Ministerie van Verkeer en Waterstaat
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat °™rugorgaa»
Directie IJsselmeergebied
V
i
de Biesbosch
$
staatsbosbeheer
Flevobericht
Nr. 377
Waterhuishouding van de polder Plattehoek in de Siiedrechtse Biesbosch
H.A. Wolters en E. Vos
\ i
C iuei
^ r * * - » * . - ^ . Ministerie van Verkeer en Waterstaat
s H ^ , Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat overlegorgaan y ^ ^ ^ ^ 111 i • • • • cfe Biesbosch
Directie llsselmeeri
f
s t a a t s b o s b e h e e rWaterhuishouding van de polder Plattehoek in de
Sliedrechtse Biesbosch
H.A. Wolters E. Vos
Maart 1995 Flevobericht nr. 377 ISBN 9 0 - 3 6 9 - 1 1 4 1 - 9
Waterhuishouding polder Plattehoek 2
Referaat
Waterhuishouding van de polder Plattehoek in de Sliedrechtse
Biesbosch / door H.A. Wolters en E. Vos; Ministerie van Rijkswaterstaat, Directie IJsselmeergebied. - Lelystad: RWS, FL, 1995. - 5 6 p . ; 16fig.;
6 tab.; 5 bijl.; 30 cm - Lit.opg. -(Flevobericht; 377).- ISBN 90-369-1141 - 9 .
Op drie proefvelden in de polder de Plattehoek in de Sliedrechtse Bies- bosch zijn van oktober 1993 tot oktober 1994 metingen gedaan van grondwaterstanden en openwaterpeilen. Tevens is een aantal hydrolo- gische parameters gemeten. De resultaten worden gepresenteerd.
De hydrologie van de proefvelden is gemodelleerd met het model Microfem, geijkt op de metingen. Uit de berekeningen blijkt hoe de waterbeweging in de bodem verloopt. De termen van de waterbalans worden gepresenteerd. De effecten van verschillen in slootafstand, maaiveldhoogte en bodemopbouw worden getoond.
Waterhuishouding polder Plattehoek 4
Inhoud
1 Samenvatting 9
2 Achtergronden en doel van het onderzoek 11
3 Gebiedsbeschrijving 13 3.1 Algemene kenmerken 13 3.2 Bodemopbouw 14
4 Analyse van de gemeten grondwaterstanden en openwaterpeiien 75
4.1 Vergelijking van de gemeten openwaterpeiien 75
4.2 Frequentieverdeling van de openwaterpeiien bij plot D 75 4.3 Karakteristieken van het gemeten grondwaterstandsverloop 18 5 Berekening van grondwaterbeweging onder invloed van getij 21
6 Hydrologische modellering 23 6.1 Berekeningswijze 23
6.2 Invoergegevens 24
7 Berekeningen Microfem 27 7.1 Modelcalibratie Microfem 27 12 Waterbalansen 27
7.3 Invloed van de afstand tot de waterloop 33 IA Invloed van de zandlaag in het profiel 33 8 Conclusies 35
Literatuur 37
Bijlagen 39
Waterhuishouding polder Plattehoek 6
Voorwoord
Op verzoek van het Nationaal Park de Biesbosch, Staatsbosbeheer en Rijkswaterstaat zijn een viertal onderzoeken uitgevoerd in 1993-1994.
Deze onderzoeken hadden tot doel in beeld te brengen wat de fysisch/che- mische gevolgen waren voor de mobiliteit van zware metalen in verontrei- nigde Biesbosch polders bij het slechten van een dijk van een der polders.
Het Nationaal Park de Biesbosch overweegt namelijk de kade van de Mariapolder door te steken om de natuurlijke inundatie en bijbehorende vegetatie-ontwikkeling te volgen. De effecten van een dergelijke natuur- ontwikkelingsingreep zijn met name in de Polder Plattehoek onderzocht, waarbij de mobiliteit van zware metalen onderzocht is in de bodem, naar het oppervlaktewater (en grondwater) en naar de plant. Deze polder is uit- gekozen daar hier reeds op natuurlijke wijze een doorbraak heeft plaatsge- vonden in het verleden en de effecten van deze mobiliteit hier meetbaar zouden moeten zijn.
De vier onderzoeken zijn gelijktijdig gepubliceerd onder de titels:
- Hin, J.A., E.M. van de Laar, C A . van Loo, G.L. Mesman Schultz en J.Sevink, 1995.
De invloed van inundaties op de ruimtelijke variatie in ontkalking van gronden in de Biesbosch. Uitgevoerd door het Fysisch Geografisch &
Bodemkundig Laboratorium van de Universiteit van Amsterdam en ver- schenen als bijzondere publicatie bij Rijkswaterstaat, directie
IJsselmeergebied, Lelystad.
- Berg, G.A. van den en J.P.G. Loch, 1995.
Bodemchemisch onderzoek naar het gedrag van metalen en ontkalking bij inundatie van gronden en polders in de Biesbosch. Uitgevoerd door de vakgroep geochemie van het Instituut voor Aardwetenschappen van de Universiteit Utrecht en verschenen als bijzondere publicatie bij Rijkswaterstaat, directie IJsselmeergebied, Lelystad.
- Doornmalen, J. van, J.D. Jorritsma, J. Rozema, R.A. Broekman en H.J.M.
Nelissen, 1995.
Biomonitoring van Cd, Cu, Pb en Zn met Urtica dioica (Grote brandne- tel) in de Biesbosch. Uitgevoerd door de vakgroep Oecologie &
Oecotoxicologie van de Faculteit Biologie van de Vrije Universiteit Amsterdam en verschenen als bijzondere publicatie bij Rijkswaterstaat, directie IJsselmeergebied, Lelystad.
- Wolters, H.A. en E. Vos, 1995.
Waterhuishouding van de polder Plattehoek in de Sliedrechtse Biesbosch. Uitgevoerd door het Taakveld Hydrologie van de afdeling Onderzoek van Rijkswaterstaat, directie IJsselmeergebied en versche- nen als bijzondere publicatie te Lelystad.
Rijkswaterstaat, Directie IJsselmeergebied heeft de verantwoordelijkheid op zich genomen voor de uitvoering van deze vier procesonderzoeken. Drie daarvan zijn uitbesteed aan Nederlandse universiteiten, het vierde onder- zoek is intern uitgevoerd. Alle onderzoek werd uitgevoerd onder supervisie van een begeleidingsgroep met daarin vertegenwoordigers van de universi- teiten, Rijkswaterstaat, Overlegorgaan Nationaal Park de Biesbosch en Staatsbosbeheer. Navolgende leden hadden hierin zitting:
•ir. HJ. Winkels
•ir. J.P.M. Vink
• ir. H.A. Wolters
• Mw. M. Stoffer
• ing. H. Zingstra
• D.R. Veenhuizen drs. J.W. van Berghem
• prof. dr. J. Sevink drs. C A . van Loo
•drs. J.A. Hin dr. J.P.G. Loch
• drs. G.A. van den Berg
• dr. J. Rozema J. van Doornmalen J.D. Jorritsma
RWS, directie IJsselmeergebied, voorzitter RWS, directie IJsselmeergebied
RWS, directie IJsselmeergebied
RWS, directie IJsselmeergebied, secretaris Overlegorgaan Nationaal Park "De Biesbosch"
Staatsbosbeheer, Regio Brabant-West RWS, directie Zuid-Holland
UvA, vakgroep fysische geografie en bodemkunde UvA, vakgroep fysische geografie en bodemkunde UvA, vakgroep fysische geografie en bodemkunde UU, vakgroep geochemie
UU, vakgroep geochemie
VU, vakgroep oecologie & oecotoxicologie VU, vakgroep oecologie & oecotoxicologie VU, vakgroep oecologie & oecotoxicologie
Naast deze rapporten is door Rijkswaterstaat, directie IJsselmeergebied een beknopt advies vervaardigd voor het Nationaal Park de Biesbosch, waarin de conclusies uit deze rapportages zijn vertaald in een concreet advies voor gebruik van dit onderzoek voor een dergelijke natuurontwikkelingsingreep.
Dit rapport betreft het onderzoek van Rijkswaterstaat, directie IJsselmeer- gebied van het taakveld hydrologie, dat gericht was op het in beeld bren- gen en modelleren van de hydrologie in de Polder Plattehoek van de Biesbosch.
Wij willen de beheerders van Staatsbosbeheer hartelijk dank zeggen voor hun assistentie bij het veldwerk.
Henk Wolters en Eddy Vos
Waterhuishouding polder Plattehoek 8
1 Samenvatting
In het kader van voorgenomen beheersmaatregelen in het Nationale Park de Biesbosch is onderzocht in hoeverre de uitspoeling van zware metalen een risicofactor is. Een deel van het daartoe uitgevoerde onder- zoek heeft zich afgespeeld in de polder de Plattehoek in de Sliedrechtse Biesbosch. Als onderdeel daarvan is onderzoek gedaan naar de hydrolo- gie van het gebied.
Op drie proefvelden in de polder de Plattehoek zijn kwartiercijfers ver- zameld van grondwaterstanden en openwaterpeilen. Tevens zijn de ver- zadigde doorlatendheid en de bergingscoëfficiënt bepaald.
De Plattehoek is ca 55 ha groot. De dijk om de polder is in 1966 doorge- broken en niet hersteld. De bodem bestaat uit kleigrond, met op wisse- lende diepte rivierzand. Daaronder bevindt zich Hollandveen, dat beschouwd wordt als de hydrologische basis.
Een kort overzicht wordt gegeven van de beschikbare analytische oplossingen voor stroming onder invloed van getijdebeweging. Alle beschouwde vergelijkingen kennen echter zodanige beperkingen, dat toepassing in dit onderzoek niet zinvol is. Daarom is gebruik gemaakt van een numeriek model, namelijk Microfem.
Microfem berekent (uit gemeten meteogegevens, hoogteligging, pro- fielopbouw, transmissiviteit, bergingscoëfficiënt en slootwaterstand) de grondwaterstanden in een raai loodrecht op de waterloop.
Van de gemeten slootwaterstanden op een van de proefvelden zijn fre- quentiediagrammen gemaakt. Tevens is een vergelijking per maand gemaakt. Enkele karakteristieken van de gemeten grondwaterstanden worden kort besproken.
Met Microfem zijn de gemeten perioden doorgerekend. Hieruit volgt een kwantificering van de diverse fluxen (horizontale af- en aanvoer, verticale af- en aanvoer, aandeel van neerslag en inundatie in de aan- voer) door het profiel. Waterbalansen zijn gegeven in tabellen, per dag en per maand. De hydrologie in getijdegebieden is belangrijk dynami- scher dan daarbuiten.
Van groot belang daarbij is de gemiddelde slootafstand in het gebied.
De doorstroming van het profiel neemt meer dan evenredig toe met afnemende slootafstand. Dit kan van groot belang zijn voor de uitspoe- ling van verontreinigingen.
Eveneens van groot belang is de profielopbouw; de aanwezigheid van goed doorlatende lagen in een overigens matig doorlatend kleipakket heeft een drastische verandering in het stromingsbeeld tot gevolg.
Waterhuishouding polder Plattehoek 10
2 Achtergronden en doel van het onderzoek
In het beheersgebied van het Nationaal Park de Biesbosch bevinden zich plaatselijk bedijkte gronden met hoge gehalten aan zware metalen.
Een beheersoptie van de betreffende gebieden is, de omringende dijken te slechten. Indien dit gebeurt bestaat de kans dat de zware metalen mobiel worden en zich verspreiden.
Om dit risico te kwantificeren is door Rijkswaterstaat directie IJsselmeer- gebied, in samenwerking met diverse universiteiten en in opdracht van Staatsbosbeheer, het Overlegorgaan Nationaal Park de Biesbosch en Rijkswaterstaat directie Zuid-Holland, onderzoek gedaan naar de bodemchemische aspecten van verzuring en mobiliteit van zware meta- len. Hiertoe zijn op zes proefgebieden relevante gegevens verzameld.
Drie van de proefgebieden zijn gelegen op het Nerzienplaatje in de Brabantse Biesbosch, de andere drie in de polder de Plattehoek in de Sliedrechtse Biesbosch.
Dit verslag behandelt het onderzoek naar de waterhuishouding van de drie proefgebieden in de Plattehoek. Het doel van dit deelonderzoek is tweeledig:
- het monitoren van enkele hydrologische grootheden die van invloed zijn op bodemchemische processen (grondwaterstanden, fluctuaties, inundatiefrequenties en -duur, neerslag);
- het samenbrengen van de gemeten gegevens in een gecalibreerd grondwaterstromingsmodel, waarmee uitspraken kunnen worden gedaan over de te verwachten invloed van beheersmaatregelen.
De in dit rapport gepresenteerde resultaten zijn: de waterhuishoudkun- dige modellering, een overzicht van de gemeten parameters, de voor de overige metingen relevante hydrologische karakteristieken, en tenslotte een op de modellering gebaseerde presentatie van enkele karakteristie- ke situaties.
Waterhuishouding polder Plattehoek 12
3 Gebiedsbeschrijving
3.1 Algemene kenmerken
In figuur 1 is de polder de Plattehoek weergegeven. De polder is gele- gen in de Sliedrechtse Biesbosch. De oppervlakte bedraagt ca 55 ha.
De Plattehoek is, samen met de polder Het Engelbrechtse Plekske (ca 35 ha), in het begin van de 19e eeuw ingepolderd. De omringende dijk is aan de zuidzijde in 1966 doorgebroken over een lengte van ca 30 meter. Het gat in de dijk is nooit hersteld. Door het gat kan water vrij in- en uitstromen.
Figuur 1.
Polder de Plattehoek in de Sliedrechtse Biesbosch, met de proefvelden D, E en F.
Beneden Merwede
500 m
Het Engelbrechts Plekske is wat hoger gelegen dan de Plattehoek, en is droog genoeg om te dienen als weide- en hooiland. De Plattehoek wordt frequent en langdurig geïnundeerd (zie hoofdstuk 6) en is volle- dig begroeid met riet en (plaatselijk) met wilgen. Het onderhavige onderzoek heeft alleen plaats gevonden in de Plattehoek.
Ter plaatse van de Plattehoek is er een getijbeweging van gemiddeld ca 80 cm. Door het gat in de dijk kan zoveel water stromen, dat de water- stand in de polder vrijwel gelijk is aan die van het omringende buiten- water.
Aan de westzijde van de polder bevindt zich een afsluitbare duiker in de dijk. Deze duiker is permanent afgesloten, maar het doorlekkende water veroorzaakt merkbare peilfluctuaties in de binnen de polder ge- legen sloot. Ten opzichte van het debiet door het gat in de dijk is deze lekstroom echter verwaarloosbaar klein.
3.2 Bodemopbouw
De bodem in de Plattehoek bestaat uit Holocene afzettingen van 10 tot 15 m dik (Koeze et al., 1993) gelegen op Pleistocene zanden. Van het Holocene pakket is in het kader van dit onderzoek een kartering ge- maakt (zie Winkels en Vink, 1993) tot een diepte van maximaal 4 meter.
Het bovenste deel van het Holoceen bestaat uit een kleipakket. De dikte van dit pakket varieert sterk; op de proefvelden van dit onderzoek van 0.5 tot 3.0 meter.
Beneden de klei bevindt zich rivierzand. De dikte van deze afzetting is in de Plattehoek niet exact bepaald, maar bedraagt tenminste 2.40 m (Winkels en Vink, 1993). Het M50-cijfer van dit zand is 160. Beneden het zand is buiten de Plattehoek Hollandveen aangetroffen, met daar- onder afzettingen van Gorkum, bestaande uit humeuze klei. Het Hollandveen wordt beschouwd als de hydrologische basis. Wegens de aanzienlijke dikte van deze en lager gelegen Holocene afzettingen, waarvan de doorlatendheid gering is, is de uitwisseling van water met de Pleistocene aquifer verwaarloosd.
Waterhuishouding polder Plattehoek 14
I
4 Analyse van de gemeten grondwaterstanden en open waterpeilen
4.1 Vergelijking van de diverse gemeten openwaterpeilen
Van oktober 1993 tot oktober 1994 zijn nabij de drie proefvelden in de Plattehoek (zie figuur 1) de slootwaterstanden gemeten. In figuur 2 zijn van de eerste 10 dagen van september de gemeten peilen weergege- ven. Het blijkt dat de verschillen, zowel in hoogte van de pieken als in het tijdstip waarop deze bereikt worden, verwaarloosbaar zijn. De ge- meten waterstand op elk van de drie meetpunten mag daarom repre- sentatief worden genoemd voor het hele gebied.
De verschillen bij lage waterstanden zijn groter. Deze verschillen wor- den veroorzaakt door drempels in de slootbodem, die het minimale peil bepalen tot waar de slootwaterstand kan uitzakken.
Figuur 2.
Slootwaterstanden nabij plots D, E en F, van 1 t / m 10 september 1994.
1 2 3 september
1994
4.2 Frequentieverdeling van de openwaterpeilen bij plot D
Op plot D is een ononderbroken meetreeks beschikbaar van 21 oktober 1993 tot 19 oktober 1994. Het slootpeil in deze raai is representatief voor de hele Plattehoek, zoals blijkt uit figuur 2. Van de slootpeilen op plot D is een frequentieverdeling gemaakt. Deze is weergegeven in figuur 3.
De gemiddelde maaiveldhoogten in de grondwaterstandsraaien op de drie proefvelden D, E en F zijn 0.90,1.05 en 1.00 m +NAP. Uit de frequentieverdeling van de openwaterpeilen wordt afgeleid, dat ter
plaatse van de raaien de proefvelden 25 %, 14 % en 17 % van de tijd geïnundeerd zijn geweest. In werkelijkheid was er nog vaker sprake van inundatie, omdat het na een inundatie enige tijd duurt voor het water van het maaiveld is afgestroomd.
Figuur 3.
Frequentieverdeling van de uurwaarne- mingen van de openwaterpeilen bij plot D, periode 21 oktober 1993 t / m 19 oktober 1994.
1200
1000
800
600
400
200
-.05 .15 .35 .55 .75 .95 1.15 1.35 1.55 1.75 1.95 2.15 2.35 2.55 openwaterpeil (m NAP)
Figuur4.
Overschrijdingskans van het openwa- terpeil op basis van uurwaarnemingen in de sloot nabij plot D, 21 oktober 1993 t / m 19 oktober 1994.
0.20 -
0.00
-.05 .15 .35 .55 .75 .95 1.15 1.35 1.55 1.75 1.95 2.15 2.35 2.55 openwaterpeil (m NAP)
In het kader van het doel van dit onderzoek is niet alleen de frequentie- verdeling op jaarbasis van belang, maar ook de verdeling van de inun- daties in het jaar. In figuur 4 is per maand het aantal uren gegeven dat een bepaald peil is overschreden. Figuur 5 tenslotte geeft per maand
Waterhuishouding polder Plattehoek 16
Figuur 5.
Overschrijdingsfrequenties in uren per maand van enkele slootwaterstanden;
periode 21 oktober 1993 t / m 19 okto- ber 1994, gemeten bij plot D; cijfers oktober zijn samengesteld uit beide oktobermaanden.
het aantal perioden weer dat bij een of meer aaneengesloten uurwaar- nemingen het slootpeil hoger was dan 80 cm +NAP. Vergelijking van figuur 4 en 5 leert dat in de wintermaanden gedurende veel meer uren hoge peilen zijn bereikt, maar dat het aantal keren dat inundaties optre- den 's winters minder was dan 's zomers.
c ra ra
o.
!
0)
8
80 cm NAP
nov dec jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt
Figuur 6.
Inundatiefrequenties in keren per maand van het maaiveld op 80 cm +NAP; periode 21 oktober 1993 t / m 19 oktober 1994, gemeten bij plotD; cij- fers oktober zijn samengesteld uit beide oktobermaanden.
4.3 Karakteristieken van het gemeten grondwaterstandsverloop
Enkele opvallende karakteristieken van het gemeten grondwaterstands- verloop zijn:
de grondwaterstanden reageren duidelijk op de getijdebeweging;
in het algemeen is de amplitude van de grondwaterbeweging het sterkst in het dichtst bij de sloot gelegen meetpunt, (zie figuur 7);
ook als de grondwaterstand hoger is dan het slootpeil bij vloed, stijgt de grondwaterstand met het slootpeil (zie figuur 8). Dit ver- schijnsel vindt zijn oorzaak in het feit dat de horizontale afvoer door het profiel vanuit het verder van de sloot gelegen gebied doorgaat, terwijl de afvoer nabij de sloot gestremd raakt;
de diverse grondwaterstandsbuizen in een raai reageren zeer dui- delijk als de slootwaterstand hoger is dan het maaiveld; de grond- waterstand stijgt zeer scherp. In figuur 9 is duidelijk te zien, dat dit verschijnsel niet bij alle meetpunten tegelijk optreedt;
in de droge periode van eind juni tot begin augustus 1994 is de grondwaterstand op de proefvelden het sterkst uitgezakt, tot ca 75 cm beneden maaiveld;
in deze droge periode is duidelijk het dag-nachtritme in de grond- waterstanden zichtbaar, gesuperponeerd op de getijdebeweging (zie figuur 10);
de stijghoogten in het onderliggende zandpakket zijn op plot D gemiddeld 15 cm lager dan de grondwaterstanden in de klei; op plot E vallen beide nagenoeg samen (zie figuur 11).
Figuur 7.
Afnemende amplitude met toenemende afstand vanaf de sloot, plot E, 1 t / m 10 november 1993. Grondwaterstand 1 op 22 m vanaf de sloot, grondwaterstand 2 op 28 m.
m tov NAP
1.20 Openwaterpeil Grwst 1 . . Grwst2
1.00
0.80
0.60
0.40
0.00
Waterhuishouding polder Plattehoek 18
m tov NAP
Figuur 8.
Stijging van de grondwaterstand tijdens vloed, ook als de slootwaterstand lager blijft dan de grondwaterstand; plot E, 16 t / m 21 november 1993.
Grondwaterstand 1 op 22 m vanaf de sloot, grondwaterstand 2 op 28 m.
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.00
Openwaterpeil - -Grwst 1 .
m tov NAP
Figuur 9.
Stijging van de grondwaterstand tijdens inundatie, afhankelijk van de maaiveld- hoogte ter plaatse van het meetpunt;
plotD, 20 t / m 26 juli 1994.
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
Openwaterpeil Grwst 1 Grwst2
tn tov NAP
Figuur 10.
Dag-nachtritme in de grondwater- standsfluctuatie: door verdamping stijgt de grondwaterstand tijdens hoog tij overdag minder dan tijdens hoog tij 's nachts. De tijd in de grafiek ter plaatse van de dagnummers is 12 uur 's mid- dags. Plot F, 1 t / m 4 juli 1994.
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
Openwaterpeil Grwst.
juli 1994
m tov NAP
1.20 -r Figuur 11.
Grondwaterstand en corresponderende stijghoogte in het rivierzand op plot D (dikke kleilaag) en E (dunne kleilaag);
25 t/m 31 augustus 1994.
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
stijghoogte D grondwaterstand D ... stijghoogte E grondwaterstand E
-U>- A / \ I \ I \ I \ I \ I \ /s>S A A A ,. ,. / \ / V - V / V / ' X I \ t\
\ i \ l \ / \ / \ l \ / ~ \ / /\ f\ I: V V \ / \ / \
\ lr\ fr\ I \ i \ ir,\J[\'[\ : V ^ \ ^ A W \
25 augustus 1994
26 27 28 29 30 31
Waterhuishouding polder Plattehoek 20
5 Berekening van grondwaterbeweging onder invloed van getij
Voor de berekening van grondwaterstanden en debieten in een bodem- profiel dat onder invloed staat van getijdebeweging zijn, voor eenvou- dige gevallen, analytische oplossingen bekend. Daarbij wordt in het algemeen de getijdebeweging in het open water voorgesteld als een sinusoïde. Deze plant zich met een faseverschuiving en een geleidelijk uitdovende amplitude voort in de bodem. Reeds uit 1933 dateert de vergelijking van Steggenwentz:
-x( ) (o
h(x,t) = hTe 2 a sin(co^-x(-y(x)"2)
waarin:
h(x hT X
co a K
Ss
,t) grondwaterstand op plaats x, tijdstip t (m) amplitude van de grondwaterstandsfluctuatie de waterloop (m)
afstand vanaf de waterloop (m) radiale frequentie van het getij (d"1) verhouding K/S (m2«s~1)
verzadigde hydraulische doorlatendheid (m.d~
specifieke berging (nr1)
aan de oever van
1)
Nuttle (1982) berekende, uitgaande van bovenstaande vergelijking, de flux vanuit de waterloop in het profiel en vice versa, volgens de vergelij- king:
x ( CO ) "
q(x,t) = KhT(fy/2e 2a sin(cof-x(^)1''2 + J)
waarin:
q(x,t)stroming op plaats x, tijdstip t (m.d"1)
De beperkingen van bovenvermelde vergelijkingen zijn:
er kan geen rekening worden gehouden met afwijkingen van het getijdeverloop van het aangenomen sinusvormige gedrag;
er kan geen rekening worden gehouden met neerslag, verdamping en inundatie;
de vergelijking geldt voor een bodemprofiel dat bestaat uit één laag.
Bovenstaande vergelijkingen gelden voor het freatische pakket. Voor de voortplanting van de getijdebeweging in (gedeeltelijk) afgesloten watervoerende lagen zijn formules afgeleid door Jacob (1940,1950) en Bosch (1951). Een aanvulling op de laatste werd gegeven door Maas en de Lange (1987). Met deze vergelijkingen kan echter niet de grondwa- terstand in de freatische laag worden berekend.
De analytische oplossingen in het freatische pakket zijn door Nuttle
(1988) uitgebreid voor berekening van het uitzakkingsverloop na springtij, waarbij tevens rekening wordt gehouden met neerslag en ver- damping. Hierin wordt echter het dagelijkse getijverloop weer buiten beschouwing gelaten.
Samenvattend wordt opgemerkt dat analytische oplossingen voor bere- kening van de voortplanting van getijbewegingen in de bodem alleen beschikbaar en bruikbaar zijn voor eenvoudige stromingsgevallen.
Wanneer rekening moet worden gehouden met het actuele getijver- loop, neerslag en verdamping, inundaties en de aanwezigheid van meer dan een profiellaag voldoen analytische oplossingen niet.
Bij de berekeningen in dit verslag is daarom gebruik gemaakt van een numeriek model, namelijk Microfem (Hemker en Elburg, 1990; Hemker, 1994). Dit model berekent de grondwaterstroming in meerdere aquifers met de eindige-elementenmethode. Het model kan niet-stationair reke- nen. Neerslag, verdampingen inundaties kunnen worden verrekend. Bij de berekeningen is in grote lijnen de aanpak gevolgd van Schellekens (1994) die voor een met de Biesbosch vergelijkbaar moerasgebied in de Verenigde Staten met Microfem de grondwaterstroming heeft be- rekend. Een beperking van het model is, dat alleen verzadigde stroming kan worden berekend. Uitdroging van de onverzadigde zone en capil- laire stroming kan niet worden gemodelleerd.
Waterhuishouding polder Plattehoek 22
6 Hydrologische modellering
6.1 Berekeningswijze
Het onderzoek is uitgevoerd op een drietal proefvelden van ca 50 bij 100 meter, genaamd D, E en F (zie figuur 1). De proefvelden zijn gese- lecteerd op hun relatieve hoogteligging: plot D is laag gelegen, plot E hoog en plot F intermediair.
De berekeningen zijn uitgevoerd in raaien loodrecht op de dichtstbij gelegen sloot. De lengte van deze raai is 64 meter op plot D, en 120 meter op plots E en F. De breedte van de raaien is 4 meter. In deze raai- en is op 2 of 3 plaatsen de grondwaterstand gemeten, alsmede het openwaterpeil in de sloot. Bovendien is op plot D en E van eind augus- tus tot oktober de stijghoogte gemeten in het rivierzand.
Een dwarsdoorsnede van de proefvelden is schematisch weergegeven in figuur 12.
effectieve neerslag
klei
zand
verdamping
registratie grondwater stand
registratie stijghoogte
innundatie
verticale af- en aanvoer
horizontale af- en aanvoer kleipakket horizontale af- en aanvoer zand
Figuur 12.
schematische doorsnede van de proef- velden, met profielopbouw, meetpun- ten en waterfluxen.
Het model berekent per uur de grondwaterstanden in de raai. De geme- ten slootwaterstand wordt als randvoorwaarde opgelegd. Vanuit de grondwaterstand van de voorgaande tijdstap en het neerslagoverschot (inclusief eventueel inundatiewater) of -tekort wordt vervolgens een nieuwe grondwaterstand berekend. Uit de verschillen in grondwater- standen of stijghoogten tussen de compartimenten en tussen de lagen wordt de horizontale en verticale waterbeweging in het profiel berekend.
De effectieve neerslag is berekend uit de op plot D gemeten neerslag en de grondwaterstand. De aanname is dat als er neerslag valt terwijl de bodem met water verzadigd is, de effectieve neerslag op nul gesteld mag worden. Mogelijke verdunning van op het veld staand water met
neerslagwater is niet in beschouwing genomen. Wanneer op een be- paald tijdstip zowel neerslag is gemeten als inundatie vanuit de sloot is berekend, terwijl het profiel nog niet met water verzadigd was, dan is de infiltrerende hoeveelheid water toegeschreven aan het oppervlakte- water. De werkelijke effectieve neerslag kan dus wat hoger zijn dan hier berekend, en de werkelijke hoeveelheid geïnfiltreerd oppervlaktewater wat lager.
De actuele verdamping is geschat als de referentiegewasverdamping te De Bilt, berekend volgens Makkink. De cijfers zijn afkomstig van het KNMI. De gewasfactor voor omrekening van de referentieverdamping naar de potentiële verdamping is gelijk aan 1 gesteld. Op grond van de natte omstandigheden op de proefvelden is aangenomen dat er geen verdampingsreductie door vochttekorten optreedt.
Als het slootwaterpeil hoger is dan het maaiveld treedt inundatie op, gevolgd door verticale infiltratie vanaf het maaiveld. De infiltratiesnel- heid is 3 mm/ uur, geschat op basis van gemeten stijging van de grond- waterstand tijdens inundatie. Als het profiel met water verzadigd is treedt geen infiltratie meer op.
De verticale flux tussen de klei- en zandlaag speelt in de waterbalans een grote rol. Deze flux wordt door het model berekend uit het poten- tiaal verschil van het water in het kleipakket en in het onderliggende zand. De bij de berekening benodigde verticale weerstand van de klei- laag is geschat door optimalisatie (zie hoofdstuk 7).
De horizontale fluxen door het kleipakket van en naar de sloot zijn klein, vanwege de beperkte dikte en doorlatendheid van de kleilaag.
De waarden van de intreeweerstanden van zowel de klei- als de zand- laag nabij de sloot zijn niet gemeten, doch geschat (zie hoofdstuk 7).
Om de diverse randvoorwaarden (neerslag, verdamping, infiltratie, slootwaterstand) als tijdsafhankelijke waarden in te voeren zijn enkele voor- en nabewerkingen nodig op de in- en uitvoerbestanden van Microfem. Deze bewerkingen zijn genoemd en toegelicht in bijlagen I en II.
6.2 Invoergegevens
Bij de berekeningen zijn de volgende gemeten invoergegevens gebruikt:
neerslag en verdamping;
hoogteligging van het maaiveld;
dikte van het kleipakket;
slootwaterstanden;
transmissiviteit van het klei- en zandpakket;
bergingscoëfficiënt van het klei- en zandpakket.
Verder zijn de volgende benodigde gegevens geschat, op basis van de overeenkomst tussen gemeten en berekende grondwaterstanden:
infiltratiesnelheid vanaf het maaiveld tijdens inundaties;
verticale weerstand van de slecht gerijpte kleilaag direct boven het zandpakket;
infiltratieweerstand van klei- en zandpakket nabij de sloot.
De neerslag is gemeten met een Casella tipping-bucket regenmeter met
Waterhuishouding polder Plattehoek 24
een meetnauwkeurigheid van 0.2 mm, aangesloten op een van de data- loggers. Deze regenmeter heeft per kwartier de neerslag geregistreerd.
De opstelhoogte van de regenmeter bedroeg ca 1.20 meter boven maaiveld. Dit is hoger dan gewenst, maar noodzakelijk vanwege de inundaties van het gebied.
De verdamping is gemeten door het KNMI. Op basis van de klimaat- kaarten van Nederland zijn de gegevens van de Bilt gekozen als het meest representatief voor de verdamping in de Biesbosch.
De maandcijfers van de neerslag en verdamping gedurende de onder- zoeksperiode zijn vermeld in tabel 1. Door de hoge neerslag in decem- ber en januari en de daarmee gepaard gaande hoge rivierwaterstanden moesten de dataloggers op plot E en F tijdelijk uit het veld worden gehaald. Door vorstperioden en langdurige inundaties zijn deze loggers pas eind maart weer teruggeplaatst.
Tabel 1 .
Maandcijfers neerslag (gegevens Dir.
IJsselmeergebied) en referentieverdam-
ping (KNMI, gemeten te de Bilt) gedu- 1993 rende de onderzoeksperiode.
1994
maand neerslag
(mm)
verdamping (mm)
oktober november december januari februari maart april mei juni juli augustus september
61 77 200 121 39 115 113 87 70 63 55 242
24 10 4 7 14 30 49 71 82 124 80 38
De hoogteligging van het maaiveld op de proefvelden is gerapporteerd door Hin et al. (1994). Op plot D varieert het maaiveld van 0.30 tot 1.10 m +NAP, op plot E van 0.70 tot 1.60 m +NAP, en op plot F is het maaiveld relatief vlak, variërend van 0.80 tot 1.15 m+NAP.
De maaiveldhoogte ter plaatse van de grondwaterstandbuizen is erg be- langrijk in de berekeningen, vanwege de frequentie en duur van aanvoer van inundatiewater. In de berekeningen is gebruik gemaakt van maaiveld- hoogten die zijn afgeleid uit de gemeten grondwaterstanden. Uit de metin- gen is namelijk vrij nauwkeurig af te leiden bij welk slootpeil inundatie begint op te treden. De in de modellering gebruikte maaiveldhoogten zijn vermeld in tabel 2.
De verzadigde doorlatendheid van de kleilaag is op elk van de drie plots op ca 10 plaatsen gemeten volgens de boorgatmethode. Op plot E, waar de kleilaag plaatselijk slechts 0.5 m dik is, zijn enkele metingen gedaan in de zandlaag. Tevens is de doorlatendheid van de zandlaag geschat uit het M50-cijfer. De in de modellering gebruikte waarden zijn vermeld in tabel 2.
De dikten van de doorstroomde pakketten zijn geschat; zie tabel 2.
De bergingscoëfficiënt van het bovenste deel van de kleilaag is gemeten op drie plaatsen per proefveld. Hiertoe zijn stalen ringen (lengte 50 cm, diameter 20 cm) in de grond geperst en uitgegraven. Na verzadiging is stapsgewijs de uit de kolom stromende hoeveelheid water gemeten.
Tabel 2.
Karakteristieken van de proefvelden in de Plattehoek; * = geschatte waarde
Hieruit is de bergingscoëfficiënt berekend. De spreiding in de resultaten was nogal fors. Wel is een sterke afname zichtbaar vanaf het maaiveld naar beneden. De gebruikte waarden zijn vermeld in tabel 2.
De bergingscoëfficiënt van de zandlaag betreft op plot D en F slechts de elastische bergingscoëfficiënt, omdat de grondwaterstand nooit daalt tot in deze laag. De bergingscoëfficiënt is geschat op basis van in de lite- ratuur vermelde waarden. Op plot E, waar de grondwaterstand wel daalt tot in de zandlaag, is de bergingscoëfficiënt van de zandlaag geschat op 2%.
maaiveldhoogte (m +NAP)
maaiveldhoogte in raai (m +NAP)
verzad. doorlatendheid klei (m/dag)
verzad. doorlatendheid zand (m/dag)
infiltratiesnelheid aan mv bij inundatie * (mm/dag)
dikte horizontaal doorstroomde kleilaag (m)
totale dikte kleilaag (m)
dikte zand* (m)
bergingscoëfficiënt klei aan maaiveld (%)
bergingscoëfficiënt klei op 40 cm diepte (%
bergingscoëfficiënt zand* (%)
p l o t D
0 . 3 0 - 1 . 1 0
0 . 8 5 - 0 . 9 5
0.52
6.2*
3.0
1.0
3.0
2.5
13.0
2.1
0.01
plot E
0.70- 1.60
1.05
2.26
6.2
3.0
0.7
0.7
4.0
13.0
1.8
2.0
plot F
0 . 8 0 - 1 . 1 5
1.00-1.05
0.41
6.2*
3.0
1.0
2.5
2.5
12.0
2.5
0.01
De continumetingen zijn gedaan metSkipperdata-loggers (fabrikant van Essen, Delft) voorzien van Druck drukopnemers.
Deze metingen zijn:
het openwaterpeil in een sloot nabij de drie proefvelden, elk kwar- tier;
2 tot 4 grondwaterstanden in een raai loodrecht op de sloot, tot maximaal ca 50 m vanaf de sloot, elk kwartier;
de neerslag, elk kwartier.
de grondwaterstand of stijghoogte in het rivierzandpakket dat zich onder de klei-afzettingen bevindt, per kwartier op proefvel- den D en E vanaf eind augustus 1994.
Waterhuishouding polder Plattehoek 26
7 Berekeningen Microfem
7.1 Modelcalibratie Microfem
In het model zoals besproken in hoofdstuk 6 zijn twee parameters nog niet bekend: de verticale weerstand tussen de kleilaag en het rivierzand en de intreeweerstand van het profiel nabij de sloot. Deze waarden zijn geschat door de berekende grondwaterstanden op het oog te fitten op de gemeten waarden. De gevonden parameterwaarden zijn vermeld in tabel 3.
Tabel 3.
Geschatte verticale en intreeweerstan-
den in het profiel. 250
10 10
1 0 0
plot D plot E plot F
verticale weerstand (d) 250 1 75 intreeweerstand kleilaag (d)
intreeweerstand zandlaag (d)
De resulterende overeenkomst tussen de gemeten en berekende grond- waterstanden is in het algemeen bevredigend. De belangrijkste afwij- kingen worden veroorzaakt doordat in droge perioden de onverzadigde zone sterker uitdroogt dan door alleen de zwaartekracht het geval zou zijn. Het model kan hiermee geen rekening houden, en blijft een con- stante waarde van de bergingscoëfficiënt hanteren. Dit resulteert in te lage berekende grondwaterstanden in droge perioden. In de droge periode van eind juni tot begin augustus 1994 is dit effect gereduceerd door zowel de actuele verdamping als de neerslag in de daarop volgen- de periode 60 mm te verlagen. Deze ingreep heeft echter een enigszins willekeurig karakter, blijkt op plots E en F nog niet te voldoen, en is niet toegepast in kortere droge perioden.
De berekende en gemeten grondwaterstanden zijn grafisch gepresen- teerd in de figuren 12,13 en 14. In deze figuren zijn de
grondwaterstanden omwille van de leesbaarheid omgerekend naar gemiddelde dagcijfers.
7.2 Waterbalansen
De waterbalans van het afdekkende kleipakket, waarin de waterkwali- teitsmetingen zijn uitgevoerd, luidt:
Pe f f " Ea c t + Qv , i n f + Qv , uP " QV, d o + Qh, i n " Qh , o u t = A S
waarin:
P ff: effectieve neerslag (d.i. het deel van de neerslag dat in de bodem infiltreert)
Eact: actuele evapotranspiratie
Q . ,: verticale infiltratie van inundatiewater vanaf het maaiveld
v.inf
Q verticale aanvoer van water vanuit het onderliggende zandpak- ket in de kleilaag
Q, v,do'
AS:
h,in' h.out'
verticale afvoer van water vanuit het kleipakket naar het onder- liggende zandpakket
horizontale aanvoer vanuit het open water in het kleipakket horizontale afvoer vanuit het kleipakket naar het open water verandering van geborgen hoeveelheid water in het profiel
Figuur 13.
Gemeten en berekende grondwaters- tanden op plot D, als daggemiddelden A: buis op 7 m vanaf de sloot, B: buis op 28 m vanaf de sloot, C: buis op 39 m vanaf de sloot.
o. <
1.25
0 75
0 25
- gemeten berekend
120 150 180 210 240 270 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
360
-gemeten • berekend
1.25
£ 0.75
0.25
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
- gemeten • berekend;
1 25
o. <
z
S 0.75
0.25
120 150 180 210 240 270 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
360
Waterhuishouding polder Plattehoek 28
Figuur 14.
Gemeten en berekende grondwaters- tanden op plot E, als daggemiddelden.
A: buis op 23 m vanaf de sloot, B: buis op 29 m vanaf de sloot, C: buis op 48 m vanaf de sloot.
S 1.25
0-<
z
£ 0.75
0.25
- gemeten berekend]
30 60 90 120 150 180 210 240 270 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
300 330 360
-gemeten • berekend
1.25
O.
<
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
• berekend
1.25
D-
<
z
£ 0.75
0.25
90 120 150 180 210 240 270 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
300 330 360
Figuur 15.
Gemeten en berekende grondwaters- tanden op plot F, als daggemiddelden.
Tot en met dag 62 oude opstelling: A:
buis op 15 m vanaf de sloot, B: buis op 21 m vanaf de sloot. Vanaf dag 172 nieuwe opstelling: A: buis op 17 m vanaf de sloot, B: buis op 21 m vanaf de sloot, C: buis op 44 m vanaf de sloot.
- gemeten berekend
1 25
<
z 5- 0 75
0 25
A
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
-gemeten berekend |
<
z 1.25
0.75
0 25
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
-gemeten berekend'
<
z 1.25
0.75
0.25
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 dagnummer vanaf 22 oktober 1993
Waterhuishouding polder Plattehoek 30
Alle termen in mm voor de beschouwde periode.
AS is de bergingsverandering in het profiel. Door cumulatie van deze waarde, beginnend vanuiteen met water verzadigd profiel, staat deze waarde voor het verzadigingsdeficit. Hieruit berekent het model via de bergingscoëfficiënt de grondwaterstand.
In tabel 4 zijn de maandcijfers vermeld van de termen van de waterba- lans, in bijlage 3 de dagcijfers. De kolommen van tabel 4 geven achter- eenvolgens:
hetdagnummer;
de effectieve neerslagsom, dat is het deel van de neerslag dat in het profiel infiltreert, gecumuleerd per maand;
de actuele verdamping, gecumuleerd per maand. De actuele ver- damping is geschat als zijnde gelijk aan de referentie-gewasver- damping volgens Makkink (gegevens afkomstig van het KNMI, station de Bilt);
de horizontale afvoer door het kleipakket, gecumuleerd per maand;
de horizontale aanvoer vanuit de sloot in het kleipakket, gecumu- eerd per maand;
de verticale afvoer vanuit het kleipakket naar de onderliggende zandlaag, gecumuleerd per maand;
de verticale aanvoer vanuit het onderliggende zandpakket naar de kleilaag, gecumuleerd per maand;
de verticale infiltratie vanuit het oppervlaktewater tijdens inunda- ties, gecumuleerd per maand;
de uit de voorgaande termen resulterende bergingsverandering.
Alle termen zijn vermeld in mm, als gemiddelde over de gehele raai.
De gegevens van plots E en F van 22 december tot eind maart ontbre- ken, omdat de apparatuur onder water dreigde te lopen.
Bij tabel 4 wordt het volgende opgemerkt:
de effectieve neerslag, dat is het deel van de neerslag dat in het profiel indringt, is aanmerkelijk lager dan de bruto neerslag (ver- gelijk tabel 4 met tabel 1 in paragraaf 6.2). Alleen in de maanden mei, juli en augustus is een belangrijk deel van de neerslag in de bodem geïnfiltreerd. Hierbij de kanttekening dat de wijze van berekening van de effectieve neerslag een benadering is van de werkelijkheid; zie de opmerking dienaangaande in paragraaf 6.1.
In figuur 16 is de effectieve neerslag per maand, als fractie van de gemeten neerslagsom, uitgezet voor de drie proefvelden.
Duidelijk blijkt dat de fractie effectieve neerslag 's winters lager is dan 's zomers.
de effectieve neerslag is groter naarmate het proefveld hoger ligt, omdat een hoger gelegen maaiveld minder vaak met water verza- digd is. De invloed van de maaiveldhoogte is duidelijk zichtbaar in figuur 16.
de horizontale en verticale afvoer is in het algemeen groter dan de horizontale en verticale aanvoer, omdat gemiddeld de slootwater- stand lager is dan de grondwaterstand.
het belang van verticale aan- en afvoer neemt toe met afnemende dikte van het kleipakket. Op plot E, waar vrijwel geen weerstand bestaat tegen verticale stroming (zie tabel 3), is de verticale com- ponent ca 3 maal zo groot als de horizontale; op plot D is de hori- zontale component groter.
Tabel 4.
Termen van de waterbalans per maand.
Positieve waarden zijn aanvulling van de hoeveelheid water in het profiel, negatieve onttrekking.
Directe vergelijking van plot D met E en F is in dit opzicht echter niet mogelijk, omdat de gemiddelde afstand tot de sloot op plot D veel geringer is dan op plot E en F (zie figuur 1).
de infiltratie van inunderend oppervlaktewater in het profiel wordt bepaald door twee factoren, namelijk de hoogteligging van het maaiveld en het verzadigingste kort van het profiel. De hoogste infiltratie treedt op op plot D. Omdat dit proefveld het laagst ligt verwacht men dit ook. Op plot F is de infiltratie echter niet altijd hoger dan op plot E, ondanks het feit dat plot F lager ligt dan E.
De oorzaak hiervan is de hogere afvoer (zowel horizontaal als ver- ticaal) op plot E, waardoor vaker sprake is van een verzadigingste- kort.
plot
D
E
F
mnd
okt nov dec jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec apr mei jun jul aug sep okt nov dec apr mei jun jul aug sep
dagen
21-31 1-30 1-31 1-31 1-28 1-31 1-30 1-31 1-30 1-31 1-31 1-30 21-31 1-30 1-22 1-30 1-31 1-30 1-31 1-31 1-30 21-31 1-30 1-22 1-30 1-31 1-30 1-31 1-31 1-30
effectieve neerslag (mm) 1.0 20.5 8.6 0.0 8.0 5.3 0.2 26.0 0.6 63.4 46.2 27.3 1.0 37.6 21.6 33.8 87.4 45.3 63.4 55.2 96.4 1.0 22.8 8.6 9.3 49.8 6.2 63.4 54.6 43.8
actuele ver- damping
(mm) -5.9 -9.8 -4.1 -7 4 -14.1 -29.9 -49.3 -71.1 -82.2 -123.6 -79.6 -38.1 -5.9 -9.8 -2.9 -49.3 -71.1 -82.2 -123.6 -79.6 -38.1 -5.9 -9.8 -2.9 -49.3 -71.1 -82.2 -123.6 -79.6 -38.1
horiz.
afvoer (mm) -8.7 -21.6 -5.0 -1.0 -21.8 -11.6 -17.2 -22.6 -23.6 -25.0 -24.4 -24.8 -5.7 -14.4 -6.4 -19.9 -20.3 -15.1 -1.3 -12.2 -20.6 -0.7 -2.1 -1.7 -8.7 -9.8 -8.7 -2.1 -8.5 -8.8
horiz.
aanvoer (mm) 0.5 1.0 0.1 0.0 0.5 0.0 0.0 0.5 0.3 7.8 5.7 0.1
1.1 3.9 0.9 4.3 7.1 8.9 15.8 8.9 3.4
0.1 0.5 0.0 1.1 2.1 2.1 9.6 5.2 1.2
vertic.
afvoer (mm) -6.0 -15.4 -7.0 -6.0 -18.7 -15.3 -18.3 -21.1 -19.1 -15.1 -15.6 -19.4 -20.6 -50.5 -42.9 -75.8 -58.2 -47.9 -2.8 -35.0 -68.4 -18.5 -32.8 -5.5 -21.5 -22.7 -20.5 -3.2 -12.9 -20.3
vertic.
aanvoer (mm) 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.3 2.6 1.5
2.9 10.8 2.7 11.7 19.9 25.3 47.9 25.7 9.3
0.3 6.1 0.7 0.1 0.3 0.4 21.9 10.5 0.0
infiltratie (mm)
0.0 15.7 25.1 12.0 38.4 45.3 75.8 80.9 116.5 44.0 100.0 48.9 0.0 17.1 59.0 63.9 46.0 29.4 0.0 42.0 47.7 2.4 12.2 25.1 64.4 50.5 73.8 0.0 87.5 27.2
i/erandering berging (mm) -16.8 -3.6 20.2 -0.3 -0.6 -0.8 -2.6 0.0 -0.9 -41.2 39.5 1.8 -27.2 -5.3 32.0 -30.8 10.9 -36.3 -0.6 5.0 29.7 -21.3 -3.5 24.4 -4.7 -0.8 -29.0 -33.8 56.9 5.0
Waterhuishouding polder Plattehoek 32
~&— E .y... F . . - v
Figuur 16.
Effectieve neerslag als fractie van de gemeten neerslag, per maand op de drie proefvelden D, E en F. Proefveld D is het laagst gelegen, E het hoogst, en F ertussenin.
1.20 -? 1.00
S o
Ö)
a
0) cp <D
c
<U
0 . 8 0 -
0 . 6 0
0 . 4 0
V. 0.20
o.oo
d e c j a n f e b m r t apr jun jul aug sep
7.3 Invloed van de afstand tot de waterloop
De getijdebeweging plant zich vanuit de waterloop voort in het profiel en wordt daarbij vertraagd en afgevlakt. Dientengevolge is de invloed van de getijbeweging op zekere afstand van de waterloop verwaarloos- baar klein. Deze afstand wordt bepaald door:
de doorlatendheid van het profiel;
de bergingscoëfficiënt;
de amplitude van de getijbeweging;
de profielopbouw.
De grondwaterstand en de aan- en afvoer van water kunnen berekend worden als functie van de afstand tot de sloot met de vergelijkingen in hoofdstuk 3. Dit kan echter alleen onder de aanname dat geen inunda- tie, neerslag en verdamping optreedt en met verwaarlozing van de invloed van de zandlaag in het profiel. De resultaten van de berekenin- gen zijn vermeld in onderstaande tabel.
Uit de berekeningen blijkt dat de invloed van de getijdebeweging meer dan evenredig afneemt met toenemende afstand vanaf de waterloop.
Op een afstand van ca 10 meter vanaf de waterloop wordt de getijde- beweging verwaarloosbaar klein. Tot ca 5 meter vanaf de sloot vindt een doorstroming van het profiel plaats die veel sterker is dan bijvoor- beeld die, welke wordt veroorzaakt door het neerslagoverschot. Een en ander houdt in dat het risico van uitwisseling van verontreinigingen tus- sen het grond- en oppervlaktewater sterk toeneemt met afnemende slootaf stand.
7.4 Invloed van de zandlaag in het profiel
In het voorgaande is reeds enkele malen gewezen op de invloed die de rivierzandlaag in het profiel heeft op het hydrologisch gedrag. Door de zandlaag ontstaat in het kleipakket een verticale stromingscomponent.
Hierdoor neemt de totale in- en uitgaande flux door het profiel belang- rijk toe. Voorts is door de zandlaag de invloed van de getijdebeweging
verder van de waterlopen merkbaar. Deze effecten zijn duidelijker merkbaar, naarmate de zandlaag hoger in het profiel wordt aangetrof- fen.
Tabel 5.
Berekende amplitude van de grondwa- terbeweging en berekende dagelijkse inkomende en uitgaande flux, als func- tie van de afstand tot de sloot en van de verzadigde hydraulische doorlatend- heid K. De amplitude van de getijdebe- weging in de waterloop is 0.80 m; de bergingscoëfficiënt is 5 %; de getijde- beweging heeft een sinusvormig ver- loop, en er treedt geen inundatie, neer- slag of verdamping op; de invloed van de zandlaag is buiten beschouwing gelaten.
afstand tot de sloot in meter 1 3 5 7.5
Tabel 6.
Termen van de waterbalans per maand van plot E, met en zonder zandlaag in het profiel. Positieve waarden zijn aan- vulling van de hoeveelheid water in het profiel, negatieve onttrekking.
K=0.5 amplitude van de 18.5 3.9 0.84 0.12 m/dag grondwaterbeweging (cm)
dagelijkse in-en uitgaande flux 33.6 7.2 1.5 0.19 (mm/dag)
K=1.0 amplitude van de grondwater- 23.0 m/dag beweging (cm)
dagelijkse in- en uitgaande flux 58.0 (mm/dag)
20.0 2.6
7.1
0.66 10
0.017
0.03
0.17
0.37
Ter illustratie zijn op plot E de waterbalansen berekend zonder de zand- laag. In tabel 6 zijn de maandcijfers van de waterbalansen vermeld en vergeleken met die uit tabel 4. Uit de vergelijking blijkt het effect van de verminderde uitwisseling via de zandlaag zich vertaalt in:
gemiddeld nattere omstandigheden in het veld (laatste kolom);
vermindering van de effectieve neerslag en de infiltratie van inun- datiewater;
geen belangrijke verandering van de horizontale afvoer;
onder droge omstandigheden een belangrijke verhoging van de horizontale aanvoer (door lagere grondwaterstanden).
plot
E zand
E geen zand
mnd
okt nov dec apr mei jun jul a u g sep
okt nov dec apr mei jun jul aug sep
dagen
21-31 1-30 1-22 1-30 1-31 1-30 1-31 1-31 1-30
21-31 1-30 1-22 1-30 1-31 1-30 1-31 1-31 1-30
effectieve neerslag (mm)
1.0 37.6 21.6 33.8 87.4 45.3 63.4 55.2 96.4
1.0 16.0 9.3 12.0 64.8 18.7 63.4 55.0 34.0
actuele ver- damping
(mm)
-5.-9 -9.8 -2.9 -49.3 -71.1 -82.2 -123.6 -79.6 -38.1
-5.9 -9.8 -2.9 -49.3 -71.1 -82.2 -123.6 -79.6 -38.1
horiz.
afvoer (mm)
-5.7 -14.4 -6.4 -19.9 -20.3 -15.1 -1.3 -12.2 -20.6
-6.0 -13.7 -4.7 -16.8 -19.7 -12.6 -1.1 -8.4 -21.3
horiz.
aanvoer (mm)
1.1 3.9 0.9 4.3 7.1 8.9 15.8 8.9 3.4
1.3 4.3 0.7 4.8 8.2 9.6 27.0 19.9 2.2
vertic.
afvoer (mm)
-20.6 -50.5 -42.9 -75.8 -58.2 -47.9 -2.8 -35.0 -68.4
0 0 0 0 0 0 0 0 0
vertic.
aanvoer (mm)
2.9 10.8 2.7 11.7 19.9 25.3 47.9 25.7 9.3
0 0 0 0 0 0 0 0 0
infiltratie (mm)
0.0 17.1 59.0 63.9 46.0 29.4 0.0 42.0 47.7
0.0 2.2 8.2 39.9 19.1 24.2 0.0 47.6 28.2
verandering berging (mm)
-27.2 -5.3 32.0 -30.8 10.9 -36.3 -0.6 5.0 29.7
-9.6 -1.0 10.6 -9.6 1.2 -43.6 7.2 34.4 5.0
Waterhuishouding polder Plattehoek 34
8 Conclusies
De slootwaterstanden zijn in de meetperiode op plot D 25 % van de tijd hoger geweest dan het gemiddelde maaiveld, op plot E 14
% en op plot F 17 %. De tijdsduur van de inundaties is nog hoger, omdat enige tijd nodig is voor het maaiveld droogvalt. Afvoer van verontreinigingen vanuit grond- naar oppervlaktewater door dif- fusie kan daarom een rol van betekenis spelen.
Berekening van de in het veld optredende grondwaterstroming in een getijdegebied is alleen mogelijk met numerieke modellen.
Met het model Microfem is een redelijke benadering gekregen van de optredende grondwaterstanden. Zowel de invloed van de getij- beweging als van ontwatering worden redelijk gesimuleerd.
Beperkingen van het model worden merkbaar als er sprake is van een groot verdampingsoverschot, en bij het optreden van inunda- ties.
De hoeveelheid water die op de proefvelden in het meetjaar door het profiel is gestroomd bedraagt op plot D ca 320 mm, en wordt op plot E en F geschat op 600 resp. 280 mm. De verdeling van de herkomst van dit water (neerslag of inunderend oppervlaktewa- ter) hangt sterk af van de hoogteligging van het maaiveld.
De invloed van de getijdebeweging neemt sterk af met toenemen- de afstand vanaf de waterloop. Op homogene kleiprofielen is, afhankelijk van de doorlatendheid van het profiel, de invloed van het getij op ca 10 m vanaf de waterloop verwaarloosbaar. Binnen deze afstand is er sprake van intensieve doorspoeling van het pro- fiel.
De grondwaterbeweging op de proefvelden wordt in belangrijke mate beïnvloed door de goed-doorlatende zandlaag. Deze laag vergroot, afhankelijk van de diepte waarop hij wordt aangetrof- fen, de hoeveelheid water die door het profiel stroomt, alsmede de afstand vanaf de waterlopen tot waar de getijdebeweging merkbaar is. Op plot E is de doorstroming van het profiel ten gevolge van de aanwezigheid van de zandlaag 3.5 maal zo groot als het geval zou zijn zonder zandlaag.
Waterhuishouding polder Plattehoek 36
