Filterconstructies - Beïnvloeding stijghoogte en stroming van grondwater

Omschrijving en ontwerp

Bij een filterconstructie zal in de eerste plaats moeten worden nagegaan hoe de stroming van het grondwater en het verloop van grondwaterspiegel en stijghoogte van het grondwa­ter in de watervoerende lagen zal veranderen.

Met de veranderde stijghoogtes en grondwaterstanden kan een stabiliteitsberekening worden uitgevoerd. Het verschil stijg­hoogte kan worden gebruikt voor een pipingberekening. Daarvoor kan de methode van Bligh en Lane of de methode van Sellm­eijer worden gebruikt.

Bij een goed werkend filter zal de stijghoogte ter plaatse van het filter gelijk zijn aan de hoogteligging van het filter of gelijk aan de afstroomhoogte van het water uit het filter. De hoogste van deze twee waarden zal gelden.

Bij een filter aan de teen van een dijk met een homogeen waterdoorlatende dijk zal de grondwaterspiegel nagenoeg rechtlijnig verlopen tussen de waterspiegel bij het intreepunt en de hoogte van het filter of het uitstroompunt van het filter.

Betreft het een diepgelegen filter dan zal de stijghoogte in de watervoerende laag op dezelfde wijze verlopen.

De stroming, en daarmee de hoeveelheid door het filter af te voeren grondwater hangt samen met het verschil in stijghoogte tussen het intreepunt en de plaats van het filter en met de doorlatendheid van het tussenliggende grondpakket.

Als onder de rivierbodem een afsluitende kleilaag aanwezig is kan de toevoer van water te klein zijn en kan de druk onder de kleilaag in het watervoerende pakket afnemen.

Het debiet volgt uit de wet van Darcy, Q = k * i * D [m²/s]

Filterconstructies dienen het water door te laten en materi­aaltransport te voorkomen. Er bestaan een aantal vormen van filters, die hieronder worden genoemd met inbegrip van de ontwerpeisen voor deze filtersoorten.

• Kunststof weefsels en vliezen

De weefsels en vliezen laten het water vrij passeren, maar zijn in staat om materiaaltransport te verhinderen. De grootte van de openingen in het geotextiel bepalen welke grondsoort met het textiel kan worden tegen gehouden. De eisen die aan een geotextiel moeten worden gesteld om materiaaltransport te voorkomen zijn vermeld in tabel 8. Criteria voor uniforme zandsoorten zijn vermeld in lit [14].

Naast het verhinderen van materiaaltransport moet het geotex­tiel wel het water doorlaten. Om verstopping door dichtslib­ben, het dichtgroeien door organismen of de afzetting van in het water opgeloste bestanddelen gelden de onderstaande crite­ria (tabel 9).

• Composietmaterialen

Bij composietmaterialen valt te denken aan bij voorbeeld drainagematten en drainagebuizen. Bij filtermatten wordt de filterwerking verzorgd door het vlies aan de buitenzijde, de matrasstructuur aan de binnenzijde zorgt voor de afvoer van het water. Bij drainagebuizen wordt de filterwerking ook uitgeoefend door het vlies aan de buitenzijde. De waterafvoer vindt hier plaats door de omhulling tussen vlies en buis naar de buis toe, en vervolgens verder door de buis.

• Korrelvormig opgebouwde filters

Bij een filter opgebouwd uit korrelig materiaal zi]n twee verschillende criteria te onderscheiden waaraan getoetst kan worden.

In de eerste plaats betreft dat de geometrische criteria, dat wil zeggen dat de grootte van de holle ruimte tussen de korrels van het filtermateriaal kleiner is dan de grootte van de korrels in het onderliggende materiaal. Dit criterium is een veilig criterium. Het criterium wordt uitgedrukt in de verhouding van korrelfracties van het filtermateriaal en het te beschermen materiaal. De aan te houden criteria zijn te vinden in lit [11].

In de tweede plaats betreft het de hydraulische criteria, dat wil zeggen de stromingsdruk moet zodanig klein zijn dat kor­rels niet meegevoerd zullen worden. Dit criterium laat grotere verschillen toe dan op grond van de geometrische criteria kunnen worden bereikt. De criteria staan vermeld in lit [3].

Uitvoeringsmethoden

De maatregelen die in dit kader worden genomen, dienen vooral werkzaam te zijn bij tijden van hoge rivierstanden. In de tussenliggende perioden zullen ze niet werkzaam zijn of maar gedeeltelijk effect sorteren.

Beheer, monitoring en onderhoud

Een filter/drainconstructie die zo is aangelegd dat er een permanente stroming naar het filter zal optreden, ook in droge perioden, is eenvoudig te monitoren. Met behulp van peilbuizen kan de werking van het filter/drain worden gecontroleerd. Door regelmatig de peilbuizen op te nemen kan de vooraf vastgestel­de grenswaarde worden gesignaleerd. Daarna zal het filter/drain moeten worden schoongemaakt.

Een filter/drain dat alleen bij hoge waterstanden moet functi­oneren zal mogelijk minder vervuilen, maar toch zal van tijd tot tijd de werkzaamheid moeten worden gecontroleerd. Dit kan bij voorbeeld door op een aantal punten water te infiltreren en op te vangen in het filter. Dit moet bij voorbeeld jaarlijks gebeuren. Na verloop van tijd is vast te stellen of deze frequentie kan worden verminderd.

Het schoonmaken van het filter/drain kan mechanisch, biolo­gisch, en chemisch. Uit het oogpunt van betrouwbaarheid zal alleen de mechanische wijze van schoonmaken acceptabel zijn. Mechanisch schoonmaken houdt in:

• opzuigen slib;
• schoonspuiten oppervlak;
• omkeren stromingsrichting in het filter;
• vervangen oppervlakte laag;
• schoonborstelen filterwand;
• een combinatie van bovenstaande technieken.

Om het filter/drain te kunnen reinigen zal het wel toegankelijk moeten zijn, dus aan het oppervlak liggen of door middel van een centrale buis/drain vanaf een doorsteekpunt te berei­ken.