Reistijd naar een peilbuis

In Nederland worden grondwaterkwaliteitsmonsters genomen in enkele honderden peilbuizen verspreid over het land [1]. Er wordt bemonsterd op vaste diepten: 10 meter en 25 meter. Bij het uitwerken van de gegevens worden monsters van gelijke diepte met elkaar vergeleken. Daarbij wordt aangenomen dat monsters op een gelijke diepte ook een vergelijkbare weg hebben afgelegd. Is dat ook het geval?

Reistijdformule

Laten we om te beginnen aannemen dat alle monsterlokaties in wegzijgingsgebieden liggen. Een waterdeeltje zal dan na infiltratie uiteindelijk terecht komen in een peilbuisfilter. De reistijd van het deeltje kan berekend worden met (De Vries, 1967):

Waarin:

Uit de formule blijkt dat de ouderdom van het bemonsterde grondwater uitsluitend afhangt van de grootte van het neerslagoverschot, de porositeit van het watervoerend pakket en de totale dikte van het watervoerend pakket.

Ouderdom van water in filters op een vaste diepte

In de bovenstaande formule zullen de waarden voor de grondwateraanvulling en de porositeit gemiddeld genomen over grote gebieden redelijk constant zijn. We gaan hier uit van N=300 mm/jaar en een porositeit van 0.35.
De dikte van het watervoerend pakket zal zeker niet constant zijn als we grote gebieden beschouwen. In oost Nederland neemt de pakketdikte gelijk toe van enekel meters bij de rijksgrens tot meer dan honderd meter ter hoogte van de IJssel. Deze gradiënt van de dikte D zal zich vertalen in een geleidelijk veranderende ouderdom van het bemonsterde water van oost naar west. Onderstaande grafiek laat dit zien:

Het blijkt dat het bemonsterde water op een diepte van 10 meter altijd jonger zal zijn dan 10 jaar, bij een pakketdikte van 18 meter of meer. In oost Nederland zal het ondiepe filter dus vrijwel altijd jong water bevatten.
Voor een diepte van 25 meter zal het water bij een pakketdikte van minder dan 50 meter ouder zijn dan 25 jaar, bij dikkere pakketten is het grofweg 18 tot 25 jaar oud.

De vergelijkbaarheid van de reistijd van grondwaterkwaliteits monsters zal dus het grootst zijn voor het filter op 25 meter diepte bij watervoerende pakketten dikker dan 50 meter.

Effect van landbouwkundig gebruik

Van de jaren vijftig tot eind jaren tachtig is de uitspoeling van nitraat naar het grondwater geleidelijk aan sterk toegenomen door overvloedig uitrijden van meststoffen door de landbouw. Vanaf eind jaren tachtig is de uitspoeling door het mestbeleid weer afgenomen. Om te volgen hoe het vermeste grondwater zich verspreid zouden we monsters moeten nemen van water dat is geïnfiltreerd tussen 1950 (zestig jaar oud) en 1990 (twintig jaar oud). Onderstaande grafiek laat zien op welke diepte dat water verwacht mag worden, gegeven een dikte van het watervoerend pakket:

De grafiek laat zien dat het vervuilde grondwater op de meeste lokaties het 10 meter filter al gepasseerd is. In watervoerende paketten van meer dan 20 meter dik, bevat het diepe filter nog wel landbouwwater. De bestaande werkwijze, met vaste monsterdieptes, maakt dus een evaluatie van het mestbeleid mogelijk, zij het zeer grof, omdat de monsters met landbouwwater enkele tientallen jaren in leeftijd kunnen verschillen.

Referenties

De Vries, J.J. (1967). Relatie tussen chemische samenstelling en beweging van het grondwater in de Achterhoek. Nota 416. d.d. 9 augustus 1967. Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding, Wageningen.

Meinardi, C.R. (1994). Groundwater recharge and travel times in the sandy regions of the Netherlands. RIVM Report no. 715501004. Proefschrift VU, Amsterdam.