INSTITUUT VOOR CULTUURTECHNIEK EN WATERHUISHOUDING
NOTA 423 d, d. 18 oktober 1967 (gewijzigd)
ALTERRA.
Wageningen Universiteit & Researçh centr Omgevingswetenschappcn Centrum Water & Klimaat
Team lillegraai Waterheht;er
De consequenties van grondwaterwinning
in de Achterhoek
J.
J. de Vries
Nota
1s van het Instituut zijn in principe interne
communicatiemid-delen, dus geen officiële publikaties,
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
onder-zoek nog niet is afgesloten.
Bepaalde nota's komen niet voor verspreiding buiten het Instituut
in aanmerking,
Inleiding
ALJERRA.
Wageningen Universiteit & Research ccntre Omgevingswetenschappen Centrum Water & Klimaat
Team Integraal Waterbelteer
De resultaten van het door het Instituut voor Cultuurtechniek en
Waterhuishouding uitgevoerde geohydrologisch onderzoek in de
Achter-hoek, hebben een inzicht gegeven in de spreiding van doorlatendheid
en drainageweerstand. Bovendien is een indruk
ge1.:.~CJG'<::l ''?.~êde wijze
waarop de overtollige neerslag via de verschillende drainagestelsels
tot afvoer komt,(DE VRIES 1967I en 1967II)
Net behulp van deze gegevens is het mogelijk geworden plannen te
maken voor de grondwaterwinning in de toekomst en te trachten de ge··
volgen van deze winning te overzien,
Bij de groadwateronttrekking kan onderscheid gemaakt worden tussen
onttrekking door middel van een diffuus verspreid stelsel van
pomp-stations en meer geconcentreerde onttrekking in hydrologisch gezien
gunstig gelegen gebie<ien waarbij eventueel kunstmatige infiltratie kan
worden toegepast,
In het volgende zullen beide mogelijkheden worden besproken en zal
getracht worden de gevolgen van grondwaterstandsdaling bij een diffuus
onttrekkingestel te berekenen, In het rekenschema hiervoor wordt
on-derscheid gemaakt tussen een 5--tal gebieden die min of meer een
een-heid vormen in hydrologisch opzicht, Voor ieder van deze gebieden wordt
het huidige verloop van de grondwaterstand weergegeven, Verder wordt
de grondwaterdiepte in een kansverdeling opgegeven, Hierbij is
uitge-gaan van bostaande kansverdelingen van beekafvoeren, Deze afvoeren zijn
met behulp van drainageweerstanden omgezet in grondwaterstanden,
Op deze grondwaterstandsveranderingen onder invloed van het
sei-zoen zijn de grondwaterstandsveranderingen veroorzaakt door
grondwater-onttrekking gesuperponeerd,
Comoinatie van deze grondwaterstandsgegevens en
opbrengst-ontwa-teringacurven kunnen een indruk geven van de gevolgen van grondwaterwin-·
ning voor de landbouw,
·j" Schematj.sche in~eling van de Ac_hterhoek naar geohydrologische eigen,::_~
sche.~~E
... .!rrondwaterstanden (rekenschemti
Tengevolge van het feit dat veranderingen in doorlatendheid van de
ondergrond en topografie zich in oost-west richting voordoen, is het
- 2
-mogelijk om de Achterhoek in een aantal noord-zuid verlopende gebieden
te verdelen die tot op zekere hoogte een eenheid vormen in hydrologische
zin.
De hydrologische grootheden die hier in aanmerking worden genomen
zijn:
gemiddelde zomer- en wintergrondwaterstand
kD-waarde
drainageweerstand W, die gelijk is aan
w
=+
( 1)
hierin is:
L de gemiddelde afstand tussen de open leidingen in m
kD de doorlatendheid in m
2
jdag
w
de radiale weerstand in dagen,
Hydrologische gebieden (zie fig. 1)
I
Strook langs de IJssel met een breedte van ongeveer 6000 m;
vrij vlak gebied,
kD-waarde
W(winter)
W(zomer)
2000 m
2
jdag
500 dagen
700 dagen
gemiddelde zomergrondwaterstand
200 cm-m.v,
gemiddelde wintergrondwaterstand 100 cm-m,v,
II
Strook oostelijk van gebied I; breedte ongeveer 3000 m;
hellend gebied (helling ongeveer 1 : 1000).
kD-waarde
W(winter)
w(zomer)
2500 m
2
jdag
500 dagen
700 dagen
gemiddelde zomergrondwaterstand
gemiddelde wintergrondwaterstand
100 cm-m.v,
40 cm-m.v.
3
-III Strook met een breedte van ongeveer 5000 m; oostelijk van gebied II. Gebied met stuifruggen (droge zandgronden).
kD-waarde W(zomer en winter) 2 4000 m /dag 3000 dagen gemiddelde zomergrondwaterstand 200 cm-m,v. gemiddelde wintergrondwaterstand 100 cm-r1,v.
IV Gelegen tussen gebied III en de rand van het Tertiair Plateau, die gevormd wordt door de lijn Groenlo, Lichtenvoorde, Aalten; vrij vlak liggend gebied,
kD-waarde 3000 m2jdag W(zomer en winter) 2000 dagen
gemiddelde zomergrondwaterstand 140 cm-m,'T, gemiddelde wintergrondwaterstand 30 cm-m.v.
V komt meer verspreid voor: omgeving van Lichtenvoorde, Borculo er Neede; relatief laag liggende, vlakke gebieden.
kD-waarde W(winter) W(zomer) 2 1500 m /dag 300 dagen 500 dagen gemiddelde zomergrondwaterstand 100 cm-m,v, gemiddelde wintergrondwaterstand 30 cm--m. v. VI Tertiair Plateau,
Gebied waarin de slecht doorlatende Tertiaire sedimenten tot aan de oppervlakte komen; komt voor grondwateri/inning niet in aanmer--king.
kD-waarde
gemiddelde zomergrondwaterstand 100 cm--m. v, gemiddelde wintergrondwaterstand 40 cn:--m. v,
IIIA Ten zuiden en ten noorden van gebied :::II; gebied ligt iets lager dan gebied III.
4
-kD-waarde W(zomer en winter) 4000 m2jdag 2000 dagen gemiddelde zomergrondwaterstand 100 cm-m,v, gemiddelde wintergrondwaterstand 40 cm-m.v.De grondwaterstandsgegevens zijn geschematiseerd naar het COU( rRppor'c
(1958).
2, Verloop van de grondwaterstand in de verschj.J.lende ~rebiede_ll,_J.n_ç;=·"' loop van het jaar
De tijdstippen waarop gemiddeld de maximum-- en minimum-grondwe:>or-standen voorkomen, vallen niet in alle gebieden op hetzelfdê mo"lleilt,
Afhar~<c:':'jk van drainageweerstand en bergingscocfficiënt zal er een
faseverschuiving optreden ten opzichte van de tijdstippen van rraxi:mu en minimum neerslagoverschot,
Volgens
ERNST(1966)
1 is bij constante W, de faseverschuiving a.J> hankelijk van een parameter.;hierin is
r--:
T;ft\VT
(2)
•' de bergingscoëffj_ciënt (gmáddeld 0,
15
voor de Achterhoek)W de constante draè.nageweerstand
•r
de periodelengte(305
èazen),In figuur 2 is het verband tussen de parm•eter~ en de fasevertra. ging ~h af te lezen,
~J't< ·I(
t: ..
c
Deze .f".o-rmule· "'kunnen we toepassen op de in par~ î genoeMde gebicc~e~~.-. We moeten er echter rekening mee houden dat in deze gebiedeu de W :niet constant is. Voor zomer en winter moeten dus verschillcndD n:-).ijlingen van de grondwaterstand ten opzichte van de neersJ.a.g worden be:rektnC:~"
5
-Waarbij we dus aannemen dat bij de extreme waarden voor de grondwate:···
stand, de extreme waarden voor
'Ph
behoren.Hoewel dus ni&t geheel exact, passen we formule (2) toe op de in par, i genoeiode gebieden, Daarbij wordt uitgegaan van een maximum neer-slagoverschot op i januari en een minimum neerneer-slagoverschot op i augus··
tus, Verder wordt aangenomen dat t
=
0 steeds aan het begin van hetjaar valt, Gebied I h ma x hmin iOO cm-m,v. op i5 januari 200 cm-m, v, op i5 augustus
Bij deze ligging van de extreme punten kc'n de grondwaterstands-beweging nu bij benadering door de volgende formules worden weergegeven
(gezien deb:,nadeiBnde werkwijze leek het geen bezwaar daarbij enigszins van de gebruikelijke Fourier-analyse af te wijken):
voor -i5 <t (i35
voor i35
<
t <350.J?rainageweerstand
Gebied I I
voor -30
<
t (J 50h i50 + 0,44 sin 2 11 (t+30)+ 0,3i
Ti 3i5 dagen( voor afleiding zie fig, 3)
h i50- 0,5 sin 2 11 (t - i35)
T2 = 420 dagen wt 600 + iOO sin 2 n t T T = 365 dagen h 40 cm-m,v. op i februari max h . = iOO cm-m,v, op i september
mln
h =o, 70
+o, 26
Ti 300 dagen 2 11 sin--~(t+30)+0,i2 Tivoor
i50 <t <335
Drainae,:eweerstand
Gebied EI
Drainageweerstand
Gebied
IV
voor -65 (t (i65
voor i65 (t <300
Drainageweerstand
Gebied
V
voor -75 <t (i35
6
-h
0,70 - 0,3
sin~-2
1tT2
T2 = 420 dagen
wt
600 + iOO sin
2 n
T = 365 dagen
h
ma
x= iOO cm-m.v.
h .
= 200 cm-m,v,
m1n
T
(t-i50)
t
h
=
i,50 + 0,50 sin
~(t+i5)
TT = 365 dagen
W
= 3000 dagen
h
=
30 cm-m,v, op i5 januari
ma
x h .lliln
i40 cm-m,v, op i september
Ti = 450 dagen
h= 0,85 - 0,55 sin
2
v.(t-i65)
T2
T
2
= 270 dagen
W
= 2000 dagen
h30 cm-m,v,
ma
x h .= iOO cm-m,v,
m1n
h=0,65+0,26 sin
2
lt(t+75)+0,i6
Ti
Ti
=
420 dagen
voor
135
<t(185
Drainageweerstand7
-2 TC ( ) h -0,65 - 0,35
sin~~ t -135
T2
300
dagen400
+ ~tOO T365
dagen ~. "2E-__
1_~. -sin ----~ ·(.In de figuren
4
tjm
8 zijn tle hier beschreven grondwaterstandsbe-wegingen weergegeven in de bovenste cnrven, De '>chaal die de bijbehoren-de grondwaterstand aangeeft staat onbijbehoren-der bijbehoren-de 50% overschrijdingskans,Voor de landbouw is het ·ra!! o·oot belang te weten welke kans er bestaat dat de grondwaterstand ten gevolge van metereolor;ische omstan-digheden hoger of lager d-an "ormaal zal 'üjn, Een grondwaterstands-kansverdeling ontbreekt echter "or;, zodat in het volgende de afvoer~
kans e_,_a ~:_lir:>-::.tologische pe~rameter Z?.l worden gehar1teerd~
De gemiddelde afvoer ven de Baakse beek bedraagt voor de verschil·· lende maanden (FONCK,
1967):
jan,
50
mm juli6
mm febr,38
mm aug.,7
mm mrt,25
mm sept,10
r.1m apr~15
mm okt ..18
mm mei12
mm HOVo32
mr1 juni5
mm
dec,42
mmVoor de landbouw is veeral d.3 hoeveelheid beschikbaar vocht in de periode van februari
tjm
juli van belo.n[i .. Voor deze periode werden de volgende afvoerkansen opgege<'en (~'OliCK, ·:967)'
Afvoer
260
240
180
100
80
40
25
k
emm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
afvoer At
afvoer-mediaan A
m 8-overschrijdingskans
5%
10%
20%
5o%
70%
90%
95%
k is dus een soort klimaatsparameter
k
2,6
2,4
1) 8
1
0,8
0,4
0,24
(3)
Nu is de opbolling in de grondwaterspiegel afhankelijk van de
af-voer en van de drainageweerstand, Uit verschillen in afaf-voer voor een
bepaalde periode zijn dus verschillen in grondwaterstand af te leiden,
In droge perioden zal de mate van droogte weinig of geen invloed
meer hebben op de grootte van de drainageweerstand, aangezien in
nor-male zomers de meeste sloten in de Achterhoek reeds droog komen te
staan, Steeds kan in een droge periode als drainageweerstand de
W(zo-mer) worden aangehouden,
Voor de opbolling
h~
op een bepaald moment t geldt:
( 4)
hierin zijn At en Wt respect, de afvoer en de drainageweerstand ten
tijde t.
Met behulp van de parameter k is het nu mogelijk om afvoerkansen
om te zetten in opbollingskansen,
Stel het verschil in opbolling onder niet-gemiddelde
klimatolo-gische omstandigheden op een bepaald
gemiddelde omstandigheden is gelijk;
moment t, met
llh 1 dan is:
t
9
-en dus
(5)
Hierin is At de mediaanafvoer op het beschouwde moment (periode). In droge perioden kan Wt gelijk gesteld worden aan W(zomer) en in nat-te perioden aan W(winnat-ter),
Voor de verschillen in gemiddelde grondwaterstand llht werd
2/3
van het verschil in opbolling aangenomen, dus:(6)
Deze formule, toegevoegd aan de formules in par. 2 geeft de mogelijk-· heid de grondwaterstanden te differenti~ren naar verschillende kansper-centages, althans in de periode van februari tjm juli,
Voor de in par. 2 behandelde gebieden is deze bewerking uitgevoerd. .. De resultaten zijn weergegeven in de figuren
4
tjm
8,De beweging van de grondwaterspiegel in de loop van het jaar wordt weergegeven door de bovenste curve, terwijl voor de verschillende ovel-·· schrijdingskansen, verschillende grondwaterstandsschalen zijn aangegeven
(verticale assen).
In extreem natte periO<J.Ankomen in deze figuren de grondwaterspie-gels soms boven het maaiveld uit, Dit betekent dat er inundaties optre-den enjof dat er afstroming langs de oppervlakte plaats vindt.
a. Invloed van de gekozen_yeri2~e
Wanneer afvoerkansen over een kortere periode in beschouwing worden genomen, b.v. de periode april, mei, juni, dan blijkt bij dezelfde· over-· schrijdingakans de factor k nauwelijks af te wijken van die in het bo-venstaande geval bij een langere periode,
Aangezien echter de gemiddelde dagafvoer in de periode van april
tjm
mei kleiner is dan over de periode februari tjm juli, zal {lht klei-ner zijn bij dezelfde overschrijdingskans,- 10
-perioden voorkomt (gelijke k) over de korte periode minder groncbRte.c-standsdaling ( óht) geeft dan over de langere periode. In het vo~gende zullen wij er dus rekening mee moeten houden dat een geringere grond-waterstandsdaling over de korte periode dezelfde schadekans geeft als grotere grondwaterstandsdalingen over de langere periode,
4,
Invloed van grondwateronttrekkingOJ1
de grondwaterstandAangezien in de zomer enerzijds praktisch alle sloten in de Ach--terhoek droog staan, doch anderzijds er altijd nog een zekere af·roer naar de primaire drains blijft bestaan, neemt de Achterhoek voor wat betreft grondwateronttrekking een positie in tussen enerzijds aride gebieden en anderzijds vochtige gebieden als het Hollandse polderland,
In het eerste geval moet het grondwater van oneindig ver wo,'den aangevoerd en spelen voor de vorm van de afpompingskagel de kD-waarde en de storage-co~ffici~nt een grote rol, in het Hollandse polderland daarentegen wordt water vanuit het overvloedig aanwezige open water aangetrokke" en speelt naast de kD-waarde de verticale weerstand van de afdekkende, slecht doorlatende bovenlagen een rol,
In de Achterhoel: zal bij grondwateronttrekking op dm duur infil tra-tie optreden vanuit de open leidingen. Hierbij zal de vorm van de af-pompingskegel voor het belangrijke deel bepaald worden door de kD-waar-de en kD-waar-de drainageweerstand.,
Voor dit stromingsgeval ontwikkelde
ERNST(1966)II
de volgende for-mulehierin is
(7)
<!? de potentiaaldaling op een afstand r van de pompput, in meters.
Q.
het debiet van de pomp in m3/dag. kD de doorlatendheid in m2jdagK
0
w
- ii
·-e
een Besselso functie van de 1 soort orde nul
de drai~-... -··geweerstand die gelijk is aan +LW L de gemiddelde afstand tussen de drainerende leidingen
j~n meters.
w
de radi/ale weerstand dagjm,Deze formule toegepast op de in par, ~ genoemde gebieden, bij een onttrekking van 5.io6 m3 water per jaar per onttrekkingseenheid, levert de in figuur
9
geschetste afpompingskrommen.Ook deze formule kan weer toegevoegd worden aan de formules uit par. 2 en par, 3, zodat uiteindelijk met behulp van deze drie deeloplos-singen tezamen een voorspelling gedaan kan worden over de grondwater·· stand die met een bepaalde kans, in een bepaald gebied, in een bepaal-de maand op een bepaalbepaal-de afstand van een pompstation verwacht mag worbepaal-den,
In een algemene formule wordt dit:
hm+ai
sin.?.!'.(
t+1> )+a
2
sin 4Jt(t+<l>)
l
Ti
Ti
h
+3.( i-k )A
VI - _Q~ K - · - · '( 8)
J
3
tt
2nkD
0'lFnw-h -a sin
2.':.(
t+1> )
mT
2
2
In de figuren
4
tjm
8 is de laatste deeloplossing toegevoegd door middel van een aantal grondwaterstandsbewegingen die op een bepaalde afstand van een pompstation zullen optreden, Hierbij kan dus de grond-waterstandsbeweging uit de beide eerste oplossingen, dus zonder water-onttrekking, beschouwd worden als de gang van de grondwaterspiegel op een "oneindig" grote afstand van het onttrekkingspunt,.. 1 2 •.
2._, Landbouwschade door grondwateronttrekk_:ing
De schade die tengevolge van grondwaterstandsdaling toegebracht
zal worden aan het gewas) zal ongeveer evenredig zijn met de mate van
grondwaterstandsdaling. Echter tot aan het niveau waarop de iqvloed van de capillaire opstijging voor de wortelzone verwaarloosbaar klein wordt, Daalt de grondwaterspiegel beneden dit niveau, dan zal de schade niet meer toenemen.(D.w.z, we bevinden ons in het horizontale gedeelte van de opbrengst-ontwe..teringscurve .. )
Noemen we de grondwaterstandsdaling waarbij de optredende schade maximaal zal zijn h (dus het punt waarop de
opbrengst-ontwaterings--m
curve bij benadering horizontaal gaat lopen) en de afstand van het punt waarop deze daling optreedt tot de pompput r dan is de schade binnen
ll1 het gebied met straal r reeds maximaal,
T.'l.
Nu bedraagt de maximale schade ongeveer 1/4 van de normale pro-duktie P. Dus de maximale schade is 1/4 P, en de totale schade S1 binnen het gebied met straal
si ~ r m ' r m
f
0.1
2Is de afstand van het
nPrdr
(9)
onttrekkingspunt tot aan het gebied waar de potentiaaldalingen te verwaarlozen zijn, gelijk aan r
0, dan is de
to-tale schade
s
2 in het gebied gelegen tussen de cirkels met straal r m en
r 0 ' 1 ... p
4
_Q~ 2nkD ·J h ra 00f
r m 2nr K ( _r~) dr 0 VkDW ( 10) Hierbij is r0 op onei'ndig gesteld, in werkelijkheid zal de invloed van
het pompstation op een afstand van 5000
à
7000 m te verwaarlozen zijn, Door deze afstand op oneindig te stellen wordt echter de berekening eenvoudiger zonder dat dit merkbare invloed op het antwoord heeft,De totale opbrengstdaling voor het gehele, doorn pompstations be-invloede gebied:
- 13 -00
2
~r
" · 4
.1
P dr +.1
4
P•
--:-~:--_,Q~--
J
2nkD hm
n.
.lp
4
[nnr~
+93.·
h m r r ~ K ( m:l
ViillW
1 VlrDWuitgednukt in m2 waarover de opbrengst nihil is,
Droge omstandigheden (fig. 10 a)
r m
( 11 )
Wanneer het voorjaar en de zomer droger zijn dan normaal en de grondwaterstand een bedrag llh lager is dan onder gemiddelde omstandig-heden, dan neemt het gebied waarbinnen de opbrengstdaling maximaal is toe, In fig. 10a: r m h - llh, Wanneer m uit figuur
9,
wordt r 1, terwijl hm
m
h en llh bekend zijn m overgaat in dan zijn r mVoor dit geval gaat formule (11) over in:
h 1 die m 1 en r m
.lp
[
1'
QW'1
'1
J
n(S 1+S2)4
nnrm + (h - llh) ~m~ K ~-m-VkDW 1 VkDW lilHierbij geldt: IV
IV(
zomer).Natte omstandigheden (fig. 10b)
gelijk is aan af te lezen
(12)
Komt de grondwaterspiegel ten gevolge van natte metereologische omstandigheden een bedre.g 1\h toger te staan dan de gemiddelde grond-waterstand in de beschouwde periode dan is de schade in het gebied waarin de potentiaaldaling kleiner is dan llh te verwaarlozen,
rm1 is in dit geval uiteraard kleiner dan rm' terwijl r
0 niet meer
op oneindig gesteld mag worden,
uitge 14 uitge -drukt: r r m 0 n(S 1+S2)
f
1lp
lp
Q n f 21lr K r dr n 211 r dr + • 21lKD h m 4 4 0 VkDl'l m 1 0 r m of[
,,
QW
[ r 1 r r,::w]
n(S 1+S2)lp
m m ~~o-K ( 13) 4 n11rm + h m 1{kDW k 1 1{kDW - 'Tki5W 1 hierin is VI -· W(winter),Schadekansen bij een diffuus verdeeld onttrekkingsstelsel
De waterbehoefte tegen het jaa~' 2000 wordt door de Achterhoek
ge-raamd op 90.106 m3/jaar, Wanneer deze hoeveelheid diffuus onttrokken
wordt, betekent dit voor elk van de in par, 2 genoemde gebieden een
onttrekking van 61 15,103 m3/dag, Bij onttrekkingseenheden met een
ca-paciteit van 5, 1
o
6 m3 /jaar betekent dit een aantal van n = 4, 5pompsta--tions per gebied.
Stellen we de grondwaterstandsdaling die maximale schade
veroor-zaakt, op h = 75 cm dan geven de formules (1), (2) en (3) toegepast
m
op de verschillende gebieden de schadekansen uitgedrukt in m2 voor de
landbouw verloren gebied.
Opgemerkt moet worden dat de maximale schade per gebi8d niet meer kan zijn dan 1/4 van de totale oppervlakte van het gebied, Schemati-seren we het beeld uit figuur 1 zodat alle gebieden even groot worden,
dan is de maximale schade per gebied ongeveer 5,107 m2,
Wanneer de berekende schade toch groter is, betekent dit dat de invloed van de grondwateronttrekking zich ook nog doet gevoelen buiten het beschouwde gebied, Bij het vaststellen van de totale schade over de Achterhoek dient dus steeds de totaal berekende schade per gebied in aanmerking te worden genomen, ook al is deze theoretisch te hoog,
15
-Schade in m2 totaal verloren
opbren~st
overschrijdingskans
gebied
totaal
I en II
III
IV
V
5%
10
8
0
0
2,9. 10 7
1,3.10
8
10%
1 '1. 10
8
109
3,7.10
8
2,8.10 7
1,5.10
9
3o%
3, 7.
w
7
Q8
7
8
2,
,,
"·
.-. r-1,3.10 2,7.10
4,7.10
50%
3,7.10 7
1,8,.1rJB 1. L~
08
2, 2.10 7
3,5.10
8
80%
1,7.10 7
0
1,5.10 7 1,3.10
7
4,5.10
7
Hierbij zijn de gebieden I en II die overeenkomstige geohydrologische
eigenschappen bezitten, samengenomen,
Bij grote droogte neemt de schade
e.fomdat hier slechts de schade
wordt aangegeven die door wateronttrekking wordt veroorzaakt,
Totale schade in% van een normale cpbrensst (75.103 ha)
overschrijdingskans
10%
30%
50%
80%
schade in ha
5
1,5.10
4
4' 7.10
4
3' 5.
10
3
4,5.10
% normale opbrengst
25%
25%
25%
6%
De medischade bedraagt dus ongeveer 15%, wanneer wordt
aan-genomen dat de randvoorwaarde h
75 cm bedraagt
m
Wanneer de maximale schade op 30% van de normale opbrengst was
gesteld, zoals gedaan is in nota 390, dan was de gemiddelde schade
opongeveer 20% gekomen, Dit resultaat werd ook verkregen met de
bereke-ningsmethode uit nota 390 (DE VRIES('i967)
1)waarbij uitgegaan werd van
2
een "gemiddelde Achterhoek" met een kD··Waarde van 3000 m jdag en een
drainageweerstand VI van 1500 dagen. Het j.s dus gerechtvaardigd in het
16
-vervolg bij berekeningen over de gehele Achterhoek, van deze
gemiddel-de Achterhoek uit te gaan,
Invloed van de grootte van de randvoorwaarde h
op de schade
m
In par, 3 is er reeds op gewezen dat de schade die met een
bepaalde kans optreedt, bij beschouwing van de grondwaterstand over
een langere periode (voorjaar+ zomer) gepaard gaat met een relatief
sterke gemiddelde grondwaterstandsdaling over deze periode, Daarom is
een grondwaterstandsdaling h
=
75 cm
~aarbijde maximale schade van
m
25% optreedt waarschijnlijk te gering, Het is waarschijnlijk beter h
mop 100 cm of zelfs 125 cm te houden,
In de volgende tabel wordt de invloed van dit bedrag op de
grootte van de verschillende andere randvoorwaarden gegeven;
h
=100 cm
h
=125 cm
m
m
overschrijdingskans
L'.h
r
r
r
r
m
0m
05%
-45 cm
1400
l1l 00850 m
0010%
-36 cm
1200 m
00700
l1l 0030%
-12 cm
800 m
00500
l1l 0050%
0 cm
600 m
00450 m
00so%
+48 cm
400 m 5000 m 200 m
5000 m
90%
+85 cm
250 m 4000 m 150 m
4000 m
De schade in ha wordt
nu alsvolgt:
overschrijdingskans
h
m
100 cm
h
m
125 cm
ha
%
normaleha
%
normaleopbrengst
opbrengst
5%
3,2.10 4
25%
1,1.10 4
15%
1o%
1,5.10 4
20%
1.104
13%
30%
1.104
13%
9,6.10 3
13%
50%
1.
w
4
13%
7 ,4.10
3
10%
so%
6,5.10 3
9%
6.103
a%
· 17
-Waarschijnlijk is ec:·-1 bedrag van 125 c.11 voor h aanvaardbaar. De gemid-·
m
del de schade wordt dan ongeveer ;;;8'-"à,__1,_0:,:uf.c;Zo~v;;a,_,n'-'d"-e~"'n;;;o::;r-"m'-'a"'l"-e~"o-"!?;;;b::;r.;;e:.:n""g"'s=t
Vermindering van de verdam!?~..'!.~~.!~Endwaterstandsdaling
In het bovenstaande is geen reken::.; gehouden met het feit dat bij grondwaterstandsdaling de hoeveelheid vocht die door capillaire opstij-ging naar de wortelzone wordt vervoerd zal afnemen. Hierdoor zal de verdamping afnemen, hetgeen dus een winst aan vocht betekent.
Volgene
ERNST
(1967) is deze vochtwinst weer te geven als eenda-ling van de gemiddelde drainageweerstand van 1500 dagen naar 1200 de.-gen.
Brengen we deze weerstandsverandering in rekening bij het geval
h 125 cm, dan worden de opbrengstdalingen als volgt:
m
overschrijdingskans opbrengstdaling in
%
van normale opbrengst5%
1o%
30% 50%sa%
12% 11% 10% 9% 7%Dit betekent een gemiddelde schade van ongeveer
s%.
Onder dehuidi-ge omstandigheden bedraagt een derhuidi-gelijke schade onhuidi-geveer
f
100,= perha. Over het gehele gebied gerekend waaraan water zal worden onttrokl<en betekent dit 100 x 75000 = 7,5 miljoen gulden schade, of ongeveer 7 cent 12er m3 onttrokken grondwater (De huidige prijs van een m3 water
-
~ . ~/bedraagt voor de consument ongeveer ?~cent, hiervan komt)B cent op
sr /
rekening van winning en reiniging en }/( cent op rekening van transport-kosten,
6. Geconcentreerde_onttrekking
In het voorgaande is uitgegaan van een regelmatig over de Achter-hoek gespreide onttrekking. Zal men de onttrekking binnen bepaalde ge-bieden gaan concentreren, dan zal in he'.; algemeen de onttrekking
gl"O-- 18
-ter worden dan de afvoer uit het gebied met gevolg dat de grondw<>-ter- grondw<>ter-voorraad aangesproleen wordt hetgeen aanleiding zal geven tot steeds sterkere grondwaterstandsdalingen,
In dit geval zal dus oppervlaktewater van buiten het gebieê. moe-ten worden aangevoerd om het grondwater via beregening en infiltratie aan te vullrn. Het voordeel van deze werkwijze is dat tegelijk de land-· bouwschade die door grondwaterstandsdaling wordt veroorzaakt kan word.en opgeheven,
Figuur 11 toont het patroon van de afvoerintensiteit van het diepe grondwater, d,w,z. grondwater dat onder invloed van de algemene helling van het terrein stroomt naar de primaire drains (IJssel, Oude IJssel, en Twente kanaal).
Uit deze figuur blijlet dat in de Achterhoek twee gebieden zijn te onderscheiden die een aanzienlijlee infiltratie vertonen; n.l. het gebied dat gelegen is tussen Doetimhem, Aalten en de Oude IJssel, en het ge-bied rond Hengelo. (DE VlliES 1967II)
In het eerstgenoemde gebied is de infiltratie het gevolg van de toename van de doorlatendheid in de richting van de Oude IJssel. De grondwaterafvoer naar deze rivier bedraagt ongeveer 30 miljoen m3 per
jaar. Een deel van· dit water is afkomstig uit de Aaltense Slinge en de Keizersbeelc, die in dit gebied water verliezen door wegzijging (af-voermetingen van ir J.Bon).
Dit gebied. leent zich dus zeer goed voor geconcentreerde onttrek-king aangezien reeds 30 miljoen m3 per jaar kan worden gewonnen zonder dat grote schade zal worden toegebracht aan de grondwaterstand. Grotere onttrekking wordt mogelijk wanneer men de infiltratie vanuit de beken verder stimuleert en uitbreidt door het aanleggen van stuv:en en het graven van sloten. Een gunstige factor bij het aanleggen van een infil-tratiesysteem in dit gebied is het praktisch ontbreken van de fijnzan-dige deklagen (dekzand) die in het overige deel van de Achterhoek ge-middeld ongeveer 8 m dik zijn.
Van voldoende water kan men zich verzekeren door b.v. een spaar-bekken aan te leggen in het dal van de Schaarsbeek ten noord-oosten van Bredevoort. De Schaarsbeek stroomt hier door een oud glaciaal dal dat een breedte heeft van ongeveer 2000 m en waarvan de bodem enkele meters beneden de omgeving is gelegen. (DE VRIES en VAN
REES
VELLINGA 1967)- 19
-miljoen m3, De afvoer van de Aaltense Slinge bedraagt ongeveer 40 mil-joen m3 per jaar,
De infiltratie in het gebied ropd Zelhem vertoont een ander karak-ter, De oorzaak ligt hier in het feit dat de helling van het terrein toeneemt, en dus ook de gradient van de grondwaterpotentiaal. Verder be-zit het gebied, tengevolge van de knik in het terrein, een lage zomer-en wintergrondwaterstand (fig, 1),Hierdoor vindt de afvoer van het over-tollige winterneerslagoverschot niet voor een belangrijk deel plaats via de sloten (zoals elders) doch via de diepere ondergrond,
De "infiltratie" is hier dus meer het ontbreken van afvoer naar de sloten, zodat we mogen verwachten dat kunstmatige infiltratie hier min-der roecesvol zal zijn dan in het gebied bij de Oude IJssel,
Gezien ook de grote drainageweerstand lijkt het waarschijnlijk dat geconcentreerde onttrekking in dit gebied weinig voordelen biedt,
We kunnen concluderen dat in geval van geconcentreerde onttrekking, het gebied langs de Oude IJssel tussen Doetlncbe~ en Dinxperlo in de eerste plaats in A.anmerking komt, Temeer daar een groot deel van de toe-komstige bevolking zich in dit gebied zal gaan concentreren, Wellicht is het mogelijk om ongeveer 45 miljoen m3 per jaar uit dit gebied te winnen, Bij een huidige totale onttrekking van ongeveer 30 mLljoen m3 per jaar betekent dit dat men voor de toekomst (het jaar 2000) nog 15 miljoen m3 per jaar verspreid over de rest van de Achterhoek zal moeten winnen, Hiertoe zou men de capaciteit van de bestaande pompstations kunnen vergroten.
literatuur
ERNST,
L,F.,
1966. Determination of starage coefficients from observa-tation of ground-water levels, Symposium on water in the unsaturated zone. Nageningen., 1966, Vlateronttrekking door diepe putten, nota no 353
r.c.w.
Wageningen,:_·to~-,y-, j'/r::j\,.u_-'-t.P:-.,.,
20
-REUTER,
K.N. en J,J,KOUWE., 1958. De Landbouwwaterhuishouding in de
Provincie Gelderland.
C,O.L.N. - T.N.O,
RIDDER, N,A.DE, 1966. De geo-hydrologische gesteldheid van de
Achter-hoek. (interimrapport).
nota no 344. I.C.il. Wageningen.
VRIES,
J.J. DE, 1967. De geo-hydrologische gesteldheid van de
Achter-hoek en de consequenties van de toenemende waterwinning.
nota no 390.
r.c.w.
Wageningen,
- - - , 1967. Relatie tussen chemische samenstelling en beweging
van het grondwater in de Achterhoek,
nota no 406, I.C. W. Wageningen.
- - - e n E , VAN REES VELLINGA
11967. Enkele opmerkingen over
de richting van de beken in de Gelderse Achterhoek in
ver-band met de ondergrond,
•' :
....
-
.-:"" __ ,....
~ Loet!(.:~·· ,o 0 :;:10 _.;·' . . . I ' ' / / ~C--"'\ FIG. 1.. ,_,
pvor
.
r "''-,..J 1 ' . , ' "';[ ' ;·~
'"
.
---:>1''\>;:;~<Jr
1
;[q~~\ 'fu'-;ffi~
2
. /
\u
1 ':. ___ )
0
'•K"'
. .
T
.
!.JI
1:>:.;
. ,.
·''·
c.;.;..·.:r / .·'f· ., . ):::· ..
:x·
.1 . . ':1 . . • . • • . . . ~.·. .·.1.·.·.·, · t. :-·,-,_.:·:;/'V· · '1.\: .. \. ."..;_::::~:. ·I· ,'j~ :-.... . . O.Steen. ./ · . ~<. :1. · ·,'·ffi·
.!:-:...-:::;:...-<•. ·/· .. \ ·'.· ··>.:.i".· ·r' · · · ·J· · ., I I .,.. · ' · -'· · · ·
. ~... ~~ . . . :-.t:-:oHeng. ., . ·r"/· .,. · \ . . . .t
OOidam
'
.~.·._._,._, .. ·'.
·r
.,.
. .
. . .
'· .... .
ç, ·.• '
. -....,.
.r···:-:-~ 1 • • . ,. ._.
1 ~ %;.~l "'.
. ,. .
, ..ISl -\ .
\.
,.
·I· · Ocroe .··h-':·.·.·. .
...
-
...-
...
"'
§
~,..
-
'"~ ..._
...
~-... _... ~....
~·-
... :...
:.
\"'
0g
"~'....
..
-
.... ~..
.,., ....··.
'•, '•·::•;•. :,.::: _;J?szr•·
·=::::.=:·:::::::::~J~:~~;~::~
Ü
W!NTERSW'JK ;. / ) ~-..
' . , ) . -;~. .} / . :-.:-:"'.-...-.-.-:--:"•7•-:'•7;-,. I J ' ~/". I .,. ... • ... ..--" "'..,.,..,.. ..·
..
• . . . . # . . . . ",_ ••
' • • • • '..
-
..
~...
••
~'</<:_, . . . .
'>-~~--~~-7~-:1":71f/
·
...
·>~--~/·"···....
___
(_.-· : . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . (_.-· . ' .... • ' . _ _ _ , / . ·,/. ·'-../ ,.1. ... ""Ooo>-\.>.::::::mA:::::;-.
.:.:~\~:"'.: :,;: ·
~- ·r~'-.;_"1: Gebieden met een gemtddelde grondwaterstand ·f. mv.i"".-.·...:_. __ .... _"':"-:":.·.;..;;:-~~·;t(. ~-..1:"·.~ ... ~ . ~
\:
:~>~~:~:~~-~~-:<\," /
:'.,.~"";~"~1~.... van· GEBlED: kD IN I DAG,~.· . . . · . . . . , " . . l . . {,• 0 I. 2000
,., .... : ... ·l'
.J.,.1
0r:-:-:-:1
zqmer 200 cmm
4000 l···•.;.·.·.·c,·.·.·.·.~·.l .,,. l o l:...:_:_:.l Winter 100 ,. Ter A 3000 1~ ~·.·.· ... ";;.·.···/d' j: 0 ('.1 J..L ~...
~;-:-!:...
~; 0 1[ 2500 ~ ~-~,.J
~... ...
-.
••
•··..-oinxo I 0 0 <">
CIJ··.·.·.·.·
• • • • • • zomer • t 100 40 cmm:A
40000 0 :c:.·.·. w•n er .,
:;zr
< 500 ~.,.
:""'-.
...
.
'·'
·,
' '·.
.
·" 4?r:-::::1
zomer ~winter 140 30 " cm !2: 3000---··---Schematische indeling naar grondwaterstand
( rekenschema )
en kD-waarde
~zomer2rr1h
T
Faseverschuiving van het grondwaterniveau
naar ERNST 1966
~
s=3o1.5
~-
-
...::::10-:::-=:::::
- - - 5 ----..._7..._----
- - - ---
3---
- - 2---14
,_
---
.
--
---1.0
1 - - - 0.7---0.5
- - - 0.5-~---y---
1
---~ ~~~-
0.2 - - - 12x
0
0.25
050
075
1
L
FIG.2
D
cm
50 J F-
--~,,;:______ _
M--Grondwaterstandsverloop in gebied I
AM
J
J
A--
--
-
......
...
s
0
N FIG.3D
cm
50'
.",--
--0 - -- - - - -10 ---50a
1Sin 2t. 0,3
h' +a
2
Sin
~11.
0,3
tt=
0,50
a
1Sin
2
;.0,51'1'+ a
2
Sin
~-
0,511'
=
0,44
T
=
315 dagen
a
1=0,44
a2=0,31
50t-30<t<127
5 .. , .. 10 .. /"' ?..U"/"' ':)0'/-:- ov::.-r- schri j~ir: gsl~o. n:s sa•;.., eo~1~ 20Gfo 'JJ5ltfe
~NAT DROOG
__
".0 5C
0
De 50% .. kansscicc./ galdf voor hf:t gohale jaar.
C2 o:tarige schalen g-:;!dan Sl::1chfs voor de 50
0 periode van fCJbruari t /m juli
50 50 50
ç=
FIG.4
Verloop van de grondwaterstand
in cm -mv. in gebied
I
0 50/0~
//
100 50 0 afstand/ /
/
100 50"
--...
--...
tot pompput c::> . / / 100 100/0~
~ ~
" ' - - - - _ _ _ - - ; 0 0 0 m/
100:~
0 2000 m 100~
~
0___-/
/ 150 100/
150 100~
1000 m 150 150~
/
150...-·-..._
0 0 150...
/ 200 150~
/
200 150 500m 200s~
2005•/. 10°/o 20<:>/• 50°/o overschrijdingskans 50•/· 80°/. SO•J. 95•/,..
<--NAT DROOG
0
0 50
De .schaal van 50
:r.
geldt voor het gehfllfl jaar.De ove~ig~ schalen g~ld~n s/tJchts voor de 50
0 pe~iode "an februari t / m juli
50
50 / /
""'-
""'-
FIG.5
Verloop van de grondwaterstand
50in cm- mv. in gebied
TI
//
100 I~
~~
50 afstand 50 totpompp~
/ 100 50 ~""
~~
.
100 100""-
"-
...---
/ / 100 150 100 100 150 100 1000 m 150 150 150 200 150 150 200 150A
S
/oom
2005"1~> 10"/~ 20~/o 50°/~> ovarschrijdinssKaïts 50'"/o 50"/., 90"/o 95°/o
50
0 100
«--
NAï DROOG-;.De schaal van sor. geldt voor het geMie j<Ior.
De overige schc;Ion getd~n !dechts Yoor C:e period~ van februari t /m juli
'
50 100 50 200 100 150 100 250 150 200 50 150 / ; , 150 300 0 afstond tot 1"1o"\ " .. ;;;;;;I + I 200 250o
100 200 / ..._ " - "- " - . / / I 200 350 50 / " " " - - -~~~~
... /~
/ 250 300 2000 m 50 150 250 . / 250 400 250 ... ' - - -y
1000 m 300 350 100 300 200 200~---
/ 5 0 0 m 300 450 350 400FIG. 6
Verloop van de grondwaterstand
150 250 350
in cm -mv. in gebied III
3505•/. 10·1· 20•/. 50•t. overschrijdingskans 50•1. SO•J. 90~/. 95•/.
"'--NAT DROOG
--»
10(,
De schaal van 50 Y. geldt voof' het gehele ja a!'.
./"'"
50De OYef'ige sChalen gelden slechts voor de
50
~
periode van februari t /m juli . / 50 1000 / . / ~ 150 100 afstand 100
~~ ~
tot/
/ . /
100 150 pompput 0 50-
-
-
-~·.
, -200 0~ ~~
~/ooy
/
150 150---
/
150 200 50 100 250 50~
~
/ /
200 200 200 250 100 150 300 100 250 250 250 300 150 200FIG. 7
Vertoop van de grondwaterstand
350150
in cm -mv. in gebied
N
300 300 300 350 200 250 200 400 350 350 350 400 250 300 450De schaal van SOY. geld/ voor het gehele jaar.
De overige schalen gelden slechts voor de
lf3
0 ~a.
~ 0...
(])...,
~ 0 ~a.
(/1a.
0 ~10
10100
~ ()3
1000
zome~,r-n:
winterm:
12: zomer' . y wrnterFIG. 9
·; I I I I I I IAfpompingskrommen bij een wateronttrei'-king
van
5.
106m3 per jaar
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 I 1 l I • I I I • I I I I I I I I • I I • I I!
I 1 I /.
I 1 I I ' . I / . ' I I I ' • I , / I / / / • I , //
/'~·
,
,.
/ ; .~",
""'
, • .o:,.:.-' ;·"""
" ,"
,
/ i'" ... ""voor de verschillende gebieden
-·
-·-.-·-·
,~ _..,... " ...._.-·-;"'
.,. ./' ".-·
..
"
.-'
FIG.10 De invloed van perioden die droger of natter zijn dan normaal,
op de lengte van de straal rm van het gebied rond de
pompput, waarbinnen de schade maximaal is (h >hm)
pompput FIG.10a ._--::--:::::-- rm 1
-
---·-h·;,u---
_______
1
_::---
normale grondwaterstand--- - - - grondwaterstand in een droge periode hm 1s de grondwaterstand waarbij maximale schade optreedt
1
hm = '1"-l>h
pompput
FIG. ~Ob """-=-=--~.!'o - - - -
--=-
--- ---
--r--
--grondwaterstand in een natte- - - Ah - - - - - - normale gr-ondwaterstand per!ode ~ hm= hri, h 0 = t> h
ACHTERHOEK
~
Het patroon van de grondwaterafvoer onder invloed van de algemene helling van het terrein
/ ~1 TWENTHE KANAAL. i~.;,o .,