De nieuwe grondwaterkaart “Patterns of groundwater quality”

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, m.vissers@geog.uu.nl

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: • Input • Processen • Stroming (Geologie? Analysefout?)

5. 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

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)

11. Study area Model area AOI: Hengelo Hengelo studiegebied

12. Reisafstand(7x8 km)

13. Infiltratie /Kwel

14. Leeftijd

15. Topografie + een aantal verontreinigingen

16. 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

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

18. Schaal van grondwaterstroming

19. 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

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

22. Automatisch? Onzekerheid? Grondwaterstromingssystemen en totale reisafstand in Salland 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

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

25. Drainage, topografie, stromingkaart, monitoring, verontreiniging, grondwaterkwaliteitspatronen, onzekerheid….

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

27. Minifilterputten gepositioneerd in een stromingsveld

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

29. Ook drie typen veranderingen (ook in observaties!) 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 m.vissers@geo.uu.nl

32. ?