H.R.J. Vroon en H.Th.L. Massop
Peilbuizenmeetnet in en rond het
natuurgebied Geelbroek (fase 2)
Alterra Wageningen UR is hét kennisinstituut voor de groene leefomgeving enbundelt een grote hoeveelheid expertise op het gebied van de groene ruimte en het duurzaam maatschappelijk gebruik ervan: kennis van water, natuur, bos, milieu, bodem, landschap, klimaat, landgebruik, recreatie etc.
De missie van Wageningen UR (University & Research centre) is ‘To explore the potential of nature to improve the quality of life’. Binnen Wageningen UR bundelen 9 gespecialiseerde onderzoeksinstituten van stichting DLO en Wageningen University hun krachten om bij te dragen aan de oplossing van belangrijke vragen in het domein van gezonde voeding en leefomgeving. Met ongeveer 30 vestigingen, 6.000 medewerkers en 9.000 studenten behoort Wageningen UR wereldwijd tot de aansprekende kennisinstellingen binnen haar domein. De integrale benadering van de vraagstukken en de samenwerking tussen verschillende disciplines vormen het hart van de unieke Wageningen aanpak.
Alterra Wageningen UR Postbus 47 6700 AA Wageningen T 317 48 07 00 www.wageningenUR.nl/alterra Alterra-rapport 2654 ISSN 1566-7197
Peilbuizenmeetnet in en rond het
natuurgebied Geelbroek (fase 2)
H.R.J. Vroon en H.Th.L. Massop
Dit onderzoek is uitgevoerd door Alterra Wageningen UR in opdracht van en gefinancierd door Dienst Landelijk Gebied namens Provincie Drenthe t.a.v. SSC Regio Noord (projectnummer 5241374-01).
Alterra Wageningen UR Wageningen, juni 2015
Alterra-rapport 2654 ISSN 1566-7197
Vroon, H.R.J. en H.Th.L. Massop, 2015. Peilbuizenmeetnet in en rond het natuurgebied Geelbroek
(fase 2). Wageningen, Alterra Wageningen UR (University & Research centre), Alterra-rapport 2654.
106 blz.; 46 afb.; 4 tab.; 29 ref.
Voor de inrichting van het natuurgebied Geelbroek is door Dienst Landelijk Gebied (DLG, thans Prolander) een plan gemaakt, waarbij de waterhuishoudkundige inrichting van het gebied wordt aangepast, voornamelijk door het laten dempen en dichtgroeien van sloten waardoor de afvoer wordt vertraagd en er meer water in het gebied wordt vastgehouden.
Voor het monitoren van de effecten zijn drie raaien met 23 peilbuizen over het gebied geprojecteerd met minimaal één filter boven en één filter onder de keileem. Bij de inrichting van dit meetnet is rekening gehouden met de wensen van de ingelanden en de opdrachtgever. Verder bestrijkt het meetnet voldoende de variatie in bodemgesteldheid, hoogte (droog en nat), kwel en wegzijging, intermediair en de onbeïnvloede situatie (stambuis). De buislocaties zijn bodemkundig beschreven. Er zijn enkele opnamen van de freatische grondwaterstanden en stijghoogten in de peilbuizen verricht. Uit de stijghoogteverschillen tussen de filters blijkt dat de weerstand vooral is geconcentreerd in het onderste deel van de keileemlaag. Rond het GHG- en GLG-moment zijn de freatische
grondwaterstanden, stijghoogten en enkele oppervlaktewaterstanden in twee dwarsdoorsneden weergegeven. In de zomer zakken de freatische grondwaterstanden op de meeste locaties uit tot in de keileem met uitzondering van het centrum van het gebied. In de winter stijgt de freatische
grondwaterstand tot in het freatisch watervoerende pakket. De waterlopen snijden het freatisch watervoerend pakket aan en steken soms enkele decimeters in de storende laag. In de zomer staan de meeste waterlopen droog met uitzondering van het centrum van het gebied en de Ruimsloot, terwijl in de natte situatie alle waterlopen watervoerend zijn.
In de natte situatie vertonen de meeste buislocaties een wegzijgingssituatie, met uitzondering van enkele peilbuizen in het centrum van het gebied. Hier wordt de freatische grondwaterstand afgetopt door het maaiveld en stijgt de diepe stijghoogte soms zelfs tot enkele decimeters boven het maaiveld. In een ring om dit centrale gebied, uitlopend in noordelijke richting, liggen buislocaties die in de natte wintersituatie een wegzijgingssituatie laten zien, terwijl in de zomer sprake is van afwisselend kwel en wegzijging. De buitenste ring met peilbuizen, met uitzondering van het noordelijke deel van raai A-A1, vertoont het gehele jaar een wegzijgingssituatie.
Op basis van het onderzoek kan worden geconcludeerd dat het grondwaterstandsmeetnet voldoende houvast biedt om op gebiedsniveau de huidige en toekomstige hydrologische situatie te beschrijven en eventuele veranderingen als gevolg van waterhuishoudkundige ingrepen in het gebied Geelbroek te monitoren en op gebiedsniveau te kwantificeren. Het meetnet is geschikt voor de onderbouwing van de GHG- en GLG-veldschattingen op perceelsniveau, die over ca. vijf jaar zullen worden uitgevoerd. Trefwoorden: monitoring, freatisch grondwater, stijghoogte, weerstand, vernatting, Geelbroek Dit rapport is gratis te downloaden van www.wageningenUR.nl/alterra (ga naar ‘Alterra-rapporten’ in de grijze balk onderaan). Alterra Wageningen UR verstrekt geen gedrukte exemplaren van rapporten.
2015 Alterra (instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek), Postbus 47, 6700 AA Wageningen, T 0317 48 07 00, E info.alterra@wur.nl,
www.wageningenUR.nl/alterra. Alterra is onderdeel van Wageningen UR (University & Research centre). • Overname, verveelvoudiging of openbaarmaking van deze uitgave is toegestaan mits met duidelijke
bronvermelding.
• Overname, verveelvoudiging of openbaarmaking is niet toegestaan voor commerciële doeleinden en/of geldelijk gewin.
• Overname, verveelvoudiging of openbaarmaking is niet toegestaan voor die gedeelten van deze uitgave waarvan duidelijk is dat de auteursrechten liggen bij derden en/of zijn voorbehouden. Alterra aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen.
Inhoud
Woord vooraf 5
Samenvatting 7
1 Inleiding 11
1.1 Achtergronden van het onderzoek 11
1.2 Doel 12 1.3 Werkwijze 12 2 Methode 16 2.1 Het peilbuizenmeetnet 16 2.1.1 Bodemkundige gegevens 16 2.1.2 Hydrologische gegevens 18
2.1.3 Weerstand van de keileem 20
2.2 Dwarsdoorsneden 23 3 Resultaten 25 3.1 Neerslag en verdamping 25 3.2 De bodemgesteldheid op de buislocaties 26 3.3 Dwarsdoorsneden 40 3.3.1 Algemeen 40
3.3.2 Opbouw diepere ondergrond en isohypsenbeeld 28-04-1995 40
3.3.3 Beschrijving dwarsraaien 45
3.3.4 Geschatte keileemweerstand op basis stijghoogtegegevens 56
4 Conclusies 62 Literatuur 65 Bijlage 1 67 Bijlage 2 70 Bijlage 3 72 74 Bijlage 4 104 Bijlage 5
Woord vooraf
In opdracht van de Dienst Landelijk Gebied (DLG, thans Prolander) Regio Noord in de provincie Drenthe heeft Alterra van oktober 2013 tot en met maart 2015 een bodemkundig-hydrologisch onderzoek uitgevoerd in de omgeving van Geelbroek. Het onderzoek omvatte het vastleggen van de huidige bodemgesteldheid (fase 1, Vroon en Kiestra, 2014) en het inrichten en uitbreiden van het monitoringsmeetnet van peilbuizen (fase 2).
Met de gegevens die in het fase 1- en 2-onderzoek zijn geïnventariseerd, kunnen in een later stadium maatregelen worden geadviseerd om de mogelijke effecten van de vernatting op de landbouwgronden te compenseren. Het meetnet zal ook worden gebruikt om de invloed van maatregelen op de
waterhuishouding ten minste de komende vijf jaar te monitoren. Mochten de effecten in de tussenliggende tijd groter zijn dan verwacht, zullen er aanvullende maatregelen worden getroffen. Aan dit project werkten mee:
Bodemgeografisch onderzoek: H.R.J. Vroon, H.Th.L Massop en E. Kiestra; projectleiding: H.R.J. Vroon. De organisatorische leiding van het project was in handen van J.P. Okx.
De dank van Alterra gaat uit naar de grondeigenaren en de -gebruikers, die toestemming verleenden om veldwerk op hun percelen te verrichten.
Samenvatting
Voor het gebied Geelbroek is door Dienst Landelijk Gebied regio noord (DLG, thans Prolander) een inrichtingsplan gemaakt. Volgens dit plan wordt dit brongebied van de Drentsche Aa ingericht als natuurgebied. Bij de inrichting wordt de waterhuishoudkundige inrichting van het gebied aangepast. De plannen bestaan voornamelijk uit vernatten door het laten dempen en dichtgroeien van sloten waardoor de afvoer wordt vertraagd en er meer water in het gebied wordt vastgehouden. Ook zullen de slootpeilen in belangrijke aan- en afvoersloten (Ruimsloot) worden aangepast.
Om de geohydrologische effecten van de vernattingsmaatregelen op de omgeving in te schatten, zijn met het MIPWA-model door de Grontmij berekeningen uitgevoerd (schaal 1 : 50.000). Deze
berekeningen vormen de basis voor het potentiële invloedgebied; dit is het gebied waar de invloed van een verhoging van de stijghoogte onder de keileem meer dan 5 cm bedraagt (Schunselaar et al., 2013). Met het MIPWA-model is ook het beeld van de verhoging van de freatische grondwaterstand boven de keileem vastgesteld.
Om de uitgangssituatie vast te leggen en om inzicht te krijgen in de werkelijk optredende effecten van de voorgestelde maatregelen is afgesproken dat er drie raaien met peilbuizen over het gebied worden gelegd om de freatische grondwaterstand en stijghoogte ten minste de komende vijf jaar te volgen. In 2014 is het meetnet opgezet. Mochten de effecten in de tussenliggende tijd groter zijn dan verwacht, dan zullen er aanvullende maatregelen worden getroffen. Met de gegevens die in dit onderzoek zijn geïnventariseerd kunnen in een later stadium, samen met de resultaten uit het gebiedsdekkende bodemkundig-hydrologisch onderzoek (fase 1, Vroon en Kiestra, 2014), maatregelen worden geadviseerd om de mogelijke effecten van de vernatting op de landbouwgronden te compenseren. Verder zal de informatie worden gebruikt bij de gebiedsdekkende Gt-kartering die over vijf jaar zal worden uitgevoerd.
Bij de inrichting van het meetnet is rekening gehouden met de wensen van de ingelanden en opdrachtgever. Verder is bij de situering rekening gehouden met de bodemkundig-hydrologische variatie (bodem-/Gt-kaart schaal 1 : 10.000) in het gebied, de ligging van geschikte bestaande buizen en de gebiedsknelpunten en informatie uit het onderzoek van de Grontmij. De diameter van het verwachte of geschatte potentiële invloedsgebied van de uitgevoerde maatregelen bedraagt ca. 3000 m. In totaal is op 23 locaties met een onderlinge afstand van ca. 400-500 meter langs de raaien een peilbuislocatie gepland. Omdat gebruik kan worden gemaakt van 10 bestaande buislocaties in het raaienonderzoek (de buislocaties GB009 en GB003 zijn wel beoordeeld en beschreven, maar niet in het raaien onderzoek betrokken), zijn in de raaien slechts 13 nieuwe locaties opgenomen. De ligging van de raaien is voorgelegd aan de opdrachtgever. Vervolgens zijn binnen de raaien, rekening houdend met het bestaande meetnet, locaties geselecteerd, eventueel in overleg met de
grondgebruiker, voor het plaatsen van de 13 nieuwe peilbuislocaties. Op elke nieuwe buislocatie (de bestaande 10 locaties zijn al beoordeeld en beschreven in oktober 2013) is met behulp van een Edelmanboor de profielopbouw tot aan het GLG-niveau (indien mogelijk of anders tot zover mogelijk) of tot maximaal ca.
4 m –mv. beschreven. Verder is het huidige freatische grondwaterstandsverloop (GHG en GLG) geschat op basis van hydromorfe kenmerken, vegetatie, lokale ont- en afwateringssituatie en de in de boorgaten en in stambuizen gemeten freatische grondwaterstanden. Op elke locatie zijn minimaal 2 filters geplaatst: 1 filter boven de keileem en 1 filter onder de keileem. Alterra heeft een voorstel gedaan voor de filterstelling in relatie tot de opbouw van het bodemprofiel. Nadat de boorlocatie door de bodemkundige is vastgelegd en het bodemprofiel bodemkundig is beschreven, blijven ter plaatse 2 open boorgaten, een diep boorgat en een boorgat tot de keileem liggen. Voordat het meetnet was ingericht, zijn een aantal handmetingen rond de 14e en 28e uitgevoerd, totdat het definitieve meetpunt is ingericht. De stijghoogte die wordt gemeten in het diepste boorgat kan in natte situaties worden beïnvloed door instroom vanuit de la(a)g(en) boven en/of tussen de keileem, omdat deze niet is afgewerkt met bentonietklei. Deze gemeten stijghoogte heeft in natte situaties dan ook alleen een indicatief karakter. De coördinaten van de geselecteerde buislocaties zijn met behulp van een GPS
vastgelegd. De uiteindelijke inrichting van het grondwaterstandmeetpunt is door een externe partij uitgevoerd. Alterra heeft hiervoor in overleg met opdrachtgever en Provincie een protocol opgesteld (Bijlage 1) met betrekking tot de wijze waarop de boringen en het plaatsen van de peilbuizen worden uitgevoerd. De nieuwe peilbuislocaties en aanvullende filters bij reeds bestaande peilbuislocaties zijn volgens dit protocol uitgevoerd.
Op basis van de resultaten van het veldbodemkundig onderzoek en de metingen van de freatische grondwaterstand/stijghoogte blijkt dat op alle buislocaties in het bodemprofiel ten minste één storende laag is aangetroffen. In de meeste gevallen betreft de storende laag een keileemlaag, op enkele locaties ontbreekt de keileem en vormt lössleem de storende laag op buisboorlocaties (GB016, GB017). Voorts zijn er enkele boorlocaties waar de storende laag onderin uit keileem en bovenin uit lössleem bestaat (B12D1887, B12D1889, GB015, GB023, GB024). Het keileempakket is vaak niet gesloten en bevat meestal ingesnoerde lagen die bestaan uit veelal goed doorlatend matig fijn tot grof keizand. Verder dient te worden opgemerkt dat op buislocatie B12D1887 mogelijk geen freatische grondwaterstand wordt gemeten als gevolg van het voorkomen van storende lagen boven de twee ondiepste filters. Dit geldt in mindere mate ook voor peilbuis B12D1888-1 in verband met het
voorkomen van een 10 cm dikke meerbodemlaag op 55 cm –mv. Dit betekent dat op deze locaties de term freatische grondwaterstand mogelijk vervangen dient te worden door stijghoogte. Verder wordt op buislocaties GB006 en GB015 de freatische grondwaterstand beïnvloed door drainage. Op
buislocatie GB008 is het tweede filter deels dichtgeslibd, waardoor de grondwaterstand/stijghoogte niet correct wordt weergegeven.
De raaien kruisen meer dan 70 verschillende waterlopen. Om het niveau van de oppervlaktewater-stand in de raaien mee te nemen, is bij elke peilbuislocatie in de dichtstbij gelegen watergang op 1 locatie de coördinaten met GPS vastgelegd en zijn de oppervlaktewaterstand en de diepte van de slootbodem met een waterpas ingemeten. Nadat het meetnet volledig is ingericht, zijn op een relatief nat (rond het GHG-moment) en droog moment (rond het GLG-moment) de oppervlaktewaterstanden in het veld gemeten.
Voorts is van iedere raai rond het GHG- en het GLG-moment een dwarsdoorsnede gemaakt, waarin per boorlocatie de maaiveldhoogte (t.o.v. NAP), de begindiepte van de keileem en dikte van het keileempakket, oppervlaktewaterstand en de freatische grondwaterstand zijn weergegeven. Beide dwarsdoorsneden zijn gemaakt voor de huidige hydrologische situatie. Voor de maaiveldhoogte in de raai is gebruik gemaakt van de maaiveldhoogtes die door waterpassing zijn verkregen en indien deze nog niet bekend waren, is gebruikgemaakt van het AHN 5 m-grid. De profielopbouw van de bodem is van iedere boring in de vorm van een bodemkundig/bodemfysisch geschematiseerde doorsnede in een aparte tabel weergeven.
Het uiteindelijke boorpuntenbestand is in de vorm van een digitaal bestand afgeleverd.
In de peilbuizen zijn door een andere opdrachtnemer en door een medewerker van de provincie drukopnemers geplaatst om het verloop van de freatische grondwaterstand en stijghoogte te kunnen volgen. Om te voorkomen dat bij het defect raken van de apparatuur hiaten in de meetreeks ontstaan, zal door de provincie eenmaal in de vier maanden handmatig een opname van de freatische
grondwaterstanden en stijghoogte in de raai worden uitgevoerd.
Voor de beschrijving van het verloop van de freatische grondwaterstand en de stijghoogte in de drie raaien is naast de bodemopbouw van het ‘ondiepe’ profiel ook inzicht nodig in de opbouw van ‘de diepere’ ondergrond. Het Dinoloket geeft o.a. informatie over de (hydro-)geologische opbouw van de ‘diepere’ ondergrond.
Geohydrologisch is de bodemopbouw ter plaatse van Geelbroek te schematiseren tot een dun freatisch watervoerend pakket, gevolgd door een storende laag bestaande uit keileem en of lössleem, met daaronder een dik watervoerende pakket. Het diepe watervoerende pakket is in het noordelijke uiteinde van raai A-A1 en het westelijke uiteinde van raai B-B1 en raai C-C1 opgesplitst is twee watervoerende pakketten door de aanwezigheid van scheidende laag bestaande uit Peeloklei. De grondwaterstroming in het watervoerende pakket onder de keileem is globaal in noordelijke tot noordnoordoostelijke richting gericht.
Op alle meetlocaties is minimaal één storende laag aangetroffen. De storende laag bestaat meestal uit keileem, maar op enkele locaties ook geheel of gedeeltelijk uit lössleem.
Raai A-A1 is min of meer loodrecht op het isohypsenbeeld gelegen. De diepe stijghoogte vertoont een duidelijk verhang in noord tot noordoostelijke richting. Uit de afname van het verhang in het centrum van het gebied kan worden afgeleid bij constante kD, dat in het centrum van het gebied een kwelzone ligt. Ten zuiden van de kwelzone ligt een infiltratiegebied. Ook ten noorden van de kwelzone neemt het verhang van de diepe stijghoogte toe, wat duidt op wegzijging. Raai B-B1 ligt min of meer evenwijdig met de isohypsen, de diepe stijghoogte geeft een relatief vlak verloop. Raai C-C1 maakt een hoek met de isohypsen.
Aan het eind van de zomer is de freatische grondwaterstand op de meeste locaties weggezakt in de keileem. Alleen in het centrum van het gebied wordt in de freatische grondwaterstandsbuizen nog een freatische grondwaterstand boven de keileem gemeten. Alle waterlopen snijden het freatisch
watervoerende pakket aan en steken soms enige decimeters in de keileem. Een groot deel van de waterlopen staat droog in de zomer, alleen in het centrum van het gebied en het noordelijke deel van raai A-A1, de Ruimsloot, zijn de sloten watervoerend. In de winter, rond het GHG-moment, zijn alle freatische buizen watervoerend, ook de waterlopen bevatten water.
In de natte situatie rond het GHG-moment geven de gemeten stijghoogten op de meeste buislocaties een wegzijgingssituatie weer, met uitzondering van enkele peilbuizen in het centrum van het gebied. In dit gebied wordt de freatische grondwaterstand afgetopt door het maaiveld en stijgt de diepe stijghoogte soms zelfs tot enkele decimeters boven het maaiveld. In een ring om dit centrale gebied liggen buislocaties die in de natte wintersituatie een wegzijgingssituatie laten zien, terwijl in de zomer sprake kan zijn van kwel of wegzijging. De buitenste ring met peilbuizen, met uitzondering van het noordelijke deel geven een wegzijgingssituatie weer over het gehele jaar.
Op basis van dit onderzoek kan worden geconcludeerd dat het grondwaterstandsmeetnet voldoende houvast biedt om op gebiedsniveau de huidige en toekomstige hydrologische situatie te beschrijven en eventuele veranderingen als gevolg van waterhuishoudkundige ingrepen in het gebied Geelbroek te monitoren en op gebiedsniveau te kwantificeren. Verder is dit meetnet ook geschikt voor
onderbouwing van de GHG- en GLG-veldschattingen op perceelsniveau, die over ca. vijf jaar zullen worden uitgevoerd.
De resultaten van het onderzoek zijn vastgelegd in dit rapport en op een bijbehorende cd-rom. Aan de opdrachtgever is een deel van de resultaten ook op een USB-stick verstrekt in de vorm van ArcGis- en Excel-files.
1
Inleiding
1.1
Achtergronden van het onderzoek
Als onderdeel van het Natura 2000-gebied ‘Drentsche Aa’ wordt het natuurgebied Geelbroek (Afb. 1) opnieuw ingericht. Het laaggelegen Geelbroek is van oorsprong een nat, moerassig gebied en vormt een van de brongebieden van de Drentsche Aa.
Afbeelding 1 Verveend broekbos in het natuurgebied Geelbroek.
Voor het gebied Geelbroek is door Dienst Landelijk Gebied regio Noord (DLG) een inrichtingsplan gemaakt. Volgens dit plan wordt dit brongebied van de Drentsche Aa ingericht als natuurgebied. Bij de inrichting als natuurgebied wordt de waterhuishoudkundige inrichting van het gebied aangepast. De plannen bestaan voornamelijk uit het nemen van vernattingsmaatregelen, zoals het laten dempen en dichtgroeien van sloten, waardoor de afvoer wordt vertraagd en er meer water in het gebied wordt vastgehouden. De afvoer van het overtollige water vindt grotendeels via de Ruimsloot (Afb. 2) plaats.
Terminologie
Onder stijghoogte wordt verstaan: de potentiaal van het water, uitgedrukt als energiehoogte-equivalent (m). Bij het gebruik van de stijghoogte dient een referentieniveau gekozen te worden en worden andere deelpotentialen vaak verwaarloosd.
Een schijnspiegel is de grondwaterspiegel van een grondwaterlichaam, gelegen op een slecht doorlatende laag waaronder een onverzadigde zone voorkomt; op nog grotere diepte bevindt zich een volgende grondwaterspiegel die via het grondwater in verbinding kan staan met het grotere (regionale) grondwaterlichaam.
Onder storende lagen wordt verstaan: lagen in het bodemprofiel die een dominante en/of sturende invloed hebben op de hoogte en fluctuatie van de freatische grondwaterstand, zoals lössleem en keileem.
Afbeelding 2 De Ruimsloot in het noordoostelijk deel van het onderzoeksgebied.
Om de geohydrologische effecten van de vernattingsmaatregelen op de omgeving in te schatten, zijn met het MIPWA-model door de Grontmij berekeningen uitgevoerd (schaal 1 : 50.000) (Schunselaar
et al., 2010). De uitgangspunten voor de modelberekening zijn uitvoerig besproken in het
hydrologenoverleg van voorjaar 2013. Dit heeft geleid tot enkele aanpassingen m.b.t. de modelinvoer, waarna nieuwe berekeningen zijn uitgevoerd. Deze berekeningen vormen de basis voor het
zogenaamde potentiële invloedgebied; dit is het gebied waar de invloed van een verhoging van de stijghoogte onder de keileem meer dan 5 cm bedraagt (Schunselaar et al., 2013). Om de
uitgangssituatie vast te leggen en om inzicht te krijgen in de werkelijk optredende effecten van de voorgestelde maatregelen, is afgesproken dat naast een gebiedsdekkende bodem- en Gt-kartering (schaal 1 : 10.000) van de huidige situatie (referentiesituatie, fase 1), ook een aantal raaien over het gebied wordt gelegd om de freatische grondwaterstand en de stijghoogte onder de keileem/lössleem ten minste de komende vijf jaar te volgen.
De gebiedsdekkende kartering is reeds uitgevoerd en de resultaten hiervan zijn in de vorm van een rapport met kaarten in december 2014 aan de opdrachtgever afgeleverd (Vroon en Kiestra, 2014).
1.2
Doel
Doel van het onderzoek is het opzetten van een grondwaterstandsmeetnet. Met dit meetnet wordt de invloed van maatregelen op de waterhuishouding in het onderzoeksgebied ten minste de komende vijf jaar gemonitord. Mochten de effecten in de tussenliggende tijd groter zijn dan verwacht, zullen er aanvullende maatregelen worden getroffen. Verder zal de informatie worden gebruikt bij de
gebiedsdekkende Gt-kartering, die over vijf jaar zal worden uitgevoerd. Hetzelfde gebied zal dan nogmaals op dezelfde wijze als bij fase 1 worden gekarteerd om na te gaan of de genomen compenserende maatregelen, die zijn doorgevoerd om de berekende verhoging van de freatische grondwaterstand in het landbouwgebied te ondervangen, succesvol zijn geweest.
1.3
Werkwijze
De profielopbouw in het gebied Geelbroek bestaat vanaf maaiveld globaal uit een dun pakket zandige afzettingen, vervolgens een storende laag, vooral bestaande uit keileem en daaronder een
Modelberekeningen (Schunselaar et al., 2010 en 2013) geven aan dat de invloed van de ingrepen in het natuurgebied Geelbroek, zoals dempen van greppels en sloten, voornamelijk doorwerken naar de omgeving via het diepere watervoerend pakket. De mate van invloed in het aangrenzende
landbouwgebied wordt vooral bepaald door de weerstand (c) van de keileem en het doorlaatvermogen (kD) van het onderliggende watervoerende pakket. Het neerslagoverschot wordt geheel of gedeeltelijk afgevoerd door het aanwezige oppervlaktewaterstelsel. De invloed van het oppervlaktewaterstelsel bepaalt tevens de doorwerking van de waterhuishoudkundige ingrepen. Door het plaatsen van een aantal dwarsraaien met peilbuizen over het potentiële invloedsgebied kan worden nagegaan of de voorgenomen vernattingsmaatregelen effect hebben op het hydrologisch systeem. Verder wordt inzicht verkregen in de werking van het hydrologisch systeem. De potentiële omvang van het
invloedsgebied is vastgesteld aan de hand van modelberekeningen. Met het MIPWA-model is het beeld van de verhoging van de stijghoogte/freatische grondwaterstand onder en boven de keileem
vastgesteld. De berekende 5 cm-lijn van de verhoging van de stijghoogte onder de keileem vormt de begrenzing van het gebied. Dit is het maximale gebied waar invloed op de freatische grondwaterstand mogelijk is volgens de modelberekeningen (Afb. 3).
Afbeelding 3 Berekende 5 cm-lijn van de verhoging van de stijghoogte onder de keileem met
begrenzing Geelbroek (bron Grontmij).
Als onderdeel van de bodemkundig-hydrologische kartering is het bestaande peilbuizennetwerk, dat door Grontmij is gebruikt in het modelonderzoek, beoordeeld. Hierbij gaat het erom of de freatische grondwaterstanden in de bestaande buizen gebruikt kunnen worden voor de onderbouwing van de GHG- en GLG-veldschattingen en voor opname van deze buizen, indien relevant, in de raaien. Dit onderzoek is in oktober 2013 uitgevoerd (Vroon en Kiestra, 2014). Tijdens dit onderzoek is van elke geselecteerde buislocatie ook een bodemkundige profielbeschrijving gemaakt. Verder is tijdens dit onderzoek ook beoordeeld welke buizen de freatische grondwaterstand al dan niet correct weergeven.
Hierbij is voorgesteld om deze buislocaties te voorzien van een of meerdere extra filters met een filterstelling die zijn afgestemd op het voorkomen van storende lagen in het bodemprofiel. Door de freatische grondwaterstanden in beide filters enige tijd (enkele maanden) te volgen, kan worden afgeleid of de historische meetreeks alsnog geschikt is. De buizen die als geschikt worden beoordeeld, kunnen worden meegenomen in het monitoringprogramma ten behoeve van de onderbouwing van de GxG-schattingen tijdens het gebiedsdekkend bodemkundig/hydrologisch onderzoek en, indien relevant, opgenomen worden in de te kiezen raaien. De beoordeling of de historische meetreeksen al dan niet geschikt zijn, valt buiten het kader van dit onderzoek en zal worden ondergebracht als onderdeel in het drainageadvies (fase 3-onderzoek).
Van de buislocaties B12D1887 en B12D1888 (Afb. 4) is wel een profielbeschrijving gemaakt, maar omdat deze buislocaties niet in het fase 1-onderzoek (Vroon en Kiestra, 2014) zijn gebruikt en in eerste instantie ook niet in het onderhavige onderzoek gebruikt zouden gaan worden, is er geen beoordeling gegeven ten aanzien van de filterstelling in relatie tot het voorkomen van storende lagen in het bodemprofiel. Op deze locaties zijn dus in het kader van dit onderzoek geen extra filters bijgeplaatst. Uiteindelijk zijn deze buislocaties op advies van DLG op een later moment aan de raaien toegevoegd. Hierdoor is het mogelijk dat er een discrepantie aanwezig is tussen de freatische grondwaterstand en de stijghoogte die is gemeten in deze peilbuizen (Van de Akker et al., 2010). Dit betekent dat men op deze locaties de term freatische grondwaterstand mogelijk moet vervangen door stijghoogte.
In het gebied Geelbroek liggen enkele knelpunten die speciale aandacht verdienen. Bij de keuze van de situering van de raaien is hiermee rekening gehouden. Er worden drie raaien over het gebied gelegd, rekening houdend met de bodemkundig-hydrologische variatie (bodem-/Gt-kaart schaal 1 : 10.000) in het gebied, de ligging van geschikte bestaande buizen en de gebiedsknelpunten. De diameter van het potentiële invloedsgebied bedraagt ca. 3000 m.
In totaal is op 23 locaties met een onderlinge afstand van ca. 400-500 meter langs 3 raaien een peilbuislocatie gepland. Omdat gebruik kan worden gemaakt van 10 bestaande buislocaties in het raaienonderzoek (de buislocaties GB009 en GB003 zijn wel beoordeeld en beschreven, maar niet in het raaien onderzoek betrokken), zijn in de raaien slechts 13 nieuwe locaties opgenomen. De ligging van de raaien is voorgelegd aan de opdrachtgever. Vervolgens zijn binnen de raaien, rekening houdend met het bestaande meetnet, locaties geselecteerd, eventueel in overleg met de
grondgebruiker, voor het plaatsen van de 13 nieuwe peilbuislocaties. Op elke nieuwe buislocatie (de bestaande 10 locaties zijn al beoordeeld en beschreven in oktober 2013) is met behulp van een Edelmanboor de profielopbouw tot aan het GLG-niveau (indien mogelijk of anders tot zover mogelijk), of tot maximaal ca. 4 m –mv. beschreven. Verder is het huidige freatische grondwaterstandsverloop (GHG en GLG) geschat op basis van hydromorfe kenmerken, vegetatie, lokale ont- en
afwateringssituatie en de in de boorgaten en in stambuizen gemeten freatische grondwaterstanden. Verder wordt het huidige freatische grondwaterstandsverloop (GHG en GLG) daar waar nodig geschat op basis van hydromorfe kenmerken, vegetatie, lokale ont- en afwateringssituatie en de in de boorgaten en in stambuizen gemeten freatische grondwaterstanden. Voor elke locatie wordt een voorstel gedaan voor de plaatsing van 2 of meerdere peilbuizen. Op elke locatie worden minimaal 2 filters geplaatst: 1 filter boven de keileem en 1 filter onder de keileem. In bepaalde gevallen zal een extra filter worden geplaatst, bv. als de keileem uit meerdere lagen bestaat. Alterra doet een voorstel voor de filterstelling in relatie tot de opbouw van het bodemprofiel. Nadat de boorlocatie door de bodemkundige is vastgelegd en het bodemprofiel bodemkundig is beschreven, blijven ter plaatse 2 open boorgaten (een diep boorgat en een boorgat tot de keileem) liggen om rond de 14e en 28e alvast (maximaal vier) metingen van de grondwaterstand/stijghoogte te kunnen uitvoeren, totdat het definitieve meetpunt is ingericht. De stijghoogte die wordt gemeten in het diepste boorgat kan in natte situaties worden beïnvloed door instroom vanuit de la(a)g(en) boven en/of tussen de keileem, omdat deze niet is afgewerkt met betonietklei. Deze gemeten stijghoogte heeft in natte situaties dan ook alleen een indicatief karakter. De coördinaten van de geselecteerde buislocaties zullen met behulp van een GPS worden vastgelegd. De uiteindelijke inrichting van het grondwaterstandsmeetpunt wordt door een externe partij uitgevoerd. Alterra heeft hiervoor in overleg met opdrachtgever en Provincie een protocol opgesteld (Bijlage 1) met betrekking tot de wijze waarop de boringen worden uitgevoerd.
De raaien kruisen meer dan 70 verschillende waterlopen. Om het niveau van de oppervlaktewater-stand in de raaien mee te nemen, is bij elke peilbuislocatie in de dichtstbij gelegen watergang op één locatie de coördinaten met GPS vastgelegd en zijn de oppervlaktewaterstand en de diepte van de slootbodem met een waterpas ingemeten. Nadat het meetnet volledig is ingericht, zijn op een relatief nat en droog moment zijn de oppervlaktewaterstanden in het veld gemeten.
Van iedere raai is een dwarsdoorsnede rond het GHG- en het GLG-moment gemaakt, waarin per boorlocatie de maaiveldhoogte (t.o.v. NAP), de begindiepte van de keileem en dikte van het
keileempakket, oppervlaktewaterstand en de grondwaterstand en stijghoogte zijn weergegeven. Beide dwarsdoorsneden zullen worden gemaakt voor de huidige hydrologische situatie. Voor de
maaiveldhoogte in de raai zal gebruik worden gemaakt van de maaiveldhoogtes die door waterpassing zijn verkregen of indien deze nog niet bekend zijn, zal gebruik worden gemaakt van het AHN (5 m grid). De profielopbouw van de bodem zal van iedere boring in de vorm van een
bodemkundig/bodemfysisch geschematiseerde doorsnede in een aparte tabel worden weergeven. Het uiteindelijke boorpuntenbestand zal in de vorm van een digitaal bestand worden afgeleverd. Verder zal de informatie op een aantal buislocaties in combinatie met de opgevraagde neerslag- (neerslagstation 323 Laaghalen) en verdampingsgegevens (meteostation 161 Eelde) worden gebruikt om te bepalen of de in het gebied aanwezige storende lagen (veelal keileem en lössleem) al dan niet doorlatend zijn aan de hand van het eventueel optreden van stijghoogteverschillen of schijnspiegels in de ondiepe ondergrond in perioden met een neerslagoverschot.
In de peilbuizen worden door een andere opdrachtnemer en door een medewerker van de provincie drukopnemers geplaatst om het verloop van de grondwaterstand/stijghoogte te kunnen volgen. Om te voorkomen dat bij het defect raken van de apparatuur hiaten in de meetreeks ontstaan, zal door de provincie eenmaal in de vier maanden handmatig een opname van de
grondwaterstanden/stijghoogten in de raai worden uitgevoerd.
De resultaten van het onderzoek worden ten slotte vastgelegd in een rapport en in een digitaal bestand (cd-rom en USB-stick (deze laatste wordt alleen aan opdrachtgever verstrekt)).
2
Methode
2.1
Het peilbuizenmeetnet
2.1.1
Bodemkundige gegevens
In de periode oktober 2013 t/m juni 2014 zijn langs of in de nabijheid van 3 raaien 25 grondboringen (Afb. 4) verricht en peilbuizen (Royal HaskoningDHV) geplaatst vanaf een diepte net boven de keileem tot maximaal ca. 6.50 m –mv.
Afbeelding 4 Ligging van de raaien en buislocaties met het aantal filters in Geelbroek.
De filterstelling van de peilbuizen is afgestemd op de aanwezigheid van storende lagen in het fluctuatietraject van het freatisch grondwater. Hierdoor komen er op alle locaties (behalve op buislocatie B12D0384) 2, 3 of 4 filters voor (Afb. 4 en 5 en Bijlage 2).
Omdat in het gebied veel keileem/lössleem voorkomt, is de filterdiepte erg bepalend voor de freatische grondwaterstand. Filters net in of boven de keileem/lössleem geven in de winterperiode
aanmerkelijk hogere freatische grondwaterstanden dan wanneer de grondwaterstand wordt gemeten in een peilbuis waarbij het filter ‘door’ de keileem/lössleem is geplaatst (Van den Akker et al., 2010). Dit is op een aantal momenten in de tijd gecontroleerd door de gemeten grondwaterstanden in de ondiepe filters te vergelijken met de freatische grondwaterstanden in ondiepe boorgaten, die
hoogstens op maximaal ca. 50 cm afstand naast de ondiepe filters zijn gelegen. Soms staat het filter wel in de keileem, maar is het filter te ondiep geplaatst en valt de buis in de zomerperiode droog. Bij sommige bestaande buislocaties zijn daarom in juli 2014 één of twee peilbuizen bijgeplaatst (Bijlage 1 en 2).
De onderlinge afstand tussen de peilbuislocaties bedraagt gemiddeld ca. 500 m. Verder zijn bij de peilbuislocaties ook de bodemprofielen beschreven en geregistreerd met een veldcomputer (Motion). In de profielbeschrijving is ondermeer vastgelegd:
• de subgroep van de bodemclassificatie (De Bakker en Schelling, 1989) op basis van dikte, aard en opeenvolging van de verschillende horizonten;
• de bewortelbare diepte, effectieve wortelzone (gras) en eventueel ook de verwerkingsdiepte; • het organische stofgehalte, het lutumgehalte, het leemgehalte en de mediaan (M50) van de
zandfractie van de onderscheiden lagen;
• geologische informatie; het voorkomen van afwijkende materiaalsoorten, zoals grof zand, moerig materiaal en keileem.
Alterra heeft tot een diepte van maximaal 4 m –mv een bodemkundige profielbeschrijving gemaakt. Door Royal HaskoningDHV zijn op sommige boorlocaties filters geplaatst tot een diepte van ca. 6,50–mv (Afb. 5) en daarbij is het bodemprofiel volgens de NEN-normering beschreven vanaf de diepte waar Alterra haar boorbeschrijving heeft beëindigd tot aan de onderkant van het diepst geplaatste filter.
Afbeelding 5 Buislocatie GB021 ten zuidenoosten van Geelbroek met drie door Royal
HaskoningDHV geplaatste peilbuizen (foto Royal HaskoningDHV).
Indien nodig is de bodemkundige informatie van Alterra aangevuld met informatie die Royal
HaskoningDHV op de boorlocaties heeft gemaakt. Alterra heeft deze informatie vervolgens in de kolom opmerkingen van de boorbeschrijvingen aangegeven met de zin ‘vanaf 300 Royalhask’. Dit betekent
dat informatie van Royal HaskoningDHV vanaf een diepte van 300 cm –mv is vertaald naar een bodemkundige profielbeschrijving en daarna is opgenomen in de bodemkundige profielbeschrijving van Alterra. Meestal is het niet mogelijk om de NEN-normering om te zetten in een bodemkundige profielbeschrijving, omdat de boorbeschrijving volgens de NEN-normering te summier is. Dit geldt ook voor de boorbeschrijvingen die in 2009 door Royal HaskoningDHV zijn gemaakt op een aantal
buislocaties in het ruilverkavelingsgebied Laaghalen (Dienst Landelijk Gebied, 2009). Voor de boorbeschrijvingen van de buislocaties B12D1887, B12D1888, B12D1889, die in het kader van het meetnet verdroging onder beheer van de provincie Drenthe vallen, is in het DINO-archief weinig bruikbare bodemkundige informatie aanwezig. Alterra heeft, indien relevant, alleen gebruikgemaakt van de informatie over de diepte en dikte van het keileempakket. Van buislocatie B12D0384 hebben we geen bruikbare profielbeschrijvingen kunnen vinden. Dit betekent dat we voor de bodemopbouw alleen informatie hebben van de profielbeschrijving die Alterra in 2013 heeft gemaakt. In de file TerraIndex Boorprofielen op de cd-rom en USB-stick staan de profielen volgens de NEN-normering weergegeven, zoals Royal HaskoningDHV die in 2014 heeft beschreven.
Het boorregister is opgeslagen in het archief van Alterra en is in digitale vorm alleen beschikbaar voor de opdrachtgever.
2.1.2
Hydrologische gegevens
Het jaarlijks wisselende verloop van de freatische grondwaterstand op een bepaalde plaats is te herleiden tot een regimecurve. De top en het dal van de grondwaterregimecurve geven het niveau aan tot waar de freatische grondwaterstand gemiddeld in de winter stijgt (Gemiddeld Hoogste
Grondwaterstand, GHG) en in de zomer daalt (Gemiddeld Laagste Grondwaterstand, GLG) (Stol, 1960, Knibbe en Marsman, 1961, Van Heesen en Westerveld, 1966 en Van Heesen, 1971). De GHG en GLG worden berekend door het middelen van respectievelijk de drie hoogst gemeten freatische
grondwaterstanden (HG3) en de drie laagst gemeten freatische grondwaterstanden (LG3) in een hydrologisch jaar (1 april t/m 31 maart). Dit is proefondervindelijk vastgesteld door Knibbe en Marsman (1961) en Van de Sluijs en Van Egmond (1976). Om de GHG en GLG te berekenen, worden respectievelijk de HG3 en de LG3 over minimaal 8 aaneengesloten hydrologische jaren gemiddeld (voor waterwingebieden wordt indien mogelijk uitgegaan van een periode van 10 jaar (Vroon et al., 2008, 2010 en 2012, Ritzema et al., 2012)). Er wordt hierbij uitgegaan van twee metingen per maand op of omstreeks de 14e en de 28e. Voor het onderbouwen van de GHG- en GLG schattingen in het veld zijn berekende GHG’s en GLG’s van de geselecteerde peilbuizen noodzakelijk. Op basis van het fase 1-onderzoek (Vroon en Kiestra, 2014) voldoet alleen buis B12D0384 ruim aan het criterium van 10 jaar. Voor deze buis is over een periode van 22 jaar (1991 - 2013) een GHG en GLG berekend van respectievelijk 32 en 146 cm –mv. De periode waarin men in de overige acht geselecteerde peilbuizen (B12D1888, GB003, GB004, GB006, GB007, GB008, GB009 en GB011) freatische grondwaterstanden heeft gemeten, is echter te kort om GXG’s te kunnen berekenen. Er zijn vanaf ca. 2010 wel
hoogfrequente metingen (1 keer per dag) aanwezig, zodat de GXG’s (schattingen) zijn berekend met behulp van regressieanalyse (Vroon en Kiestra, 2014).
De waarden die men voor de GHG en de GLG vindt, kunnen van plaats tot plaats variëren. Daarom heeft men een klassenindeling samengesteld, die op basis van de GHG en GLG is ontworpen (ten Cate
et al., 1995 en Brouwer et al., 1996). Elk van deze klassen, de zogenaamde grondwatertrappen (Gt),
is door een GHG- en/of GLG-traject gedefinieerd. Grondwatertrappen geven de gemiddelde fluctuatie van het grondwater weer. Ze zijn aangegeven met Romeinse cijfers en een (of meerdere)
Tabel 1
Trajectgegevens voor de Gt. Gt* GHG traject in cm - mv. GLG traject in cm - mv. Ia < 25 cm < 50 IIa < 25 cm 50 – 80 IIb 25 – 40 50 – 80 IIc 40 – 80 50 – 80 IIIa < 25 80 – 120 IIIb 25 – 40 80 – 120 IVu 40 – 80 80 – 120 IVc 80 – 120 80 – 120 Vao < 25 120 – 180 Vad < 25 > 180 Vbo 25 – 40 120 – 180 Vbd 25 – 40 > 180 VIo 40 – 80 120 – 180 VId 40 – 80 > 180 VIIo 80 – 140 120 – 180 VIId 80 – 140 > 180 VIIIo > 140 120 – 180 VIIId > 140 > 180Voor het vaststellen van de huidige hydrologische situatie wordt de GLG (doorgaans in de nabijheid van de permanent gereduceerde zone: de Cr-horizont) als leidraad genomen. Vanaf dit niveau is het profiel volledig gereduceerd en heeft het materiaal een blauwgrijze kleur. De kleurintensiteit op dit niveau is echter sterk afhankelijk van de hoeveelheid en de aard van het ijzer in de grond. Ontijzerde of ijzerarme gronden, zoals humuspodzolgronden, vertonen veel minder duidelijke kleurverschillen dan ijzerhoudende gronden. Het is daarom niet eenvoudig een GLG-niveau in ijzerarme profielen vast te stellen. Dit geldt bij een ongewijzigde hydrologische situatie, maar des te meer bij een wijziging in het grondwaterregime. Bovendien is het niet altijd duidelijk of de waargenomen kenmerken
samenhangen met een GLG-niveau. Alleen freatische grondwaterstandmetingen kunnen hierin meer duidelijkheid geven.
De schatting van het GHG-niveau is ook gebaseerd op hydromorfe kenmerken, meestal bestaande uit roestvlekken en kleurintensiteit, afhankelijk van de fluctuatie van het grondwater. Bij de interpretatie van deze kenmerken wordt ook gelet op de textuur van het profiel (dit geldt ook voor de GLG). Bij een bepaalde GHG zullen in sterk of zeer sterk lemige, zeer fijnzandige gronden de hydromorfe kenmerken als gevolg van een dikke, vol capillaire zone hoger in het bodemprofiel voorkomen dan bij zwak lemige of leemarme matig fijnzandige gronden. Dit heeft tot gevolg dat de eerstgenoemde gronden, uit het oogpunt van de landbouw (vochtleverend vermogen, draagkracht etc.), natter zijn dan de minder lemige of grofzandige of matig fijnzandige profielen.
Om de geschatte GHG- en GLG-waarden zo goed mogelijk te onderbouwen, zijn in de boorgaten, na ca. één of meer dagen insteltijd, de freatische grondwaterstanden gemeten. De gemeten freatische grondwaterstanden zijn van een datum voorzien en staan bij de profielbeschrijvingen of zijn in een apart bestand vastgelegd. De standen zijn met betrekking tot het GHG- en GLG-niveau getoetst aan langjarige gegevens van freatische grondwaterstandsbuis B12D0384 (stambuis) en met de geschatte GXG’s (regressieanalyse) van de freatische grondwaterstandsbuizen B12D1888, GB003, GB004, GB006, GB007, GB008, GB009 en GB011 (Vroon en Kiestra, 2014).
Tijdens het bodemgeografisch onderzoek is het huidige GHG- en GLG-niveau op alle nieuwe en een aantal bestaande boorlocaties geschat en samen met de Gt-klasse in een profielbeschrijving vastgelegd.
2.1.3
Weerstand van de keileem
In de omgeving van de peilbuislocatie zijn 3 potentialen van belang, nl.: • Grondwaterstand freatisch pakket
• Stijghoogte onder de keileem • Oppervlaktewaterstand
In de droge situatie staan de filters boven de keileem meestal droog, terwijl in de natte situatie deze filters wel water bevatten. In een natte situatie is de diepe stijghoogte onder de keileem hoger, lager of gelijk aan de freatische grondwaterstand; dit duidt respectievelijk op kwel, wegzijging of
intermediair. Het neerslagoverschot van het perceel wordt via twee transportroutes (Afb. 6) afgevoerd, nl.:
• via q1, drainage naar de sloot;
• via q2, kwel/wegzijging uit/naar een dieper watervoerend pakket onder de leemlaag.
Voor het freatisch pakket kan een waterbalans worden opgezet. Neerslagoverschot = Drainage + Wegzijging + Bergingsverandering
B
c
h
h
c
h
h
B
q
q
E
N
leemlaag diep freat drainage oppw freat r+
∆
−
+
−
=
∆
+
+
=
−
1 2 (1) Hierin is: N = neerslag (m) Er = referentiegewasverdamping (m)ΔB = bergingsverandering freatisch pakket door verandering freatische grondwaterstand (m) hfreat = freatische grondwaterstand m. t.o.v. NAP
hoppw = oppervlaktewaterstand m. t.o.v. NAP
hdiep = diepe stijghoogte m. t.o.v. NAP
cdrainage = drainageweerstand in d
cleemlaag = weerstand keileem in d
Afbeelding 6 Afvoerroutes van het neerslagoverschot.
8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Afstand tot insteek talud (m)
H oogt e t .o. v. N A P ( m )
maaiv_ref maaiv_buf bovenkant leemlaag Onderkant leemlaag
Leemlaag
q
1
Drainage
Alle sloten liggen in het freatisch pakket of snijden de top van het keileempakket aan. De drainage kan worden berekend met:
drainage oppw freat
c
h
h
q
1=
−
(2)De onbekende is de drainageweerstand cdrainage. De drainageweerstand is opgebouwd uit meerdere
deelweerstanden, nl. verticale weerstand (ingeval van een deklaag boven het eerste watervoerende pakket), horizontale weerstand, radiale weerstand (in de omgeving van de sloot) en intreeweerstand (op de bodem van de sloot) (Ernst, 1983 en Massop en Van der Gaast, 2006). De verticale weerstand ontbreekt veelal. Gezien de geringe dikte van het freatisch pakket en de aanwezigheid van keileem, heeft de horizontale weerstand naar verwachting een groot aandeel in de drainageweerstand. De radiale weerstand wordt gering verondersteld. Daarnaast kan er nog sprake zijn van intreeweerstand. Indien aangenomen wordt dat vooral de horizontale weerstand van belang is, dan is de
drainageweerstand met behulp van de formule (formules 3 en 4) van Ernst (Ernst, 1983) te bepalen:
i dran
k
D
L
k
D
k
k
D
D
L
L
L
Lc
c
+
Ω
+
+
+
=
λ
4
tanh
4
1
)
(
8
1 1 2 2 2 2 1 1 2 (3) 2 1 2 2 1 1 11
1
1
λ
=
+
c
D
k
c
D
k
D (4) Hierin is:k1D1 = doorlaatvermogen watervoerende laag boven de leemlaag in m2/d
k2D2 = doorlaatvermogen watervoerende laag onder de leemlaag in m2/d
c1 = de weerstand van de leemlaag in d
L = de slootafstand in m Ω = de radiale weerstand in d/m ci = intreeweerstand in d/m
λ = spreidingslengte in m
Wegzijging
Op basis van het stijghoogteverschil kan een inschatting worden gemaakt van de verticale weerstand (c-waarde) en verticale verzadigde doorlatendheid (kv-waarde) van de keileem (Van der Gaast en
Kiestra, 2008). De gegevens die hiervoor noodzakelijk zijn: het verschil in stijghoogte over de weerstandsbiedende laag (keileem) en de waterflux over deze laag (formule 5). Indien de weerstand van de weerstandsbiedende laag bekend is, kan de gemiddelde verticale verzadigde doorlatendheid van het materiaal eenvoudigweg worden berekend door de laagdikte te delen door de berekende weerstandswaarde (formule 6). leemlaag diep freat
c
h
h
q
2=
−
(5) leemlaag leemlaag vc
D
k =
(6) Waarin:cleemlaag = weerstand van de weerstandsbiedende laag (dagen)
q2 = verticale flux door de weerstandsbiedende laag (m/dag)
kv = verticale verzadigde doorlatendheid van het materiaal (m/dag)
Dleemlaag = dikte van de weerstandsbiedende laag (m)
Bergingsverandering
Om de bergingsveranderingen te kunnen schatten, dient naast de freatische grondwaterstand ook de bergingsfactor bekend te zijn. Als freatische grondwaterstandsveranderingen worden gerelateerd aan
het neerslagoverschot, dan kan hieruit een bergingsfactor worden afgeleid. Voor peilbuislocaties waarvoor freatische grondwaterstandsreeksen met dagelijkse waarnemingen beschikbaar zijn, kan de berging uit freatische grondwaterstandsveranderingen worden afgeleid.
Stromingssituaties
Voor de analyse beschikken we enkel over freatische grondwaterstanden boven de keileem,
stijghoogten onder en soms tussen de keileem/lössleem en voor twee momenten (rond het GHG- en GLG-moment) opnamen van enkele oppervlaktewaterstanden. Hierbij kunnen globaal 2
stromingssituaties worden onderscheiden. In een situatie waarbij de freatische grondwaterstand hoger is dan de stijghoogte onder de keileem hebben we te maken met een wegzijgingsituatie (Afb. 7).
Afbeelding 7 Drainerende werking van sloten op de aangrenzende percelen en wegzijging naar de
ondergrond.
Nabij de sloot wordt water gedraineerd door de sloot, op zekere afstand van de sloot zal het neerslagoverschot wegzijgen door de keileem naar het diepere watervoerende pakket. Door in dit traject de verticale flux te relateren aan het stijghoogteverschil, kan de weerstand van de keileem worden bepaald/geschat.
In een situatie waarbij de freatische grondwaterstand lager is dan de stijghoogte onder de keileem hebben we te maken met een kwelsituatie (Afb. 8).
Afbeelding 8 Drainerende werking van sloten op de aangrenzende percelen en kwel vanuit de
ondergrond.
In deze situatie ontvangt de sloot zowel drainagewater als kwel. De grootte van de kwel is onbekend, dit betekent dat voor deze situatie de weerstand van de keileem niet kan worden bepaald/geschat.
De eerste methode om keileemweerstand te bepalen, is door eerst de wegzijgingsflux te bepalen via het opstellen van een waterbalans van het freatisch pakket ter plaatse van de peilbuis. Hierbij wordt gebruikgemaakt van het uitzakkingsverloop van de freatische grondwaterstand boven de
weerstandbiedende laag (Van der Gaast, 2008 en Hoogland et al., 2010). Voor de situaties waarbij alleen sprake is van verticale stroming geldt:
Keileem
W
E
N
B
=
−
r−
∆
(7) Hierin is:ΔB = verandering van de berging in mm/d
N = neerslag in mm/d
Er = referentiegewasverdamping in mm/d
W = wegzijging in mm/d
De neerslag en de gewasverdamping bepalen het neerslagoverschot, de gegevens voor de berekening kunnen worden ontleend aan het KNMI. De verandering van de berging kan worden afgeleid uit veranderingen van de freatische grondwaterstand. Om de hoeveelheid water te bepalen die geborgen wordt bij een stijgende grondwaterstand dan wel vrijkomt bij een dalende grondwaterstand, is de bergingscoëfficiënt1 van de bodem van belang. De bergingscoëfficiënt geeft het percentage van het bodemvolume dat beschikbaar is om water op te slaan tot verzadiging. De bergingscoëfficiënt kan het best worden bepaald uit de stijging van een grondwaterstand na een regenbui. Deze wordt uiteindelijk verkregen door het totale neerslagoverschot in deze periode te delen door de
grondwaterstandverandering (formule 8). 1 −
−
−
=
t t rG
G
E
N
b
(8) Hierin is: b = bergingscoëfficiënt (-)Gt = freatische grondwaterstand (m) op tijdstip t
Bij deze berekening wordt geen rekening gehouden met de wegzijgingsflux.
Als de bergingscoëfficiënt bekend is, kan uit het uitzakkingsverloop van de freatische grondwaterstand de wegzijging worden geschat. Om de fout in bergingscoëfficiënt te corrigeren, kan via een iteratief proces een betere schatting van de bergingscoëfficiënt en wegzijgingsflux worden gemaakt. Uit de berekende wegzijgingsflux en het potentiaalverschil over de keileem kan vervolgens de
keileemweerstand worden berekend (formule 5).
Een tweede methode om de weerstand van o.a. keileem te bepalen, is door gebruik te maken van de beschrijving van het boorprofiel (Vroon en Kiestra, 2014). Bij deze methode worden bodemhorizonten eerst vertaald naar bodemfysische eenheden volgens de Staringreeks (Wösten et al., 1987, 1994 en 2001). Vervolgens zijn deze bouwstenen fysisch geparametriseerd naar doorgemeten bodemfysische monsters (K-h en θ-h) in de Priapus-database (Verzandvoort et al., 2010). Uit combinatie van de dikte van de onderscheiden lagen (o.a. keileem) en de bijbehorende ksat-waarden is de weerstand geschat
(formule 6 en Bijlage 4).
2.2
Dwarsdoorsneden
In het onderzoeksgebied liggen drie raaien (Afb. 4, raaien A-A1, B-B1 en C-C1) met respectievelijk een lengte van ca. 4,1, 4,4, en 2,7 km. Het middelpunt van de raaien ligt in het centrum van het natuurgebied Geelbroek (Afb. 4, kruising van de raaien). Langs elke raai zijn op een afstand van gemiddeld 500 m in het totaal 23 grondboringen gedaan en profielbeschrijvingen gemaakt. De profielen zijn om technische redenen afzonderlijk gepresenteerd in aanhangsel 4 en niet in combinatie met de dwarsdoorsneden van de maaiveldhoogte en de freatische grondwaterstand. De boorlocaties, waar de freatische grondwaterstandsbuizen zijn geplaatst, zijn in het veld met een GPS vastgelegd.
1 Bergingscoëfficiënt of bergingsfactor is gedefinieerd als het quotiënt van de verandering in de specifieke berging en de bijbehorende verandering van de stijghoogte dan wel grondwaterstand.
Specifieke berging is berging boven een nader aan te geven referentievlak per eenheid van horizontaal oppervlak.
Naast een bodemkundige profielbeschrijving van de bodemprofielen zijn van iedere raai ook twee dwarsdoorsneden (rond het GHG- en GLG-moment) van de maaiveldhoogte, de begindiepte van de keileem en dikte van het keileem-/lössleempakket indien relevant de begindiepte en dikte van de eventuele aanwezigheid van een ingesloten keizandlaag, oppervlaktewaterstand, slootdieptes en de freatische grondwaterstand t.o.v. NAP gemaakt.
Om van iedere raai een dwarsdoorsnede te kunnen maken, moeten de boringen bij voorkeur in een rechte lijn liggen. Soms is dat niet mogelijk, omdat er is besloten voor het opnemen van bestaande buislocaties in de raai, zoals GB004, GB008 en GB012 (Afb. 4 en 9). Ook hebben we geen
peilbuisbuizen geplaatst in de buurt van watergangen of greppels, omdat deze watergangen invloed kunnen hebben op de freatische grondwaterstand in de peilbuizen.
Afbeelding 9 Ligging van buislocatie GB012 (3 filters) in raai B-B1 ten westen van Geelbroek (foto
Royal HaskoningDHV).
Voor het maken van een dwarsdoorsnede van de freatische grondwaterstand is het ook van belang dat de freatische grondwaterstanden in de peilbuizen op één moment worden gemeten. Voor het maken van de dwarsdoorsneden is een relatief nat (rond GHG-moment) en een droog moment (rond GLG-moment) tijdens het onderzoek gekozen.
De informatie over de hoogte van het maaiveld t.o.v. NAP voor het maken van de dwarsdoorsneden is voor de nieuwe buislocaties afkomstig van Royal HaskoningDHV, die in opdracht van DLG de hoogte van de peilbuizen t.o.v. NAP heeft ingemeten. De informatie over de hoogte van de reeds bestaande peilbuizen is afkomstig van de provincie Drenthe en het waterschap Hunze en Aa’s. De hoogte van de slootbodem, de stand van het oppervlaktewater en het bijbehorende maaiveld nabij een groot aantal buislocaties zijn door Alterra gewaterpast, waarbij gebruik is gemaakt van de NAP-hoogtegegevens van de buislocaties. Via een GIS-bewerking is een koppeling gemaakt tussen de ligging van de boorlocatie en de ligging van het maaiveld t.o.v. NAP. Op deze manier is vervolgens ook de gemeten grondwaterstand in cm –mv. omgezet naar een grondwaterstand t.o.v. NAP.
Verder hebben we van elke raai een korte beschrijving gegeven over de aanwezigheid van storende lagen in het fluctuatietraject van het freatische grondwater die meer of minder invloed hebben op de hoogte en fluctuatie van de freatische grondwaterstand en de doorwerking van de eventuele
toekomstige verhoging van de stijghoogte vanuit het watervoerende pakket onder de keileem naar de freatische grondwaterstand.
3
Resultaten
3.1
Neerslag en verdamping
Voor de interpretatie van o.a. de tijdstijghoogtegrafieken van de gemeten freatische
grondwaterstanden op de buislocaties hebben we naast de gemeten freatische grondwaterstanden, informatie van het bodemprofiel, informatie over de omgeving van de buislocaties en filterstelling ook informatie nodig over het neerslagoverschot.
Het gedrag van het grondwater staat mede onder invloed van meteorologische omstandigheden, die vooral worden bepaald door neerslag (N) en gewasverdamping (Er). Samen bepalen ze het
neerslagoverschot. Het neerslagoverschot hoeft niet overeen te komen met de voeding van het grondwater, omdat er water opgenomen kan worden in de onverzadigde zone of vrij kan komen uit de onverzadigde zone (berging). Het neerslagoverschot kan worden afgeleid uit meteogegevens van het KNMI. In Laaghalen staat een regenmeter van het KNMI, voor de periode 1-6-2014 t/m 20-3-2015 is de gemeten neerslag weergegeven in Afbeelding 10.
Afbeelding 10 Neerslag te Laaghalen in de periode 1-6-2014 t/m 20-2-2015.
De totale neerslag over de periode 1-6-2014 t/m 20-2-2015 bedraagt voor Laaghalen 596 mm, oftewel gemiddeld 2,24 mm/d. In deze periode is op 8 dagen meer dan 15 mm neerslag gemeten. Naast neerslag is ook de referentiegewasverdamping van belang. Voor meteostation Eelde geeft het KNMI dagelijkse waarden voor de referentiegewasverdamping. Over de periode 1-6-2014 t/m
20-2-2015 bedraagt de referentiegewasverdamping 404 mm, oftewel gemiddeld 1,52 mm/d. Uit beide datareeksen is het neerslagoverschot bepaald. Het neerslagoverschot is totaal over de beschouwde periode 192 mm, oftewel gemiddeld 0,73 mm/d. Het cumulatieve neerslagoverschot is weergegeven in Afb. 11.
Afbeelding 11 Cumulatief neerslagoverschot voor Geelbroek in de periode 1-6-2014 t/m 20-2-2015.
Uit Afbeelding 11 kan worden afgeleid dat de periode 1 juni tot 8 augustus relatief droog is geweest met een cumulatief neerslagoverschot van -110,1 mm (-1,6 mm/d). Tussen 8 augustus en
20 september wordt een natte periode gevolgd door een droge periode, zodat het cumulatief
neerslagoverschot vanaf 1 juni op 20 september nog -108,6 mm bedraagt. Vanaf 20 september is er een geleidelijke toename van het cumulatief neerslagoverschot naar -47,4 mm/d (1,3 mm/d) op 7 december, de hierop volgende periode tot 31 januari was relatief nat, het cumulatief
neerslagoverschot neemt toe naar 193,5 mm (4,4 mm/d). Tot 20 februari blijft het cumulatief neerslagoverschot ongeveer constant.
Op diverse data zijn door Alterra handmatig freatische grondwaterstanden in de filters op alle in het onderzoek betrokken buislocaties opgenomen. Op twee data, nl. 17-10-2014 en 3/4-2-20152, zijn
naast de freatische grondwaterstanden in de filters ook de oppervlaktewaterstanden in een aantal waterlopen gemeten. De opnamedatum 17-10-2014 valt aan het eind van een droge periode en komt, volgens de berekende GHG- en GLG-waarden van de freatische grondwaterstand, in een aantal peilbuizen uit het fase 1-onderzoek (Vroon en Kiestra, 2014) bij benadering overeen met de GLG (rond het GLG-moment tot maximaal enkele decimeters erboven); de opnamedatum 3/4-2-2015 valt aan het eind van een natte periode en komt overeen met de GHG (rond het GHG-moment tot maximaal enkele decimeters erboven of eronder).
3.2
De bodemgesteldheid op de buislocaties
De resultaten van de onderscheiden bodemtypen en grondwatertrappen in het onderzoeksgebied zijn opgenomen in Bijlage 4. Voor een verklaring en beschrijving van de gebruikte coderingen en
begrippen wordt verwezen naar het rapport ‘Bodemgeografisch onderzoek in landinrichtingsgebieden; bodemvorming, methoden en begrippen’ (Brouwer et al., 1996) en ‘Handleiding bodemgeografisch
2
Op 3-02-2015 zijn de oppervlaktewaterstanden opgenomen, evenals de grondwaterstand en stijghoogte in de nabij gelegen peilfilters. Vanwege de daglengte en omdat enkele zandwegen nauwelijks begaanbaar waren waardoor een aantal buizen niet per auto, maar alleen te voet bereikbaar was, was het niet mogelijk alle buizen op dezelfde dag te peilen. De niet-gepeilde buizen zijn de volgende ochtend op 4-3-2013 gepeild. In de tijdstijghoogtegrafieken is de opnamedatum als 4-2-2015 opgenomen.
onderzoek. Richtlijnen en voorschriften’ (Ten Cate et al., 1995). De handleidingen staan in de vorm van technische documenten 19A en 19B op cd-rom en USB-stick.
In Bijlage 4 staan de bodemkundige profielen ter plekke van de buislocaties in de raaien weergegeven. Op alle buislocaties komen in het boortraject een of meer storende lagen voor in de vorm van
lössleem (Afb. 12) en/of keileem (Afb. 13). Dit zijn lagen in het bodemprofiel die een dominante en/of sturende invloed hebben op de hoogte en fluctuatie van de freatische grondwaterstand. Hierdoor kan er een discrepantie zijn tussen de freatische grondwaterstand in het veld en de in de peilbuis gemeten ‘freatische’ grondwaterstand (Van den Akker et al., 2010). Storende lagen komen zowel in het
fluctuatietraject van het freatische grondwater voor alsook in de permanent gereduceerde zone. Deze lagen hebben in een gebied met een verhoging van de freatische grondwaterstand – als gevolg van bijvoorbeeld een verhoging van de stijghoogte onder de keileem meer of minder invloed op de doorwerking van de verhoging van de stijghoogte vanuit het pakket onder de keileem naar de freatische grondwaterstand. In de winter (bv. rond het GHG-moment) zal de doorwerking bij een gelijkblijvende verhoging van de stijghoogte in het pakket onder de keileem als gevolg van meer weerstand in het doorstroomde profiel geringer zijn dan in de zomer (bijv. rond GLG-moment). Soms komen er ook andere storende lagen in het fluctuatietraject van het freatische grondwater voor, zoals meerbodem (B12D1888 en B12D1889) of beekklei (GB013). De zwaarte van de keileem varieert van zeer lichte zavel (lichte veelal zandige keileem) tot zware zavel (zware en veelal compacte keileem). De top van de keileem (hooguit enkele decimeters) is meestal gedeeltelijk verweerd en is veelal lichter (minder lutum, minder leem) dan het onderliggend materiaal. Om de invloed van de storende lagen in het bodemprofiel op de freatische grondwaterstand nader te kunnen onderzoeken en om te verifiëren of de gemeten grondwaterstand in de bestaande filters overeenkomen met de gemeten freatische grondwaterstand, zijn op zes bestaande buislocaties (GB004, GB006, GB007, GB008, GB011 en GB012) een of meerdere filters bijgeplaatst (afhankelijk van de storende lagen in het bodemprofiel). Deze buizen liggen hoogstens enkele decimeters van de reeds aanwezige buizen verwijderd. De filterstelling (filterdiepte) is hierbij afgestemd op de storende la(a)g(en) in de bodem (Bijlage 1 en 2).
Afbeelding 12 Compacte lössleemlaag (punt van de boor) ondiep (ca.60 cm –mv) in het
Afbeelding 13 Keileemlaag (grijs(oranje) laag midden en links op de foto) ondiep (ca. 50 cm –mv) in
het bodemprofiel.
Stambuislocatie
Op basis van het fase 1-onderzoek (Vroon en Kiestra, 2014) blijkt dat er slechts 1 peilbuis B12D0384 (Afb. 14) overblijft met een voldoende lange continue meetreeks (22 jaar), een redelijk correcte ligging en niet te diep filter. Deze buis is aangeduid als stambuis. Voor de algemene buisinformatie van de stambuis en overige buizen, zoals ligging, buis- en filterlengte, wordt verwezen naar Bijlage 2. Verdere aanvullingen met betrekking tot de peilbuizen die Royal HaskoningDHV heeft gemaakt, staan in de files Rapportage gegevens Terra Index.pdf, Locatie met kaarten met inmeetgegevens nieuwe meetpunten Geelbroek.pdf en BD309-100-01.pdf op de cd-rom en USB-stick.
Op de stambuislocatie komt in het bodemprofiel (Afb. 15) een zeer fijn, sterk lemige veldpodzolgrond aangeduid als Hn35, net onder de heterogene bouwvoor (A/Bhe-horizont), een 10 cm dikke, zeer fijnzandige, sterk lemige kazige Bhe-horizont voor, die op 35 cm diepte overgaat in een 25 cm dikke overgangshorizont (BC-horizont) met een nog enigszins waarneembare bruine inspoelingslaag (podzol) die bestaat uit zeer fijn zwak lemig oud dekzand (GeoCode 412). Op 60 cm –mv gaat deze horizont over in zeer fijn zwak lemig oud dekzand zonder de aanwezigheid van een visueel
waarneembare inspoelingslaag (Ce-horizont). Op een diepte van 100 cm –mv gaat dit materiaal over in matig fijn leemarm fluvioperiglaciaal (GeoCode 413) zand. Vanaf 190 cm –mv begint de zandige, verspoelde keileem (GeoCode 510) tot een diepte van minimaal 220 cm –mv (maximale boordiepte). Voor de verklaringen van de overige coderingen en de profielopbouw op de overige buislocaties wordt verwezen naar Bijlage 4 met bijbehorende meta-informatie en de technische documenten 19A en 19B op de cd-rom en USB-stick en wordt daarom niet nader beschouwd.
Op de stambuislocatie B12D0384 komt slechts één peilbuis voor, waarvan de onderkant (175 cm –mv) reikt tot net boven de keileemlaag (Afb. 15). Aangezien boven dit filter geen storende lagen van betekenis voorkomen, kunnen de gemeten grondwaterstanden worden geïnterpreteerd als de
freatische grondwaterstand. De resultaten van de handmetingen van de grondwaterstand/stijghoogte die door Alterra zijn verricht in de peilbuizen, staan vermeld in de Bijlage 3 en in de vorm van tijdstijghoogtegrafieken in Bijlage 4.
In het fase 1-onderzoek (Vroon en Kiestra, 2014) is voor deze stambuislocatie een GHG van 32 cm en een GLG 146 (periode 22 jaar) berekend. Op basis van de gemeten standen in Bijlage 3 blijkt dat op ten minste twee momenten tijdens de opnameperiode zowel het GHG- (33 cm op 3/4 februari 2014) als ook het GLG-moment is bereikt (147 cm –mv op 30 september 2014).
Afbeelding 15 Profielopbouw op buislocatie B12D0384.
Buislocaties in gebieden met vooral wegzijging
In Afbeelding 17 staat als voorbeeld de filterstelling van de peilbuizen GB008-1, GB008-2, GB008-3 en GB008-4 (Afb. 16) weergegeven. De onderlinge afstand tussen de peilfilters bedraagt maximaal enkele decimeters. Voor de overige buizensets geldt hetzelfde principe en worden daarom niet nader beschouwd.
Afbeelding 16 Ligging van buislocatie GB008 met 4 peilbuizen. 1 buis is niet op de foto te zien,
omdat deze onder een afdekplaat is begraven (foto Royal HaskoningDHV).
In Afbeelding 17 zijn de filters weergegeven in de vorm van een zwarte kolom. In het bodemprofiel (een zeer fijn, zwak lemige veldpodzolgrond met keileem in de ondergrond beginnend op 50 cm –mv: Hn33x5 (puntcode)) komen twee keileemlagen voor die in de afbeelding met een oranje band zijn weergegeven. De ondergrond onder de homogene bovengrond (ca. 30 cm dik), die deels bestaat uit een dunne podzol, is tot aan de eerste keileemlaag opgebouwd uit goed doorlatend, matig fijn, zwak lemig dekzand. De 40 cm dikke laag tussen de twee keileemlagen bestaat uit goed doorlatend, matig fijn, zwak lemig keizand en begint op een diepte van 125 cm –mv. Op een diepte van 355 cm –mv gaat de tweede keileemlaag over in zeer fijn, zwak lemig praemorenaal zand, overeenkomend met de Peelo-formatie (Bijlage 4).
Afbeelding 17 Diepte en lengte van de filters (zwart) 1 t/m 4 op buislocatie GB008 en de ligging en
dikte van de keileemlagen (oranje) in het bodemprofiel.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 400 500 600 650 700 GB008-4 GB008-3 GB008-2 GB008-1 Filterstelling
