De nieuwe grondwaterkaart “Patterns of groundwater quality” Marc Vissers   Universiteit Utrecht, Centre for Geo-Ecological Research, Faculty of Geographical Sciences, P.O. Box 80115, 3508 TC Utrecht, The Netherlands, phone: +31 30 2532988, fax +31 30 2535050, m.vissers@geog.uu.nl

Opzet presentatie Waarom een grondwaterkaart? De 3 factoren, de 2 perspectieven De 2 perspectieven karteren Onzekerheid karteren Patronen in grondwaterkwaliteit

Waarom een grondwaterkaart? Bescherming en herstel van natuur Risico-analyse van verontreinigingen (bron - object) Systeemgerichter beheer (Ruimtelijke ordening) Functies op geschikte plaatsen plannen Bescherming van kwetsbare gebieden en winningen Inzicht......... Zonder kaart kan er geen rekening mee worden gehouden Kortom: Meerwaarde, ook voor kwaliteit van grondwater

De drie factoren De ruimtelijk-temporele distributie van grondwater-kwaliteit wordt bepaald door drie factoren: Input Processen Stroming (Geologie? Analysefout?)

De twee perspectieven Het relateren van grondwaterkwaliteit aan -stroming kan op twee manieren: In termen van verleden en toekomstige paden van puntverontreinigingen In termen van de intrekgebieden van beken, putten of natte natuur, en hun historische belasting

Het karteren kan dus ook volgens deze 2 perspectieven! Kaarten van stroomrichting, leeftijd en herkomst / toekomst op verschillende dieptes en aan het oppervlak: “future and past pathways of point source pollution” Kaarten van intrekgebieden van objecten en hun ruimtelijk-temporele karakteristieken (bijv. landgebruik, leeftijd): “recharge areas and historical input” (= systeembenadering)

In feite al onderkend door Engelen en Kloosterman (1996)

Maar wat hebben we nog meer nodig? “Future and past pathways” Herkomst van grondwater vanuit observaties op een bepaalde diepte, en diepte vanuit elk punt aan oppervlak Leeftijd van water langs stroombanen “Recharge areas and historical input” Intrekgebieden van beken, putten, natte gebieden Leeftijdsverdeling van het intrekgebied (en landgebruik) Computer power! (om vereiste resolutie voor regionale studies te kunnen hebben)

Intrekgebieden / Grondwaterstromingssystemen Tóth (1963): 2D Engelen and Kloosterman (1996): gedefinieerd door hun continue intrekgebieden, en dat is niet handig om waterkwaliteitsvragen te kunnen beantwoorden Dus: Transformatie van Tóths definitie naar 3D

Grondwaterstromingssystemen definiëren When a discharge area is “continuous”, the flow lines towards it will remain adjacent throughout the region (deze definitie is in weze gelijk aan die van stroomgebieden)

Hengelo studiegebied Study area Model area AOI: Hengelo

Reisafstand (7x8 km)

Infiltratie / Kwel

Leeftijd

Topografie + een aantal verontreinigingen

3D: Hengelo zeer complex Wanneer er een kleur is te zien: Geen infiltratie van boven maar kwel of subhorizontale stroming ongeveer loodrecht op de afstandsgradient Geologie en menselijke ingrepen voornamelijk bepalend voor het ‘lot’ van het grondwater 3 meter – mv 20 meter -mv Kwantitatieve gevoeligheid

SALLAND 12 x 18 km studiegebied Ruraal Aangelegd drainagesysteem Meer zekerheden mbt geologische complexiteit: ‘zandbak’ Toch ook zeer complexe stroming, topografie-gedomineerd OOK KLEINE systemen OOK eerder 3D te noemen dan 2D te schematiseren

Schaal van grondwaterstroming

3D karakteristiek van grondwater stroming 490 488 (km) 486 e t a n i d r o 484 o c - Y 482 480 478 210 212 214 216 218 220 222 224 226 (km) X-coordinate

Deel II: Onzekerheid Zonder een kaart en het kwantificeren van de onzekerheid is het moeilijk te beoordelen wat de waarde van zo’n kaart is Onzekerheid (en variabiliteit) is een van de belangrijkste karakteristieken van grondwaterstroming, vooral in gebieden onderhevig aan klimatologische en menselijke variaties De randvoorwaarden van modellen (de invoer) hebben te maken met verschillende vormen van onzekerheid

Kwantificeren en karteren van de onzekerheid: Gevoeligheidsanalyse Automatisch? Onzekerheid?

Grondwaterstromingssystemen en totale reisafstand in Salland Automatisch? 490 488 (km) 486 e t a n i d Onzekerheid? r o 484 o c - Y 482 480 478 210 212 214 216 218 220 222 224 226 (km) X-coordinate

Gevoeligheidsanalyse Recharge: 2y averages 1965-2002 Anisotropy KH/KV: ½ to 8 Drainage resistance: 0.25 to 4 times calibrated Drainage level: 0.25 m (!) Gauss Recharge & Drainage level (Monte Carlo)

Monte Carlo Analysis (recharge & drainage level) 210 212 214 216 218 220 222 224 226 X-coordinate 478 480 482 484 486 488 490 Y - c o r d i n a t e reverse legend: certainty!!!

Drainage, topografie, stroming kaart, monitoring, verontreiniging, grondwaterkwaliteitspatronen, onzekerheid….

Grondwaterkwaliteitspatronen: Stroming, input, en processen Grootte en positie van GSS, schaal en variaties in landgebruik

Minifilterputten gepositioneerd in een stromingsveld

In realiteit: Positie in GSS, Landgebruiksschaal, en geochemische grenzen

Ook drie typen veranderingen (ook in observaties!) Veranderingen zijn ook afhankelijk van de positie in het GSS

Conclusies I Grondwaterstroming kan in 3 dimensies worden gekarteerd, en maakt het zodoende mogelijk beide waterkwaliteitsvragen te beantwoorden. De onzekerheid van deze kaarten (GSS; impliciet stroombanen onzekerheid) kan worden gekwantificeerd en gekarteerd. Geobserveerde grondwaterkwaliteitspatronen kunnen direct vanuit de kaarten verklaard worden. Met de huidige state of the art kunnen ‘grote’ gebieden worden gekarteerd, (rekening houdend met complexiteit voor schaal en karakteristieke responstijd i.g.v. steady-state aanname)

Conclusies II Grondwaterstroming is het best te beschrijven adhv de kleine grondwaterstromingssystemen die door hun duidelijke 3D karakteristiek beter op horizontale kaarten gepresenteert kunnen worden Samen met heterogeniteit bepaalt onzekerheid / variabiliteit van stromingsrichting de magnitude van diffusie en dispersieprocessen De grondwaterstromingssysteemgrenzen vormen een soort “natuurlijke isolatie” van verontreinigingen m.vissers@geo.uu.nl

?