Peilbuiswaarnemingen en waterspanningsmetingen - Waterspanningen en styghoogten

1. 1. Peilbuiswaarnemingen van stijghoogten in de zandondergrond en waterspannings­ metingen in slecht doorlatende grondlagen kunnen een belangrijke bron van infor­ matie vormen bij het verkrijgen van inzicht in de grondwaterstroming bij dijken. Behal­ ve voor rechtstreekse extrapolatie naar ontwerpomstandigheden kunnen de waarne­ mingen ook worden gebruikt om rekenmodellen te ijken aan omstandigheden in de werkelij kheid.

      Peilbuizen lenen zich goed voor het meten van de stijghoogte in de zandondergrond. Voor het meten van waterspanningen in klei zijn ze echter niet geschikt: door de ber­ ging in de buis wordt het stromingsbeeld namelijk ingrijpend be invloed.Voor metingen in klei zijn Speciale waterspanningsmeters beschikbaar.

      De interpretatie van waarnemingen vraagt inzicht in het stromingsmechanisme, wil men kunnen extrapoleren naar ontwerpomstandigheden.

      Bij het extrapoleren kan men op twee manieren te werk gaan: men kan uitgaan van top­

      standen of van momentane peilbuisstanden of waterspanningen.

      1. Extrapo/atie uit topstanden

         Als men beschikt over peilbuiswaarnemingen tijdens eengroot aantal hoogwaters, kan per hoogwater de topstand in de peilbuis worden uitgezet tegen de topstand van de rivier.

         In veel gevallen blijkt er dan een min of meer lineair verband te bestaan tussen peilbuis­

         topstand en riviertopstand.

         Zo'n verband mag ook verwacht worden op grond van de grondwaterstromingstheorie. Lineaire extrapolatie vanuit de waarnemingen lijkt daarom we! verantwoord voor het bepalen van de stijghoogte bij ontwerpomstandigheden. Toch is enige voorzichtigheid hierbij we! geboden.

         Wanneer in de omgeving van de peilbuis een grenspotentiaal optreedt (par. 10.15), dan kan dat tot gevolg hebben dat de gemeten stijghoogte lager is dan op grond van li­ neaire extrapolatie verwacht wordt: het verloop van de peilbuisstand buigt dan name­ lijk af naar een limietwaarde.

         Zo'n afbuiging van het verband tussen rivierstand en peilbuisstand is ook te verwachten als het stromingsbeeld in het zand van freatisch overgaat in artesisch (spanningswater). Hierop moet gelet worden bij waarnemingen gedurende relatieflage hoogwatertoppen en in het geval van een relatief hoog gelegen bovenzijde van het zandpakket.

         In principe zou een relatie kunnen gelden zoals in figuur 10.8 sterk geschematiseerd is weergegeven.

         Het voorgaande geldt alleen als er geen aanvoer van grondwater van achteraf plaats vindt, zoals afvoer van landinwaarts gelegen hoge gronden.

         114

         Indien dit we! het geval is, wordt een atwijkend beeld verkregen: de peilbuisstanden kunnen dan zelfs hoger zijn dan de rivierstanden.

         

         figuur 10.8

      2. Extrapolatie uit momentane standen

Dikwij ls zijn er niet voldoende waarnemingen van topstanden beschikbaar voor een be­ trouwbare extrapolatie volgens par. 10.3.1.

Als men echter we! beschikt over een serie waarnemingen per hoogwatergolf, dan is een benadering mogelijk waarbij gebruik wordt gemaakt van de demping en ver­ traging van een hoogwatergolf in een zandpakket.

Als gedurende een hoogwater dagelijks de waarnemingen van rivierstand en peilbuis­ stand tegen elkaar warden uitgezet, ontstaat er een hysteresis-lus.

Ter illustratie is in figuur 10.9 het beeld uitgewerkt dat de voortplanting van een getij­ golf weergeeft in een zandondergrond met freatische berging.

(1- r lllh

llh

ho rivierwaterstand

figuur 10.9

115

De ellipsvormige hysteresis-lus in figuur 10.9 ontstaat omdat de golf tussen rivier en peilbuis met to wordt vertraagd.

Zonder deze vertraging zou de lijn A -A ontstaan. Deze lijn geeft de relatie aan tussen de amplitude van de golf op de rivier en de amplitude van de stijghoogte in de peilbuis, en dus de relatie tussen de topstanden van rivier en peilbuis. De helling van de lijn wordt bepaald door de dempingsfactor r volgens: tan a= r.

Zouden de punten van de hysteresis-lus worden opgevat als een willekeurige punten­ wolk, en zou dan door deze punten een lineaire regressielijn worden bepaald, de lijn B -B, dan is het duidelijk dat men zo in meerofmindere mate- afhankelijk van de dik­ te van de !us - tot een foutieve conclusie ten aanzien van het gezochte verband zou komen.

Bij de interpretatie van momentane peilbuisstanden tijdens een hoogwater moet men

daarom de vertraging to zo kiezen dat bij verschuiving in de tijd met t0, de waarnemings­ punten zoveel mogelijk op een rechte lijn komen te liggen. Daarna pas mag men een lineaire regressie uitvoeren.

Evenals bij de extrapolatie uit topstanden zal men bedacht moeten zijn op atwijkingen van het verwachte Iineaire verband, als gevolg van een overgang van freatisch naar arte­ sisch water, en van het mogelijk optreden van de grenspotentiaal. Extrapolatie is dan ook alleen toegestaan als het hydrologische model bij ontwerpomstandigheden hetzelfde is als bij de waarnemingsreeks.