Berekening van de kanaalweerstand van de Zuid-Willemsvaart in het traject Den Dungen - Erp

(1)

T

NOTA 1427 "" mei 1983

Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding

NN31545.1427 Wageningen

Bi« ,;«..? L a l V S L-Ui... • \

STARINGGEBOUW

I

BEREKENING VAN DE KANAALWEERSTAND VAN DE ZUID-WILLEMSVAART

IN HET TRAJECT DEN DUNGEN-ERP

ing. K.E. Wit

Nota's van het Instituut zijn in principe interne

communicatiemidde-len, dus geen officiële publicaties.

Hun inhoud varieert sterk en kan zowel betrekking hebben op een

een-voudige weergave van cijferreeksen, als op een concluderende discussie

V van onderzoeksresultaten. In de meeste gevallen zullen de conclusies

• echter van voorlopige aard zijn omdat het onderzoek nog niet is

af-J gesloten.

Bepaalde nota's komen niet voor verspreiding buiten het Instituut

in aanmerking

0000 0347 8530

•rr

(2)

I N H O U D

b i z ,

1. INLEIDING t

2. BEREKENING VAN DE BODEMWEERSTAND 1

2.1. Algemeen 1

2.2. Verkregen resultaten 2

3. BEREKENING VAN DE KANAALWEERSTAND UIT DWARSPROFIELEN 5

3.1. Methode van onderzoek 5

3.2. Verkregen resultaten 7

3.3. Toetsing 7

4. SAMENVATTING 9

5. LITERATUUR 10

(3)

1. INLEIDING

Uit berekeningen net het grondwateraodel Gelgam (ROIJEN, 1983), blijkt de grootte van de kanaalweerstand een essentieel gegeven bij het berekenen van wijzigingen in het grondwaterregiem langs het kanaal tengevolge van veranderingen in de kanaalsituatie (verbreding, uitdieping, peilverandering).

Daar verondersteld wordt dat de kanaalweerstand is opgebouwd uit een bodemweerstand - veroorzaakt door een meer of minder ont-wikkelde sliblaag - en een radiale weerstand»zijn voor het verkrijgen van nadere informatie hieromtrent:

-ongestoorde monsters van de kanaalbodem verzameld, waaraan door-latendheidsmetingen zijn verricht;

- grondwaterstand, kanaalpeilen en stijghoogten van het grondwater in de eerste watervoerende laag in een aantal profielen weerge-geven (bron: BWS, tekening nrs. 82322, 82323 en 82133 m ) .

2. BEREKENING VAN DE BODEMWEERSTAND

2 . 1 . A l g e m e e n

De bodemweerstand heeft betrekking op een bodemlaag, die vanaf de beginperiode van het kanaal is ontstaan. De gedachten gaan hierbij veelal uit naar een sliblaag dan wel een met slib gepenetreerde

zand-laag. Een dergelijke laag zou een lage doorlatendheid als hydrologische eigenschap bezitten, waardoor het kanaal in zekere, zin wordt afgeschermd van de omgeving. Teneinde hieromtrent meer zekerheid te verkrijgen is een bemonstering van de kanaalbodem tussen km 110.0 en 115.0 (fig. 1 ) uitge-voerd. Dit traject is gekozen op grond van het ontbreken van leemlagen (fig, 7),

(4)

2.2. V e r k r e g e n r e s u l t a t e n

Aan de bodemmonsters zijn doorlatendheidsmetingen verricht. Bij de eerste monsters zijn de metingen per laag van 10 cm uitge-voerd; vanwege tijdgebrek is later overgegaan naar een eenvoudiger meetsysteem voor het gehele monster. In fig. 2 tot en met 4 zijn de

meetresultaten in samenhang met de samenstelling van het bodemmateriaal weergegeven. In hoeverre de bodemopbouw ongestoord is, is nog niet

geheel opgelost. Puinresten wijzen op gestoorde bodemlagen, daaren-tegen zijn er ook structuren die op een ongestoord karakter duiden.

Uit de gemeten doorlatendheid is de bodemweerstand c, berekend. b Voor elk bodemmonster met:

d d d

\ JL n

waarin :

d., d„ .. d de laagdikte is (10 cm)

en k., k„ .. k de doorlatendheid (m/dag) in de correspon-derende lagen.

Het moge duidelijk zijn dat ingeval het eenvoudiger meetsysteem is toegepast (1) wordt: (2) cb waarbij L = k =

L

: monsterlengte de doorlatendheid

Per raai zijn veelal 3 monsters verzameld; de c-waarde voor de gehele raai kan worden berekend volgens:

3

' ,J-

r +

L (3)

C. C, C, C,

br bw bm bo waarbij :

c, = bodemweerstand per raai

br

c, = " van monster westkant kanaal bw

c, = " van monster midden kanaal bm

(5)

De met (3) verkregen weerstanden zijn in tabel 1 weergegeven, berekening van de bodemweerstand voor het gehele onderzochte traject

levert een waarde op van 0,7 dagen.

De bodemweerstand per raai kan eveneens worden berekend door allereerst per laag de doorlatendheid te middelen en vervolgens toepassing van (1). Vanwege het feit dat de monsters in lengte verschillen is deze methode achterwege gelaten, wel kan worden opgemerkt dat deze methode lagere uitkomsten geeft indien slecht doorlatende lagen in de monsters per raai op verschillende diepten

voorkomen. '

De berekende weerstanden in tabel 1 laten een grote spreiding zien. Voor het gehele traject betekent de bodemweerstand van c. : 0,7 dagen.volgens (4)

°b"~

(4)

waarbij :

u * natte omtrek (30 m)

een bijdrage van 0,02 dag/m voor ß ^

Ten aanzien van tabel 1 valt tot slot op te merken, dat een

concentratie van relatief hogere waarden wordt aangetroffen tussen km 112,0 en km 114,4; voor dit gedeelte bedraagt de

(6)

Tabel 1. c-waarden kanaalbodem (dagen)

Km

110,0 110,2 110,4 110,6 110,8 111,0 111,2 111,4 111,6 111,8 112,0 112,2 112,4 112,6 112,8 113,0 113,2 113,4 113,6 113,8 114,0 114,2 114,4 114,6 114,8 115,0 West

bw

0,2

4,4

2,5

0,4

0,1

14,6 85,7 14,5 143,6 19,2

3,0

1,6

19,6 30,0 20,6 103,5

0,4

130,0

0,3

Gemiddeld voor het traject

Midden

bm

0,5

0,6

1,6

0,9

0,8

0,3

1,7

0,6

0,8

0,9

5,3

1,2

17,0

3,7

107,8

9,4

3,0

6,7

1,4

8,3

15,1 10,0

5,5

0,4

1,7

110,0 -»- 115,0 Oost -»• C

bo

29,6

0,1

7,7

0,1

0,4

0,2

2,7

29,8

2,6

0,2

12,5

7,1

1,1

46,7 13,2 565,0 27,3

0,9

0,1

1,0

: 0,7 dagen Gemiddeld C

br

1,0

0,2

2,6

0,2

0,5

0,2

2,5

1,4

0,6

0,2

2,4

8,8

1,7

34,4

7,5

5,8

2,7

5,2

11,0

2,6

15,4 29,4 14,6

0,8

0,2

0,6

(7)

3. BEREKENING VAN DE KANAALWEERSTAND UIT DWARSPROFIELEN

3 . 1 . M e t h o d e v a n o n d e r z o e k

Uitgaande van een relatie tussen het verschil van het peil en de stijghoogte in de Ie watervoerende laag (zonder kanaal-invloed) en het verloop van het freatisch niveau in de naaste omgeving van het kanaal zijn de volgende vergelijkingen van toe-passing, fig. 5: _ *

(h*(x) - h(x)] « (h*(o) - h(of| e

v'kjDjY

(5)

q(o) » - KtDt

/TJD^Y

. [h*(o) - h(o)]

(6)

K1D1

^v"

(7)

q(o) - - •—- [(hk - h(o)) - (h*(o) - h(o)]

(8)

hl(x) = ah*(x)

(9)

U i t (5) t/m (9) v o l g t : r - 1 1 - t ( V (100) - h\<i00)] h^ - h ( o ) 2 3 ^ + 1 r _ 100 • k D y e 400 •k D y - e (10)

h, • kanaalpeil (m. t.o.v. NAP)

h* = hoogte freatisch vlak (m. t.o.v. NAP) h « stijghoogte 1e w.l. (m. t.o.v. NAP)

(geen kanaalinvloed)

h* • stijghoogte 1e w.l. (m. t.o.v. NAP) x - afstand tot kanaalas (m)

fc.D. = doorlaatvermogen le w.l. (m /dag) k » doorlaatfactor afdekkend pakket (m/dag)

(8)

Y * drainageweerstand (dagen)

2 q = horizontale stroming le w.l. (m /dag) fi, = kanaalweerstand (dag/m)

a = reductiefactor Invoering constanten in (10) k.D = 2000 m2/dag 2 Y = » l n + Lfi (11) L = 1500 m 8 k1D1 ._ D = 20 m 4D o ßg = - i - In j ~ - (12) kQ= 2,5 m/dag - >Y S 500 ü = 0,27 dag/m d a8e n s » o r = 3 m o L = beekafstand (m)

D = dikte afdekkend pakket (m) ß = radiale weerstand (dag/m)

s

r • straal natte omtrek (m) o

De reductiefactor kan globaal worden afgeleid uit de relatie:

a « — - * — (13) C +Y

O ' waarin:

c een waarde aangeeft voor de verticale weerstand in dagen

in het afdekkend pakket. Op grond van uitgevoerde pompproeven (VAN REES VELLINGA,c.s., 1982) is voor c 100 dagen aangehouden. De factor a kan derhalve worden gesteld op s 0,8

Uitvoering van de in het voorgaande beschreven methode wordt beperkt door het al dan niet aanwezig zijn van een verschil tussen het kanaalpeil en de stijghoogte van het grondwater in de Ie water-voerende laag (zonder kanaalinvloed). Fig. 7 (tekening nr. 82133 m) laat zien dat het merendeel van de raaien hieraan voldoet.

De in de fig. 8 t/m 19 weergegeven profielen zijn als volgt geconstrueerd, fig. 6.

1. lijn trekken door snijpunt raai/kanaal, evenwijdig aan isohypsen ie w.l. (DGV-kaart)

(9)

2. waarnemingspunten

£

projecteren op lijn waarbij corrigeren

volgens gradiënt isohypsenkaart

3. afstand projectiepunten tot kanaal opmeten.

3.2. V e r k r e g e n r e s u l t a t e n

Op grond van informatie betreffende het voorkomen van leemlagen

(fig. 7) zijn vier gebieden onderscheiden:

Gebied I raai 020 t/m raai 063

" II raai 067 t/m raai 090

" III raai 120 t/m raai 140

" IV raai 140 t/m raai 170

i i

Uit de in de figuren aangegeven waarden voor (h (100) - h (400))

en (hj.~

n

/

0

'\) volgt de invoer van (10), hierbij dient te worden

be-nadrukt dat h, N - zie fig. 5 - betrekking heeft op de stijghoogte

in de Ie w.l. waarbij de kanaalinvloed is geëlimineerd. Bij relatieve

grote waarden voor de beschouwde verhouding is de waarde van h, .

onder-schat. Om genoemde problemen te omzeilen zijn in het volgende de

raaien gebruikt, waarbij (h

k -

h, .) > 1 m. Dit heeft tot het volgende

resultaat geleid:

u' (\t\c\\ _ i, ' (/.nn\

= 0,08 m

"

0,04 m

- 0,07 m

Substitutie van de bekende grootheden in (10) geeft:

Gebied I

ü,

= 0 , 3 1 dag/m

" II ß^ = 0,88

" I I I fi, = ^» (op grond van f i g . 7) " IV fifc - 0,39 " : Ü^ = 0 , 3 dag/m)

3 . 3 . T o e t s i n g

Met de in eerste instantie berekende kanaalweerstanden is met (6)

en (8) een opsplitsing berekend van (h,~h/ \) voor radiale en

horizon-tale stroming.

Gebied I — " I I " I I I " IV \ (o) it H i i

(10)

Tabel 2. Gebied I " II " III « I v \ dg/m 0,31 0,88 0,3 0,39 (Vh( o ) >

m

1,7 2,1 1,9 1,0 ( bk "hÎ o ))

m

0,94 1,64 1,04 0,61 ( h\ o ) - \ o ) >

m

0,76 0,46 0,86 0,39

Bovenstaande berekeningen geven aan dat bij het kanaal het 'diepe' grondwater gemiddeld = 0,60 m en op een afstand van 500 m - toepassing van (5) - s 0,50 m wordt beïnvloed.

Dit betekent dat de waarde (h. -h, *) is onderschat, verlaging van h, v met 0,50 m en herhaling van de met (10) uitgevoerde bereke-ningen geeft: Tabel 3. Gebied I " II " III " IV \ 0,50 1,30 0,50 0,65 < Vh< o ) > 2,2 2,6 2,4 1,5 < Vh< o ) > 1,47 2,18 1,60 1,08 (h(o)-h(o)> 0,73 0,42 0,80 0,42 2q(o) m /dag 2,9 1,7 3,2 1,7

Het uiteindelijk resultaat van een analyse van de grondwater-standsraaien is:

* SI » 0,5 dg/m., waar leemlagen ontbreken en het Aa-dal het kanaal kruist

* fi, = 0,65 dg/m. van raai 140 tot 170, waar plaatselijk leem voorkomt

(11)

* fi, • 1,3 dg/m., waar een aaneensluitend complex leemlagen voorkomt

3 3 * wegzijging traject 1 (20 km) 44 800 m /dag of 0,5 m /sec.

4. SAMENVATTING

Voor het traject DEN DUNGEN-ERP is onderzoek verricht naar de kanaalweerstand van de Zuid-Willemsvaart. De kanaalweerstand blijkt te zijn opgebouwd uit een bodemweerstand en een radiale weerstand. Uit metingen aan kanaalbodemmonsters volgden waarden voor de bodemweerstand van 0 tot 0,2 dag/m.

De bewerking van grondwaterstandsraaien leverde waarden voor de kanaalweerstand op van 0,5 tot 1,3 dag/m. De waarden zijn min of

meer te relateren aan het al dan niet voorkomen van leemlagen onder de kanaalbodem. Er zijn aanwijzingen dat de berekende kanaalweer-standen eerder hoger dan lager zullen zijn. Met een c-waarde van 65 dagen (pompproef N161; practisch geen leemlagen) wordt met (12) namelijk een radiale weerstand berekend van 1 dag/m.

(12)

5. LITERATUUR

LEKAHENA, E.G., 1972, 1974: Grondwaterkaart van Nederland -schaal 1 : 50 000. Kaartbladen 51-Oost, 52-West (1972) en kaartbladen 45-West en 45-0ost (1974), Dienst Grond-waterverkenning TNO, Delft

REES VELLINGA, E. VAN, H. WITT en K.E. WIT, 1982: Bodemconstanten in de omgeving van de Zuid-Willemsvaart tussen 's-Hertogen-bosch en Donk. Nota 1379, ICW - Wageningen

ROIJEN, E.M.E., 1983. Berekening verandering grondwaterstanden ten-gevolge van de verbetering van de Zuid-Willemsvaart in het traject Den Dungen-Erp.

Rijkswaterstaat, Dir. Waterhuishouding en Waterbeweging. District Zuidoost (Maastricht). Nota project-nr. 37.120.00

(13)

X X X X X X X X CM.,

z:

LU

o

m

< < < 2£ UJ I -•Z3 CL ÛC LU f -0 -0

o

z:

UJ <

o

n . . </>

o

LL

E IT) to O O CO = Ox

'2 S

E E CO c— c 0J E o c CU

en

to c QJ t/> C O E x X , * c ai •o • o -*-V) a» :*

(14)

M K o \ \ N \ \ \ \

\ \ \ \ \ \ \

\ \ \ \ N " \ N S \ N v \ \ " r- r " i "-r ~r -r ~ i ° 2 ° o o o o o of N'f ¥ > .* m to f*

V \ ~ \ ~ \ \ N' \ °' °' °' ° °' °

\ \ \ \ \ \ \

\ \ \ v

fc^w *

^ * \<%>\* \ V "> s s v \ \ \ \ \ N \ N \ S F T ' I 1 1 1 " 1 " N V ^ \ \ \ \ \ N \ \ \ \ \ '\y>:-:-:-:-x-x-:-::-:-?XX-:-:-:^:v:v:::^:-rrX ^ ^ _ _ i — ^ ^ \ « \ \ \ J \

v

\<ï~

\ \ \ \

~ i "_r ~ r i r i i \ \ \ N \ N \

\

vE3

^

A

r -\-~r r r i l \ N \ \ \ \ S \ \ \ \ \ \ \ ffl::Xv>vXxy»:w:«v:\ ^ ^ • ^ • • • : - : v : - : ^ : : \ \ i > i — i — i — i — i • o o o o o o o ° « - ( N m «j m tû r*. o' o o o o o o m-kanaalbodem W «;'!i'->#k ffiWVÄ *'•*! »Vf* >WWf'tt! fT..'V-!l>1«V,lAM|.V-'''-« ^'••••.'iilli''«)'.::: * • •' ;'.<W • o o c c **" Tr END A mati g midd e o

ïï EüD C-3

c 3 O.

H

E a a.

M

c > m T3 C a/ T3 O o .c .o Ui c 0-a c u

ÉT3 CD

' r -• o E c 2 — _o u o o o •o Q 1- -ï— r -\- ~I^~L~ "i" -n o O o o o o o r- "N i»\ ~r ui ID r-o r-o ö r-o r-o ö ö ö m-kanaalbodem

(15)

V ? Ç > \ « C * \ ' » \,> \ \ \ N ^ ^ #v > \ \ \ V - | - - i—i_ -i -~i—i~n

° g S S 3 S 8. S.

\ " \_s --_ \ - \ -eV ö o o ö o o \ \ \ - \ x N -t 1 i i r r 1 i — i — »

(16)

\ \ \ \ \ \ \ N \ \ \ \ \ \ \ f • « • ' • ^ y ' i' üi^r

e).

_{. - ö}o \ S \ \ \ ^ \ \ \ \ \ \ \ N

::::?k-.:<::x->x?sr\

\ \ \ N \ s \ \ \ \ V \ ö ö o o o O

^::x

V v > *

V

\ \ \ \

.--.••Mvx:-^n

\ \ \

••:X

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ N \ \ " I — I — I — I \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \

- V - r - r T T - r i

£ 8 g 9 S? g g.

\ \ \ N \ \ \

-Y-Y-YYV^

\ \ ^ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ,

— ~ Y

\ \ \ \ \ ^ v . \ \ \ \ \ ^ s \ , \ \ \ \ \ \ \' \

A

\ \ \ \ \ \ \ ^— ~ I — • — I — 1 — t — • " • — I \ N N \ \ \ \ . \ ^ ^ \ \ \ \

V N

\ \ \ s \ \ \ . \ \ N \ \ \ S \ \ \ \ \ \ ^ ^ \ \ N \ \ \ \

-V-VV-V^V

5

!

\ ~ \ ~ \ \ ^ \ \ \ \ \ \ v \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ s \ \ \ \ V \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ V \ O •o e ç 2

1 CD

\ \ \ \ \ \ v ° S K •* in 3 e~~ o o ö o ö o' o' -o m-kanaalbodem