Bufferzone tussen een diepe sloot op een gebied met water op het maaiveld

watergang_volkomen-freatisch

Op enige afstand van een gebied met water aan maaiveld ligt een sloot die reikt tot op een ondoorlatende basis (volkomen watergang). Op afstand x=L van de sloten komt het water aan maaiveld, waardoor er geen verhang meer is in het grondwater. Er ontstaat een waterscheiding.
Tussen de sloten (x=0) en de waterscheiding (x=L) treedt grondwateraanvulling op, rechts van de waterscheiding stroomt alle neerslag af over maaiveld.

Formule

stationaire situatie

Bij een constante neerslag N wordt de breedte van de bufferzone (afstand L) uiteindelijk:

$\fn_cm \fn_cm L = H \sqrt{\frac{k}{N}}$

instationaire situatie

De formule voor de verandering van L bij een constante neerslag N luidt:

$\fn_cm L(t)^{2} = (L_{0}^{2}-\frac{kH^{2}}{N})\: e^{-\alpha t}+\frac{kH^2}{N}$

In een periode zonder neerslag wordt L steeds groter. De toename van de zone met een verlaagde grondwaterstand wordt berekend met:

$\fn_cm L(t)^{2}=\beta t + L_{0}^{2}$

definitie van parameters

$\fn_cm \alpha = \frac{8N}{\mu \left ( 4-\pi \right)H}$

$\fn_cm \beta = \frac{8 kH}{\mu \left ( 4-\pi \right)}$

verklaring van symbolen

L(t)	:	breedte van de strook met verlaagde grondwaterstand (m)
L0	:	breedte van de strook met verlaagde grondwaterstand aan het begin van de berekening voor een periode zonder neerslag (m)
H	:	dikte van het watervoerend pakket in het gebied met grondwaterstand aan maaiveld (m)
N(t)	:	grondwateraanvulling (m/dag)
k	:	doorlatendheid van het watervoerend pakket (m/dag)
μ	:	bergingscoefficient
t	:	tijd (dagen)

Achtergrond

In het profiel is de sloot weergegeven als een zeer diepe (volkomen) watergang met een klein laagje water. Rekenkundig ligt de grondwaterstand op x=0 op de hydrologische basis en treedt op dat punt een debiet Q uit waarvoor de formule luidt:

$\fn_cm Q(t)=N(t)-\frac{\partial V(t)}{\partial t}$

In woorden: het verloop van het debiet in de tijd naar de sloot is gelijk aan de grondwateraanvulling verminderd met de toename van het geborgen volume water onder de grondwaterspiegel tussen de sloten en de waterscheiding.

Referenties

[1] Perrochet, P. & A. Musy, 1992. A simple formula to calculate the width of hydrological buffer zones between drained agricultural plots and nature reserve areas. Irrigation and Drainage Systems 6: 69-81.