Achtergrondrapport Geohydrologie - Dijkverbetering Waterschap

Achtergrondrapport Geohydrologie
Dijkverbetering Schoonhovenseveer - Langerak
29 augustus 2014- Versie 3.0
Autorisatieblad
Achtergrondrapport Geohydrologie
Dijkverbetering Schoonhovenseveer - Langerak
Naam
Paraaf
Datum
Opgesteld door
Ir. David Simpson
(AGT nv)
29-08-2014
Controle door
Ir. Jos Van Steenwinkel
(AGT nv)
29-08-2014
Vrijgave door
Jauk Stroo
29-08-2014
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158
Samenvatting
Er werd een analyse gemaakt van het grondwatersysteem ter hoogte van de betrokken
dijktrajecten. De resultaten werden vertaald naar grondwatermodellen in functie van de
dimensionering van een systeem gebaseerd op grondwaterontspanners om de
waterdruk onder de dijklichamen te kunnen beheersen.
Er werd een kalibratie doorgevoerd op basis van tijdsafhankelijke metingen in zeven
peilbuisraaien en tijdsvariërende rivierwaterstanden.
Voor de verschillende deeltrajecten werden op basis van de geotechnische stabiliteit,
de te handhaven waterdrukken aangegeven in het Holocene zand onder het
dijklichaam. Deze waterdrukken gelden als ‘worst case’ scenario’s. Deze waterdrukken
bedragen voor de verschillende deeltrajecten respectievelijk : 0,0 m NAP ter hoogte
van ‘de Veersedijk’, +1,0 m NAP ter hoogte van ‘Langerak’ en +2,0 m NAP ter hoogte
van Waal-Oost.
Met behulp van de gekalibreerde deelmodellen werden scenario’s doorgerekend met
waterontspanners op een tussenafstand van 20 meter, voor een MHW golf
(terugkeerperiode 2000 jaar) en een drukgolf met een terugkeerperiode van 10 jaar.
Voor dit laatste scenario werden naast de debieten van de waterontspanners ook de
kweldebieten naar de polder berekend, met en zonder waterontspanners, om
zodoende het bijkomende waterbezwaar te kunnen begroten. Ter hoogte van de
Veersedijk bleken waterontspanners nodig in zowel het holoceen als het pleistoceen
zand. Bovendien is het over de eerste 200 meter vanaf het westen noodzakelijk deze
op een tussenafstand van 10 meter te plaatsen. Dit is het gevolg van de vereiste lage
grondwaterdruk (0 mNAP) onder de Veersedijk. Deze bevindingen zijn gebaseerd op
de analyse van de gegevens van slechts 2 peilbuisraaien, waarvan slechts deze uit
één raai goed te beoordelen vallen.
De hydrogeologische parameters werden besproken en de kritische parameters die de
haalbaarheid van het systeem bepalen werden geïdentificeerd. Dit zijn voornamelijk de
KD waarde van het holoceen zand, en de manier waarop deze laag wordt gevoed.
Er werd een verificatieprocedure voorgesteld om deze kritische parameters te
onderzoeken op elk punt waar een waterontspanner wordt gepland. Het betreft een
combinatie van geo-elektrische sonderingen om de 20 meter, en dubbele
pompproeven per dijkvak of op kritische plaatsen langsheen de afgekeurde trajecten.
Op basis van deze resultaten zal een definitief ontwerp worden voorgesteld.
Er werd een validatieprocedure voorgesteld waarbij ter hoogte van groepen
waterontspanners de kritische parameters kunnen worden bepaald, aan de hand van
2D modellen en de resultaten van de geo-elektrische sonderingen. Na updaten en herkalibreren (door de opdrachtgever) van het Moria model aan de hand van de nieuw
geproduceerde gegevens, kan het regionale effect van het voorgestelde systeem
worden gesimuleerd.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
1/75
Er werd een monitoring en onderhoudsvoorstel geformuleerd. Het belangrijkste
terugkerende onderhoud bestaat erin de bronnen tweejaarlijks actief te bemalen met
behulp van vacuümpompen op de collectoren, om zodoende een mogelijke
aanslibbing preventief te verwijderen. Tevens wordt steekproef gewijs het specifieke
debiet van de bronnen jaarlijks getest. Zo nodig wordt tot herontwikkelen van de
bronnen overgegaan.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
2/75
Inhoudsopgave
Samenvatting
1
Leeswijzer
5
1
Inleiding
1.1 Vraagstelling
1.2 Algemene werkwijze
7
7
7
2
Analyse van het grondwatersysteem en vertaling naar grondwatermodellen
9
2.1 Horizontale afbakening van het studiegebied
9
2.2 Hydrogeologische opbouw
10
2.2.1 Verticale opbouw
10
2.2.2 Horizontale heterogeniteit in de Holocene deklaag
13
2.3 Oppervlaktewater
16
2.3.1 Rivier Lek
16
2.3.2 Drainagesysteem binnendijks
17
2.4 Voeding door neerslagoverschot
18
2.5 Artificiële wateronttrekking en aanvulling
18
2.6 Waterontspanners
18
3
Tijdsafhankelijke kalibratie van de grondwatermodellen
3.1 Werkwijze
3.2 Kalibratieresultaten
3.2.1 Veersedijk
3.2.2 Langerak-West
3.2.3 Waal Oost-West
3.2.4 Waal Oost-Oost
3.3 Conclusies
19
19
20
20
26
29
33
39
4
Dimensioneren van de waterontspanners met de modellen
4.1 Deeltraject Veersedijk
4.1.1 Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
4.1.2 Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
4.2 Deeltraject Langerak
4.2.1 Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
4.2.2 Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
4.3 Deeltraject Waal Oost-West
4.3.1 Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
4.3.2 Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
4.4 Deeltraject Waal Oost-Oost
4.4.1 Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
4.4.2 Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
4.5 Evaluatie van de afvoerdebieten
4.5.1 Algemeen
4.5.2 Afvoerdebieten per deelmodel
41
42
43
44
46
47
48
49
50
51
52
52
53
54
54
55
5
Vergelijking numerieke modelresultaten met analytische Mazure-berekening
en hysteresis-analyse
59
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
3/75
6
Risicoanalyse (onzekerheid gevoelige parameters)
63
6.1 Het concept van waterontspanners
63
6.2 Parameters die van invloed zijn op de haalbaarheid van het concept
63
6.2.1 Toelaatbare stijghoogte in het Holocene zand bij een MHW golf t.o.v.
waterniveau polder
63
6.2.2 Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Holocene zand
63
6.2.3 Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Pleistocene zand 63
6.2.4 Doorlatendheid holoceen en pleistoceen zand
64
6.2.5 Laagdikte holoceen zand
64
6.2.6 Weerstand kleipakketten
64
6.2.7 Bergingscoëfficienten
65
6.2.8 Kwaliteit van de waterontspanners
65
6.2.9 Samenvattende beoordeling van de gevoelige parameters die de
haalbaarheid bepalen (kritische parameters)
65
7
Verificatie van de kritische parameters
7.1 Geo-elektrische sonderingen
7.2 Waterontspanners en peilputten
67
67
67
8
Validatie
69
9
Monitoring kwaliteit waterontspanners en onderhoud
71
10 Conclusies
73
Colofon
75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
4/75
Leeswijzer
De inhoud van deze documenten is gebaseerd op de huidige stand van het ontwerp
(Definitief Ontwerp, DO). De vermelde elementen in dit ontwerp zijn gebaseerd op een
robuust ontwerp. Maatgevend voor dit robuuste ontwerp is een veronderstelde lage
weerstand tussen de Holocene en Pleistocene watervoerende lagen in de ondergrond.
Dit robuuste ontwerp zal op basis van veldtesten in de komende maanden verder
worden geoptimaliseerd. Dit kan ertoe leiden dat op plaatsen bronnen of steunbermen
worden aangepast, of komen te vervallen, waar dit aantoonbaar niet noodzakelijk is
voor het bereiken van het vereiste veiligheidsniveau.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
5/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
6/75
1
Inleiding
1.1
Vraagstelling
In het kader van de dijkversterking van de rivier Lek ter hoogte van Schoonhoven
bestaat er een risico op dijkinstabiliteit bij hoge waterdrukken onder het dijklichaam. De
waterdruk onder het dijklichaam wordt sterk bepaald door het waterpeil van de rivier
Lek. Het Lekwater staat immers in verbinding met het grondwater in de watervoerende
zandlagen die in contact staan met de Lekbodem. Als het waterpeil stijgt, dan stijgt ook
de waterdruk in de watervoerende zandlagen. De mate van grondwaterdrukstijging is
afhankelijk van de hydraulische eigenschappen van de ondergrond (doorlatendheden,
berging, weerstand Lekbodem) en de afstand tot het contact met de Lekbodem. In het
huidige ontwerp dient het dijklichaam stabiel te blijven bij een Maatgevende
Hoogwatergolf op de Lek met een terugkeerperiode van 2000 jaar.
Om deze waterdruk in de watervoerende zandlagen te verminderen zullen
waterontspanners worden ingezet. Deze waterontspanners zijn putten met een filter in
het watervoerende pakket waar de druk onder controle moet worden gehouden. Bij
een overschrijding van een drempelniveau, ontwateren de putten passief het
grondwater in het oppervlaktewater van de polder, zodat het drempelniveau niet
overschreden wordt. Het lozingsdebiet in de polder mag maar 2 % van het
afwateringsdebiet van de polder bedragen volgens de watertoets. Indien dit debiet
wordt overschreden, dienen compenserende maatregelingen te worden genomen.
Hiertoe wordt het debiet beoordeeld dat optreedt bij een hoog water golf met een
terugkeerperiode van 10 jaar.
Deze geohydrologische studie heeft tot doel de waterontspanners te dimensioneren.
De resultaten van de studie moeten op de volgende vragen beantwoorden:
• Wordt de waterdruk onder het dijklichaam voldoende verlaagd door de
waterontspanners bij Maatgevend Hoogwater op de rivier Lek?
• Wat is de vereiste bronafstand en afstelhoogte van de bronnen zodat de waterdruk
voldoende verlaagd wordt?
• Wat is het lozingsdebiet van de waterontspanners in de polderafwatering bij een
hoogwater van de Lek met een terugkeerperiode van 10 jaar?
• Wat is de verandering in verticale flux (kwel) naar de grondwatertafel?
1.2
Algemene werkwijze
De dimensionering van de waterontspanners verloopt volgens de volgende
onderzoekstappen:
1. Analyse van het grondwatersysteem. Daarbij worden alle beschikbare gegevens
geraadpleegd: boringen, sonderingen, peilbuizen, REGISII, MORIA-SLA model,
topografie… Deze gegevens worden georganiseerd in een GIS (QGIS) en
klaargemaakt om in te voeren in numerieke modellen.
2. Vertaling van het grondwatersysteem naar een numeriek grondwatermodel.
Daarbij wordt de eindige-verschillen rekencode MODFLOW2000 (USGS)
toegepast, met Groundwater Vistas (Environmental Simulations Incorporated) als
user interface. Het grondwatermodel is opgebouwd om de waterontspanners zo
nauwkeurig mogelijk te dimensioneren, in functie van de rivierpeildynamiek. In
deze wijkt het model af van het MORIA-model, dat opgebouwd is om de regionale
grondwaterstroming in kaart te brengen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
7/75
3. Tijdsafhankelijke kalibratie van de grondwatermodellen aan de hand van
tijdreeksen van grondwaterpeilen in functie van het Lekpeil, voor peilbuizen dichtbij
het dijklichaam.
4. Simulaties van verschillende scenario’s, waarbij de variabele het waterpeil van
de rivier Lek is.
5. Risico-analyse: de robuustheid van het systeem wordt nagegaan in functie van
de gevoeligheid voor de modelparameters en de betrouwbaarheid van de werking
van de waterontspanners.
Stappen 1 en 2 worden één-op-één besproken, om de leesbaarheid te vergroten. Dat
wil zeggen dat voor elke component van het hydrologisch systeem (opbouw
ondergrond, polderdrainage, Lek…) direct de vertaling gebeurt naar het
grondwatermodel. Aangezien het projectgebied te groot is om in één model te
verwerken, werd de projectzone in vier deelgebieden opgesplitst: Veersedijk,
Langerak-West, Waal Oost-West en Waal Oost-Oost. Onderzoekstappen 3, 4 en 5
zullen daarom per deelgebied worden behandeld.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
8/75
2
Analyse van het grondwatersysteem en vertaling naar
grondwatermodellen
2.1
Horizontale afbakening van het studiegebied
Het studiegebied van het project Dijkversterking Schoonhovenseveer-Langerak is
gelegen ter hoogte van het dijklichaam langsheen de linkeroever van de Lek, ten
oosten van Schoonhoven. De volgende zones worden onderscheiden van west naar
oost: Veersedijk, Langerak West, Wiel en Waal Oost (Figuur 1). Er is geen risico op
dijkinstabiliteit ter hoogte van de zone Wiel, dus deze zone zal buiten beschouwing
worden gelaten. Veersedijk, Langerak en Waal Oost zullen wel nagekeken worden.
Voor elk van deze zones zal een apart grondwatermodel worden opgebouwd. Zo wordt
de hoeveelheid cellen waaruit het grondwatermodel is opgebouwd niet te groot zodat
de rekentijd ook werkbaar blijft. Om dezelfde reden wordt het deelgebied Waal Oost in
twee gesplitst: Waal Oost-West en Waal Oost-Oost.
Elk grondwatermodel wordt afgebakend door een rechthoekige zone, waarvan de
randen minstens 2 km van de projectgrens liggen (Figuur 1). De randen liggen ver
genoeg, om geen significante invloed uit te oefenen op de modelresultaten in de
projectzone. De discretisatie van het model in horizontale cellen is 25 bij 25 m aan de
randen, met een verfijning van 5 bij 5 m in de projectzone (Figuur 2). Ver van de
projectzone is het immers niet nodig om de stijghoogtes en fluxen op minder dan 25 m
afstand te kennen, terwijl dit wel nodig is waar de waterontspanners zullen
gesimuleerd worden. Het totaal aantal cellen per modellaag wordt zo beperkt
gehouden tot 118 047 (voor het model Veersedijk).
Figuur 1: Topografische kaart (top10nl), met daarop de afbakening van het totale
modelgebied (zwarte rechthoek) en het modelgebied van Veersedijk (rode rechthoek).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
9/75
Figuur 2: De verfijning van de modelcellen, ter hoogte van de Veersedijk, geprojecteerd
op de topografische kaart (top10nl).
2.2
Hydrogeologische opbouw
2.2.1
Verticale opbouw
De algemene hydrogeologische opbouw kan afgeleid worden van het REGISII
hydrogeologische lagenmodel (Dinoloket). De belangrijkste eenheden in het
modelgebied zijn:
• Holoceen: opgebouwd uit voornamelijk klei en veen, met tussenliggende
zandlagen.
• Formatie van Kreftenheye (Laat-Pleistoceen, vroeg-Holoceen): grofzandige en
grindhoudende afzettingen.
• Formatie van Urk (Midden-Pleistoceen): zand, matig fijn tot uiterst grof, grind, fijn
tot zeer grof.
• Formatie van Sterksel (laatste deel Vroeg-Pleistoceen en Midden-Pleistoceen):
zand, matig grof tot uiterst grof, grind, kleilagen, zwak tot uiterst siltig.
• Formatie van Waalre (laat Plioceen- vroeg Pleistoceen): bovenaan klei, sterk
zandig tot zwak siltig (eerste verticaal waterremmende eenheid).
De Formatie van Waalre werd als ondoorlatend beschouwd, wat een aanvaardbare
aanname is gezien de diepte van de kleilaag ten opzichte van de ruimtelijke invloed
van de waterontspanners die niet zeer diep doorwerken.
De verticale opbouw van deze hydrogeologische eenheden is weergegeven als een
zuid-noord doorsnede op Figuur 3 en een west-oost doorsnede op Figuur 4. Uit deze
doorsneden blijkt dat de diepteligging van deze hoofdeenheden relatief constant is. De
basis van het Holoceen bevindt zich op -10 m NAP, de basis van Kreftenheye op
gemiddeld -25 m NAP, de basis van Urk (top van Sterksel) ligt op ongeveer -30 m NAP
en de top van de Waalre klei op gemiddeld -50 m NAP. Bij nazicht in de ruimere
omgeving rond het modelgebied blijkt deze horizontale laagindeling niet sterk te
veranderen. Vandaar dat er gekozen werd om de modellagen horizontaal op te
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
10/75
bouwen, waarbij de dikte van de modellagen bovenaan fijn is (2 m) en in de diepte
toeneemt (tot 5 m), zoals in Figuur 5 is weergegeven. Horizontale modellagen dragen
bij tot de stabiliteit van het model (betere convergentie van de iteratie) en
vergemakkelijkt de invoer van de waterontspanners.
Figuur 3: zuid-noord doorsnede van de REGIS-lagen (onder), langsheen het transect
(boven).
Figuur 4: west-oost doorsnede doorheen de REGISII-modellagen, De basis van de Urkeenheid is in het westen afwezig, vandaar de nul-waarde.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
11/75
Laag
nummer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Top
m NAP
6.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
-10.0
-12.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0
Basis
m NAP
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
-10.0
-12.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0
-50.0
Dikte
grondlaag
m
6.0
dijk
2.0
hlc (Holoceen)
2.0
klei-veen (Nieuwkoop)
2.0
2.0 tussenzandlaag (Echteld)
2.0 Basisveen + klei (Wijchen)
2.0 krz2_6 (Kreftenheye zand)
3.0
5.0
5.0
5.0
urz1_5 (Urk zand)
5.0
stz1_2 (Sterksel zand)
5.0
5.0
5.0
wak1 (Waalre klei)
Kh
m/d
0.001
0.05
Kv
m/d
0.001
0.025
Ss
1/m
0.001
0.001
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
10
0.05
21
5
0.025
10.5
0.0001
0.001
0.0001
0.2
0.05
0.2
3
2
4
30
30
10
10
0.0001
0.0001
0.2
0.2
5
6
1
2
Figuur 5: opbouw van de modellagen, met aanduiding van het diepte-interval, de
hydrogeologische eenheid volgens REGISII en GeoTOP en de initieel toegekende
modelparameters.
In het Holoceen is het belangrijk nog een verdere verfijning door te voeren, zowel in
horizontale richting als in de diepte. Het sterk wisselend afzettingsmilieu heeft immers
een complexe grondopbouw doen ontstaan van klei-venige pakketten, met al dan niet
tussenliggende zandlagen, doorsneden door restgeulen opgevuld met eerder zandige
grond (zandbanen). In GeoTOP is in het Holoceen een onderscheid gemaakt tussen
de Formaties van Nieuwkoop (veen-klei), Echteld (zand-klei lagen) en een basisveen
met kleilaag (Wijchen). In het grondwatermodel is deze heterogeniteit ingebracht via
het zone-concept. Op basis van de beschikbare informatie werden zones afgebakend
in het Holoceen, waarbinnen een typeprofiel werd gedefinieerd. Een voorbeeld van
een typeprofiel is weergegeven in Figuur 5, waar het Holoceen is onderverdeeld in een
bovenliggende klei-veenlaag, een tussenliggende zandlaag en een onderliggende kleiveenlaag. Aan elke zone werd zo een typeprofiel toegewezen. De gedetailleerde
beschrijving van deze typeprofiel-kartering is uitgelegd in het volgende hoofdstuk.
Aan elke grondlaag werd een initiële inschatting gemaakt van de doorlatendheid (Kh =
horizontaal; Kv = verticaal) en de berging (Ss = ‘specific storage’ ofwel elastische
berging; Sy = ‘specific yield’ ofwel vrije berging). Aangezien MODFLOW2000 werd
gebruikt, zijn hier de bergingsparameters onafhankelijk van de dikte van de laag en
worden ze door MODFLOW vervolgens zelf vermenigvuldigd met de dikte van de laag
om de bergingscoëficiënten (S) te bekomen. De vrije berging wordt enkel gebruikt voor
modellagen waar de grondwatertafel heerst (niet-gespannen) en de elastische berging
enkel voor gespannen waterlagen. Als een gespannen laag overgaat naar een
watertafel of omgekeerd, veranderd ook de bergingsparameter.
De parameterwaarden werden ingevoerd via het zone-concept, waarbij de parameters
binnen een zone constant zijn, maar tussen zones kunnen variëren. Binnen een laag
kunnen verschillende zones voorkomen, zodat op die manier rekening gehouden wordt
met de horizontale heterogeniteit binnen een modellaag (zie volgend hoofdstuk).
Ter illustratie is in Tabel 1 een classificatie weergegeven voor verschillende bereiken
van doorlatendheden. Hieruit volgt dat de Holocene en Pleistocene zand/grind lagen
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
12/75
zeer goed doorlatend zijn, terwijl het klei-veen pakket slecht tot zeer slecht doorlatend
is.
Tabel 1: Classificatie van doorlatendheden.
2.2.2
Horizontale heterogeniteit in de Holocene deklaag
De heterogeniteit van het Holoceen werd in kaart gebracht voor de zandbanenkaart en
voor de Oevergrondwaterwinning Langerak (1990). De zandbanenkaart is in grote
mate een blauwdruk van het microreliëf. Het microreliëf in de polders is immers sterk
bepaald door historische inklinking. Gronden die minder zettingsgevoelig zijn (zandige
kreken), zullen iets hoger liggen ten opzichte van de slappe gronden bestaande uit klei
en veen. Het microreliëf kan dus gebruikt worden als secundaire basislaag, om
patronen terug te vinden in de heterogeniteit, die vertaald kunnen worden in
modelzones. De zandbanenkaart, in combinatie met de hoogtekaart (AHN2), de
kartering in verband met de MER Oevergrondwinning Langerak (1990), de boringen
dieper dan 10 m uit het Dinoloket en de boringen/sonderingen in het kader van het
project, werden gebruikt om verschillende zones in te delen met elk een specifiek
typeprofiel. Een duidelijk schema van verschillende mogelijke profieltypen uit het MER
Oevergrondwaterwinning Langerak (1990) is weergegeven in Figuur 6.
In de zonering werd een onderscheid gemaakt tussen het veen-klei complex (Formatie
van Nieuwkoop) en de Holocene zandlaag (Formatie van Echteld). De kleilaag van
Wijchen, die stratigrafisch tot de formatie van Kreftenheye behoort, werd
hydrogeologisch aan het veen-klei complex toegevoegd. Uit de hydrogeologische
kartering kunnen de volgende conclusies getrokken worden:
• De eerste meters van de ondergrond bestaan voornamelijk uit klei-veen.
Uitzonderlijk is op sommige plaatsen zand aanwezig.
• Vanaf -3 m NAP komen Holocene zandlagen voor, die hun grootste continuïteit
hebben tussen -6 m NAP en -8 m NAP. In de loop van de bredere stroombanen
komt de zandige grond ondieper voor.
• Er zijn zones waar de zandlagen niet voorkomen, en waar het veen-klei complex
tot op het Pleistocene zand rust.
• De Holocene zandlagen worden veelal gescheiden door een klei-veenlaag van de
Pleistocene zandlaag. Op sommige plaatsen is deze scheiding er echter niet, en
staat de Holocene zandlaag in direct contact met Pleistocene zandlaag.
Als voorbeeld worden in Figuur 7 en Figuur 8 de zonering aangeduid van modellagen
4 en 5, voor het modelgebied van de Veersedijk.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
13/75
Figuur 6: Schematische indeling van de ondergrond in verschillende typeprofielen, uit het
document “Oevergrondwinning Langerak, Milieu-effectrapport (1990)”.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
14/75
Figuur 7: Horizontale indeling van modellaag 4 in twee zones, waarop het
voorkomen van de zandbanen staat afgetekend in het klei-veen pakket.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
15/75
Figuur 8: Horizontale indeling van modellaag 5 in twee zones, de groene zones
duiden plaatsen aan waar de Holocene tussenzandlaag niet voorkomt.
2.3
Oppervlaktewater
2.3.1
Rivier Lek
De afbakening van de rivier Lek werd overgenomen van het vectorbestand van
top10nl. De rivier werd ingevoerd als een ‘general head’- randvoorwaarde (Cauchytype). De flux in de cel wordt dus bepaald door het verschil in opgelegd waterpeil en de
stijghoogte in de cel, verminderd met een weerstandsfactor. De randvoorwaarde werd
ingevoerd in de modellagen tot waar de Lek voorkomt. Lokaal werd de
randvoorwaarde ook in diepere lagen geplaatst, om bijvoorbeeld plaatsen waar een
erosiegeul voorkomt te simuleren. Het waterpeil in de Lek varieert slechts enkele
centimeters over het hele modelgebied, vandaar dat er vereenvoudigd werd uitgegaan
van een ruimtelijk constant peil over heel het gebied, overgenomen van het
meetstation te Schoonhoven. De gemiddelde waterstand is gelijk aan +0,58 m NAP.
Het peil werd in de tijdsafhankelijke simulaties wel gevarieerd in de tijd.
Daarnaast werd de overstromingsvlakte van de Lek ook ingevoerd, enkel in modellaag
1, om de overstroming tot tegen de dijk bij hoog tij te simuleren. Daarbij werd als rand
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
16/75
de hoogtelijn van +4,3 m NAP gehanteerd (het MHW te Schoonhoven). De
overstromingszone werd ingevoerd door een ‘general head’-randvoorwaarde op te
leggen met hetzelfde peil in de Lek, maar enkel in modellaag 1. Er werd dus vanuit
gegaan dat de Lek bij gemiddeld of hoger peil de overstromingsvlakte overstroomt,
deels via een krekensysteem. De invloed van deze overstroming op het grondwaterpeil
in de tussenzandlaag is waarschijnlijk beperkt op de meeste plaatsen, gezien het
voorkomen van de weinig doorlatende klei-veen lagen ertussen.
Figuur 9: Aanduiding van de rivierbedding van de Lek op de top10nl-kaart, bij normale
waterstanden (donkerblauw) en bij overstroming van het voorland (lichtblauw).
2.3.2
Drainagesysteem binnendijks
Het drainagesysteem binnendijks werd gebaseerd op het top10nl-bestand, dat de
grotere wateroppervlakken als een polygoon en de kleinere waterlopen als polylijnen
weergeeft. Deze vectorbestanden werden omgezet naar een drainagerandvoorwaarde (Cauchy-type) en ingevoerd in modellaag 2 van het grondwatermodel.
Het drainagepeil werd afgeleid van het polderpeil (Figuur 10), met een waarde tussen 1,34 en -1,81 m NAP. De hydraulische weerstand werd initieel gelijk aan 10 dagen
gesteld.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
17/75
Figuur 10: Zomerpeil (rood) en winterpeil (blauw), zoals gehanteerd in de polders bij
Schoonhoven.
2.4
Voeding door neerslagoverschot
Als netto neerslagoverschot werd een constante waarde van 200 mm/jaar toegekend.
Aangezien de verticale flux voornamelijk opwaarts is, zal deze voeding niet
doordringen naar diepere watervoerende lagen. De voeding zal dus quasi integraal
worden afgevoerd naar de drainagegrachten.
2.5
Artificiële wateronttrekking en aanvulling
Alhoewel in het modelgebied significante gondwaterwinningen voorkomen, zijn deze
niet in de grondwatermodellen ingevoerd, behalve dan onrechtstreeks de
polderbemaling via de drainage-randvoorwaarden. Dit is een aanname aan de veilige
kant, aangezien zo de grondwaterpeilen hoger gesimuleerd worden dan in de
werkelijkheid. Er wordt op die manier ook rekening gehouden met het eventueel
uitvallen van de grondwaterwinningen.
2.6
Waterontspanners
De waterontspanners werden ingevoerd als een drainage-randvoorwaarde, waarbij het
drainagepeil overeenkomt met het overlooppeil van de waterontspanner. Aangezien de
putdiameter veel kleiner is dan de celgrootte, werd in het model een rekenweerstand
toegekend aan elke put. De drainagerandvoorwaarden werden ingevoerd in modellaag
5, in de Holocene zandlaag, en/of in modellaag 7, de Pleistocene zandlaag. De
tussenafstand van de putten werd op 20 m ingesteld. De afstand tussen de bronnen
van 20 m is gebaseerd op de modelberekeningen, waaruit blijkt dat op veel plaatsen
de bronnen op deze afstand moeten staan om de opbolling tussen de bronnen
minimaal te houden. Daarbij werd ook rekening gehouden met heterogeniteiten in de
bodemopbouw die niet gekend zijn, waardoor het niet verstandig is de tussenafstand
te vergroten. Het drainagepeil werd afgesteld zodanig dat het grondwaterpeil tussen de
putten lager is dan het kritische peil voor de dijkstabiliteit. Daarbij is dus rekening
gehouden met de opbolling die optreedt tussen de putten.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
18/75
3
Tijdsafhankelijke kalibratie van de grondwatermodellen
3.1
Werkwijze
De doelstelling van de kalibratie was het beter inschatten van de modelparameters,
opdat de gesimuleerde waarden beter overeenkomen met gemeten waarden. Daarbij
is het vooral belangrijk om het model dichtbij het dijklichaam goed gekalibreerd te
krijgen, aangezien het daar vooral kritisch is voor de dijkstabiliteit. Als meetgegevens
werden de peilbuisraaien van Wiertsema gebruikt (Figuur 11). Voor de Veersedijk
waren er twee raaien beschikbaar, voor Langerak één raai en voor Waal Oost vier
raaien, twee per deelmodel. Elke peilbuis heeft meerdere filterstellingen in
verschillende watervoerende lagen. De filterstelling per peilbuis werd vertaald naar een
modellaag waar de filter werd ingevoerd. Daarbij werd ook de boorbeschrijving
geraadpleegd om na te gaan of de filterstelling al dan niet in een watervoerende of
waterremmende laag zit.
De tijdsafhankelijke kalibratie werd als volgt opgezet per deelmodel:
1. Invoer van het tijdsafhankelijke waterpeil van de Lek, waarbij verschillende
getijdengolven werden opgenomen.
2. Doorrekenen van verschillende parameterwaarden voor gevoelige parameters in
het model.
3. Uitzetten van de gemodelleerde ten opzichte van de gemeten waarden ten
opzichte van de tijd.
4. Bij een verbetering van de overeenkomst tussen gemeten en gemodelleerde
waarden, werd de nieuwe parameterset weerhouden.
5. Als bij eenzelfde model verschillende parametersets optimaal blijken voor de
verschillende raaien, werd de meest nadelige parameterset gekozen voor heel het
model zodat conservatief gerekend wordt.
De volgende parameters werden gevarieerd in de kalibratie:
• Horizontale doorlatendheid van Holocene zand.
• Verticale doorlatendheid klei-veen pakket bovenaan.
• Verticale doorlatendheid van de tussenliggende kleilaag (Wijchen).
• Elastische berging van het Holocene en Pleistocene zand en van het klei-veen
pakket.
• Hydraulische weerstand van de Lekbodem.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
19/75
Figuur 11: locaties van de peilbuizen, gebruikt voor de tijdsafhankelijke kalibratie.
3.2
Kalibratieresultaten
3.2.1
Veersedijk
Voor de Veersedijk zijn twee raaien peilbuizen beschikbaar (Figuur 12). Elke peilbuis
heeft 2 of 3 filterstellingen op verschillende dieptes. De kalibratieresultaten voor deze
peilbuizen zijn weergegeven in Figuur 13 tot Figuur 15. De grafieken tonen telkens de
gemeten peilen (aangeduid als “obs”, volle lijn) en de gesimuleerde peilen (aangeduid
als “sim”, stippellijn). De modellaag waar de filter zich bevindt is aangeduid achter de
hoofdletter L.
Het transect aan de uiterste westzijde van de Veersedijk bestaat uit peilbuizen die over
het algemeen weinig reageren op de variaties in het Lekpeil. Enkel de verste peilbuis,
B1254, vertoont een uitgesproken reactie. Dit doet vermoeden dat de andere twee
peilbuizen uitgevoerd zijn in weinig doorlatende lagen of dat de werking van de
drukopnemers niet werkte. Dit laatste wordt bevestigd door de tijdreeksen te
vergelijken in twee periodes (Figuur 19 en Figuur 20). In de kalibratieperiode reageren
de peilbuizen niet, terwijl in de latere periode ze wel reageren. In peilbuis B1254 is het
verloop van de filter in het Pleistoceen vrij goed gesimuleerd, in het Holoceen is de
reactie in het model iets te sterk. De weerhouden modelparameters zijn weergegeven
in Tabel 2. De weerstand van de rivierbodem werd aangepast naar 200 dagen, behalve
voor modellaag 5 (Holoceen) waar de weerstand zeer laag werd gezet zodat deze
geen invloed meer heeft.
Voor de peilbuizen in het zuidelijke transect van de Veersedijk wordt over het
algemeen een zeer goede overeenkomst gevonden tussen gemeten en gesimuleerde
stijghoogtes (Figuur 16 tot Figuur 18), voor filters in zowel het Holoceen als het
Pleistoceen. De weerhouden parameterwaarden zijn gelijk aan die van het noordelijke
transect.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
20/75
Figuur 12: Locatie van de twee raaien met peilbuizen aan de Veersedijk.
Tabel 2: Weerhouden modelparameters na de kalibratie van het model
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Veersedijk.
Kh
m/d
0.001
0.015
Kv
m/d
0.001
0.015
Ss
1/m
0.001
0.03
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
15
5
0.00001
0.2
3
0.1
0.1
0.0015
0.02
2
20
10
0.00001
0.2
4
1
2
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
21/75
Figuur 13: kalibratie van peilbuis B1252: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 14: kalibratie van peilbuis B1253: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
22/75
Figuur 15: kalibratie van peilbuis B1254: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 16: kalibratie van peilbuis B99: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de tijd
(dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
23/75
Figuur 17: kalibratie van peilbuis B100: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de tijd
(dag/maand, x-as).
Figuur 18: kalibratie van peilbuis B1255: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
24/75
Figuur 19: Tijdreeks van peilbuis B1252, in de periode februari-maart 2012.
Figuur 20: Tijdreeks van peilbuis B1252, in de periode april 2012.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
25/75
3.2.2
Langerak-West
Voor het deelmodel Langerak-West is er één peilbuizenraai beschikbaar (Figuur 21),
met vier peilbuizen. De weerhouden modelparameters na kalibratie zijn weergegeven
in Tabel 3. De vergelijking tussen gemeten en gemodelleerde stijghoogtes is voor elke
peilbuis getoond in Figuur 22 tot Figuur 25. Over het algemeen is de overeenkomst zeer
goed.
Figuur 21: Locatie van de peilbuizen ter hoogte van Langerak-West.
Tabel 3: Modelparameters weerhouden voor het deelmodel Langerak. De weerstand van
de Lekbodem werd op 20 dagen gezet voor het Pleistoceen en 0,1 dagen voor de
Holocene lagen.
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Kh
m/d
0.001
0.0085
Kv
m/d
0.001
0.0085
Ss
1/m
0.001
0.01
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
15
5
0.00001
0.2
3
0.01
0.01
0.002
0.05
2
25
10
0.00001
0.2
4
1
2
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
26/75
Figuur 22: kalibratie van peilbuis B1256: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 23: kalibratie van peilbuis B1257: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
27/75
Figuur 24: kalibratie van peilbuis B1258: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 25: kalibratie van peilbuis B1259: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
28/75
3.2.3
Waal Oost-West
Ter hoogte van het deelmodel Waal Oost-West zijn er twee raaien beschikbaar, met
elk drie peilbuizen (Figuur 26). Voor elke raai werd een andere, optimale parameterset
bekomen die de beste overeenkomst bewerkstelligde (Tabel 4 en Tabel 5). Uiteindelijk
werd de meest nadelige parameterset (van raai 1) uitgekozen om de scenario’s door te
rekenen. Meest nadelig betekent in deze context de parameterset die de hoogste
stijghoogtes veroorzaakt onder de dijk. De vergelijking van de gemodelleerde
grondwaterpeilen met de gemeten peilen is weergegeven in Figuur 27 tot Figuur 32, voor
beide raaien. Voor de meeste peilfilters werd een goede overeenkomst bekomen.
Figuur 26: Locatie van de peilbuisraaien bij Waal Oost-West.
Tabel 4: Modelparameters weerhouden voor het deelmodel Waal Oost-West, transect1. De
weerstand van de Lekbodem werd op 29 dagen gezet voor het Pleistoceen en 0,2 dagen
voor de Holocene lagen.
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Kh
m/d
0.001
0.02
Kv
m/d
0.001
0.02
Ss
1/m
0.001
0.02
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
15
5
0.00001
0.2
3
0.01
0.01
0.002
0.05
2
20
10
0.00001
0.2
4
1
2
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
29/75
Tabel 5: Modelparameters weerhouden voor het deelmodel Waal Oost-West, transect2. De
weerstand van de Lekbodem werd op 100 dagen gezet voor het Pleistoceen en 20 dagen
voor de Holocene lagen.
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Kh
m/d
0.001
0.01
Kv
m/d
0.001
0.01
Ss
1/m
0.001
0.02
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
10
3
0.00001
0.2
3
0.01
0.01
0.002
0.05
2
10
3
0.00001
0.2
4
1
2
Figuur 27: kalibratie van peilbuis B124: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de tijd
(dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
30/75
Figuur 28: kalibratie van peilbuis B1269: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 29: kalibratie van peilbuis B1270: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
31/75
Figuur 30: kalibratie van peilbuis B1271: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 31: kalibratie van peilbuis B1272: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
32/75
Figuur 32: kalibratie van peilbuis B1273: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
3.2.4
Waal Oost-Oost
Er zijn twee raaien met peilbuizen beschikbaar voor het deelmodel Waal Oost-Oost
(Figuur 33). Voor elke raai werd een aparte parameterset bekomen die de
overeenkomst tussen gemeten en gemodelleerde stijghoogtes maximaliseert (Tabel 6
en Tabel 7). Analoog aan het deelmodel Waal Oost-West, werd ook hier de meest
nadelige (conservatieve) parameterset uitgekozen voor de scenariobereningen. Uit de
modelresultaten bleek dat voor de Pleistocene zandlaag, het model systematisch te
hoge grondwaterstanden berekent ten opzichte van de gemeten waarden. De reden
hiervoor is hoogstwaarschijnlijk de aanwezigheid van een belangrijke waterwinning in
het Pleistoceen in de buurt. Deze waterwinning werd niet in het model ingevoerd. Dit is
een conservatieve aanname voor de scenarioberekeningen, aangezien zo rekening
gehouden wordt met een eventueel uitvallen van de bronnen binnen dit en 50 jaar.
Afgezien van de absolute waarde van de stijghoogte, die systematisch afwijkt, zijn de
tijdsvariaties van de stijghoogtes wel goed gesimuleerd.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
33/75
Figuur 33: Locaties van de peilbuisraaien voor het deelmodel Waal Oost-Oost.
Tabel 6: Modelparameters van raai1 ter hoogte van Waal Oost-Oost.
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Kh
m/d
0.001
0.02
Kv
m/d
0.001
0.02
Ss
1/m
0.001
0.02
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
5
1.67
0.00001
0.2
3
0.02
0.02
0.002
0.05
2
20
10
0.00001
0.2
4
1
2
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
34/75
Tabel 7: Modelparameters van raai2 ter hoogte van Waal Oost-Oost. De weerstand van de
Lekbodem werd op 29 dagen gezet voor het Pleistoceen en 0,1 dagen voor de Holocene
lagen.
grondlaag
dijk
hlc (Holoceen)
klei-veen (Nieuwkoop)
tussenzandlaag (Echteld)
Basisveen + klei
(Wijchen)
krz2_6 (Kreftenheye
zand)
Kh
m/d
0.001
0.01
Kv
m/d
0.001
0.01
Ss
1/m
0.001
0.02
Sy
m/m
0.05
0.05
Zone
30
10
0.00001
0.2
3
0.01
0.01
0.002
0.05
2
30
10
0.00001
0.2
4
1
2
Figuur 34: kalibratie van peilbuis B131: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de tijd
(dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
35/75
Figuur 35: kalibratie van peilbuis B132: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de tijd
(dag/maand, x-as).
Figuur 36: kalibratie van peilbuis B1274: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
36/75
Figuur 37: kalibratie van peilbuis B1275: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 38: kalibratie van peilbuis B1276: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
37/75
Figuur 39: kalibratie van peilbuis B1277: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Figuur 40: kalibratie van peilbuis B1278: stijghoogte (m NAP, y-as) ten opzichte van de
tijd (dag/maand, x-as).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
38/75
3.3
Conclusies
De gekalibreerde parameterwaarden liggen allen in het bereik van wat beschreven
staat in de literatuur, met name in het document “Grondwatermodellering
Schoonhovenseveer-Langerak, 2013” van Deltares. De horizontale doorlatendheid van
het Holoceen varieert tussen 5 en 30 m/d, de weerstand tussen Holoceen en
Pleistoceen varieert tussen 20 en 200 dagen. De weerstand van het bovenliggende
klei-veen pakket ligt tussen 300 en 706 dagen. De horizontale doorlatendheid van het
Pleistoceen ligt tussen 10 en 30 m/d.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
39/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
40/75
4
Dimensioneren van de waterontspanners met de
modellen
In de volgende hoofdstukken zullen de vier deeltrajecten één voor één worden
behandeld, van west naar oost. De volgende scenario’s werden voor elk van de
deelmodellen doorgerekend:
• Maatgevende hoogwatergolf met een terugkeerperiode van 2000 jaar.
• Maatgevende hoogwatergolf, in combinatie met waterontspanners.
• Hoogwatergolf met een terugkeerperiode van 10 jaar, ter evaluatie van het
lozingsdebiet naar de polderafwatering.
Als gemiddeld waterpeil van de Lek werd uitgegaan van +0,58 m NAP. De
Maatgevende hoogwatergolf werd met dagelijkse tijdsperioden ingegeven in de
modellen. De golf met een terugkeerperiode van 10 jaren werd als een blokgolf
ingegeven met uurlijkse tijdsperioden en een constant, maximaal niveau van
+3,27 m NAP. Elke tijdsperiode werd onderverdeeld in 12 tijdsstappen, waarin telkens
de stijghoogte en het debiet werd herberekend.
Voor de geotechnische berekeningen is naast de absolute waarde vooral het verloop
van de waterspanning van belang. Belangrijke invoerpunten voor hen zijn de
waterspanning beneden de buiten- en binnenkruinlijn, op de overgang van de dijk naar
de berm, aan de teen van de dijk en op enige afstand van de dijk. Op basis van de
eerste rekenronde met als resultaat de hoogte en het verloop van de waterspanningen
in het holocene en pleistocene zand, is door de geotechnici een eerste definitieve
maximale stijghoogte bepaald:
• Veersedijk: +0,00 m NAP,
• Langerak: +1,0 m NAP,
• Waal Oost: +2,0 m NAP.
Uit de geotechnische berekeningen blijkt dat er qua stabiliteit soms nog ruimte
aanwezig is voor een hogere waterspanning.
De waterontspanners werden met een tussenafstand van 20 m geplaatst. Dit is vrij kort
gekozen om rekening te houden met de lokale heterogeniteit van de ondergrond.
Lokaal werden de putten korter bij gezet (Veersedijk).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
41/75
4.1
Deeltraject Veersedijk
De ingevoerde Maatgevende Hoogwatergolf is afgebeeld in Figuur 41. De golf vertrekt
van +0,58 m NAP, stijgt tot ongeveer +5,0 m NAP en daalt dan terug naar het
gemiddelde peil van +0,58 m NAP.
Figuur 41: Maatgevende hoogwatergolf, zoals ingevoerd in het model van de Veersedijk.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
42/75
4.1.1
Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
De maximale, gesimuleerde grondwaterpeilen tijdens de Maatgevende Hoogwatergolf
zijn weergegeven als isohypsen op de topografische kaart, voor de Holocene zandlaag
(Figuur 42) en voor de Pleistocene zandlaag (Figuur 43). De stijghoogte in het Holoceen
en Pleistoceen varieert van +3,5 m NAP aan de westzijde van de dijk naar +1,0 m NAP
aan de oostzijde van de dijk. Deze verlaging naar het oosten toe is te wijten aan het
steeds groter wordende voorland, waardoor de afstand van het dijklichaam tot het
intredepunt van de rivier groter wordt en dus ook de hydraulische weerstand toeneemt.
Figuur 42: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag.
Figuur 43: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Pleistocene
zandlaag.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
43/75
4.1.2
Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
Om de maximale stijghoogte van +0,0 m NAP te halen, dienden de waterontspanners
op een overloopniveau van -1,0 m NAP ingesteld te worden. Daarbij werd de afstand
tussen de putten aan de westzijde ook verkort van 20 m naar 10 m om voldoende
verlaging te realiseren. Tot slot moesten de putten ook een filterstelling hebben in het
Pleistoceen, aangezien de weerstand tussen het Holocene en Pleistocene zand te
laag was. Op deze manier werd overal voldaan aan de maximale stijghoogte in het
Holoceen (Figuur 44 en Figuur 45). Het maximale debiet dat door de waterontspanners
werd verpompt is gelijk aan 450 m³/u, verdeeld over de Holocene putten (100 m³/u) en
de Pleistocene putten (350 m³/u), (Figuur 46). Bij gemiddelde grondwaterstanden lopen
de putten ook met een debiet van 120 m³/u. Dit kan vermeden worden door het
overloopniveau van de bronnen actief te regelen, zodat ze enkel bij extreme
waterstanden overlopen.
Figuur 44: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag, met waterontspanners (blauwe stippen).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
44/75
Figuur 45: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Pleistocene
zandlaag, met waterontspanners (blauwe stippen).
Figuur 46: tijdsafhankelijke debiet van de waterontspanners in het Holoceen, Pleistoceen
en het totale debiet.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
45/75
4.2
Deeltraject Langerak
De Maatgevende Hoogwatergolf van Langerak is gelijkwaardig aan de golf van de
Veersedijk (Figuur 47). De stijghoogte in het Holoceen ter hoogte van de dijk varieert
tussen +2,2 m NAP en +3,0 m NAP (Figuur 48). Door de hogere doorlatendheid van het
Pleistoceen en de betrekkelijk hoge weerstand tussen Holoceen en Pleistoceen, is de
stijghoogte ter hoogte van de dijk hoger dan in het Holoceen (Figuur 49). Het maximale
debiet van de waterontspanners bedraagt 50 m³/u, wat veel lager is dan bij de
Veersedijk (Figuur 51).
Figuur 47: Maatgevende hoogwatergolf, zoals ingevoerd in het model van Langerak.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
46/75
4.2.1
Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
Figuur 48: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag.
Figuur 49: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Pleistocene
zandlaag.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
47/75
4.2.2
Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
De waterontspanners werden enkel in het Holoceen geplaatst bij Langerak. Dit is in
principe voldoende aangezien hier de weerstand tussen de Holocene en pleistocene
zandlagen voldoende groot is. Uit de verdeling van de stijghoogtes in het Holoceen
(Figuur 50) blijkt dat overal het maximale niveau van +1,0 m NAP wordt gehaald.
Daarbij dient een overloopniveau van de waterontspanners gehanteerd te worden van
+0,0 m NAP.
Figuur 50: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag, met waterontspanners (blauwe punten).
Figuur 51: Tijdsafhankelijk debiet tijdens de Maatgevende Hoogwatergolf van de
waterontspanners.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
48/75
4.3
Deeltraject Waal Oost-West
De Maatgevende Hoogwatergolf ter hoogte van Waal Oost heeft een hoger maximaal
waterpeil (+5,7 m NAP) dan bij de andere deelgebieden (Figuur 52). Er is praktisch
geen voorland aanwezig, dus het intredepunt van de rivier ligt relatief dichtbij de dijk.
De gesimuleerde stijghoogte in het Holoceen tijdens de Hoogwatergolf is maximaal
ongeveer +3,0 m NAP (Figuur 53). In het Pleistoceen is door de hogere weerstand van
de Lekbodem de stijghoogte lager: ongeveer +1,5 m NAP (Figuur 54). Lokaal wijken de
stijghoogtes af, door een verschil in de ondergrond (afwezigheid van Holocene
tussenzandlaag). Het maximale debiet van de waterontspanners bedraagt 80 m³/u
(Figuur 56).
Figuur 52: Maatgevende Hoogwatergolf zoals ingevoerd in het deeltraject Waal Oost.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
49/75
4.3.1
Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
Figuur 53: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag.
Figuur 54: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Pleistocene
zandlaag.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
50/75
4.3.2
Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
Met enkel waterontspanners in het Holocene zand, kan de stijghoogte beperkt worden
onder het maximale niveau (+2,0 m NAP), met een overloophoogte van +1,0 m NAP.
Figuur 55: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag, met waterontspanners (blauwe punten).
Figuur 56: Tijdsafhankelijk debiet van de waterontspanners in het model Waal-Oost-West,
tijdens de Maatgevende Hoogwatergolf.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
51/75
4.4
Deeltraject Waal Oost-Oost
De Maatgevende Hoogwatergolf van Waal Oost-Oost is gelijk aan de golf van Waal
Oost-West. Er is praktisch geen voorland aanwezig, dus het intredepunt van de rivier
ligt relatief dichtbij de dijk.
4.4.1
Gesimuleerde grondwaterpeilen zonder waterontspanners
De gesimuleerde grondwaterpeilen in het Holoceen variëren tussen +3,5 en
+4,0 m NAP en rond +2,1 m NAP in het Pleistoceen. Lokaal is in de rivierbocht een
afwijkende stijghoogte te bemerken door een ander grondopbouw.
Figuur 57: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag.
Figuur 58: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Pleistocene
zandlaag.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
52/75
4.4.2
Gesimuleerde grondwaterpeilen met waterontspanners
Uit de stijghoogteverdeling van de modelsimulaties met waterontspanners blijkt het
maximale niveau van +2,0 m NAP overal gehaald (Figuur 59). Daarbij hoeven de
ontspanners enkel in het Holocene zand geplaatst te worden. Het maximale
afvoerdebiet van de ontspanners bedraagt 170 m³/u (Figuur 60).
Figuur 59: gesimuleerde stijghoogte (m NAP, blauwe isohypsen) in de Holocene
zandlaag, met waterontspanners (blauwe punten).
Figuur 60: Tijdsafhankelijk afvoerdebiet van de waterontspanners bij een Maatgevende
Hoogwatergolf.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
53/75
4.5
Evaluatie van de afvoerdebieten
4.5.1
Algemeen
Voor het afvoerdebiet naar de polder geldt een hoogwatergolf van 1/10 jaar als
maatgevend. Deze golf werd in de verschillende deelmodellen ingevoerd om de
afvoerdebieten te vergelijken met de polderafwatering zonder bronnen (maar ook bij
T=10). Daarbij werd geen rekening gehouden met neerslag, dat een aanzienlijk deel
van de afwatering met zich meebrengt. Vanwege de omvang van de polder kan dit
significant zijn. 1 cm run-off geeft voor de peilgebieden achter de Veersedijk/Langerak
en achter Waal-Oost een afvoer van 41.000 m3 respectievelijk 81.000 m3. De
poldergebieden werden ingedeeld in twee zones, waarbij de Veersedijk in de
westelijke polder afwatert (OVW-064 en OVW-065), en Langerak en Waal Oost beiden
in het oostelijke deel afwateren (OVW-052 en een deel van OVW-053). Beide
afwateringszones staan afgebeeld in Figuur 61. De afvoerdebieten zijn weergegeven
in Figuur 62 tot Figuur 66.
Voor wat betreft de procentuele verhoging van het totale kweldebiet door de werking
van de waterontspanners kunnen echter nog geen conclusies worden geformuleerd
omdat er geen kalibratie met de werkelijke bemaling van de polder is uitgevoerd. De
berekende en de optredende waarden voor de natuurlijke kwel kunnen daarom ver uit
elkaar liggen.
Het aantal te plaatsen waterontspanners is nog niet definitief. De berekening is
uitgevoerd met een maximum aan bronnen. De verwachting is dat het debiet van het
aantal te plaatsen bronnen 75% is van de huidige berekening. Daarnaast heeft de
berekening een grote onnauwkeurigheid, de bandbreedte wordt geschat op 50%.
Als eerste resultaat kan worden afgegeven dat het kweldebiet in dezelfde orde grootte
ligt als het debiet vanuit de lozing van de bronnen.
Figuur 61: poldergebieden in relatie tot de deelmodellen, die beschouwd zijn voor de
evaluatie van de afvoerdebieten.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
54/75
4.5.2
Afvoerdebieten per deelmodel
Figuur 62: Afvoerdebieten en cumulatieve afvoer van de ontspanners in de Veersedijk bij
een hoogwatergolf van 1/10 jaar.
Figuur 63: Afvoerdebieten en cumulatieve afvoer van de ontspanners in Langerak bij een
hoogwatergolf van 1/10 jaar.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
55/75
Figuur 64: Afvoerdebieten en cumulatieve afvoer van de ontspanners in Waal Oost-West
bij een hoogwatergolf van 1/10 jaar.
Figuur 65: Afvoerdebieten en cumulatieve afvoer van de ontspanners in Waal Oost-Oost
bij een hoogwatergolf van 1/10 jaar.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
56/75
Figuur 66: Afvoerdebieten en cumulatieve afvoer van de ontspanners in Langerak en
Waal Oost samen, bij een hoogwatergolf van 1/10 jaar.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
57/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
58/75
5
Vergelijking numerieke modelresultaten met analytische
Mazure-berekening en hysteresis-analyse
Aangezien voordien een groot aantal berekeningen met Mazure zijn uitgevoerd, is het
wenselijk de vergelijking te maken tussen de berekeningen met de numerieke
grondwatermodellen en de analytische formule van Mazure.
De formule van Mazure berekent de stijghoogte en de flux in een watervoerend pakket
(Laag 2) onder een waterremmende laag (Laag 1), in een poldersysteem met een
hoog buitenwater. De formule van Mazure is als volgt:
ℎ( ) = ℎ − (ℎ − ℎ )
,
met:
• h(x): de stijghoogte in de watervoerende laag (m),
• hp: het polderpeil (m),
• h0: het waterpeil van het buitenwater (m),
• x: de afstand vanaf het intredepunt (m),
• λ: de spreidingslengte (m), gedefinieerd als:
, met
o Kh: de horizontale doorlatendheid van het watervoerende pakket.
o D2: de dikte van het watervoerende pakket,
o c: de hydraulische weerstand van de waterremmende laag, gelijk aan de
dikte van de laag gedeeld door de verticale doorlatendheid: ⁄ .
De formule geldt onder de volgende randvoorwaarden:
• Het betreft een stationaire situatie. Dus het effect van kortstondige
hoogwatergolven van het buitenwater worden minder goed berekend.
• Het polderpeil is quasi vlakdekkend en constant, ongeacht het waterpeil van het
buitenwater.
• De polder is oneindig groot.
• De stroming in het watervoerende pakket is horizontaal.
• De onderkant van het watervoerende pakket is volledig afgesloten door een
ondoorlatende laag.
• Het betreft een 1D-berekening, loodrecht op het buitenwater, waarbij aangenomen
wordt dat de parameters niet veranderen in de ruimte.
De vergelijking van Mazure met het grondwatermodel werd uitgevoerd ter hoogte van
de zuidelijke peilbuizenraai aan de Veersedijk (B99-B100-B1255). Om 3-D effecten
van het intredepunt en de variërende grondopbouw uit te sluiten, werd een 2-D
grondwatermodel opgesteld, loodrecht op de Lek. De laagindeling werd overgenomen,
waarbij de lagen horizontaal wel homogene eigenschappen hebben. De
modelparameters zijn weergegeven in Tabel 8. Op basis van deze modelparameters
werden de parameters van de Mazure-formule bepaald:
• Kh = 15 m/d (Holoceen),
• D2 = 2 m,
• c = D1/Kv = 6/0,015 = 400 dagen.
Het polderpeil werd gelijk gesteld aan -1,5 m NAP, in zowel het 2-D model als Mazure.
Het waterpeil van de Lek werd gelijk gesteld aan +4,56 m NAP (Maatgevend
Hoogwater).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
59/75
Tabel 8: Modelparameters 2-D model aan de Veersedijk.
Laag
nummer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Top
m NAP
6.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
-10.0
-12.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0
Basis
m NAP
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
-10.0
-12.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0
-35.0
-40.0
-45.0
-50.0
Dikte
grondlaag
m
6.0
dijk
2.0
hlc (Holoceen)
2.0
klei-veen (Nieuwkoop)
2.0
2.0 tussenzandlaag (Echteld)
2.0 Basisveen + klei (Wijchen)
2.0 krz2_6 (Kreftenheye zand)
3.0
5.0
5.0
5.0
urz1_5 (Urk zand)
5.0
stz1_2 (Sterksel zand)
5.0
5.0
5.0
wak1 (Waalre klei)
Kh
m/d
0.001
0.015
Kv
m/d
0.001
0.015
Ss
1/m
0.002
0.03
Sy
m/m
0.05
0.05
15
0.1
20
5
0.1
10
0.00001
0.0015
0.00001
0.2
0.05
0.2
30
30
10
10
0.00001
0.00001
0.2
0.2
Er resten nog een aantal verschillen tussen het 2-D model en Mazure die kunnen
leiden tot andere resultaten:
• In Mazure wordt enkel met één watervoerend pakket gewerkt onder de
waterremmende laag. In het model zijn dit er twee: de Holocene zandlaag en de
Pleistocene laag, die gescheiden zijn door een weerstandsbiedende laagje
(Wijchen). Mazure werd daarom ook berekend met een KhD2-waarde die een
integratie van de Holocene zandlaag en de Pleistocene lagen tot op de Waalreklei:
o
= 2 ∙ 15 + 15 ∙ 20 + 5 ∙ 30 + 20 ∙ 30 = 1080 / .
o In dit geval is de aanname van horizontale stroming wel minder geldig
gezien de dikte van het watervoerende pakket. Er wordt ook geen
rekening gehouden met het tussenliggende, waterremmende laagje.
Verder werden met het grondwatermodel verschillende simulaties uitgevoerd:
• Stationair, met een constant waterpeil van de Lek.
• Stationair, maar met het Holoceen volledig afgesloten van het Pleistoceen.
De modelresultaten in vergelijking met de Mazure berekeningen zijn weergegeven in
de dwarsprofielen van de stijghoogte in het Holoceen, op verschillende afstanden
loodrecht op het intredepunt van de Lek (Figuur 67). Uit de grafiek kunnen de volgende
conclusies worden getrokken:
• Als enkel het Holocene zandlaagje wordt beschouwd, vallen de modelstijghoogtes
zeer goed samen met de berekende stijghoogtes uit Mazure (blauwe lijnen).
• Als in het model ook rekening gehouden wordt met de Pleistocene lagen en een
beperkte waterremmende tussenlaag (weerstand = 20 dagen), dan is de
stijghoogte overal veel hoger dan de berekening van Mazure in het Holoceen, door
de extra voeding vanuit het Pleistoceen naar het Holoceen.
• Als met Mazure het totale Holocene en Pleistocene pakket wordt samengenomen,
dan wordt een veel hogere stijghoogte bekomen als in het model. Dit komt omdat
in het model de waterremmende tussenlaag in rekening is gebracht wat niet gaat
met Mazure (enkel één watervoerend pakket).
Vervolgens is ook een hysterese-analyse uitgevoerd op peilbuis B99 in het Holoceen.
Daarbij is de hysterese-lus lineair geëxtrapoleerd (Figuur 68). Op een gemiddelde
afstand tot het intredepunt van 150 m, is de stijghoogte in het Holoceen bij een MHWgolf gelijk aan 2,2 m NAP. Met het 3-D model van de Veersedijk werd een sterk
gelijkende stijghoogte van 2,25 m NAP bekomen. Voor Langerak werd een beduidend
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
60/75
hogere waarde (+2,2 m NAP) bekomen met het 3-D model dan met de hystereseanalyse (1,12 m NAP). Voor Waal Oost is de modelwaarde gemiddeld gelijk aan
+2,8 m NAP, terwijl de hysterese 2,49 m NAP aanduidt.
Figuur 67: Stijghoogtes in functie van de afstand tot het intredepunt van de Lek (zwarte
lijnen duiden de gemiddelde afstand tot het intredepunt aan en de overeenkomstige
stijghoogte), berekend met Mazure en de grondwatermodellen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
61/75
Figuur 68: Voorbeeld van een hysterese-analyse op peilbuis B99 in het Holoceen aan de
Veersedijk. Bij een waterpeil van de Lek van 4,56 m NAP wordt een stijghoogte in het
Holoceen van 2,2 m NAP bekomen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
62/75
6
Risicoanalyse (onzekerheid gevoelige parameters)
6.1
Het concept van waterontspanners
De doelstelling is de grondwaterdruk in het Holocene zand onder de dijk tot een
maximale waarde te beperken. Daartoe worden waterontspanners geplaatst langsheen
de afgekeurde dijktrajecten, met filterstelling in het holocene zandpakket. Het
overloopniveau wordt bepaald in functie van de maximaal toegelaten stijghoogte bij
een situatie van MHW die door de opdrachtgever is gedefinieerd. De
waterontspanners lopen gravitair over in een collector naar een verzamelput, waarvan
het overloopniveau variabel ingesteld kan worden. Hoe lager het overloopniveau kan
worden ingesteld, hoe lager de te bereiken stijghoogte is. Praktisch wordt het
overloopniveau dus beperkt door het waterniveau in de polder dat rond de -1,5 m NAP
ligt. Dit niveau kan dus beschouwd worden als een vaste randvoorwaarde, tenzij tot
actief pompen wordt overgegaan, wat niet de bedoeling is.
6.2
Parameters die van invloed zijn op de haalbaarheid van het concept
De volgende parameters hebben een invloed op de werking van het concept:
•
•
•
•
•
•
•
•
6.2.1
Toelaatbare stijghoogte in het Holocene zand bij een MHW golf t.o.v. het
waterniveau in de polder (randvoorwaarde);
Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Holocene zand.;
Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Pleistocene zand;
Doorlatendheid van het Holocene en Pleistocene zand;
Laagdikte Holoceen.
Weerstand klei-veen pakketten;
Bergingscoëfficiënten;
Kwaliteit van de waterontspanners.
Toelaatbare stijghoogte in het Holocene zand bij een MHW golf t.o.v.
waterniveau polder
Deze parameter wordt uiteraard zeer gevoelig naarmate de toegelaten stijghoogte
dichter bij het waterniveau in de polder ligt. Er is immers een minimaal niveauverschil
noodzakelijk tussen het overloopniveau van de bronnen en het niveau in de polder om
het systeem passief te laten werken. Uit de simulaties is gebleken dat een niveau van
0 m NAP het laagst haalbare niveau is (met name aan de westkant van de Veerse
Dijk. Het overloopniveau van de bronnen bedraagt dan -1 m NAP.
6.2.2
Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Holocene zand
Deze weerstand bleek bij de kalibratie overal laag te zijn (goed contact). In de
modellen is de weerstand overal zo laag gezet dat een verdere verlaging niet meer
resulteerde in een bijkomend effect. Deze parameter is dus ongevoelig voor de
haalbaarheid. Indien de weerstand beduidend hoger zou zijn dan aangenomen, wordt
de situatie alleen maar gunstiger.
6.2.3
Hydraulische weerstand tussen de rivier en het Pleistocene zand
Deze parameter is gevoelig voor het debiet dat naar de polder geloosd wordt, indien
het noodzakelijk blijkt de boring en de filterstelling door te voeren tot in de kop van het
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
63/75
Pleistocene zand. Dit kan noodzakelijk zijn bij volgende combinaties van
omstandigheden:
• Lage weerstand tussen Holoceen en Pleistoceen;
• Lage opnamecapaciteit van de bronnen in het holoceen (lage doorlatendheid,
dunne watervoerende laag);
• Hoge doorlatendheid Pleistoceen;
• Lage weerstand tussen rivier en Pleistoceen.
In deze omstandigheden wordt het Holoceen sterk gevoed door het Pleistoceen, terwijl
de bronnen het water onvoldoende kunnen afvoeren. Met name aan de Veersedijk kan
dit noodzakelijk blijken.
Of:
• Hoge weerstand tussen het Holoceen en het Pleistoceen;
• Te lage opnamecapaciteit van de bronnen in het Holoceen (dunne laag, hoge
doorlatendheid);
• Hoge doorlatendheid Pleistoceen;
• Lage weerstand tussen de rivier en het Pleistoceen.
In deze omstandigheden is er veel voeding naar het holoceen vanwege de hoge
doorlatendheid, en is de opnamecapaciteit beperkt vanwege de dunne laagdikte. In dit
geval kan een verticale drainage georganiseerd worden op korte tussenafstand (2,5
meter) van het holoceen naar het pleistoceen, door middel van boringen van 150 mm,
voorzien van een doorlopend PVC filter van 63 mm in een grindomstorting. Het water
wordt dan onttrokken in het pleistoceen.
6.2.4
Doorlatendheid holoceen en pleistoceen zand
Zie ook vorige paragraaf. Verder is de doorlatendheid van het Holoceen bepalend voor
het debiet naar de polder, en de drukopbouw onder de dijk. Behalve voor de
opnamecapaciteit van de bronnen (holoceen) en het debiet naar de polder is deze
parameter weinig gevoelig voor de haalbaarheid als zodanig.
6.2.5
Laagdikte holoceen zand
Een te beperkte laagdikte kan de opnamecapaciteit van de waterontspanners in het
Holocene zand compromitteren. Zowel bij een hoge als een lage doorlatendheid kan
dit een probleem zijn. In dergelijke gevallen kunnen de bronnen doorgezet worden
naar het pleistoceen. Indien de weerstand tussen beide lagen te groot is moet
bovendien een verticale drainage georganiseerd worden.
6.2.6
Weerstand kleipakketten
De weerstand van de polderklei is gevoelig voor het kweldebiet vanuit het holoceen
zand naar de poldergrachten, en bijgevolg ook voor de drukopbouw in het holoceen
zand. Hoe lager de weerstand, hoe meer water er via natuurlijke kwel wordt afgevoerd.
Andersom zal bij een hoge weerstand er relatief weinig extra kwelwater naar de
poldergrachten gaan, en zal de druk dus sneller en feller toenemen. Voor de
haalbaarheid als dusdanig van het systeem van waterontspanners is deze parameter
ongevoelig.
De weerstand tussen het holoceen en het pleistoceen zand is wel gevoelig voor de
haalbaarheid. Zie hiervoor punt 5.3.3. Indien het contact tussen de rivier en het
pleistoceen zand belangrijk is, is deze parameter is ook zeer gevoelig voor de
drukopbouw in het bovenliggende Holoceen zand (beperking van de 1-D Mazure
berekening, waar geen rekening wordt gehouden met voeding vanuit het Pleistoceen).
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
64/75
6.2.7
Bergingscoëfficienten
De elastische berging van alle lagen (zowel zand als klei) zijn gevoelig voor de
tijdsafhankelijke respons van de stijghoogte in het Holoceen op de schommelingen van
het rivierpeil. Dus voor de kalibratie van de parameters op basis hiervan, zijn dit
gevoelige parameters. Voor de haalbaarheid van het concept van de
waterontspanners is de berging ongevoelig.
6.2.8
Kwaliteit van de waterontspanners
De waterontspanners zelf zijn bronnen die uitgevoerd worden via de zuigboortechniek,
en uitgerust worden met een filterstelling in een grindpakket. De bronnen worden na
uitvoering grondig ontwikkeld. De kwaliteit van de boring en de ontwikkeling bepalen
de putweerstand. Dit is de hydraulische weerstand die het water ondervindt over de
boorgatwand, het grindpakket en de filterbuis. Uiteraard moet deze weerstand zo laag
mogelijk zijn. Dit is des te meer van belang naarmate het overloopniveau dicht bij het
theoretische minimum liggen. De putefficiëntie wordt uitgedrukt als de verhouding
tussen het gemeten specifieke debiet (m³/u per meter verlaging) ten opzichte van het
theoretische specifieke debiet, zonder putweerstand. De putefficiëntie moet bij aanleg
minimaal 90 % bedragen.
De putweerstand is niet constant in de tijd. Hij kan na verloop van tijd verhogen door
verschillende factoren:
• Slechte putconstructie waarbij formatiezand door het grindpakket en de filterbuis
komt;
• Te hoog debiet, waarbij de snelheid op de boorgatwand te groot is en fijn materiaal
wordt meegevoerd;
• Redox reacties, voornamelijk in freatische omstandigheden, die kunnen optreden
bij een te grote verlaging waardoor zuurstofrijk water gemengd wordt met
zuurstofarm water. De neerslagproducten van deze reacties kunnen het
grindpakket en het filterelement verstoppen;
• Het in contact brengen van verschillende watervoerende pakketten met andere
hydrochemische eigenschappen kan neerslagreacties veroorzaken en tot
putverstopping leiden;
• Biologische ontwikkeling en slijmvorming (bio-fauling). Wanneer een voedingsbron
aanwezig is en de hydro-chemische omstandigheden zijn gunstig, dan kan de
ontwikkeling van een biologie aanleiding geven tot putverstopping;
• Vervuiling van bovenaf, door een gebrekkige afdichting ter hoogte van de bronkop.
6.2.9
Samenvattende beoordeling van de gevoelige parameters die de haalbaarheid
bepalen (kritische parameters)
Aangezien de doelstelling is de druk in het holoceen zand voldoende te kunnen
verlagen, komt het erop aan voldoende water te kunnen afvoeren uit dit pakket, bij een
bepaald overloopniveau. Voor een vast overloopniveau is dus de opnamecapaciteit
van deze bronnen bepalend voor de haalbaarheid. Dit opnamevermogen wordt voor
een bepaalde bronconstructie bepaald door:
- De transmissiviteit (dikte x doorlatendheid) van het pakket waarin de filterstelling
bevindt;
- De voeding naar het Holocene zand (via contact met de rivier en/of vanuit het
onderliggende pleistoceen zand);
- Beide voorgaande factoren bepalen samen met het overloopniveau het gradiënt
naar de bron en dus de opnamecapaciteit.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
65/75
Het komt er dus op aan op ieder punt waar een bron gepland is de transmissiviteit en
de voeding van het holoceen te achterhalen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
66/75
7
Verificatie van de kritische parameters
In dit hoofdstuk wordt een plan van aanpak beschreven om de kritische parameters
voor het systeem nauwkeurig te bepalen via proeven in het veld en analyse van deze
proeven. Dit plan van aanpak is echter een voorstel waarover nog besloten moet
worden of het in deze of aangepaste vorm zal uitgevoerd worden.
7.1
Geo-elektrische sonderingen
Langsheen de afgekeurde dijktrajecten worden om de 20 meter, op de geplande
locaties van de waterontspanners, 20 ton geo-elektrische sonderingen uitgevoerd (met
uitzondering van de reeds bestaande geo-elektrische sonderingen). Bovendien wordt
om de 200 meter een sondering geplaatst binnendijks, op ongeveer 50 meter afstand
van de lijn van de geplande waterontspanners. Daar waar mogelijk gebeurt dit ook
buitendijks op het voorland van het traject Veerse Dijk en Langerak.
Hieruit kan eenduidig het geotechnische profiel worden afgeleid waaronder de
aanwezigheid van top- en basis niveau van het holoceen zand, scheiding tussen het
Holocene en Pleistocene zand, de bijhorende weerstandswaarden en
wrijvingsgetallen. Hieruit kan dus al eenduidig de dikte van het Holocene zand afgeleid
worden. Uit de conusweerstanden en wrijvingsgetallen kan een eerste indicatie van de
doorlatendheid worden afgeleid, voor zowel het Holocene en Pleistocene zand.
7.2
Waterontspanners en peilputten
Per dijkvak en op kritische plaatsen langsheen de afgekeurde dijktrajecten wordt een
proefopstelling voorzien, op de lijn van de toekomstige waterontspanners, waarvan de
boringen in het Holoceen als waterontspanner in het definitieve systeem kunnen
worden geïntegreerd.
Figuur 6.1: conceptuele proefopstelling
De bronnen worden uitgevoerd in diameter 400 mm, en uitgerust met PVC van 200
mm. De bronnen in het Holoceen en Pleistoceen worden in aparte boorgaten
aangelegd. De peilputten worden uitgevoerd in diameter 150 mm. Er worden twee
peilbuizen van 63 mm voorzien in het zelfde boorgat, gescheiden door een kleistop.
Vanzelfsprekend worden de kleipakkketten in de annulaire ruimte van alle boringen
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
67/75
afgedicht met kleistoppen. De bronnen worden grondig ontwikkeld. De peilbuizen
worden schoon gepompt.
Volgende proeven/metingen worden uitgevoerd:
• In alle bronnen en peilbuizen worden de grondwaterstanden gedurende ca. een
week voorafgaand aan de proeven, geregistreerd met automatische
drukopnemers;
• Constant rate pomptest uitgevoerd in de bron in het Holocene zand (links op figuur
6.1) gedurende ca. 6 uur;
• Recovery tot de dag nadien;
• Constant-rate test in de bron in het pleistoceen zand (links op figuur 6.1)
gedurende ca. 6 uur;
• Recovery gedurende de volgende 24 uur;
• Waterstanden opgenomen in alle bronnen en peilbuizen met drukopnemers
gedurende de ganse proefperiode;
• Opvragen rivierstanden over de proefperiode.
De volgende analyses worden uitgevoerd:
• Bepaling KD waarden en weerstanden op basis van kalibratie via een 2-D
grondwatermodel, op basis van de getijdenwerking (zonder pompen);
• Bepaling KD waarden en weerstanden op basis van resultaten pompproef via een
2-D grondwatermodel, inclusief getijdenwerking.
• Vooral de dubbele pompproef in het Holoceen en Pleistoceen zand zal toelaten de
weerstand van de tussenliggende klei/veen laag te bepalen.
• Uiteindelijk wordt op basis van de analyseresultaten een finaal uitvoeringsplan
opgemaakt.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
68/75
8
Validatie
De validatie heeft als doel de goede werking van de bronnen na te kijken na de
plaatsing. Als validatie wordt het volgende programma voorgesteld:
• Testen van het specifiek debiet van alle individuele bronnen op het einde van de
bronontwikkeling (gedurende een korte tijdsspanne om abstractie te maken van
getijdeninvloed);
• Opmeten met drukopnemers gedurende een etmaal van de respons van de
bronnen op de getijdenwerking van de rivier;
• 2D-analyse op basis van de getijdenwerking ter bepaling van de lokale KD waarde
van het holoceen zand (en/of pleistoceen zand indien hierin bronnen zijn voorzien)
ter hoogte van iedere groep bronnen. De weerstanden van de kleipakketten
worden daarbij geëxtrapoleerd uit de dubbele pompproeven die eerder per dijkvak
zijn uitgevoerd, en de resultaten van de geo-elektrische sonderingen op iedere
boorplaats;
• Bepalen van de putefficiëntie van de individuele bronnen;
• Moria model: update en kalibratie door de opdrachtgever. Simulatie T10 en MWH
golf over het ganse projectgebied door opdrachtnemer.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
69/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
70/75
9
Monitoring kwaliteit waterontspanners en onderhoud
Onderstaande tekst beschrijft een mogelijk scenario van monitoring en onderhoud van
de waterontspanners. Dit scenario zal echter opnieuw beoordeeld worden na het
verdere veldonderzoek (verificatieprocedure), de aanleg van het systeem en de
validatie ervan.
• Jaarlijkse visuele inspectie van alle fysische onderdelen van het systeem, en
eventuele herstelling van defecte onderdelen;
• Tweejaarlijks onderhoud door actief te bemalen op een groep van
waterontspanners met een vacuümpomp op de collector ter hoogte van de
verzamelputten, waarbij gepompt wordt aan een debiet dat zal worden bepaald
aan de hand van de individuele puttesten bij aanleg van het systeem. Hierdoor
zullen vaste deeltjes die zich mogelijk in en om het filterelement hebben
geaccumuleerd, in beweging gezet worden en verwijderd worden via het
verpompte debiet;
• Na dit jaarlijks onderhoud, controle van het specifieke debiet, door een random
steekproef op 10 % van de waterontspanners (ca. 18 van de ca. 180 geplande
waterontspanners);
• Indien het specifiek debiet verlaagt met meer dan 10 % bij meer dan 25 % van de
onderzochte bronnen, wordt een campagne voorzien om alle waterontspanners te
herontwikkelen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
71/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
72/75
10
Conclusies
Met behulp van de gekalibreerde deelmodellen werden scenario’s doorgerekend met
waterontspanners op een tussenafstand van 20 meter, voor een MHW golf
(terugkeerperiode 2000 jaar) en een drukgolf met een terugkeerperiode van 10 jaar.
Op basis van de modelresultaten, kunnen de volgende conclusies getrokken worden:
•
•
•
•
•
•
•
De gesimuleerde stijghoogtes bleken goed overeen te komen met de gemeten
waarden, na de tijdsafhankelijke kalibratie. Gezien het aantal peilbuizen nog
relatief beperkt was, blijven er nog onzekerheden over die in de uitvoeringsfase
met bijkomende proeven dienen opgelost te worden.
Overal werden de maximale stijghoogteniveau’s gehaald met behulp van de
waterontspanners, zodat de dijken stabiel blijven bij een Maatgevende
Hoogwatergolf. Bij de Veersedijk is het overloopniveau al minimaal, voor Langerak
en Waal Oost is er nog ruimte om het overloopniveau te doen dalen.
Ter hoogte van de Veersedijk bleken waterontspanners nodig in zowel het
Holocene als het Pleistocene zand. Bovendien is het over de eerste 200 meter
vanaf het westen noodzakelijk deze op een tussenafstand van 10 meter te
plaatsen. Dit is het gevolg van de vereiste lage grondwaterdruk (0 m NAP) onder
de Veersedijk. Deze bevindingen zijn gebaseerd op de analyse van de gegevens
van slechts twee peilbuisraaien, waarvan slechts deze uit één raai goed te
beoordelen vallen.
De gesimuleerde stijghoogtes in het Holoceen onder de dijk zijn relatief hoog
tijdens een Maatgevende Hoogwatergolf, in vergelijking met eerdere berekeningen
met Mazure en hysteresis-curven. Dit is te wijten aan de lage weerstand tussen
Holoceen en Pleistoceen, waardoor de stijghoogte in het Holoceen wordt gevoed
door de hogere drukken in het Pleistoceen.
Het debiet bij een T10-golf bleek aanzienlijk ten opzichte van het normale
afvoerdebiet van de polder.
De hydrogeologische parameters werden besproken en de kritische parameters
die de haalbaarheid van het systeem bepalen werden geïdentificeerd. Dit zijn
voornamelijk de KD waarde van het holoceen zand, en de manier waarop deze
laag wordt gevoed.
Tijdens de uitvoering zal door een uitgebreid testprogramma met sonderingen en
bijkomende pompproeven het grondwatersysteem verder worden verfijnd en de
dimensionering van de putten worden bijgesteld. Dit dient om de kritische
parameters nog beter in beeld te brengen en zo de werking van de
waterontspanners te garanderen.
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
73/75
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
74/75
Colofon
Opdrachtgever
Uitgave
Telefoon
Projectnummer
De Vries & Van de Wiel bv
Movares Nederland B.V.
Daalseplein 100
Postbus 2855
3500 GW Utrecht
030 265 55 55
RM002158
Geohydrologie D81-PVE-KA-1400194 / Proj.nr. RM002158 / Vrijgegeven / Versie 3.0 / 29 augustus 2014
75/75

Download Report