Dimmie Hendriks - Deltares Public Wiki

Methodiek voor het bepalen van de interactie
tussen grondwater en oppervlaktewater
Casestudie 't Merkske
Dimmie Hendriks - [email protected]
6 november 2009
Inhoud
1. Inleiding
2. Methodiek
3. Beschrijving stroomgebied
4. Geohydrologisch model
5. Bepalen grenswaarden basisafvoer
6. Resultaten: vergelijken scenario’s
7. Conclusies en aanbevelingen
June 20 2008
Inleiding
KRW stelt dat een goede toestand van grondwater vereist is voor:
• behoud goede toestand oppervlaktewater
• behalen milieudoelstellingen oppervlaktewaterlichamen
Momenteel:
• geen methodiek
• weinig studies naar effect grondwater op oppervlaktewater (beken)
• geen grenswaarden voor minimale basisafvoer bekend
Doel van onze studie:
• ontwikkelen methodiek
• inzicht krijgen in effect grondwater op oppervlaktewater (beken)
• grenswaarden minimale basisafvoer (ecologie!!)
• invloed menselijke ingrepen en klimaat op basisafvoer
 pilotstudie in stroomgebied van ’t Merkske
June 20 2008
Inleiding
environmental flow needs (EFN): “de complete range van
variaties in het hydrologisch regime van een waterloop en de
daarmee samenhangende karakteristieken (timing, duur,
frequentie en snelheid van de veranderingen) die nodig zijn voor
het in stand houden van de gewenste ecologische toestand in en
rond de waterloop” (Richter, 1997).
basisafvoer is één aspect van EFN
• minimale stroomsnelheid
• watervoerendheid / droogval
belangrijk voor ecologie
en chemie in beek
grenswaarden??
June 20 2008
Inleiding
Basisafvoer ~ opkwellend grondwater
 veranderingen in grondwater hebben
effect op basisafvoer, stroomsnelheid en
watervoerendheid / droogval.
Menselijke ingrepen veranderen grondwatertoestand:
•
•
•
•
ontwatering dmv sloten / aanleg drainage
verdiepen / rechttrekken waterlopen
drinkwater- en industriële onttrekkingen
beregening
Verandering klimaat verandert grondwatertoestand:
•
•
•
toename / afname neerslag
toename / afname verdamping
indirect: toename beregening en onttrekkingen
June 20 2008
??
effect op
basisafvoer
??
Methodiek
Gevolgde stappen (deels gebaseerd op eerder onderzoek)
1.
Verzamelen hydrogeologische gebiedskennis
2.
In kaart brengen menselijke ingrepen
3.
Verzamelen afvoerdata en bepalen basisafvoer
4.
Creëren en toetsen van grondwatermodel
5.
Bepalen minimale basisafvoer m.b.t. ecologische doelstellingen
(meerdere schalen)
6.
Definiëren toekomstscenario’s
7.
Berekenen basisafvoer voor onverstoorde toestand, huidige situatie en
toekomstscenario’s (meerdere schalen)
8.
Vergelijken basisafvoer in onverstoorde toestand, huidige situatie en
toekomstscenario’s met grenswaarden (meerdere schalen)
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
Formatie van Twente
topografie
geologische opbouw: lokaal en regionaal
morfologie & bodem
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
 permanent langzaam stromende bovenloop op zand (beektype R4)
• basisafvoer ~ kwelstroom uit het diepe grondwater
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
• permanent langzaam stromende bovenloop op zand (beektype R4)
 basisafvoer ~ kwelstroom uit het diepe grondwater
regionaal grondwatersysteem
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
menselijke ingrepen
 normalisatie waterlopen
• stelsel van tertiaire waterlopen voor drainage landbouwgebieden
• drinkwateronttrekkingen net buiten gebied
• zomerperiode: beregening vanuit grondwater
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
menselijke ingrepen
• normalisatie waterlopen
 stelsel van tertiaire waterlopen voor drainage landbouwgebieden
• drinkwateronttrekkingen net buiten gebied
• zomerperiode: beregening vanuit grondwater
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
menselijke ingrepen
• normalisatie waterlopen
• stelsel van tertiaire waterlopen voor drainage landbouwgebieden
 drinkwateronttrekkingen net buiten gebied
• zomerperiode: beregening vanuit grondwater
drinkwater-o nttrekkingen
beregenings-o nttrekkingen
ho o fdwaterlo pen (legger)
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
menselijke ingrepen
• normalisatie waterlopen
• stelsel van tertiaire waterlopen voor drainage landbouwgebieden
• drinkwateronttrekkingen net buiten gebied
 zomerperiode: beregening vanuit grondwater
drinkwater-o nttrekkingen
beregenings-o nttrekkingen
ho o fdwaterlo pen (legger)
June 20 2008
Beschrijving Merkske stroomgebied
Huidige klimaat (2004 – 2008)
• effectieve neerslag: 650 mm
• gewasverdamping: 270 mm
• gemiddelde afvoer: 0.636 m3/s
June 20 2008
grondwateraanvulling: 380 mm
Beschrijving Merkske stroomgebied
Toekomstige klimaat (W+ scenario 2100)
• effectieve neerslag: 565 mm
• gewasverdamping: 285 mm
grondwateraanvulling: 280 mm
• ook: vaker droge zomers en vaker extreme buien
• gemiddelde afvoer: ??
June 20 2008
100 mm
minder!!
Bepalen basisafvoer
Voor basisafvoer is Q95-waarde van het jaar gebruikt
(Kloppmann et al., 2006, Martin et al., 2005; Ward and Fitzsimons, 2008)
Q95-waarde = gemiddelde afvoer van 7-daagse periode met laagste afvoer
Voor ‘t Merkske (2004 – 2008) ~ 0.1 m3/s
June 20 2008
Geohydrologisch model
• MODFLOW
• 2 modellagen; 1 scheidende laag
• topografie
• grondwateraanvulling, evaportanspiratie
• onttrekkingen en beregening (40 dagen)
• waterlopen: breedte en diepte
• drainage
• oppervlakkige afstroming
• inslingerfase + 365 dagen
drinkwater-o nttrekkingen
beregenings-o nttrekkingen
ho o fdwaterlo pen (legger)
June 20 2008
Bepalen grenswaarden basisafvoer
EFN grenswaarden gebaseerd op gewenste ecologische situatie
•
Afleiding MEP/GEP voor waterlichaam ‘t Merkske
= uitgebreide ecologische systeemanalyse
 referentietype en inschatting ecologisch potentieel
 Merkske = beektype R4: “permanent langzaam stromend op zand”
 grenswaarden stroomsnelheid en waterdiepte (belangrijk voor ecologie)
•
Alternatief: afleiden beektype en grenswaarden m.b.v. HABITAT Toolbox
•
Anders? Inzichten beekecologen?
June 20 2008
Bepalen grenswaarden basisafvoer
beekmorfologie
grenswaarden GEP:
x
- minimale waterdiepte
- minimale stroomsnelheid
breedte
gebied
minimale
min.
max.
waterdiepte
(m)
(m)
(m)
hoofdstroom (Merkske)
3
5
deelstroomgebied
2
0.25
subgebied bovenstrooms
June 20 2008
minimale
minimale afvoer bij
stroomsnelheid min. breedte max. breedte
0.02
(m s-1)
0.03
(m3 s-1)
0.0018
(m3 s-1)
0.003
4
0.02
0.03
0.0012
0.0024
1
0.02
0.03
0.00015
0.0006
Bepalen grenswaarden basisafvoer
Merkske stroomgebied
subgebied 1
deelstroomgebied 1
deelstroomgebied 2
subgebied 2
waterlopen:
primaire
secundaire
Vmin =0.03 m/s
3-5m
Vmin =0.03 m/s
Qmin :
3
0.0018 - 0.003 m /s
Qmin :
3
0.0012 - 0.0024 m /s
June 20 2008
Vmin =
0.03 m/s
0.25 - 1 m
2-4m
Qmin :
tertiaire
0.00015 - 0.0006 m 3/s
minimale
diepte
0.02 m
Modelscenario’s
• onverstoorde en huidige situatie
• met / zonder tertiaire waterlopen en drainage
• met / zonder drinkwateronttrekkingen
• met / zonder beregening
• met / zonder klimaatverandering
• verhoging onttrekkingscapaciteit (drinkwater en beregening)
intensieve drainage
(tertiaire waterlopen)
onverstoorde situatie
-huidige situatie
X
scenario 1
X
scenario 2
X
scenario 3
X
scenario 4
X
scenario 5
X
scenario 6
X
scenario 7
X
scenario 8
X
scenario 9
X
June 20 2008
onttrekkingen
3Xhuidige
drinkwater beregening onttrekkingen
---X
X
----X
----X
---X
X
---X
---X
X
---X
jaar en
klimaatsc.
2005
2005
2005
2005
2005
2050 W+
2050 W+
2050 W+
2100 W+
2100 W+
2100 W+
Resultaten: verlaging basisafvoer
Huidige situatie t.o.v. onverstoorde situatie
• 25-35% verlaging t.g.v. drainage
• 5% verlaging t.g.v. beregeningen
• 5% verlaging t.g.v. drinkwateronttrekkingen
Toekomstige situatie t.o.v. huidige situatie
• 33% verlaging in 2050 bij W+ scenario
• 45% verlaging in 2100 bij W+ scenario
• 30% verlaging bij 3X huidige onttrekking
(beregeningen en drinkwater)
June 20 2008
Resultaten basisafvoer
Afname uitstroming grondwater: varieert ruimtelijk
onttrekkingen
a) ten gevolge van onttrekkingen
a) ten gevolge
van klimaatverandering
(W+ 2100)
klimaat:
W+
2100
June 20 2008
Resultaten basisafvoer
vergelijking met EFN grenswaarden basisafvoer
Merkske stroomgebied
subgebied 1
deelstroomgebied 1
deelstroomgebied 2
subgebied 2
June 20 2008
Conclusies casestudie Merkske
•
Verlaging basisafvoer tgv drainage relatief groot
•
Effect onttrekkingen (drinkwater en beregening) relatief klein
•
Klimaatverandering kan leiden tot sterke verlaging basisafvoer
•
Huidige ecologische eisen hoofdwaterloop waarschijnlijk niet in gevaar
•
Op kleinere schaal ecologische eisen wel in gevaar!!
droogval en lage stroomsnelheden in secundaire en tertiare waterlopen
June 20 2008
Discussie en aanbevelingen
•
Effect beregening groter in andere gebieden  onderzoek Perry de Louw
•
Ook meenemen in analyse: effecten normalisering en uitdiepen beek
•
Koppeling aan oppervlaktewatermodel  verfijning analyses
•
Bepalen preciese herkomst basisafvoer a.h.v. veldonderzoek, stroombanen-analyse
•
Werkelijke historische situatie hydrologie en ecologie?
•
Onderzoeken effect verlaging basisafvoer op chemische toestand beekwater
(diep grondwater is relatief schoon)
•
Opstellen algemene grenswaarden basisafvoer mbt ecologie
 samenwerken met zoetwater-ecologen
•
Is dit een werkbare methodiek voor waterbeheerders? Wat kan/moet anders?
•
Quickscan-methode ontwikkelen?
June 20 2008
Bedankt voor
uw aandacht!