Toelichting bij het grondwaterzakboekje

N.B. Vaak wordt verwezen naar het Cultuurtechnisch Vademecum van de Cultuurtechnische Vereniging (Cult. Vadem.). Steeds

wordt bedoeld de uitgave van 1988.

Par. 1.1

De tabellen 1.4 en 1.5 met gewasfactoren en interceptieverdamping zijn gebaseerd op:

• Van Penman naar Makkink, een nieuwe berekeningswijze voor de klimatologische verdampingsgetallen, red. J.C. Hooghart

en W.N. Lablans, KNMI Technische rapport TR-111, 1988

• Agrohydrology, R.A. Feddes en R.W.R. Koopmans, Collegedictaat LUW, 1995

en zijn bewerkt in overleg met Jan van Bakel.

Par. 1.2

Tabel 1.10 met een reductiefactor voor neerslag is gebaseerd op:

• Neerslag en verdamping, Klimaat van Nederland I, T.A. Buishand en C.A. Velds, Staatsuitgeverij, 1980 (via Cult. Vadem.

pag. 383)

Par. 2.1

De formule en andere overwegingen voor het U-cijfer zijn opgesteld door Ernst, zie Cult. Vadem. pag. 505.

Par. 2.3

Tabel 2.9 met een schematische lithologische indeling is gebaseerd op:

• De Ondergrond van Nederland, E. de Mulder et al., TNO, 2003,

maar de indeling is vereenvoudigd.

Par. 4.3

De informatie over reistijden van grondwatervoeding is afkomstig van :

• Proefschrift van Kees Meinardi: Groundwater recharge and travel times in the sandy regions of The Netherlands,

C.R. Meinardi, proefschrift VU, RIVM rapport 715501004, 1994

De informatie over reistijden bij schoonspoelen of verontreinigen is afkomstig van:

• Grondwaterstroming en -kwaliteit, R.W.R. Koopmans, collegedictaat LUW K150-311, K150-312, 1994

Par. 4.4

De relaties voor stroming naar bronnen zijn grotendeels ontleend aan

• ‘Hydraulics of Groundwater’, Jacob Bear. McGraw Hill, 1979.

De uitleg over de verplaatsing van een geïnjecteerde hoeveelheid water in een eenparige stroming begint op pag. 282 van Bear. Hij

introduceert de dimensieloze parameters ξ en τ:

xQ

q2π=ξ voor de afstand in de richting van de achtergrondstroming, en

tpDQ

q2 2π=τ voor de tijd. De relatie tussen ξ en τ is grafisch uitgezet in figuur 4.5 van het Grondwaterzakboekje.

Uit de definities van ξ en τ kan worden afgeleid dat bij injectie tot een tijd τ = 0,31 de geïnjecteerde bel net tot aan het

stagnatiepunt van onttrekking is geraakt. Wanneer onmiddellijk na beëindiging van deze injectie met een gelijk debiet wordt

onttrokken, kan alle geïnjecteerde water na zeer lange tijd weer worden teruggewonnen. Bij injectie gedurende een langere tijd is

het niet mogelijk alle geïnjecteerde water terug te winnen, hoe lang men ook terugpompt.

Bij een regime waarbij afwisselend wordt geïnjecteerd gedurende een periode τ, gevolgd door een pauze van gelijke tijdsduur en

daarna weer een onttrekking gedurende diezelfde tijdsduur, blijkt alle geïnjecteerde water net ontsnapt te zijn als τ = 1,881.

Als de gelijke perioden steeds 3 maanden bedragen, kan daaruit worden afgeleid dat D

q*924Q

2

bron = m3/dag.

Bij een regime van 4 maanden injecteren, 2 maanden pauze en 4 maanden onttrekken geldt τ = 3,9721 en

D

q*583Q

2

bron = m3/dag.

Het verlies aan injectiewater bij een injectiebron en een onttrekkingsbron in een eenparige stroming is uitgelegd in

• RID-mededelingen 77-6, Brandes en Uffink, 1977. Figuur 4.8 is aan deze publicatie ontleend.

Par. 5.2 en 5.3

De reeks gronden voor figuur 5.4 en tabel 5.6 zijn een ‘bloemlezing’ uit de 20 bodemhorizonten van Poelman en van Egmond en

de Staringreeks, zoals aangegeven in het Cult. Vadem. pag. 455 en verder. Ook de pF karakteristiek en de doorlatendheid zijn

daaraan ontleend.

Par. 5.4

Het overzicht van bewortelingsdieptes in tabel 5.8 is grotendeels ontleend aan het

• NHI-deelrapport gewaskenmerken, van Bakel, Kroes en de Vries, 2008.

Informatie over de waarschijnlijke bewortelingsdiepte van opgaande gewassen is mondeling aangevulde door Jacques

Vorstermans van Staatsbosbeheer.

Par. 5.6

Aanvankelijk was de bedoeling de methode van Green-Ampt te presenteren voor de infiltratiecapaciteit. Green-Ampt beschrijft

de afname van de infiltratiecapaciteit van een aanvankelijk oneindig hoge waarde tot de onverzadigde doorlatendheid na enige tijd.

Die tijdsduur bleek voor praktische gevallen dermate kort, dat de beschrijving van de methode van Green-Ampt achterwege is

gebleven.

Voor een schatting van plasvorming bij buien is aan de methode van Green-Ampt of aan een andere niet-stationaire benadering

niet te ontkomen.

Par. 6.2

De informatie in tabel 6.3 over de radiale slootweerstand is (nagenoeg) identiek aan de formule van Ernst voor een homogeen

profiel, maar bewerkt naar tabelvorm. Aangenomen is dat krad = khor/3.

• ‘Het berekenen van stationaire grondwaterstromingen, welke in een horizontaal vlak afgebeeld kunnen worden’, L.F. Ernst,

rapport IV, Landbouwk. proefstation Groningen, 1954. (via Cult. Vadem. pag. 518).

Par. 6.5 t/m 6.8

De getalsmatige informatie in deze paragrafen is voornamelijk ontleend aan

• ‘Toegepaste Vloeistofmechanica’ van Nortier en de Koning

• ‘Flow in Channels’ van Sellin

• ‘Fluid mechanics for Hydraulic Engineers’ van Hunter Rouse

• Water Flow Calculator van Mear & Co.

De informatie is zo veel mogelijk gelijkvormig gemaakt.

Par. 7.2

De formule van Glover-Dumm is ontleend aan het Cult. Vadem. pag. 522.

De relatie tussen extreme grondwaterstanden en j-waarde met de methode van Wesseling is ontleend aan

• ‘Bergingsfactor en drainagecriterium’, J. Wesseling, Meded.118, ICW, 1969.

Par. 7.3

Tabel 7.2 is grotendeels ontleend aan het

• diktaat Waterbeheersing van de LH Wageningen, van der Molen?, 1975 (via Cult. Vadem. pag.558)

Tabel 7.3 is opgesteld als een synthese tussen:

• de relatie tussen Gt en maatgevende afvoer, zoals bijvoorbeeld gesteld in de ‘Richtlijnen voor het berekenen van

afwateringsstelsels in landelijk gebied’, DLG, 1992; herhaald in het Cult. Vadem. pag. 551.

• de statistische relatie tussen de herhalingstijd van verschillende buien (neerslagduurlijn)

• de globale relatie tussen Gt, drainageweerstand en j-waarde, zie tabellen 6.5 en par. 7.2 van het Grondwaterzakboekje.

Par. 7.4

De inzichten over conserveren, bergen en afvoeren zijn gebaseerd op

• ‘Werkt vasthouden’, Jan van Bakel, H2O 2004, nummer 14, pag. 19.

Par. 8.3 en 8.4

De analyse van peilwaarnemingen en de eenvoudige stromingsberekeningen voor een scherp grensvlak zijn ontleend aan

• het collegedictaat ‘Geohydrologie f15B voor het vierde studiejaar’, J.C. van Dam, TU Delft, 1985

Par. 8.5

Tabel 8.10 met A-waarden voor opkegelen onder een bron zijn verkregen met een serie numerieke berekeningen voor een

onvolkomen bron in een watervoerend pakket. De bodem van het pakket wordt gevormd door het zoet/zout grensvlak omdat

het zoute water niet meedoet met stroming. Steeds werd de verhouding bepaald tussen de stijghoogteverlaging in de bron en die

onder de bron op de bodem van het pakket.

Par. 9.4

De globale grenswaarden in tabel 9.10 voor aantasting van beton zijn ontleend aan het collegedictaat

• ‘Watermanagement in Urban Areas’, F.H.M. van de Ven, TU Delft dictaat CT5510, 2005.

De waarden daarin zijn ontleend aan ‘Oost-Duitse normen’. Het overzicht is echter vereenvoudigd.

Par. 10.3

De overwegingen over het kalk-koolzuurevenwicht zijn in belangrijke mate ontleend aan

• ‘Geochemistry, groundwater and pollution’ van C.A.J. Appelo en D. Postma, Balkema 1993.

De evenwichtsconstanten zijn echter overgenomen uit

• ‘Agressiviteit en de oplosbaarheidsconstante van calciumcarbonaat’ van H.F.W. Kleijn, H2O 1986 pag. 309,

omdat deze ook zijn gebruikt in de normbladen NEN 6533 en 6536 en NPR 6538 van 1990.

Tabellen 10.7 en 10.8 bevatten een aantal watersamenstellingen met kalk en koolzuur in evenwicht, voor verschillende

pH-waarden. Bij de berekeningen voor tabel 10.8 zijn de gehaltes aan CO2 en OH- niet verwaarloosd, maar door iteratie op de

juiste waarde gebracht.

Par. 10.5

De informatie over adsorptie en ionenwisseling is in belangrijke mate gebaseerd op het boek van Appelo en Postma als

bovengenoemd.

In tabel 10.15 zijn de equivalent fracties van het adsoptiecomplex berekend in evenwicht met enkele veel voorkomende

ionverhoudingen in het poriënwater. De daarvoor gebruikte uitwisselingscoëfficiënten zijn ontleend aan

• ‘Geochemistry, groundwater and pollution’ van C.A.J. Appelo en D. Postma, Balkema 1993, tabel 5.5:

5,0K Mg/Na = en 4,0K Ca/Na =

Par. 14.13

De berekeningswijze voor de doorlatendheidsmeting in een boorgat is ontleend aan

• ‘A new formula for the calculation of the permeability factor with the auger-hole method’, L. F. Ernst, TNO, Groningen,

1950 (via Cult. Vadem. pag. 508).

De nomogrammen van Ernst zijn bewerkt tot tabel 14.12.

Par. 15.1

De formule k4,0vonttrek = komt overeen met de bekende 30/k van Sichardt, maar met andere eenheden.

De formule uren

k*8,7v

6,0

inf = komt overeen met de formule van de NOVEM-studie, maar voor een verstoppingssnelheid van 0,1

m/jaar en een MFI van 2. NOVEM stelt voor deze waarden als standaard aan te nemen.

De formule voor maximale injectiedruk in verband met bodemsplijting is afkomstig uit

• ‘Artifial Groundwater Recharge’, L. Huisman en T.N. Olsthoorn, Pitman, 1983.

De relatie is uitgebreid voor een grondwaterstand die verschilt van de stijghoogte ter plaatse van het filter. Ook zijn licht

verschillende bodemparameters gebruikt.

Par. 15.4

De capaciteit van bronnen die maar gedurende korte tijd worden gebruikt wordt over het algemeen een factor 2 hoger gesteld dan

permanente. Daarbij wordt vergeten dat tijdelijke bronnen vaak van mindere kwaliteit zijn dan bronnen die ontworpen zijn voor

langdurig gebruik. Om die reden is de toelaatbare capaciteit beperkt tot de genoemde 120 tot hooguit 150%.

Par. 16.1

De formule voor de effectieve watervoerende dikte

−≈

−L

D148,0

effectief e1L17,0d

levert vrijwel identieke waarden als tabel 4.1.1 in het Cult. Vadem. pag. 514. De formule is handiger om er bijvoorbeeld mee

verder te rekenen in een spreadsheet.

Par. 16.6

De waarden in tabel 16.12 voor toelaatbare infiltratiesnelheid en de relatie met de doorlatendheid die net boven de tabel staat, zijn

ontleend aan

• ‘Artifial Groundwater Recharge’, L. Huisman en T.N. Olsthoorn, Pitman, 1983.

Ook is de informatie vergeleken met

• ‘Het ontwerp van infiltratievoorzieningen’, G. Vaes et al., Water, jan/feb. 2004

• ‘Water infiltreren? Zeker proberen!’, VIBE/Dialoog/Tandem, 2007?

De voorbeelden in tabel 16.13 zijn gebaseerd op gegevens over de infiltratiepanden en de langzame zandfiltratie op de locatie

Leiduin, Waternet, te Vogelenzang.

Par. 16.8

De berekening van de benodigde berging in infiltratievoorzieningen is ontleend aan

• ‘Water infiltreren? Zeker proberen!’, VIBE/Dialoog/Tandem, 2007?

De gebruikte herhalingstijden voor extreme neerslag zijn die voor Vlaanderen, maar aangenomen is dat deze niet veel van de

Nederlandse zullen afwijken.

Par. 18.5

De maximaal toelaatbare grondwaterstanden voor verschillende boomsoorten in tabel 18.9 is ontleend aan het collegedictaat

• ‘Watermanagement in Urban Areas’, F.H.M. van de Ven, TU Delft dictaat CT5510, 2005.

Par. 19.1

De informatie over de trofiegraad, zuurgraad en zoutgehalte in tabellen 19.2 en 19.3 voor de verschillende ecotooptypen zijn

ontleend aan

• NOV rapport 3-2 ‘De gewenste grondwatersituatie voor terrestrische natuurdoelen, Holoceen Nederland’, K.A. Blokland

et al., 1997

Par 20.4

De formule voor permanente lozing van warmte via een injectiebron is ontleend aan

• RID-mededelingen 77-6, Brandes en Uffink, 1977

en luidt onder aanname van een porositeit van 0,35: dD10

t

0lozing

0t eTT

TT −≈

−−

. Daarbij is aangenomen dat warmteverlies door

geleiding alleen plaats vindt naar boven door een afdekkende laag met een dikte d en een geleidingscoëfficiënt van 1,7 W/m.ºK en

dat de temperatuur aan het aardoppervlak gelijk is aan T0.

De formule voor het benodigde oppervlak in de aquifer voor afkoeling tot Tcontour : 0contour

0lozing

TT

TTln*d*Q*6,28A

−−

≈

is ontleend aan dezelfde publicatie onder dezelfde aannames.

Par. 20.5

Paragraaf 20.5 sluit aan bij paragraaf 4.4, waarin de waterverplaatsingen bij bron met afwisselend injectie en onttrekking is

beschreven. Dat gebeurde daar met hulp van de dimensieloze hulpparameters xQ

q2π=ξ en tpDQ

q2 2π=τ .

In paragraaf 4.4 bleek dat het verlies aan injectiewater bij intermitterend injecteren en onttrekken gerelateerd is aan τ. Deze

parameter kan aan het einde van de eerste injectieperiode worden geschreven als p2W

Dl i

πτ= , waarin

l = de grondwaterverplaatsing onder invloed van de achtergrondstroming gedurende de injectieperiode [m]

D = dikte de geïnjecteerde bel water(pakketdikte bij een volkomen bron) [m]

W = de geïnjecteerde hoeveelheid gedurende de injectieperiode [m3]

p = effectieve porositeit [1]

De relatie tussen waterverlies en W

Dl is ook goed te verklaren. l staat immers voor de waterverplaatsing door de

achtergrondstroming gedurende de injectie en W

Dis gerelateerd aan de horizontale verbreiding van de geïnjecteerde bel.

Bij WKO volgt over het algemeen de onttrekking niet direct na de injectie. Er is meestal een pauze tussen injecteren en

onttrekken. De waarde van W

Dl waarbij net geen injectiewater meer wordt onttrokken blijkt af te hangen van het pompregime:

• bij 4 maanden pompen afgewisseld met 2 maanden pauze is W

Dl =1,384

• bij 3 maanden pompen afgewisseld met 3 maanden pauze is W

Dl =0,952

Ook dit verschil is te verklaren: de geïnjecteerde bel verplaatst zich ook gedurende de pauze voordat de bel weer wordt

‘binnengehaald’. Het zou beter zijn voor l de verplaatsing gedurende injectieperiode plus pauze te kiezen. Omdat deze som bij

WKO over het algemeen onafhankelijk van de injectieperiode is en steeds 1/2 jaar bedraagt, lijkt de dimensieloze ‘convectiefactor’

CF W

DL= logisch, waarbij L = de grondwaterverplaatsing onder invloed van de achtergrondstroming gedurende 1 jaar.

CF blijkt 4,15 te zijn bij een pompregime van 4/2/4/2 maanden en 3,81 bij een regime van 3/3/3/3 maanden: waarden die niet

veel van elkaar verschillen. Het lijkt er op dat CF een handige parameter is om het verlies aan injectiewater door convectie te

beschrijven bij WKO. Dat verlies bepaalt in belangrijke mate het rendement van WKO, maar verliezen door warmtegeleiding en

dispersie dragen daar ook toe bij. Deze laatste twee hangen globaal samen met de hoeveelheid geïnjecteerd water W.

Inderdaad bleek uit een serie berekeningen dat het rendement van verschillende WKO systemen voornamelijk bepaald wordt

door de CF en bij geringe achtergrondstroming ook door W. In figuur 20.4 van het zakboekje is het resultaat daarvan grafisch

uitgezet. Bij een relatief hoge achtergrondstroming lijkt het verlies door convectie overheersend, zodat de lijnen voor

verschillende W daar samenvallen. Bij geringe achtergrondstroming, waar het verlies door geleiding en dispersie overheersend is,

hangen deze wel af van W.

Er is geen strikt fysisch bewijs voor de grafiek; hij mag alleen worden gebruikt voor een globale schatting van het rendement.

Het idee van een dimensieloze factor voor convectief verlies CF is opgedaan bij het bestuderen van

• ‘Koude-opslag in de bodem’, IF Technology, Krachtwerktuigen en Centrum voor Energiebesparing en schone technologie,

NOVEM-rapport 41.430-1131, 1992.

Daar werd ook uitgegaan van het werk van Bear, maar werd tot een andere factor besloten. Een nadeel van die factor is dat de

hoeveelheid geïnjecteerd water W niet werd gebruikt. De daar gebruikte factor bleek geen maat voor het opslagrendement.

Par. 21.7

Tabel 21.1 met een overzicht van regels voor lozing op de riolering, is toegeleverd door Peter de Putter.