Risico s van kortsluitstroming bij oude pompputten. December 2011 BTO (s)

Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten

December 2011 BTO 2011.117(s)

Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten

December 2010 BTO 2011.117(s)

© 2011 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.

Postbus 1072 3430 BB Nieuwegein

T 030 606 95 11

F 030 606 11 65

E [email protected] I www.kwrwater.nl

Colofon Titel Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten Projectnummer B111687 Onderzoeksprogramma Risicobeheer bronnen Projectmanager Ir. Jan Willem Kooiman Opdrachtgever BTO Kwaliteitsborgers Dr. Ir Kees Maas Auteur Ing. Inke Leunk, Dr. Klaasjan Raat Verzonden aan Dit rapport is selectief verspreid onder medewerkers van BTO-participanten en is verder niet openbaar.

Samenvatting In het verleden zijn diverse onttrekkingsputten gebrekkig aangelegd, waarbij de ruimte tussen boorgat en stijgbuis (annulaire ruimte) met uitkomend materiaal werd aangevuld en doorboorde kleilagen niet goed werden afgedicht. Hierdoor is er bij deze putten een risico op lek van ondiep water via de omstorting naar het onttrekkingsfilter (“kortsluitstroming”), met daaraan gekoppeld risico op microbiologische en/of chemische verontreiniging van het onttrokken water. In dit rapport worden twee methoden gepresenteerd om het lekdebiet en de reistijd van maaiveld naar putfilter te berekenen, voor situaties waar een goede kleiafdichting ontbreekt. De eerste methode bestaat uit twee relatief simpele vuistregels, die te gebruiken zijn als de omstorting is aangevuld met tijdens het boren uitgekomen materiaal. Een tweede rekenmethode is ontwikkeld voor het geval dat de annulaire ruimte is aangevuld met grof, goed gesorteerd materiaal (bijvoorbeeld aanvulgrind) en daardoor een veel hogere doorlatendheid heeft. Met beide methoden zijn het potentiële lekdebiet en de reistijd voor de winningen Gasselte (WMD) en De Groeve (Waterbedrijf Groningen) berekend. Voor deze winningen waren niet alle benodigde parameters voldoende bekend en daarom is een range aangegeven voor bijvoorbeeld het stijghoogteverschil en de k-waarden. De uitkomsten geven dan ook een range van mogelijk lekdebiet en reistijd. Met de vuistregels komen we voor Gasselte en De Groeve op een potentieel lekdebiet van respectievelijk 7 en 12 m3/dag, ofwel 1.5 tot 2,5% van het totale putdebiet. In de verschillende scenario’s komen we tot een reistijd van minimaal 5 jaar, wat betekent dat er geen risico op microbiologische verontreiniging is. In de tweede berekening hebben we gekeken naar de reistijd en het lekdebiet als de omstorting is aangevuld met aanvulgrind in plaats van met uitkomend materiaal. We zien dan dat de reistijd korter kan zijn dan 60-100 dagen; de minimale reistijd om de microbiologische veiligheid te kunnen garanderen. Zelfs een winning waarvan we verwachten dat deze van nature is beschermd door de diepere ligging onder een afsluitende kleilaag, blijkt dan ineens potentieel gevoelig te zijn voor microbiologische verontreiniging. Door de onzekerheid in de parameters varieert de berekende reistijd van 10 tot 800 dagen. Hierbij moet worden opgemerkt dat dit een worst case scenario betreft en dat verwacht wordt dat in maar weinig oude putten grind gebruikt is als aanvulmateriaal. Desondanks wordt aangeraden diepe winningen waarvoor een vermoeden bestaat van kortsluitstroming aan een nadere analyse van de microbiologische veiligheid (AMVD) te onderwerpen. Dit geldt zeker voor winning De Groeve, waarvan het winveld in het kader van natuurontwikkeling in een moerasgebied wordt veranderd. De onzekerheid in berekende reistijd is groot en daarom is er de behoefte kortsluitstroming in de praktijk aan te kunnen tonen. Dit kan mogelijk door middel van passieve dan wel actieve tracerproeven. De twee onderzochte locaties zijn niet geschikt voor een passieve tracerproef, waarbij wordt gekeken of verontreinigingen vanuit het freatische grondwater in het diepere (ontrokken) grondwater voorkomen. De reden is dat op beide locaties van nature geen doorlopende scheidende laag tussen het ondiepe (freatische) pakket en het diepere winpakket voorkomt, en ondiep water naar de onttrekkingsdiepte infiltreert. Een actieve tracerproef is wellicht wel mogelijk. Daarbij moet wel rekening worden gehouden met de mogelijkheid dat er (ook) lek via lekke stijgbuis of lekke verbindingen plaatsvindt. Ook moet rekening gehouden worden met de reistijd, die erg lang kan zijn, waardoor het misschien niet mogelijk is om een proef binnen een redelijke termijn af te ronden.

Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR -1-

BTO 2011.117(s) December 2011



Inhoud Samenvatting

1

Inhoud

3

1

Inleiding

5

2

Onderzoekslocaties

7

2.1

Gasselte (WMD)

7

2.2

De Groeve (WBGr)

3

Vuistregels voor het bepalen van lekdebiet en reistijd

3.1

Vuistregel voor lekdebiet

13

3.2

Vuistregel voor reistijd

13

4

Berekeningen lekdebiet en reistijd met vuistregels

15

4.1

Berekening Gasselte met vuistregeles

15

4.2

Berekening De Groeve met vuistregels

18

4.3

Conclusie berekening lekdebiet en reistijd met vuistregels

19

5

Gedetailleerde methode voor berekening lekdebiet en reistijd

21

5.1

Aanleiding gedetaileerdere berkening lekdebiet en reistijd

21

5.2

Berekeningsmethode voor lekdebiet

21

5.3

Berekeningsmethode voor reistijd

21

5.4

Benodigde parameters

22

6

Gedetailleerdere berekening van lekdebiet en reistijd

6.1

Schatting k-waarde van omstortingsgrind

23

6.2

Gedetailleerde berekening Gasselte

23

6.3

Gedetailleerde berekening De Groeve

26

6.4

Conclusies gedetailleerde berekeningen

28

7

Conclusies en vervolg

29

7.1

Kortsluitstroming, een risico voor de microbiële veiligheid?

29

7.2

Vervolg onderzoek

30

8

Literatuur

31

I

Vuistregels lekdebiet

33

II

Vuistregels reistijd

37


10

13

23


III

Bodemopbouw volgens Regis

39

IV

Berekening Gasselte (uitgebreid)

41

V

Berekening De Groeve (uitgebreid)

43



1

Inleiding

In 1973 heeft het toenmalige RID het zogenaamde “rode boekje” (RID, 1973) uitgebracht, waarin duidelijke richtlijnen zijn opgesteld voor de aanleg van pompputten. Voor pompputten die zijn aangelegd voor die tijd, geldt dat de aanleg soms gebrekkig was. Soms werd uitkomend materiaal gebruikt om de omstorting van een pompput aan te vullen, of het hele boorgat werd aangevuld met aanvulgrind. Het kwam ook voor dat ter plaatse van doorboorde scheidende lagen geen kleiprop werd aangebracht. Er ontstaat dan een zone in de scheidende laag met een heel lage weerstand waar water doorheen kan lekken, vanuit het ondiepe naar het diepere pakket. Dit wordt ook wel kortsluitstroming genoemd. Als kortsluitstroming optreedt, kan men er niet zondermeer vanuit gaan dat een winning beschermd is tegen microbiologische besmetting. Onduidelijkheid over de staat van oude pompputten (aanleg voor midden jaren ’70) en de mogelijkheid van optreden van kortsluitstroming bij diepe winningen onder een afsluitende kleilaag (spanningswater, “B” winningen in ABIKOU classificatie) was de aanleiding van het BTO-project Kwetsbaarheid pompputten voor kortsluitstroming. Dit project heeft als doel het inventariseren van de risico’s op en detectie van kortsluitstroming. In dit rapport wordt gekeken naar de hoeveelheid water die er door een lek in de omstorting door ontbreken van een kleiprop kan stromen, en naar de reistijd van dit water. Een klein lekdebiet is in principe niet zo'n groot probleem, omdat eventuele (chemische) verontreinigingen dan worden weggemengd met het overige onttrokken water. De reistijd is vooral van belang bij een microbiologische verontreiniging, omdat kleine hoeveelheden microbiologisch besmet water al voor grote problemen kan zorgen. Een reistijd van 60 tot 100 dagen wordt voldoende geacht om microbiële veiligheid te kunnen garanderen (Van de Wielen et al., 2008). Het doel van dit onderzoek is om voor enkele voorbeeldlocaties het lekdebiet en de reistijd bij kortsluitstroming te berekenen, en zo inzicht te krijgen in de risico’s voor de (microbiële) veiligheid. In dit rapport worden berekeningen uitgevoerd voor twee winvelden met putten daterend van voor 1970 (Hoofdstuk 2). In hoofdstuk 3 staan de vuistregels die gelden bij een situatie waar een afsluitende kleiprop ontbreekt en de annulaire ruimte (omstorting) is aangevuld met uitkomend boormateriaal. In hoofdstuk 4 worden deze vuistregels toegepast voor de twee winningen. In hoofdstuk 5 volgt een meer gedetailleerde berekeningsmethode voor als de omstorting is aangevuld met aanvulgrind. Met deze methode zijn lekdebiet en reistijd berekend in hoofdstuk 6. De implicaties van de resultaten voor de (microbiologische) veiligheid van deze berekeningen en richting van het vervolg van het onderzoek zijn onderwerp van hoofdstuk 7.





2

Onderzoekslocaties

Sinds de uitgave het “rode boekje” (RID, 1973) in 1973 zijn duidelijke richtlijnen van kracht voor de aanleg van pompputten. Voor pompputten die zijn aangelegd voor die tijd, geldt dat de aanleg soms gebrekkig was en dat doorboorde kleilagen niet altijd zijn afgedicht met een kleiprop. Door het ontbreken van een afdichtende kleiprop bestaat voor deze winningen een risico op kortsluitstroming. Door de waterbedrijven zijn vier locaties genoemd waar kortsluitstroming wordt vermoed. Voor de winningen Gasselte (WMD) en De Groeve (Waterbedrijf Groningen) zijn gegevens aangeleverd (voor zover beschikbaar) met behulp waarvan lekdebiet en reistijd van bovenliggende aquifer naar winaquifer geschat kan worden. In dit hoofdstuk geven we een algemene beschrijving van de twee winningen. 2.1 Gasselte (WMD) De winning Gasselte ligt in het noordoosten van Drenthe, vlakbij het dorp Gasselte. De onttrekking vindt plaats op een diepte van circa -45 tot -60 m NAP. Het maaiveld ligt rond +18 m NAP. Bij twee putten van Gasselte wordt kortsluitstroming vermoed, door het ontbreken van een kleilaag ter hoogte van de doorboorde klappersteen. Deze putten .zijn niet meer in gebruik (in verband met ijzerverstopping), maar wel beschikbaar voor onderzoek en daarom meegenomen in dit rapport.

± ! ( ! ( GAPP10B12G0021

! ( GAPP14

Figuur 2-1 Ligging wingebied Gasselte, 2 pompputten en 1 waarnemingsput Pompputten Er is weinig informatie bekend over de pompputten op de winning. Van pompput 10 en 14 zijn de coördinaten bekend, zie Figuur 2-1. In 2007 is bij deze twee pompputten een camera-inspectie uitgevoerd om de oorzaak van troebelheid vast te stellen. Bij pompput 10 wordt melding gemaakt van kordeldraadverbindingen op 42 en 56 meter diepte. Vanwege aanslag in de put bleven ondiepere verbindingen onzichtbaar. Bij pompput 14 worden wel verbindingen gezien, maar er wordt niet vermeld om welk type verbinding het gaat. Van kordeldraadverbindingen is bekend dat deze vaak lek zijn. Als deze verbindingen ondiep in de put voorkomen, kan hierdoor ondiep water in de put lekken. Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR -7-


Volgens de aangeleverde gegevens (‘draaiuren GAPP10.xls’) is de pompcapaciteit van pompput 10 24 m3/uur. In de stamkaart van pompput 10 is een capaciteitsproef weergegeven, en tijdens de camerainspectie van 2007 is de afpomping gemeten. Omgerekend naar een debiet van 24 m3/uur is de afpomping toegenomen van 0.79 naar 1.67 meter. Van pompput 14 is geen stamkaart en er is geen pompcapaciteit bekend. Tijdens de camera-inspectie van 2007 was sprake van een verlaging van 2.27 meter op bij een debiet van 53 m3/uur. In het rapport van de camera-inspectie (Haitjema, 2007) wordt vermeld dat beide bronnen erg vuil zijn. Bij pompput 10 wordt melding gemaakt van ijzeraanslag. Er wordt geadviseerd om de bronnen schoon te maken en opnieuw te inspecteren, maar het is niet duidelijk of dat gebeurd is. Ook uit de inspectie die in 2009 door Deltares (Lantman, 2009) is uitgevoerd blijkt dat de bovenkant van de twee putfilters helemaal verstopt is (ijzerverstopping). Deze twee pompputten worden niet langer gebruikt. Bij de inspectie van Deltares is een kleiafdichting aangetroffen van circa 2 tot 6 meter beneden maaiveld bij put 10, verder worden geen kleilagen, of kleiafdichtingen vermeld. Bij put 14 is een kleilaag gevonden van 55 tot 58 meter beneden maaiveld, met een kleiafdichting in de omstorting. Ook is een kleiafdichting van 3 tot 6 meter beneden maaiveld gevonden. De ijzerverstopping van pompput 10 en 14 wijst op menging van zuurstofhoudend (freatisch) grondwater met het diepere water in de winaquifer. Tijdens gesprekken met WMD (Nico van de Moot) is naar voren gekomen dat de overige putten van Gasselte geen last hebben van ijzerverstopping. Van deze putten is bekend dat wel een kleiprop is aangebracht ter hoogte van de doorboorde klappersteen. Een kleiafdichting op deze hoogte ontbreekt bij de verstopte putten 10 en 14. Met andere woorden: de ijzerverstopping van pompput 10 en 14 is mogelijk een gevolg van kortsluitstroming langs de klappersteen. Een andere mogelijkheid is dat de verstopping het gevolg is van aantrekken van freatisch grondwater via lekke kordeldraadverbindingen Geohydrologie / doorboorde weerstandslagen WMD (Nico van de Moot) heeft aangegeven dat de bodem bestaat uit circa 30 meter heel fijn zand met daaronder een laag klappersteen of ijzeroer en daaronder zeer grof zand en grind, waaruit de onttrekking plaatsvindt. Volgens de laagopbouw in DINO (REGIS) komt in een deel van het wingebied een scheidende laag voor op een diepte van -10 tot -25 m NAP met een dikte van 2 tot 10 meter. De weerstand van de laag varieert van 25 tot 150 dagen. In dit gebied zijn twee boringen beschikbaar (B12G0014 en B12G0025). Volgens de REGIS-opbouw ligt B12G0014 in het gebied met de scheidende laag en B12G0025 in het gebied zonder scheidende laag. Als we naar de twee boorbeschrijvingen kijken, dan zien we in geen van de twee boringen een scheidende laag boven de filterdiepte. Vanaf maaiveld tot -50/-55 m NAP is alleen zand aangetroffen. Ook ontbreekt een melding van de klappersteen. De boorbeschrijvingen zijn wel oud; uit respectievelijk 1941 en 1952. In de inspectie van de pompputten 10 en 14 (onderzoeksputten) is de volgende lithologische interpretatie gegeven. Bij pompput 10 is sprake van mineraalarm fijn zand van 7 tot 20,5 m-mv. Vanaf 20,5 m-mv wordt de minerale samenstelling waarschijnlijk rijker en neemt de grofheid van het zand toe. Vanaf het filtertraject, circa 44 m-mv, is sprake van grof zand. Bij pompput 14 is sprake van fijn zand tot 22 m-mv, gevolgd door matig fijn en matig grof zand tot 44,5 m-mv. Onder de kleilaag van 44,5 tot 46 m-mv neemt de korrelgrootte van het zand toe.



Stijghoogte Op één locatie op de winning is op vier verschillende dieptes de stijghoogte/grondwaterstand gemeten:

Tabel 2-1 Putten met filterdieptes van waarnemingsputten op winning Gasselte

Put B12G0139 B12G0021 B12G0021 B12G0021

filter 1 1 2 3

Maaiveld 16.46 16.45 16.45 16.45

Bovenkant filter (mNAP) 4.65 -26.7 -44.7 -61.2

Onderkant filter (m NAP) 3.65 -27.7 -45.7 -62.2

Groundwater Level Series

13

B12G0139_1 B12G0021_3 B12G0021_2 B12G0021_1

Groundwater level (m-ref)

12.5

12

11.5

11

10.5

10

9.5

1973

1981

1989 Date

1997

2005

2013

Figuur 2-2 Verloop van de grondwaterstand en stijghoogte op wingebied Gasselte De stand in filter 3 van B12G0021 wijkt het meest af; de stijghoogte is gemiddeld circa 50 cm hoger dan in de twee filters daar boven. De stijghoogtes van filter 1 en 2 zijn nagenoeg altijd aan elkaar gelijk. De stand in het ondiepe filter van B12G0139 is gemiddeld 6 cm hoger dan de stand bij filter 1 en 2 van B12G0021. Het kleine verschil wijst erop dat er weinig weerstand tussen de onttrekkingsdiepte en maaiveld aanwezig is. Verder wijst de hogere stand in het diepe filter erop dat er sprake is van een opwaartse stromingsrichting. Dit lijkt een vreemde situatie in een wingebied. Zeker als de pompputten aan staan, verwachten we dat de stijghoogte op de onttrekkingsdiepte lager zal zijn. Ruim 500 meter ten noorden van de winning is op drie locaties ook op meerdere dieptes gemeten. Op deze drie locaties is de stijghoogte in zeven filters gemeten; de filters liggen tussen +2 en -64 m NAP. De verschillen tussen de filters zijn klein, niet meer dan enkele centimeters.



Conclusie Volgens de WMD en DINO is in deze omgeving wel een (dunne) scheidende laag aanwezig, maar deze laag komt niet overal voor en er zitten zones in met een lage weerstand. Het lijkt erop dat van nature water van het ondiepe pakket naar het onttrekkingspakket zal stromen. Deze stroming vindt dan via de meer doorlatende delen van de scheidende laag plaats. Door het ontbreken van kleiproppen in de omstorting zou wel extra water kunnen lekken met mogelijk een kortere reistijd. Het is met de beschikbare gegevens niet mogelijk om aan te geven wat de oorzaak is van de chemische vervuiling in de putten. Dit kan ontstaan door lek van ondiep water via een gat in de stijgbuis, of lekke verbindingen, of lek via de omstorting. Een aanwijzing voor dit laatste is dat een kleiafdichting ter hoogte van de klappersteen ontbreekt voor de verstoppende pompputten 10 en 14, terwijl putten waar deze afdichting wel is geplaatst niet verstoppen. Vervuiling kan ook ontstaan als een pomp droog komt te hangen en lucht aanzuigt. 2.2 De Groeve (WBGr) Winning De Groeve van Waterleidingmaatschappij Groningen ligt in het noorden van Drenthe, ten oosten van Zuidlaren. De onttrekking vindt plaats tussen -60 tot -100 meter NAP. Er is vergunning voor een onttrekking van 10 miljoen m3 per jaar. De laatste 10 jaar wordt de vergunning nagenoeg maximaal benut. Het merendeel van de putten van De Groeve is aangelegd in de jaren ’60 en het is onbekend of kleiafdichtingen aanwezig zijn en welk aanvulmateriaal gebruikt is. Hoewel de diepe winning momenteel geen risico’s kent, kan dit in de nabije toekomst veranderen. In het kader van natuurontwikkeling (project Tusschenwater) zal de loop van de naastgelegen Hunze verlegd worden door het winveld. Het winveld zal hierdoor veranderen in een moerasgebied, met risico’s op kortsluitstroming van dit oppervlakte water naar het diepe winpakket. Pompputten In dit onderzoek is gekeken naar de putten GZ-11. Als het project Tusschenwater doorgaat komen deze pompputten te vervallen. Daarom is deze pompput mogelijk geschikt als proefput in het vervolg van het project ‘Kortsluitstroming’. De pompput is aangelegd in 1963. De bovenste meters van de putten zijn van koper; daaronder van pvc. Naast de put is een koperen peilfilter geplaatst met het filter ter hoogte van de bovenkant van het pompfilter. In de boorbeschrijving staat vermeld dat omstortingsgrind is gebruikt ter hoogte van de filters, met een korrelgrootte variërend van 1,4 – 2,2 tot 2 – 3 mm. Er staat niet vermeld hoe het boorgat boven het filter is aangevuld, en of er kleiproppen zijn aangebracht. De ervaring in noord Nederland is dat in de jaren 60 pompputten werden aangevuld met uitkomend materiaal en dat kleilagen niet werden afgedicht met een kleiprop. Er is in het verleden geen onderzoek gedaan naar lek in de putten zelf, zoals naar gaten of scheuren in het pvc of koper, of lekke verbindingen. De putten hebben geen last van ijzerverstopping of het aantrekken van verontreinigingen. Geohydrologie / doorboorde weerstandslagen Volgens de informatie in DINO (REGIS) komen in de omgeving van De Groeve de volgende scheidende lagen voor: - In het noordelijk deel van het wingebied komt een scheidende laag van circa 15 dik voor op een diepte van circa 50 m beneden NAP. - Rondom het wingebied ligt omstreeks 20 meter beneden NAP een dunne scheidende laag van één tot enkele meters dikte. Deze laag ontbreekt ter plaatse van het wingebied. Volgens de REGIS-gegevens liggen de pompputten GZ-11 net buiten het gebied met een kleilaag op 50 m diepte. In de boorbeschrijvingen zien we grote verschillen, hoewel de putten slechts 100 meter uit elkaar liggen. Bij pompput GZ9 is geen kleilaag gevonden (wel kleiachtig zand en zand met kleistukken). Honderd meter noordelijk, bij GZ8, is een 7 meter dikke laag harde klei gevonden rond -40 m NAP en 100 meter naar het zuiden, bij GZ11, zijn drie kleilagen gevonden tussen -17 en -40 meter NAP.

Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 10 -


Uit DINO zijn de grondwaterstanden van peilbuizen op en rond de winning opgevraagd. Op de winning ligt één meetpunt met een ondiep en middeldiep filter (B12E0330, met een filter op -3 en -42 m NAP). Gemiddeld is de stand in filter 1 40 cm hoger dan in filter 2, maar het verloop van de standen lijkt wel op elkaar. Op basis van deze meting lijkt er dus wel sprake te zijn van enige weerstand boven de onttrekkingsdiepte. Als de doorboorde kleilagen niet goed zijn afgedicht, dan verwachten we hier kortsluitstroming. Specifiek debiet metingen en verstopping GZ8 is vier keer geregenereerd. De laatste jaren neemt de afpomping toe, maar de intreeweerstand blijft constant. Dit wijst op verstopping op de boorgatwand. GZ9 is één keer geregenereerd. Vanaf 2003 neemt de afpomping toe, maar de intreeweerstand blijft constant. Ook dit wijst op verstopping op de boorgatwand. GZ10 is vier keer geregenereerd. In de periode 1999 – 2007 nam de afpomping toe, ondanks een regeneratie in 2004. De intreeweerstand is min of meer constant. In 2009 daalt de afpomping ineens zeer sterk, zonder dat geregenereerd is. GZ11 is tweemaal geregenereerd. Zowel de afpomping als de intreeweerstand zijn de laatste jaren stabiel. Op De Groeve wordt de afpomping gemeten, dus niet het specifiek debiet. De afpomping is het verschil tussen de waterstand in de pompput bij rust en in bedrijf. De belangrijkste invloed op de waterstand is de put zelf, maar daarnaast hebben ook de overige putten invloed op de afpomping. Het is niet duidelijk of tijdens de metingen altijd dezelfde putten aanstaan en ook het exacte debiet tijdens onttrekking is niet bekend. Fluctuaties in afpomping kunnen daarom ook een andere oorzaak hebben dan alleen meer of minder verstopping. Conclusie De ervaring in noord Nederland is dat in de jaren 60 pompputten werden aangevuld met uitkomend materiaal en dat kleilagen niet werden afgedicht met een kleiprop. Onduidelijk is of dit ook het geval was bij de aanleg van putten op winning De Groeve. Als door het ontbreken van een kleiprop kortsluitstroming kan optreden, levert de toekomstige verandering van het wingebied in een moerasgebied (natuurontwikkelingsproject Tusschenwater) een risico voor de microbiologische veiligheid van de winning.





3

Vuistregels voor het bepalen van lekdebiet en reistijd

3.1 Vuistregel voor lekdebiet Diepere aquifers zijn van nature redelijk beschermd tegen verontreiniging door menselijk handelen. Verontreiniging van een diepe aquifer kan ontstaan door kortsluitstroming vanuit een bovenliggende (freatische) aquifer via de omstorting van pompputten, wanneer doorboorde kleilagen niet zijn afgedicht met een kleiprop. Een tweede manier waarop diepere aquifers geïnfecteerd kunnen raken is via lekke peilbuizen (en/of verlaten, niet afgedichte pompputten), waarbij een connectie tussen beide aquifers ontstaat via lek, peilbuis en peilfilter. Voor beide situaties worden hieronder vuistregels gepresenteerd, waarmee de grootte van het lekdebiet berekend kan worden. De grootteorde van het lekdebiet door een lekke stijgbuis kan geschat worden met Qlek   k Qlek  k



(1)

lekdebiet (m3/d) stijghoogteverschil tussen de aquifer waarin het peilfilter staat en de aquifer waarin het lek zich bevindt (m) doorlatendheid van de aquifer waarin het lek zich bevindt (m/d) diameter van het (cirkelvormig gedachte) lek (m)

Voor gaten in kleilagen geldt een iets andere regel. De grootteorde van het lekdebiet door een gat in een scheidende laag kan geschat worden met

Qlek   kr Qlek  k

r

(2)

lekdebiet (m3/d) stijghoogteverschil tussen de aquifers die door het gat kortgesloten worden (m) kk k  1 2 (m/d) k1  k2 straal van het (cirkelvormig gedachte) lek (m)

Aan deze formules liggen allerlei aannamen te grondslag, die in bijlage I verder worden toegelicht. Twee ervan moet de gebruiker tenminste kennen: (1) de anisotropie (verhouding tussen horizontale en verticale doorlatendheid) van de aquifer(s) is 10:1. (2) het lek van de lekke peilbuis zit niet pal naast een sloot. Verder wordt opgemerkt dat deze vuistregels alleen opgaan als omstorting en aquifer een zelfde doorlatendheid hebben, ofwel dat het boorgat na aanleg van de put is opgevuld met het uitkomende materiaal. 3.2 Vuistregel voor reistijd Het is ook belangrijk om te weten hoe lang een verontreinigd waterdeeltje erover doet om een winput te bereiken. In onderstaande vuistregel wordt aangenomen dat het deeltje, als het eenmaal in de winningsaquifer beland is, vrijwel meteen in de put terecht komt, zodat alleen gekeken hoeft te worden naar de reistijd in de freatische aquifer. Verder wordt aangenomen dat de verontreiniging van bovenaf komt, dus er wordt gerekend vanaf de grondwaterspiegel.



In het bovenliggende watervoerende pakket vindt voornamelijk natuurlijke grondwaterstroming plaats. Deze wordt gevoed door de nuttige neerslag. Alleen in een kleine zone, nabij het gat, vindt radiaalstroming plaats (Figuur 3-1). Op grotere afstand van het gat (meer dan enkele meters) is het effect van de radiaalstroming nagenoeg uitgewerkt. Aan het freatisch vlak staat het water dus niet onder invloed van het gat; er is géén lineair verhang tussen het freatisch pakket en het gat. Tussen het freatisch vlak en de onderkant van het pakket is nauwelijks verhang, alleen vlak bij het gat ontstaat een heel strek verhang. Samengevat wordt de reistijd van een verontreinigd waterdeeltje naar een lek gegeven door (3) met een maximum van (4). De afleiding van deze vuistregels voor reistijd staan in bijlage II.

t( z) 

t

D N

D N

D Dz

(3)

2 ND 2 ) Q

(4)

ln

ln(1 

Figuur 3-1 Schematische weergave lekstroom door ontbrekende kleiafdichting



4

Berekeningen lekdebiet en reistijd met vuistregels

4.1 Berekening Gasselte met vuistregeles Voor de berekening van het lekdebiet hebben we verschillende gegevens nodig, zoals vermeld in paragraaf 3.1). Het stijghoogteverschil in de formules (1) en (2) is het verschil tussen de stijghoogte in het onttrekkingspakket en het bovenliggende watervoerende pakket. De stijghoogte zal sterk beïnvloed zijn door de onttrekking. Als alle putten aanstaan zal het stijghoogteverschil een stuk groter zijn dan wanneer de putten uitstaan. Bij de waarnemingsput op het winveld (B12G0139 en B12G0021) is de stijghoogte in het ondiepe filter gemiddeld 6 cm hoger dan in het onttrekkingspakket. Tijdens de camerainspectie van 2007 was sprake van een verlaging van 2.27 meter op bij een debiet van 53 m3/uur bij pompput 14. Om een idee te krijgen van het mogelijke lekdebiet, rekenen we met een stijghoogteverschil van 0.5, 1, 2 en 2,5 meter. De k-waarde van het onttrekkingspakket is de tweede benodigde parameter. WMD heeft eerder een berekening gedaan om een inschatting te maken van de lek en ging bij die berekening uit van een kwaarde van 3,3 m/dag. In REGIS wordt voor het eerste watervoerende pakket een k-waarde van circa 14 m/dag aangehouden. Omdat de gevonden k-waarden nogal uit elkaar liggen, voeren we de berekening uit voor 3,3 m/d, 8 m/d en 14 m/d. In paragraaf 3.1 is aangegeven dat we een gewogen gemiddelde van de k- waarde nodig hebben om het lekdebiet als gevolg van een lek in de omstorting te kunnen modelleren. Omdat we geen gegevens hebben over de k-waarden, gaan we er vanuit dat deze drie kwaarden voldoende range bieden. Om het lekdebiet te berekenen is tot slot ook een grootte van het lek nodig; voor lek via de omstorting met een straal van een (cirkelvormig gedachte) lek (zie paragraaf 3.1). Ook hiervoor moeten we een schatting maken, daarom doen we de berekening met een gat met een straal van 1, 2, 5, 10 en 20 cm. Tabel 4-1: verschillende parameters voor berekening van lekdebiet Nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Stijghoogte Verschil (m) 0,5 0,5 0,5 1 1 1 2 2 2 2,5 2,5 2,5

k-waarde (m/d) 3,3 8 14 3,3 8 14 3,3 8 14 3,3 8 14



Lekdebiet Gasselte 7 gat gat gat gat gat

6

debiet (m3/dag)

5

= = = = =

1cm 2cm 5cm 10cm 20cm

4

3

2

1

0 0

2

4

6 berekeningnummer

8

10

12

Figuur 4-1: Lekdebiet bij verschillende waarden voor stijghoogteverschil, k-waarde en grootte van het gat dat de lek in de kleilaag representeert (zie Tabel 4-1). Voor ieder van de 5 waarden voor de grootte van het gat, hebben we 12 berekeningen gemaakt, met de parameters volgens Tabel 4-1. De resultaten van deze berekeningen zijn weergegeven in Figuur 4-1. Het lekdebiet blijkt vooral sterk afhankelijk van de grootte van het gat. Het berekende lekdebiet varieert van 0,02 m3/dag bij een stijghoogteverschil van 0,5 meter, een k-waarde van 3,3 m/dag en een gat van 1 cm tot 7 m3/dag bij een stijghoogteverschil van 2,5 meter, een k van 14 m/dag en een gat van 20 cm. Om de reistijd bij de winning Gasselte te berekenen hebben we de volgende parameters nodig: - ε = de effectieve porositeit - D = de dikte van de aquifer - N = de nuttige neerslag (neerslag – verdamping) - Q = het debiet Voor de effectieve porositeit nemen we 0,3 aan. De dikte van de aquifer is ongeveer 30 meter (zie paragraaf 2.1 en bijlage III). Om een idee te krijgen welk effect de dikte van de aquifer heeft op de reistijd, rekenen we ook met 20 in plaats van 30 meter. De nuttige neerslag is variabel per jaar. In de periode 1991 – 2009 varieert de nuttige neerslag op het meteorologiestation Eelde van 0,03 meter per jaar (1996) tot 0,60 meter per jaar (1998). Voor deze berekening nemen we het gemiddelde: 0.268 meter per jaar (= 0.73 mm/dag).



Neerslag, verdamping en nuttige neerslag 1.2 1

Neerslag / verdamping (m/jaar)

0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 1990

1992

1994

1996

1998

2000 Jaar

2002

2004

2006

2008

2010

Figuur 4-2 Jaarlijkse neerslag, verdamping en nuttige neerslag voor de periode 1991 – 2009 Tot slot moeten we een waarde aannemen voor het lekdebiet. We hebben al berekend dat het debiet sterk varieert, afhankelijk van de verschillende parameters. Voor de berekening van de reistijd gebruiken we een debiet van 0,02; 0,1; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 5 en 7 m3/dag. In Figuur 4-3 is de reistijd weergegeven voor deze debieten. Bij een dikte van de aquifer van 30 meter is de minimale reistijd 15,6 jaar. Zelfs als we een dikte van 20 meter aanhouden blijft er een minimale reistijd van 5 jaar over.

Reistijd Gasselte

3

10

D=30m D=20m

2

Reistijd (jaren)

10

1

10

0

10

0

1

2

3 4 Debiet (m3/dag)

5

6

7

Figuur 4-3 Reistijd van het freatische vlak tot in de pompput. Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 17 -


4.2 Berekening De Groeve met vuistregels Er is geen meting bekend van het stijghoogteverschil tijdens onttrekking. Uit de gegevens van de waarnemingsput op het terrein blijkt een stijghoogteverschil van 40 cm (zie paragraaf 2.2). Waarschijnlijk is het stijghoogteverschil tijdens onttrekking groter. We rekenen daarom niet alleen met 40 cm maar ook met 1 en 2 meter stijghoogteverschil. Door WBGr zijn geen gegevens over de k-waarde van het onttrekkingspakket of het bovenliggende pakket doorgegeven. In REGIS worden voor de verschillende watervoerende pakketten verschillende kwaarden opgegeven (zie bijlage III). Watervoerende lagen 1a en 1b hebben een k-waarde van 20 tot 30 m/dag, laag 1c heeft een k-waarde van 20 m/dag en laag 2 heeft weer een k-waarde van 20 tot 30 meter per dag. We berekenen het debiet met een k-waarde van 20 en 30 m/dag. Net als bij Gasselte nemen we ook hier 1, 2, 5, 10 en 20 cm om de straal van het gat te simuleren. Tabel 4-2 verschillende parameters voor berekening van lekdebiet (De Groeve) Nummer

Stijghoogte Verschil (m) 0,4 0,4 1 1 2 2

1 2 3 4 5 6

k-waarde (m/d) 20 30 20 30 20 30

Lekdebiet De Groeve 12 gat gat gat gat gat

10

= = = = =

1cm 2cm 5cm 10cm 20cm

debiet (m3/dag)

8

6

4

2

0

1

2

3 4 berekeningnummer

5

6

Figuur 4-4 lekdebiet bij verschillende waarden voor stijghoogteverschil, k-waarde en grootte van het gat (zie Tabel 4-2) Het laagst berekende lekdebiet is 0,08 m3/dag bij een gat van 1 cm, een stijghoogteverschil van 40 cm en een k-waarde van 20 m/dag (Figuur 4-4). Het maximale debiet bij een gat van 20 cm, 2 meter stijghoogteverschil en een k-waarde van 30 m/dag is 12 m3/dag. Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 18 -


Voor de berekening van de reistijd nemen we een porositeit van 0,3 aan. De dikte van de aquifer is ongeveer 50 meter (zie paragraaf 3.2 en bijlage III) en de nuttige neerslag gemiddeld 0.73 mm/dag (zie ook paragraaf 4.1). Tot slot moeten we een waarde aannemen voor het debiet. We hebben al gezien dat het debiet sterk varieert, afhankelijk van de verschillende parameters. Voor de berekening van de reistijd gebruiken we een debiet 0,5; 1; 2; 3; 5; 10 en 12 m3/dag. Uitkomsten van deze berekeningen worden gepresenteerd in Figuur 4-5. Hoewel het debiet wat hoger is dan bij de winning Gasselte, is de reistijd nog minimaal 37 jaar. Dit komt doordat de aquifer hier dikker is. Reistijd De Groeve 180 160

Reistijd (jaren)

140 120 100 80 60 40 20

0

2

4

6 Debiet (m3/dag)

8

10

12

Figuur 4-5 Reistijd van freatisch vlak naar de onttrekking voor winning De Groeve

4.3 Conclusie berekening lekdebiet en reistijd met vuistregels Voor de winningen Gasselte en De Groeve is er potentieel gevaar dat door het ontbreken van een afdoende kleiafdichting kortsluitstroming via de omstorting plaats heeft. Voor beide winningen zijn beperkte gegevens beschikbaar voor het maken van een inschatting van lekdebiet en reistijd bij optreden van kortsluitstroming. Deze gegevens zijn onvoldoende om een eenduidige schatting van het lekdebiet te maken. Daarom is een range berekend voor verschillende waarden van de doorlatendheid, het stijghoogteverschil en de grootte van het gat. Het met hulp van vuistregels berekende lekdebiet is bij zowel Gasselte als de Groeve relatief klein, maximaal respectievelijk 7 en 12 m3/dag. Een beetje pompput heeft al gauw een capaciteit van minimaal 20 m3/uur, ofwel 480 m3/dag. Een lekdebiet van 12 m3/dag is dan 2,5% van de onttrekking. Hoewel beperkt in omvang, is dit vanuit het oogpunt van microbiële veiligheid niet te verwaarlozen. Van belang daarbij is de reistijd. Deze is in alle berekende scenario’s lang; minimaal 5 jaar. Een reistijd van 60 tot 100 dagen wordt voldoende geacht om microbiële veiligheid te kunnen garanderen (Van de Wielen et al., 2008). Dit betekent dat er op basis van deze berekening geen risico op microbiologische verontreiniging is. Een nadeel van het toepassen van de vuistregels is dat ze alleen opgaan als het boorgat na aanleg van de put is opgevuld met het uitkomende materiaal. Als ander (grover) materiaal gebruikt is, bijvoorbeeld Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 19 -


omstortingsgrind, moet een gedetailleerdere berekening worden gemaakt. Dit is verder uitgewerkt in Hoofdstuk 5 en 6. Tenslotte wordt opgemerkt wordt dat lekkage ook kan plaatsvinden via gaten in de stijgbuis of lekke verbindingen. De kans hierop bij oude putten zoals op Gasselte en De Groeve is aanzienlijk en zou veel kortere reistijden kunnen opleveren. Voor het opsporen van lekke stijgbuizen zijn diverse beproefde technieken beschikbaar, zoals camera-inspectie of een ballonproef.



5

Gedetailleerde methode voor berekening lekdebiet en reistijd

5.1 Aanleiding gedetaileerdere berkening lekdebiet en reistijd De uitkomsten van de berekeningen van lekdebiet en reistijd met de vuistregels zijn besproken met de begeleidingsgroep Optimalisatie winmiddelen. Tijdens de bespreking kwam naar voren dat boorgaten in het verleden soms werden aangevuld met grind, in plaats van uitkomend materiaal. Als doorboorde kleilagen niet zijn hersteld en er is (aanvul)grind gebruikt in plaats van uitkomend materiaal, dan zijn de vuistregels uit hoofdstuk 2 niet bruikbaar. De (verticale) doorlatendheid van aanvulgrind is veel groter dan die van het watervoerend pakket. Om het lekdebiet en de reistijd in een dergelijk geval te kunnen berekenen, moet rekening gehouden worden met de afwijkende verticale doorlatendheid van de omstorting. Een meer gedetailleerde afleiding om het lekdebiet en de reistijd door de omstorting te bepalen is beschreven in het BTO rapport Lek langs de stijgbuis van een put via een slecht afgedichte kleilaag (Maas, 2011; BTO2011.114(s)). In dit hoofdstuk wordt de methode kort toegelicht. 5.2 Berekeningsmethode voor lekdebiet Als het stijghoogteverschil tussen de bovenkant en de onderkant van de omstorting aangegeven wordt met h (m), dan is het lekdebiet Q (m3/d) te berekenen met: Q

h W

Voor de lekweerstand W (d/m2) wordt in de volgende formule afgeleid: W

Hierin is   r1 r0 k1v k2v k2h

0.005{ln( )}2  .058ln( )  0.19 r1 k2 h k2 v

r12  r02 k1v 2r12 k2 v

straal van het boorgat (m) straal van de stijgbuis (m) verticale doorlatendheid van het omstortingsmateriaal (m/d) verticale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) horizontale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d)

5.3 Berekeningsmethode voor reistijd Om de reistijd van een waterdeeltje vanaf de bovenkant van de omstorting tot aan het lek in de kleilaag te kunnen berekenen is een programma geschreven in Matlab. Voor een toelichting op dit programma wordt verwezen naar paragraaf 8.2 in Maas (2011).



5.4 Benodigde parameters De parameters die nodig zijn voor de twee berekeningen staan vermeld in Tabel 5-1 Tabel 5-1 Parameters voor berekening lekdebiet en reistijd Parameter

Omschrijving

r1

straal van het boorgat (m)

Gebruikt voor lekdebiet en/of reistijd Lekdebiet / reistijd

r0

straal van de stijgbuis (m)

Lekdebiet / reistijd

k1v

verticale doorlatendheid van het omstortingsmateriaal (m/d) verticale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) horizontale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) horizontale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) Dikte van de freatische aquifer (m) Porositeit van de omstorting (-) Grondwateraanvulling (m/d)

Lekdebiet / reistijd

k2v k2h h

D Pori N


Lekdebiet / reistijd Lekdebiet / reistijd Lekdebiet / reistijd Reistijd Reistijd Reistijd


6

Gedetailleerdere berekening van lekdebiet en reistijd

De belangrijkste aanleiding om een gedetailleerdere methode te bepalen was de opmerking dat boorgaten ook konden zijn opgevuld met (aanvul)grind, in plaats van uitkomend materiaal. In dat geval is de doorlatendheid van de omstorting veel groter dan die van het omliggende watervoerende pakket. Met hulp van de gedetailleerde berekeningsmethode zijn voor de winningen Gasselte en De Groeve schattingen gemaakt van lekdebiet en reistijd indien de omstorting is opgevuld met aanvulgrind. Opgemerkt wordt dat niet bekend is of er bij deze specifieke winningen is aangevuld met aanvulgrind, of dat uitkomend materiaal is gebruikt. Onderstaande berekeningen schetsen zodoende een worst case scenario voor beide winningen. 6.1 Schatting k-waarde van omstortingsgrind Bij de keuze voor filtergrind wordt gekeken naar de korrelgrootteverdeling van het watervoerende pakket en de diameter van het filtergrind wordt hierop afgestemd. In de loop van de tijd is deze diameter steeds fijner gekozen. De grofste korrelgrootte die gebruikt werd ligt rond 1,4 – 2 mm; we kunnen 2,5 mm aanhouden als maximale grofte. In de indelingen van korrelgroottes wordt van 0.063 tot 2 mm gesproken over zand en van 2 tot 63 mm over het grind. Het gebruikte aanvulmateriaal is dus grof zand, tot fijn grind. In Van Lanen en Dijksma (2002) wordt de doorlatendheid van deze twee sedimenten gegeven (Tabel 6-1). Tabel 6-2 geeft doorlatendheden volgens Connected Water (http://www.connectedwater.gov.au/framework/hydrometric_k.php): Tabel 6-1 Doorlatendheid verschillende sedimenten. Uit: Van Lanen en Dijksma (2002) Sediment Grind Grof zand

Doorlatendheid (m/dag) 250 100

Tabel 6-2 Korrelgrootte en doorlatendheid verschillende sedimenten volgens Connected Water. Sediment Grof zand Grind

Grain sizeKorrelgrootte (mm) 0,5 – 2 2 – 64

Doorlatendheid (m/d) 20 – 100 100 - 1000

Voor de berekening hebben we alleen de verticale doorlatendheid van het omstortingsmateriaal nodig. In sedimentaire afzettingen gaan we er meestal vanuit dat de verticale doorlatendheid 1/10 is van de horizontale doorlatendheid, maar voor omstortingsgrind gaat deze aanname niet op. Waarschijnlijker is dat de verticale doorlatendheid van omstortingsgrind gelijk is aan de horizontal doorlatendheid. Om een bandbreedte te kunnen bepalen, rekenen we met een verticale k-waarde van 100, 200 en 300 m/dag. 6.2 Gedetailleerde berekening Gasselte Er zijn berekeningen uitgevoerd met verschillende waarden voor het stijghoogteverschil en de k-waarde van het eerste watervoerende pakket (zie ook paragraaf 4.1), met drie verschillende verticale k-waarde van de omstorting (Tabel 6-3). Dit geeft in totaal 36 combinaties. Overig gebruikte parameters staan vermeld in Tabel 6-4. Tabel 6-5 geeft de nummering van de berekeningen. Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 23 -


Tabel 6-3 Variabele parameters voor berekening Gasselte Parameter k1v

Waarden 100, 200 en 300 m/dag

k2h h

3,3, 8 en 14 m/dag 0,5; 1,0; 2,0; en 2,5 meter

Tabel 6-4 Overige parameters voor berekening Gasselte Parameter r1

Waarde 0,3 (m)

r0

0,15 (m)

k2v

1/10e van de horizontale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) 30 (m) 0,3 (-) .00065 (m/d)

D Pori N

Tabel 6-5 Berekeningnummer, met bijbehorende parameters. Deze 12 berekeningen zijn gedaan voor 3 waarden voor k1v nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

h

k2h

0.5 0.5 0.5 1 1 1 2 2 2 2.5 2.5 2.5

3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14



Reistijd Gasselte 600 K1v=100 m/d K1v=200 m/d K1v=300 m/d

500

Reistijd (dagen)

400

300

200

100

0

0

2

4

6 berekeningnummer

8

10

12

Figuur 6-1 Reistijd voor 36 combinaties van parameters, zie Tabel 6-3 De resultaten van deze berekeningen worden weergegeven in Figuur 6-1. Bij de aangenomen waarden is er een risico op een hele korte reistijd. Voor het merendeel van de berekeningen is de reistijd korter dan 100 dagen, vaak zelfs korter dan 60 dagen. We zien dat de reistijd korter is bij een lagere horizontale doorlatendheid van het freatische pakket. De verhouding tussen de doorlatendheid van het pakket en van de omstorting is belangrijk. Bij een lage k-waarde van het pakket is de k-waarde van de omstorting in verhouding groter en krijg je snellere stroming door de omstorting. Lekdebiet Gasselte 120 K1v=100 m/d K1v=200 m/d K1v=300 m/d

lekdebiet (m3/dag)

100

80

60

40

20

0

0

2

4

6 berekeningnummer

8

10

12

Figuur 6-2 Lekdebiet voor 36 combinaties van parameters, zie Tabel 6-3 Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 25 -


Het berekende lekdebiet bij Gasselte varieert van circa 6 tot 104 m3/dag (Figuur 6-2). In tegenstelling tot de reistijd is de lekdebiet juist kleiner bij een lagere doorlatendheid van het watervoerende pakket. In bijlage IV staan de exacte berekende waarden voor alle combinaties van parameters. 6.3 Gedetailleerde berekening De Groeve In paragraaf 3.3 zijn waarden voor het stijghoogteverschil en de doorlatendheid van het eerste watervoerende pakket van winning De Groeve bepaald. Voor deze combinaties en de drie verschillende verticale doorlatendheden van de omstorting, berekenen we het lekdebiet (Tabel 6-6). Dit geeft in totaal 18 combinaties. Overig gebruikte parameters staan vermeld in Tabel 6-7; de nummering van de berekeningen is te vinden in Tabel 6-8. Tabel 6-6 Variabele parameters voor berekening De Groeve Parameter k1v

Waarden 100, 200 en 300 m/dag

k2h h

20 en 30 m/dag 0,4, 1 en 2 meter

Tabel 6-7 Overige parameters voor berekening De Groeve Parameter r1

Waarde 0,3 (m)

r0

0,15 (m)

k2v

1/10e van de horizontale doorlatendheid van de freatische watervoerende laag (m/d) 50 (m) 0,3 (-) .00065 (m/d)

D Pori N

Tabel 6-8 Berekeningnummer, met bijbehorende parameters. Deze 12 berekeningen zijn gedaan voor 3 waarden voor k1v Nummer 1 2 3 4 5 6

Stijghoogte Verschil (m) 0,4 0,4 1 1 2 2

k-waarde (m/d) 20 30 20 30 20 30



Reistijd De Groeve 900 K1v=100 m/d K1v=200 m/d K1v=300 m/d

800 700

Reistijd (dagen)

600 500 400 300 200 100 0

1

2


5

6

Figuur 6-3 Reistijd voor 36 combinaties van parameters, zie Tabel 6-8 Lekdebiet De Groeve 140 K1v=100 m/d K1v=200 m/d K1v=300 m/d

120

lekdebiet (m/dag)

100

80

60

40

20

0

1

2


5

6

Figuur 6-4 Lekdebiet voor 36 combinaties van parameters, zie Tabel 6-8 De berekende reistijd en debiet worden weergegeven in Figuur 6-3 en Figuur 6-4. De reistijd varieert van 45 tot 835 dagen en het lekdebiet varieert van 12 tot 125 m3/dag. In bijlage V staan de exacte berekende waarden voor alle combinaties van parameters. Ook hier zien we dat de potentiële reistijd relatief kort kan zijn, hoewel slechts vier combinaties een reistijd van minder dan 100 dagen opleveren.



6.4 Conclusies gedetailleerde berekeningen Uit de eerste berekeningen, met de vuistregels, bleek dat bij kortsluitstroming de reistijd van maaiveld naar onttrekking lang is als het boorgat gevuld is met uitkomend materiaal, omdat dan de omstorting nog voldoende weerstand heeft. Uit bovenstaande gedetailleerde berekeningen blijkt dat als het boorgat is aangevuld met goed gesorteerd aanvulgrind, de reistijd veel korter is, veelal korter dan 60-100 dagen. Deze situatie zal zich in het veld niet veelvuldig voordoen, maar verdient wel onze aandacht. In het volgende hoofdstuk wordt hierop verder ingegaan. In de praktijk verwachten we bij de winning Gasselte in ieder geval geen problemen door een korte reistijd, omdat daar met geofysica is aangetoond dat in ieder geval tot 6 meter beneden maaiveld klei in de omstorting zit. Dit verlengt de reistijd aanzienlijk. Bij pompput 14 is daarnaast ook een kleiprop aanwezig boven het filter. Tevens wordt opgemerkt dat bekend is dat winveld Gasselte ook een deel freatisch water aantrekt, doordat de afsluitende van nature niet doorlopend is. Bij de winning De Groeve is niets bekend over de aanvulling die is gebruikt. Zeker als dit winveld in de toekomst verandert in een moerasgebied, dan zou een lek door de omstorting problemen kunnen geven. De lekstroom zal mogelijk deze extra groot worden door het extra grote stijghoogteverschil bij inundatie.



7

Conclusies en vervolg

7.1 Kortsluitstroming, een risico voor de microbiële veiligheid? Uit de berekeningen in hoofdstuk 6 blijkt dat er in specifieke gevallen risico bestaat op zeer korte reistijden door de omstorting van een pompput, wat kan leiden tot microbiologische besmetting van winningen die goed beschermd worden geacht. Opvallend is dat een reistijd ook voor een winning als De Groeve kleiner kan zijn dan 100 dagen, ondanks dat onttrekking plaats heeft op een diepte van meer dan 60 meter. Voor diepe winningen onder een afsluitende kleilaag (spanningswater, “B” winningen in ABIKOU classificatie) kan men er dus niet zondermeer vanuit gaan dat ze volledig beschermd zijn tegen microbiologische besmetting. De staat van putten (denk aan lekke verbindingen) en kleiafdichtingen zijn cruciale factoren. Putten aangelegd voor midden jaren ’70 vormen met name een risico. Verder kwam bij het onderzoek naar voren dat juist van putten die verdacht zijn, zoals in De Groeve en Gasselte, heel weinig gegevens bekend zijn. Hierdoor varieerde de berekende reistijd van 10 tot 800 dagen, ofwel van een enorm risico tot geen enkel probleem. Enkele kanttekeningen wat betreft microbiële risico’s zijn op zijn plaats: In de berekeningen in hoofdstuk 6 is ervan uitgegaan dat een kleiafdichting ontbreekt en dat de omstorting is aangevuld met grind. Dit is een worst case benadering. Voor ca. 1973 was het weliswaar niet gebruikelijk kleiafdichtingen aan te brengen, maar ook niet om de omstorting geheel te vullen met aanvulgrind. Veelal werd het uitgekomen materiaal gebruikt (teruggestort) als opvulling van de annulaire ruimte. Dit materiaal heeft meestal een veel kleinere doorlatendheid dan aanvulgrind, met dientengevolge langere reistijd bij kortsluitstroming. Diverse putten waar geen kleiafdichting is aangebracht ter hoogte van de doorboorde kleilaag hebben wel een kleiprop direct aan maaiveld. Een voorbeeld is pompput 10 van Gasselte, waarvoor met geofysica is aangetoond dat tot 6 meter beneden maaiveld klei in de omstorting zit. Dit verlengt de reistijd vanaf maaiveld naar putfilter aanzienlijk. De voor de microbiologische veiligheid minimaal vereiste 60-100 dagen reistijd van maaiveld naar putfilter is gebaseerd op het scenario van een lekkend riool in de nabijheid van een onttrekkingsput (Van der Wielen et al., 2008). Voor veel winputten is dit een onwaarschijnlijk scenario. Deze relativering gaat niet op voor winning De Groeve. De transformatie van dit winveld in een moerasgebied is een serieuze bedreiging voor de microbiële veiligheid. Het worst case scenario zoals geschetst in hoofdstuk 6 (geen kleiafdichtingen, annulaire ruimte volledig opgevuld met grind) zal waarschijnlijk niet of nauwelijks optreden bij de Nederlandse waterleidingbedrijven. Bij een aantal bedrijven wordt het als potentieel probleem gezien, maar de Begeleidingsgroep heeft geen praktijkgevallen genoemd. Toch verdient het de aanbeveling diepe winningen waarvoor een vermoeden bestaat van kortsluitstroming aan een nadere analyse van de microbiologische veiligheid (AMVD) te onderwerpen. Het is daarbij belangrijk om meer te weten te komen over de aard van het aanvulmateriaal in de annulaire ruimte, maar er zijn meer stappen die gezet kunnen worden. Deze zijn vermeld in Tabel 7-1. Tabel 7-1 Stappenplan voor analyse bij vermoeden van kortsluitstroming. Stap 1

Stap 2

Stap 3

Check de put en het ruw water. Controleer de boorbeschrijving en aanlegstaat van de put (indien voorhanden). Zijn kleiafdichtingen aangebracht? Mogelijke indicatoren voor optreden van kortsluitstroming zijn ijzerverstopping van de put en het aantreffen van organische of microbiële verontreinigingen. Check de put op het voorkomen van andere lekkages. Denk aan lekken in de haalbuis en lekke verbindingen. Een camerainspectie kan vaak al zeer verhelderend zijn. Zie ook Hygiëne bij winmiddelen (Leunk en Lieverloo, 2007; BTO2007.038). Zoek aan de hand van de boorbeschrijving en aanlegstaat van de put (indien voorhanden) informatie over het gebruikt e aanvulmateriaal voor de annulaire ruimte. Voer berekeningen



Stap 4

Stap 5

Stap 6

uit voor de reistijd en lekdebiet, zoals gepresenteerd in hoofdstuk 5 en 6. Met hulp van geofysica is aanwezigheid van een kleiafdichting vaak aan te tonen. Enkele haken en ogen zijn er wel. Zo is voor een goede geofysische interpretatie een boorbeschrijving nodig, die voor oude putten meestal ontbreekt. Ook is voor een goede detectie van belang dat de kleiafdichting ook boven en onder kleilaag uitsteekt. Geofysica kan op van hulp zijn bij het beter karakteriseren van het aanvulmateriaal in de omstorting. Bij twijfel aan de aanwezigheid van een kleiafdichting of het goed functioneren van deze afdichting, kan een gasinjectietest worden gedaan. Hierbij wordt stikstofgas (N2) door de filterspleten geïnjecteerd in de omstorting. Het gas zal zich naar boven verplaatsen en, bij een goed functionerende kleiafdichting, onder de kleiafdichting ophopen. De aanwezigheid van het gas onder de kleiafdichting kan worden aangetoond met een neutronensonde. Zie ook BijlageError! Reference source not found.. Kan de aanwezigheid van een kleiafdichting (stap 1, 4 en 5) niet worden aangetoond of blijkt uit een gasinjectietest dat de afdichting niet goed functioneert (stap 5), dan hoeft er nog geen microbieel risico te zijn. Dit risico is er alleen als de reistijd van maaiveld naar putfilter kleiner is dan 60-100 dagen. Een (mogelijke) methode om de reistijd nauwkeurig in te schatten is het gebruik van tracertesten, waarbij tracers in de omstorting worden gedoseerd en worden bemeten in de put.

7.2 Vervolg onderzoek Bovenstaande resultaten zijn besproken met de twee belanghebbende bedrijven WMD (Nico van der Moot) en Waterbedrijf Groningen (Theo Vlaar). Uit dit gesprek bleek dat er bij beide bedrijven een grote behoefte is om in de praktijk vast te kunnen stellen of kortsluitstroming optreedt en welke reistijden hiermee gemoeid zijn. Tracertests zijn daarvoor de aangewezen methode. Er zijn twee typen proeven met tracers mogelijk: een passieve en een actieve proef. WMD en Waterbedrijf Groningen hebben Gasselte en De Groeve aangeboden als mogelijke testlocaties. 1. Een passieve proef. Hierbij vergelijken we de freatische waterkwaliteit met de waterkwaliteit van het onttrokken water, waarbij wordt gekeken of het onttrokken water is verontreinigd met ondiep water. Deze proef is op de locaties Gasselte en De Groeve niet mogelijk, omdat er op beide locaties van nature geen doorlopende scheidende laag zit tussen het freatische pakket en de onttrekkingsdiepte. Het onttrokken water zal dus van nature ondiep water bevatten, hoewel het aandeel ondiep water mogelijk wel groter is door kortsluitstroming. Een bijkomend nadeel van een passieve tracerproef is dat weliswaar bijmenging van freatisch water kan worden aangetoond, maar dat met deze test geen informatie wordt verkregen over de reistijd. Een indicatie van het lekdebiet wordt wel verkregen. 2. Een actieve proef. Hierbij brengen we water met een tracer in bovenaan de omstorting en meten hoe lang het duurt voordat de stof op de onttrekkingsdiepte is. Deze proef is mogelijk, maar er zijn ook risico’s aan verbonden: De berekende reistijd heeft een grote variatie (zie hoofdstuk 6) en is mogelijk zeer lang, wat betekent dat het jaren zou kunnen duren voordat de tracer in het filter aankomt. Mogelijke kan het water dieper in de omstorting geïnfiltreerd worden, en kan met een groot debiet onttrokken worden, zodat er een goede afpomping is. Een nadeel van dieper injecteren is dat geen informatie wordt verkregen van reissnelheden in het bovenliggende deel van de omstorting. Als er sprake is van lekke verbindingen of een lekke stijgbuis (in plaats van, of in combinatie met lek door de omstorting) zou de tracer die geïnfiltreerd wordt in de put terecht kunnen komen via het lek in plaats van via de omstorting. Vooraf kan dit getest worden met bijvoorbeeld een camerainspectie of ballonproef. Een andere mogelijkheid is in plaats van het ruwwater een filter in de omstorting te bemeten, zodat we zeker weten of het water daar terecht komt.



8

Literatuur

Haitjema, anoniem (2007). TV inspectie 2 bronnen wingebied WMD te Gasselte. 11 december 2007. Grondboorbedrijf Haitjema. Kenmerk: BvA/BLJ, V200719714-DE 1 Lantman, Rein (2009). Inspectie van de putten PP10 en PP14 te Gasselte d.m.v. boorgatmetingen. 2009-UR81107/01.05. Deltares Leunk, I. and Lieverloo, J. H.M (2007) Hygiëne bij winmiddelen. Hygiënecode drinkwater. BTO 2007.038. Kiwa Water Research. Maas, C., (2011). Lek langs de stijgbuis van een put via een slecht afgedichte kleilaag. BTO2011.114(s). KWR Watercycle Research Institute. RID, (1973). Voorschriften betreffende de uitvoering van boringen met bijbehorende werkzaamheden 1973. (Voorschriften R.I.D. Boringen 1973). Rijksinstituut voor de Drinkwatervoorziening. Van der Wielen, P.W.J.J., W.J.M.K. Senden and G. Medema, 2008. Removal of Bacteriophages MS2 and UX174 during transport in a sandy anoxic aquifer. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 4589–4594. Van Lanen, H.A.J. en R. Dijksma, 2002. Grondwatersystemen en – stroming, 1. Hydrologie. Februari 2002. HWM-20804





I Vuistregels lekdebiet Hatsi-kD Vuistregels in de hydrologie Het is alweer een poos geleden dat de vorige Hatsi-kD verscheen, maar de rubriek is niet opgeheven! Wie een handige vuistregel kent kan hem nog steeds naar de redactie sturen. Zelf liep ik onlangs tegen twee compacte formules aan om in te schatten hoeveel water er lekken kan via: Lekkende peilbuizen en slecht afgedichte kleilagen Diepere aquifers zijn van nature redelijk beschermd tegen verontreiniging door menselijk handelen. Ze kunnen echter geïnfecteerd raken via (bijvoorbeeld) lekkende peilbuizen. Bij het plaatsen van diepe peilfilters is daarom voorgeschreven om kleilagen die tijdens het boren gepasseerd worden goed af te dichten. Lekkage treedt soms toch nog op door de moffen van stijgbuizen of via beschadigingen. Om hoeveel water zou het kunnen gaan? Het hangt er natuurlijk vanaf hoe groot het gaatje in de stijgbuis is, en dat is in het algemeen niet bekend. Maar het zou toch wel nuttig zijn om onder een aanname van de grootte van het lek de orde van het lekdebiet te kunnen inschatten. Vuistregel 76: De grootte-orde van het lekdebiet door een lekke stijgbuis kan geschat worden met Qlek   k

(5)

Qlek lekdebiet (m3/d)  stijghoogteverschil tussen de aquifer waarin het peilfilter staat en de aquifer waarin zich bevindt (m) k doorlatendheid van de aquifer waarin het lek zich bevindt (m/d)  diameter van het (cirkelvormig gedachte) lek (m)

het lek

Het afdichten van kleilagen gebeurt overigens ook niet altijd even netjes (om het netjes uit te drukken). Voor gaten in kleilagen geldt een iets andere regel: Vuistregel 77: De grootte-orde van het lekdebiet door een gat in een scheidende laag kan geschat worden met Qlek   kr Qlek 

(6)

(m3/d)

lekdebiet stijghoogteverschil tussen de aquifers die door het gat kortgesloten worden (m)

k harmonisch gemiddelde van de doorlatendheden van de twee aquifers die door het worden kortgesloten (m/d) kk k  1 2 k1  k2 r straal van het (cirkelvormig gedachte) lek (m)

lek

Aan deze formules liggen allerlei aannamen te grondslag. Twee ervan moet de gebruiker wel kennen: (1) de anisotropie (verhouding tussen horizontale en verticale doorlatendheid) van de aquifer(s) is 10:1. (2) het lek van de lekke peilbuis zit niet pal naast een sloot.



Hoe kom ik eraan? Ik behandel eerst de lekke stijgbuis. Een lek in een stijgbuis is een piepklein putje. Omdat het zo klein is, is een omgeving van zeg een paar meter rondom het lek naar verhouding al heel erg groot. Buiten die omgeving heeft het lek haast geen invloed meer op de stijghoogte. Zo'n lek lijkt daardoor net een puntbron in een eindeloos driedimensionaal poreus medium. Dat is een heel bruikbare constatering. Een eigenschap van een puntbron in een eindeloos 3D-medium is namelijk dat er een stationaire stromingstoestand mogelijk is zonder dat er voedende grenzen aan te pas komen. (Als je een constant debiet onttrekt aan een put in een uitgestrekte 2D-aquifer zonder voedende grenzen treedt er nooit een stationaire verlaging op; de stijghoogte blijft eeuwig dalen). Ik mag dus verwachten dat een formule voor het lekdebiet geen parameters nodig heeft die iets te maken hebben met de ligging en afmetingen van sloten, drains, etc. Het water dat instroomt via het lek moet er weer uitstromen via het waarnemingsfilter. Ik kan er wel van uitgaan dat de uitstroomweerstand van het waarnemingsfilter - met zijn veel grotere oppervlakte verwaarloosbaar is ten opzichte van de instroomweerstand van het lek. Parameters van het waarnemingsfilter spelen dus ook geen rol, evenmin als de hydraulische eigenschappen van het pakket waar het water instroomt. Welke parameters kunnen wel van belang zijn? Vanzelfsprekend het lekdebiet Qlek zelf, en het verschil in stijghoogte  tussen de aquifers die door het lek worden kortgesloten. Verder de diameter van het lek en natuurlijk de doorlatendheid k van de aquifer waarin het lek zich bevindt. Meer kan ik niet bedenken. Met zo weinig parameters moet er wel iets eenvoudigs uitkomen... Om verder te komen beschouw ik de stijghoogte rondom een hypothetisch bolvormig putfiltertje in een oneindig uitgestrekt poreus medium. Op afstand r van het middelpunt van de bol is het specifieke debiet Q (7) q( r )   4 r 2 (met een minteken omdat een onttrekking Q een stroming tegen de richting van r in veroorzaakt). Volgens Darcy is d q( r )   k (8) dr waarin  de stijghoogte is. Eliminatie van q( r ) geeft Q d k 2 4 r dr

(9)

waaruit volgt dat

 

Q C 4 kr

(10)

C is een integratieconstante. Dit is natuurlijk een bekend resultaat, dat ik ook ineens had kunnen presenteren. Er blijkt uit dat er bij een constante onttrekking inderdaad een stationaire verlagingstoestand bestaat, ook al vindt er in de verre omtrek geen voeding plaats. Op "grote" afstand van de bron is de eerste term in het rechterlid dus 0. De stijghoogte  is daar gelijk aan de stijghoogte

1 van de aquifer waar het lek in zit, dus C  1 . (Met 1 bedoel ik de stijghoogte die in een peilbuis waargenomen zou kunnen worden). Laat het bolvormige filtertje straal R hebben, dan is de stijghoogte binnen het filter

 

Q  1 ( r  R ) 4 kR

(11)

Omdat de weerstand tegen uitstroming verwaarloosbaar is, is dit tevens de stijghoogte  2 van het pakket waarin het lekwater verdwijnt. Ik krijg dus



 2  1    

Q 4 kR

(12)

waarin  het stijghoogteverschil is tussen de twee aquifers die door het lek worden kortgesloten. Omdat er geen misverstand zal bestaan over de richting van de lekstroom kan ik het minteken in (12) wel weglaten. Ik krijg dan Q  4 kR

(13)

Een lek zal waarschijnlijk niet bolvormig zijn, maar hoe het er wel uitziet weet ik niet. Laat me aannemen 1 dat het een cirkel is met doorsnede  ; dat is wellicht wat realistischer. De oppervlakte  2 van de 4 cirkel neem ik gelijk aan de oppervlakte 4 R 2 van het bolvormige filtertje, zodat   4R . Dit in (13) geeft Q    k  (14) Hier staat de eerste vuistregel al, maar met een factor  ervoor. Die laat ik weg, om rekening te houden met anisotopie. Mijn onderbouwing is als volgt: Tot hier toe ging ik uit van een isotroop medium, wat wil zeggen dat de doorlatendheid geen richtingafhankelijkheid kent. Vuistregel 33 (Stromingen 4/4, 1998) geeft aan hoe een formule voor een isotroop 3D-medium gecorrigeerd kan worden voor anisotropie. De correctie is in dit geval niet helemaal eenduidig, omdat de oriëntatie van het lek (horizontaal dan wel verticaal) ook meespeelt, maar uitgaande van een horizontaal lek komt het erop neer dat (14) vervangen moet worden door Q    k h k v  (15) waarin kh en kv de horizontale, resp. verticale doorlatendheid zijn. Over de anisotropie van Nederlandse aquifers is bedroevend weinig bekend, maar het ligt voor de hand dat de verticale doorlatendheid kleiner is dan de horizontale. Bij gebrek aan beter wordt vaak aangenomen dat kh : kv  10 :1 . Dat komt mooi uit, want

10   , zodat  kh kv  k . Dit verklaart het verdwijnen van de factor  uit (14).

Hiermee is de eerste vuistregel onderbouwd. Resteert nog om aannemelijk te maken dat ik van een oneindig medium mag uitgaan. Dit volgt gevoeglijk uit (10). Stel dat het hypothetische bolvormige filtertje een straal van een centimeter heeft. (Voor een lekkende mof lijkt me dat al vrij groot). Laat  een meter zijn. Dan is op een meter afstand nog maar 1 centimeter over van de verlaging die door de lekkage veroorzaakt wordt. Zolang er binnen die afstand geen drain of sloot te bekennen is, is de benadering dus wel te rechtvaardigen. Het gaat pas mis als het lek zich werkelijk pal naast een sloot bevindt. In dat geval onderschat de vuistregel het lekdebiet. De tweede vuistregel, die voor een lek in een kleilaag geldt, is eenvoudig uit de eerste af te leiden. Het lek zit nu op de bodem van de aquifer waar het water uit weglekt. Ik neem hem weer cirkelvormig met diameter  . Op grond van (14) weet ik meteen dat 1 Q  1k1 2

(16)

1 is het verschil tussen de stijghoogte in het lek en stijghoogte op enige afstand in de aquifer waar het

water uit weglekt, k1 is de doorlatendheid van die aquifer en de factor 1/2 komt erin doordat ik nu met een half-oneindig medium te maken heb. In tegenstelling tot de lekke peilbuis heb ik deze keer aan de uitstroomkant wel een weerstand om rekening mee te houden. Het stromingspatroon is weer radiaal, dus overeenkomstig (16) kan ik zeggen dat 1 Q   2 k 2 2 Risico’s van kortsluitstroming bij oude pompputten © KWR - 35 -

(17) BTO 2011.117(s) December 2011

 2 is het verschil tussen de stijghoogte in het lek en de stijghoogte op enige afstand in de aquifer die het

lekwater ontvangt, terwijl k2 de doorlatendheid van die aquifer is. Uit (16) en (17) volgt dat 1k1   2 k2 (18) Als ik het stijghoogteverval in het lek zelf verwaarloos, zijn 1 en  2 samen gelijk aan het stijghoogteverschil  tussen de kortgesloten aquifers, dus   1   2

(19)

1 kk Q    1 2  k1  k2 2

(20)

Uit(16) , (18) en (19) volgt dan dat

Dit lijkt wel heel sterk op de eerste vuistregel (14), maar de doorlatendheid k is vervangen door het harmonisch gemiddeld van k1 en k2 , en er verschijnt een factor 1/2 ten gevolge van het verschil in stromingsgebied. De factor  vervalt weer, om te corrigeren voor anisotropie. Tenslotte ga ik uit cosmetische overwegingen over van de diameter  op de straal r van het lek, waardoor de factor 1/2 ogenschijnlijk weer wegvalt. Dit onderbouwt de tweede vuistregel. In het algemeen zal een gat in een kleilaag wel een grotere lekkende doorsnede hebben dan een lek in een peilbuis, dus de aanname van een oneindig 3D-medium is twijfelachtiger. Laat de straal van het hypothetische bolvormige filter bijvoorbeeld 10 centimeter zijn in plaats van 1, terwijl het stijghoogteverschil weer een meter is. Dan is de stijghoogte pas op 10 meter afstand van het lek gereduceerd tot 1 centimeter. 10 meter is al in de grootte-orde van de diktes van aquifers... Maar goed, het is maar een vuistregel. Kees Maas



II Vuistregels reistijd Reistijd naar een lekke omstorting of een lekke peilbuis In een eerder document leidde ik een vuistregel af om het debiet door een lekke omstorting of een lekke peilbuis te schatten. Deze keer is de vraag hoe lang een verontreinigd waterdeeltje erover doet om een winput te bereiken. Ik neem aan dat het deeltje, als het eenmaal in de winningsaquifer beland is, vrijwel meteen in de put terecht komt. Ik hoef dus alleen te kijken naar de reistijd in de freatische aquifer. Ik neem verder aan dat de verontreiniging van bovenaf komt, dus ik reken vanaf de grondwaterspiegel. Omdat het lekdebiet heel erg klein is, wordt alleen het stromingspatroon in de onmiddellijke omgeving van het lek daardoor beïnvloed. Buiten deze kleine omgeving is de stroming bij goede benadering gelijk aan de natuurlijke verticale grondwaterstroming, die afhangt van het neerslagoverschot. Als er geen vertraging door tijdelijke adsorptie optreedt kan de reistijd van een verontreiniging gelijk genomen worden aan de leeftijd van het grondwater op de diepte van het lek. Die is alleen afhankelijk van de verticale stromingscomponent, en kan als volgt bepaald worden: Dz N (1) vn ( z )  D  want de verticale stroomsnelheid neemt lineair af van N /  aan de grondwaterspiegel tot 0 op de bodem van de aquifer. D is de dikte van d aquifer, z is de diepte gerekend vanaf de grondwaterspiegel, N is de nuttige neerslag en  is de effectieve porositeit. Omdat v  dz / dt geldt vervolgens 1 D 1 D (2) dt  dz  dz  d ln( D  z ) vn N Dz N Met de randvoorwaarde dat t (0)  0 volgt hieruit t( z) 

D N

ln

D Dz

(3)

Hierin is t de reistijd, gerekend vanaf de grondwaterspiegel. Deze keer is z de diepte van het lek, gerekend ten opzichte van de grondwaterspiegel. Alleen als het lek zeer dicht bij de bodem van de aquifer zit gaat deze benadering niet meer op, omdat de verticale component van de natuurlijke grondwaterstroomsnelheid daar nul is, terwijl er ter plaatse van het lek natuurlijk wel een behoorlijke verticale stromingscomponent bestaat. In het geval dat het lek echt op de bodem van de aquifer zit (zoals bij een niet met klei aangevulde boring) is de reistijd "exact" op te lossen, door aan te nemen dat de verticale stromingscomponent in de omgeving van het lek gegeven wordt door vl ( z ) 

Q Q  2 r 2 2 ( D  z ) 2

(4)

M.a.w: de stroming in de omgeving van het lek is radiaal (en de toestroming is eenzijdig; vandaar een factor 2 ipv 4). Q is het debiet van het lek, dat met de vuistregels uit het vorige document te schatten is. In dit geval is dt 

1 dz vn  vl


(5)


of

dt 

QD 1 D dz   d ln{( D  z )3  } Dz N Q N 3 2 N  D  2 ( D  z ) 2

(6)

Met de randvoorwaarde t (0)  0 vind ik t

D N

ln(1 

2 ND 2 ) Q

(7)

Voorbeeld:   1/ 3 , D  10m N  .25 /1000m / d , Q  1m 3 / d  t  5 jaar Als D  20 m, dan is t  35 jaar. De laagdikte telt dus flink aan. * Samengevat wordt de reistijd van een verontreinigd waterdeeltje naar een lek gegeven door (3) met een maximum van (7). * Opmerking: Als er in een gebied geen sloten zijn is de nuttige neerslag gelijk aan het neerslagoverschot. Als er wel sloten zijn is de nuttige neerslag minder. In de allereerste HatsikD heb ik aangegeven dat de nuttige neerslag tot 1/3 gereduceerd moet worden als er veel sloten aanwezig zijn (zeg slootafstand = 200 m).



III Bodemopbouw volgens Regis Gasselte



De Groeve



IV Berekening Gasselte (uitgebreid) nummer

h_lek

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 nummer

0.5 0.5 0.5 1 1 1 2 2 2 2.5 2.5 2.5 h_lek

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 nummer

0.5 0.5 0.5 1 1 1 2 2 2 2.5 2.5 2.5 h_lek

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.5 0.5 0.5 1 1 1 2 2 2 2.5 2.5 2.5

k2h

k1v 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14

k2h

Lekdebiet (m3/dag)

Reistijd (d)

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

6 9 12 11 19 25 23 37 50 28 46 62 Lekdebiet (m3/dag)

278 419 533 155 242 317 83 135 184 68 111 153 Reistijd (d)

200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200

7 13 17 14 26 35 28 51 69 35 64 87 Lekdebiet (m3/dag)

109 171 227 57 92 125 29 48 67 24 39 54 Reistijd (d)

300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

7 15 21 14 30 42 29 60 84 36 75 104

61 96 130 32 51 69 16 26 36 13 21 29

k1v 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14

k2h

k1v 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14 3.3 8 14





V Berekening De Groeve (uitgebreid)

nummer 1 2 3 4 5 6 nummer 1 2 3 4 5 6 nummer 1 2 3 4 5 6

h_lek

k2h

0.4 0.4 1 1 2 2 h_lek

20 30 20 30 20 30 k2h

0.4 0.4 1 1 2 2 h_lek 0.4 0.4 1 1 2 2

k1v

Lekdebiet (m3/dag)

Reistijd (d)

100 100 100 100 100 100

12 15 30 38 60 75 Lekdebiet (m3/dag)

720 835 374 455 227 304 Reistijd (d)

200 200 200 200 200 200

17 21 42 52 83 103 Lekdebiet (m3/dag)

322 387 152 191 83 108 Reistijd (d)

300 300 300 300 300 300

20 25 51 63 101 125

190 233 85 107 45 57

k1v 20 30 20 30 20 30

k2h

k1v 20 30 20 30 20 30



Postbus 1072 3430 BB Nieuwegein

T 030 606 95 11

F 030 606 11 65

E [email protected]

I www.kwrwater.nl

Risico s van kortsluitstroming bij oude pompputten. December 2011 BTO (s)

Recommend Documents