Grondwaterstroming in het Hollandprofiel - Processen en modellen

Grondwaterstroming in het Hollandprofiel

In principe is een dijk een weinig doorlatend element, dat in Nederland gewoonlijk rust op een watervoerend en onsamendrukbaar zandpakket (Pleistoceen) dat meestal is afgedekt met een semi-doorlatende toplaag (Holoceen). Het Holoceen en Pleistoceen vormen samen het Hollandprofiel (zie figuur 2.2a).

De belasting van buitenwater veroorzaakt in het algemeen een directe verandering van de stijghoogte in het watervoerend pakket en geleidelijk van de stijghoogte in de kering zelf (freatische lijn, waterspanningen in de toplaag en de dijk). Bovenbelasting (dijkversterking) veroorzaakt juist direct veranderingen van de waterspanningen in de kering zelf. Soms zijn ook diepere watervoerende lagen van invloed op het stromingsbeeld.

Berging

In de dijk kan water worden opgeslagen boven de grondwaterspiegel (freatische berging). In slappe grondlagen kan water worden geborgen in extra poriënruimte die ontstaat bij gronddeformatie (consolidatie) en in de zandlaag kan door (verticale) compactie ook waterberging optreden. Berging betekent dat effecten van grondwaterbeweging worden vertraagd en uitdempen. In principe is dit een tijdsafhankelijk proces dat bestaat omdat de belasting zelf tijdsafhankelijk is (hoogwater) of geleidelijk ontstaat (dijkversterking, bodemdaling).

Figuur 2.2a Hollandprofiel en bergingsmechanismen

Figuur 2.2b Grondwaterstroming in dijkprofiel en ondergrond

Schematisering grondwaterstroming in Hollandprofiel

Vanwege de gebruikelijke eigenschappen in het Hollandprofiel kan de grondwaterstroming globaal als volgt worden ingedeeld (zie figuur 2.2b):

1. een tweedimensionale langzame stroming in een verticaal vlak door het dijklichaam (klei en / of zand met afdekking);

2. een langzame verticale ééndimensionale stroming (infiltratie buitendijks en kwel binnendijks) door de afdekkende lagen (Holoceen);

3. een ééndimensionale horizontale stroming van grondwater in de zandondergrond (Pleistoceen).

De volgende stappen worden gewoonlijk doorlopen bij de schematisering van de stijghoogte in dijk en ondergrond:

1. bepaling stijghoogte in Pleistoceen / watervoerend pakket, rekening houdend met waterstandsfluctuaties en hoogwaterduur;

2. controleren opdrijven / opbarsten (grenspotentiaal) van de deklaag achter de dijk;

3. bepaling van de ligging van het freatisch vlak, rekening houdend met neerslag en dijksamenstelling;

4. bepaling aanpassing / indringingslengte in het slappe lagenpakket, rekening houdend met consolidatie;

5. bepaling verloop waterspanningen in de deklaag achter de dijk, rekening houdend met consolidatie.

Indien de belastingduur (hoogwater) lang is, kan de grondwaterstroming in het slappe lagen pakket (het Holoceen) als quasi-stationair beschouwd worden. In de verschillende lagen wordt dan uitgegaan van een lineair verloop van de waterspanningen.

Een aantal analytische oplossingen voor het bepalen van de stijghoogte in het watervoerend pakket voor een situatie met stationaire stroming zijn gegeven in bijlage b4.4.