080 Bijl19 BP toelichting_Bijlage 18 Geohydrologisch onderzoek.pdf

WATERSCHAP LIMBURG

GEOHYDROLOGISCHE ANALYSE DIJKVERSTERKING ARCEN

30-03-2023

KRAGTEN SCHOOLSTRAAT 8, HERTEN

PROJECTNUMMER WSL065

[BEDRIJF TELEFOONNUMMER]

DOCUMENTNUMMER DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse

wsp.com / kragten.nl

COLOFON RAPPORTHISTORIE 1

30-01-2023

Concept eerste versie

2

03-02-2023

Concept tweede versie

3

28-02-2023

Concept derde versie na opmerkingen Waterschap Limburg

4

14-03-2023

Definitieve versie

5

30-03-2023

Tweede definitieve versie

VERANTWOORDING CONTACTGEGEVENS 088-3366210 rri@kragten.nl

AUTORISATIE PROJECTNUMMER

DOCUMENTNUMMER

VERSIE

STATUS

WSL065

DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse

2

Definitief

OPGESTELD DOOR

FUNCTIE

DATUM

PARAAF

RRI

Geohydroloog

30-03-2023

NSV

Geohydroloog

30-03-2023

B.A.

GEVERIFIEERD DOOR

FUNCTIE

DATUM

PARAAF

NSV

Geohydroloog

30-03-2023

B.A.

GOEDGEKEURD DOOR

FUNCTIE

DATUM

PARAAF

MLI

Technisch manager

30-03-2023

PRODUCTIETEAM WSP/KRAGTEN Geohydroloog

RRI

Geohydroloog

NSV

Technisch Manager

MLI

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 2/67

INHOUDSOPGAVE

1

INLEIDING

1.1

Planproces dijkversterking en -verlegging

5

1.2

Aanpak

7

1.3

Deelproject Arcen

7

1.1

Doel en positionering document

8

1.2

Leeswijzer

9

2

GEOHYDROLOGISCH SYSTEEM

10

2.1

Ligging projectlocatie

10

2.2

Maaiveldniveau

10

2.3

Bodemopbouw

11

2.4

Grondwaterstanden

13

2.4.1

Historische (regionale) grondwaterstanden

13

2.4.2

Dinoloket grondwaterstanden

14

2.4.3

Lokale peilbuizen

15

2.5

Functioneren grondwatersysteem Arcen

16

3

UITGANGSPUNTEN GRONDWATERMODEL

18

3.1

Gebruikt grondwatermodel

18

3.2

Modelbegrenzing in de x- en y-richting

18

3.3

Modelbegrenzing in de diepte

19

3.4

Oppervlaktewateren in IBRAHYM en SOBEK

20

3.5

Maas

22

3.6

Onttrekkingen

23

3.7

Toetsing berekende grondwaterstanden

24

4

GEVOELIGHEIDSANALYSE

28

4.1

Stappenplan

28

4.2

Initiële stationaire modelrun

28

4.3

Gevoeligheid horizontale doorlatendheid

30

4.3.1

Verhoging KHV met factor 2

30

4.3.2

KHV delen door 2

31

4.4

Gevoeligheid verticale doorlatendheid

33

4.4.1

Verhoging KVV met factor 10 (verlaging weerstand)

33

4.4.2

KVV delen door 5 (verhoging weerstand)

34

4.5

Gevoeligheid doorlaatvermogen rivieren

36

4.5.1

Verhoging doorlaatvermogen met factor 5

36

4.5.2

Doorlaatvermogen delen door 5

38

4.6

Conclusie gevoeligheidsanalyse en voorstel voor kalibratie 39

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

5

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 3/67

5

KALIBRATIE

41

5.1

Stationaire kalibratie

41

5.1.1

Pest1 – Pest4: Kalibratie met KHV

42

5.1.2

Aanpassing van het stationair model (v.2)

43

5.1.3

Pest5 en pest6

45

5.1.4

Aanpassing kalibratie methode - Scaling methodiek

46

5.1.5

Pest6a – pest10a

46

5.1.6

Aanpassing van het stationair model (v.3)

47

5.1.7

Pest11 – pest14

49

5.1.8

Pest15

50

5.2

Conclusie stationaire kalibratie

52

5.3

Initiele instationaire modelrun

52

5.3.1

GHG resultaten

53

5.3.2

GLG resultaten

54

5.3.3

Dynamiek residu resultaten

55

5.3.4

Tijdreeksen

56

5.4

Kalibratie instationair model (Model_25_IBv21_V2) 59

5.4.1

GHG resultaten

60

5.4.2

GLG resultaten

61

5.4.3

Dynamiek residu resultaten

62

5.4.4

Tijdreeksen

63

6

HUIDIGE SITUATIE

66

6.1

Uitgangspunten

66

6.2

Stationair model

67

6.3

Instationair model

67

6.4

Conclusie

67

OVERZICHT BIJLAGE(N) Bijlage A

— Model met damwanden

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 4/67

1

INLEIDING

1.1

PLANPROCES DIJKVERSTERKING EN -VERLEGGING

Om te borgen dat Nederland nu en in de toekomst beschermd is tegen overstromingen, is wettelijk vastgelegd dat primaire waterkeringen periodiek worden gecontroleerd. Primaire waterkeringen die niet op orde zijn, worden versterkt. Afspraken over welke primaire waterkeringen wanneer aangepakt worden, leggen het Rijk en de waterschappen gezamenlijk vast in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). Het HWBP wordt jaarlijks geactualiseerd en steeds voor een periode van zes jaar opgesteld, met een doorkijk naar twaalf jaar. Het doel van het huidige programma is het op orde krijgen van de primaire waterkeringen die in de afgelopen en lopende toets-/beoordelingsronde zijn afgekeurd. Waterschap Limburg (WL) is verantwoordelijk voor de hoogwaterbescherming in het door haar beheerde gebied. Ze werkt daarbij nauw samen met partners als het Rijk, Provincie Limburg, betrokken gemeenten en naastgelegen waterschappen. Na de hoge rivierwaterstanden in 1993 en 1995 zijn in het beheergebied van WL in snel tempo Maaskades aangelegd die als nooddijk fungeerden met een overstromingskans van circa 1/50 e per jaar. Deze Maaskades zouden deels een tijdelijke functie hebben en vooruitlopend op rivierverruiming hoogwaterbescherming bieden tegen de hoge rivierwaterstanden zoals deze in 1993 en 1995 optraden. Op 1 januari 2017 is de Waterwet gewijzigd.

Er zijn nieuwe wettelijke normen voor hoogwaterveiligheid in werking getreden. Voor ieder dijktraject bestaan de wettelijke normen uit twee delen, beide uitgewerkt in een overstromingskans per jaar. Ten eerste de signaleringswaarde, de overstromingskans per jaar die de beheerder het sein geeft dat de waterkering op termijn versterkt moet worden. Daarnaast de ondergrens, de overstromingskans per jaar waarop het dijktraject gedurende de gehele levensduur ten minste berekend moet zijn. Voor dijktraject Arcen betreft dit een signaleringswaarde van 1/300e per jaar en een ondergrens van 1/100e per jaar. Na dijkverbetering dient de waterkering gedurende de gehele levensduur in ieder geval veiliger te zijn dan de ondergrenswaarde. Op basis van de nieuwe normen voor hoogwaterbescherming in de Waterwet zijn veel dijken in het beheergebied van Waterschap Limburg afgekeurd op hoogte en sterkte. In 2016 heeft het Waterschap een dijkverbeteringsprogramma opgestart om diverse dijktrajecten in de Noordelijke Maasvallei te verhogen en te versterken. Deze dijkverbeteringen zijn opgenomen in het landelijke Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP).

Waterschap Limburg, Rijkswaterstaat, provincie Limburg, ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, gemeente Beesel, gemeente Bergen, gemeente Leudal, gemeente Maasgouw, gemeente Peel en Maas, gemeente Roermond en gemeente Venlo hebben samen de Stuurgroep HWBP Noordelijke Maasvallei opgezet. Deze Stuurgroep adviseert de bevoegde bestuursorganen met betrekking tot de te nemen besluiten. De doelstelling van het dijkversterkingsprogramma is primair: het verbeteren van de waterveiligheid in de Maasvallei (versterkingsopgave). De secundaire doelstelling is het versterken van gebiedskwaliteiten (opgave ruimtelijke kwaliteit). Deze doelstellingen zijn van alle betrokken partners binnen de Stuurgroep HWBP Noordelijke Maasvallei. Deze opgaven zijn in paragraaf 1.3 nader toegelicht.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 5/67

Figuur 1-1: Locaties van dijkversterkingen van Waterschap Limburg in het Hoogwaterbeschermingsprogramma.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 6/67

1.2

AANPAK

Het HWBP werkt aan de hand van een systematiek die ontleend is aan de werkwijze uit het Meerjarenprogramma Infrastructuur, Ruimte en Transport (MIRT). Dit betekent dat de volgende fasen doorlopen worden: de voorverkenning, de verkenning, de planuitwerking en de realisatie. Momenteel bevindt het project dijkverbetering Arcen zich aan het einde van de planuitwerking.

Voorverkenning

Verkenning

Planuitwerking

Realisatie

Figuur 1-2: De planfasen van de HWBP dijkversterkingen.

In de planuitwerkingsfase worden het voorkeursalternatief en eventuele restpunten verder geoptimaliseerd, uitgewerkt en gedetailleerd. Het uiteindelijke ruimtebeslag (hoogte en breedte) kan afwijken van het vastgestelde voorkeursalternatief.

1.3

DEELPROJECT ARCEN

Het project Arcen geeft invulling aan de doelstellingen vanuit verschillende programma’s. Allereerst maakt het onderdeel uit van het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP Noordelijke Maasvallei), zoals beschreven in paragraaf 1.1. Het project heeft daarnaast een extra opgave meegekregen: de systeemopgave. Met deze systeemopgave wordt beoogd om zoveel mogelijk rivierbed te behouden en de stijging van de waterstand te voorkomen. In de verkenningsfase zijn verschillende tracés voor de primaire waterkering onderzocht en vergeleken. Dit heeft geleid tot een bestuurlijk vastgesteld tracé voor nieuwe primaire waterkering (zie Figuur 1-3). De bestaande waterkering wordt geheel vervangen en, met name in het noordelijke deel, dichter tegen de bebouwde kom van Arcen aangelegd. In Arcen Midden wordt de waterkering uitgevoerd als een glazen wand óf als een zelfsluitende kering. In Arcen Noord en Arcen Zuid wordt een ‘groene’ kering aangelegd van grond die aansluit op de hoge gronden aan de rand van het Maasdal. Op een aantal plaatsen worden coupures aangelegd die bij hoogwater worden gesloten. Op maatwerklocaties en langs de kasteeltuin wordt geen groene kering aangelegd maar een verticale constructie (keermuur).

In de planuitwerking wordt dit tracé nader uitgewerkt en geoptimaliseerd tot een referentieontwerp voor de waterkering dat de basis is voor de juridische procedures en de realisatiefase. Ten derde wordt met het project Arcen ook invulling gegeven aan de Kaderrichtlijn water (KRW). Naast het aanleggen en versterken van de primaire waterkering omvat het project ook het beekherstel van de Lingsforterbeek inclusief een vispassage bij de Wymarsche watermolen. Tot slot is er nog sprake van verschillende meekoppelkansen die bijdragen aan de doelstelling voor het verbeteren van de ruimtelijke kwaliteit van het gebied. In de planuitwerkingsfase worden diverse wensen vanuit de omgeving meegenomen in het referentieontwerp: • Dubbelzijdig fietspad vanaf zuidelijke molenvijver direct aan de nieuwe dijk gelegen bij de Schans tot de provinciale weg; • Het verplaatsen van de bebouwde kom bij de Schans gecombineerd met een 30km-plateau en fietsoversteekplaats; • Het parkeerterrein tegenover MFA uitbreiden met 7 parkeerplaatsen; • Het herinrichten van het Schanstorenplein, inclusief terugbrengen oude gracht en suggestie van een brug in combinatie met de nieuwe te plaatsen kering met diverse wandelroutes; • Het herinrichten/verbeteren van de Burgemeester Linderspromenade inclusief de nieuwe kering (landschappelijk en cultuurhistorisch passend);

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 7/67

• •

Het duiden op verschillende plekken van de landschappelijk cultuurhistorische waarde van het gebied gecombineerd met de dijkversterking-, of verlegging; Realiseren van een passantenhaven ter plaatse van de Schans (optioneel).

Figuur 1-3: Ligging van de dijkvakken voor het tracé bij Arcen.

1.1

DOEL EN POSITIONERING DOCUMENT

Als gevolg van dit dijkversterkingsproject moet ook gekeken worden naar de effecten ervan op het geohydrologisch systeem. Verwacht wordt dat door het aanbrengen of aanpassen van een waterkering en in het bijzonder het aanbrengen van piping-maatregelen de afstroming van grond- en oppervlaktewater wijzigt. Dit kan zeker zijn uitwerking hebben op de grondwaterstroming vanaf de hoge gronden naar het Maasdal. Om de gevolgen van een dergelijke wijziging te onderkennen en passende beheersmaatregelen te treffen is een uitgebreid onderzoek nodig naar de huidige grondwaterstroming. Ook de aanpassingen in de loop van waterlossingen, bijvoorbeeld het aanbrengen van een duiker, kunnen van invloed zijn op de grondwaterstroming. Zicht op de huidige (grond-)waterstanden, kennis van de bestaande (grond-)watersystemen en zicht op de ingreep in deze systemen is van belang om, indien nodig, mitigerende maatregelen te kunnen nemen. Bestaande waarnemingen en meldingen worden meegenomen om het systeem te kunnen begrijpen. In Arcen zijn er klachten over grondwaterstanden (te hoog) en dit element zal vanuit de omgeving veel aandacht krijgen. Verhoging van grondwaterstanden mag met de dijkversterking/verlegging niet toenemen. Daarom zijn sinds 2017 al peilbuizen geplaatst, die worden gemonitord. Bestaande knelpunten zullen niet als onderdeel van de dijkversterking worden opgepakt.

Daarnaast ontstaat, door het leggen van waterkeringen op nieuwe tracés, dwars door een glooiend winterbed van de rivier, het risico dat de waterhuishouding (oppervlaktewater) binnen gebieden wijzigt. Voor de afwatering van percelen en de ontwatering van de bodem zal een ontwerp moeten worden gemaakt. Tevens kunnen in het terrein drainagesystemen aanwezig zijn die verwijderd dan wel aangepast moeten worden.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 8/67

Dit rapport beschrijft het geohydrologisch systeem en de uitgangspunten voor de huidige situatie, welke voor de effectbepaling als uitgangssituatie genomen wordt. Verder is het van belang om inzicht te hebben in het functioneren van het grondwatermodel. Dit wordt door middel van een gevoeligheidsanalyse en kalibratie inzichtelijk gemaakt. Eindpunt van dit rapport is inzicht in het huidige systeem en een gekalibreerd grondwatermodel van de huidige situatie.

1.2

LEESWIJZER

Onderhavig rapport beschrijft het geohydrologisch systeem en de uitgangspunten welke voor de effectbepaling relevant zijn (hoofdstukken 2 en 3). De werkzaamheden om te komen tot een gevalideerd en gekalibreerd IBRAHYMmodel zijn ook in dit rapport opgenomen, in de hoofdstukken 4 en 5. De daadwerkelijke effectbepaling van de voor grondwater relevante maatregelen worden in een separaat rapport beschreven, een integrale effectrapportage met de effecten ten aanzien van oppervlaktewater, stedelijk water en grondwater als gevolg van het ontwerp. Hierin worden ook als eventuele maatregelen ter mitigatie van ongewenste effecten opgenomen.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 9/67

2 GEOHYDROLOGISCH SYSTEEM 2.1

LIGGING PROJECTLOCATIE

De projectlocatie is gelegen om en nabij Arcen, in Noord-Limburg. Op Figuur 2-1 is de ligging weergegeven. Op de kaart zijn een aantal aspecten te zien: ‐ De ligging van het dorp Arcen, aan de oostkant van de Maas. ‐ De ligging van de oppervlaktewateren (watergangen, blauwe lijnen) in beheer van Waterschap Limburg. Voor een uitvoerige beschrijving van het oppervlaktewatersysteem wordt verwezen naar het Waterhuishoudingsplan (Waterhuishouding-A01.01-Dijkversterking Arcen, 18-10-22) dat WSP/Kragten in het kader van dit project heeft opgesteld. ‐ De ligging van peilbuizen die de grondwaterstand meten (gele en rode stippen). Deze worden verderop in de rapportage nader toegelicht. ‐ Het Voorkeursalternatief (VKA) van het nieuwe waterkeringstraject (paarse lijn).

Figuur 2-1: Ligging projectlocatie

2.2 MAAIVELDNIVEAU Met behulp van het AHN4 zijn de maaiveldniveaus in de omgeving in beeld gebracht (Figuur 2-2). Het Maasdal (donderblauw) ligt het laagst. Goed zichtbaar zijn oude maasarmen en stroomgebieden aan weerszijden van de Maas (donkergroene en blauwe kleuren). Ten oosten van Arcen loopt het maaiveld snel op (lichtgroen, geel en oranje). Goed zichtbaar is ook de steilrand tegen de Duitse grens aan (oranje en donkerrood).

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 10/67

Figuur 2-2: Maaiveldniveaus van het projectgebied (AHN4)

2.3 BODEMOPBOUW Met behulp van het geohydrologische model REGIS II v2.2 is een doorsnede gemaakt van de ondergrond van het projectgebied (Figuur 2-3). Hieruit is het volgende af te leiden: ‐ De afzettingen in het Maasdal bestaat uit de Holocene afzettingen en de Formaties van Beegden (matig tot uiterst grof, grindhoudend zand), en Peize-Waalre (matig tot uiterst grof zand). Deze vormen het freatische pakket. ‐ Lokaal kunnen kleiige afzettingen van de Formatie van Peize-Waalre aanwezig zijn. ‐ Het freatische pakket wordt aan de onderzijde begrensd door de kleilaag van de Kiezeloöliet-Formatie, ook wel Venloklei genoemd. Dit is een stijve, bruingrijze tot bruine, plaatselijk licht- of groengrijze klei met een minimale dikte van 7,5 m in het projectgebied. ‐ Het eerste watervoerende pakket wordt gevormd door de zandige afzettingen van de Kiezeloöliet-Formatie (matig fijn tot uiterst grof zand). ‐ Daaronder bevindt zich de Formatie van Breda, bestaande uit zeer tot matig fijn zand. In de afbeelding is ook te zien dat ten oosten van Arcen, ter hoogte van de Dorperheideweg, zich een breuk in de ondergrond bevindt (zie ook Figuur 2-4). Deze breuk hangt samen met de ligging van het projectgebied in de Venloschol. De Venloschol is aangemerkt als boringsvrije zone. Dit houdt in dat boringen dieper dan 5 meter boven NAP verboden zijn tenzij men een ontheffing heeft.

De watervoerende pakketten onder de kleilaag zijn namelijk van belang voor de onttrekking van grondwater voor de productie van drinkwater. Door middel van dit verbod wordt het diepe grondwater beschermd tegen verontreinigingen van bovenaf. Dit is relevant voor de toekomstige maatregelen in de ondergrond.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 11/67

Figuur 2-3: Geohydrologische doorsnede (REGIS II v2.2)

Figuur 2-4: Breuklijnen in projectgebied

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 12/67

2.4 GRONDWATERSTANDEN 2.4.1 HISTORISCHE (REGIONALE) GRONDWATERSTANDEN Uit de grondwaterisohypsen die zijn getekend ten tijden van het opstellen van de Grondwaterkaart van Nederland valt op te maken dat de grondwaterstroming ter plekke van het projectgebied zuidwestelijk is gericht, richting de Maas (Figuur 2-5).

Figuur 2-5: Grondwaterkaart van Nederland met in de rode cirkel de globale locatie van het projectgebied (TNO,1978).

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 13/67

2.4.2 DINOLOKET GRONDWATERSTANDEN Met behulp van Dinoloket is nagegaan waar zich in de omgeving peilbuizen bevinden. Hierbij kwam naar voren dat er rondom het nieuwe waterkeringstraject bij Arcen 46 peilbuizen liggen (Figuur 2-6).

Figuur 2-6: Locaties van de Dinoloket peilbuizen met hoogtekaart, met peilbuizen in het rood waarvan grondwaterstanden getoond worden

De gemeten grondwaterstanden van de meest relevante peilbuizen (rode peilbuizen aan de oostzijde van de Maas met alleen de freatische filters) zijn weergegeven in Figuur 2-7. De grondwaterstanden variëren tussen NAP +12,0 m en NAP +18,0 m.

Figuur 2-7: Grondwaterstanden van de meest relevante peilbuizen aan de oostzijde van de Maas

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 14/67

2.4.3 LOKALE PEILBUIZEN Omdat er binnen het projectgebied weinig peilbuizen liggen (enkel B52F0054 en B52H0730), zijn er recentelijk binnen het projectgebied nog een aantal peilbuizen geplaatst (de rode peilbuizen in Figuur 2-1 en Figuur 2-8).

Figuur 2-8: Ligging lokale peilbuizen

De 2 peilbuizen Bpb65-01 en Bpb65-02 zijn tussen 2017 en 2021 bemeten, maar ze stonden voornamelijk droog en zijn daarom vervallen. In 2022 zijn vervolgens 5 nieuwe peilbuizen geplaatst; Bpb65-01 en Bpb65-02 op dezelfde locatie als de vorige peilbuizen met deze naam, en Bpb65-104, Bpb65-105 en Bpb65-106. De peilbuizen bij de Lingsforterbeek monding hebben een langere reeks van meetdata. De waterstanden zijn zichtbaar in Figuur 2-9. De waterstanden van de langere reeksen liggen allen in het bereik van de gemeten grondwaterstanden van peilbuizen (Figuur 2-7). De gemeten waterstanden in 2022 van de Bpb65 peilbuizen zijn te kort om te vergelijken en deze worden dan ook niet meegenomen in het grondwatermodel.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 15/67

Figuur 2-9: Grondwaterstanden van een aantal lokale peilbuizen 2016 – 2022

2.5 FUNCTIONEREN GRONDWATERSYSTEEM ARCEN Op basis van bovenstaande paragrafen die iets zeggen over de ligging van Arcen, het maaiveldniveau, de bodemopbouw en het grondwater kan vervolgens het functioneren van het gehele grondwatersysteem beschreven worden. Het freatische pakket wordt aan de onderzijde begrensd door de kleilaag van de Kiezeloöliet-Formatie, ook wel Venloklei genoemd, en deze is net ten westen van de Maas circa 15 m – 20 m dik en wordt verder richting het westen circa 30 m dik. Het grondwater stroomt van de hoge Maasterrassen in het oosten naar het Maasdal, waar Arcen ligt. De grondwaterstand ligt over het algemeen meer dan 2 m beneden maaiveld. Hoe dichter het grondwater bij de Maas ligt, hoe groter de interactie met de Maaswaterstand is. Zo zijn bijvoorbeeld de hoogwaterpieken van 1993 en 1995 in Figuur 2-10 bij peilbuis B52F0054 in het centrum van Arcen duidelijk zichtbaar. Tijdens een hoogwaterperiode kan de grondwaterstand in Arcen centrum stijgen, als gevolg van de hoge rivierwaterstanden. Doordat het grondwater gedurende deze periode niet weg kan stromen richting de Maas, kan binnendijks opstuwing en lokaal kwel ontstaan. Op het moment dat de waterstand in de Maas weer daalt, zal ook de grondwaterstand weer snel dalen. Concluderend stijgt en daalt het grondwater ter plaatse van Arcen met het Maaspeil mee en er is geen sprake van een langdurig effect.

Tijdens een hoogwaterperiode kan er, op basis van bovenstaande gegevens grondwateroverlast ontstaan. De lager gelegen gebieden in Arcen zullen hier meer gevoelig voor zijn.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 16/67

Figuur 2-10: Grondwaterstanden van een aantal lokale peilbuizen en Maaswaterstanden, met een focus op de hoogwaterperiode 1993 en 1995

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 17/67

3 UITGANGSPUNTEN GRONDWATERMODEL 3.1

GEBRUIKT GRONDWATERMODEL

Voor de modellering van geohydrologische effecten wordt gebruikt gemaakt van het regionale grondwatermodel IBRAHYM (versie IBv2.1_N, aanpassingen en kalibratie stationair model Noord- en Midden-Limburg, d.d. 05-03-2018). Het model is ontstaan uit een samenwerking tussen Waterschap Limburg, WML en de Provincie Limburg. Via een server die door Deltares wordt beheerd kunnen met het model grondwaterberekeningen worden uitgevoerd. De rekenperiode van het huidige tijdsafhankelijke en stationaire model is van 1994 tot en met 2011. In dit project zijn we uitgegaan van de rekenperiode van dit model en is het model niet verlengd. Verder is de gebruikte rekenresolutie voor het tijdsafhankelijke model 25x25 m en de rekenresolutie voor het stationaire model 50x50 m.

3.2 MODELBEGRENZING IN DE X- EN Y-RICHTING De modelranden voor het projectgebied dienen ver genoeg weg te liggen van het projectgebied om beïnvloeding van de modelresultaten door de randen te voorkomen. Daarnaast dient het grondwatersysteem goed meegenomen te kunnen worden. Bij Arcen is besloten de modeldimensies te bepalen aan de hand van het AHN. Daar waar een duidelijke overgang is in maaiveldhoogte, en dus ook in toestroom in het gebied, is gekozen om de modelgrenzen te trekken. In het noorden kruist de modelbegrenzing het Geldernsch-Nierskanaal. De kaartcoördinaten rondom het modeldomein zijn weergegeven in onderstaande tabel. Figuur 3-1 geeft de modelbegrenzing op kaart weer. Tabel 3-1: Kaartcoördinaten (RD) waarbinnen het modeldomein gekozen is.

Hoekpunt Linksonder Linksboven Rechtsboven Rechtsonder

x 205000 205200 213000 213000

y 384000 393000 393000 384000

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 18/67

Figuur 3-1: Modelbegrenzing

3.3 MODELBEGRENZING IN DE DIEPTE Het freatische pakket (Formaties van Boxtel, Beegden en Peize-Waalre, zie Figuur 2-3) net ten westen van de Maas wordt aan de onderzijde begrensd door de kleilaag van de Kiezelo liet-Formatie, ook wel Venloklei genoemd, en is hier circa 15 m – 20 m dik. We gaan ervanuit dat de effecten van het dijkversterkingsproject niet dieper dan deze kleilaag reiken en beschouwen de Venloklei als geohydrologische basis voor de modellering. Op sommige locaties in de modelbegrenzing (maar buiten de locaties waar de damwanden komen) is de Venloklei niet aanwezig (witte gebieden in Figuur 3-2) en hier wordt de Formatie van Breda als geohydrologische basis voor de modellering beschouwd. De doorlatendheid in deze formatie is heel laag vergelijken met de beter doorlatende zandlagen erboven. In het grondwatermodel IBRAHYM, dat voor deze modellering wordt gebruikt, is de kleilaag opgenomen als slecht doorlatende laag halverwege modellaag 4 en begint de zandlaag van de Formatie van Breda ook halverwege modellaag 4. Daarom worden met het grondwatermodel enkel modellaag 1 t/m 4 beschouwd. Deze modellagen omvatten het freatisch pakket, met daarin de formaties zoals hierboven benoemd en zoals beschreven in paragraaf 2.3. Figuur 3-2 laat de verbreiding van de Venloklei in modellaag 4 binnen het modelgebied (roze kader) zien.

Weergegeven is de KVV, oftewel verticale doorlatendheid. In laag 4 liggen de waarden tussen de 0,00 m/d (geel en groen) en 0,001 m/d (roze en rood). Des te lager de waarden zijn, des te hoger de weerstand van de modellaag is. Gezien de hoogte van deze weerstand is het plausibel deze laag als geohydrologische basis voor deze grondwatermodellering te beschouwen.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 19/67

Figuur 3-2: KVV model laag 4, de geohydrologische basis voor deze modellering (geel en groen 0,000 m/d en roze en rood 0,001 m/d) met het modelgebied in de zwarte omlijning

3.4 OPPERVLAKTEWATEREN IN IBRAHYM EN SOBEK Om na te gaan of het oppervlaktewatersysteem in IBRAHYM nog actueel is, is een vergelijking gemaakt met de ligging van oppervlaktewateren in het SOBEK-model. In Figuur 3-3 is het oppervlaktewatersysteem volgens de legger van Waterschap Limburg opgenomen.

Figuur 3-3: Oppervlaktewatersysteem volgens de legger van het Waterschap

In Figuur 3-4 is opgenomen hoe het oppervlaktewatersysteem is gemodelleerd in het oppervlaktewatermodel van SOBEK, zoals verkregen van het Waterschap. Hierbij moet worden vermeld dat de Lingsforterbeek in het SOBEK-model

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 20/67

is afgeknipt ter hoogte van de Lingsforterweg. Dit is gedaan uit praktische overwegingen in verband met de kalibratie en gezien het feit dat hier een afvoermeetpunt zit.

Figuur 3-4: Het oppervlaktewatersysteem in het SOBEK-model van Waterschap Limburg

Voor een groot deel komt de ligging van de watergangen in IBRAHYM (Figuur 3-5) overeen met de ligging in het SOBEKmodel. De meest opvallende verschillen zijn: De hoogwatergeul Lingsforterbeek, deze zit wel in SOBEK maar niet in IBRAHYM. De plassen ten noordoosten van Arcen, deze zitten wel in IBRAHYM maar niet in SOBEK. Om bij de kalibratie van IBRAHYM beter aan te sluiten bij de huidige situatie is de hoogwatergeul Lingsforterbeek aan IBRAHYM toegevoegd. De wijzigingen zijn zichtbaar in Figuur 3-5.

Figuur 3-5: Oppervlaktewateren met een peil in IBRAHYM (oude situatie links, nieuwe situatie rechts)

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 21/67

3.5 MAAS Het verticaal doorlaatvermogen van de rivierbodem van de Maas zit als een ISG-bestand in het instationaire model. De Maas heeft ter hoogte van Arcen een weerstand van 2 dagen en een infiltratiefactor van 0,3. In het stationaire model is een gemiddeld doorlaatvermogen toegekend van 312,5 m2/d ter hoogte van Arcen. De Maaspeilen in het model tussen 1994 en 2011 zijn in onderstaand figuur gevisualiseerd. De gemiddelde waterhoogte, die in het stationaire model gebruikt wordt, is 11,0 m.

Figuur 3-6: Maaswaterstanden in het grondwatermodel

De Maaswaterstanden die in het model staan (Figuur 3-6) zijn vergeleken met de historische Maaswaterstanden. Arcen ligt tussen de meetpunten Venlo en Well Dorp. De waterstanden die in het model opgenomen zijn, liggen in lijn met de hogere waterstanden bij Venlo en niet zozeer met de lagere waterstanden bij Well Dorp (zie Figuur 3-7). Het patroon van pieken komt goed overeen. Hiermee lijken de Maaswaterstanden van het model betrouwbaar.

Figuur 3-7: Historische Maaswaterstanden ter plekke van Venlo en Well

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 22/67

3.6 ONTTREKKINGEN Met behulp van de Atlas Limburg (https://portal.prvlimburg.nl/viewer/app/default) is nagegaan of er zich in het modelgebied onttrekkingen bevinden (Figuur 3-8). Door dit te vergelijken met het grondwatermodel wordt duidelijk welke onttrekkingen wel en niet in het model opgenomen zijn. In het zuiden van Arcen is een onttrekking weergegeven (775), ten zuidoosten van Arcen is een winning weergegeven (905), en aan de westzijde van de Maas is een winning weergegeven (604). Onttrekking 775 is een bodemenergiesysteem. Deze onttrekking zit momenteel niet in het IBRAHYM-model en is hier voor dit project ook niet aan toegevoegd. Winning 905, ten zuidoosten van Arcen, is een drinkwaterwinning van WML, pompstation Hanik (vergunde hoeveelheid 2.500.000 m3/jaar, onttrokken in 2021: 2.044.425 m3). Winning 604, aan de westzijde van de Maas is ook een winning van WML, pompstation Grubbenvorst (vergunde hoeveelheid 3.000.000 m3/jaar, onttrokken in 2021 2.029.117 m3). Beide WML winningen zijn wel opgenomen in het IBRAHYM-model.

Figuur 3-8: Grondwateronttrekkingen volgens de Atlas van de Provincie Limburg

BIERBROUWERIJ HERTOG JAN Wat verder opvalt is dat ter plaatse van de bierbrouwerij Hertog Jan geen onttrekking is weergeven op de Atlas (Figuur 3-8). Ook in IBRAHYM is hier geen onttrekking opgenomen. Conform informatie van het Waterschap Limburg zouden industriële winningen boven 100.000 of 150.000 m3/jaar in het model moeten zitten. De onttrekking van Hertog Jan is wel te zien op https://wkotool.nl/ (de groene stip ten westen van ‘Veld’), net als meerdere andere onttrekkingen (groene punten) en het bodemenergiesysteem (paarse punt) dat ook op de Atlas van de Provincie is weergegeven (Figuur 3-9). Na contact met Hertog Jan is gebleken dat zij een vergunning hebben voor 100.000 m3/jaar en de laatste

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 23/67

jaren circa 32.000 m3/jaar onttrekken. De onttrekkingsdiepte tussen NAP -15 en -35 m, uit het tweede (diepe) watervoerende pakket in de Venloschol (Kiezeloöliet-Formatie). Concluderend is de onttrekking klein en vindt het plaats beneden de Venloklei en is hiermee dus niks toegevoegd aan het grondwatermodel.

Figuur 3-9: Uitsnede WKOtool.nl

3.7 TOETSING BEREKENDE GRONDWATERSTANDEN De berekende grondwaterstanden worden getoetst aan de hand van gemeten grondwaterstanden in peilbuizen binnen het projectgebied. Daarvoor is een set peilbuizen samengesteld. In het projectgebied is een aantal peilbuizen aanwezig waarin de grondwaterstanden gemeten worden. In het kader van de actualisatie van IBRAHYM naar versie 2.1, welke in 2018 is uitgevoerd, is gebruik gemaakt van een aantal van deze peilbuizen. Deze set peilbuizen is verder uitgebreid met peilbuizen uit Dinoloket. Van alle beschikbare peilbuizen in het gebied is een selectie gemaakt op basis van: (Al dat niet het ontbreken van) filterdiepte; niet dieper dan het eerste watervoerend pakket. Periode van de meetreeks; binnen 1994 tot 2011, de modelperiode van IBRAHYM. Duur van de meetreeks; minimaal 5 tot 10 jaar aan data aanwezig, afhankelijk van hoeveel gemeten is. Kwaliteit van de meetreeks; gekeken is naar vreemde en hoeveelheid data. Van elke peilbuis is ook nagegaan in welke modellaag deze zich bevindt (Tabel 3-2). De locatie van deze peilbuizen is weergegeven in Figuur 2-6, Hoofdstuk 2.4.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 24/67

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 25/67

Tabel 3-2: Validatie- en kalibratiebuizen Naam Filter X B52F0015 1 211750 B52F0053 1 211645 B52G0433 1 206010 B52G1342 1 206220

Y 389800 390430 386880 386711

B52H0051 B52E0028 B52E0029 B52E0088 B52E0137 B52E1811

1 1 1 1 1 2

211095 209416 208950 207013 208340 206532

385275 391942 391700 390874 387640 387675

B52E1811 B52F0008 B52F0054 B52G1343 B52H0051 B52H0118

1 1 1 1 2 1

206532 210338 210133 206367 211095 211715

387675 389880 387722 387025 385275 386770

B52H0128 B52H0190 B52H0191 B52H0730 B52H0731 B52E0007

1 1 1 1 1 1

210970 212130 212000 210617 210358 206780

386200 386200 385070 386765 385924 388400

B52E0137 B52F0014 B52G0193 B52G0199 B52G0433 B52G2952

2 1 1 1 2 1

208340 212070 206524 207588 206010 209384

387640 388700 387184 386657 386880 387446

B52H0031 B52H0032 B52H0044 B52H0101 B52H0111 B52E1706

1 1 1 1 1 1

212220 212350 212270 212160 212815 208436

386590 386580 386590 384400 386580 389895

B52F0008 B52G0181 B52G0185 B52G0200 B52G0228 B52G0229

2 1 1 1 1 2

210338 206840 206852 205240 209280 207000

389880 384427 384277 384880 386970 386640

B52H0031 B52H0032 B52H0044

2 2 2

212220 212350 212270

386590 386580 386590

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

Modellaag 1 1 1 1 1 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 26/67

B52H0111 B52H0112 B52H0112

2 2 1

212815 212325 212325

386580 386957 386957

4 4 4

FOCUS BIJ BEOORDELING Bij de toetsing van het model is het van groot belang om het doel van de modelstudie voor ogen te houden. Het doel is om met het model effectberekeningen rondom het nieuwe waterkeringstraject bij Arcen uit te kunnen voeren. Dit betekent dat bij de toetsing van het model de focus ligt op het model en meetdata rondom Arcen. Verschillen tussen model en metingen van verafgelegen peilbuizen krijgen hiermee minder aandacht, tenzij afwijkingen een duidelijk regionaal patroon laten zien. Anders gezegd: verschillen tussen model en metingen geven slechts aanleiding tot modelaanpassingen, indien dit leidt tot een aantoonbare verbetering van het model ter plaatse van Arcen. TOETSING STATIONAIRE MODELRUNS Voor het toetsen van de stationaire modelruns wordt van elke peilbuisreeks de gemiddelde grondwaterstand bepaald. Deze wordt vervolgens vergeleken met de berekende waarde ter plaatse van de peilbuis in het model. TOETSING INSTATIONAIRE MODELRUNS Het instationaire model wordt getoetst door voor de meetreeksen de gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG), de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) en dynamiek (GHG-GLG) af te leiden en deze te vergelijken met de gemodelleerde waarden. Tevens worden de gemodelleerde en gemeten meetreeksen met elkaar vergeleken.

Dit is een visuele inspectie die veelal bijdraagt aan meer inzicht in geconstateerde verschillen tussen meting en model. WANNEER IS HET MODEL GOED GENOEG? Het model is goed genoeg indien het model in staat is om de beschikbare grondwaterstandsmetingen rondom het nieuwe waterkeringstraject bij Arcen goed te representeren; òf de beschikbare meetdata geleid hebben tot plausibele modelaanpassingen, waarmee het maximaal haalbare is bereikt om het model te verbeteren. Bij bovenstaande gaan we uit van de eerder beschreven beoordelingsfocus; het doel is om uiteindelijk betrouwbare scenario-/effectberekeningen voor het nieuwe waterkeringstraject bij Arcen met het model uit te kunnen voeren. Daarnaast is een belangrijke leidraad dat eventuele modelaanpassingen goed onderbouwd moeten kunnen worden door data. Hiermee waken we ervoor dat we het model ‘overfitten’.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 27/67

4 GEVOELIGHEIDSANALYSE 4.1

STAPPENPLAN

Om de gevoeligheid van het grondwatermodel voor bepaalde parameteraanpassingen in beeld te krijgen is allereerst een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd. Er worden verschillende stationaire modelruns gedraaid om het effect van vlakdekkende modelaanpassingen te beoordelen. Hierbij zijn de volgende stappen genomen: 1. Uitvoeren initiële modelrun 2. Bepalen gevoeligheid horizontale waterdoorlatendheid (KHV) 3. Bepalen gevoeligheid verticale waterdoorlatendheid (KVV) 4. Bepalen gevoeligheid conductance (doorlaatvermogen) Maas Van elk scenario zijn verschilkaarten gemaakt waarop zowel per peilbuis het verschil tussen de berekende en gemeten waarde is weergegeven en vlakdekkend de veranderingen in de grondwaterstanden in beeld zijn gebracht. Dit zijn de gemiddelde grondwaterstanden. Er zijn telkens twee afbeeldingen weergegeven; 1 voor modellaag 1 en 1 voor modellaag 2 t/m 4. Voor de modellagen 2 t/m 4 geldt dat de berekende grondwaterstanden nagenoeg gelijk zijn omdat er tussen de modellagen geen verticale weerstanden aanwezig zijn. Tussen laag 1 en 2 is dat wel het geval. Verder is de gevoeligheid van de modelrand in het oosten bepaald. Deze analyse is in hoofdstuk 4.6 beschreven.

4.2 INITIËLE STATIONAIRE MODELRUN Om te bepalen of de modelresultaten bij het doorrekenen van de modeluitsnede voor het projectgebied niet te veel afwijken van het doorrekenen van het complete model is de modelrun init_stat_50.run uitgevoerd. De modelresultaten van de modeluitsnede voor het projectgebied blijken niet te veel af te wijken van het doorrekenen van het complete model. Deze modelrun wordt daarom het uitgangspunt voor de gevoeligheidsanalyse. Alle uitgevoerde modelruns in de gevoeligheidsanalyse worden met deze modelrun vergeleken. De residuen (verschil tussen metingen en modelberekening) van deze modelrun zijn weergegeven in onderstaande afbeeldingen. Voor modellaag 1 zijn 5 peilbuizen beschikbaar. Te zien is dat de berekende verschillen nogal uiteen lopen (Figuur 4-1). In het noordoostelijk deel van het modelgebied is bij één peilbuis de berekende grondwaterstand 0,53 m te hoog; bij de iets zuidelijker gelegen peilbuis is dit 2,35 m te laag. Voor de modellagen 2 t/m 4 zijn meer peilbuizen beschikbaar (Figuur 4-2). In de lager gelegen gebieden langs de Maas ligt de berekende grondwaterstand vaak enkele decimeters tot 1,5 m te laag. Verder van de Maas af, in de zuidoosthoek van het modelgebied zijn de berekende grondwaterstanden juist te hoog.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 28/67

Figuur 4-1: Residukaart laag 1 (in m) bij initiële run

Figuur 4-2: Residukaart laag 2-4 (in m) bij initiële run

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 29/67

4.3 GEVOELIGHEID HORIZONTALE DOORLATENDHEID Om de gevoeligheid van de horizontale doorlatendheid (KHV) te bepalen zijn twee scenario’s doorgerekend: - Verhoging KHV met een factor 2 - KHV delen door 2 Van elk scenario zijn verschilkaarten van de grondwaterstanden gemaakt. De grondwaterstanden zijn vergeleken met de initiële modelrun.

4.3.1 VERHOGING KHV MET FACTOR 2 Het verschil voor modellaag 1 en de lagen 2 t/m 4 is in onderstaande kaarten weergegeven.

Figuur 4-3: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verhoging horizontale doorlatendheid

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 30/67

Figuur 4-4: Verschilkaart laag 2 t/m 4 (in m) bij verhoging horizontale doorlatendheid

Het verhogen van de KHV heeft tot gevolg dat de grondwaterstanden in vrijwel het hele projectgebied dalen, vaak met meer dan 0,5 m. Het water wordt sneller afgevoerd. Alleen ter plaatse van oppervlaktewateren (Maas, plassen) blijven de grondwaterstanden gelijk.

4.3.2 KHV DELEN DOOR 2 Het verlagen van de KHV heeft tot gevolg dat de grondwaterstanden in vrijwel het hele projectgebied stijgen, met maximaal 1 m. Het water wordt langer vastgehouden. Alleen ter plaatse van oppervlaktewateren (Maas, plassen) blijven de grondwaterstanden gelijk.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 31/67

Figuur 4-5: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verlaging horizontale doorlatendheid

Figuur 4-6: Verschilkaart lagen 2 t/m 4 (in m) bij verlaging horizontale doorlatendheid

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 32/67

4.4 GEVOELIGHEID VERTICALE DOORLATENDHEID Om de gevoeligheid van de verticale doorlatendheid (KVV, de weerstand tussen de lagen 1 en 2) te bepalen zijn twee scenario’s doorgerekend: - Verhoging KVV met een factor 10 (en dus verlaging weerstand) - KVV delen door 5 (en dus verhoging weerstand) Van elk scenario zijn verschilkaarten van de grondwaterstanden gemaakt. De grondwaterstanden zijn vergeleken met de initiële modelrun.

4.4.1 VERHOGING KVV MET FACTOR 10 (VERLAGING WEERSTAND) Het verschil voor modellaag 1 en de lagen 2 t/m 4 is in onderstaande kaarten weergegeven. De gevolgen van het verlagen van de weerstand is voor alle modellagen vrijwel gelijk; ter plaatse van Arcen worden de grondwaterstanden hoger. Ten oosten van de N271 worden de grondwaterstanden juist lager.

Figuur 4-7: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verhoging verticale doorlatendheid (= verlaging weerstand)

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 33/67

Figuur 4-8: Verschilkaart laag 2 t/m 4 (in m) bij verhoging verticale doorlatendheid (= verlaging weerstand)

4.4.2 KVV DELEN DOOR 5 (VERHOGING WEERSTAND) Het verschil voor modellaag 1 en de lagen 2 t/m 4 is in onderstaande kaarten weergegeven. Gevolgen verhogen van de weerstand: - Modellaag 1: over het algemeen vindt vernatting plaats (toename grondwaterstanden) behalve ter plaatse van het centrum van Arcen, hier nemen de grondwaterstanden af; - Modellaag 2 t/m 4: rondom Arcen weinig verandering, verderop vindt vernatting plaats.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 34/67

Figuur 4-9: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verlaging verticale doorlatendheid (= verhoging weerstand)

Figuur 4-10: Verschilkaart laag 2 t/m 4 (in m) bij verlaging verticale doorlatendheid (= verhoging weerstand)

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 35/67

4.5 GEVOELIGHEID DOORLAATVERMOGEN RIVIEREN Om de gevoeligheid van het doorlaatvermogen van de Maas ter hoogte van Arcen te bepalen zijn twee scenario’s doorgerekend: - Verhoging doorlaatvermogen met een factor 5 - Doorlaatvermogen delen door 5 Een verhoging van het doorlaatvermogen (m2/d) betekent een verlaging van de weerstand. Van elk scenario zijn verschilkaarten van de grondwaterstanden gemaakt. De grondwaterstanden zijn vergeleken met de initiële modelrun.

4.5.1 VERHOGING DOORLAATVERMOGEN MET FACTOR 5 Het verschil voor modellaag 1 en de lagen 2 t/m 4 is in onderstaande kaarten weergegeven. Het verhogen van het doorlaatvermogen (verlaging weerstand) heeft tot gevolg dat de grondwaterstanden direct langs de Maas lager worden. Dit komt doordat er meer grondwater via de Maas wordt afgevoerd (vergrote wisselwerking Maas <--> grondwater).

Figuur 4-11: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verhoging doorlaatvermogen

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 36/67

Figuur 4-12: Verschilkaart lagen 2 t/m 4 (in m) bij verhoging doorlaatvermogen

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 37/67

4.5.2 DOORLAATVERMOGEN DELEN DOOR 5 Het verschil voor modellaag 1 en de lagen 2 t/m 4 is in onderstaande kaarten weergegeven. Het verlagen van het doorlaatvermogen (verhoging weerstand) heeft tot gevolg dat de grondwaterstanden direct langs de Maas hoger worden. Dit komt doordat er minder grondwater via de Maas wordt afgevoerd (verminderde wisselwerking Maas <-> grondwater).

Figuur 4-13: Verschilkaart laag 1 (in m) bij verlaging doorlaatvermogen

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 38/67

Figuur 4-14: Verschilkaart lagen 2 t/m 4 (in m) bij verlaging doorlaatvermogen

4.6 GEVOELIGHEID MODELRAND De modelranden dienen ver genoeg weg te liggen van het projectgebied om beïnvloeding van de modelresultaten door de randen te voorkomen. Direct ten westen van Arcen ligt de Maas, waardoor de westelijke modelrand ver genoeg van het focusgebied ligt. De oostelijke rand (Duitland) ligt wel dichtbij dus het model zou hier gevoelig voor kunnen zijn. De resultaten van het uitgangsmodel (uitsnede) zijn vergeleken met het totale model. Deze resultaten kwamen overeen. Om toch de gevoeligheid van de oostelijke rand verder te onderzoeken, is de grondwaterstand op deze rand met 1 meter verhoogd om te bepalen of dit effect heeft op de grondwaterstand bij Arcen (het focusgebied). Dit is niet zo. Het effect hiervan is zelfs al niet meer zichtbaar bij de rand.

4.7 CONCLUSIE GEVOELIGHEIDSANALYSE EN VOORSTEL VOOR KALIBRATIE In het kader van de gevoeligheidsanalyse zijn de volgende parameters nader beschouwd: KHV, KVV en conductance van de Maas. Onderstaand wordt per parameter afgewogen welke een hoge en lage prioriteit in de kalibratiefase krijgt. - Het aanpassen van de horizontale doorlatendheid (KHV) heeft gevolgen voor het gehele projectgebied. Een verhoging leidt vrijwel overal tot een verdroging (lagere grondwaterstanden). Een verlaging leidt tot vernatting (hogere grondwaterstanden). Deze parameter heeft direct invloed op de grondwaterstanden en krijgt daarom een hoge prioriteit. - Het aanpassen van de verticale doorlatendheid leidt op de ene plek tot een vernatting, op andere plekken tot een verdroging. Er ontstaat geen uniform beeld van welke gevolgen het aanpassen van deze parameter heeft. De prioriteit is daarom laag. - Het aanpassen van het doorlaatvermogen van de Maas heeft alleen gevolgen voor de gebieden die direct naast de rivier liggen. Over het algemeen worden de grondwaterstanden dicht bij de Maas te laag berekend. Het verhogen van het doorlaatvermogen zal daarom in geen geval een positief effect hebben op de berekende

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 39/67

grondwaterstanden. Een verlaging van het doorlaatvermogen kan wel leiden tot hogere grondwaterstanden nabij de Maas. Het effect van de aanpassingen is echter erg lokaal (direct langs de Maas). Op die plekken liggen geen peilbuizen om de uitkomsten te verifiëren. De prioriteit van deze parameter is daarom laag.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 40/67

5 KALIBRATIE 5.1

STATIONAIRE KALIBRATIE

De kalibratie wordt eerst uitgevoerd op het stationaire model (init_stat_50.run) omdat de runtijd van het model hier veel korter is. Deze modelrun wordt het uitgangspunt voor de kalibratiefase. Met behulp van de automatische kalibratiefunctie van iMOD (PEST) zijn meerdere kalibratieruns uitgevoerd (Tabel 5-1). De kalibratieruns worden verder in dit hoofdstuk nader toegelicht. Tabel 5-1: Overzicht kalibraties en resultaten. KALIBRATIE

INHOUD

RESULTAAT

STAT_KAL-PEST1.RUN

KHV, factor 0,3-2,0

Valt tegen, weinig verschil met init_stat_50.run

STAT_KAL-PEST2.RUN

KHV, factor 0,5-1,5

Valt tegen, weinig verschil met init_stat_50.run

STAT_KAL-PEST3.RUN

KHV, factor 0,3-2,0 behalve 2e zandlaag van Beegden (BEZ2), deze heeft een bandbreedte van 0,3-5,0

Enkel in modellaag 1 aangepast, maar deze zandlaag zit in modellaag 1 en 2 waardoor deze run niet werkt;

STAT_KAL-PEST4.RUN

KHV, factor 0,3-2,0 behalve 2e Valt tegen, weinig verschil met zandlaag van Beegden (BEZ2), init_stat_50.run deze heeft een bandbreedte van 0,3-5,0

AANPASSING MODEL (INIT_STAT_50_VERSIE2.RUN) STAT_KAL-PEST5.RUN

Opnieuw pest2

Valt tegen, weinig verschil met init_stat_50_versie2.run

STAT_KAL-PEST6.RUN

Opnieuw pest4

Valt tegen, weinig verschil met init_stat_50_versie2.run

UPDATE KALIBRATIE: TOEVOEGING SCALING METHODIEK STAT_KAL-PEST6A.RUN

Opnieuw pest6

Meeste resultaat. Vooral in het zuiden van focusgebied verbetert het model significant. Het centrum van Arcen blijft nagenoeg gelijk en in het noorden, bij Veld, wordt het model iets slechter.

STAT_KAL-PEST7A.RUN

Pest6a + de verticale doorlatendheid in laag 4 (KV) krijgt bandbreedte factor 0,02-5

Valt tegen, weinig verschil met pest6a

STAT_KAL-PEST8A.RUN

Pest6a + het doorlaatvermogen Valt tegen, weinig verschil met van de Maas (zit in modellagen 1 pest6a t/m 4) krijgt bandbreedte factor 0,1-5

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 41/67

KALIBRATIE

INHOUD

RESULTAAT

STAT_KAL-PEST9A.RUN

Pest6a + het doorlaatvermogen van alle waterlopen krijgt bandbreedte factor 0,1-5

Valt tegen, weinig verschil met pest6a

STAT_KAL-PEST10A.RUN

Pest6a + de verticale Valt tegen, weinig verschil met doorlatendheid (KV) van HLC en pest6a BXK1 in laag 1 en WAK1 in laag 3 is aangepast met bandbreedte factor 0,2-5

AANPASSING MODEL (INIT_STAT_50_VERSIE3.RUN) STAT_KAL-PEST11.RUN

Pest6a + pest7a + pest8a + pest10a

Valt tegen, weinig verschil met pest6a/pest14

STAT_KAL-PEST12.RUN

Pest6a + pest7a + pest10a

Valt tegen, weinig verschil met pest6a/pest14

STAT_KAL-PEST13.RUN

Pest6a met groepering van formaties

Meer resultaat, net zoals bij pest6a, maar samenvoegen van formaties lijkt niet voordelig te zijn

STAT_KAL-PEST14.RUN

Pest6a

Meeste resultaat, net zoals bij pest6a, vooral in het zuiden van Arcen flinke verbetering

STAT_KAL-PEST15.RUN

Pest14 maar dan waterlopen uit SOBEK er helemaal goed in

Meeste resultaat, net zoals bij pest6a, zowel in het zuiden als in het noorden van Arcen flinke verbetering

LOKALE PEILBUIZEN IN DE KALIBRATIE In de eerste paar kalibratieruns zijn alle lokale peilbuizen meegenomen. Echter, alleen de peilbuizen bij de Lingsforterbeek lijken betrouwbaar. De andere reeksen zijn namelijk te kort om een indicatie te geven over de betrouwbaarheid hiervan en zijn dus niet te gebruiken (zie Figuur 2-9). Vanaf pest6a zijn deze peilbuizen nog wel meegenomen in de kalibratieset, maar zijn ze met grijs als onbetrouwbaar gemarkeerd. Als deze peilbuizen later aangevuld worden of als er meer informatie bekend is, is het mogelijk dat ze weer volledig gebruikt worden in de kalibratieset. Bij de laatste kalibratiestap (vanaf pest11) zijn ze er echter voor nu volledig uitgehaald.

5.1.1

PEST1 – PEST4: KALIBRATIE MET KHV

Met behulp van de gevoeligheidsanalyse is bepaald welke parameters geschikt zijn voor aanpassing om zo te komen tot een beter presterend model. Het aanpassen van de horizontale doorlatendheid (KHV) heeft hierbij de hoogste prioriteit gekregen. In deze kalibratieruns wordt telkens per geologische formatie een bandbreedte van vermenigvuldigingsfactoren gegeven waarbinnen de KHV aangepast mag worden. De geologische formaties die worden aangepast zijn de Formaties van Beegden en Peize-Waalre aangezien deze het grootste deel van het watervoerende pakket boven de Venloklei omvatten. RESULTAAT De resultaten van deze kalibratieruns zijn vergeleken met het initiële stationaire model (init_stat_50.run) maar de resultaten vallen tegen. Er zijn weinig peilbuizen rondom het focusgebied (het nieuwe waterkeringstraject in Figuur 2-1). Verder zijn de modelwaarden van de peilbuizen die er zijn slechter of ze blijven ongeveer hetzelfde.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 42/67

5.1.2

AANPASSING VAN HET STATIONAIR MODEL (V.2)

KALIBRATIESET AANPASSEN Om meer aandacht naar het focusgebied te brengen, zijn een aantal peilbuizen aan de kalibratieset toegevoegd. Ook zijn een aantal peilbuizen waarvan de reeksen niet optimaal zijn of die iets verder van Arcen vandaan liggen uit de kalibratieset gehaald. Omdat er binnen het projectgebied nog steeds weinig peilbuizen liggen, worden ook peilbuizen die recentelijk binnen het projectgebied zijn geplaatst meegenomen (zie Figuur 2-8). De volgende afbeelding geeft een overzicht van de peilbuizen die in de vorige kalibratiestap zijn meegenomen (oranje) en de peilbuizen die nu worden meegenomen (blauw).

Figuur 5-1: Overzicht verwijderde en nieuwe peilbuizen voor de kalibratie

WATERLOPEN AANPASSEN Met input vanuit het SOBEK-model is IBRAHYM verder geactualiseerd (zie hoofdstuk 3.4). RESULTAAT Onderstaande afbeeldingen tonen het resultaat van de nieuwe modelversie (init_stat_50_versie2.run). Deze versie geeft duidelijk meer inzicht in de modelresultaten rondom Arcen. In het noorden van Arcen (bij Veld) liggen de modelwaarden erg dicht bij de metingen (0,07 & 0,22 & 0,15) . In het centrum en zuiden van Arcen zijn de modelwaarden lager dan de metingen.

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 43/67

Figuur 5-2: Residukaart laag 1 (in m) bij initiële run met andere peilbuizen (versie2)

Figuur 5-3: Residukaart laag 2-4 (in m) bij initiële run met andere peilbuizen (versie2)

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 44/67

5.1.3

PEST5 EN PEST6

De resultaten van deze kalibratieruns zijn vergeleken met het stationaire model (init_stat_50_versie2.run) maar de resultaten vallen nog steeds tegen. Deze versie van het model geeft meer inzicht in het focusgebied en laat zien dat de twee bovenstaande kalibraties weinig doen (zie bijvoorbeeld de resultaten van pest6 in Figuur 5-4 en Figuur 5-5).

Figuur 5-4: Verschilkaart laag 1 (in m) bij kalibratie run pest 6

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 45/67

Figuur 5-5: Verschilkaart laag 2-4 (in m) bij kalibratie run pest 6

5.1.4 AANPASSING KALIBRATIE METHODE - SCALING METHODIEK Voor de kalibratie hebben we de schalingsoptie PE_SCALING op 2 gezet. Hierdoor schaalt het optimalisatiealgoritme de parameters zodanig dat ze dezelfde orde van grootte hebben. Dit heeft een positief effect op de performance van het algoritme. Verder wordt er ook gebruik gemaakt van zogenaamde eigenwaarde decompositie. Simpel gezegd zorgt deze methode ervoor dat parameters die sterk gecorreleerd zijn min of meer worden samengevoegd. Het schattingsalgoritme neemt vervolgens alleen die combinatie van parameters mee die voor de grootste verbetering zorgen.

5.1.5

PEST6A – PEST10A

De resultaten van deze kalibratieruns zijn weer vergeleken met het stationaire model (init_stat_50_versie2.run). Kalibratie pest6a toont nu veel verandering (zie Figuur 5-6 en Figuur 5-7). Vooral in het zuiden van ons focusgebied verbetert het model significant (tot ruim 40 cm). Het centrum van Arcen blijft nagenoeg gelijk en in het noorden, bij Veld, wordt het model iets slechter (circa 12 cm). Echter, de kalibratie lijkt vooral te focussen op de drie zuidelijke peilbuizen en een aantal westelijke peilbuizen; welke allen niet in ons focusgebied liggen (rode cirkels in Figuur 5-7). Verder vallen de resultaten van de andere kalibratieruns tegen. Vergeleken met kalibratie pest6a is er niet veel verschil, terwijl de modelaanpassingen fors zijn.

Figuur 5-6: Verschilkaart laag 1 bij kalibratie run pest6a

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 46/67

Figuur 5-7: Verschilkaart laag 2-4 (in m) bij kalibratie run pest6a

5.1.6 AANPASSING VAN HET STATIONAIR MODEL (V.3) ZANDWINPLAS CORRECT TOEVOEGEN Vervolgens is nog een aanpassing aan het initiële model gedaan (init_stat_50_versie2.run). De zandwinplas ten noorden van Arcen zit niet goed in het model. De infiltratiefactor van de plas is 0, waardoor de plas niet kan infiltreren. Hierdoor doet de plas in grote delen helemaal niets. Maar deze plas zal niet droogvallen en daardoor wel in contact moeten staan met het grondwater. Verder was de KHV ten plaatse van de plas overal 0. De infiltratiefactor en de KHV zijn aangepast. De KHV is heel hoog gezet, omdat er eigenlijk geen ondergrond is (de plas loopt over de hele diepte van de laag). Ook is de weerstand aangepast. Deze nieuwe model versie heet init_stat_50_versie3.run. RESULTAAT De resultaten van deze nieuwe modelversie zijn vergeleken met de vorige versie van het stationaire model; init_stat_50_versie2.run (zie Figuur 5-8 en Figuur 5-9). De gemodelleerde grondwaterstand rondom de plas, ten noorden van Arcen stijgt aanzienlijk (circa 50 cm). De fout ten opzichte van de metingen neemt dus af. Rond Veld, in het noorden van ons focusgebied, stijgt de grondwaterstand ook, maar hierdoor doet het model het iets slechter. Wel zit de huidige situatie nu realistischer in het model, waardoor het een goede verbetering is. De grondwaterstand in het centrum van Arcen verbetert een klein beetje (1 à 2 cm).

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 47/67

Figuur 5-8: Residukaart laag 1 (in m) bij initiële run (versie3)

Figuur 5-9: Residukaart laag 2-4 (in m) bij initiële run (versie3)

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 48/67

5.1.7

PEST11 – PEST14

De resultaten van deze kalibratieruns zijn weer vergeleken met het stationaire model (init_stat_50_versie3.run). De gecombineerde kalibratieruns laten nog steeds zien dat de KHV aanpassen tot forse modelveranderingen leidt (pest14) maar dat de overige modelaanpassingen weinig verschil laten zien (pest11 en pest12). Verder laat het zien dat het groeperen van de formaties wel degelijk leidt tot betere resultaten (pest14 ten opzichte van pest13). Verder zijn de zuidelijke peilbuizen bij Arcen flink verbeterd ten opzichte van de andere kalibratieruns (Figuur 5-11).

Figuur 5-10: Verschilkaart laag 1 (in m) bij kalibratie run pest14

WSL065 – Geohydrologische analyse DR65-2021Z36129-WSP_30-03-2023-Geohydrologie-A02.01-systeemanalyse Waterschap Limburg

WSP / Kragten 30-03-2023 pagina 49/67

Figuur 5-11: Verschilkaart laag 2-4 (in m) bij kalibratie run pest14

5.1.8 PEST15 De resultaten van deze kalibratieruns zijn weer vergeleken met het stationaire model (init_stat_50_versie3.run) en met pest14. Vergeleken met init_stat_50_versie3 is het model rondom Arcen bij deze kalibratie verbeterd, net zoals bij pest14. Vergeleken met pest14 doet het model het nu beter in het noorden van Arcen, bij Veld. In het zuiden van Arcen wordt het model droger, maar zijn de waarden van de 2 peilbuizen samen ongeveer hetzelfde. Het centrum van Arcen blijft ongeveer hetzelfde.