Lemselermaten_Bijlagen bij de toelichting_Bijlage 8 IP 6 Hydrologische effectberekening.pdf
Tekst van het document
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
19 februari 2019
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Verantwoording Titel Opdrachtgever Projectleider
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten Gemeente Dinkelland Hans Notkamp
Aantal pagina's
Margrietha Bor, Hans van Gurp, Gerben Willems, Willem Capel 1244201 79 (exclusief bijlagen)
Datum
19 februari 2019
Handtekening
Ontbreekt in verband met digitale verwerking. Dit rapport is aantoonbaar vrijgegeven.
Auteur(s) Projectnummer
Colofon Tauw bv BU Leefomgeving Australiëlaan 5 Postbus 3015 3502 GA Utrecht Telefoon +31 30 28 24 82 4
Dit document is eigendom van de opdrachtgever en mag door hem worden gebruikt voor het doel waarvoor het is vervaardigd met inachtneming van de rechten die voortvloeien uit de wetgeving op het gebied van het intellectuele eigendom. De auteursrechten van dit document blijven berusten bij Tauw. Kwaliteit en verbetering van product en proces hebben bij Tauw hoge prioriteit. Tauw hanteert daartoe een managementsysteem dat is gecertificeerd dan wel geaccrediteerd volgens: -
NEN-EN-ISO 9001
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
5\89
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
6\89
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Inhoud Verantwoording en colofon .......................................................................................................... 5 1
Inleiding .......................................................................................................................... 9
2 2.1
Modelaanpassingen .................................................................................................... 10 MIPWA3.0 ..................................................................................................................... 10
2.2 2.3 2.3.1
MetaSWAP-versie ......................................................................................................... 11 Lagenmodel ................................................................................................................... 11 Modellaag 1 ................................................................................................................... 16
2.3.1 2.3.2 2.3.3
Modellaag 2 ................................................................................................................... 21 Modellaag 3 en 4 ........................................................................................................... 24 Modellagen 5 t/m 9 ........................................................................................................ 28
2.4 2.4.1 2.4.2
Oppervlaktewater .......................................................................................................... 30 Leggerwatergangen ...................................................................................................... 30 Top10-watergangen ...................................................................................................... 33
2.5 2.6 2.7
Buisdrainage ................................................................................................................. 36 Overlandflow/inundatie .................................................................................................. 37 Onttrekkingen ................................................................................................................ 41
2.8 2.9
Verlenging model .......................................................................................................... 42 IJkset ............................................................................................................................. 42
3 3.1 3.2
Kalibratie ...................................................................................................................... 45 Bandbreedte kalibratie .................................................................................................. 45 Stationaire kalibratie 1 ................................................................................................... 46
3.2.1 3.2.2 3.2.3
Gevoeligheden .............................................................................................................. 46 Correlaties ..................................................................................................................... 47 Resultaten ..................................................................................................................... 47
3.2.4 3.3 3.3.1
Conclusies ..................................................................................................................... 51 Controles na stationaire kalibratie 1 .............................................................................. 52 Grondwateraanvulling ................................................................................................... 52
3.3.2 3.3.3 3.4
Controle peil watergangen ............................................................................................ 53 Vastzetten parameters kalibratie ................................................................................... 53 Stationaire kalibratie II ................................................................................................... 53
3.4.1 3.4.2 3.4.3
Gevoeligheden .............................................................................................................. 53 Correlatie ....................................................................................................................... 54 Resultaten ..................................................................................................................... 55
3.4.4
Conclusies ..................................................................................................................... 58
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
7\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
3.5 3.5.1 3.5.2
Instationaire kalibratie ................................................................................................... 59 Gevoeligheden .............................................................................................................. 59 Correlaties ..................................................................................................................... 59
3.5.3 3.5.4
Resultaten ..................................................................................................................... 60 Kalibratieresultaat.......................................................................................................... 64
4 4.1 4.2
Performance eindmodel ............................................................................................. 66 Residuen ....................................................................................................................... 66 Berekende grondwaterstanden ..................................................................................... 69
4.3 4.4 4.5
Tijdstijghoogtelijnen ....................................................................................................... 71 Kwel- en infiltratiefluxen ................................................................................................ 72 Stroombanen ................................................................................................................. 72
4.6
Conclusie performance ................................................................................................. 73
5 5.1 5.2 5.3
Effectmodel .................................................................................................................. 75 Berekende grondwaterstanden ..................................................................................... 76 Kwel- en infiltratiefluxen ................................................................................................ 78 Stroombanen ................................................................................................................. 78
Bijlage(n) 1 Plan van aanpak aanpassing lagenmodel 2 Dikte van klei-/leemlaag 3 Doorsnijding klei-/leemlaag
8\79
4 5 6
Kaarten waterlopen IJkset Tijdstijghoogtelijnen
7 8
Residu Bandbreedte kalibratie
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
1 Inleiding Voor het N2000-gebied Lemselermaten (zie figuur 1.1) zijn in het kader van PAS (Programmatische Aanpak Stikstof) hydrologische maatregelen noodzakelijk om instandhoudingsdoelen en uitbreidingsopgave te kunnen realiseren. Om de effecten van deze maatregelen op de omgeving en de natuur in Lemselermaten dienen hydrologische berekeningen uitgevoerd te worden. Daar is een grondwatermodel voor nodig. Daarnaast is een grondwatermodel nodig om een optimaal maatregelenpakket samen te stellen dat voldoet aan de eisen voor natuur en waarbij zo min mogelijk omgevingseffecten optreden. Bij de start van dit project was er geen geschikt model voor handen. Daarom is het best beschikbare grondwatermodel aangepast. In dit rapport zijn de aanpassingen en de performance van het aangepaste model beschreven.
Figuur 1.1 Locatie Lemselermaten
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
9\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Leeswijzer In hoofdstuk 2 zijn de aanpassingen van het model beschreven. In hoofdstuk 3 is een beschrijving van de kalibratie van het model opgenomen. In hoofdstuk 4 is de performance van het gekalibreerde eindmodel beschreven. De vervolgstap is het uitvoeren van de effectberekeningen om de hydrologische effecten in beeld te brengen op landbouw, woningen en natuur. In hoofdstuk 5 is het uitgangsmodel voor deze effectberekeningen (effectmodel) beschreven.
2 Modelaanpassingen Er is gekozen om het model MIPWA3.0 verder te optimaliseren. Reden hiervoor is onder andere de schematisatie van de ondergrond die in MIPWA3.0 komt beter overeen met de boringen en andere gegevens van de ondergrond dan WRD2014. De volledige onderbouwing voor het kiezen van MIPWA3.0 is opgenomen in bijlage 1. Het WRD2014 1 is een grondwatermodel van het beheersgebied van het voormalige waterschap Regge en Dinkel en is in 2014 opgeleverd. MIPWA3.0 2 is een grondwatermodel van heel noord Nederland. Het gebruikte model was nog niet officieel opgeleverd en is niet gekalibreerd.
2.1
MIPWA3.0
Een verschil tussen WRD2014 en MIPWA3.0 is dat MIPWA3.0 gebruikt maakt van doorlatendheden in combinatie met tops en bottoms van lagen in plaats kD- en C-waarden. MIPWA3.0 heeft een horizontale doorlatendheid (khv) voor watervoerende lagen en een kvv (verticale doorlatendheid) voor weerstand biedende lagen. Daarnaast is er nog een factor voor verticale anisotropie (kva). In figuur 2.1 is weergegeven hoe de kD en de C-waarden worden berekend. Uit dit figuur blijkt dat de weerstand als gevolg van verticale anisotropie bij de Cwaarde wordt opgeteld en dat deze afhankelijk is van de khv. Omdat er dus een onderling verband is, is vanuit praktisch oogpunt besloten om het model aan te passen met kD- en Cwaarden. In eerste instantie was het plan om de kD- en C-waarden na de aanpassing van het model terug te rekenen naar khv, kvv en kva’s. Het is echter gebleken dat wanneer MIPWA3.0 gerund wordt op een andere schaal dan 25 bij 25 m er kD- en C-waarden worden berekend (door middel van doorlatendheden en tops en bottoms) die significant afwijken van die bij schaal 25 bij 25 m. Dit resulteert dan ook in significant andere berekende stijghoogten. Daarom is besloten om niet meer terug te rekenen naar doorlatendheden.
1
Tauw, Aanpassing stationair WRD2012-grondwatermodel, kenmerk R001-1216684BMP-kzo-V04-NL, d.d. 12 februari 2014 Tauw, Aanpassing instationair WRD2012-grondwatermodel kenmerk R001-1221210BMP-kzo-V02-NL, d.d. 11 mei 2015 Deltares, MIPWA 3.0 actualisatie fase 1 – Lagenmodel, kenmerk 1210383-000-BGS-0013-v1.0, d.d. 4 januari 2016 Deltares, MIPWA 3.0 actualisatie fase 2 - Topsysteem en overige modelparameters, kenmerk 1210869-000-BGS-0006-v0.91, d.d. 7 oktober 2016
2
10\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.1 Berekening kD- en C-waarden (bron: iMOD User Manual V3.4 3)
2.2
MetaSWAP-versie
MIPWA3.0 maakt gebruik van iMOD versie 3.4, deze iMOD versie rekent met metaswap versie 7.3.1. Gekozen is om gebruik te maken van een oudere versie van MetaSWAP. Gekozen is voor metaSWAP versie 7.2.15 in iMOD versie v2.6.27. Deze versie wordt ook gebruikt voor WRD2014 model. De reden hiervoor is dat de ervaringen met de uitkomsten van deze MetaSWAP-versie in stedelijk gebied beter zijn dan de nieuwere versie.
2.3
Lagenmodel
Het grondwatermodel is opgebouwd uit meerdere modellagen. De modellagen beschrijven de watervoerende pakketten en zijn afgestemd op de aanwezige geologische formaties (volgens REGIS 2.1). Scheidende lagen bevinden zich tussen de modellagen.
3
http://oss.deltares.nl/web/imod
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
11\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Als eerste zijn op basis van de boorbeschrijvingen nieuwe tops en bottoms voor de ondiepe modellagen 1 en 2 gemaakt. De lokale bodemopbouw is gewijzigd op basis van de volgende verzamelde gegevens: • Boringen uit Dinoloket • Boringen gedaan door Unie van Bosgroepen, LESA, 1 d.d. 2 juni 2017 •
Stiboka, De bodemgesteldheid van het waterwingebied Weerselo, Rapportnr. 896, d.d. april 1971. Bodemkaart is 1:5.000. Uit dit rapport is de onderzijde van modellaag 2 afgeleid Boorbeschrijvingen van Bell Hullenaar 4
•
Voor elke boring zijn de NAP-hoogten van de lagen corresponderend met de modellagen bepaald, waarna tussen deze punten is geïnterpoleerd. Voor de diepere lagen zijn de tops en bottoms van MIPWA3.0 gebruikt. Nadat het lagenmodel is aangepast, zijn de kD’s (doorlaatvermogens van modellagen) en c’s (weerstand tussen modellagen) aangepast. Voor de modellagen waaronder geen duidelijk scheidende laag voorkomt, bestaat de C-waarde alleen uit de verticale weerstand in de modellagen. In tabel 2.1 is een samenvatting opgenomen welke bronnen hiervoor zijn gebruikt. In de tabel is tevens aangeduid om welke formaties het gaat. In Figuur 2.2 is een doorsnede opgenomen uit Regis 2.1 waarin de formaties zijn weergegeven. Tabel 2.1 Mapping MIPWA3.0 en gebruikte gegevens voor aanpassing lagenmodel
Modellaag
Geohydrologische eenheid
Gebruikte gegevens voor aanpassingen
kD1
Deklaag
Bodemkaart
C1
Deklaag
Bodemkaart
kD2
Formatie van Boxtel (bxz1)
Boringen Aequator
C2
Formatie van Boxtel (bxk1)
Verschillende boorbeschrijvingen
Kd3
Formatie van Boxtel (bxz2)
Overgenomen uit WRD2014
C3
Niet van toepassing
Niet aangepast, met uitzondering van smoothing
kD4
Formatie van Boxtel (bxz3) & Formatie
Overgenomen uit WRD2014
van Drenthe (drz1) C4
Formatie van Drenthe (druik1 & drgik1)
Verschillende boorbeschrijvingen en TNOrapportage, deels overgenomen uit WRD2014
kD5
Formatie van Drenthe, Dongen, Breda
Niet aangepast, met uitzondering van smoothing
en Oosterhout (Drz3, doz1, brz1, ooz1, ooz2, ooz3) C5 t/m 8
nvt
Niet aangepast, met uitzondering van smoothing
kD6 t/m 9
nvt
Niet aangepast, met uitzondering van smoothing
Hydrologische
Formatie van Breda, dongen en Rupel
Niet aangepast, met uitzondering van smoothing
basis
(Brk1, dok1, ruk1)
4
12\79
Bell Hullenaar Ecohydrologisch Adviesbureau, Ecohydrologische systeemanalyse Lemselermaten, mei 2015.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.2 Dwarsdoorsnede lemselermaten gebaseerd op Regis 2.1
In figuur 2.3, de dwarsdoorsnede van Hullenaar 5, is aangegeven hoe de bodemopbouw de verdeling in modellagen bepaalt. In modellaag 1 is het bovenste laagje opgenomen, bestaande uit lemig zand. Op sommige locaties zoals bij de Dollandbeek is deze laag niet duidelijk aanwezig. Modellaag 2 bestaat uit de zandlaag met hieronder en de leemlaag (of sterk lemig zand) die valt onder de Formatie van Boxtel (bxk1). De onderliggende modellagen 3 en 4 behoren ook nog tot de Formatie van Boxtel. Er is in deze lagen geen duidelijke scheidende laag, maar deze lagen zijn wel lemig en er komen leem/kleilenzen voor.
5
Bell Hullenaar Ecohydrologisch Adviesbureau, Ecohydrologische systeemanalyse Lemselermaten, mei 2015.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
13\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.3 Dwarsdoorsnede lemselermaten (bron: hullenaar) en verdeling in modellagen.
Figuur 2.4 toont de diepere lagenopbouw in MIPWA3.0. Op circa -10 m NAP is een scheidende laag te zien. Dit is de keileemlaag die behoort tot de Formatie van Drenthe. Het is onduidelijk tot hoever deze laag zuidelijk doorloopt en of deze ter plaatse van de winning Weerselo nog voorkomt. In paragraaf 2.3.3. is gedetailleerd gekeken naar de verspreiding van de keileemlaag. In paragraaf 2.3.4. is gekeken naar de verspreiding van de slenk. Figuur 2.5 toont de vermoedelijke locatie van deze slenk. Voor meer informatie over de geologie en het lagenmodel van Lemselermaten wordt verwezen naar bijlage 1.
14\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.4 Dwarsdoorsnede MIPWA3.0 Noord-Zuid (ligging profiel in figuur 2.6)
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
15\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.5 Ligging breuk volgen DGM v2.2 (bron:TNO 6)
2.3.1 Modellaag 1 Om de kD- en C-waarden van modellaag 1 te bepalen is een bodemkaart samengesteld gebaseerd op de volgende bodemkaarten: • Bodemkaart van de Unie van Bosgroepen (LESA, d.d. 2 juni 2017 pagina 44) • Stiboka, De bodemgesteldheid van het waterwingebied Weerselo, Rapportnr. 896, d.d. •
april 1971. Bodemkaart 1:5.000. Alterra, De Bodemkaart van Nederland Schaal 1:50.000
Deze samengestelde bodemkaart is weergegeven in figuur 2.6. Uit de bodemkaart volgt dat de bodem in de omgeving van Lemselermaten met name bestaat uit lemig zand. De omwonenden van Lemselermaten hebben aangegeven dat de bodem ten zuiden minder lemig is dan de bodemkaart aangeeft. De omwonenden van Lemselermaten geven aan dat de bodem zwak lemig is, terwijl in figuur 2.6 sterk lemig gronden zijn gekarteerd.
6
16\79
TNO, De ondergrond van de Lemselermaten, kenmerk TNO 2015 R11611, d.d. 8 juli 2016
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.6 Samengestelde bodemkaart
Na het samenstellen van deze bodemkaart zijn aanvullende gegevens verzameld tijdens veldwerk van Aequator. Op basis van deze gegevens heeft Aequator een nieuwe bodemkaart samengesteld. Figuur 2.7 toont de nieuwe bodemkaart van Aequator. Ten opzichte van de samengestelde bodemkaart is het leemgehalte lager. De nieuwe bodemkaart van Aequator is gedetailleerder en wordt om deze reden toegepast in het grondwatermodel voor Lemselermaten. Aangezien de nieuwe bodemkaart geen informatie heeft in de omgeving van de winning Weerselo wordt in dit gebied gebruik gemaakt van de samengestelde bodemkaart.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
17\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.7 Nieuwe bodemkaart gemaakt door Aequator
Om de bodemeenheden om te zetten naar kD- en C-waarden zijn de doorlatendheden van tabel 2.2 gebruikt in combinatie met de dikte van de lagen. Figuur 2.8 toont de aangepaste kD1. Tabel 2.2 Gebruikte doorlatendheden 7
Materiaal
Horizontale doorlatendheid
Verticale doorlatendheid (m/dag)
(m/dag) Leemarm en zwak lemig fijn zand
1.0
0.33
Lemig fijn zand
0.6
0.2
Veen
0.10
0.05
Zandige leem
0.10
0.05
Klei
0.15
0.08
Zeer sterk lemig fijn zand
0.15
0.05
Zwak en sterk lemig fijn zand
0.45
0.15
leem
0.03
0.03
7
H. Th. L. Massop, J. W. J. van der Gaast en E. Kiestra, De doorlatendheid van de bodem voor infiltratiedoeleinden, Een gebiedsdekkende inventarisatie voor het Waterschap Peel en Maasvallei, Alterra-rapport 1212, d.d. 2005
18\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.8 kD-waarde (m2/dag) van modellaag 1
De C1 is aangepast op basis van de nieuwe bodemkaart van Aequator en de door Aequator aangeleverde boorbeschrijvingen. Indien duidelijk scheidend materiaal (leem/veen/klei) voorkomt in de boring is C1 bepaald uit de dikte van het materiaal en de weerstand van het materiaal. Indien geen duidelijk scheidend materiaal voorkomt is C1 gebaseerd op de methode weergegeven in figuur 2.9. Figuur 2.10 toont de aangepaste C1.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
19\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.9 Berekening kD- en c-waarden (bron: iMOD User Manual V3.4 8)
8
20\79
http://oss.deltares.nl/web/imod
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.10 C-waarde (dagen) van modellaag 1
2.3.1 Modellaag 2 De kD2 is bepaald op basis van boorbeschrijvingen. Hierbij is gebruik gemaakt van een door Tauw óntwikkelde tool. Deze tool leest de boorbeschrijvingen in en bepaalt of er zich tussen een op te geven bovenkant en onderkant van een laag watervoerende lagen bevinden. Vervolgens wordt voor de boringen op basis van het bodemtype en dikte een doorlatendheid berekend. Hierbij zijn de doorlatendheden van tabel 2.3 gebruikt. Dit levert een shapefile met punten op met een totale doorlatendheid bij de opgegeven diepte. Deze punten zijn vervolgens door middel van de ‘natural neighbour’ methode geïnterpoleerd naar een rasterbestand.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
21\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 2.3 Gebruikte doorlatendheden per bodemtype
Hoofdtype
Subtype
Horizontale doorlatendheid (m/dag)
Fijn zand
Grof zand
Overig zand
-
5
Kleiig
0.5
Siltig
1
Grindig
10
-
20
Kleiig
5
Siltig
15
Grindig
40
-
10
Kleiig
0.5
Siltig
1
Grindig
30
De kD2 is daarna nog verder in detail aangepast op basis van de boorbeschrijvingen van Aequator. Hiervoor is de volgende methode gehanteerd: 1. Op basis van de boorbeschrijvingen is een indeling gemaakt welke laag van de beschrijving in modellaag 1 of 2 hoort 2. De lagen zijn op basis van het organische stofgehalte, lutumgehalte en leemgehalte ingedeeld in de volgende bodemtypen: a. Veen (organisch stof gehalte > 35 %) b. Klei (lutumgehalte > 25 %) c. Zwak lemig zand (leemgehalte <17,5 %) d. Sterk lemig zand (leemgehalte 17,5 tot 50 %) e. (Zandig) leem (leemgehalte > 50 % Deze percentages zijn afgeleid uit het cultuurtechnisch vademecum 3. Op basis van het bodemtypen zijn de kD- en C-waarde bepaald met behulp van de volgende doorlatendheden en dikte van de modellagen. Overigens zijn de dikten van de modellagen niet aangepast op basis van de Aequator boringen
22\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 2.4 gebruikte gegevens voor aanpassing lagenmodel
Materiaal
Horizontale doorlatendheid
Verticale doorlatendheid (m/dag)
(m/dag) Veen
0.10
0.05
(Zandige) leem
0.10
0.05
Moerig, zwak lemig zand
0.20
0.07
Sterk lemig fijn zand
0.20
0.07
Zwak lemig fijn zand
1.0
0.33
4. Om een vlakdekkend invoerbestand voor kD2 te maken is het gebied waar geen boringen zijn uitgevoerd door Aequator opgevuld met het oude kD2 bestand. Dit oude kD2 bestand is vermenigvuldigt met de kalibratiefactor 0.11 volgend uit de in 2017 uitgevoerde kalibratie. Gekozen is de oude kD2 te vermenigvuldigen met de kalibratiefactor omdat op deze wijze de oude kD2 ordergrootte beter aansluit bij de nieuw bepaalde kD2 Figuur 2.11 toont de nieuwe, de oude en de verandering in kD2.
Figuur 2.11 kD-waarde (dagen) van modellaag 2 voor kalibratie , oorspronkelijk (links) en aangepast (rechts).
De C2 waarde (Boxtel klei) van MIPWA3.0 is vervangen voor de weerstandswaarde in Regis2.2 aangezien deze beter overeenkomt met de beschikbare boringen. In bijlage 8 is de vergelijking tussen Regis2.2 en de beschikbare boringen opgenomen. Daarnaast is ook de vergelijking tussen MIPWA3.0 (model) en de boringen opgenomen.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
23\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
2.3.2 Modellaag 3 en 4 In Lemselermaten zijn onvoldoende betrouwbare boorbeschrijvingen beschikbaar om de kDwaarden van modellagen 3 en 4 aan te passen op basis van boorbeschrijvingen. De kD van modellaag 3 en 4 zijn overgenomen van het WRD2014 en niet uit Mipwa3.0, omdat deze waarden beter overeen komen met de boorbeschrijvingen. Voor een uitgebreidere beschrijving zie bijlage 1. Figuren 2.12 en 2.13 tonen de kD3 en kD4 van MIPWA3.0 (links) en die van WRD2014 (rechts).
Figuur 2.12 kD-waarde (m2/dag) van modellaag 3 in MIPWA3.0 (links) en aangepast (rechts) voor kalibratie
Figuur 2.13 kD-waarde (m2/dag) van modellaag 4 in MIPWA3.0 (links) en aangepast (rechts) voor kalibratie
24\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
De C-waarde van modellaag 4 van MIPWA3.0 is gebruikt als basis. Als eerste is de C-waarde gesmoothed om abrupte overgangen in de C-waarden te verminderen. Daarna is de diepe bodemopbouw ter plaatse van pompstation Weerselo onderzocht. Om meer inzicht te krijgen in de diepere bodemopbouw zijn de volgende gegevens in samenhang met elkaar bestudeerd. • • •
Nieuwe versie Regis 2.2 van TNO TNO rapportage over ondergrond Lemselermaten Boorbeschrijvingen provinciale peilbuizen
• •
Alle rapporten over Winning Weerselo (bron: Vitens) Boorbeschrijvingen Dinoloket boringen
In figuur 2.14 is de verspreiding van keileem (c4) in het model vergeleken met de beschikbare boringen uit Dinoloket. De keileemlaag is in een deel van de dinoboringen niet aangetroffen op deze locaties is wel weerstand opgenomen in het model voor deze laag. TNO heeft Geo-elektrisch onderzoek 9 uitgevoerd in de omgeving van de Lemselermaten. In de omgeving van de Lemselermaten zijn twee raaien onderzocht. Op basis van deze raaien volgt dat de keileemlaag niet vlakdekkend aanwezig is. De raaien kunnen echter niet gebruikt worden om een vlakdekkend beeld van de keileemverspreiding te maken In een later onderzoek van TNO 10 is een dwarsdoorsnede gemaakt van de ondergrond ter plaatse van het pompstation Weerselo. Uit deze doorsnede volgt een sterk wisselde bodemopbouw welke zich moeilijk laat vereenvoudigen tot een modelschematisatie. De diepte en het voorkomen van klei wisselt sterk per boring. Verder wisselt ook de korrelgrootte sterk per boring variërend van zeer fijn zand tot uiterst grof zand. Verder is REGIS 2.2 vergeleken met de boorbeschrijvingen uit het Dinoloket. In REGIS 2.2 zit een hoge weerstand ten zuiden van de winning die niet uit de boringen volgt. Gekozen is op basis van de boorbeschrijvingen uit het Dinoloket de c4 aan te passen.
Geconcludeerd wordt dat er op basis van boringen geen keileem aanwezig bij pompstation Weerselo en het tussenliggend gebied richting Lemselermaten.
9
Rapport inzake een geo-elektrisch onderzoek in de omgeving van Weerselo (Twenthe). F. Walter, Werkgroep Geo-elektrisch onderzoek TNO, april 1965 De ondergrond van de Lemselermaten, R. Harting, TNO, 2015
10
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
25\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.14 Keileemverspreiding. Boven is de dikte van de keileemlaag uit boringen weergegeven (m). Op de locaties waar geen dikte is aangegeven is geen keileem aangetroffen. Onder is de bovenkant van de aangetroffen keileemlaag weergegeven (t.o.v. NAP).
De schematisatie van de stuwwal bij Oldenzaal vertoont veel verschillen tussen het WRD2014 en MIPWA 3.0. Figuur 2.14 toont dat de geohydrologische basis van het WRD hoger ligt dan bij MIPWA 3.0. De gestuwde formatie bij Oldenzaal bestaat uit zeer slecht doorlatend materiaal, waardoor dit kan worden beschouwd als geohydrologische basis. Bij het ontwikkelen van het
26\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
WRD2014 is de stuwwal gedetailleerd ingebracht in het model. Hierdoor is meer vertrouwen in het WRD2014 model ter hoogte van de stuwwal dan het MIPWA 3.0. model.
Figuur 2.15 Modelopbouw van MIPWA 3.0 (links) en het WRD2014 (rechts). Grijs weergegeven in de figuur betreft de hydrologische basis. De gestuwde formatie bij Oldenzaal bestaat uit zeer slecht doorlatend materiaal dit is gekleurd weergegeven in de rechte afbeelding.
De bodemopbouw ter hoogte van de stuwwal bestaat uit een ondiep systeem met hieronder een zeer hoge weerstand. Deze hoge weerstand bevindt zich in modellaag 3 van WRD2014. Ter hoogte van Lemselermaten is in modellaag 3 ook de keileemlaag aanwezig, zoals te zien in figuur 2.16. In MIPWA3.0 bevindt de keileemlaag zich in modellaag 4. Om deze reden is gekozen om de weerstand van de stuwwal op te nemen in de vierde modellaag.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
27\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.16 De weerstand en verbreiding van de keileem en de gestuwde formatie in modellaag 3 van het WRD2014 (linksboven). De weerstand en verbreiding van de keileemlaag in modellaag 4 van MIPWA3.0 (rechtsboven). De verbreiding van de gestuwde formatie in REGIS 2.2 (linksonder). De aangepaste weerstand in modellaag 4 van MIPWA 3.0 (rechtsonder voor kalibratie)
De weerstand van het WRD2014 is overgenomen op basis van de contouren van de gestuwde formatie uit REGIS 2.2. Figuur 2.16 toont het resultaat van de aanpassing. Daarnaast is in de stuwwal een beperkte doorlatendheid aanwezig door de kleiige samenstelling van de bodem. Om deze reden is de doorlatendheid in modellagen 5, 6, 7, 8 en 9 van MIPWA3.0 verminderd. Hiervoor is wederom gebruik gemaakt van de contouren van de gestuwde formatie. 2.3.3 Modellagen 5 t/m 9 De waarde van de kD- en C-waarden van modellagen 5 t/m 9 zijn overgenomen van MIPWA3.0, omdat er niet voldoende betrouwbare boorbeschrijvingen zijn om deze te controleren of aan te passen. De beschikbare boorbeschrijvingen komen redelijk overeen met MIPWA3.0. Uit berekende stijghoogten lijkt het wel waarschijnlijk dat er een slenk aanwezig is (zie bijlage 1), deze bevindt zich voornamelijk in modellagen 7, 8 en 9. Figuur 2.17 laat zien dat ter plaatse van Lemselermaten inderdaad geen doorlatendheid aanwezig is in modellagen. Uit de boorbeschrijvingen blijkt geen formatie van DRZ3 voor te komen, zoals te zien in figuur 2.14. Dit betekent dat de keileem direct is gelegen op de rupelklei en hierdoor geen watervoerend pakket aanwezig is. Dit komt overeen met het kD-patroon
28\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
aanwezig in het model. De kD-waarden zijn hoog vergeleken met REGIS 2.2, maar er is geen aanleiding om het patroon te wijzigen.
Figuur 2.17 Aanwezigeheid watervoerend pakket (drz3)
Enkele tijdstijghoogtelijnen van peilbuislocaties met meerdere filters zijn bestudeerd om vast te stellen of weerstand aanwezig is. Uit figuur 2.18 blijkt dat er weinig verschil zit tussen het niveau en patroon in de verschillende lagen bij de winning van Weerselo. Dit duidt op relatief weinig weerstand. Geconcludeerd kan worden dat er in de diepere ondergrond geen aaneengesloten weerstandsbiedende lagen voorkomen bij de winning, Lemselermaten en het tussenliggende gebied.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
29\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.18 Stijghoogten in peilbuizen bij de winning Weerselo
2.4
Oppervlaktewater
2.4.1 Leggerwatergangen Er is een SOBEK model (oppervlaktewatermodel) gemaakt voor Arcadis om onder andere de winter- en zomerpeilen van de leggerwatergangen te bepalen. Het model is beschreven in een apart rapport 11. Het SOBEK-model gemaakt op basis van gemeten profielen van de leggerwatergangen. Vervolgens is er een gemiddelde winter- en zomersituatie berekend, waaruit waterpeilen volgen. Winterpeil Voor de winterpeilen zijn de waterpeilen overgenomen van het SOBEK-model voor een gemiddelde wintersituatie. Zomerpeil Er is eerst gekeken welke watergangen droogvallen in de zomer. Figuur 2.19 toont verschillende droogvalkaarten. Uit deze kaarten blijkt dat de Dollandbeek en de watergang te westen van Lemselermaten vrijwel elk jaar doorgevallen. Het waterpeil van de Weerselerbeek varieert per jaar. Er is besloten om de Dollandbeek en de watergang ten westen van Lemselermaten in model ook droog te laten vallen (peil=bodemhoogte). Voor de Weerselerbeek is het zomerpeil overgenomen uit het SOBEK-model. Controle Peilen Het peil van de leggerwatergangen is vergeleken met de minimale maaiveldhoogte. De minimale maaiveldhoogte betreft de laagst voorkomende maaiveldhoogte op basis van het AHN2 (gridcellen van 0,5 *0,5 m) opgeschaald naar een raster van 25 *25 m. Per rastercel van 25 *25 is dus gekeken wat de laagste maaiveldhoogte binnen deze cel is op basis van het AHN2. Uit deze
11
30\79
Arcadis, NATURA2000 DINKELLAND Oppervlaktewatersysteem Lemselermaten, d.d. 10 mei 2017
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
vergelijking kwam naar voren dat de leggerwatergangen soms tot circa 5 m –mv zijn gelegen. Verder blijkt uit de vergelijking dat het peil van de legger op verschillende locaties boven de minimale maaiveldhoogte is gelegen. Om het peil van de legger meer aan te laten sluiten bij de werkelijke situatie zijn de volgende aanpassingen doorgevoerd: • Alle cellen met een peil van meer dan 3 m beneden de minimale maaiveldhoogte zijn
•
aangepast naar de minimale maaiveldhoogte. Dit is zowel voor het zomerpeil als het winterpeil uitgevoerd Alles cellen met een peil van meer dan 1 m boven de minimale maaiveldhoogte zijn aangepast naar de minimale maaiveldhoogte. Dit is zowel voor het zomerpeil als het winterpeil uitgevoerd
Ook de bodemhoogte is aangepast voor de hierboven beschreven cellen. Hiervoor is voorafgaand aan de aanpassing van de peilen het verschil bepaald tussen het bestaande peil en de bodemhoogte voor zowel de winter als de zomersituatie. Dit verschil is vervolgens afgetrokken van de cellen met het aangepaste peil. Voor de cellen waarvan het peil ongewijzigd is gebleven is ook de bodemhoogte niet aangepast. Bodemhoogte De gemeten bodemprofielen van de watergangen zijn verwerkt in het SOBEK-model. De resultaten van dit model zijn overgenomen voor de bodemhoogte,
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
31\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.19 Droogvalkaarten (bron: waterschap Vechtstromen en Unie van Bosgroepen)
Doorsnijding leemlaag Figuur 2.20 toont welk gedeelte van de Weerselerbeek de klei-/leemlaag doorsnijdt. Dit is bepaald op basis van de onderzijde van de beekbodem en de onderzijden van de klei-/leemlaag. De Dollandbeek doorsnijdt deze laag nergens. Om sommige plekken ontbreekt wel een klei/leemlaag. Deze zijn weergegeven in bijlage 3. Conductance De conductance is berekend op basis van het natte oppervlak en een waterbodemweerstand van 2 dagen. Er is dus in de zomer een andere conductance dan in de winter, omdat het natte oppervlak verschilt. Deze conductance is in een later stadium gekalibreerd. De conductances zijn als volgt verdeelt over de modellagen: • •
32\79
Bij doorsnijding: 10 %-10 %-80 % (modellaag 1-modellaag 2- modellaag 3) Geen doorsnijding 20 %-80 % (modellaag 1-modellaag 2)
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.20 Doorsnijding van klei-/leemlaag door de beken
Infiltratiefactor De beken in de omgeving van Lemselermaten zijn zowel in de zomer als winter drainerend. Daarom is een infiltratiefactor van 0 toegepast. In MIPWA3.0 hebben deze beken ook een infiltratiefactor van 0. 2.4.2 Top10-watergangen De top-watergangen zijn ingetekend op basis van de top10 van 2015, de ecohydrologische systeemanalyse3 en ANH2 (maaiveldhoogte en hillshade). Peil De methode op het peil te bepalen is dezelfde methode die Deltares heeft gebruikt voor de top10watergangen in het WRD2012-model 12. In dit geval is echter gebruik gemaakt van AHN2 13 (0,5 bij 0,5 m) in plaats van AHN1 (5 bij 5 m), waardoor een grotere nauwkeurigheid wordt bereikt. Bovendien is de AHN2 van recentere datum en daardoor actueler. Dit is gebruikt om de watergangen in de directe omgeving van Lemselermaten te verbeteren.
De methode voor het WRD 2012 is als volgt: 12 13
Deltares, Update Grondwatermodel Waterschap Regge en Dinkel, kenmerk 1202490-000-BGS-0008, maart 2012 https://geodata.nationaalgeoregister.nl/ahn2/atom/ahn2_05m_non.xml.d.d 2012
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
33\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
• •
De top10 lijnen zijn opgeknipt in stukjes van 0,5 m Vanuit het centrum van het top10 lijnstukje wordt haaks binnen een buffer van 5 m het AHN2
•
grid gesampled en de minimale maaiveldhoogte bepaald. Deze maaiveldhoogte is het peil van de watergang. Dit is verduidelijkt in figuur 2.21 Binnen de cel van 25 bij 25 m is de minimale waarde binnen deze cel genomen
•
Er is een controle uitgevoerd of het peil van de top10 niet dieper ligt dan het peil van de leggerwatergangen. Dit bleek niet het geval te zijn
Figuur 2. 21 Bepalen peil top10-watergangen
Het resulterende peil van de TOP10 watergangen is vergeleken met de minimale maaiveldhoogte. De minimale maaiveldhoogte is gebaseerd op het AHN2 opgeschaald naar 25 m. Dit betekent dat aan een raster met cellen van 25 * 25 m overal de laagste maaiveldhoogte is toegekend per cel aanwezig in het AHN2. Uit deze vergelijking kwam naar voren dat de TOP10 watergangen op meerdere locaties sterk afwijken van de minimale maaiveldhoogte. Op de stuwwal van Oldenzaal is in het originele MIPWA 3.0 een TOP10 watergang met een peil en bodemhoogte van circa 20 m –mv. Figuur 2.22 toont dat dit resulteert in grote verlagingen van de grondwaterstand. Om deze reden zijn de peilen van de TOP10 watergangen opnieuw bepaald in het gehele modelgebied.
34\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.22 Doorsnede met daarin de grondwaterstanden in modellaag 1. De doorsnede is gemaakt ter plaatse van een geel omcirkelde cel in figuur 1
Bij het toepassen van de methode is een afwijkende keuze gemaakt ten opzichte van de methodiek van het WRD2014. In het uitgangsmodel is vanuit het centrum van het TOP10 lijnstukje haaks binnen een buffer van 5 m het AHN2 grid gesampled en de minimale maaiveldhoogte bepaald. In dit geval is gekozen voor 10 m in plaats van 5 m om zeker de minimale maaiveldhoogte te hebben binnen de cel in de omgeving van de top10-watergang. Bodemhoogte De top10-watergangen (perceelsloten en greppels) worden aangelegd om het overtollig (grond)water op een perceel af te voeren. Dit betekent dat deze watergangen alleen draineren. Omdat de top10-watergangen in het model niet mogen infiltreren, is de bodemhoogte gelijk aan het peil. Conductance In de top10-watergangen wordt onderscheid gemaakt in waterbreedte van de watergang. Op basis hiervan en het conductance basisbestand van WRD2014 is de waterbodemweerstand per type waterloop bepaald, zie tabel 2.5. De conductance is alleen bepaald op basis van bodembreedte niet op basis van nat oppervlak, omdat hier geen gegevens over zijn. Vanwege de beperkte diepte van de top10 watergangen zijn deze alleen in modellaag 1 aangebracht. De conductance is later gekalibreerd, zie hoofdstuk 2.10.
Tabel 2.5 Conductances top10-waterlopen
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
35\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Onderdeel Top10
Waterbreedte
Bodembreedte voor model
Waterbodemweerstand
(m)*
(dagen)
Greppel
Max 0.5
0.5
1
0.5-3 m
0.5 tot 3
1.5
1
3-6 m
3 tot 6
4.5 (Komt niet voor in gebied)
1
*gemiddelde waterbreedte gedeeld door 3 (geschat wordt dat de bodembreedte 1/3 bedraagt van de waterbreedte)
Infiltratiefactor De infiltratiefactor van de top10-watergangen is conform MIPWA3.0 op 0 gezet. In bijlage 4 zijn de volgende kaarten van de aangepaste waterlopen opgenomen: • • •
Het winterpeil De waterdiepte in de leggerwatergangen in de winter Het zomerpeil
• •
De waterdiepte in de leggerwatergangen in de zomer De conductance van alle watergangen voorafgaand aan kalibratie
2.5
Buisdrainage
Figuur 2.23 toont de locatie van buisdrainage in de omgeving van Lemselermaten. Deze kaarten zijn samengesteld op basis van gegevens van de Unie van Bosgroepen en de aanwijzingen van omwonenden. In het model is een diepte van 70 cm –mv en een conductance van 9 m2/dag (conform MIPWA3.0) aangehouden voor alle buisdrainage. De drainage is ingebracht op een diepte van 70 cm-mv met een weerstand van circa 60 dagen conform de uitgangspunten van MIPWA 3.0.
36\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.23 Aanwezigheid buisdrainage
2.6
Overlandflow/inundatie
In natte perioden inunderen delen van Lemselermaten. Dit wordt veroorzaakt doordat de grondwaterstand erg hoog is of doordat het regenwater niet kan infiltreren. In figuur 2.24 is door de Unie van Bosgroepen op kaart weergegeven voor welke delen van Lemselermaten dat geldt.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
37\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.24 Inundatie volgens Unie van Bosgroepen
Het overlandflowniveau in Lemselermaten in gebaseerd op het AHN2. Volgens de metingen treedt overlandflow op een aantal locaties te laat op in het model. Een verklaring hiervoor is dat het niveau waarop overlandflow is opgenomen in het model te hoog is. In figuur 2.25 is een voorbeeld openomen van deze situatie.
38\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.25 Gemeten (groen) en berekende (blauw) grondwaterstand ten oosten van de Dollandbeek. Zichtbaar is dat de gemeten grondwaterstanden worden afgetopt terwijl dit bij de berekende grondwaterstanden niet het geval is.
Nagegaan is of het niveau van overlandflow in het model juist is of dat dit aanpassing behoeft. Uit de analyse volgt dat het AHN2 en de ingemeten maaiveldhoogte ter plaatse van de peilbuizen niet significant afwijkt. Dit gaat zowel op voor de omgeving van de Dollandbeek als de omgeving van de maatjes. Aangegeven is door Staatsbosbeheer dat er drempels in het maaiveld aanwezig zijn in de omgeving van Dollandbeek en ter plaatse van de maatjes waardoor het overlandflow niveau hoger kan zijn dan wordt verwacht uitgaande van het AHN2. De drempels zorgen ervoor dat water wordt vastgehouden op maaiveld. Uitgaande van de maaiveldhoogtekaart zijn er met name aan de kant van de Dollandbeek drempels aanwezig die mogelijk zorgen voor een hoger overlandflow niveau. Op basis van de meetreeksen komt het niveau waarop overlandflow optreedt goed overeen met de ingemeten maaiveldhoogte ter plaatse van de peilbuizen.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
39\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
De vraag die resteert is waardoor in het model geen overlandflow optreedt terwijl dit in de werkelijkheid wel gebeurt. Een afwijking in het overlandflowniveau ontstaat door de opschaling van het maaiveldniveau naar cellen van 25m bij 25m. De peilbuizen in Lemselermaten bevinden zich veelal aan de randen van de laagtes in Lemselermaten. Het overlandflowniveau in naburige cellen is vergelijkbaar met het overlandflowniveau dat optreedt bij de peilbuizen. Een voorbeeld hiervan is in figuur 2.26 opgenomen. Ter plaatse van de peibuizen B28H1808 en B28H0724 zijn de ingemeten maaiveldhoogtes weergegeven (NAP +19.85 m en NAP +19.82 m). De ingemeten maaiveldhoogtes wijken af van het overlandflow niveau in de betreffende cel (NAP +20.19). Het overlandflow in de naburige cellen komt wel overeen met het werkelijke overlandflow niveau ter plaatse van de peilbuizen. Samenvattend: het overlandflow niveau zit goed in het model, maar de modelresolutie van 25 meter is soms te laag om de plekken met overlandflow gedetailleerd te kunnen weergeven.
Figuur 2.26 Overlandflow laagte omgeving Dollandbeek. In de figuur is het overlandflow niveau weergegeven voor enekele cellen. De gekleurde cellen betreft locaties waar overlandflow in het model is opgenomen. Een deel van de cellen bevat geen overlandflow aangezien in deze cellen watergangen aanwezig zijn. Van de peilbuizen B28H1808 en B28H0724 zijn de ingemeten maaiveldhoogtes weergegeven (NAP +19.85 m en NAP +19.82 m)
Een betere fit tussen het model en de metingen kan worden bereikt door: • Het aanpassen van het overlandflow van individuele cellen uitgaande van het gemeten overlandflow niveau in de peilbuizen
40\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
•
Gebruik maken van naburige cellen voor vergelijking van de peilbuizen met het model
•
Het verhogen van de horizontale doorlatendheid
Uiteindelijk is gekozen om in directe omgeving van de Dollandbeek op peilbuisniveau het overlandflow niveau beperkt te wijzigen. De wijziging op peilbuisniveau is uitgevoerd ten behoeve van de kalibratie van het model. Aangezien het model niet vlakdekkend is gekalibreerd en er relatief veel peilbuizen aanwezig zijn in de omgeving van de Dollandbeek hebben deze peilbuizen relatief veel invloed op het kalibratieresultaat. Het resultaat van de aanpassing is weergeven in figuur 2.27
Figuur 2.27 Niveau overlandflow (m NAP) MIPWA3.0 (links) en aangepast (rechts)
2.7
Onttrekkingen
In MIPWA3.0 zijn in het onderzoeksgebied alleen Vitens winningen opgenomen. Daarom is het Landelijk Grondwater Register (LGR) geraadpleegd. Er zijn volgens het LGR echter, met uitzondering van drinkwaterwinning Weerselo, geen vergunde grondwateronttrekkingen in de omgeving van het onderzoeksgebied. Vanwege de nabijheid van de drinkwaterwinning Weerselo is gecontroleerd of de putten in de juiste modellagen zijn opgenomen. Dit bleek het geval. De putten zijn opgenomen in modellagen 4 t/m 9. Daarnaast is het onttrekkingsdebiet in het model gecontroleerd. Van Vitens zijn de totale debieten per dag aangeleverd. Deze zijn in figuur 2.28 geplot (rood) met de dagdebieten in MIPWA3.0 (blauw). Er blijken kleine verschuivingen in tijd en debiet in het model te zitten ten opzichte van de gegevens van Vitens. De verschuiving is zo klein dat hier geen negatieve effecten van worden verwacht op de toekomstige effectberekeningen.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
41\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 2.28 Dagdebieten van drinkwaterwinning Weerselo
2.8
Verlenging model
Het MIPWA3.0 model heeft een rekenperiode van 1989 t/m 2014. De provincie heeft in 2012 en 2015 nieuwe peilbuizen laten plaatsen in het onderzoeksgebied. Om zoveel mogelijk recente metingen mee te kunnen nemen is de modelperiode verlengd. Besloten is om de rekenperiode te verlengen t/m 2016 zodat zoveel mogelijk metingen meegenomen kunnen worden in de kalibratie.
2.9
IJkset
In bijlage 5 zijn tabellen opgenomen met welke meetpunten zijn opgenomen in stationaire en instationaire ijkset. Er zijn met name peilbuizen uit het DINOloket gebruikt aangevuld met peilbuizen van het waterschap Vechtstromen. De meetgegevens zijn ingeladen in Menyanthes waarbij onrealistische uitschieters zijn verwijderd. Voor de stationaire ijkset is met Menyanthes de gemiddelde grondwaterstand voor de periode 2000 t/m 2016 berekend. De meetreeksen van de peilbuizen B29A0848 en B29A0849 zijn in Menyanthes verlengd. De peilbuismetingen is extra gecontroleerd op verdachte meetreeksen. Alle peilbuismetingen en de metadata van de peilbuizen zijn vergeleken met het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN2). Hieruit volgde dat bij peilbuis B28H0684 een afwijking van circa 4 m is tussen het AHN2 en gemeten maaiveldhoogte bij de peilbuis. Daarnaast past de gemeten grondwaterstand bij
42\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
B28H0684 niet binnen het ruimtelijk patroon van de naburige peilbuizen. De grondwaterstand bevindt zich diep onder maaiveld, terwijl bij naburige peilbuizen de grondwaterstand zich nabij het maaiveld bevindt. Besloten is de betreffende peilbuis niet te gebruiken in de ijkset. In bijlage 5 zijn tabellen opgenomen met de meetpunten die zijn opgenomen in stationaire en instationaire ijkset. Deze meetpunten zijn tevens gebruikt voor de validatie van het model. Boringen Aequator Figuur 2.29 toont de locaties waarbij de GHG en GLG op basis van bodemkenmerken zijn ingeschat door Aequator.
Figuur 2.29 Aanvullende boringen Aequator waarbij de GHG en GLG zijn ingeschat op basis van bodemkenmerken
De boringen van Aequator zijn vergeleken met de beschikbare meetreeksen. Bij 3 peilbuizen is door Aequator een boring in de directe omgeving geplaatst. Tabel 2.6 laat het verschil zien tussen de ingeschatte karakteristieke grondwaterstanden en de gemeten grondwaterstand.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
43\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 2.6 Vergelijking tussen Aequator boring en peilbuizen uit DINOloket
Naam
Afstand tot dichtstbijzijnde
GHG cm
GLG cm
peilbuis
Aequator boring
t.o.v. mv
t.o.v. mv
Meting
Boring
Verschil
Meting
Boring
Verschil
B28H0655
<1m
36
55
19
166
150
16
B28H0704
24 m
-2
25
27
53
130
-77
B28H1804
32 m
-7
0
-7
39
40
-1
Er is afstemming geweest met Aequator betreffende het gebruik van de ingeschatte GHG’s en GLG’s. In de praktijk blijkt dat de GHG-GLG onder natte hydrologische condities (natte Gt’s) nauwkeuriger zijn te schatten dan onder droge condities (droge Gt’s). Daarnaast zijn er bodemeenheden of groepen van bodemeenheden, waarin het GHG-GLG traject op basis van profielkenmerken vrij nauwkeurig is in te schatten (b.v. roest in beekeerdgronden). Voor de interpretatie van de gegevens moet rekening worden gehouden met een betrouwbaarheidsinterval voor de droge Gt’s VII voor Veldpodzolen (code Hn) met 50 tot 80 cm voor respectievelijk de GHG als de GLG. Voor de nattere Gt’s (in het noorden) is het nauwkeuriger in te schatten: betrouwbaarheidsinterval 15 tot 20 cm voor de GHG en GLG. Bij de kalibratie en validatie van het model is uiteindelijk besloten de boringen niet te gebruiken gezien de relatief grote betrouwbaarheidsintervallen voor de drogere Gt’s.
44\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
3 Kalibratie Om het grondwatermodel verder te verbeteren is het model stationair en instationair gekalibreerd op basis van peilbuisgegevens. Gestart is met het stationair kalibreren van het model omdat het optimaliseren van de bodemparameters op deze wijze minder rekentijd vergt. Vervolgens zijn de parameters die een rol spelen bij de dynamiek van grondwater (fluctuatie door seizoenen) verder instationair gekalibreerd. De methode die is gebruikt voor de kalibratie is een combinatie van PEST (Model-Independent Parameter Estimation) en handmatige kalibratie. PEST past automatisch de parameterwaarden aan totdat het verschil tussen de gemeten en berekende grondwaterstanden het kleinst is. Dit kunnen echter ook onrealistische waarden zijn. Voorafgaand aan de kalibratie is daarom per parameter bepaald binnen welke bandbreedte aanpassingen plausibel worden beschouwd.
3.1
Bandbreedte kalibratie
In het overleg op 19-04-2018 zijn de bandbreedtes voor de kalibratie gezamenlijk bepaald door de Provincie Overijssel, Waterschap Vechtstromen, Staatsbosbeheer en Tauw. De bandbreedtes zijn bepaald aan de hand van een vergelijking tussen boringen, Regis2.2, gebiedservaring en het model. In bijlage 8 is de vergelijking tussen de boringen, Regis2.2 en het model opgenomen. De gezamenlijk bepaalde bandbreedtes zijn weergegeven in tabel 3.1. De kalibratie van het model heeft plaatsgevonden binnen de onderstaande bandbreedte. Het model is niet gekalibreerd voor de conductance van de drainage. Dit aangezien er geen peilbuizen beschikbaar zijn in de gedraineerde percelen. Ondanks de afwezigheid van peilbuizen is besloten de conductance nader te beschouwen voorafgaand aan de kalibratie. Uitgaande van een breedte van de drain van 0,2 m, een drainafstand van 8 m, een intreeweerstand van 1 dag en een celformaat van 25 *25 m wordt een conductance berekend van ((0,2*25*3)/1)=15 m2/dag. In het uitgangsmodel is een conductance gehanteerd van 9 m2/dag. Besloten is de conductance voor de drainage te wijzigen met een factor (15/9) 1,67.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
45\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 3.1 Bandbreedtes voor de kalibratie
Parameter
Ondergens bandbreedte
Bovengrens bandbreedte
kD1 en kD2
0.5
6
kD3 en kD4
0.25
2
kD5 en kD6
0.5
2
kD7, kD8 en kD9
0.5
2
C1
0.5
2
C2
0.5
2
C4
0.5 1
2
Legger Top10
1
5
Drainage
1.67
1.67
3.2
5
Stationaire kalibratie 1
3.2.1 Gevoeligheden Voor de kalibratie is besloten parameters samen te nemen die onderdeel uitmaken van dezelfde formatie of deel uitmaken van hetzelfde watervoerende pakket. Ongevoelige parameters worden vastgezet in de kalibratie om te voorkomen dat optimalisatie tot onrealistische waarden voor modelparameters leidt. De gevoeligheid van het model is gepresenteerd in tabel 3.2. Het model is voornamelijk gevoelig voor de weerstand van de boxtel klei (C2), de doorlatendheid van het watervoerend pakket direct onder de boxtel klei (kD3 en kD4) en de doorlatendheid van de Slenk (kD7, kD8 en kD9).
Tabel 3.2 Gevoeligheid van de stationaire kalibratie
46\79
Parameter
Absolute gevoeligheid
Relatieve gevoeligheid
kD1 en kD2 (fkd12)
0.001
0.008
kD3 en kD4 (fkd34)
0.014
0.018
kD5 en kD6 (fkd56)
0.016
0.008
kD7, kD8 en kD9 (fkd789)
0.010
0.014
C1 (fc1)
0.001
0.000
C2 (fc2)
0.026
0.013
C4 (fc4)
0.002
0.001
Legger (fcond1)
0.002
0.011
Top10 (fcond2)
0.000
0.002
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
3.2.2 Correlaties De berekende correlaties van het model zijn opgenomen in figuur 3.1. Het figuur geeft de samenhang tussen parameters weer. Een hoge waarde (>0.7 0f <-0.7) betekent dat een verandering in een parameter in belangrijke mate gecompenseerd kan worden met een verandering in de ander. Een lage waarde betekent een beperkte samenhang tussen parameters waardoor deze het kalibratieresultaat onafhankelijk van elkaar beïnvloeden.
Figuur 3.1 Correlatie van stationaire kalibratie I. fcond1 is de conductiviteit van de legger watergangen, fcond2 is de conductiviteit van de top10 watergangen
Conclusie: gecorreleerde parameters (kD1 en kD2, kD3 en kD4 et cetera) zijn al samengenomen op basis van geconstateerde correlatie uit de eerdere kalibratie. Tussen de andere parametercombinaties is verder weinig correlatie. 3.2.3 Resultaten De kalibratie behaalt de laagste RMSE (root mean squared error) bij de parameterwaardes in tabel 3.3. Meerdere parameters bevinden zich op de grens van hun bandbreedte.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
47\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 3.3 Resultaat van de kalibratie
Parameter
Uiteindelijke resultaat
Minimale bandbreedte
Maximale bandbreedte
kD1 en kD2
6.0
0.5
6
kD3 en kD4
1.25
0.25
2
kD5 en kD 6
0.5
0.5
2
kD7, kD8 en kD9
1.40
0.5
2
C2
0.5 5.0
0.5 1
2
5.0
1
5
Legger Top10
5
De ballenkaarten in figuren 3.2 tot 3.4 laten zien dat de grondwaterstanden in de Dolland te hoog worden berekend. Dit is het geval boven de Boxtelklei (modellaag 1 in figuur 3.2) en bij de stijghoogte onder de Boxtelklei (modellaag 3 in figuur 3.4). Daarnaast wordt de grondwaterstand bij de winning Weerselo te hoog berekend.
48\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 3.2 Afwijking stationaire model in laag 1 ten opzichte van de gemiddelde grondwaterstand
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
49\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 3.3 Afwijking stationaire model in laag 2 ten opzichte van de gemiddelde grondwaterstand
50\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Figuur 3.4 Afwijking stationaire model in laag 2 ten opzichte van de gemiddelde grondwaterstand
3.2.4 Conclusies De volgende conclusies worden getrokken op basis van de stationaire kalibratie: • •
Het kalibratieresultaat bevindt zich bij veel parameters op de minimum of maximum van de ingestelde bandbreedte De grondwaterstand in de laagte van de Dolland en in de omgeving van de winning Weerselo
•
worden te hoog berekend. De afwijkingen in modellaag 3 zijn relatief klein
Het ondiepe kalibratie resultaat duidt op een te nat model. De weerstand van de boxtelklei wordt verlaagd tot het minimum, de ondiepe doorlatendheid (kD1 en kD2) en de conductance van de waterlopen verhoogd tot het maximum. Bij deze parameterwaardes wordt gepoogd water af te voeren naar de watergangen of diepere (beter doorlatende) modellagen. Gecontroleerd moet worden waardoor dit veroorzaakt wordt voordat de kalibratie kan worden voortgezet (aanpassing van modelconcept).
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
51\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
3.3
Controles na stationaire kalibratie 1
De grondwaterstanden bij Lemselermaten worden in de stationaire kalibratie tot maaiveld berekend. De gemeten grondwaterstand zakt in de zomer ver uit, waardoor de gemiddelde grondwaterstand onder maaiveld bevindt. Het instationaire model zakt net als de metingen uit in de zomer, zoals te zien in figuur 3.5.
Figuur 3.5 Vergelijking tussen stationaire en instationaire modelrun bij peilbuis B28H1808. Beide modellen maken gebruik van de parameters uit stationaire kalibratie I
Aanvullend is onderzocht of de natte situatie niet wordt veroorzaakt door te hoge waterpeilen of een te grote grondwateraanvulling. 3.3.1 Grondwateraanvulling De grondwateraanvulling van het model wordt bepaald aan de hand van de gemiddelde grondwateraanvulling van het instationaire model. Stationaire kalibratie I maakt gebruik van de grondwateraanvulling uit het concept model LEM (opgeleverd in mei 2017). Deze aanvulling is bepaald met te lage grondwaterstanden, waardoor de verdamping wordt gereduceerd. Dit zorgt voor een hogere grondwateraanvulling. De grondwateraanvulling is opnieuw bepaald met het eindmodel, in Lemselermaten worden de grondwaterstanden te hoog berekend door het model. Hierdoor zal de verdamping minder
52\79
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
worden gereduceerd en een lagere grondwateraanvulling aanwezig zijn in het model. De grondwateraanvulling is bepaald van de voorgeschreven methodiek van Alterra (iMODFLOWMetaSWAP koppeling; “Hoe zit dat met de grondwateraanvulling”, Paul van Walsum en Ab Veldhuizen; 5-5-2017). De opnieuw berekende grondwateraanvulling is circa 20% lager dan de eerder berekende grondwateraanvulling. De aangepaste grondwateraanvulling kan mogelijk leiden tot gemiddeld lage grondwaterstanden in de kalibratie en wordt om deze reden toegepast bij de tweede stationaire kalibratie. 3.3.2 Controle peil watergangen De legger watergangen zijn gebaseerd op het oppervlaktewatermodel door Arcadis. De peilen in dit model zijn vergelijkbaar met het peil in de officieel opgeleverde versie van MIPWA 3.0. De top10 watergangen in het model zijn gebaseerd op basis van het AHN. Op de locaties waar MIPWA 3.0 een lager peil heeft zijn de peilen van MIPWA 3.0 toegepast. 3.3.3 Vastzetten parameters kalibratie Uit de gevoeligheid van het model blijkt dat het model ongevoelig is voor aanpassingen in C1 en C4. Om deze reden is besloten om deze parameters bij de stationaire kalibratie vast te zetten op de waarde 1.0.
3.4
Stationaire kalibratie II
De verlaagde grondwateraanvulling zou het stationaire model vergelijkbaarder moeten maken met het instationaire model. Hiermee is het mogelijk om de diepe parameters vast te kunnen stellen. Uiteindelijk worden de factoren van kD 5 tot en met kD 9 worden vastgesteld met deze kalibratie. 3.4.1 Gevoeligheden De gevoeligheid van het model is gepresenteerd in tabel 3.4. In vergelijking tot de kalibratie in hoofdstuk 3 is de gevoeligheid van het model beperkt veranderd. De aangepaste grondwateraanvulling leidt tot vergelijkbare gevoeligheden.
Hydrologische effectberekeningen PAS-maatregelen Lemselermaten
53\79
Kenmerk R001-1244201BMP-mdg-V03-NL
Tabel 3.4 gevoeligheid van de stationaire kalibratie II
Parameter
Absolute gevoeligheid
Relatieve gevoeligheid
kD1 en kD2 (fkd12)
0.001
0.009
kD3 en kD4 (fkd34)
0.018
0.016
kD5 en kD6 (fkd56)
0.020
0.010
kD7, kD8 en kD9 (fkd789)
0.011
0.015
C2 (fc2)
0.033
0.016
Conductance legger (fcond1)
0.001
0.004
Top10 (fcond2)
0.000
0.002
3.4.2 Correlatie Uit de correlaties in figuur 3.6 blijkt een sterke relatie tussen kD34 en kD789 aanwezig te zijn. kD34 bepaald voor een belangrijk deel de afstroming van grondwater vanaf de stuwwal naar Lemselermaten en de winning van Weerselo. De negatieve correlatie hangt vermoedelijk samen met het effect van de drinkwaterwinning (vorm van afpompingskegel). Opvallend is het gebrek aan de correlatie tussen kD789 en de conductiviteit van de legger (cond1), terwijl er wel een sterke correlatie is tussen de kD789 en de top10 (cond2) watergangen. In Lemselermaten worden de grondwaterstanden sterk gestuurd door de waterstanden in de Dollandbeek en de Weerselosebeek (legger watergangen). Peilbuizen in Lemselermaten bevinden zich op korte afstand van deze beken en hebben hierdoor een sterke invloed op de gevoeligheid van de leggerwatergangen.