Inleiding

Het meten van het verloop van de waterspanningen als functie van de tijd met peilbuizen en/of waterspanningsmeters kan een belangrijke bron van informatie vormen bij het verkrijgen van inzicht in het geohydrologisch systeem bij dijken. Behalve voor rechtstreekse extrapolatie naar ontwerpomstandigheden worden deze waarnemingen vooral gebruikt om rekenmodellen te ijken aan werkelijk gemeten omstandigheden waarmee de betrouwbaarheid van deze modellen wordt verhoogd. Hierbij dient altijd rekening gehouden te worden met de invloed van toevallige variaties. Verder kan monitoren tijdens de uitvoering en/of de levensduur waardevolle informatie opleveren ter verificatie van de beoordeling- of ontwerpuitgangspunten, zie artikel Geohydrologie bij de dijk monitoren.

Peilbuizen lenen zich goed voor stijghoogtemetingen in de zandondergrond. Voor het meten van waterspanningen in klei zijn ze echter niet geschikt. Omdat het debiet door klei gering is, beïnvloedt de berging in de buis het lokale stromingsbeeld namelijk ingrijpend. Voor metingen in klei, veen en leem zijn speciale waterspanningsmeters beschikbaar, zie de paragraaf Waterspanningsmeter.

Naast het passief registreren van het tijdsverloop van de waterspanningsrespons op dagelijkse en extreme omstandigheden, kan het geohydrologisch systeem worden onderzocht met Waterspanningssonderingen en door het uitvoeren van Pomp-, put- en infiltratieproeven.

Waterspanningsmeting

De grondwaterdrukken in diverse grondlagen worden, afhankelijk van de doorlatendheid van de betreffende laag en het tijdsbestek waarbinnen veranderingen van de grondwaterdruk optreden, gemeten met een open peilbuis of met behulp van een waterspanningsmeter.

Peilbuizen

Een peilbuis bestaat uit een filter, dat in de betreffende grondlaag wordt geplaatst, opgelengd met buizen tot iets boven het maaiveld. Bij land dat mogelijk overstroomd, zoals uiterwaarden of in geval van mogelijke hoge stijghoogte in een watervoerende zandlaag binnendijks, hoog boven maaiveld, dienen de buizen te worden opgelengd tot boven de maximale waterstand, om foute meetwaarden tijdens hoog water te voorkomen. Verder is het van groot belang om de peilbuizen regelmatig ten opzichte van NAP in te meten.

Doordat de buis boven open is, zal de waterspiegel in de buis zich instellen op een niveau dat overeenkomt met de stijghoogte ϕ Stijghoogte [m+NAP], van het grondwater rond het filter.

Indien de grondwaterdruk verandert, zal ook de hoogte van de waterspiegel in de peilbuis veranderen. Dit betekent dat er een zekere hoeveelheid water door het filter moet toe- of afstromen. Dat veroorzaakt vertraging en demping.

In een doorlatende grondslag (grind en zand) geeft de peilbuis reeds na redelijk korte tijd (enkele minuten tot enkele uren) de nieuwe stand aan. Bij een minder doorlatende grondslag (veen, klei) zou dit veel dagen en bij zeer ondoorlatende grond zelfs weken vergen. Een peilbuis is in slecht doorlatende grond daarom onbruikbaar.

Is de zogenaamde aanpassingstijd van een peilbuis te lang, dan dient gebruik gemaakt te worden van een waterspanningsmeter. Waterspanningsmeters registreren in klei al na zeer geringe tijd (orde seconden) de juiste grondwaterdruk.

De peilbuizen zijn, naar de wijze van plaatsen, te onderscheiden in twee groepen:

• Peilbuizen, die in de grond worden weggedrukt.
• Peilbuizen, die in een boorgat worden afgesteld.

Vroeger werden peilbuizen nog handmatig uitgelezen door middel van een peilklokje of elektrisch peilklokje met meetlicht. Tegenwoordig is automatische registratie, soms op afstand, door middel van vlotterschrijver, niveauvolger of elektrische opnemer de standaard. Hierbij wordt vaak de druk gemeten van lucht en water samen. Dit betekent dat om de waterstand te bepalen ook de luchtdruk zelf dient te worden gemeten. De opnemer die de luchtdruk registreert, dient zich op een plaats te bevinden die altijd droog blijft. Bij het inhangen van de waterdrukmeter in de peilbuis, moet nauwkeurig het niveau van deze drukmeter bepaald worden.

Waterspanningsmeter

Voor het meten van waterspanningen worden tegenwoordig altijd elektrische waterspanningsmeters ingezet. In het verleden is ook gebruik gemaakt van de manometer waterspanningsmeter. Dit was de zogenaamde Bourdon waterspanningsmeter wat feitelijk een in de grond weggedrukte 3/4” peilbuis met filter was, die aan de bovenkant afgesloten werd en waarop een manometer werd aangesloten.

De diverse typen elektrische meters die worden toegepast, berusten op verschillende principes. Het meetlichaam (de opnemer) bevindt zich direct achter het filter. Het kenmerk van de elektrische waterspanningsmeter is in het algemeen dat de waterberging in de opnemer gering is, zodat de aanpassingstijd kort is. De aanpassingstijd is de tijd die het meetinstrument nodig heeft om zich aan te passen aan een wijziging van de lokale waterdruk.

Alle elektrische meters worden in de grond gedrukt door middel van buizen, waar de meetkabel doorheen loopt. Het huis, waarin de opnemer is ingebouwd, heeft een uitwendige diameter in de orde van 32 à 36 mm, evenals de oplengbuizen, die elk 1 meter lang en van inwendige schroefdraad voorzien zijn.

Ten gevolge van zettingen en mantelwrijving kan de buis mee zakken, waardoor de meting wordt verstoord. Door regelmatig de buis in te meten ten opzichte van NAP kan hiervoor gecorrigeerd worden.

Het aflezen gebeurt meestal met een batterij-gevoed afleeskastje. De totale nauwkeurigheid is afhankelijk van het type in de orde van circa 2 kPa.

Het toepassingsgebied van de elektrische meters strekt zich uit tot het bepalen van de afvoer-, getij- of neerslaginvloeden op de waterspanning in dijken.

Een specifieke versie is die met een zogenaamde piëzoresistieve opnemer. Dit type opnemer bevat een silicium membraan met daarop 4 halfgeleider rekstrookjes in een brugschakeling. Membraan en rekstrookjes vormen één geheel (diffusietechniek). Het door de waterdruk doorbuigend membraan veroorzaakt een weerstandsverandering van de rekstrookjes, waardoor een uitgangsspanning ontstaat die lineair afhankelijk is van de heersende waterdruk. De opnemer heeft voor het volledige meetbereik slechts een waterverplaatsing nodig van 0,1 mm³. Hierdoor is dit type zeer geschikt voor het meten van dynamische verschijnselen (tot 1000 Hz). Het standaardbereik bedraagt 500 kPa. De nauwkeurigheid ligt lager dan 1 kPa.

Voor verdere informatie wordt verwezen naar L.G.M. Mededelingen: Terreinonderzoekingen [LGM, 1977] en Construeren met Grond [CUR 162, 1993].

Voorts zijn er nog grondwaterstromingsmeters en temperatuurmetingen die informatie kunnen geven over de stromingsrichting van het water.