KWR November 2013 Haalbaarheid HDDW op winveld Rodenhuis

KWR 2013.096 | November 2013

Haalbaarheid HDDW op winveld Rodenhuis Verkenning van technische en financiële haalbaarheid van Horizontal Directional Drilled Wells op winveld Rodenhuis

KWR 2013.096 | November 2013

cc

KWR 2013.096 | November 2013

cc

Haalbaarheid HDDW op winveld Rodenhuis Verkenning van technische en financiële haalbaarheid van Horizontal Directional Drilled Wells op winveld Rodenhuis

KWR 2013.096 | November 2013

Opdrachtnummer T550023 Projectmanager ir. Jan Willem Kooiman Opdrachtgever Oasen NV Kwaliteitsborger(s) Dr.ir. W.J. Zaadnoordijk Auteur(s) ir. D.G. (Gijsbert) Cirkel drs. A. (Annemieke) van Doorn ir. R. (Ruben) Rothuizen (Visser & Smit Hanab) Verzonden aan

Jaar van publicatie 2013

PO Box 1072 3430 BB Nieuwegein The Netherlands

Meer informatie T E

734 [email protected]

T F E I

+31 (0)30 60 69 511 +31 (0)30 60 61 165 [email protected] www.kwrwater.nl

KWR 2013.096 | November 2013 © KWR Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

KWR 2013.096 | November 2013

Haalbaarheid HDDW op winveld Rodenhuis

2

KWR 2013.096 | November 2013


Samenvatting

De onttrekkingsputten op winveld Rodenhuis naderen met 40 jaar het einde van hun levensduur. Oasen heeft het voornemen deze putten te vervangen en overweegt tevens de configuratie van het winveld aan te passen. Om dit mogelijk te maken is extra grond aangekocht. Om de inrichting van het winveld te optimaliseren zijn een drietal hoofdvarianten onderzocht. Het gaat hierbij om: (1) de huidige configuratie, (2) een variant met 35 verticale putten verspreid over de nieuw aangekochte grond en (3) een variant met 5 HDDW’s (Horizontal Directional Drilled Wells) en met HDD geboord leidingwerk. Van elk van deze varianten zijn op hoofdlijnen de effecten op de stijghoogte bepaald en vergeleken. Verder zijn de kosten (Total Cost of Ownership) van de varianten in beeld gebracht en is in beeld gebracht wat de consequenties van de varianten zijn voor o.a. bedrijfsvoering, leveringszekerheid en afvalwaterstromen. Uit de analyse blijkt dat qua stijghoogteverandering een configuratie met verspreid staande verticale putten (scenario 2) alleen haalbaar is als de putten zeer dicht op de huidige raai komen te liggen. Het verschil met de huidige configuratie wordt hiermee gering en biedt geen kostenvoordeel. Uitvoering van het winveld met HDDW (scenario 3) geeft eveneens te grote stijhoogteveranderingen op de eigendomsgrenzen als de HDDW’s binnen 90 meter en parallel aan de huidige puttenrij worden geplaatst. Een met de huidige configuratie vergelijkbaar stijghoogtepatroon treedt pas op als de HDDW’s op één lijn direct langs de huidige verticale putten worden gelegd. Daarnaast is de HDDW variant qua aanlegkosten duurder dan de aanleg volgens de huidige configuratie. De jaarlijks terugkerende kosten zijn echter voordeliger, uitgaande van een vergelijkbaar verstoppingsverloop. Deze laatste aanname is echter zeer onzeker door het geringe effect van schakelen, de hogere snelheid op de boorgatwand en de grotere kans op initiële verstopping van de putten bij gebruik van een bentoniet spoeling. Ten aanzien van het door zetting vervangen van de ruwwaterleidingen is deze variant wel voordeliger.

3

KWR 2013.096 | November 2013


Bij aanleg, ontwikkelen en regenereren van de verhoudingsgewijs grote HDDW’s komen forse hoeveelheden water vrij, die geloosd moeten worden op het oppervlaktewatersysteem. Op basis van de legger van het waterschap zijn hiervoor geen belemmeringen qua kwantiteit te verwachten. Ook kwalitatief zijn er waarschijnlijk geen belemmeringen voor het spuien na een beluchting en beperkte filtratie. Wel moet de zogenaamde ‘first flush’ met een hoog aandeel boorspoeling bij de HDDW boringen worden opgevangen en afgevoerd. De variant met 5 HDDW’s en HDD ruwwaterleidingen biedt voordeel ten aanzien van onderhoud door het geringere aantal putkoppen, pompen en afsluiters. Wel is deze variant de meest kwetsbare ten aanzien van leveringszekerheid. Bij uitval van twee productiemiddelen moeten de overgebleven putten continue op maximale capaciteit draaien om aan de norm van 2000 m3/uur te kunnen voldoen. Aanleg van een extra HDDW resulteert echter in grote overcapaciteit en verhoudingsgewijs hoge aanlegkosten. Concluderend kan gesteld worden dat als wordt afgeweken van de huidige configuratie, uitvoering van het winveld met HDDW een realistisch, maar duurder alternatief vormt voor uitvoering met conventionele verticale putten. Maar dat wel met de provincie onderhandeld moet worden over de veranderingen in stijghoogtepatronen direct rond het winveld Als hiertoe wordt besloten is het belangrijk om een gedetailleerd hydrologisch model te maken van het puttenveld om de stijghoogteveranderingen goed in beeld te brengen en de aanleg en ontwikkeling van HDDW’s gefaseerd en zo goed mogelijk in te passen in de bedrijfsvoering van het winveld. Ook moet de aanlegmethode in meer detail worden beschouwd en worden afgewogen. Tenslotte moet vooraf zekerheid zijn over de technische en financiële haalbaarheid van de beluchting en filtratie van het te spuien grondwater tijdens schoonpompen.

4

KWR 2013.096 | November 2013

5


Inhoud

1

Inleiding

6

1.1 1.2

6

1.3

Renovatie winveld Rodenhuis Horizontal Directional Drilled Wells op winveld Rodenhuis? Doelstelling en opzet van de studie

1.4

Onderzoeksvragen

7

2 2.1

Winveld Rodenhuis Algemeen

8 8

2.2 2.3

9

2.4

Hydrogeologie Herkomst en hydrochemische eigenschappen opgepompt grondwater Productie

3 3.1 3.2

Beschrijving winvarianten Randvoorwaarden Variant 1 Vervanging putten conform huidige

12 12

3.3 3.4 3.5

configuratie Variant 2 Verspreide verticale putten Variant 3 Winveld met 5 HDDW’s Variant 4 (PM) Combinatie verticale putten en

12 12 12

HDDW (overgang naar een HDDW winveld)

14

4 4.1

Vergelijking winvarianten Verkenning hydrologische effecten

15 15

4.2 4.3 4.4

Aanlegrisico’s, Bedrijfsvoering en bedrijfszekerheid Omgevingsaspecten Theoretische kostenvergelijking

17 21 24

5 5.1 5.2

Conclusies en aanbevelingen Beoordeling Varianten Beantwoording van de onderzoeksvragen

25 25 26

5.3

Aanbevelingen

27

6

Literatuur

28

6 6

10 10

KWR 2013.096 | November 2013


1 Inleiding

1.1

Renovatie winveld Rodenhuis

Een aantal onttrekkingsputten op winveld Rodenhuis naderen met 40 jaar het einde van hun levensduur. Oasen wil deze putten op korte termijn gaan vervangen. Daarnaast wordt de huidige configuratie, gezien de zeer geringe onderlinge afstand tussen de putten, als niet ideaal gezien. Om de afstand tussen de winputten te kunnen vergroten en natuur te kunnen ontwikkelen in het tussengelegen gebied heeft Oasen recent extra grond verworven. Voorafgaand aan de herinrichting van het winveld wil Oasen verkennen of de putten vervangen dienen te worden door conventionele verticale putten in een ten opzichte van de huidige situatie meer verspreide configuratie, of dat inzet van horizontale winmiddelen operationeel en financieel voordeel kan bieden. 1.2 Horizontal Directional Drilled Wells op winveld Rodenhuis? De afgelopen jaren zijn door intensieve samenwerking tussen ondermeer drinkwaterbedrijven, V&SH en KWR grote stappen gezet in de ontwikkeling van horizontale putfilters, aangelegd door middel van Horizontaal gestuurd boren. Deze nieuwe wintechniek, Horizontal Directional Drilled Well (HDDW) genoemd, is per stuk duurder, maar kan mogelijk op het schaalniveau van het winveld goedkoper zijn in aanleg en onderhoud, omdat er minder putten en leidingen nodig zijn. Daarnaast is het wellicht mogelijk kosten te besparen door de ruwwaterleiding ook als horizontaal gestuurde boring uit te voeren en te funderen in de onderliggende zandlaag. In de huidige situatie moet namelijk iedere 20 jaar groot onderhoud uitgevoerd aan het leidingnet als gevolg van bodemdaling. Hoewel HDDW inmiddels op kleine schaal is toegepast voor dijkstabilisatie (Livedijk XL Noorderzijlvest) en voor gietwateropslag (freshmaker pilot Zeeland) zijn grootschalige HDDW toepassingen voor de drinkwatervoorziening vooralsnog niet van de grond gekomen. Dit onderzoek biedt goede kansen voor Oasen om als launching customer op te treden voor de innovaties die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld. Zo helpt ze een afzetmarkt creëren en kan ze een voorbeeldfunctie vervullen richting andere partijen. Voorwaarde hierbij is operationeel en kostentechnisch voordeel ten opzichte van conventionele verticale putten en voldoende leveringszekerheid. 1.3

Doelstelling en opzet van de studie

De doelstelling van de studie is als volgt:

Stel vast of het vervangen van de huidige verticale putten door HDDW’s zowel technisch operationeel als financieel haalbaar is op winveld Rodenhuis.

De uitkomsten van de studie zijn voor Oasen bepalend voor het wel of niet verder investeren in de ontwikkeling van horizontale winmiddelen (i.e. HDDW) op winveld Rodenhuis.

6

KWR 2013.096 | November 2013


Voor de vaststelling van de haalbaarheid van HDDW worden een viertal varianten onderzocht. Variant 1. Vervanging verticale putten en huidige ruwwaterleidingen op zelfde locatie. Deze variant dient alleen als referentie van de huidige situatie. Oasen beschouwt deze variant niet een als wenselijke optie voor de toekomst. Variant 2. Vervanging verticale putten en huidige ruwwaterleidingen; waarbij een deel van de putten op een nieuw winveld wordt aangelegd, ten noorden van het huidige winveld. Variant 3. Vervanging verticale putten en ruwwaterleidingen door HDDW’s met bijbehorend leidingwerk (deels middels HDD uitgevoerd, deels in open ontgraving). Variant 4. (PM) Hybride variant/ overgangsfase: Combinatie van HDDW en verticale putten in het huidige winveld. De studie richt zich hierbij in eerste instantie op de lange termijn; i.e. als het winveld volledig is gerenoveerd. Als deze studie positief uitvalt, kan vervolgens worden gekeken of het verantwoord is om te investeren in de aanleg van één HDDW in het oosten van het winveld. Vraag hierbij is ook hoe de HDDW’s in te passen in de overgangsfase wanneer zowel HDDW’s als conventionele verticale putten actief zijn (variant 4). 1.4

Onderzoeksvragen

Binnen het onderzoek worden de volgende deelvragen uitgewerkt: Technische deelvragen: 1: Hoeveel HDDW’s zijn nodig en met welke dimensies? 2: Hoe moet het leidingnetwerk lopen bij aanleg van HDDW’s en met welke dimensies? 3: Wat zijn de geohydrologische effecten van configuraties met verspreide verticale putten of HDDW ten opzichte van de huidige putconfiguratie 4: Wat zijn de effecten van boorputontwikkeling (lozen van boorvloeistof) op de kwaliteit van het oppervlaktewater in de omgeving? Deelvragen met betrekking tot de afweging van varianten: 5: Wat zijn de kosten van een configuratie met HDDW versus de configuraties met verticale putten? 6: Zijn voor HDDW aanvullende vergunningen nodig in vergelijking met de bestaande verticale putten? 7: Wat zijn de risico’s voor bedrijfszekerheid van een HDDW versus verticale putten? Belangrijke randvoorwaarde bij de beoordeling van de varianten is dat, vanuit de vergunningsvoorwaarden, de hydrologische effecten van de herinrichting van het winveld op de nieuwe eigendomsgrenzen gelijkwaardig of kleiner moeten zijn dan bij de huidige configuratie.

7

KWR 2013.096 | November 2013


2 Winveld Rodenhuis

2.1

Algemeen

Zuiveringsstation Rodenhuis en het bijbehorende winveld is de grootste productielocatie van Oasen en is sinds 1968 in bedrijf. Op de productielocatie wordt circa 12-13 miljoen m3 water per jaar geproduceerd. De vergunning van het winveld langs de provinciale weg is 15 miljoen m3/jr. Winveld Rodenhuis is een zogenaamde oeverfiltraat winning. In het geval van Rodenhuis gaat het om het winnen van uit de lek geïnfiltreerd rivierwater. Het op zuiveringsstation Rodenhuis geproduceerde drinkwater wordt geleverd aan voorzieningsgebied Gouda.

Figuur 1 Winputten bij zuiveringsstation Rodenhuis

8

KWR 2013.096 | November 2013

2.2


Hydrogeologie

2.2.1 Beknopte hydrogeologische beschrijving De ondergrond bij winveld Rodenhuis wordt gekenmerkt door een holocene deklaag van circa 10 meter dikte bestaande uit lagen klei en veen. Lokaal worden deze lagen doorsneden door met zand opgevulde oude rivierlopen. Onder de holocene deklaag bevindt zich een 3040 meter dik pakket grof zand en grind uit het midden tot laat pleistoceen (Formatie van Kreftenheije, Formatie van Sterksel). Hieronder bevindt zich een ca. 16 meter dikke kleilaag van de Formatie van Waalre. Onder de kleilagen van de formatie van Waalre bevindt zich het tweede watervoerende pakket bestaande uit zanden van de Formatie van Peize-Waalre. De hydrologische basis wordt gevormd door de formatie van Maassluis op een diepte van circa 120 m.

Figuur 2 Schematische doorsnede van de ondergrond bij winveld Rodenhuis (bron: Oasen)

2.2.2 Korrelgrootte en doorlatendheid De fluviatiele zanden van het eerste watervoerende pakket variëren van matig grof tot uiterst grof zand met soms een belangrijke bijmenging van grind. De zandmediaan is variabel en varieert tussen ca. 200 en 500 µm. Op basis van de flowmetingen lijkt een aanzienlijk deel van de instroming plaats te vinden in het bovenste deel (formatie van Kreftenheije) van het watervoerende pakket. De gemiddelde doorlatendheid van het watervoerende pakket is circa 80 m/d, meer gedetailleerde gegevens over de doorlatendheid en anisotropie van de afzettingen binnen het pakket zijn vooralsnog niet beschouwd.

9

KWR 2013.096 | November 2013

2.3


Herkomst en hydrochemische eigenschappen opgepompt grondwater

De putten op winveld Rodenhuis onttrekken een combinatie van infiltrerend rivierwater uit de Lek, water uit de uiterwaard en polderwater in een verhouding van respectievelijk ca. 3:1:1. De leeftijd van het opgepompte grondwater varieert van enkele jaren tot enkele eeuwen. Het merendeel van het grondwater is echter maximaal enkele tientallen jaren oud. De menging van infiltrerend rivierwater met een beperkt deel polderwater komt tot uiting in de ruwwaterkwaliteit (Tabel 2-1). Het door de holocene toplaag geïnfiltreerde polderwater kenmerkt zich door lage sulfaatgehaltes maar verhoogde ammonium en DOC gehaltes. Het infiltrerende rivierwater (Figuur 2) bevat daarentegen sulfaat maar relatief weinig DOC, ammonium en nagenoeg geen ijzer en mangaan. Tabel 2-1 Macroparameters ruwwaterkwaliteit Rodenhuis gemiddeld over de periode 2005-2012 Parameter

Waarde

Eenheid

7.45

-

65.98

mS/m

200.35

mg/l

93.83

mg/l

58.96

mg/l

76.81

mg/l

Mg

10.87

mg/l

Na

53.08

mg/l

4.24

mg/l

1.85

mg/l

0.59

mg/l

pH EGV HCO3

-

Cl

-

SO4 Ca

2-

2+

2+

K

+

+

Fe

2+

Mn

2+

+

NH4

0.93

mg/l

DOC

1.88

mg C/l

2.4

Productie

2.4.1 Configuratie huidig puttenveld Winveld Rodenhuis bestaat uit 35 verticale putten. De putten zijn gepositioneerd op een lijn parallel aan de provinciale weg tussen Bergambacht en Schoonhoven. De putten zijn ontworpen op een capaciteit van circa 80 m3/uur. Doordat de putten de helft van de tijd uitstaan is de gemiddelde capaciteit eveneens de helft met 40 m3/uur. Het puttenveld draait relatief vlak met een piekfactor van 1.4. Een overzicht van de technische eigenschappen van de putten is gegeven in Tabel 2-2. 2.4.2 Putverstopping Het onttrokken water is anaeroob (Tabel 2-1), chemische putverstopping speelt hierdoor onder normale omstandigheden geen rol. Wel treedt er verstopping op met deeltjes. Uit onderzoek door Timmer et al. (2000) blijkt het hierbij te gaan om natuurlijk materiaal (organische stof, kalkdeeltjes en kleideeltjes). Om de capaciteit van de putten op peil te houden worden ze gemiddeld om de drie jaar geregenereerd door te jutteren met waterstofperoxide of chloorbleekloog. Het gaat hierbij om een combinatie van oxidatie van het organisch materiaal en mechanische verwijdering (jutteren) van de minerale deeltjes. Een

10

KWR 2013.096 | November 2013


voorbeeld van een verstoppingsverloop en het effect van regenereren is weergegeven in Figuur 3. Recent zijn door Oasen proeven uitgevoerd met het regenereren van pompputten met behulp van een trilnaald. Uit de eerste resultaten van deze proefnemingen blijkt dat regeneratie door trillen mogelijk is. Verder blijkt het toepassen van de trilnaald op een na ontwikkeling goedgekeurde put nog veel boorspoeling te kunnen verwijderen. Lange termijn resultaten zijn nog niet beschikbaar. Trillen lijkt vooralsnog echter een veelbelovende techniek, met als groot voordeel een reductie in gebruik van chemicaliën en afvalwater (bij waterjetten)

Tabel 2-2 Technische eigenschappen van huidige putten op winveld Rodenhuis Eigenschap

waarde

Eenheid

Lengte stijgbuis

15

m

Lengte filter

30

m

1000

mm

Diameter boorgat Diameter stijgbuis/filter Filterstelling Buis en filter materiaal

500

mm

15 - 45

m-mv

PVC

Omstortingsgrind

0.4 – 0.75

Spleetwijdte filter

0.8 – 1.0

mm

20 - 40

m3/uur/m afpomping

Specifieke volumestroom

mm

Figuur 3 Verloop van het specifiek debiet en het effect van regeneraties (H2O2) voor de huidige pompput P06

11

KWR 2013.096 | November 2013


3 Beschrijving winvarianten

3.1

Randvoorwaarden

Om op een transparante wijze vast te stellen of het vervangen van verticale putten door HDDW’s technisch operationeel en financieel haalbaar is, zijn een aantal winvarianten opgesteld, waarbij steeds uitgegaan van een volledige nieuwbouw situatie. Het gaat hierbij om de volgende varianten:   

Vervanging putten conform huidige configuratie Verspreide verticale putten op nieuw aangekochte percelen Winveld met HDDW op nieuw aangekochte percelen

Ten slotte wordt (indien HDDW technisch en financieel haalbaar is) een overgangs variant beschreven waarbij een deel van de huidige putten wordt vervangen door één HDDW. De genoemde varianten zijn nader beschreven in de volgende paragraaf. Bij het opstellen van de varianten is uitgegaan van jaaronttrekking van 15,0 Mm3 (vergunning capaciteit) voor het gehele winveld en een leveringszekerheidseis van 2000 m 3/uur die ook gehaald wordt bij gelijktijdige uitval van twee winmiddelen. Verder is als uitgangspunt gehanteerd dat de putkoppen binnen het door Oasen aan te kopen deel van de polder komen te liggen. Tenslotte wordt net als in de huidige situatie onttrokken uit het eerste watervoerende pakket. 3.2

Variant 1 Vervanging putten conform huidige configuratie

Bij deze variant worden de 35 huidige putten en het leidingwerk vervangen en teruggeplaatst in de oorspronkelijke configuratie. In deze configuratie staan de putten op een onderlinge afstand van ongeveer 25 meter verspreid over een lengte van bijna een kilometer. Verder is uitgegaan van twee parallelle transportleidingen met een diameter van DN500 aan weerszijden van de verticale putten. De aansluitingen zijn uitgevoerd met een diameter van DN200. Gezien de grondslag is uitgegaan van PE buismateriaal. De putten zijn vormgegeven conform de uitgangspunten in Tabel 2-2. Uitgegaan wordt dat voor de aanleg van deze variant gebruik gemaakt kan worden van de bestaande bruggen en dammen over de sloten. 3.3 Variant 2 Verspreide verticale putten De helft van de 35 verticale putten is in deze variant circa 40 meter naar het noorden verplaatst. De putten worden wederom met DN200 PE leidingen aangesloten op DN500 PE transportleidingen. Het ontwerp van de putten is vergelijkbaar met de huidige putten. Aanleg van een permanente toegangsweg en bruggen/dammen is vooralsnog buiten het ontwerp gehouden. Voor de kostenberekening is uitgegaan van tijdelijke (Treadway) bruggen en een tijdelijke bouw weg. 3.4 Variant 3 Winveld met 5 HDDW’s In eerste instantie is een variant uitgewerkt waarbij de 5 HDDW’s maximaal verspreid waren binnen de eigendomsgrenzen van Oasen. Uit een eerste verkennende hydrologische berekening (zie volgende hoofdstuk) bleek echter al snel dat bij deze configuratie onacceptabele stijghoogtedalingen buiten de perceelsgrens optreden. Om deze reden is het ontwerp aangepast en liggen de meest noordelijke HDDW’s op maximaal 90 meter van de huidige puttenrij. De HDDW’s worden uitgevoerd in DN250 RVS wikkeldraad filtermateriaal (250 meter) en DN250 RVS stijgbuizen (125 meter aan weerszijden). Er is vooralsnog

12

KWR 2013.096 | November 2013


gekozen RVS filtermateriaal omdat filtermateriaal met het gewenste open oppervlakte niet standaard in PVC verkrijgbaar is. Het filtertraject wordt horizontaal geplaatst op een diepte van 18 m-mv. Er wordt uitgegaan van aanleg middels een mantelbuis DN450 HDPE met borstelkop. De diameter van het boorgat bedraagt dan 600 mm. Gebruik van een mantelbuis met borstelkop maakt het mogelijk om de (bentoniet) boorspoeling effectief uit het boorgat te verwijderen en de filtercake op de boorgatwand te beschadigen. Ook wordt uitgegaan van een in situ aangebrachte grind omstorting. De transportleidingen zijn in deze variant zijn uitgevoerd in DN400 PE bij eenzijdige aansluiting van een HDDW en DN500 PE bij de overige transportleidingen. De parallel aan de HDDW’s aangelegde transportleidingen worden aangelegd door middel van acht HDD boringen. De aansluitingen op het zuiveringsstation aangelegd in open ontgraving. Ook in deze variant is aanleg van een permanente toegangsweg en bruggen/dammen is vooralsnog buiten het ontwerp gehouden. Voor de kostenberekening is uitgegaan van tijdelijke (Treadway) bruggen en een tijdelijke bouw weg. Opm.: Door de relatief geringe diameter van de stijgbuizen (DN250) ontstaan vrij hoge stroomsnelheden in de HDDW’s, Hierdoor ontstaan frictieverliezen en daarmee extra afpomping. Uitgaande van een gladde buis moet bij deze diameter rekening worden gehouden met ca. 60 cm frictieverlies bij gemiddelde capaciteit. Of deze extra afpomping acceptabel is hangt af van de initiële afpomping, het verstoppingsverloop en de positionering van de onderwaterpompen. Vergroten van de diameter geeft een sterke reductie van de frictieverliezen (bijv. 24 cm bij DN300), maar heeft consequenties voor de diameter van de mantelbuis en het boorgat en daarmee voor de kosten, die hoger zullen uitpakken. Een groter boorgat heeft echter ook een positief effect op de snelheid op de boorgatwand (Tabel 3-1) en daarmee op het verstoppingsrisico. Als geheel wordt afgezien van een grindomstorting, maar wordt gekozen voor een ‘natuurlijke omstorting’ kan een nog grotere diameter filter en stijgbuis worden ingebracht. Voordeel hiervan is minder frictieverlies en mogelijk eenvoudiger verwijdering van de filtercake door het instorten van het boorgat. Nadeel hiervan is echter een minder stabiel boorgat tijdens het terugtrekken van de mantelbuis. In een vervolgfase moet in meer detail worden ingegaan op deze aspecten Tabel 3-1 Snelheid op de boorgatwand bij de verticale putconfiguratie en de HDDW configuratie. De configuraties voldoen beiden ruimschoots aan de 0.3*Sichart norm (6.15E-04 m/s).

vboorgatwand m/s Verticale putten: •gemiddelde capaciteit

1.18E-04

•maximale capaciteit

2.36E-04

HDDW ( •gemiddelde capaciteit

1.77E-04

•maximale capaciteit

3.93E-04

13

KWR 2013.096 | November 2013


3.5

Variant 4 (PM) Combinatie verticale putten en HDDW (overgang naar een HDDW winveld) In deze rapportage is de overgangsvariant nog niet in detail uitgewerkt. Hiervoor is een analyse nodig van de flexibiliteit van de bedrijfsvoering en een gedetailleerd grondwatermodel om de mogelijke interactie tussen putten te kwantificeren. Uit de analyses in het volgende hoofdstuk blijkt echter wel dat een eerste HDDW het beste in het westen van het winveld aangelegd kan worden.

14

KWR 2013.096 | November 2013


4 Vergelijking winvarianten

4.1

Verkenning hydrologische effecten

4.1.1 Beschrijving modelvarianten Belangrijke randvoorwaarde bij het aanpassen van het type putten en de putconfiguratie is dat de stijghoogtes in het eerste watervoerende pakket niet significant veranderen buiten de in eigendom van Oasen zijnde percelen. Om de effecten van andere putconfiguraties en andere wintechnieken op de stijghoogtes te verkennen is gebruik gemaakt van een bestaand MicroFem model van winveld Rodenhuis. De huidige configuratie is hierin up to date gemaakt qua aantal winputten. Vervolgens zijn twee hoofdvarianten onderzocht. Het gaat hierbij om een variant met verspreid staande verticale putten (zie omschrijving in paragraaf 3.3) en een variant met vijf horizontale putten (HDDW) (zie omschrijving in paragraaf 3.4). De effecten van deze varianten zijn gepresenteerd als verandering ten opzichte met de huidige situatie. Vervolgens is de gevoeligheid van het hydrologische systeem voor de ligging van de horizontale putten onderzocht. 4.1.2 Resultaten verkennende grondwatermodellering Effecten variant 1 Verspreide verticale putten Het naar het noordwesten verplaatsen van 17 van de 35 verticale winputten resulteert ten opzichte van de huidige situatie in een verhoging van de stijghoogtes ten zuiden van de huidige raai en een daling van de stijghoogtes ten noorden van de huidige raai. Beide effectgebieden zijn qua omvang ongeveer gelijk. Ten opzichte van de huidige situatie neemt de stijghoogte in dit scenario lokaal met meer dan 10 cm toe buiten de perceelgrenzen. Effecten variant 2 Winveld met 5 HDDW’s Zoals al aangegeven is gestart met een verkennende hydrologische berekening waarbij met een vijftal HDDW’s. In deze variant liggen twee HDDW’s tot circa 140 meter ten noordwesten van de huidige raai verticale putten. Ondanks dat het toepassen van HDDW in algemene zin een gering positief effect op de stijghoogtes heeft, treden rond de twee noordelijke HDDW’s echter tot buiten de eigendomsgrenzen forse stijghoogte dalingen op. De stijghoogteveranderingen worden in dit scenario bepaald door de ruimtelijke verdeling van de onttrekking, maar ook door het horizontaal in plaats van verticaal onttrekken. Om deze effecten te scheiden zijn een aantal verkennende berekeningen uitgevoerd. Allereerst is de verticale puttenrij vervangen door één lange horizontale bron. De filterlengte is hierbij in beide scenario’s nagenoeg gelijk. Het vervangen van de verticale putten door een virtuele horizontale put over de gehele lengte van de raai resulteert in een geringe stijging van de stijghoogtes over het overgrote deel van de raai, maar een daling van de stijghoogtes in het uiterste noordoosten. Deze daling loopt door tot buiten de perceelgrens. Hiervoor zijn een aantal oorzaken aan te wijzen. Allereerst is de verlaging bij de horizontale put zeer gelijkmatig tot maximaal -4 m tov NAP. De verlaging van de verticale putten is ongelijkmatiger en loopt op tot meer dan -4.5 m tov NAP waar de verticale putten relatief dicht op elkaar staan (Figuur 4). Het aantal verticale putten in het meest noordoostelijke deel van de raai is relatief laag en ook staan deze putten relatief ver van het zwaartepunt van de winning. Als de lengte van de virtuele horizontale put wordt beperkt tot 800 m (inkorten aan de zuidwest en noordoost zijde), kan door het schuiven met het zwaartepunt van de

15

KWR 2013.096 | November 2013


onttrekking een met de huidige configuratie vergelijkbaar of iets milder verlagingspatroon worden verkregen.

Figuur 4 Verlagingspatroon over de puttenraai bij de huidige configuratie met verticale putten (bovenste figuur) en de hypothetische configuratie met één lange horizontale put (onderste figuur)

16

KWR 2013.096 | November 2013


Ten opzichte van de eerste verkennende berekening zijn de HDDW’s vervolgens verschoven en dichter op elkaar gelegd tot een maximale afstand van de buitenste HDDW’s van 90m. Uit deze berekening blijkt dat de stijghoogtedaling ten opzichte van de huidige configuratie op de perceelsgrens ten noorden van de provinciale weg nog steeds te groot is. Significante toenames van de stijghoogtes treden op ter plaatse van de huidige puttenrij en de percelen ten zuiden van de provinciale weg. Bovenstaande berekeningen hebben een quickscan karakter, aanbevolen wordt voor een definitief ontwerp een meer gedetailleerd model op te zetten om de stijghoogte effecten beter in beeld te brengen. Ook kan hierin de afpomping in de filters (van belang voor het inhangen van onderwaterpompen) in meer detail worden onderzocht. 4.2

Aanlegrisico’s, Bedrijfsvoering en bedrijfszekerheid

4.2.1 Aanlegrisico’s De aanleg van verticale putten is een beproefde techniek. De kans op falen tijdens aanleg is dan ook zeer klein. Ook het in open ontgraving aanleggen van leidingwerk kent tijdens de aanleg weinig afbreukrisico’s. HDD is een breed geaccepteerde en al enkele decennia met succes toegepaste boortechniek. Door de grote boorlengte, het horizontaal boren en het gebruik van een mantelbuis zijn de risico’s op instorting van het boorgat en vastlopen van buizen en filters bij HDDW hoger dan bij aanleg van verticale putten. Een goed uitgewerkt contingency plan is dan ook onontbeerlijk. 4.2.2 Bedrijfsvoering algemeen Een horizontale put vertoont qua bedrijfsvoering veel overeenkomsten met een conventionele verticale pompput. Het aansturen van de pompputten is niet wezenlijk anders dan bij de verticale putten, behalve dat het aantal te schakelen pompen kleiner is (10 in plaats van 35). Ook de afwerking aan maaiveld zal niet wezenlijk verschillen van die van conventionele verticale putten. Er zijn echter een aantal verschillen. Allereerst zijn de dimensies aanzienlijk anders. De maximale capaciteit van een verticale put op winveld Rodenhuis bedraagt ca. 80 m3/uur. Voor een beoogde HDDW is dit ca. 670 m3/uur. Deze volumestroom wordt verdeeld over de twee onderwaterpompen in de put, aan beide zijden van de HDDW. Een dergelijke grote capaciteit stelt uiteraard eisen aan de dimensies van de onderwaterpomp en de haalbuis. Daarnaast bevinden de onderwaterpompen en haalbuizen zich in het schuine deel van de put. Het lichten en terughangen van de onderwaterpompen en haalbuizen zal hierdoor een grotere inzet van materieel vergen bij onderhoud en regeneraties. Gezien het bij HDDW geringere aantal putten is de bedrijfsvoering minder flexibel ten aanzien van het uit en aanschakelen van putten, sturing van de volumestroom zal voornamelijk plaatsvinden door het harder en zachter zetten van de (toerengeregelde) onderwaterpompen. De zwaardere, toerengeregelde pompen zullen ook invloed hebben op de huidige stroomvoorziening van het winveld. Mogelijk moet de bekabeling aangepast. 4.2.3 Putverstopping en regeneratie Zoals al aangegeven hebben de putten op winveld Rodenhuis last van verstopping. Deze verstopping wordt veroorzaakt door van nature in het grondwater aanwezige deeltjes (organische stof, kalk, lutum) en ontstaat op de boorgatwand van de putten. Zonder behandeling kan de specifieke capaciteit binnen enkele jaren tot 50% afnemen ten opzichte van de waarde bij oplevering. Door regelmatig (elke 3 jaar) te regenereren met een oxidatiemiddel (chloorbleekloog/waterstofperoxide) en ‘jutteren’ is het probleem beheersbaar. Uit gezamenlijk onderzoek van de bedrijfstak, blijkt dat ook door het schakelen van de putten verstopping kan worden tegen gegaan. Aanpassing van het schakelschema heeft er bijvoorbeeld toe geleid dat de verstopping op winveld Tull en ’t Waal

17

KWR 2013.096 | November 2013


sterk is afgenomen. De huidige kennis over ‘deeltjes verstopping’ is gebaseerd op verticale putten, bestaande regeneratietechnieken zijn dan ook toegesneden op dit type winmiddelen. Bij een keuze voor toepassing van HDDW op winveld Rodenhuis moet dan ook het aspect putverstopping en regeneratie worden meegenomen in de afweging. Hierbij spelen twee vragen: 1.

Kan de manier van aanleg van HDDW’s resulteren in sneller verstoppende putten?

2.

Zijn de huidige regeneratietechnieken geschikt voor horizontale putten?

Om deze vragen te beantwoorden gaan we allereerst wat verder in op de verschillen tussen verticaal en horizontaal geboorde putten. Boorspoeling Een belangrijk verschil tussen een HDDW boring en een conventionele (verticale) boring is het gebruik van boorspoeling additieven bij HDDW boringen. Bij verticale putten is de waterdruk in het boorgat in combinatie met losgeboord materiaal uit klei en veenlagen meestal voldoende voor een stabiel boorgat. Alleen in uitzonderlijke gevallen wordt beperkt gebruik gemaakt van additieven als bentoniet of PAC. Bij een horizontale gestuurde boring is het gebruik van additieven altijd noodzakelijk. De boorspoeling moet in staat zijn om losgeboord materiaal in suspensie te houden, de boorgatwand afpleisteren en voldoende steundruk geven om te voorkomen dat het boorgat instort. Met name de eis van het waterdicht afpleisteren van de boorgatwand is tegengesteld aan de eis die aan een put gesteld wordt (zo schoon mogelijke boorgatwand). De afgepleisterde boorgatwand kan bij onvoldoende verwijdering tijdens ontwikkelen resulteren in een te lage capaciteit bij oplevering en mogelijk in versnelde verstopping door het vastlopen van deeltjes in de resten boorspoeling. In de afgelopen jaren is om deze reden gezocht naar een afbreekbare boorspoeling, zodat na het boren de filtercake kan worden afgebroken en de toestroming naar de put niet wordt gehinderd. Na onderzoek aan een groot aantal materialen blijken alleen boorspoelingsadditieven op basis van Xanthaan boortechnisch een geschikt alternatief voor bentoniet. Boringen van putten (o.a. bij Macharen, Lexmond, Delfszijl) waar puur Xanthaan of een mengsel van Xanthaan met andere polymeren zijn toegepast geven hydraulisch goede resultaten. Hygiënisch zijn de resultaten wisselend, bij een proefput op winveld Lexmond is geen problematische nagroei opgetreden, op winveld Macharen echter wel. Doordat Xanthaan bestaat uit een keten van Glucose en Mannose moleculen is nagroei van bacteriën zeker na het toepassen van een oxidator als waterstofperoxide of CBL niet uit te sluiten. Om deze reden is terug gegrepen op het gebruik van bentoniet en onderzocht of een bentoniet filtercake wel echt zo moeilijk te verwijderen is als veelal wordt gedacht. In een laboratorium opstelling (kolommen) is onderzocht in hoeverre bentoniet kan worden verwijderd bij verschillende zandmengsels. Uit de proeven blijkt dat bentoniet goed is te verwijderen met een chemisch dispergeermiddel op basis van polyacrylaat (volgens opgave Halliburton). Verder bleek dat het mechanisch beschadigen (krassen) van de filtercake sterk verbeterend werkt op het herstel van de doorlatendheid. Bij de proef met het op de F. van Kreftenheije gelijkende zand, bleek effectief hydraulisch herstel mogelijk. Toepassing van een boorspoeling op basis van bentoniet bij de aanleg van een kleinschalig HDDW systeem voor beregening in Zeeland (Zuurbier et al., In press.) heeft geresulteerd in goed functionerende putten. Ook de met bentoniet als spoeling aangelegde proef HDDW in Nieuwegein voldeed na beperkt ontwikkelen met dispergeermiddel en waterjetten aan de ondergrens van de capaciteitseis. Wel bleek uit deze proef dat een filter met hoog open oppervlak (10-15%) hierbij een vereiste is. Bij de proefput in Nieuwegein ging het om filters

18

KWR 2013.096 | November 2013


met een zogenaamde natuurlijke omstorting waarbij na plaatsing van het filter, de fijne delen (en daarmee resten boorspoeling) uit de formatie rond het filter worden weggespoeld. Belangrijk om te vermelden is dat bij de proef HDDW in Nieuwegein gebruik is gemaakt van een mantelbuis om (kwetsbare) PVC filters met een hoog open oppervlak aan te kunnen brengen. Bij toepassing van een RVS filter is dit niet strikt noodzakelijk. Toepassing van een mantelbuis heeft echter een tweede voordeel. Op het uiteinde kan een dichte borstel worden geplaatst waarmee een groot deel van de boorspoeling uit het boorgat kan worden geduwd en tevens de filtercake op de boorgatwand wordt beschadigd. Daarnaast kan omstortingsgrind in worden gespoten. Eerste resultaten uit het TKI project bij Dunea bevestigen de effectiviteit van de borstels voor verwijdering van boorspoelingen op basis van bentoniet. Daarnaast blijkt ook het dispergeermiddel zeer effectief. Uit de proef bij Dunea blijkt verder dat zelfs het aanbrengen van een kunstmatige omstorting van circa 15 cm dikte in een met bentoniet geboorde put geen belemmering hoeft te zijn voor een hydraulisch goed functionerende put. Het inspuiten van een kunstmatige omstorting heeft daarnaast een stabiliserende werking tijdens uittrekken van de mantelbuis, waardoor het risico op vastlopen van de mantelbuis wordt verkleind. Concluderend kan gesteld worden dat voor het ontwikkelen van HDDW’s grote stappen zijn gezet. Proeven op kolom en veldschaal laten zien dat met een goed uitgevoerde ontwikkeling het mogelijk is om boorspoeling en zelfs bentoniet goed te verwijderen en voldoende specifieke capaciteit te bereiken. De proefput bij Nieuwegein bleek verder te voldoen aan eisen voor zand en slibhoudendheid. Over hoe de capaciteit zich op de lange termijn verhoud met conventionele putten is vooralsnog onbekend. Voor het beantwoorden van de vraag of de HDDW aanlegmethode aanleiding geeft voor versnelde verstopping van de put is dan ook nog onvoldoende informatie beschikbaar.

Ontwikkeling en regeneratie Ontwikkeling en regeneratie van een horizontale put is mogelijk met bestaande technieken als sectiegewijs schoonpomen en waterjetten. Ook bij ontwikkelen en regenereren gangbare chemicaliën als H2O2, CBL en HCl kunnen sectiegewijs worden ingebracht. Jutteren is gezien de grote filterlengtes (>100 m) waarschijnlijk minder effectief. Als de aan de stijgbuizen grenzende filterdelen voldoende zijn ontwikkeld zal de waterstroming vooral hier plaatsvinden en wordt het erg moeilijk om het tussenliggende filterdeel nog met jutteren te verbeteren. Belangrijk verschil met het ontwikkelen of regenereren van een verticale put is dat apparatuur niet ‘hangend’ heen en weer kan bewegen, maar in positie gehouden moet worden in de put en voortbewogen moet worden door twee kabels. In de put zal dus altijd een kabel aanwezig moeten zijn voor werkzaamheden. Uit de InnoWator proeven is een vrij duidelijk ontwikkelprocedé naar voren gekomen, de effectiviteit van deze procedure is bevestigd in de onlangs aangelegde proefputten op Meijendel. De kern van het ontwikkelen van een met bentoniet geboorde put is het combineren van een dispergeermiddel (Aquaclear pfd) met sterke agitatie van het water in en rond het putfilter. In de onderstaande tabel is grofweg het te volgen stappenplan weergegeven:

19

KWR 2013.096 | November 2013


Tabel 4-1 Stappenplan ontwikkelen

Stap 1 Stap 2

Stap 3

Stap 4 Stap 5 Stap 6 Stap 7 Stap 8 (facultatief)

Actie Mechanisch beschadigen van de filtercake op de boorgatwand (borstelen) Boorspoeling in annulus mengen met dispergeermiddel (polyacrylamide, maximaal 0,2 vol %) en wegspoelen / pompen uit boorgat Capaciteitsmeting , meten zand en slibhoudendheid Jetten met hoge druk (langzaam opbouwen druk van 50 naar 250 bar) en afpompen (toevoegen dispergeermiddel) Capaciteitsmeting, meten zand en slibhoudendheid Jetten met hoge druk tot capaciteit niet meer toeneemt Met sectieapparaat inbrengen en verdringen van dispergeermiddel Sectiegewijs rondpompen Sectiegewijs schoonpompen met grote volumestroom Capaciteitsmeting, meten zand en slibhoudendheid Jetten met hoge druk tot capaciteit niet meer toeneemt Afpompen en meten zanden slibhoudendheid

Gezien de grote filterlengtes moet bij het ontwikkelen, regenereren en in het bijzonder schoonpompen rekening worden gehouden met grote hoeveelheden water met gesuspendeerde deeltjes. Dit geld in het bijzonder voor het schoonpompen van de putten. Het ontwikkelen en regenereren wordt sectiegewijs uitgevoerd, waardoor de meest geconcentreerde afvalwaterstroom qua volume relatief beperkt blijft en kan worden afgevoerd. Gebruik van werkwater zoals bij waterjetten kan deze waterstroom echter vergroten. Door gebruik te maken van de trilnaald techniek kan deze waterstroom mogelijk worden gereduceerd. Uit toepassing op de proefputten bij Dunea blijkt het mogelijk om met behulp van de trilnaald, na jetten en schoonpompen achtergebleven bentoniet te verwijderen. In deze studie wordt voor de HDDW’s uitgegaan van een met de verticale putten gelijkblijvend verstoppingsverloop. De preventieve werking van de schakelende onderwaterpompen zal bij de HDDW’s echter minder zijn door de grote filterlengtes, kan mogelijk meer boorspoeling op de boorgatwand achterblijven en is de boorgatdiameter kleiner dan bij de huidige verticale putten. De omvang van deze effecten is vooralsnog onvoldoende bekend. Concluderend kan gesteld worden dat met geringe aanpassingen een aantal gangbare ontwikkel en regeneratietechnieken kan worden ingezet bij horizontale putten. Wel moet rekening worden gehouden met per regeneratie grotere inzet van materieel (slangenhaspels kabels etc.). Echter, doordat een HDDW in de regel een (groot) aantal verticale putten vervangt, neemt het totale aantal regeneraties op een puttenveld af, als wordt uitgegaan van een gelijkblijvend verstoppingsverloop. Zoals aangegeven is deze laatste aanname onzeker gezien de kleinere boorgatdiameters, mogelijke resten boorspoeling en het geringere effect van schakelen bij HDDW’s. Om het gelijkblijvende verstoppingsverloop te verantwoorden moet goed worden nagedacht op een op HDDW toegespitste bedrijfsvoering. Hierbij kan gedacht worden aan het met regelmatig tijdelijk omdraaien van de stromingsrichting om verstoppende deeltjes los te maken. 4.2.4 Leveringszekerheid Rodenhuis is de grootste productielocatie van Oasen. Leveringszekerheid van het winveld is daarmee cruciaal. Oasen hanteert als eis dat winveld Rodenhuis te allen tijde minimaal 2000 m3/uur moet kunnen leveren. Specifiek voor het toepassen van HDDW op winveld Rodenhuis geld dat ook als een put in onderhoud is, er een tweede put onverhoopt moet kunnen uitvallen. Uitgaande van deze eis zijn minimaal 5 HDDW’s op winveld Rodenhuis

20

KWR 2013.096 | November 2013


noodzakelijk, waarbij ervan wordt uitgegaan dat de overige 3 putten maximaal onttrekken ten tijde van een dergelijke gebeurtenis. Nadeel hierbij is wel dat een grote stijghoogte gradiënt ontstaat tussen een HDDW in onderhoud en een maximaal onttrekkende HDDW. De verspreide verticale putten voldoen probleemloos aan de eisen ten aanzien van leveringszekerheid. Ook tijdens de aanleg van de HDDW’s zal het winveld in productie moeten blijven. Ook in dit geval geldt de eis dat het winveld te allen tijde 2000 m3/uur moet kunnen leveren. Uitgaande van een maximale capaciteit van de verticale putten van 80 m 3/uur en het onverhoopt uitvallen van een extra verticale put kunnen maximaal 9 verticale putten uitgezet worden. Gezien de geringe horizontale afstand ten opzichte van de bestaande verticale putten (enkele tientallen meters) is de reistijd tot de dichtstbijzijnde in bedrijf zijnde verticale put zeer beperkt (3-15 dagen bij gemiddelde capaciteit huidige putten). De aanleg moet dan ook zeer zorgvuldig (qua technieken en materialen) en gefaseerd plaatsvinden om effecten op de ruwwaterkwaliteit te voorkomen. Uit voorzorg moeten microbiologische groei bevorderende boorspoeling additieven als Xanthaan en CMC worden vermeden. Daarnaast is het aan te raden altijd water te blijven onttrekken uit de HDDW’s tijdens ontwikkeling en regeneratie. Om een dergelijk plan (hoeveel moet worden onttrokken etc.) vorm te geven zijn aanvullende gedetailleerde scenario berekeningen met het hydrologisch model noodzakelijk. Concluderend kan gesteld worden dat door het geringe aantal putten bij toepassing van HDDW het winveld kwetsbaarder wordt voor uitval van productiemiddelen. Door de korte onderlinge afstand tussen de HDDW’s moeten regeneraties tevens zorgvuldig worden uitgevoerd.

4.3

Omgevingsaspecten

4.3.1 Spuien en waterkwaliteit Goede afhandeling van de waterstromen bij het ontwikkelen en schoonpompen van de HDDW is gezien de grote capaciteit van de putten van groot belang. De mogelijkheden voor het lozen van water (en opgeloste resten boorspoeling) zijn mede bepalend voor de haalbaarheid van het project. Het op regionaal oppervlaktewater spuien van water vrijkomend bij het ontwikkelen, regenereren of schoonpompen van putten is meldings of vergunningsplichtig inzake het Besluit lozingen buiten inrichtingen. Of een lozing vergunningplichtig is hangt ondermeer af van de kwantiteit van de lozing en de eigenschappen van het ontvangende oppervlaktewater. Het Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard hanteert conform de keur een maximale volumestroom van 500 m3/uur voor hoofdwatergangen en 100 m3/uur voor overige watergangen. Boven deze normen zijn lozingen op het oppervlaktewater vergunningplichtig. Bij het schoonpompen van één HDDW moet op basis van de gemiddelde capaciteit worden uitgegaan van ca. 300 m3/uur. Als wordt uitgegaan van de maximale capaciteit, loopt de volumestroom op tot ca. 670 m3/uur. Het gaat dus om verhoudingsgewijs (zeer) grote volumestromen waarvoor het ontvangende oppervlaktewater voldoende capaciteit moet hebben. Op basis van de legger van het Hoogheemraadschap komen hiervoor de in Figuur 5 weergegeven watergangen OAF 4488, OAF-4483 en OAF-4484 in beeld. Conform opgave van het Hoogheemraadschap is het qua kwantiteit mogelijk om zonder vergunning te lozen op de hoofdwatergang direct ten noorden van de N210 (OAF-4483 / OAF-4488) zolang de volumestroom kleiner blijft dan 500 m3/uur. Wel verlangt het Hoogheemraadschap een melding voorafgaand aan de lozing. Het lozen op de kleinere watergang ten noorden van de

21

KWR 2013.096 | November 2013


huidige puttenrij is vergunningplichtig vanaf 100 m 3/uur. Gezien de omvang van de watergang is lozing op deze watergang qua kwantiteit (bij gemiddelde capaciteit) ook hier technisch mogelijk en zal vergunningverlening ten aanzien van de kwantiteit waarschijnlijk geen probleem zijn. Een alternatieve lozingslocatie is de Lek. Voor lozen op de rivier de Lek is echter een leiding van circa 1 km noodzakelijk. Lozingen tot 5000 m3/uur zijn hierbij vrijgesteld van meldings- of vergunningsplicht. Wel geld een zorgplicht conform het waterbesluit.

Figuur 5 Mogelijk geschikte hoofdwatergangen in beheer bij het Hoogheemraadschap voor het afvoeren van water bij ontwikkelen en schoonpompen

Naast kwantitatieve eisen stelt het waterschap en het rijk ook kwalitatieve eisen. Zo eist het Hoogheemraadschap beluchting van het anaerobe water en bezinking van fijne deeltjes. Bij toepassing van (het inerte) Bentoniet als boorspoelingsadditief kan mogelijk worden volstaan met het inrichten van een strofilter waarmee het water zowel wordt belucht als wordt gereinigd van gesuspendeerde deeltjes. Strofilters zijn toepasbaar tot ijzergehaltes van grofweg 15 mg/l, het op Rodenhuis opgepompte water voldoet hier ruim aan. Met een lichte beluchting is lozing op het oppervlaktewater qua zuurstofverbruik dus goed mogelijk. De capaciteit van strofilters is echter vaak beperkt. Onderzocht moet worden of de toepassing van strofilters zowel technisch als financieel haalbaar is gezien de volumestroom van enkele honderden m3 per uur. Bij het plaatsen van de putfilters en stijgbuizen zal een grote hoeveelheid boorspoeling terugstromen naar maaiveld. Voor het boren van de HDDW’s wordt voorgesteld een schone boorspoeling te gebruiken bij elke boring. Deze spoeling wordt opgevangen en zoveel mogelijk hergebruikt bij de HDD boringen voor het leidingwerk. De overblijvende boorspoeling wordt afgevoerd naar een verwerker. De bij het ontwikkelen vrijkomende stroom water bevat bentoniet in een gedurende het proces steeds lagere concentratie. De nog geconcentreerde ‘first flush’ zal moeten worden opgevangen in containers en/of op de slibvijver van Rodenhuis en uiteindelijk worden afgevoerd. De overige volumestroom kan waarschijnlijk na beluchting worden geloosd op het oppervlaktewater. Bij gebruik van andere (niet inerte) additieven is het mogelijk dat het Hoogheemraadschap aanvullende eisen zal stellen aan de zuivering van het te lozen water. Gezien de volumestroom van de Lek zal de

22

KWR 2013.096 | November 2013


lozing van water afkomstig van het ontwikkelen of schoonpompen van de HDDW’s geen noemenswaardig effect hebben op de waterkwaliteit van deze rivier waardoor waarschijnlijk geen voorzuivering noodzakelijk is. Concluderend kan gesteld worden dat er voor het lozen van water op het oppervlaktewatersysteem bij het ontwikkelen en schoonpompen waarschijnlijk geen belemmeringen zijn. Wel moet bij ontwikkelen de zogenaamde ‘first flush worden opgevangen en afgevoerd en is goede afstemming met het waterschap noodzakelijk ten aanzien van waterkwaliteitsaspecten zoals zuurstofverbruik en troebelheid. 4.3.2 Vergunningen Het veranderen van de putconfiguratie op winveld Rodenhuis is niet zonder meer mogelijk. Relatief geringe verschuivingen van het zwaartepunt van de onttrekking resulteren in significante stijghoogte veranderingen tot buiten de eigendomsgrenzen van Oasen. Verandering van de putconfiguratie, hetzij met verspreide verticale putten, hetzij met HDDW zal dus mogelijk een aanpassing van de winvergunning vereisen. De eventuele waterwetvergunning voor het lozen van vrijkomend grondwater vormt geen belemmering.

23

KWR 2013.096 | November 2013


4.4 Theoretische kostenvergelijking Op hoofdlijnen blijken de kosten voor variant 2 (verspreide putten) en 3 (winveld met 5 HDDW’s) qua investering vergelijkbaar. Wel zijn de jaarlijks terugkerende kosten in het geval van variant 2 hoger. Dit verschil wordt veroorzaakt door het grotere aantal te bemonsteren puttenkoppen (35 vs 10). Daarnaast zijn de regeneratiekosten van een HDDW weliswaar duurder (30 k€ vs 5k€), maar is het totaal aantal regeneraties aanmerkelijk lager door het geringere aantal putten. Hoewel de investeringskosten voor variant 2 en 3 cumulatief vrijwel gelijk zijn, is de verdeling over de tien posten verschillend. Zo is leverantie van het buismateriaal, aanleg van de putten en de aanleg van leidingwerk duurder bij variant 3 dan bij variant 2. De kosten voor het inrichten van het werkterrein en de kosten gerelateerd aan de putkoppen, pompen en behuizingen zijn echter bij variant 3 lager dan bij variant 2. Dit wordt veroorzaakt door het geringere aantal putkoppen in de variant met HDDW. Vervanging van het winveld conform de huidige configuratie (variant 1) blijkt de goedkoopste variant. Dit wordt vooral veroorzaakt door de lagere kosten voor aanleg van putten en leidingen. Deze lagere kosten worden veroorzaakt door geringere lengtes leidingwerk en vooral door geringere kosten voor inrichting van het werkterrein (kortere bouw weg geen nieuwe bruggen/dammen over de sloten nodig). De jaarlijks terugkerende kosten zijn vergelijkbaar met variant 2. Concluderend kan gesteld worden dat als wordt afgeweken van de huidige configuratie van het winveld, toepassing van HDDW een kostentechnisch haalbaar alternatief vormt ten opzichte van verticale putten.

Figuur 6 Vergelijking totale kosten gedurende de technische levensduur van 40 jaar.

24

KWR 2013.096 | November 2013


5 Conclusies en aanbevelingen

5.1

Beoordeling Varianten

In deze studie zijn drie varianten met elkaar vergeleken op de volgende aspecten: 

Omgevingsaspecten (effecten op de stijghoogte in het watervoerende pakket, mogelijkheden voor spuien tijdens schoonpompen)

 

Aanlegrisico en bedrijfszekerheid Kosten

Effecten op de stijghoogtes Uit een verkennende analyse van de effecten op de stijghoogte blijkt dat het plaatsen van de verticale putten in een meer gespreide configuratie een negatief effect (daling) heeft op de stijghoogtes in het eerste watervoerende pakket ten noorden van de huidige puttenrij. Ten zuiden van de puttenrij treden qua omvang vergelijkbare stijgingen op. De effecten treden hierbij op tot buiten de eigendomsgrenzen van Oasen. Omdat het in deze variant al om een geringe verplaatsing ging ten opzichte van de huidige situatie, zijn geen aanvullende berekeningen uitgevoerd. HDDW’s (configuratie conform variant 3) resulteren eveneens in een significante stijghoogtedaling. Het aanpassen van de putconfiguratie zal dus waarschijnlijk een aanpassing van de winvergunning vereisen. Mogelijkheden voor spuien De capaciteit van het oppervlaktewatersysteem rond winveld Rodenhuis zijn toereikend voor het spuien van grote hoeveelheden water. Gezien de waterkwaliteit van het opgepompte water (lage ijzerconcentraties) is met beluchting en een eenvoudige filtratiestap lozing ook qua kwaliteit geen probleem. Wel moet worden uitgezocht of en hoe deze beluchting en filtratie kan worden vormgegeven bij het schoonpompen van de HDDW’s waarbij meerdere honderden m3’s per put vrijkomen. Aanlegrisico Het aanlegrisico van HDDW’s is hoger dan bij conventionele putten. Om deze reden is een goed contingency plan uitermate belangrijk. Bedrijfszekerheid Door het grotere aantal kleinere putten biedt een puttenveld met verticale putten veel flexibiliteit. Uitval van één of meerdere productiemiddelen kan gemakkelijk worden opgevangen door andere putten. Ook valt bij onderhoud maar een klein deel van de capaciteit uit. Bij toepassing van HDDW wordt de totale productie verdeeld over een beperkt aantal grote productiemiddelen. Uitval van een productiemiddel heeft hierdoor direct een groot effect op de productiecapaciteit. Om te voldoen aan de leveringszekerheidseis van Oasen zijn minimaal 5 HDDW’s met een filterlengte van 250 m per put noodzakelijk. Gemakkelijk en beperkt onderhoud is een cruciaal onderdeel van de bedrijfszekerheid. In deze studie is uitgegaan van een met de verticale putten op Rodenhuis vergelijkbaar verstoppingsverloop. In hoeverre dit een correcte inschatting is, is echter nog onzeker. Het onderhoud aan HDDW’s kan met geringe aanpassingen worden uitgevoerd met bestaande regeneratie apparatuur. Per regeneratie zal de inspanning door de lengte van de filters groter zijn, maar het aantal putten is aanmerkelijk kleiner.

25

KWR 2013.096 | November 2013


Kosten Vervanging van het puttenveld volgens de huidige configuratie komt naar voren als de goedkoopste variant. De investeringskosten voor de verspreide verticale putten en de HDDW variant zijn niet significant verschillend en worden voor een aanzienlijk deel bepaald door de terreininrichting. Als vervanging na 30 jaar van de in open ontgraving aangebrachte leidingen wordt meegenomen, komt de HDDW variant iets gunstiger uit. Dit geld ook voor de jaarlijks terugkerende kosten. Dit laatste wordt veroorzaakt doordat de weliswaar duurdere regeneraties bij HDDW, worden gecompenseerd door het geringere aantal over de technische levensduur van 40 jaar. Al met al kan geconcludeerd worden dat bij keuze voor het verplaatsen van wincapaciteit HDDW een kostentechnisch concurrerend alternatief is. 5.2

Beantwoording van de onderzoeksvragen

De volgende deelvragen zijn als volgt beantwoord: Technische deelvragen: 1: Hoeveel HDDW’s zijn nodig en met welke dimensies? Antw. 5 HDDW met een filterlengte van 250m, een boorgatdiameter van 600mm en een filterdiameter van 250mm 2: Hoe moet het leidingnetwerk lopen bij aanleg van HDDW’s en met welke dimensies? Antw. Een uitwerking van het leidingnetwerk inclusief dimensies is voor deze studie uitgewerkt. 3: Wat zijn de geohydrologische effecten van configuraties met verspreide verticale putten of HDDW ten opzichte van de huidige putconfiguratie Antw. Bij de verspreide putten treden significante dalingen op tot buiten de eigendomsgrenzen van Oasen. Ook bij HDDW treden significante stijghoogtedalingen op als wordt afgeweken van het huidige zwaartepunt van de winning. 4: Wat zijn de effecten van boorputontwikkeling (lozen van boorvloeistof) op de kwaliteit van het oppervlaktewater in de omgeving? Antw. Bij toepassing van bentoniet als boorspoeling kan met uitzondering van de ‘first flush’ en na beluchting en eenvoudige filtratie worden geloosd op het oppervlaktewatersysteem in beheer bij het hoogheemraadschap. Afhankelijk van het ontvangende oppervlaktewater is een melding of Waterwet vergunning noodzakelijk

26

KWR 2013.096 | November 2013


Deelvragen met betrekking tot de afweging van varianten: 5: Wat zijn de kosten van een configuratie met HDDW versus de configuraties met verticale putten? Antw. De kosten voor een configuratie met HDDW zijn ten aanzien van de investering duurder dan vervanging van de huidige configuratie, maar vergelijkbaar met de configuratie met verspreide putten. Ten aanzien van de jaarlijks terugkerende kosten en het als gevolg van zettingen vervangen van leidingen is de HDDW variant gunstiger. 6: Zijn voor HDDW aanvullende vergunningen nodig in vergelijking met de bestaande verticale putten? Antw. Afhankelijk van het ontvangende oppervlaktewater is een vergunning nodig voor het spuien van grondwater tijdens ontwikkelen en schoonpompen. Bij hoofdwatergangen is er vergunningsplicht vanaf 500 m3/uur, bij overige watergangen vanaf 100 m3/uur. Bij lozing op de Lek geld pas meldingsplicht vanaf 5000 m3/uur. Gezien de stijghoogteveranderingen zal een wijziging van de winconfiguratie een aanpassing van de winvergunning vereisen. 7: Wat zijn de risico’s voor bedrijfszekerheid van een HDDW versus verticale putten? Antw. Door het geringere aantal en de grotere capaciteit per HDDW is een puttenveld met HDDW kwetsbaarder voor uitval van productiemiddelen. Bij aanleg van 5 HDDW’s kan worden voldaan aan de leveringszekerheids eis van Oasen. Dit betekend echter wel dat tijdens een dergelijke gebeurtenis 3 HDDW’s continue op maximale capaciteit moeten leveren. Het aanleggen van een extra HDDW resulteert echter in grote overcapaciteit tijdens reguliere bedrijfsvoering.

5.3

Aanbevelingen 

In deze rapportage zijn de resultaten weergegeven van een verkennende hydrologische modellering. Voor het kunnen beantwoorden van specifieke vragen over stijghoogte effecten, dimensionering en bedrijfsvoering van HDDW’s is een meer gedetailleerd model noodzakelijk.



Vooralsnog is beperkt ingegaan op details van de aanlegmethode (keuze wel of geen omstorting, diameters filter en stijgleiding, etc.). inzichtelijk moet worden gemaakt welke keuzes gemaakt kunnen worden en wat de effecten hiervan zijn op risico’s bij aanleg, de bedrijfsvoering en kosten.



Uitgezocht dient te worden of de verwerking van de waterstroom bij spuien haalbaar en betaalbaar is met eenvoudige strofilters

27

KWR 2013.096 | November 2013


6 Literatuur

Zuurbier, K.G., Kooiman, J.W., Maas, B., Groen, M.M.A., Stuyfzand, P.J., In press. Enabling successful aquifer storage and recovery (ASR) of freshwater using horizontal directional drilled wells (HDDWs) in coastal aquifers. Journal of Hydrologic Engineering.

28

KWR November 2013 Haalbaarheid HDDW op winveld Rodenhuis

Recommend Documents