effectieve porositeit
Vuistregel
In zandgronden is de effectieve porositeit gelijk aan de totale porositeit. Deze varieert in Nederlandse zandgronden binnen zeer nauwe grenzen rond 0,38.
De vuistregel is gebaseerd op een klassiek artikel van Theo Olsthoorn (Olsthoorn, 1977) en is van toepassing op onverkitte zandformaties. Ze geldt dus niet voor de zandsteenformaties in Zuid-Limburg of de verkitte Bentheimer zandsteen bij Losser.
Toelichting
effectieve porositeit
De effectieve porositeit is een parameter die belangrijk is voor het berekenen van de reistijd van grondwater. Zie bijvoorbeeld de formule voor de reistijd van een waterdeeltje over een afstand delta s (De Vries, 1975):
In deze formule is ne de effectieve porositeit, door Olsthoorn in zijn artikel aangeduid als het "doorstroomd poriënvolume".
metingen van de effectieve porositeit
Olsthoorn beschrijft experimenten die zijn uitgevoerd met een proefopstelling met Veluwezand waarvan de porositeit met een trilnaald was verlaagd tot 0,305. Vervolgens werd uit gemeten reistijden het doorstroomd poriënvolume berekend.
Het gemiddelde van de door Olsthoorn berekende waarden van het doorstroomd poriënvolume (de effectieve porositeit) bedraagt 0,39. De mediaan komt zelfs exact uit op 0,305 (Olsthoorn, 1977 tabel IV).
Eerder al kwamen Australische onderzoekers op grond van vergelijkbare proeven met verschillende soorten ongeconsolideerd sediment tot de conclusie dat de totale en de effectieve porositeit ongeveer gelijk zijn.
Zij komen tot de volgende tabel (Olsthoorn, 1977 tabel II):
| korrelgrootte (mm) | totale porositeit | effectieve porositeit | bergings-coefficient | zandfractie | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,09 - 0,30 | 0,38 | 0,36 - 0,45 | 0,28 | uiterst fijn tot matig grof | |
| 0,39 - 0,55 | 0,41 | 0,39 - 0,46 | 0,35 | natig grof tot zeer grof | |
| 0,85 - 1,41 | 0,42 | 0,41 - 0,50 | 0,36 | zeer grof zand | |
| 1,68 - 2,08 | 0,44 | 0,44 - 0,48 | 0,38 | zeer grof zand en grind |
experimenten op praktijkschaal
De effectieve porositeit kan ook geschat worden uit de gemeten snelheid van verplaatsing van grondwater in het veld. Olsthoorn verwijst naar een Duitse tracerproef in een formatie van zand en grind langs de Donau.
De effectieve porositeit werd geschat op 0,21 en kwam goed overeen met de totale porositeit die was bepaald uit grondmechanische proeven.
Een Nederlands praktijkvoorbeeld is de verspreiding van vervuild grondwater vanuit de Wasmeren bij Hilversum.
In de Wasmeren werd sinds 1875 rioolwater geïnfiltreerd op 1500 meter afstand van de drinkwaterwinningen Westerveld en Laren. Cremers en Van den Akker (1975) hebben de verplaatsing van het grondwater gesimuleerd met een grondwatermodel en vonden een goede overeenkomst bij een effectieve porositeit van 0,40.
porositeit van zandgronden
Nadat Olsthoorn in zijn artikel heeft aangetoond dat de effectieve porositeit gelijk is aan de totale porositeit, rest hem slechts een schatting te geven voor de porositeit van zandgronden. Hij verwijst daarvoor naar het proefschrift van Fahmy:
begripsverwarring
Olsthoorn begint zijn artikel met de constatering dat geohydrologen desgevraagd de effectieve porositeit van een zandpakket schatten tussen de 0,15 en 0,30. Deze lage waarden leiden tot berekende reistijden die veel kleiner zullen zijn dan de werkelijke reistijd.
Volgens Olsthoorn bestaat er in de internationale literatuur verwarring tussen de begrippen effectieve porositeit en bergingscoefficiënt, die beiden als "effective porosity" worden aangeduid. Daardoor is het beeld ontstaan dat de waarde van de bergingscoëfficient gelijk is aan de effectieve porositeit.
Waarden voor de freatische bergingscoëfficient zijn vrij eenvoudig te schatten uit een gemeten daling van het grondwater en zijn dus veel beschikbaar. De effectieve porositeit is veel moeilijker te meten, omdat het metingen vereist van de verplaatsingssnelheid van grondwater.
Daarnaast blijken er in de internationale literatuur nog meer begripsverwarringen en onjuiste opvattingen voor te komen, die Olsthoorn in zijn artikel uitvoering bespreekt.
historisch belang van Olsthoorns artikel
De invloed van het artikel van Olsthoorn uit 1977 is erg groot, tot op de dag van vandaag. Dat blijkt bijvoorbeeld uit de rapporten die midden jaren tachtig zijn opgesteld, toen provincies voor het eerst grondwaterbeschermingsgebieden voor drinkwaterwinningen lieten berekenen. Olsthoorns artikel wordt daarin vrijwel altijd geciteerd en ook in recente rapporten met reistijdenberekeningen wordt nog steeds ter onderbouwing naar zijn publicatie verwezen.
De door Olsthoorn genoemde waarde van 0,38 wordt echter zelden gebruikt, veelgebruikte getallen zijn 0,30 of 0,35 (Bot, 2011; p.34).
Mogelijk is hier opnieuw sprake van verwarring en kijkt men naar de waarden in Olsthoorns tabel IV, die echter gelden voor proeven in zand met een kunstmatig verlaagde porositeit van 0,305.
Referenties
[1] Bot, A.P. 2011. Grondwaterzakboekje. Uitgegeven door Bot Raadgevend Ingenieur te Rotterdam. www.grondwaterzakboekje.nl
[2] Cremers, G.J.M. en C. van den Akker, 1976. Modelonderzoek naar de invloed van de infiltratie in de Wasmeren op de onttrekkingen in de pompstations Laren 1 en 2 en Westerveld. Gemeentewaterleidingen, Amsterdam. 63 p.
[3] Fahmy, M.J., 1961. The influence of Clay Particles on the Hydraulic conductivity of sandy soils. Dissertatie, Landbouwhogeschool Wageningen.
[4] Olsthoorn, Th. N., 1977. In Nederlandse zandformaties zijn het doorstroomde en het totale porievolume aan elkaar gelijk. H2O (10) 1977 nummer 5. p118-122
[5] Vries, J.J. de, 1975. Some Calculation Methods for Determination of the Travel Time of Groundwater. Aqua-Vu Serie A. No. 5: p3-15. Vrije universiteit, Amsterdam.