Drainageproef in het Prinsenbos
Bij een drainageproef wordt gemeten hoe snel de grondwaterstand daalt na een plotselinge verlaging van het waterpeil in een sloot. Daaruit zijn ondergrondparameters (doorlaatvermogen, bergingscoëfficient en intreeweerstand) voor dit stromingsgeval te bepalen
Opzet van de proef
Schatten ondergrondparameters
Door het uitvoeren van een veldproef is het mogelijk om op basis van metingen de waarde te schatten van geohydrologische parameters. Daarbij wordt een stromingssituatie op gang gebracht die een verandering van de stijghoogte veroorzaakt. Uit meetwaarden van de verandering in de stijghoogte kunnen parameters geschat worden op basis van een analytische oplossing. Pompproeven zijn het meest bekende voorbeeld, maar er zijn meer manieren. Een fraai voorbeeld is de drainageproef in het Prinsebos, die werd uitgevoerd door Francine Engelsman (1999).
Proefopstelling
Het Prinsebos is een naaldbos ten zuiden van Breda. De ondergrond bestaat uit een laag dekzand van enkele meters op een ondoorlatende kleilaag. Hierdoor stijgt het grondwater snel na een regenbui. Toen het bos werd aangepland zijn dan ook greppels aangelegd om het grondwater snel af te voeren.
Voor de drainageproef werd in een watergang eerst het waterpeil enkele dagen opgezet tot aan het niveau van de grondwaterstand. De grondwaterstand moest daarbij ongeveer horizontaal zijn, zonder opbolling op grotere afstand van de sloot.
Vervolgens laat men het waterpeil snel dalen waardoor grondwater gaat stromen naar de sloot, zodat het freatische grondwaterpeil langzaam daalt. Deze daling wordt op verschillende tijdstippen gemeten. Deze cijfers worden gebruikt om de statistisch meest waarschijnlijke parameterwaarden te schatten.
Gebruikte formule
freatische grondwaterstand
De gebruikte formule is een vergelijking die L.F. Ernst geeft in zijn proefschrift ([2], formule 388 op bladzijde 153):
definitie parameters
verklaring symbolen
| φ(x) | : | freatische grondwaterstand (m) |
| h | : | verandering in het oppervlaktewaterpeil (m) |
| t | : | tijd sinds de plotselinge peildaling (dagen) |
| S | : | freatische bergingscoëfficient (-) |
| kD | : | doorlaatvermogen van de bodem (m2/dag) |
| w | : | intreeweerstand van de slootwand (d/m) |
Uitvoering van de proef
Plaatsing van de peilbuizen
Om voorafgaand aan de proef te weten waar de peilbuizen moeten staan is met bovenstaande formule berekend welke grondwaterstanden verwacht mogen worden bij de proef.
Als voorbeeld hieronder een grafiek van het grondwaterstandsverloop, gegeven de volgende schattingen van de parameters: h = -50 cm, kD = 10 m2/dag, S = 0,2, W = 2 dagen. De grondwaterstand wordt weergeven van x = 0 tot x=75 meter, op de tijdstippen t1=1, t2=3, t3=5 en t4=7 dagen.
De grafiek laat zien dat de peilbuizen hooguit enkele tientallen meters van de sloot gezet moeten worden om binnen enkele dagen effect te meten van de verlaging in het slootpeil. Na zeven dagen is het effect van peilverlaging op de grondwaterstand op 30 meter uit de sloot nog maar 3 cm. Met die nauwkeurigheid kan een verlaging eigenlijk al niet gemeten worden. In de proefopzet zijn de peilbuizen gezet op 1, 5, 10 en 50 meter van de sloot.
Verloop van de proef
Tijdens het veldwerk in het Prinsebos is vier keer een plotselinge peilverandering doorgevoerd. Het uitvoeren van een goede proef bleek lastig. Mankementen in de proefopstelling en neerslag tijdens de proeven hadden ongewenste invloed op het grondwaterstandsverloop. Op basis van de metingen uit drie van de vier proeven werden uiteindelijk de volgende parameterwaarden berekend: kD=10 m2/dag, S=0.1, W=0.14 dagen.
De grafiek hierboven laat de resultaten van de vierde drainageproef zien. Op 3 maart om 17.00 werd het peil in de sloot verlaagd met ongeveer 35 cm. Vervolgens daalt het grondwaterpeil op 1 meter van de sloot in 18 uur tijd met 20 cm, op 5 meter met ruim 10 cm en op 10 meter is nauwelijks sprake van een daling.
Op basis van de geoptimaliseerde parameterwaarden zou je op basis van de formule na 18 uur de volgerde verlagingen verwachten: 6,5 cm (op 1 m), 3,5 cm (op 5 m), ruim 1 cm (op 10 m).
De verlagingen die worden gemeten en berekend na een dag zijn erg klein, daardoor is moelijk te zeggen of de verschillen tussen gemeten en berekende waarden acceptabel zijn. Na een maand zouden de verschillen in theorie veel groter moeten zijn. In de praktijk kan de proef zo lang niet duren, omdat neerslag de proef zou verstoren.
Het uitvoeren van een goede drainageproef is in de praktijk dus erg lastig omdat een grote verlaging moeilijk te realiseren is en langdurige periode zonder neerslag te weinig voorkomen. De waarde van de grondwaterformule is dat je vooraf goed kan inschatten welke verlagingen zullen optreden en hoe lang de proef zou moeten duren om paramters te kunnen schatten met een slootproef.
Referenties
Engelsman, F.E. 1999. Interactie tussen grond- en oppervlaktewater in het Chaamse Bekengebied. Veldonderzoek naar drainageweerstand en modellering met MoDuflow. SWI 99.163 KIWA, Nieuwegein.
Ernst, L.F. 1962. Grondwaterstromingen in de verzadigde zone en hun berekening bij de aanwezigheid van horizontale evenwijdige open leidingen. Verslagen van landbouwkundige onderzoekingen nr 67.15. Pudoc, Wageningen.