulling is berekend op basis van de gemeten neerslag en de
referentiegewasverdamping, waarbij rekening is gehouden met interceptie en berging in de wortelzone. Grondwateraanvulling afkomstig van beregening is geschat op het ervaringsgetal van 40 % van de beregeningsgift. Met behulp van het 500x500 meter model zijn de door CAPSIM berekende grondwateraanvullingen neergeschaald en gebruikt voor het 25x25 stationair model. Dit heeft een sterk verbeterde grondwater-aanvulling opgeleverd omdat deze nu ook bepaald is met een inschatting van de diepte van de grondwaterstand.
Grondwateraanvulling ter plaatse van verhard gebied en open water is afwezig verondersteld omdat neerslag hier direct wordt afgevoerd. De grondwateraanvulling is in het model aan de freatische modellaag 1 toegevoegd. Voor een gedetailleerde beschrijving zie bijlage F.
4.6 Oppervlaktewater
Het oppervlaktewater fungeert als bovenrandvoorwaarde voor het grondwater in het grondwatermodel. Afhankelijk van het verschil tussen de grondwaterstand en het oppervlaktewaterpeil treedt infiltratie van oppervlaktewater of drainage van grondwater op.
De ligging van het oppervlaktewater (behalve van de Maas) is overgenomen uit de vectorbestanden van het TOP10 en de legger van WPM met de ligging van hun
primaire en secundaire waterlopen systeem. De ligging van de Maas is overgenomen uit hoogtebestanden van Rijkswaterstaat Maaswerken.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 17/36
De eigenschappen van het oppervlaktewater, als modelinvoer nodig, zijn zomer- en winterpeil, bodemhoogte, drainageweerstand en watervoerendheid. De wijze waarop de modelinvoer is aangemaakt is toegelicht in bijlage G.
4.7 Oppervlakkige afvoer
De afvoer van uittredend grondwater via het maaiveld is in het model gesimuleerd door gebruik te maken van het zogenaamde SOF-vlak (‘Surface Overland Flow’). Als het model een grondwaterstand boven maaiveld berekent (dit is mogelijk omdat het maaiveld geen modelinvoerparameter is) dan wordt het grondwater op deze locatie afgevoerd. De hoogte van het SOF-vlak is gelijk aan de maaiveldhoogte plus een marge van 2 cm. Deze marge verdisconteert begroeiing en de ruimtelijke ongelijkheid van het maaiveldoppervlak binnen één modelcel. In depressies wordt rekening gehouden met het laagste uitstromingspunt rondom de depressie.
4.8 Drainage
De aanwezigheid van buisdrainage is veelal niet bekend. In het modelgebied is daarom de buisdrainagekaart gebruikt die is aangemaakt door Alterra voor de Verdrogingstudie van RIZA. Dit is een statistische kaart, d.w.z. dat voor grotere gebieden het areaal buisdrainage ongeveer klopt, maar dat op perceelsniveau de kaart kan afwijken van de werkelijkheid. Binnen het modelgebied was alleen voor het gebied rond Nederweert gedetailleerde informatie over de ligging van buisdrainage beschikbaar.
Er is ook buisdrainage verondersteld in het stedelijke gebied van WPM en ter plaatse van hoofdwegen.
De wijze waarop de modelinvoer van de drainage is aangemaakt is in detail toegelicht in bijlage H.
4.9 Onttrekkingen
De gegevens van de onttrekkingen in het gebied zijn verkregen van de WML
(drinkwaterwinningen), de Provincie (industriële, landbouw en overige winningen), het Waterdoelenmodel (alle winningen in Brabant), de Duitse modellen en België (alle winningen). De ligging en de grootte van de onttrekkingen is gecontroleerd en de onttrekkingen zijn toegedeeld aan de modellagen op basis van de diepteligging van de onttrekkingsfilters. De gegevens van de periode 1989-2004 zijn verwerkt.
De onttrekking van grondwater bij de bruinkoolgroeven in Duitsland (de Inden Groeve in de Roerdal Slenk en de Garzweiler Groeve in de Venloschol) is gesimuleerd door een vaste stijghoogte/grondwaterstand te simuleren ter hoogte van het dagzomen van de betreffende modellaag. Er is in het niet-stationaire model geen rekening gehouden met een eventuele verdiepen dan wel verontdiepen van de Inden Groeve.
De wijze waarop de modelinvoer van de onttrekkingen is aangemaakt is in detail toegelicht in bijlage I. De totale grootte van de grondwateronttrekkingen voor de modelperiode binnen de provincie Limburg is gemiddeld voor de winningen van de WML 91.916m3/dag en voor de overige onttrekkingen (excl. beregening)
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 18/36
4.10 Beregening
De beregening uit grondwater is in het grondwatermodel opgenomen als onttrekking en als aanvullende grondwateraanvulling. De locaties van de beregeningsputten zijn verkregen van de provincie. De aanvullende grondwateraanvulling is in eerste instantie geschat op basis van de grondwatertrap en het landgebruik binnen een straal van 200 meter van een beregeningsonttrekking.
In het niet-stationaire model is het beregeningsalgoritme van CAPSIM gebruikt. De beregeningsgift is berekend op basis van het vochttekort in de wortelzone in de beregeningsperiode binnen een cel waar beregening mogelijk is. Als er wordt onttrokken aan het grondwater dan is de onttrekking doorgegeven aan het grondwatersysteem.
In het buitenland waren gegevens van de beregening beschikbaar in België en in het Duitse deel van de Venloschol. In de Roerdal Slenk in Duitsland waren geen gegevens beschikbaar, hier is de beregening verondersteld verwaarloosbaar te zijn.
De wijze waarop de modelinvoer van de beregening is aangemaakt is in detail toegelicht in bijlage J.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 19/36
5
Kalibratie grondwatermodel
5.1 Achtergrond
Het kalibreren van een grondwatermodel betekent dat modelparameters zodanig worden aangepast, dat de afwijking tussen de berekende en gemeten grondwaterstand op de locaties van de grondwatermeetpunten zo klein mogelijk wordt (het residu). Uiteindelijk is er sprak van een gekalibreerd model wanneer een balans ontstaat tussen
• de afwijkingen tussen metingen en modelsimulatie; en
• de concessies (lees: parameteraanpassingen) die gedaan moeten worden om dit te bereiken. Tegelijkertijd initieert dit een dilemma. Het
voorkomen van grotere residuen kan twee soorten oorzaken hebben:
• De initiële modelparameters kennen we niet nauwkeurig genoeg (dit levert wel aanpassingsruimte op);
• Het initiële model bevat nog onvolkomenheden en/of hiaten in de gehanteerde modelconcepten.
Bij het aantreffen van grotere residuen dient derhalve eerst gecontroleerd te worden op fouten in modelconcepten. In een perfecte wereld zijn afwijkingen en parameter-aanpassingen beide nul. Helaas is dit niet haalbaar. Wel kan er software worden gebruikt die objectief een optimum zoekt tussen beide actoren, al moet het zoekalgoritme worden gevoed met subjectieve kentallen, zoals:
• Hoeveel gewicht hangen we aan de metingen;
• Hoeveel gewicht hangen we aan onze eigen kennis over de initiële modelparameters;
• Hoe betrouwbaar zijn pompproeven;
• Hoe vertalen we gebiedskennis naar objectieve invoer; • Welke model parameters willen we aanpassen; • etc. etc. …
Kalibratie is het zoeken naar een evenwicht tussen vertrouwen in metingen en vertrouwen in initiële modelparameterwaarden. Kalibratie is te vergelijken met een touwtrekwedstrijd. Aan twee kanten wordt er aan een touw getrokken en de locatie van het midden van het touw (daar waar de vlag hangt) bepaalt het uiteindelijke resultaat.
Zoals gezegd zitten er in een model mogelijk ook systematische fouten (bijvoorbeeld: verkeerd
ingeschatte waterpeilen, ontbrekende onttrekkingen, het opgegeven landgebruik is niet overeenkomstig dat tijdens de kalibratie periode, etc.). Dit type ‘fouten’ kan
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 20/36
veel invloed hebben op de modelresultaten. Bij het verbeteren van een model dient er daarom aandacht te worden gegeven aan de verbetering van de systematische fouten. 5.2 Stationaire kalibratie
De stationaire kalibratie van het grondwatermodel bestond uit het sequentieel doorlopen van een drietal stappen waarmee modelparameters aangepast werden, zodat de
afwijking tussen de berekende en gemeten grondwaterstand zo klein mogelijk werd (het residu).
Stap 1:
De eerste stap is het zo goed als mogelijk elimineren van systematische fouten. In het Limburg model is hier veel tijd aan besteed, voorbeelden zijn:
• het verhelpen van aansluitproblemen met de aangeleverde modellen van het Duitse deel van de Roerdalslenk, van het deel langs de Duitsland-Noord-Limburg grens en van het Model Vlaanderen in België. Door verschillen in laagdefinities bleken kleilagen niet per definitie tot dezelfde groep te behoren;
• het juist indelen (na de eerste berekeningen bleken de beschikbare gegevens niet overeen te komen met het gedrag van het model) van de onttrekkingsfilters over de watervoerende pakketten van de grotere winningen (WML);
• het corrigeren van de locaties van winningen;
• het verwijderen van de infiltratiecapaciteit van droogvallende watergangen; • het verwijderen van het drainerende vermogen van zgn. tegelsloten (sloten die
geheel betegeld zijn i.v.m. de slechte waterkwaliteit in die sloot);
• het aanpassen van de doorlatendheid van belangrijke breuken in de diepere ondergrond, bijvoorbeeld in de Zanden van Peij, op basis van gebiedskennis en literatuur;
• het verbeterd inschatten van de hydraulische doorlatendheid van breuken door middel van literatuur en gebiedskennis;
• het verbeteren van de grondwateraanvulling door gebruik te maken van de grondwateraanvulling berekend met het onverzadigde zone model CAPSIM. Het positieve effect van bovengenoemde maatregelen op de residuen lag in de praktijk in de orde van meters!
Stap 2:
De tweede stap is het optimaliseren van parameterwaarden voor het gehele
modelgebied, bijvoorbeeld de kD van de watervoerende pakketten. Hiermee wordt de initiële conditie zodanig dat de residuen een gemiddelde afwijking opleveren zo dicht mogelijk bij 0.0. Dit is het resultaat van een reguliere ‘Pest’ of ‘Adjoint’ optimalisatie waarmee parameters in vastgestelde zoneringen worden aangepast. Het resultaat van deze stap verkleinde de residuen met decimeters.
Stap 3:
In deze derde en laatste stap wordt de Representer methodiek toegepast op de resultaten na Stap 2. De Representer methodiek biedt de mogelijkheid om op basis van de
metingen lokale en/of regionale verbeteringen aan te brengen binnen de opgelegde correlatielengte (een oneindige correlatielengte gedraagt zich als de zoneringen zoals in Stap 2 beschreven). Kleinere correlatielengtes resulteren in grotere maar lokale
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 21/36
Het resultaat hiervan zou kunnen zijn dat vele ‘putten’ en ‘toppen’ in het parameterveld ontstaan, hetgeen ongewenst is omdat dit vaak niet correspondeert met de kennis aangaande de ruimtelijke continuïteit van bijv. geologische afzettingen. Hierom is gerekend met een grote correlatielengte die varieerde tussen 5.000 m (deklaag) en 10.000 m voor de middeldiepe modellagen en 30.000 m voor de modellagen 16-19. Door het hanteren van deze correlatielengte lag de residuverkleining in de orde van centimeters.
In tabel 5.1 zijn de afwijkingen (residuen) per modellaag gegeven en gepresenteerd ten opzichte van de 1488 metingen in de meetset (zie Bijlage A). In tabel 5.2 is hetzelfde overzicht gegeven maar nu alleen voor de Nederlandse meetpunten.
Tabel 5.1 Statistieken van de residuen per modellaag (gehele modelgebied).
ABSOLUUT --- ABSOLUUT --- LAAG AANTAL MINIMAAL MAXIMAAL GEMIDDELD GEMIDDELD 25PERC MEDIAAN 75PERC 25PERC MEDIAAN 75PERC 1 311 -60.836 13.812 -1.000 1.821 -0.692 -0.246 0.139 0.199 0.490 1.254 2 461 -43.606 9.212 -0.567 1.036 -0.502 -0.129 0.254 0.172 0.398 0.785 3 224 -22.384 5.707 -0.662 1.213 -0.450 -0.101 0.242 0.128 0.348 0.765 4 96 -2.463 2.431 0.473 0.700 0.020 0.544 0.896 0.211 0.664 1.008 5 136 -22.933 9.836 0.306 1.517 -0.628 -0.150 0.641 0.283 0.628 1.212 6 69 -1.836 8.549 0.500 1.379 -0.605 -0.440 0.378 0.440 0.603 1.440 7 28 -34.986 21.834 1.250 6.170 -0.680 0.026 4.670 0.195 0.819 9.160 8 10 -0.314 17.481 4.353 4.497 -0.202 0.329 8.053 0.202 0.329 8.053 9 1 -0.068 -0.068 -0.068 0.068 -0.068 -0.068 -0.068 0.068 0.068 0.068 10 16 -1.007 2.161 0.509 0.926 -0.660 0.205 1.150 0.205 0.842 1.150 11 32 -15.667 4.215 -0.932 2.812 -1.990 0.361 1.110 0.734 1.768 3.123 12 51 -15.307 7.036 0.884 3.080 -0.405 2.099 3.164 0.579 2.543 3.782 13 31 -17.403 5.773 0.200 2.185 -0.948 0.311 2.040 0.751 1.168 2.230 14 13 -1.948 8.161 0.897 2.116 -1.276 -0.434 1.137 0.630 1.276 1.825 15 8 -0.783 2.103 0.248 0.922 -0.731 -0.253 0.895 0.253 0.731 0.895 16 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 17 1 -2.034 -2.034 -2.034 2.034 -2.034 -2.034 -2.034 2.034 2.034 2.034 18 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 19 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Tabel 5.2 Statistieken van de residuen per modellaag (modelgebied in Nederland).
ABSOLUUT --- ABSOLUUT --- LAAG AANTAL MINIMAAL MAXIMAAL GEMIDDELD GEMIDDELD 25PERC MEDIAAN 75PERC 25PERC MEDIAAN 75PERC 1 200 -2.637 1.051 -0.346 0.461 -0.613 -0.260 0.012 0.154 0.310 0.625 2 399 -3.364 9.212 -0.037 0.505 -0.402 -0.087 0.278 0.152 0.343 0.633 3 180 -2.735 5.707 -0.041 0.432 -0.359 -0.089 0.221 0.112 0.281 0.542 4 94 -2.463 2.431 0.488 0.705 0.038 0.554 0.923 0.202 0.666 1.028 5 107 -8.407 7.861 0.242 1.057 -0.613 -0.231 0.330 0.240 0.592 0.984 6 65 -1.836 6.588 0.295 1.228 -0.616 -0.491 0.102 0.440 0.599 1.385 7 13 -0.724 1.737 0.018 0.453 -0.509 -0.070 0.157 0.097 0.200 0.661 8 4 -0.314 0.098 -0.155 0.204 -0.314 -0.257 -0.148 0.098 0.148 0.257 9 1 -0.068 -0.068 -0.068 0.068 -0.068 -0.068 -0.068 0.068 0.068 0.068 10 16 -1.007 2.161 0.509 0.926 -0.660 0.205 1.150 0.205 0.842 1.150 11 21 -3.630 4.136 0.464 1.588 -0.959 0.434 1.439 0.434 1.436 2.237 12 27 -1.799 5.222 1.781 2.103 -0.196 2.318 3.331 0.518 2.318 3.331 13 20 -3.038 3.204 -0.721 1.510 -2.166 -0.949 0.391 0.917 1.112 2.166 14 10 -1.948 2.002 -0.304 1.184 -1.546 -0.857 0.450 0.577 1.161 1.600 15 7 -0.783 2.103 0.315 1.022 -0.757 -0.481 1.289 0.481 0.757 1.289 16 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 17 1 -2.034 -2.034 -2.034 2.034 -2.034 -2.034 -2.034 2.034 2.034 2.034 18 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 19 0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 22/36
Uit tabel 5.1 kan het volgende worden geconcludeerd (hierbij zijn de statistieken gecombineerd per watervoerend pakket):
• Modellagen 1-3, het freatisch grondwater in de Beegden en Boxtel zanden: gemiddeld 0.75 m te laag, de mediaan 0.15 m te laag. Uitschieters van meer dan 10m liggen in Duitsland en zijn te verklaren door de complexe opbouw van de ondergrond aldaar;
• Modellagen 4-10, het eerste watervoerende pakket (de Sterksel, Veghel en Tegelenzanden): gemiddeld 1m te hoog, de mediaan 0.06 m te hoog; • Modellagen 11-15, het tweede watervoerende pakket (de Schinveld, Pey en
Waubach zanden): gemiddeld ca. 0.25 m te hoog, de mediaan 0.41 m te hoog; • Modellagen 16-19, de diepe watervoerende pakketten (de Inden en Köln zanden):
slechts 1 meting die 2 m te laag ligt.
Vooral uitschieters bepalen het gemiddelde wat blijkt uit het significante verschil tussen de gemiddelde- en de mediaanwaarden. De mediaan is hierdoor meer geschikt om de gemiddelde afwijkingen te typeren. Uitschieters worden ook gedomineerd door de afwijkingen die voornamelijk in Duitsland en minder in België worden berekend. Een reden hiervoor is de complexe ondergrond in combinatie met het relatief grote hoogteverschil in grondwaterstand (tientallen meters op korte afstand) die een grotere fout hier ook min of meer rechtvaardigen.
De 1165 residuen binnen het Nederlandse modelgebied zijn zeer acceptabel met een gemiddelde mediaanwaarde over alle modellagen van slechts 0.13 meter. Desondanks kan het model lokaal behoorlijk afwijken (enkele meters), bijvoorbeeld op de ‘steile’ flanken van het Limburgse heuvellandschap en nabij winningen. Het onjuist inschatten van de lokale ondergrondparameters en de ligging en doorlatendheid van breuken is hiervoor waarschijnlijk voor een belangrijk deel debet aan. Een verbetering is mogelijk alleen te verwachten na uitgebreid geologisch onderzoek.
Opgemerkt dient ook te worden dat het gevaar van ‘schijnnauwkeurigheid’ en/of ‘fitten’ van een model op de metingen altijd op de loer ligt. De keuze wanneer een kalibratie te stoppen en het daarmee accepteren van residuen is een leerproces. Het geaccepteerde resultaat en de omgang hiermee in de praktijk dient gezien te worden als tussenstop. Na een periode van modelbouw-‘rust’ kan het model herzien worden op basis van
verbeterde inzichten die a) door het gebruik van het model en/of b) door hernieuwd ingewonnen kennis ontstaan zijn.
Binnen de beschikbare randvoorwaarden zoals tijd, geld en gegevens is het opgeleverde modelresultaat het hoogst haalbare.
5.3 Niet-stationaire kalibratie
De niet-stationaire kalibratie is niet uitgevoerd. Dit werd geacht binnen de looptijd van het project weinig meerwaarde te kunnen opleveren in het gesimuleerde gedrag van het 500x500 m model. De dynamiek van de meetreeksen wordt in veel meetpunten namelijk al goed door het model gesimuleerd. Figuur 5.1 laat hiervan een voorbeeld zien van een meetpunt in de Waubach zanden.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 23/36
De grootte van de berekende grondwaterstandvariatie en het moment van optreden van de maxima en minima komt in veel meetpunten goed overeen met de gemeten
grondwaterstanden. Zie Figuur 5.2 met de tijdreeksen van meetpunten in modellaag 2.
Figuur 5.1 Tijdreeks in Waubach zanden in modellaag 14 (figuur aangemaakt met iMOD).
In de meetreeksen is ook te zien dat de absolute grootte van de grondwaterstijghoogte in sommige meetpunten goed wordt berekend en in andere meetpunten minder goed wordt berekend. Rondom deze grotere residuen is vooral extra aandacht gegeven aan de verbetering van het lokale modelconcept of modelparameterwaarden.
De statistieken van het niet-stationaire model zijn weergegeven in tabel 5.3. De
gemiddelde mediaan afwijking (= ruimtelijk gemiddelde over alle mediaan afwijkingen in de tijd) over 413290 meetmomenten in zowel ruimte (596 meetpunten in Limburg) als tijd (693) bedraagt ca. 0.60 m. Dit wordt vooral gedomineerd door de diepere watervoerende pakketten aangezien de gemiddelde mediaan waarde voor het freatisch vlak slechts enkele decimeters bedraagt. Het ‘gedrag’ of amplitude van een meetpunt kan uitgerekend worden door het verschil per meetmoment te nemen tussen de meting en haar gemiddelde over de meetperiode. Voor het gehele model (dat zijn metingen in Limburg) bedraagt deze afwijking slechts 0.07 m, en voor het freatisch vlak 0.08 m. De statistieken per meetpunt zijn opgenomen in Bijlage K.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 24/36
Figuur 5.2 Tijdreeksen freatisch grondwater (modellaag 21), rood is berekend met model, blauw is meting.
1
De modellagen 1, 2 en 3 kunnen in grote delen van het modelgebied als freatisch worden beschouwd omdat er tussen deze lagen nauwelijks scheidende lagen voorkomen.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 25/36
Tabel 5.3 Statistieken van het niet-stationaire model (modelgebied in Limburg).
LAAG GEMIDDELD AANTAL GEMIDDELDE MEDIAAN (BEREKEND-METING) GEMIDDELDE AFWIJKING (BEREKEND-METING) GEMIDDELDE DYNAMIEK METING GEMIDDELDE DYNAMIEK BEREKEND GEMIDDELD VERSCHIL DYNAMIEK (BEREKEND-METING) 1 303 -0.102 -0.130 0.326 0.245 0.082 2 652 0.254 0.235 0.359 0.270 0.089 3 353 0.520 0.507 0.311 0.259 0.052 4 974 0.680 0.579 0.580 0.395 0.185 5 634 1.492 1.502 0.337 0.315 0.022 6 585 2.202 2.189 0.382 0.273 0.109 7 645 0.158 0.184 0.384 0.249 0.135 8 234 0.033 0.018 0.297 0.175 0.122 10 455 0.549 0.540 0.308 0.204 0.104 11 1098 0.545 0.575 0.247 0.274 -0.028 12 939 2.359 2.353 0.301 0.377 -0.075 13 1192 -0.348 -0.382 0.229 0.351 -0.122 14 1324 0.710 0.656 0.251 0.358 -0.106 15 970 0.018 0.002 0.199 0.304 -0.105 17 1572 5.950 5.831 0.105 0.218 -0.113 Toelichting:
GEMIDDELD AANTAL = gemiddeld aantal metingen per meetpunt
GEMIDDELDE MEDIAAN (BEREKEND-METING) = gemiddelde mediaan van de residuen over alle meetmomenten GEMIDDELDE AFWIJKING (BEREKEND-METING) = gemiddelde afwijking van de residuen over alle meetmomenten GEMIDDELDE DYNAMIEK METING = gemiddeld verschil tussen de maximale en minimale waarden van een meetpunt GEMIDDELDE DYNAMIEK BEREKEND = gemiddeld verschil tussen de maximale en minimale waarden van een berekend meetpunt
GEMIDDELD VERSCHIL DYNAMIEK (BEREKEND-METING) = gemiddeld verschil tussen de berekende en gemeten dynamiek
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 26/36
6
Resultaten grondwatermodel
6.1 AGOR
De actuele grondwatersituatie in Limburg (de AGOR) is berekend met het stationaire en het niet-stationaire grondwater model en deze wordt weergegeven door middel van (dynamische) grondwaterstanden (gemiddelde hoogste en laagste grondwaterstand, de GHG en GLG), grondwaterstijghoogten en verticale fluxen over de scheidende kleilagen. In dit hoofdstuk worden de resultaten gepresenteerd van modelversie 1.1. De stationaire grondwatersituatie wordt weergegeven door:
• de berekende stationaire freatische grondwaterstand (modellaag 1); • de berekende grondwaterstijghoogte in de lagen daaronder (Figuur 6.1); • de grondwaterstanddiepte onder maaiveld (Figuur 6.2);
• de verticale grondwaterflux (kwel/wegzijging) door de deklaag (Figuur 6.3). De dynamische grondwatersituatie wordt weergegeven door:
• de gemiddeld hoogste grondwaterstand, gedefinieerd als het 8-jaar
rekengemiddelde voor 14-daagse metingen van de drie hoogste per jaar, de GHG (Figuur 6.4);
• de gemiddeld laagste grondwaterstand, gedefinieerd als het 8-jaar rekengemiddelde voor 14-daags metingen van de drie laagste per jaar, de GLG (Figuur 6.5);
• de dynamiek = het verschil tussen de GHG en de GLG (Figuur 6.6); • de grondwatertrap, bepaald op basis van de GHG en GLG.
De dynamische grondwatersituatie is berekend met het niet-stationaire model voor de periode 1994 – 2004, waarbij alleen de laatste 8 jaren zijn gebruikt voor de berekening van de GxG’s.
Aanvullende figuren met modelresultaten zijn opgenomen in bijlage K. Alle kaarten zijn ook in PDF-formaat beschikbaar op de bij dit rapport geleverde DVD. Deze kaarten bevatten de resultaten van modelversie 1.1.
De bestanden van de modelresultaten (versie 1.1) zijn opgeslagen op de bij dit rapport geleverde DVD.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 27/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 28/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 29/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 30/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 31/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 32/36
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 33/36
7
Interpretatie van het modelresultaat en aanbevelingen
7.1 Interpretatie van het modelresultaat
De initieel opgeleverde grondwatermodel referentiedatabase versie 1.0 is inmiddels vervangen door versie 1.1. Dit illustreert dat het model in ontwikkeling is en blijft (in versie 1.1 zijn de door WPM uitgevoerde verbeteringen van de waterpeilen in haar beheersgebied opgenomen). Het model vormt een weloverwogen balans tussen de ‘harde’ metingen en ‘zachte’ gebiedskennis volgens de definitie van modelparameters die dit mogelijk maakte. Deze balans is onder begeleiding van de uitvoerende partijen door beide groepen opdrachtgevers (IBRAHYM van WPM en Onderzoek
winningsmogelijkheden Roerdalslenk van Provincie Limburg, WRO en de WML) bepaald en afgesproken.
Het model kan in het vervolg worden toegepast voor het uitvoeren van analyses van de grondwatersituatie. De uitgevoerde scenarioberekeningen van onttrekkingen in de diepe pakketten in de Roerdalslenk zijn hiervan een voorbeeld. Scenario’s die betrekking hebben op de uitbreidingsplannen van de bruinkoolgroeve Inden in de Roerdalslenk behoren ook tot de mogelijkheden. Tevens kunnen modellen worden gegenereerd die buiten de toepassingsomgeving gekoppeld kunnen worden met een oppervlaktewater-model zoals geschiedt voor WRO.
Uit het model kunnen met het modelinstrumentarium deelmodellen worden aangemaakt, die het mogelijk maken op het gewenste detail en binnen redelijke tijd modelruns uit te voeren. Dergelijke modelruns kunnen worden uitgevoerd op een externe server of op lokaal aanwezige computers waarop het instrumentarium is geïnstalleerd.
Van belang voor het toekomstig succesvol gebruik van het modelinstrumentarium is tevens het organiseren van het beheer en onderhoud. Hiermee zal het mogelijk zijn om gecoördineerde verbeteringen aan het model uit te voeren op basis van nieuwe
informatie (bijvoorbeeld de parametrisering van de ondergrond uit REGIS) of op basis van (on)volkomenheden die voortvloeien uit het gebruik van het model. Het beheer en onderhoud kan eveneens worden gebruikt om de software van het instrumentarium en de computer infrastructuur op peil te brengen en te houden.
7.2 Modelresultaat in vergelijking met de eisen en wensen gesteld in fase 1 van het project Onderzoek winningsmogelijkheden Roerdalslenk
In fase 1 van het project Onderzoek winningsmogelijkheden Roerdalslenk (DHV, 2006) zijn eisen en wensen aan het te bouwen grondwatermodel geformuleerd. Deze zijn zo goed als mogelijk verwerkt tijdens de bouw van het grondwatermodel, waarbij de onderstaande opmerkingen kunnen worden gemaakt.
Omvang van het model
De buitenrand van het model is aan de west en oostkant op grote afstand van het aandachtsgebied gelegd in verband met het doorwerken van de verlagingen in de Roerdalslenk. De Feldbiß-breuk is gedeeltelijk ondoorlatend en gedeeltelijk doorlatend gemodelleerd (paragraaf 4.2). De ondergrond ten zuidwesten van de Feldbiß-breuk is in
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 34/36
het model opgenomen. Alle pakketten in de Roerdalslenk onder de Waubach zanden tot aan de formatie van Rupel/Boom zijn in het model aanwezig.
Nauwkeurigheidseis ten aanzien van grondwaterstandverlagingen
De nauwkeurigheid van de verlagingberekeningen is gesteld op 0.05 m. De resultaten van de scenario’s zijn op die schaal afgebeeld.
Aard van het model
De modelresolutie (25 meter), het aantal gemodelleerde lagen (19 lagen) en de koppeling met CAPSIM (onverzadigde zone model) biedt voldoende detail om stroombanen te berekenen, waarmee een globaal beeld kan worden verkregen van de grondwaterstroming. Hiermee kan inzicht worden verkregen in de mogelijke
verziltingrisico’s in het gebied. Voor een meer betrouwbare berekening van de stroombanen is een verdere opdeling van de deklaag en de modellagen waarschijnlijk noodzakelijk.
Mate van detail van het model
De berekende grondwaterstanden zijn door aanpassing van de modelparameters in de kalibratie zo goed als mogelijk aangesloten bij de gemeten grondwaterstanden. De resultaten zijn wel afhankelijk van de kwaliteit van de basisgegevens (peilen, infiltrerende werking van waterlopen, etc.) en de aanwezigheid van betrouwbare grondwatermeetpunten. Het gebruik van het model voor specifieke gebieden zal moeten uitwijzen of de gekozen detaillering van het topsysteem en de modelparameters nog verdere aanpassing behoeven.
Betrouwbaarheid van de modelparameters in relatie tot kalibratieperiode
1 De meest recente laaggegevens uit REGIS zijn toegepast. Tijdens de bouw van het grondwatermodel was de REGIS versie 2 parametrisatie van de ondergrond van Limburg nog niet afgerond, zodat een volgende versie van het model hiermee nog kan worden verbeterd.
2 De resultaten van pompproeven, zoals vermeld op de GrondwaterKaart van Limburg en ervaringscijfers van de kD zijn gebruikt ter verificatie van de parametrisatie.
3 De modelparameters van de Duitse modellen zijn toegepast. De aansluiting van deze modellen op de Nederlandse ondergrond is zo goed mogelijk uitgevoerd (zie paragraaf 4.4.1).
4 De wensen aangaande maaiveldhoogte, oppervlaktewatergegevens, kleilagen in de Nuenen-groep (nu Boxtel geheten) en grondwateraanvulling zijn uitgevoerd met een groter detail dan in DHV(2006) was aangegeven.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 35/36
7.3 Aanbevelingen
Binnen de randvoorwaarden geld, tijd en gegevens is het model van Limburg in relatief korte tijd ontwikkeld en opgezet. Hiervoor zijn aannames en concessies gedaan die in de (nabije) toekomst onderzocht en eventueel verbeterd zouden kunnen worden om de voorspellende waarde van het model te vergroten:
1. De ondergrond van Limburg is zeer complex door het (veelvuldig) voorkomen van slechtdoorlatende breuken en door het uitwiggen van veel kleilagen vanwege de overgang van mariene- naar fluviatiele afzettingen. Dit samen resulteert in scherpe contrasten in de stijghoogte en in kwel- en infiltratiepatronen;
2. De Maas is een belangrijke hydrologische drijvende kracht binnen Limburg. Het waterpeil van de Maas is zeer nauwkeurig in het model ingebracht en uit de gevoeligheidsanalyse is gebleken dat aanpassing van de intree- en uittreeweerstand van de Maas geen relevante veranderingen biedt. Uit lokale modelstudies blijkt dat een steile gradiënt wordt waargenomen loodrecht op de Maas wat duidt op een vorm van anisotropie waarbij toestroming lateraal naar de Maas moeilijker is. Deze mogelijke anisotropie is nu niet in het model verwerkt door het ontbreken van ‘harde’ kennis hieromtrent, maar zou mogelijk een verbetering van de berekende grondwaterstanden nabij de Maas kunnen opleveren;
3. De grondwateraanvulling is misschien wel de belangrijkste en tevens een onzekere parameter in het model, omdat hiervan geen directe metingen zijn. De berekening met een onverzadigde zone model op dagbasis beperkt de onzekerheid omdat hiermee het proces van neerslag naar grondwateraanvulling wordt geschematiseerd. Uit recente studies blijkt dat een significante verandering/verbetering van de ruimtelijke verdeling van de neerslag nog mogelijk is door het gebruik van radar; 4. Veel waterlopen in Limburg zijn niet peilgestuurd en oppervlaktewaterpeilen
worden hoofdzakelijk bepaald door de mate waarin de waterlopen afvoeren. Daarnaast is de infiltratie sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van water. De drainage en infiltratiecapaciteit zal met een gekoppeld SIMGRO-oppervlaktewater-model beter gesimuleerd kunnen worden. Beiden waterschappen (WPM en WRO) zijn activiteiten gestart voor een dergelijke koppeling;
5. Er ontbreekt een deel van het Duitse grondgebied in de modelschematisatie omdat dit buiten de grenzen van de Duitse grondwatermodellen is gelegen. Hierdoor valt de huidige groeve dagbouw Garzweiler I en de geplande dagbouw Garzweiler II buiten het model. Het is wenselijk deze groeven mee te nemen in een volgende versie van het model om de langetermijneffecten te monitoren voor het GGOR Meinweg/Turfkoelen;
6. De eigenschappen van de breuken verdienen nadere aandacht bij toekomstige verbetering van het grondwatermodel. Zo kan op grond van onderzoek door DHV voor de WML (Winning Herkenbosch, 2006) worden aangenomen dat het breukensysteem Peelrand, Meinwegbreuk en Zandbergbreuk bij de Meinweg hoofdzakelijk is gesloten. DHV (2006) vermeldt echter ook deels open breuken in het zuidelijk deel van de Meinweg;
7. De effecten van de grondwateronttrekkingen bij de bruinkoolgroeven in Duitsland kunnen met het grondwatermodel eenvoudig worden gesimuleerd. Dit is met de opgeleverde versie van het grondwatermodel niet uitgevoerd, omdat dit geen onderdeel van de opdracht was.
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B 36/36
8
Referenties
Bachmann D., Becker B., van Linn A., 2005, Aufbau und Kalibrierung des Grundwassermodells Rurscholle, Abschlussbericht, RWTH Aachen
DHV/KIWA, 2006, Onderzoek winningsmogelijkheden Roerdalslenk, Geohydrologisch modelonderzoek, Fase 1: Verkenning
Meyus, Y., Batelaan, O., De Smedt, F., 2000, Concept Vlaams Grondwater Model (VGM), Deelrapport, Vakgroep Hydrologie en Waterbouwkunde, VU Brussel De Rooij, R., 2000, A hydrogeological schematisation of the Roer Valley Graben, TNO, NITG 00-200-A
TNO (2004): REGIS V2, REgionaal Geohydrologisch Informatie Systeem, database TNO, Utrecht. http://www.dinoloket.nl/
TNO (1999 e.v.): DINO - Data en Informatie van de Nederlandse Ondergrond, database TNO. Utrecht. http://www.dinoloket.nl/
Valstar, J., 2007, IJken met de representermethode, Stromingen 13 nummer 2 Veldhuizen, A., P. Van Walsum, A. Lourens and P. Dik (2006) Flexible integrated modelling of groundwater, soil water and surface water, in Poeter, E., C. Zheng, M. Hill, and S. Seo, Proceedings of MODFLOW and MORE 2006: Managing
Groundwater Systems, IGWMC, Golden, Colorado, p. 94.
Vermeulen, P. T. M., G. Hendriksen, J. J. J. C. Snepvangers, W. L. Berendrecht, A. Lourens, T. Tambach, T. Benedictus and B. Minnema (2006b) iMOD Interactive Modelling Environment. TNO Software, www.tno.nl.
Vermeulen, P. T. M., C. B. M. Te Stroet and A. W. Heemink, 2006, Limitations to upscaling of groundwater flow models dominated by surface water interaction, Water Resources Research, 42, W10406, doi:10.1029/2005WR004620
Bijlage A | 1/7 TNO-rapport | 2007-U-R0193/B
A
Modelproces
Inhoudsopgave 1.1 Overzicht modelproces ... 1 1.2 Initialisatie ... 2 1.3 Modelanalyse ... 3 1.3.1 Stationaire gevoeligheidsanalyse ... 3 1.3.2 Controle kaartbeelden ... 3 1.3.3 Analyse op meetpuntniveau – bepalen residuen ... 3 1.3.4 Waterbalansen... 4 1.3.5 GWT analyse ... 4 1.4 IJking ... 4 1.4.1 Opschaling ... 4 1.4.2 Vaststellen meetset ... 5 1.4.3 Stationaire ijking... 5 1.4.4 Niet-stationaire ijking ... 7 1.5 Referenties ... 7 1.1 Overzicht modelprocesHet modelproces bestaat uit 4 fasen welke gedeeltelijk sequentieel, gedeeltelijk iteratief worden doorlopen, zie figuur 1. De iteratieve stappen worden als cyclus enkele malen doorlopen. Het iteratieve proces gaat door totdat zowel de residuen op de meetpunten, als het hydrologische gedrag (o.a. de ligging van kwel- en infiltratie gebieden) voldoende overeenstemming bereikt met de toelaatbare aanpassingen van model parameters in het model.
Figuur 1 - Schematische weergave van het modelproces.
Initialisatie
Modelanalyse
IJking
Bijlage A | 2/7
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B
Figuur 2 – Stappen in een modelproces.
1.2 Initialisatie
Tijdens de initialisatie worden de basisgegevens verzameld en verwerkt en
bijeengebracht in iMOD-bestanden (IDF, IPF en GEN formaat, zie Bijlage B). Deze iMOD-bestanden worden direct als MODFLOW modelinvoer gebruikt. Hieruit volgt een initiële modelrun, zowel stationair als niet-stationair.
In de cyclus van de kalibratie zullen de invoergegevens enkele malen lokaal worden aangevuld en verbeterd, totdat een uitgangsmodel wordt verkregen waarmee een automatische ijking kan worden uitgevoerd. Hiermee kunnen de parameters nog een finale aanpassing krijgen zodat op regionale schaal een evenwichtige verdeling van de residuen (verschillen tussen gemeten en berekende grondwaterstanden) wordt
verkregen. Initialisatie
Aanmaken MODFLOW modelinvoer
Initiële stationaire modelrun Initiële niet-stationaire modelrun
Modelanalyse
Stationaire gevoeligheidsanalyse
Controle kaartbeelden (standen, fluxen)
Analyse op meetpuntniveau – bepalen residuen Waterbalansen per afvoergebied
IJking
(Opschaling)
Stationaire ijking Niet-stationaire ijking
Vaststellen ijkset
Verificatie
Analyse op meetpuntniveau – bepalen residuen verificatie locaties
Bijlage A | 3/7
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B
1.3 Modelanalyse
1.3.1 Stationaire gevoeligheidsanalyse
Tijdens de stationaire gevoeligheidsanalyse is de gevoeligheid van de
grondwaterstanden/stijghoogten als gevolg van veranderingen van de volgende parameters berekend:
1. Deklaag (C1) factor=0.5/2
2. KD Beegden/Sterksel (WVP2-4) factor=0.5/2 3. Bovenste Brunssum klei factor=0.5/2
4. Onderste Brunssum klei factor=0.5/2 5. Reuver klei factor=0.5/2
6. Schinveld Zanden (WVP 11) factor=0.5/2 7. Waubach zanden (WVP13-15) factor=0.5/2 8. Zanden van Pey (WVP 12) factor=0.5/2 9. Maasweerstand (geheel) 5-50 dagen
10. Kanalen (Lateraal Kanaal, Vessem-Nederweert, Noordervaart) 11. Intreeweerstand waterlopen (hydrotypen) factor=0.5-5
12. Drainageweerstand (hydrotypen) factor=0.5/2 13. Breukjes factor= 0.1
14. Beregeningsgrootte (+/-50%)
15. Freatische bergingscoëfficiënt (fys. bodemeenheden) (0.75/1.25) 16. Verdampingsreductie Gt >=5: 0-30%
Hiervan zijn kaarten gemaakt die het effect op de grondwaterstand kwantificeren. Uit de kaarten is gebleken dat slechts weinig parameters een significante invloed hebben op de grondwaterstand. Er is daarom besloten af te zien van een kalibratie van de parameters genoemd bij de punten 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16.
1.3.2 Controle kaartbeelden
Tijdens de controle van de kaartbeelden wordt iMOD gebruikt. Zowel invoer als uitvoer (m.n. grondwaterstijghoogten en fluxen) worden binnen iMOD geanalyseerd en zijn teruggekoppeld naar de individuele partijen. De belangrijkste reacties van de
projectgroepleden en de daaruit voortgekomen acties die tot verbetering van het model hebben geleid, kunnen kort samengevat worden als:
• De winningen van Brabant zaten allemaal in modellaag 2;
• In Limburg zaten dubbele winningen en waren een aantal pompstations afwezig en/of toegekend aan de verkeerde modellaag;
• De injecties in Duitsland rond Meinweg (Venloschol) ontbraken;
• Significante winningen in Duitsland (Heinsberg: 27000 m3/d) en in België (Maaseik: 15000 m3/d) ontbraken;
• De invloed van de Hambach-groeve bleek afwezig; • Sommige watergangen konden onterecht infiltreren.
1.3.3 Analyse op meetpuntniveau – bepalen residuen
De residuen worden bepaald tussen de stationaire modelresultaten en de mediaan van de grondwaterstanden van de totale meetset (d.w.z. de voor de ijking geselecteerde
Bijlage A | 4/7
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B
meetpunten). Deze residuen worden middels residukaarten ruimtelijk weergegeven. De residukaarten zijn opgenomen in bijlage L. Ook de afwijkingen van volledige
tijdreeksen worden voor analyse ruimtelijk geplot door middel van tijdreekskaarten. Enkele voorbeelden zijn hiervan opgenomen in figuur 4.2 van het hoofdrapport. In bijlage L, tabel 1 zijn de statistieken per meetpunt in Limburg opgenomen. In iMOD is het mogelijk om grafisch ieder van deze meetpunten verder te raadplegen en analyseren.
1.3.4 Waterbalansen
Er zijn voor het Limburg model geen waterbalansen aangemaakt.
1.3.5 GWT analyse
Van iedere niet-stationaire run zijn de GHG, GLG, GVG en een grondwatertrappen kaart bepaald.
1.4 IJking
1.4.1 Opschaling
Opschaling (het verminderen van het aantal rekenknooppunten) is nodig om de ijking ‘computertijdtechnisch’ mogelijk te maken. Hiervoor worden procedures toegepast die beschreven zijn in Vermeulen e.a., 2006. Voor zowel de stationaire ijking als de niet-stationaire ijking is opgeschaald naar 500x500 meter rekenblokken. Aangezien het modelgebied gedomineerd wordt door freatische grondwatersystemen waarbij geen sprake is van intensieve polderinrichtingen geeft het 500x500 meter model een goede overeenkomst met het 25x25 meter model (zie figuur 3 en 4).
Bijlage A | 5/7
TNO-rapport | 2007-U-R0193/B
Figuur 4 – Berekende grondwaterstand in profiel 25x25m model en 500x500m model.
1.4.2 Vaststellen meetset
Voor de ijking wordt uit de totale meetset een ijkset vastgesteld. Hierbij worden meetlocaties meegenomen die:
- minimaal 4 metingen per jaar bevatten in de kalibratieperiode 1994-2004; - verder dan 500m verwijdert zijn van een onttrekking (>1mlj./jaar); - verder dan 25m verwijdert zijn van een waterloop;
- een kwaliteitslabel bezitten verkregen via tijdreeksanalyse waarbij reeksen die goed verklaarbaar zijn vanuit het perspectief van neerslagoverschot, en dus goed modelleerbaar zijn, een grotere betrouwbaarheid (weging) hebben gekregen dan meetlocaties waarbij dit niet het geval is. De hieruit afgeleide wegingsfactoren zijn gebruikt tijdens de automatische kalibratie.
Het resulterende bestand met meetreeksen omvat 311, 461, 224, 96, 136, 69, 28, 10, 1, 16, 32, 51, 31, 13, 8, 0, 1, 0, 0 meetlocaties voor respectievelijk de modellagen 1 tot en met 19. Totaal zijn er dus 1488 meetlocaties gebruikt, die zowel in Nederland, België als Duitsland liggen. Van deze meetlocaties zijn in totaal 413290 metingen beschikbaar! De geleverde GGOR-meetset bleek buiten de kalibratieperiode gelegen te zijn en is hierom niet meegenomen tijdens de ijking.
1.4.3 Stationaire ijking
Tijdens de stationaire ijking worden de tijdsonafhankelijke ondergrondparameters geijkt: kD- en c-waarden. Er wordt tijdens de stationaire ijking gebruik gemaakt van de Representer methode (Valstar, 2001).
25x25m model
500x500m model
