Gebruik (niet)-stationaire grondwaterstromingsmodellen - Bijlage 2 p23

Bepaling van de regionale stationaire grondwaterstroming De (semi)stationaire grondwaterstroming wordt bepaald door de werkelijke drie-dimensionale geohydrologische samenhang en de randvoorwaarden, die bestaan uit rivierwaterstanden, infiltraties en evaporatie en onttrekkingen via putten. De geohydrologische samenhang wordt gevormd door de geohydrologische gelaagdheid en de karakteristieke materiaalparameters: doorlatendheid en berging. Ten aanzien van de grondwaterkwaliteit is ook de aard van het water en het grondmilieu van belang, maar dit valt buiten het onderwerp: stabiliteit van waterkeringen.

Voor een realistische beoordeling van de (semi-)stationaire grondwaterstroming op regionale schaal is in principe een drie-dimensionale analyse nodig. Omdat er meestal een groot contrast bestaat tussen de doorlatendheden, van zand- en kleilagen, is het voldoende om een quasi drie-dimensionaal model te hanteren, waarin de stroming in de watervoerende zandpakketten horizontaal en in de tussenliggende semi-doorlatende pakketten verticaal wordt aangenomen. Door gebruik te maken van een speciale techniek (methode volgens Strack) kan achteraf in de zandlagen een verticale stromingscomponent worden vastgesteld. Randvoorwaarden kunnen tijdsafhankelijk zijn, maar voor de gemiddelde regionale grondwaterstroming volstaat meestal een stationaire aanpak. Door Verruijt is in 1992 een gebruikersvriendelijk PC-programma ontwikkeld, MULAT (Multi-Layer-Transport), waarmee een regionale stationaire grondwaterstroming voor een meerlagensysteem kan warden berekend gebaseerd op de bovenstaande schematisatie. Een dergelijk stromingsbeeld kan als basis dienen voor een tijdsafhankelijk effect voor een rivierdijk bij een tijdelijk hoogwater. Het tijdsafhankelijke effect wordt bij de stationaire component opgeteld om de absolute grondwaterdruk te verkrijgen, die essentieel is voor de standzekerheid van de waterkering.

Informatie over regionale geologie en geohydrologische waarden is meestal beschikbaar bij provinciale diensten, of drinkwa­terbedrijven, bij de Rijks Geologische Dienst, Rijks Instituut voor Volksgezondheid en Milieu of Dienst Grondwaterverkenning TNO, of bij de Waterschappen zelf.

Als voorbeeld wordt de berekening van de grondwaterstroming onder de Diefdijklinie en Culemborgerwaard en de Vijfheeren­landen enerzijds en de Tieler- en Culemborgerwaard anderzijds gepresenteerd. De Diefdijk keert normaal geen water. Hij dient als waterkering, indien bovenstrooms inundatie optreedt. De Diefdijklinie wordt doorsneden door de rivier de Linge en op sommige plaatsen bevinden zich fraaie wielen langs de dijk, ontstaan door oude doorbraken (figuur 2C.1). Om de standzekerheid van deze dijk te beoordelen zijn peilbuiswaarnemingen zinloos, omdat de dijk geen water keert. Er is gebruik gemaakt van het programma MULAT. Gegevens zijn verkregen van het Hoogheemraadschap van de Alblasserwaard en de Vijfheerenlanden en de N.V. Watermaatschappij Zuid-Holland Oost.

De verschillende watervoerende en half-afsluitende lagen zijn horizontaal en homogeen verondersteld in het beschouwde ge­bied. Het polderpeil of inundatiepeil is gesimuleerd in een fictieve bovenlaag met een relatief zeer grote doorlatendheid.

De geohydrologie is als volgt vastgesteld:

Uit analyse blijkt, dat de grondwaterwinning te Lexmond in het gebied geen noemenswaardig effect heeft op de grondwaterdruk onder de Diefdijklinie. Om de invloed van hoge rivierstanden op de Waal en de Lek te beoordelen zijn verschillende oriënterende berekeningen gemaakt. De intree-weerstand is niet beschouwd. De beperkte tijdsduur van de hoogwaterstand op de rivieren is in rekening gebracht door gebruik te maken van een gereduceerde lekfactor (in feite is λ_t bepaald, zie bijlage 2B) en dit te verdisconteren in de materiaalparameterwaarden. Voor een hoogwaterduur van zes dagen bedraagt de reductie gemiddeld ongeveer 50%. In figuur 2C.2 is het berekeningsresultaat weergegeven: de isohypsen in de eerste watervoerende laag, waarbij tevens het effect van de grondwaterwinning te Lexmond is aangegeven.

In figuur 2C3 is het effect gepresenteerd langs de Diefdijklinie zelf.

De aldus met het programma MULAT berekende (semi-)stationaire grondwaterstand dient als basis voor het beoordelen van de effecten die samenhangen met de inundatie en de wielen. Voor verdere informatie wordt verwezen naar de literatuur [Dief­dijk, 1993]. Het programma MULAT is verkrijgbaar bij de TUD. Er zijn ook andere vergelijkbare geohydrologische modellen beschikbaar, zoals MicroFEM en MLEAM.

Voor de uiteindelijke beoordeling van de standzekerheid van de Diefdijklinie zijn gedetailleerde berekeningen uitgevoerd met MicroFEM, waarbij tevens het effect van de wielen en de grens­potentiaal is beschouwd voor de situatie waarbij inundatie tot de Diefdijklinie (bovenstroom) optreedt. In dit hoofdstuk is slechts aangegeven hoe in principe gebruik kan worden gemaakt van regionale quasi-drie-dimensionale stationaire modellen en hoe het tijdseffect kan worden meegenomen.