Infiltratieproefveld 'De Groeve' (II)

r

NN41545.0918

NOTA

91 s

u

^ juni 1976

Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding Wageningen

INFILTRATIEPROEFVELD 'DE GROEVE' (II)

dr. R.A. Feddes, mevr. G. van den Berg, J. Pankow en H. Siebering

_ Nota's van het Instituut zijn in principe interne communicatie-middelen, dus geen officiële publikaties.

X Hun inhoud varieert sterk en kan zowel betrekking hebben op een _{eenvoudige weergave van cijferreeksen, als op een concluderende}

discussie van onderzoeksresultaten. In de meeste gevallen zullen de conclusies echter van voorlopige aard zijn omdat het onderzoek nog niet is afgesloten.

Bepaalde nota's komen niet voor verspreiding buiten het Instituut in aanmerking

CENTRALE LANDBOUWCATALOGUS

i

I N H O U D

B i z .

I . INLEIDING 1

II. RESULTATEN WATERBALANS 1972-1975 2

III. MODELBEREKENINGEN 18

1. Theorie 18 2. Test van het model 21

3. Grondwateronttrekking en verdamping 24 4. Begingrondwaterstand en drainageweerstand 31

I.V. SAMENVATTING EN CONCLUSIES 34

I. INLEIDING

In een vorige nota (FEDDES en VAN STEENBERGEN, 1973) is een

be-schrijving gegeven van: het infiltratieproefveld 'De Groeve', het doel van het onderzoek, de theoretische achtergronden en de voorlopige re-sultaten verkregen op basis van de proefveldgegevens gedurende het jaar 1972.

Door de student Siebering werden de metingen over 1973 en 1974 be-werkt en tevens gebruikt als toetsing voor modelberekeningen. Hierna volgde extrapolatie voor een frequentiereeks van droge jaren. Een ge-deelte van dit onderzoek is vastgelegd in een scriptie van de

Afde-lingen Agrohydrologie en Bodemnatuurkundevoor de Landbouwhogeschool (SIEBERING, 1974). Na het groeiseizoen 1974 werden de metingen dras-tisch beperkt, om vervolgens per 31-12-1975 geheel te worden gestopt.

De profielopbouw in het proefveld is zeer heterogeen van samen-stelling met een sterke variatie in de verticale en horizontale door-latendheden. Voor deze complexe situatie werd een twee-dimensionaal finite element model ontwikkeld met vijf anisotrope bodemlagen waar-bij zowel met de verdamping van grond en gewas, alsook met indringing van water vanuit de sloten en wegzijging naar de onderliggende water-voerende laag (van waaruit wordt gepompt) rekening werd gehouden. Voor een beschrijving van enige berekeningsresultaten wordt verwezen naar FEDDES et al. (1975).

De huidige nota beoogt een globale samenvatting te geven van de voornaamste onderzoeksresultaten welke verzameld zijn over de jaren

II. RESULTATEN WATERBALANS 1972-1975

In nota 735 is een uitgebreide theoretische beschrijving van de verschillende componenten van de waterbalans gegeven. De belangrijk-ste zijn samengevat:

h - h

o m ,.,

q

o

= — (O

waarin: q = infiltratie per eenheid van oppervlak (mm.dag ) h = peil van het open water (mm)

h = stijghoogte van het freatisch oppervlak in het midden van het perceel (mm)

T = drainageweerstand (dagen)

Voor de flux door het freatisch oppervlak (q ) geldt:

waarin: E = verdampingsf lux door het maaiveld (mm.dag )

N = flux van de neerslag door het maaiveld (mm.dag )

M = hoeveelheid water onttrokken per eenheid van horizontaal oppervlak aan de grond boven het freatisch oppervlak (mm) Voor de wegzijgingsflux naar de ondergrond (q») geldt:

h_ -*2 =

Qo = P „ - (3)

waarin: h = gemiddelde stijghoogte van het freatisch oppervlak over het gehele perceel (mm)

<J>„ = stijghoogte van het diepe grondwater (mm)

c = verticale weerstand van de slecht doorlatende laag (dagen)

Bij constant peil in de sloten geldt nog dat:

De gemiddelde grondwaterstand over het perceel (h ) kan worden berekend uit:

h = h + a- (h - h ) (5)

p o fr m o

waarin: af = reduktiecoëfficiënt die afhankelijk is van de vorm van

de grondwaterspiegel (-)

Grondwaterstandsmetingen en vochtmetingen zijn verricht in twee raaien A en B. Raai A ligt in een moerpodzolgrond en raai B in een

koopveengrond. De raai B mag representatief geacht worden voor een groot gedeelte van het waterwingebied. Voor een verdeling van de in-filtratie q over de raaien A (q„.) en B (q_„) is in nota 735 de

vol-o ^OA %)B gende uitdrukking afgeleid:

°

m A T

B

q0A " TA * (h - h ) • q0B ( 6 )

A o m B

In tabel 1 is een overzicht gegeven van de voornaamste over de wekelijkse balansperioden gemeten basisgegevens en de daaruit

afge-leide grootheden.

De periode 7 tot en met 157 van tabel 1 is gebruikt om door mid-del van regressie van (h - h ) op q volgens (1) de drainageweerstand te bepalen. Dit leverde voor raai A en B respectievelijk:

TA = 313 dagen T = 340 dagen

De vormfactor van de grondwaterspiegel bleek slechts weinig te variëren gedurende de diverse jaren. Daarom werden de in 1972 gevon-den waargevon-den aangehougevon-den, zijnde:

aA = 0,64 aB = 0,79

gr gr

Er bestaat dus een duidelijk verschil in drainageweerstand en vormfactor bij de raaien A en B. De grondwaterspiegel in raai B is meer uitgezakt en heeft een symmetrischer verloop dan die in raai A.

a -o J5 • O s _ai U) C 01 > $ SB + fl o J 3 e 01 u 01 1 Ù0 0) 4-1 CO g UI a « « M •o i - i Ol > m « Fl oi 4-1 Öd 0 •s H m c s o o« T> • n C •H O S | 01 • co T3 4J «H rH « 3 0) • , 0 • a T3 oi •H C P. § o 01 M -H Ü 00 T3 01 U •O 01 •O *•» 9 ai •g -o o -H M e rH 3 I u « q i4 • d 41 « 41 •o > a « •H >i4 c q U 01 •o o • f « .5* 00 « Ol « m i j '"3 MOI » C" B CM *r-> 1 AH S ^-N < W cyv B P , T - , C ~ . I Ä T l • S J= o Pi a -~. < «U -» Z Oi*i-j vO I J5 .H -a * o < CO O • » O II z S T J= a a * oo CM oo — es ON en m en en m en — CM o — — — i n vo ON m r-. oo o — — r-* - * * j m i n m - * M - N en — — _ — 00 o •* n - in m N m m m VD VD VD VU o^ oo o> — — CM CM CM CM CM o ~- CM en CM o CM O 1 r* O 1 GO O 1 V O CM O en o I co o i CM O 1 VO o o 1 i n o I m C M o I CM oo m o\ m oo — m m ON r- r-v oo oo m CM CM m m - « N n m CM CM in en — oo CM CM a a a m — < -vo r- o vQ vO 0 0 ON m m r-* vo oo ON oo ao m o o o o o o -3-o I o V O o I m o I C M oo o 1 o 00 o 1 -3-o 1 o O 1 oo V O o 1 0 0 o 1 o o 1 oo r-. •»* — CM oo vO VO 0 0 — 0 0 en en en o m m vo CM en en en en — m i n - * en CM CM oo \ o — o vO P- i n CM — en oo — CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM CM 1 CM 1 tn 1 CM 1 C M CM 1 C M 1 CTV CM 1 C O 1 co - ï 1 C O 1 C M 1 C O 1 O O CM 1 1 1 -* 1 1 -3-1 oo 1 1 m C M 1 m CM m m m m l A VO 1 CO 1 VO 1 O CM 1 VO 1 CM 1 1 1 1 1 1 oo I-* 00 ON O — r*. 00 ON O ~- CM en m vo r*. oo ON C M C M C M C M C M C M C M c n

•e c • H OJ r-t OJ U I •8 o VC O «

i

? 01 DO OJ 0(1 Cf) • H (0 <d J 3 d cu * J CU g 0 0 o t T i O «S • H <0 i d I J • O r-< 0J > • H •s è 00 — O . - I OJ T3 U CO - o M C B 0 U 00 0 0 C u 'r4 CU 00 1 3 • t a • H O N oo CU 3 ca • H ffl CO J-l < i •r4 ctl CTJ ^ 1 — M OJ OJ »

N

1 . M CU CU » co eN er

s

e r e PQQJ ° if • T O • H .o o\ w o o II - - . e < ! 0 J O 00 ctj • T O • H . a — 's o 2 H u a idd e ndw . p e b a o <u 9 U -H ü t t t

1

_a « q •S3 O - H M e oo > a y •H a « a -H » 0 0 4J ai co co -o •SS Pi < ta 55 O i x: S I J 3 B I J 3 o o e o m \ £ > r - * c o o o c o v o o ~ - r~-oo r- r~-oo \p m UD u"ï co ro CM CM CM CM — ro oo oo r*» vO _ — M3 ei ro co *tf r-* i n i n v O m i n i n m m , O ^ O v £ > u"l \ 0 m u~i lO >0 \ 0 i ß >o ON oo in m in OON C 0C 0< 1-* £> 00V OV O 000 0 CO CM CM C OCO COC OC OC OC OC O o o I o o I 0 0 et o 1 C l O 1 CN O 1 r ~ O O o CO o o 1 -o-o o 1 co o o 1 CN CN O 1 CN o 1 CN O 1 CN e n o 1 CN <t O 1 U I u-| u-l U I CM ~ I O O — — co m o ON O — — — co es m co CN u i C M — a a O «* O \û r* r*. O O o I I I # * CM < • CO — C M c o m N O <t — uo 00 — m m m o * t f f . O CM co r- co oo uo in co co c o . i n l A CM ON O CM — O m o o r - ^ O ï O ^ o o o — O r * . r- r-* r*. I ' I r*. co co CM CM CM CM r ^ r s . r ^ r»» r * i I I I " " oo co oo ON C M C M C M C M C M C M C M C M CM CM CM CM CM CM m — oo m CM ON m co co CO co 1 e n 1 CN c o C l 1 1 C7> e n 1 e n 1 CN O 1 O 1 e n -» 1 o i o CN 1 O 1 c o 1 o -Ir CN -* 1 O 1 e n i i v o 1 1 -3-1 CN 0 0 1 CM CT» V f 1 CM 1 m o m i CM 1 CM UO 1 CM 1 ON CM l CM 1 NO CM CO m m oo ** ** 00 ON co o •— co m ON CM ? 7 en -et1 «a- .* o o o o o o o o o o o o I I I I I I I I I I I I o m en en o —

0 o u OO m •o •A 91 3 + Fl o VC •o c 91 ü) c Ol > «1 so Ol 5! z + a o OS o 91 •a o Ö0 T3 •H O e T 3 4J U e 91 •O i H 91 •n •o I o • • u W 3 'S ₀ u ca • H Ti ft 0) o. 91 •H oo-a O •! h I 00 •O rH 3 | 9) fa ö •a 9i s 3.5 g ü 00 4J 9i m CO T) " ö (09) o op m « CM •*-! T3 er -H J3 0 \ <(9) S-r. < ; ca m 2 tX*»-) I— I X -H » B J i o 2; a . ' ^ vo I ü ' J • a .o o <t! CO O - » O1 CO o

f

<r CM r-» o r -o CT* r*r -o» co vO 0 0 co CM CM v O CO u-I o \ O O co d -co -CO — r -m o — CM i n co r*. U"ï co r^ «* — -* m i n co m CO <• 0\ m oo CM m oo « — oo m \o vo r-. <* CM \ o vo r -r*. vo vo — r» m m m \o m m vo co <r " co co a\ oo CM CM — CM CM CM rv CM O — — © — -o- — <r <t — co o oo oo o \ m CM co — o r*. oo oo oo m c M C T \ m c M m a > o » o o c o v ß c M — - * - * — - j - m c M st- o <r m m o*> — v o m - * m o c M c o m c y * c j \ c o r ^ o o \ — co — m s r r - . v o o o o o o c o — — — — — — —. — — CM — — I I a a o o ^ o o o o ^ r \ o s r v o * * c M < i ' v o r * » c M c y > 0 \ o c N e s c o c M r o o o o o o c T \ v o \ o ^ \ o v O v o v o o o r ^ . v D r * « . r ^ < T i t T \ c o t y > - - - - — — C M C M C O C M O O O O O O O O O O O O O O O O O — — — — — — — — I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I * * 0 0 0 0 0 c 0 v 0 ^ O ^ O 0 0 ' * 0 m c 0 C M m » t f 0 0 © v 0 0, \ C M C T \ O O \ * O C M - . d -r * » » d " c o o — c M c o c o m m ^ - j - m -r ^ v o v û ^ o -r ^ t T i O O c T i t T i O — o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o — — — I I I + I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I en o 1 VO o 1 o o 1 co CM O + s f O + CM O O + - J O 1 vo CM O 1 o 1 vO CM o 1 VO O 1 O CM O 1 Ov CM O 1 VO O 1 CM O 1 vO O 1 vO VO O 1 v O VO O 1 VO m o i co o i CM VO O 1 vO O 1 O O 1 o 1 VS VO O 1 « j t ^ m m m ^ m - ^ - m m m m m m i n o o o o co co co o> co co co co r-* f--, r*. r*» I I I I — — CM CM • ï S ^ -O 00 h*. co c o c o c o c o c o c o c o c o < 3 - u n c o < t c o n » c o c o c o o s o > r ^ . c o c o o o o co o vo r^ — -tf c o c O c o c o c o c o c o c o c o c o c o c o m m m vo — CM CM — CM CM — oo m vO vO VO \ 0 m v O f ^ O O O ï O — C M c O CJ\ m CM CT\ m vo r^. oo er»

u 00 <U H + S o 13 i - I > Xi o I-t N M <U H a) T3 o • 1-4 M •SI _{M ±J} tu cd m -o u cd T3 CD 13 C O M 00 00 C U • H a)

II

o eu co 4J «H > H co s <n . x i •o » T3 -o 01 • H B a § o eu U 'H • o eu a , T3 iJ • H J B S S u CU T3 T3 O -H K a 00 > C 4J •H c CO C - H S " a t a a) » 2 < 0 ) <! « CNj . i - n a PLc B /-* <J CQ Cr« I .S -ri • S Ä O 5! < ö5 I J3 .ri • S J O CU (3 CU o S B î J=B a

t *

I X! a o g) z r * o oo m m — oo co n — — vo r- m <r m r-r- oo oo oo oo oo r- r» m (N r» r- i n m -î- ON o eo \ o co vO ON m ON — co — CM co m m i n m co oo co ON o \ ON oo co m co ON i n c o co e s — — o o- — — e s e s CM m — CM CM CO en m m m m m 00 u~i OO ON r«- co r- M3 r-. CM co co m vo CM oo co co oo ON co e s ON eo co co r^ r- r» r*- <r o o _ ro — ON ON o r - eo m m co r-* o o ON o — CM e s — e s e s O — — I I I o < r o v D v û > j e N O N — m ^ - c M C M < t o r ^ - * c o ^ - 4 - e s — m v û r ^ O N — o e s e o < t < t ^ c o ^ c o e s c s < 3 N \ o r , - - ' * o \ o c o c o i n - - o c N r - - - i n - s f ~ ~ ~ ~ S ~ ~ ~ -T — ~ -T o o o o o o o o o o o o o o I I I I I I I I I I I I i I I I I I I I I + I I I I e x > c o e N C M c s r ^ c o v o o o \ D - * c s r > c M - j, O i N O i o ^ o * - - r * - e s c O ' < r O cj\ ON o —« e s e s CM e s e s — o o oo m eo • * co e s ~^ o o o O m — — 0 0 — — — — — — — — — — o o o o o o o o o o o o o o I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I + + I I 1 o « c o a o o o c s v o c s - t f - 3 - v o v o — - J — — <r ™ v o c o i n ^ o ^ o e o O N r - c o c o m m m ^ ^ D r ^ . r ^ r N . r - - r - > . r > . v o i O O — e s o — — co co s r CM e s o — o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 1 I I I I I I I I I I I I + + I + + + + + + + I + + o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I I e s < • e s o — < r c M - d " ^ o r N . c o v o o \ c j O v D o — - t f 0 o e s * * c o m c s * û vO 00 <fr - * — O '•O O - ï <3" CO — — c O C S O N ' t f O O O N O O s t P ^ C S - J ' O — es — es -^ es co CM es es eo „CM co co co co co co co 00 00 00 00 O N ON ON co O co O co O co O co O co eo co eo co CO CO co — — — CM (S —• — I I I I I-*. -tf — r-— es co — es CM — 00 i/N. CM ON — — CM c M c o * * m ^ o r * c o o N O — CM O O C O O O O O C O C O C O O O O N O N O N CM O O 1 CN S 1 -3-CN O -e o O 1 0 0 o m es o i O 1 00 O

u 3 1 3 ja > c <u • a ai j = u o o n

1

o o ja u M — i-t > H M 0) C öl) ß H • O c o u cm u (il ÖO T 3 H a _o § 1 o S H œ 3 ai • ,a •a * • a u » •ri a a _{g o m} S u -H O W) T J S! 3 o 1 -e-e S a » ai I -g -a i c -a O -H H 6 M r - l 3 I ai a a u •x) ai 3 (u • s > a u • r i - H (3 « ai ai ss

i

_no ai co 1 u m •a 0 3 ( N D -3 cr n /-> a mai

° ï

•(-) - O • H Ä e j \ s _ / 0 0 " -Il / - v c <J<1) O 00 cfl • T U • H P* s ^ < CÛ Cf. B 'A o 5 <C <r I « ' H ' B J o I J 3 B

k*

CS — — i n ™ r -* -* -* -* -* -* vO 00 oo ~- VO co < T \ m ^ c o c s i n m c o m i n c o O 0 \ CM p " M 0 \ 0 \ « - ^ — o o \ ( S i n m i n m \ o oo — r o m o v D Ch CJ\ m m e s CM oo — — i n m m m m \ o * O i ^ — *i> e^ « e s — — o> oo o m oo oo rs <y\ CN ex« o o\ o <T\ 00 00 o _•— O — — _{o — —} CM CM O 1 oo r ~ O 1 0 0 — o 1 •3-CO o 1 VO <r o CM m o i -» o i *o r~ o I vO r* O 1 CN m o i CM CJ\ o 1 o 0 0 o 1 o r ~ o 1 vO — o 1 CM O o 1 o o 1 VO CM O 1 -<t en o 1 0 0 en o 1 CM en o 1 o - f o 1 0 0 <r o i i n i n m oo ej\ r*. m m m •*3- s * e s e s m o o o o o i i i i 0 0 \ û 0 0 ~ er» -cr -t cri - vu © ~ r* v© o — oo © e s ex. i n o o e o o <f e s o r * r - * r * . r ^ . r * r N . r « » r * . r s * r ^ r * . I I I l I l I l I l l — - . « C S e S C S e S C O C O C O C O m m m m & m e s e r t i n e s e y i ^ o i n e s e r » — e s e s ~- —• e s — . , — e s ex» \û m < r < • < r • * r^. r » r*« r ^ I I I I I l oo m — e s o — e s h X O l O -e s -e s -e s -e s i n ^ o p ^ c o o i o — - e s CM e s e s e s en r o c o

•o a

1

(U 4-1 Hl § bü • n i-t > H N kl Ol •a 0 • H U bO u tu m M t ) dt c C o ÖO 00 Ö M •H (U ÖO T) " - ) ö •H O N 00 S-g ü ç T3 4J -H tH W p Ol • , £ •Ü T3 0) • H B O . e o > S M -H B U I 51 7, i a •t) « tt •U +J •H « C a » 3 o c -a o -H u a 00 2 V PH 01 (U » m c ^ o " • « MOI .O CT*

s..

(3 <i<U U 00 CM < ] ^ 1 a sa ex J 3 II n -rH . O ^ rr» r^ o II I ,£! ' H » a -° o S -a-o il a i x : a CT* i n CM oo a* r-* « C M C M i n v O C O C T * C T * v O i£) 0O CO m m 00 CM o\ Oi o> r - vo m es — ro rO CM CM ro i n <x> i n m m CT* os m m m oo CM m o\ CT\ oo cr» VU m i n v O v ü « o o r - * C T » v ß a O ' — 0 ~ - — — CM — — — CM I I r i t I I i I ro oo m ro CM m — o — m — ro CM oo oo oo in — o CM ~ « CS CO CD r o CO CM m CM « ~ o o — o — — — ~ o oo CM y? yo r». <*0 00 00 CT» 00 r o — — r o vO vD ^O vu O O O O m CM CM co m — tj\ m — r-* o CT» r-. o r- oo CM ro — \£> — oo O i n CT* CT» CO ro CM — r^ r-% oo co ro cO ro ro r-. 0 0 l ro co ro r-. 00 1 O CM CT» CO I - * 00 1 p-CM O PN. CT» 1 CO -* r ^ CT* O CM r-* CT* 1 r o r » CT* I CM r*. o I m r*-O 1 00 r-* O 1 m r-* O 1 CM CM 0 0 I I I I I I I I I I O — ~ — — CM CM CM CM CM I I l I T I T I T T o r-* • * — — — CM CO « — CM m m m m m m m »n

3 • o <u o 00 o

1

cd T3 cd c e o 01 3 c <u cd T3 J J I H 0) •w •o •f-t S o co 3 J •" » •O CU c a o o Ö0 T 3 CU • a •o • H H CU o u a 4J cd » • o a CU a s CU • a • a B - H I» 3 _CU » X CU CU 3 pa CN er S er II 'S a «CU

° s

•m-O w 0 0 II • - . 0 <3<u O öO • T O & — <n ss i Ö w a\ ft-nN JS H -ja o o I P H a ^ 3 < •» S Ja o % pa T J5 e fa* T J3 S oo — oo r--4- o vO OO oo \o m <r CM CN o o m co o o — o -d- oo o o CN O m — — en e s eg m MJ \ 0 CN CN CO \ 0 CN < r o o 1 o CO o + vO co o + n o o 1 m — o i CM -~ O 1 OO CM O 1 LTt \0 \D CN CN m CO CM 0 0 — en — \J0 O\^ CN CN — m o m i n m m m i n m i n m m m m i n m I I I I I I I I I I I I I I ^ « « . — C N c N C N C N J I _l I I ^ - — 00 - j - — — CN CN — <?\ o — CN m m en en m - j I I I I I • * — oo m — — •— CN vo r>. o> m in in m m m m m in m — CN CN I I I o r^ si-~ — CN '«D vO vO ^-O vD vD m '•D r* oo ON 10

c •° S3 r-l 4 • H N U o> T ( o •rJ O) 00 Ù0 ß n •H O) 60 T3 " - I Ö •H O N 00 .-I w <u u T 3 4J •*4 co Ü e T l «-t V T 3 X t • i-I tf Ü 4J «i-l co 3 ^ »° S TJ <U ö a. 6 0 T j T3 ^ C a> •o 01 o . •H d c S 3 « o a -a O -H M e 00 <g u 3 0) o 01 z 00 u m a PQ - O " 9 _{« 0 1} O 00 PQ « ß < 0 I ü 00 II I J ! -H • a xi o pa

t

1

l -

1 r- O — CT» U"l CN 0 0 m *o \O m CT\ CT» ° 0 CO Cft Os KO VO — LO — CM CN m m i A i A \ o m u " ) u " t iO - «J - M) (N 1) CN — — \0 CN CO vO CN CN Üi « d CO N N ON — — — oo r-. <T\ vO CO CN o o o -3-O O o o -3-O * 3 O O - 3 O -3-O O - 3 O 4J •4-1 <u

f

r-. co — CN « CN - J 0 0 O O m CN — CN o\ i T i L n u i i n m i o i o i o i n m m i A L n i r i r ^ r - - r - - . r ^ . r - - . r ^ r ^ r ^ r - - - r ^ r - ^ r - - . r ^ p N . I I I I I I I I I I I I I I r ^ r - « r - N r - » r - » a o o o o o o o c y » o \ c r \ C \ c y * — CN CN ^ • m v o r ^ o o c T N O — c N f O s r i A v o r - * 0 0 C O 0 0 G O C O 0 0 C T \ O ^ C T v C T * O % O % C T \ C T ^ « 3 c 01 r~* « > 01 00 <u H •O c r H 01 00 fl ₍₀ k4 01 01 e co 'M • fi £ « _II M a j = U • H 3 O + J: SN 1 E- •e-£ II M a C J3 o-4J o-4J • H . ^ 3 3 O * 1]

Volgens (3) kan de verticale weerstand van de slecht doorlatende laag worden verkregen door regressie van (h - <{>„) op q„. De waarden

van q„ werden indirect berekend uit (4) waarbij qf volgens (2) werd

gevonden als sluitpost van de waterbalans van de onverzadigde zone. Regressieberekeningen over de jaren 1972 en 1973 leverden respectie-velijk voor raai A een C van 731 en 730, voor raai B een C van

189 en 217 dagen. Aangezien deze waarden niet significant van elkaar verschilden, werd aangehouden dat:

C, = 731 dagen C,, = 189 dagen

A B

Uit deze waarden blijkt de sterk heterogene samenstelling van de ondergrond.

Voor een schatting van de verdeling van de infiltratie q over de raaien A en B werden de regressielijnen van (h - h ) op q over de periode 7 tot en met 157 gebruikt. Deze lijn blijkt bij raai B door het nulpunt te gaan, bij raai A echter niet. Bij raai B is dus bij q = 0 , (h - h ) = 0 , maar bij raai A is dan

J ^o o m J

B

(h - h ) = - 0,24 m. Dit wil zeggen dat bij een inlaat aan het be-o m ,

A

gin van het proefveld van q = 0 er bij raai B ook geen infiltratie noch drukverschil optreedt, maar dat er bij raai A dan sprake is van drainage. Substitutie van de gemiddelde drukhoogteverschillen over genoemde periode en de drainageweerstanden van beide raaien in (6) levert:

0,207 340 . / 0

^ A " "JIT ' ÔT524 ' q0B - °'43 q0B

Samenvattend kunnen we dus zeggen dat:

q0A = °'43 qo e n q0B = qo

In fig. 1 zijn de infiltratie- en wegzijgingsnelheden weergegeven voor raai B gedurende de jaren 1972/1975. Het blijkt dat een

infiltra-tie tot + 3 mm.dag vanuit de sloten mogelijk is in zeer droge perio-den en bij grote hoeveelheperio-den gewonnen drinkwater. Het deel van het infiltratiewater dat wegzijgt naar de ondergrond komt ten goede aan

mm 4

dag" _{infiltratie vanuit de sloot, q}Q

wegzijging naar de ondergrond, q2

o l I I I I I I I I I I i | ' ' ' I I I I I J | I I J F M A M J J A S O N D l j F M A M J J A ! " 1972 I 1973 i i i i | i i i i i . S O N D U F M A M J J A S O N D J.F M A M J J A S I 1974 I 1975

Fig. 1. Het verloop van de infiltratie vanuit de sloten en de wegzijging naar de ondergrond gedurende de meetperiode 1972-1975 op raai B van het infiltratieproefveld 'De Groeve'

de waterwinning (q«), het andere deel aan de plant (= q - q?) . Zowel

hoeveelheden als onderlinge verdelingen hangen af van de verdampings-intensiteit, de grootte van de waterwinning en de heersende grond-waterstanden (voor details, zie tabel 1). Uit fig. 1 wordt duidelijk

dat tijdens de winterperioden gedurende slechts relatief korte tijdsduren afvoer naar de sloten plaats vindt. Het grootste gedeelte van het neerslagoverschot blijkt dan naar de ondergrond te verdwij-nen.

Hetgeen voor raai B is opgemerkt geldt in grote trekken ook voor raai A, alleen zijn de infiltratiehoeveelheden daar lager evenals de wegzijgingsverliezen.

In tabel 2 is nog eens een overzicht gegeven van de voornaamste grootheden, nu gemiddeld over de verschillende winter- en zomersei-zoenen. Uit deze tabel blijkt duidelijk dat infiltratie vooral effect heeft als aanvulling van de ondergrondse watervoorraad, maar dat de effecten op de capillaire opstijging naar de plant slechts relatief gering zijn. In raai B bedraagt deze gedurende de zomerseizoenen van

1973 en 1974 respectievelijk gemiddeld 0,3 en 0,5 mm.dag . De flux naar de ondergrond is dan respectievelijk 7 en 3 keer zo groot. Bij deze beschouwing moet wel in gedachten worden gehouden dat de totale bijdrage van de capillaire opstijging aan de verdamping over het groeiseizoen wel belangrijk is: 180 x 0,5 = 90 mm, dat wil zeggen bij

c • H a <u •a _at 4-1 Ü 0 u m m « u A i p, + B o Xi i cr s i n vO <T» CO — o cN — <r \£> en <?* m et cr» ex» \o (j\ u~t ^r < t oo c-i m <t o oo vO »x> *X) r*. oo ex» VU i£> ^o cr« <x* m vo oo m m \£> oo cr« — i n oo «n (U nj ai co es CN en n i a . X o, A ! a ^ 14

een verdamping van 450 mm toch nog 20 %.

Het is opvallend dat bij raai A de gemiddelde capillaire opstij-ging vrijwel altijd negatief is (alleen in het zomerseizoen '74 is er een positieve gemiddelde opstijging van 0,1 mm.dag ) . Dit is te wijten aan de andere profielopbouw en hydrologische gesteldheid van de ondergrond.

Teneinde de invloed van de grondwateronttrekking pp de diverse hydrologische grootheden af te kunnen leiden, zijn hieronder enige lineaire betrekkingen gegeven waarin <)>_, de stijghoogte van het diepe grondwater, gegeven is als de onafhankelijke variabele. In schema gezet, kan de invloed van ((>„ op respectievelijk h , h , q , q„ en

q- via de aangegeven pijlen worden weergegeven als:

Voor de perioden 7 tot en met 157 is afgeleid, dat bij een con-stant slootpeil (h = - 0,14 m-NAP) geldt:

1. 2. 3. 4. 5. h _m h P qo q2 qfr -= a$2 + b h + a-o fr h - h o m T hp " * 2 c qo - "2 m _{• V} h m h P qo q2 qfr = = = -= R A A 0,918 0,588 -0,002933 -0,0005643 -0,002369 I A *2 *2 *2 *2 *2 + + -+ -0,428 0,224 0,001815 0,0003058 0,002121 h m h P qo q2 qfr -= = = -R A A 1,091 0,862 -0,003208 -0,0007314 -0,002477 I B *2 + *2 + * 2 " *2 + * 2 " 0,295 0,204 0,001280 0,001079 0,002359 (m-NAP ) (m-NAP ) (m. dag ) (m.dag ) (m.dag ) 15

De waterwinning in het proefgebied kan worden gezien als een ont-trekking uit het onderste van twee boven elkaar gelegen pakketten met semi-spanningswater waarboven een freatisch pakket. Oplossingen hier-voor zijn vermeld in bijlage 2 van VAN RIJSBERGEN (1972), waarbij een

lineair verband tussen de onttrekking (Q) en het stijghoogteverschil freatisch-diep water (h - <j>„) geldt.

Voor de jaren 1972-1974 werden de gemiddelde wekelijkse stijg-hoogteverschillen tussen het freatische en diepe water van raai B uitgezet tegen de wekelijkse gepompte hoeveelheden water door het pompstation (fig. 2 ) . Daarbij zijn helaas geen metingen bekend waarbij een hele week lang niet of slechts een constante kleine hoeveelheid is gepompt, zodat de grootte van het intercept van een te berekenen regressielijn enigszins onzeker is. Teneinde hier toch een schatting voor te kunnen doen is nagegaan wat in de situatie vóór het pompen

het drukhoogteverschil tussen het freatisch water en het diepe pakket op +_ 100 m (h - ^ifl,-,) was. Dit bedroeg ongeveer 0,80 m. Nemen we een

c-waarde van het totale pakket aan van 600 dagen dan moet de kwel -3 _]

vóór het pompen 0,80/600 = 1,33 x 10 m.dag hebben bedragen. Dit -3 wil zeggen dat dan h - <J>_ = c • q = 189(-l ,33 x 10 ) = -0,25 m

moet hebben bedragen. De algemene vergelijking luidt dan:

Q = a {(h - <j>2) + 0,25} (loV.week- 1) (8)

3 2 -1 waarin: a = 274 (10 m .week ) .

alleen p r o e f v e l d op 0.14 m - N A P . g e h e l e gebied op 0.14 m - 26 0 N A P Q (103 m3. w e e k " ' ) 3 0 0 2 8 0 -( 1 0 • r e g e l m a t i g gepompt ( 7 dagen)

o onregelmatig gepompt (minder dan x ' 7 dagen) m . j a a r ) 16 1 5 H 1 4 13 . 6 0 . 7 0 hp- 02( m ) Fig. 2. Het verband tussen de hoeveelheid opgepompt ruw

water door het pompstation (Q) en het stijghoogte-verschil tussen het freatische en diepe water

(h - <t>„)in raai B van het infiltratieproefveld. De gestippelde lijn geeft de relatie weer

indien het gehele waterwingebied op hetzelfde slootpeil van 74-m.v. wordt gebracht als in het infiltratieproefveld

III. MODELBEREKENINGEN

1. T h e o r i e

Ter berekening van de invloed van de waterhuishouding op de ver-damping en opbrengst van landbouwgewassen bij diverse ingrepen in de waterhuishoudkundige situatie, is uitgegaan van het pseudo-stationaire rekenschema zoals beschreven door RIJTEMA (1971), RIJTEMA en BON (1974) hetwelk verwerkt is tot een computerprogramma door DE LAAT (1976).

Het profiel wordt voor de berekening geschematiseerd tot een wor-telzone met de bijbehorende ondergrond welke beide verschillende bodemfysische eigenschappen kunnen hebben. Voor het onverzadigde pro-fiel kan worden uitgegaan van de waterbalansvergelijking:

E = N + qf r -jg- (mm.dag"1) (9)

waarin: E = verdamping N = neerslag

q- = opstijging uit het grondwater . = verandering in vochtvoorraad

Indien qf nu als functie van de grondwaterstand kan worden

ge-schreven, kan het verband tussen E en AM/At worden berekend, waarbij we uitgaan van een pseudo-stationaire beschouwing voor de beschrij-ving van de vochtstroming in het profiel.

Voor de flux door het freatisch oppervlak geldt verg. (4)

qfr = qQ - q2 (4a)

Substitutie van verg. (1) en (3) levert:

h - h h - «f).

,

£ r

-

-

^

^

-

^ CO)

Uit verg. (5) is af te leiden dat:

h - h

h - h - - E °- (11)

Substitutie van (11) in (10) geeft dan: 'fr h - h _o P aT

V * 2

₍₁₂₎

zodat qf bepaald i s als functie van de gemiddelde grondwaterstand in

de raai en de stijghoogte van het diepe water.

In het computerprogramma wordt (12) in enigszins andere vorm ge-schreven als h = P aT q. + — <> j i r c 2 o 1 + aT (12a)

of meer algemeen als

hp = C°l qfr + C°2 *2 + C 03 (12b)

waarin C0], C0„ en CO berekende constanten zijn die afhangen van

T, c, a en h • Bij iedere in te voeren waarde van <J>„ is nu het

ver-band tussen h en q£ te berekenen,

p ^f r

Ter beschrijving van de term AM/At in (9) wordt het profiel onder-verdeeld in een wortelzone en een ondergrond. Er wordt aangenomen dat geen verticale vochtspanningsgradiënten in de wortelzone optreden, zodat een splitsing van de vochtvoorraadverandering tussen de wortel-zone en de ondergrond mogelijk is, volgens

(e* - 6* ) d* AM = t2 1 At At At dz - dz (13) waarin: (e* - e* ) d* 2 1 d* z t _dz, 3 -3 = volumetrisch vochtgehalte (cm .cm ) = vochtinhoudverandering wortelzone (mm) = dikte wortelzone (dm)

dz = vochtinhoud ondergrond (mm) op respectie-velijk tijdstip t„ en t

z

De waarde van de functie ) d kan voor pseudo-stationaire om-_{t z}

o

standigheden vanaf het tijdstip t = 0 numeriek worden berekend door uit te gaan van de 1-dimensionale stromingsvergelijking voor het

ver-ticale vochttransport!

ss--£

waarin: q = volume flux per eenheid van tijd door een eenheid van

C 3 - 2 - 1 -1

horizontaal oppervlak (cm .cm .s = cm.s )

Voor stationaire omstandigheden is 9 6/9t = 0, zodat q is

con-stant. Volgens Darcy kan voor q worden geschreven:

«c - -

K

<« £

of qc = KCP)(||-- 1) (mm.dag"1) (15)

waarin: $ = hydraulische drukhoogte (<)> = - Y + z ; cm)

y = vochtspanning (cm)

z = hoogte boven de grondwaterspiegel (cm)

K(40 = onverzadigde doorlatendheid, ook wel capillair gelei-dingsvermogen genoemd (mm.dag )

Verg. (15) is te schrijven als:

dZ =

KWI

q

c d¥

<

1 5 a

>

Indien K bekend is als functie van ¥ dan is (15a) te integreren, zodat voor elke waarde van q de vochtspanningsverdeling boven de grondwaterspiegel bekend is. Met behulp van de vochtspanningscurven die het verband tussen ï en 9 geven, kunnen de vochtspanningsprofie-len worden omgezet in vochtgehalteprofievochtspanningsprofie-len. Uit de voorwaarde dat de zuigspanning op het grensvlak wortelzone-ondergrond gelijk moet zijn aan die in de wortelzone, kan voor iedere grens van een balansperiode worden uitgerekend welk dynamisch evenwicht er bestaat tussen de

vochtonttrekking uit de wortelzone en het vochtverlies uit de onder-grond.

Er wordt aangenomen dat de verdamping porentieel is indien de pF(= log ¥)-waarde in de wortelzone kleiner is dan 4.2 (verwelkings-punt). Een bepaald (stationair) vochtspanningsprofiel kan blijven be-staan totdat de grondwaterstand zover is gedaald dat in de wortelzone pF 4.2 is bereikt. Daarna kan geen water meer uit de wortelzone wor-den onttrokken en treedt een reduktie in verdamping op. De capillaire opstijging zal dan moeten afnemen en de werkelijke verdamping wordt dan bepaald door de grootst mogelijke capillaire opstijging.

Door nu voor verschillende waarden van de capillaire opstijging (q )de vochtleveranties van het profiel te bepalen, kan bij een

om-schreven verdampingsbehoefte van het gewas volgens (9) worden bere-kend met welke capillaire stijgsnelheid de vochtleverantie zal plaats-vinden en waar de nieuwe grondwaterstand zich zal beplaats-vinden.

Als begintoestand in het voorjaar wordt aangenomen dat het

vocht-spanningsprof iel boven de grondwaterstand in evenwicht is: de

zuig-spanning is gelijk aan.de hoogte boven de grondwaterspiegel. De invoer van het computermodel bevat onder andere: de dikte van de wortelzone, de vochtspanningscurven van de wortelzone en de onder-grond, de onverzadigde doorlatendheid van de onderonder-grond, de begin-grondwaterstand en per tijdstap de diepe begin-grondwaterstand (ijO en het verdampingsoverschot (E - N ) .

De uitvoer van het model omvat onder andere: de grondwaterstand, de vochtvoorraad in de wortelzone en in het totale profiel, de

capil-laire opstijging (qfr)> de wegzijging (q„) , de infiltratie (q ) , de

actuele verdamping en de pF in de wortelzone.

2. T e s t v a n h e t m o d e l

Het model is getest aan de gegevens verkregen met raai B, aange-zien deze raai het meest representatief is voor het waterwingebied.

In fig. 3 zijn voor raai B de vochtspanningscurven voor de wortel-zone en de ondergrond, en in fig. 4 de onverzadigde doorlatendheid in afhankelijkheid van de vochtspanning weergegeven.

w o r t e l z o n e ondergrond

0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

3 - 3

8 ( c m . c m )

Fig. 3. De vochtkarakteristieken van de wortelzone en de ondergrond voor raai B van het infiltratieproefveld

K (cm. dag"') 1,— 0 < i|>< 5 0 : K = 0 . 6 1 e "0 0 8^ l|) » 5 0 : K = 2.63 <|T 0 . 0 1 -0.001

Fig. 4. De onverzadigde doorlatendheid (K) als functie van de

vochtspanning (Y) voor raai B van het infiltratieproefveld

Toetsing van het model kon geschieden aan de hand van de volgende gemeten grootheden: de grondwaterstand, de infiltratie, de vochtspan-ning in de wortelzone en (als afgeleide grootheid) de wegzij ging naar de ondergrond.

Voor het 'natte' jaar 1972 waren de met het model berekende resul-taten niet goed in overeenstemming te brengen met die verkregen vol-gens de waterbalans. In dit jaar traden er regelmatig perioden met afwisselend (sterke) neerslag en verdamping op hetgeen onvoldoende door het stationaire model werd opgevangen.

Voor 1973 was er een redelijk goede overeenkomst tussen berekening en veldmeting. De beste aanpassing werd verkregen door de drainage-weerstand met 15 % te verhogen en de verticale drainage-weerstand op zijn

oor-spronkelijke waarde te laten. De belangrijkste resulten zijn weerge-geven in fig. 5. Het blijkt dat het verloop van de berekende grondwa-terstand wat regelmatiger is dan dat van de gemeten, echter het abso-lute niveau bevindt zich op de goede diepte (fig. 5a).

De infiltratie (q ) »berekend als de som van wegzijging (q„) en

flux door het grondwateroppervlak (qf ) komt zeer goed overeen met

de metingen volgens de waterbalans (fig. 5b). Echter de verdeling van q over q„ en q^ bleek niet zo goed te zijn: de berekende q„ was 365 mm tegen een indirect 'gemeten' waarde van 295 mm. Daarbij moet

worden bedacht dat de werkelijke qf en q„ niet direct zijn gemeten,

maar afgeleid zijn uit respectievelijk verg. (2) en (3). Fouten die bijvoorbeeld gemaakt zijn in de bepaling van E en dM/dt zullen via

(2) uiteindelijk tot uiting komen in qf . Dit geldt in enigszins

ande-re mate wat betande-reft q„ voor h en <\>„.

2 p .2

De simulatie van de vochtspanning in de wortelzone blijkt gedu-rende de eerste 12 weken van de meetperiode goed de werkelijkheid te benaderen (fig. 5c). Voor de laatste 8 weken blijkt de berekende pF wat te hoog te zijn. Een van de oorzaken van deze discrepantie kan zijn dat bij de berekening ervan wordt uitgegaan de de verdamping en neerslag regelmatig verdeeld zijn over een balansperiode, terwijl bij de vochtmeting eventuele neerslag, bijvoorbeeld vlak voor een meting, direct aanleiding geeft tot lagere vochtspanningen. Een andere oorzaak kan zijn, gezien de grote spreiding van de meetpunten in fig. 4, dat

de werkelijke capillaire eigenschappen van de grond wat afwijken van

de in deze figuur weergegeven benaderende relaties.

De simulatie van bovengenoemde grootheden over het groeiseizoen 1974 gaf soortgelijke tendensen als voor 1973 te zien.

g r w s t ( c m - m v ) 1 2 0 r

©

_{• • • gemeten} berekend 180 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 infiltratie qo(mm) 4 0 0 3 0 0 2 0 0 2 0 0 -0 2 4 6 8 1-0 12 14 16 18 2-0 pF-wortelzone 5 r

©

J I I I I I I I I I 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 tijd (weken)

Fig. 5. Vergelijking tussen de met het model berekende grondwaterstand, infiltratie vanuit de sloot en de pF in de wortelzone met de in het veld gemeten waarden voor raai B van het infiltratie-proefveld gedurende het groeiseizoen 1973

3. G r o n d w a t e r o n t t r e k k i g e n v e r d a m p i n g

Via fig. 2 is de relatie tussen de opbrengst van het pompstation (Q) en het stijghoogteverschil freatisch - diep water (h - <f>_) bekend.

Daar q_ = (h - cjO/c, wil dit zeggen dat ook het verband (Q •*• q.)

be-kend is.

Met het computerprogramma is het mogelijk om voor verschillende

wegzijgingssnelheden (q ) de relatieve verdamping (Ere/Epot t e

bere-kenen over het groeiseizoen (15 april-15 september). Door RIJTEMA (1971) is voor een aantal landbouwgewassen aangegeven het niveau van de droge stofopbrengst in afhankelijkheid van de relatieve verdamping. De relatie voor gras op veen bij een bemestingsniveau van 300 kg N.ha

is:

E 2

Y = 13,5(-^-) (t.ha ') (16)

ü . _pot

Onder omstandigheden waarin E = E . dus geen reduktie in

poten-re pot _. tiële verdamping, is de maximale opbrengst Y = 13,5 t.ha

Samengevat, kan de invloed van de grondwateronttrekking (Q) op het opbrengstniveau van gewassen (Y) worden verkregen volgens de keten:

0 + h - d>„ •* q„ ->- E /E -> Y w up H>2 42 act' pot

Indien gedurende een groeiseizoen een constante onttrekking (Q) wordt gehandhaafd, zal ook het potentiaalverschil (h - cf>_) en

daar-P 2 mee de wegzijging (q„) constant moeten z i j n . Voeren we nu v e r s c h i l

-lende constante waarden voor(h - <)>„) in het programma i n en by diver-se klimatologische j a r e n , dan kunnen we u i t e i n d e l i j k een gemiddelde invloed van de onttrekking op de r e l a t i e v e verdamping v a s t s t e l l e n . Om daarbij nog de invloed van de i n f i l t r a t i e vanuit de sloten t e evalueren kunnen we de berekening uitvoeren voor een a a n t a l v e r s c h i l -lende s l o o t p e i l e n .

In het programma i s in verband met de invoer per t i j d s t i p van het c o n s t a n t e s t i j g h o o g t e v e r s c h i l (h - d> )

P 2

in plaats van de stijghoogte <j>2 (zoals gedaan bij het testen aan de

veldgegevens) een aanpassing van de betrekking tussen q. en h

ge-tr p

bruikt. Stellen we in verg. (12) h - <f>2 = Z, dan valt af te leiden

dat:

h = - aT qc - — Z + h (12c)

p f r c o

of h = CO! qr + COl Z + COI (12d)

p 1 fr 2 3

w a a r i n CO', CO' en CO' bekende c o n s t a n t e n z i j n d i e afhangen van a , T, c en h • Bij i e d e r e ( c o n s t a n t e ) waarde Z i s h e t verband t u s s e n

o

h en q . t e b e r e k e n e n , p ^ f r

De g r o n d w a t e r s t a n d a a n h e t b e g i n van h e t g r o e i s e i z o e n (15 a p r i l ) wordt weer v e r k r e g e n door een e v e n w i c h t s -s i t u a t i e t e v e r o n d e r -s t e l l e n , d a t w i l zeggen q^ = 0 . S u b -s t i t u t i e i n (12d) l e v e r t :

hb e g i n = c o, z + c o, ( ] 2 e )

P 2 3

Bij h e t i n h e t model i n t e v o e r e n v e r d a m p i n g s o v e r -s c h o t (E - P ) , wordt gewerkt met de kan-s op h e t o p t r e d e n van een b e p a a l d verdampingsoverschot i n een zeker j a a r . Deze kans i s t e berekenen door een s t a t i s t i s c h e bewerking van n e e r s l a g - en verdam-p i n g s g e g e v e n s . Zo kunnen worden o n d e r s c h e i d e n een 1 %, 10 %, 20 %, 50 % en 90 % droog j a a r . In deze t e r m i n o l o g i e i s een 1 % droog j a a r dermate droog d a t de n e e r s l a g s l e c h t s één k e e r i n de 100 j a a r wordt o n d e r s e h r e d e n . De g r o o t t e van de v e r d a m p i n g s o v e r s c h o t t e n v o o r de v e r s c h i l l e n d e d r o o g t e g e v o e l i g e j a r e n z i j n weergegeven i n t a b e l 3 .

Tabel 3 . Verdampingsoverschotten vanaf 15 a p r i l over 10 a a n e e n s l u i t e n d e 15daagse t i j d v a k l e n g t e n voor d i v e r s e d r o o g t e g e v o e -l i g e j a r e n ( a f g e -l e i d van RIJTEMA, 1971). De c i j f e r s z i j n o n t l e e n d aan het KNMI s t a t i o n t e W i n t e r s w i j k

O n d e r s c h r i j d i n g s -kans n x 100 j a a r Tijdvak ( l e n g t e 15 dagen) 8 9 10 T o t a a l

90

3

3

3

4

4

3

4

4

-

4

-

3 21

50 14 16 11 12 15 17 10 10 3 4 112

20 27 28 23 23 16 17 18 18 12 8 190

10 32 32 24 25 25 25 19 20 15 16 233

1 40 40 36 35 40 40 28 29 19 19 326

26

Het s l o o t p e i l ( h ) in het waterbalansgebied wordt ge-handhaafd op 74 cm-m.v. Om de invloed van variaties in het slootpeil op de reële verdamping na te kunnen gaan, zijn situaties doorgerekend met slootpeilen van 94, 74 en 34 cm-m.v.

De o n t t r e k k i n g s n i v e a u s (Q)van h e t p o m p s t a t i o n

zijn gekozen overeenkomstig de in het model ingevoerde constante stijghoogteverschillen (h - <}>„): 0, 10, 30, 50 en 60 cm voor de

P ^

slootpeilen 34 en 74 cm-m.v. en 0, 20, 40 en 60 cm voor het slootpeil 94 cm-m.v. Dit komt overeen met een variatie in Q van 3,56 - 11,84 x x 10 m .jaar . (Aangezien het gehele jaar door vrij gelijkmatig

wordt gepompt, zijn de resultaten omgerekend op onttrekkingen op jaar-basis) .

In fig. 6 is een overzicht gegeven van de relatieve verdamping in afhankelijkheid van de onttrekkingscapaciteit voor een aantal droogte-gevoelige jaren bij 3 verschillende constante slootpeilen. (Hierbij moet inacht worden genomen dat de frequentieverdeling van de verdam-pingsoverschotten van de Groeve mogelijk iets anders zal kunnen lig-gen dan die van Winterswijk) .

Het blijkt dat hoe hoger het slootpeil, des te gunstiger is de watervoorziening voor het gewas. Een slootpeil van 34 cm-m.v. is wanneer er niet zou worden gepompt, normalerwijze voor de praktijk niet haalbaar, aangezien de draagkracht van de graszode dan te klein wordt. Deze draagkracht is in het voorjaar bepalend voor het tijdstip van N-bemesting en het uitrijden van organische mest. Waar dit niet

tijdig kan gebeuren treedt een verlating van de hergroei van het gras en van het begin van het weideseizoen op. Hierbij komt nog dat op natte gronden de grasgroei in het voorjaar trager zal zijn. In de zomer is de draagkracht van betekenis voor eventuele verliezen bij beweiding (vertrapping tijdens weideperiode) en ruwvoederwinning. In het najaar bepaalt de draagkracht tevens de lengte van het weidesei-zoen. Uit onderzoekingen van VAN WIJK en FEDDES (1975) aan veengron-den te Bleskensgraaf is gebleken dat voor een goede opbrengst van de

Ie en 2e snede de gemiddelde grondwaterstand in winter en voorjaar

zich tenminste tussen 50-60 cm-m.v. moet bevinden. Teneinde

en ruwvoederwinningsverliezen te voorkomen zou de grondwaterstand in het voorjaar zich op ongeveer 80 cm-m.v. moeten bevinden.

7 8 9 10 11 12 13 14 15 Q(106m3.jaar~1)

Fig. 6. Berekening van de relatieve verdamping (E /E ) van

re pot grasland in raai B van het infiltratieproefveld voor een aantal droogtegevoelige jaren als functie van de grondwaterwinning (Q) door het pompstation 'De Groeve' bij een 3-tal constante slootpeilen (h ) . Voor het

- o slootpeil h = 74 cm-m.v. is ook nog aangegeven wat het verband is wanneer het gehele waterwingebied dit slootpeil zou hebben (E /E

^ v re pot

QT)

Indien we aannemen dat we dezelfde vormfactor van de grondwater-spiegel mogen gebruiken bij h = 34 cm-m.v. als bij h = 74 cm-m.v., dan zien we dat h = 34 + 0,79(80-34) = 70 cm-m.v. Dit wil zeggen

P

dat bij de huidige onttrekkingscapaciteit (en hoger) de voorjaarsgrond-waterstand al op de vereiste diepte wordt gebracht, wanneer het sloot-peil op ca. 34-45 cm-m.v. worden gehandhaafd. Uit fig. 6 wordt verder duidelijk dat bij h = 74 cm-m.v. bij Q = 0, in alle droogtegevoelige

o

jaren de potentiële verdamping kan worden gehaald. Bij h = 94 cm-m.v. is dit alleen het geval vanaf het 20 % droge jaar en natter (50 %,

90 % ) . Voor h = 74 cm en h = 94 cm maakt het voor de 1 %, 10 % en

o o ~ 20 % droge jaren weinig meer uit of er nu 10 of 15 miljoen m per

jaar wordt gepompt. Het freatisch vlak zit dan al zo diep dat er prak-tisch geen bijdrage van de capillaire opstijging vanuit het grond-water te verwachten is. De infiltratie vanuit de sloot komt dan ge-heel ten goede aan de wegzijging naar de ondergrond.

Voor een globaler inzicht in de resultaten is, ten behoeve van de praktische toepasbaarheid, van elke pompcapaciteit een gemiddelde re-latieve verdamping over alle frequentiejaren berekend. Dit gemiddelde wordt verkregen door per onttrekking de relatieve verdamping als

func-tie van de droogtefrequenfunc-tie uit te zetten. Een voorbeeld hiervan is gegeven in fig. 7. Met behulp van de trapeziumregel wordt nu het opper-vlak van de curven in fig. 7 bepaald door de opperopper-vlakten van de

tra-pezia tussen de verschillende opeenvolgende frequentiejaren te somme-ren. De gemiddelde hoogte is dan de relatieve verdamping gemiddeld over de frequentiejaren. Er e /Ep o t 1.0 . 9 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 .0 — / / / / / / / / /. / -I -I -I 1 10 20 / ~ . « 7 3 • -1 Q =10 rn .jaar h0= 3 4 c m - r r w I I 50 90 droogtefrequentie

Fig. 7. Voorbeeld van de relatie tussen relatieve verdamping (E /E )

r ° re pot

en de droogtefrequentie voor grasland op raai B van het

infil-7 6 ^ tratieproefveld bij een grondwaterwinning Q van 10 x 10 m .

•jaar voor een 2-tal constante slootpeilen (h )

Voorbeeld (fig. 7): relatieve verdamping bij een onttrekking van 7 3 -1

10 m .jaar en een slootpeil van 94 cm-m.v.:

89

*(

9

° '

3 i

: ° >

4 4 +

,o ° '

4 4

:

0

'

5 5 +

30

o

>

5 5

:°>

9 0 +

^ ° ^ ^ = o,

7 6

Hieruit blijkt dat het gemiddelde over de frequentiejaren (0,76) lager ligt dan het resultaat voor het 50 % jaar (0,90), dat wil zeg-gende situatie die gemiddeld 1 maal per 2 jaar voorkomt.

De resultaten van deze bewerking zijn weergegeven in fig. 8. Deze figuur laat nu voor een gemiddeld frequentiejaar zien dat bij toene-mende onttrekkingsintensiteit de relatieve verdamping eerst sterk,

6 daarna nog maar langzaam afneemt. Over het traject Q = 10 - 15 x 10

m .jaar bedraagt deze afname ongeveer {(0,78-0,73)/0,78} x 100 =

6 3 — 1

= 6,5 %, tegen 22 % over het traject Q = 0 - 10 x 10 m .jaar . De resultaten zoals die zijn afgebeeld in de fig. 6 en 8 gelden

strikt genomen voor raai B, waarbij in het wingebied alleen op het proefveld wordt geïnfiltreerd.

. 5 . 4 . 3 -J I L J 1 1 L J I L L 8 9 10 11 12 13 14 15 J L J L J L J J 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 QT(106m3.jaar~')

Fig. 8. Als fig. 6, maar nu gemiddeld over de verschillende frequentiej aren

Het ligt in de bedoeling om in de toekomst op grotere schaal te gaan infiltreren en een peilbeheersingsplan voor het gehele gebied op te stellen. In dat geval zal er een gunstiger Q - (h- - <(>„)

rela-tie ontstaan zodat de redukrela-ties in E r e/E D o t dan geringer zullen

zijn. Buiten het proefveld is door het waterschap een zomerpeil van 0,30 m-NAP aangehouden. Wordt in het gehele gebied nu een peil ge-lijk aan dat in het proefveld van 0,14 m-NAP aangebracht, dan wil

dit zeggen dat het intercept van de Q "*" (h - <j>„)lijn met de

hori-zontale as in fig. 8, met 0,36 - 0,14 = 0,16 m naar links moet ver-schuiven. De vergelijking voor de lijn wordt dan:

Q,,, = 274{(h - *_) + 0,41} (103m3.week-1) (8a)

1 p z

Substitutie van (8) in (8a) levert, omgerekend op jaarbasis:

QT = Q + 2,3 (106m3.jaar_1) (17)

Dit wil zeggen dat de bedragen langs de horizontale as van fig. 8 3 . -1

2,3 miljoen m .jaar mogen worden verhoogd < situatie weer te geven (zie fig. 8, onderste as)

. . 3 . - 1

met 2,3 miljoen m .jaar mogen worden verhoogd om de toekomstige

4. B e g i n g r o n d w a t e r s t a n d e n d r a i n a g e -w e e r s t a n d

Voor de vochtleverantie aan het gewas door capillaire opstijging vanuit het grondwater is de hoogte van de voorjaarsgrondwaterstand van groot belang. Volgens (12c-e) hangt deze af van de vormfactor van de grondwaterspiegel (a), de drainageweerstand (T), de verticale weerstand (c), het stijghoogteverschil (h - d>„) en de

slootwater-P 2 stand (h ) : o .begin -aT., , . . . ., . . h (h - cK) + h (cm - m.v.) (12e) p c p 2 o

Wordt een slootwaterstand van 74 cm-m.v. in het gebied gerealiseerd, dan kan voor verschillende waarden van (h - <f>~) , en dus van Q, bij

verschillende T met behulp van verg. (12e) de begingrondwaterstand

beßin • • h worden berekend. Het resultaat van deze berekening is

weerge-P

geven in fig. 9. Het blijkt dat bij toenemende grondwateronttrekking

begin ( c m - m v ) I L J I. I 12 13 14 15 Q(106m. jaar ) J L 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 OT( l 0 m . jaar" )

Fig. 9. Het verband tussen de grondwaterstand in het voorjaar

Ijûp i n

(h ) en de grondwaterwinning (Q) bij een slootpeil (h ) van 74 cm-m.v. voor een aantal waarden van de

o

drainageweerstand (T) van de sloten. De tweede horizon-tale as (Q_) geeft de winning aan wanneer het slootpeil in het gehele waterwingebied op 74 cm-m.v. wordt gebracht

de voorjaarsgrondwaterstand bij een lage drainageweerstand langzaam afneemt, bij een hoge weerstand snel afneemt. Dit wil zeggen dat bij het toekomstige geplande slootpeil van 74 cm-m.v. en bij een draina-geweerstand van 340 dagen onvoldoende water via capillaire opstijging aan de plant ter beschikking komt. Dit is nog eens geadstrueerd aan een voorbeeld (fig. 10) door met het computermodel voor een 50 % droogtegevoelig jaar bij een onttrekkingscapaciteit

c o —1

Q = 17 x 10 m .jaar de relatieve verdamping in afhankelijkheid van de drainageweerstand uit te rekenen. Uit fig. 10 volgt dat bij T is 100 à 150 dagen de verdamping begint te reduceren. Dus om water-tekorten te voorkomen zou bijvoorbeeld de drainageweerstand van 340 tot ca. 150 dagen teruggebracht moeten worden. Daar

T = Lw + ~ (dagen) (18)

re / pot 1.0 0.6 0.4 0.2 -^ ^ ^ ^ Raai B grasland 50 "/• jaar h0 =74cm-mv Q = 17x106m3jaar1 i I 1 1 100 200 300 4 0 0 drainageweerstand T (dagen)

Fig. 10. Berekening van de relatieve verdamping (E /E .)

re pot van grasland op raai B van het infiltratieproefveld voor een 50 % droog jaar bij een constant sloot-peil van 74 cm-m.v. en een grondwaterwinning van

f* ^ — 1

17 x 10 m .jaar in afhankelijkheid van verschil-lende waarden van de drainageweerstand (T) van de sloten

waarin: w = radiale weerstand (dag.m )

k = horizontale doorlatendheid van het verzadigde pakket (m.dag )

D = gemiddelde dikte van de watervoerende laag (m) L = afstand tussen de infiltratiemiddelen (m)

kan in principe worden uitgerekend hoever de factor L teruggebracht moet worden. In de praktijk kan dit worden gedaan door buizendraina-ge tussen de sloten aan te legbuizendraina-gen. Aannemende dat een derbuizendraina-gelijk

sys-teem een radiale weerstand van 5 dagen.m heeft (VAN SOMEREN, pers. meded.) dan volgt uit substitutie in (18) van kD = 5,6 (zie nota 735)

en T = 150, dat L - 27 m.

Zoals eerder al is aangetoond kan men het probleem ook oplossen door de waterpeilen in de sloten verder te verhogen dan tot

74 cm-m.v. Het bleek dat bij de huidige onttrekking of meer de sloot-waterstand zelfs tot ca. 35-45 cm-m.v. kan worden verhoogd zonder dat

schade door wateroverlast op treedt. Over ig ens voorziet het

peilbeheer-singsplan er in dat boven de ontwerppeilen een verhoging van 0,20 m

door middel van een stuw mogelijk moet zijn. Dit zou bij een ont-werppeil van 74 cm-m.v. al een hoogste peil van 0,54 cm-m.v. beteke-nen.

IV. SAMENVATTING EN CONCLUSIES

In deze nota worden de resultaten van het waterbalansonderzoek van het 16 ha grote infiltratieproefveld 'De Groeve' over het tijd-vak 1972-1975 besproken. De waterbalansen van twee raaien A en B ver-schaften een inzicht in de hydrologische constanten en de verdeling van de infiltratie over de wegzij ging naar de ondergrond en de

capil-laire opstijging naar de plant.

Voor een overzicht van de voornaamste gemeten basisgegevens en de daaruit afgeleide grootheden zie tabel 1 en fig. 1. In tabel 2 is een overzicht gegeven van de voornaamste grootheden gemiddeld over de verschillende winter- en zomerseizoenen. Het blijkt dat in droge perioden en bij aanzienlijke grondwaterwinning een infiltratie tot

+_ 3 mm.dag mogelijk is. Verreweg het grootste gedeelte van het

ge-infiltreerde water komt ten goeden aan de drinkwaterwinning, een relatief klein gedeelte aan de plant. Voor raai B varieerde deze laatste in de zomers van 1973 en 1974 van 0,3-0,5 mm.dag , hetgeen toch altijd nog een bijdrage in de verdamping levert van ca. 20 %. In de winterperioden zijn slechts gedurende relatief korte perioden afvoeren naar de sloten gemeten. Het grootste gedeelte van het neer-slagoverschot blijkt naar de ondergrond te verdwijnen.

In fig. 2 is het verband aangegeven tussen de onttrekking van het pompstation en het stijghoogteverschil tussen het freatische en het diepe water. Daarbij is rekening gehouden met de kwel die in het waterwingebied optreedt.

Aan de hand van een rekenschema van Rijtema - de Laat is uitgere-kend wat de consequenties zijn van diverse ingrepen in de waterhuis-houding op de relatieve verdamping.

Daarbij is uitgegaan van de bodemfysische eigenschappen van raai B aangezien deze raai het meest representatief voor het waterwingebied mag worden geacht. De in het model gebruikte pF-curven staan

beeld in fig. 3, de onverzadigde doorlatendheid in fig. 4. Het model is getest aan onder andere de gegevens verkregen in het groeiseizoen van 1973. Daarbij bleek de grondwaterstand, de pF in de wortelzone en de infiltratie redelijk te kunnen worden gesimuleerd. De bereke-ning van de verdeling van de infiltratie over de wegzijging en de capillaire opstijging bleek echter minder goed te zijn. Aan de hand van statistisch bewerkte neerslag- en verdampingsgegevens werd de relatieve verdamping van grasland berekend bij verschillende niveaus van onttrekking bij een 3-tal constante slootpeilen voor een 1 %,

10 %, 20 %, 50 % en 90 % droog jaar (fig. 6). Een gemiddelde over

alle frequentiejaren is weergegeven in fig. 8. De resultaten toonden aan dat tengevolge van de grondwaterwinning redukties in verdamping kunnen optreden. De omvang van deze redukties hangt af van het ont-trekkingsniveau en de droogtegraad van het jaar. Hierbij moet worden bedacht dat bij een mogelijk gunstiger neerslagpatroon voor de Groeve dan voor de gebruikte gegevens van Winterswijk de resultaten

lichte-lijk gunstiger kunnen zijn. Indien behalve in het proefveld ook in het overige gebied het slootpeil tot 74 cm-m.v. wordt opgezet, dan

wordt een gunstiger beeld verkregen. Bij hetzelfde drukhoogteverschil tussen freatisch en diep water mogen de bedragen voor de onttrekking

fi 3 _ j

dan met ca. 2,3 x 10 m .jaar worden verhoogd (zie fig. 2, 6 en 8).

Hoe hoger de begingrondwaterstand is in het voorjaar, des te meer mag worden verwacht van de bijdrage aan de.capillaire opstijging naar

de plant. Door de hoge drainageweerstanden die de sloten in dit ge-bied bezitten kan dit worden bewerkstelligd door ôf de drainageweer-standen te verkleinen ôf de slootpeilen nog verder te verhogen. In het eerste geval kan dit gescheiden door tussen de sloten buizen-drainage aan te leggen op onderlinge afstanden van 25 à 30 m. In het tweede geval kan theoretisch worden gegaan tot slootpeilen van ca. 40 cm-m.v. zonder dat bij de huidige onttrekkingscapaciteit (of hoger) schade door een vermindering van de draagkracht van het

gras-land plaats vindt.

In de toekomst wanneer het peilbeheersingsplan is gerealiseerd zou het infiltratieproefveld als een referentie-object voor het ge-hele waterwingebied kunnen worden gebruikt en zouden de in deze nota beschreven uitkomsten nader kunnen worden getoetst.

LITERATUUR

FEDDES, R.A. en M.G. VAN STEENBERGEN, 1973. Infiltratieproefveld 'De Groeve'. Nota ICW 735.

, S.P. NEUMAN and E. BRESLER, 1975. Finite element analysis of two-dimensional flow in soils considering water uptake by roots: II. Field applications. Soil Science Society of Am. Proc. 39, 2: 231-237.

LAAT, P.J.M. DE, 1976. A pseudo steady-state solution of water

movement in the unsaturated zone of the soil. J. of Hydrology 30: 19-27.

RIJTEMA, P.E., 1971. Een berekeningsmethode voor de benadering van de landbouwschade tengevolge van grondwateronttrekking. Nota ICW 587.

en J. BON, 1974. Bepaling van de landbouwkundige gevolgen van grondwaterwinning met behulp van bodemkundige gegevens,

toegepast op de waterwinning Losser. Reg. Studies ICW 7. RIJSBERGEN, D. VAN, 1972. Methoden ter berekening van de verlagingen

van het freatisch vlak tengevolge van waterwinning. Med. RID 72-2.