1 de nieuwe grondwaterkaart “patterns of groundwater quality” marc vissers universiteit utrecht,...
TRANSCRIPT
1
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,
2
Opzet presentatie
• Waarom een grondwaterkaart?• De 3 factoren, de 2 perspectieven
• De 2 perspectieven karteren• Onzekerheid karteren
• Patronen in grondwaterkwaliteit
3
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
4
De drie factoren
De ruimtelijk-temporele distributie van grondwater-kwaliteit wordt bepaald door drie factoren:
1. Input2. Processen3. Stroming
(Geologie? Analysefout?)
Relative position within the groundwater flow system0% 20% 40% 60% 80% 100%
Redox boundary
Flow lines
Streamtubes
5
De twee perspectieven
Het relateren van grondwaterkwaliteit aan -stroming kan op twee manieren:
1. In termen van verleden en toekomstige paden van puntverontreinigingen
2. In termen van de intrekgebieden van beken, putten of natte natuur, en hun historische belasting
6
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)
7
In feite al onderkend door Engelen en Kloosterman (1996)
8
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)
9
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
10
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)
Relative position within the groundwater flow system0% 20% 40% 60% 80% 100%
Redox boundary
Flow lines
Streamtubes
Relative position within the groundwater flow system0% 20% 40% 60% 80% 100%
Redox boundary
Flow lines
Streamtubes
11
Hengelo studiegebiedHengelo studiegebied
244000 246000 248000 250000 252000 254000 256000 258000 260000 262000
468000
470000
472000
474000
476000
478000
480000
482000
80010001200140016001800200022002400260028003000320034003600380040004200440046004800
Study areaModel areaAOI: Hengelo
Twente canal
Hengelo
Enschede
Area of interest
Model area
Lock
Delden
heightRidge
ofOldenzaal-
Ensc hede
12
248 249 250 251 252 253 254 255
472
473
474
475
476
477
478
479
480
Reisafstand(7x8 km)Reisafstand(7x8 km)
N
OW
Z
13
Infiltratie /KwelInfiltratie /Kwel
N
OW
Z
248 249 250 251 252 253 254 255
472
473
474
475
476
477
478
479
480
14
248 249 250 251 252 253 254 255
472
473
474
475
476
477
478
479
480
LeeftijdLeeftijd
N
OW
Z
15
TopografieTopografie
N
OW
Z
248 249 250 251 252 253 254 255
472
473
474
475
476
477
478
479
480
+ een aantal verontreinigingen
16
3D: Hengelo zeer complexWanneer er een kleur is te zien: Geen infiltratie van boven maar kwel of
subhorizontale stroming ongeveer loodrecht op de afstandsgradientGeologie en menselijke ingrepen voornamelijk bepalend voor het ‘lot’ van
het grondwater
3 meter – mv
20 meter -mvKwantitatieve gevoeligheid
17
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
Relative position within the groundwater flow system0% 20% 40% 60% 80% 100%
Redox boundary
Flow lines
Streamtubes
Veluwe
SallandDunes
UtrechtseHeuvelrug
AquitardsNAP
-100
-200
100
-300
-400
Gelderse vallei
W E
Twente
W E
50km180km
Fresh water
Brackish / saline water
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000-3000
-2000
-1000
0
- 1
- 0 . 7 5
- 0 . 5
- 0 . 2 5
0
0 . 2 5
0 . 5
0 . 7 5
1
1 . 2 5
1 . 5
1 . 7 5
2
2 . 2 5
2 . 5
2 . 7 5
3
3 . 5
Schaal van grondwaterstroming
19
3D karakteristiek van grondwater stroming
210 212 214 216 218 220 222 224 226X-coordinate
478
480
482
484
486
488
490
Y-co
ord i
nate
(km)
(km
)
0-200
200-400
400-600
600-800
800-1000
1000-1250
1250-1500
1500-3000
3000-6000
6000-12000
>12000
20
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
21
Kwantificeren en karteren van de onzekerheid: Gevoeligheidsanalyse
Automatisch?
Onzekerheid?
22
Grondwaterstromingssystemen en totale reisafstand in Salland
210 212 214 216 218 220 222 224 226X-coordinate
478
480
482
484
486
488
490
Y-co
ord i
nate
(km)
(km
)0-200
200-400
400-600
600-800
800-1000
1000-1250
1250-1500
1500-3000
3000-6000
6000-12000
>12000
Onzekerheid?
Automatisch?
23
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)
24
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
oord
inat
e
95-100%
80-95%
60-80%
40-60%
0-40%
25
Drainage, topografie, stromingkaart, monitoring, verontreiniging, grondwaterkwaliteitspatronen,
onzekerheid….
26
Grondwaterkwaliteitspatronen:Stroming, input, en processen
Relative position within the groundwater flow system0% 20% 40% 60% 80% 100%
Redox boundary
Flow lines
Streamtubes
Grootte en positie van GSS, schaal en variaties in landgebruik
27
Minifilterputten gepositioneerd in een stromingsveld
A1A2
A3
A4A5
A6
A7A8A10
A11
0 500 1000 50 100 150
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
0 800 1600200 700 1200
200 600 1000
300 500 700
Dep
th (
m +
NA
P)
500 1500 2500
500 1000
0 500 1000
500 1000 1500
A11 A 10 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A 2 A 1
1989
1996
2002
Ec (µS /cm )
2
33
1
2
2
2
1
2
3
3
3
3
3
33
1
2
1
2
2
2
1
2
22
28
In realiteit: Positie in GSS, Landgebruiksschaal, en geochemische grenzen
0 500 1000 50 100 150
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
0 800 1600200 700 1200
200 600 1000
300 500 700
Dep
th (
m +
NA
P)
500 1500 2500
500 1000
0 500 1000
500 1000 1500
A11 A 10 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A 2 A 1
1989
1996
2002
Ec (µS /cm )
2
33
1
2
2
2
1
2
3
3
3
3
3
33
1
2
1
2
2
2
1
2
22
29
Ook drie typen veranderingen (ook in observaties!)
Area with recharge decrease
T= t0 - delta tT= t0
Moving redox boundary
Moving pollution front
Moving streamtube boundary
32
1
Veranderingen zijn ook afhankelijk van de positie in het GSS
30
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)
31
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
32
?