Grondwaterdynamiek

Grondwaterdynamiek

De bodemkaart en grondwatertrappenkaart van Nederland (schaal 1 : 50.000) is tussen de jaren zestig en negentig gemaakt. Hierdoor is deze niet meer overal actueel; dit geldt met name voor de grondwatertrappen(Gt)kaart.

Actuele kaarten van de grondwatersituatie zijn bij waterschappen en provincies nodig bij het vaststellen van het Gewenst Grond- en Oppervlaktewater Regime (GGOR) en voor regionaal waterbeheer. In het landelijk beleid is deze informatie nodig voor het vaststellen van uitspoelingsgevoelige gronden in het kader van de mestwetgeving.

Sinds 1997 is Wageningen Environmental Research daarom bezig met de ontwikkeling van een nieuwe methode en het uitvoeren van projecten om de grondwaterdynamiek (Gd) in kaart te brengen en de, veelal verouderde, Gt-informatie uit de bodemkaart 1: 50.000 te actualiseren. Dit gebeurt in het kader van verschillende opdrachten van waterschappen, provincies en het minsterie van LNV.

Parameters Grondwaterdynamiek

inds 2003 worden kaarten gemaakt van de grondwaterdynamiek (Gd) op basis van veldopnamen en geostatistische simulatie. Deze kaarten geven een continue indeling van de gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG), gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand (GVG) en gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG), terwijl vroeger alleen Gt-klassen werden gekarteerd op de bodemkaart. De ruimtelijke weergave is veranderd van kaartvlakken in de oorspronkelijke bodem- en Gt-kaart naar rastercellen van 50×50 meter in de nieuwe Gd-kaarten. Naast een continu verloop van GHG, GVG en GLG, samen GXG genoemd, worden ook de voorspelfouten van de GXG op kaart weergegeven. De methode voor de kartering van de grondwaterdynamiek staat beschreven in De Gruijter et al. (2004) en Van Kekem et al. (2005).

De dynamiek van het grondwater wordt op kaart weergegeven door de volgende set van parameters:

GHG

Gemiddelde van de HG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. HG3: gemiddelde van de drie hoogste grondwaterstanden in een hydrologisch jaar (1 april t/m 31 maart) bij een meetfrequentie van tweemaal per maand (rond de 14e en 28e).

GLG

Gemiddelde van de LG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. LG3: gemiddelde van de drie laagste grondwaterstanden in een hydrologisch jaar (1 april t/m 31 maart) bij een meetfrequentie van tweemaal per maand (rond de 14e en 28e).

GVG

Gemiddelde van de VG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. VG3: gemiddelde van de grondwaterstanden op 14 maart, 28 maart en 14 april in een bepaald kalenderjaar.

Gt

Voor de grondwatertrap worden de GHG en GLG in klassen ingedeeld. Typische combinaties van deze klassen vormen dan de Gt. Meer informatie over de Gt indeling is te vinden in onderstaande publicatie.


Kaarten van de grondwaterdynamiek zijn onderdeel van de Basisregistratie Ondergrond. Ze zijn te bekijken op BROloket en bodemdata.nl.’

Methodiek Grondwaterdynamiek

Wageningen Environmental Research heeft een kwantitatieve methode ontwikkeld om de diepte van de grondwaterstanden door het jaar heen in kaart te brengen.

Het in kaart brengen van de grondwaterdynamiek

Een grondwatertrappenkaart geeft in klassen aan hoe diep het grondwater zit ten opzichte van het maaiveld. Hierbij wordt uitgegaan van de gemiddeld hoogste grondwaterstanden (GHG) - die vooral in de winter en het vroege voorjaar voorkomen - en van de gemiddeld laagste grondwaterstanden (GLG) - die meestal in de nazomer voorkomen. De bodemkaart en grondwatertrappenkaart van Nederland (schaal 1:50.000) is tussen de jaren zestig en negentig gemaakt. Hierdoor is deze niet meer overal actueel; dit geldt met name voor de grondwatertrappenkaart. De oude methode, met een boor het veld in en aan de hand van bodem- en landschapskenmerken de GHG en GLG schatten en op kaarten vastleggen, is zeer tijdrovend en duur. Daarom heeft Wageningen Environmental Research een nieuwe (geo)statistische methode ontwikkeld om grondwatertrappenkaarten te maken.

Met de nieuwe methode kunnen we ook het verloop van de diepte van het grondwater door het jaar heen (grondwaterdynamiek) in kaart brengen. Daarvoor hebben we gegevens over de GHG, de GLG en de GVG (de gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand) nodig. Deze set van gegevens noemen we GxG. Om de grondwaterdynamiek in kaart te brengen, delen we eerst het gehele gebied op in deelgebieden. Vervolgens meten we de grondwaterstanden en leggen we relaties met bekende langjarige meetreeksen.

Deelgebieden

Omdat voor een zeer groot gebied de grondwaterdynamiek in kaart gebracht moet worden, delen we het gebied op in deelgebieden. De indeling gebeurt op basis van bodemkundige, hydrologische en topografische factoren. We gaan ervan uit dat er binnen de deelgebieden uniforme relaties zijn tussen de grondwaterstanden door het jaar heen en maaiveldeigenschappen zoals hoogteligging, slootafstanden, drainagedichtheid.

Meerjarige meetreeksen

Door heel Nederland ligt een netwerk van enkele duizenden vaste buizen waarin tweewekelijks grondwaterstanden gemeten worden. Deze buizen moeten voldoen aan bepaalde criteria; het is bijvoorbeeld van groot belang dat ze op voldoende afstand van waterlopen liggen en de bewegingen van het bovenste grondwater natuurgetrouw weergeven. Uit de reeksen van gemeten grondwaterstanden worden nu klimaatsrepresentatieve grondwaterstanden (GxG’s) berekend. Hiertoe wordt per meetreeks, op basis van het neerslagoverschot van de laatste dertig jaar, een tijdreeksmodel gekalibreerd.

gwd.gif

Momentopname

Omdat de dichtheid van de vaste grondwaterstandsbuizen niet voldoende is voor een vlakdekkende kartering van de grondwaterdynamiek worden per deelgebied op ten minste 20 locaties - met een gemiddelde dichtheid van 1 waarneming per 110 ha - aanvullende grondwaterstandsmetingen gedaan. In de nazomer (als het grondwater diep zit) en de winter of vroege voorjaar (als het grondwater hoog zit) worden op deze locaties grondwaterstanden in het veld gemeten. De metingen zijn momentopnames van de grondwaterstand en worden omgezet in klimaatsrepresentatieve GxG-waarden. De momentopnamen worden met regressie gerelateerd aan de klimaatsrepresentatieve GxG uit tijdreeksen. Door de gevonden regressierelaties toe te passen op de momentopnames worden klimaatsrepresentatieve GxG’s op de meetlocaties berekend. Omdat statistische methoden gebruikt worden is naast de GxG op elke locatie ook de betrouwbaarheid van deze GxG geschat.

Gebiedsdekkende kartering

Naast de GxG-waarden die per meetlocatie berekend worden, worden er gebiedsdekkende bestanden gemaakt met ondersteunende informatie die afgeleid wordt uit het gedetailleerde Actueel Hoogtebestand van Nederland (AHN), de bodemkaart en de Topografische kaart. Te denken valt aan de diepte van het waterpeil beneden maaiveld in waterlopen (drooglegging), de afstand tot waterlopen en de relatieve maaiveldhoogte. Ook het grondgebruik en de ‘oude’ grondwatertrap zijn als ondersteunende informatie (ook wel hulpinformatie genoemd) gebruikt. Deze hulpinformatie is voor alle gridcellen van het AHN (25x25 m2) bekend, en heeft dus een grotere dichtheid dan de op basis van punten bepaalde GxG.

GxG-waarden op punten, gebiedsdekkende hulpinformatie en deelgebiedindeling samen vormen de gegevens waarmee vlakdekkend de grondwaterkartering wordt uitgevoerd.

Per deelgebied worden door middel van regressietechnieken de GxG-puntgegevens en de hulpinformatie met elkaar in verband gebracht. Dit levert per deelgebied één vergelijking op waarmee de GHG wordt voorspeld uit een combinatie van verschillende hulpgegevens. Het resulteert tevens in vergelijkingen voor de GVG en GLG. Deze vergelijkingen worden gebiedsdekkend toegepast. Daarnaast is gekeken of toepassing van deze vergelijkingen lokaal tot verschillen tussen gemeten en voorspelde GxG leidt. Deze verschillen op de meetlocaties en de locaties van de vaste buizen worden gebruikt om met een interpolatietechniek vlakdekkend voorspellingen (kaarten) van de GxG te maken. Naast de gebiedsdekkende voorspelling van GxG is ook de betrouwbaarheid van de schatting van de GxG in kaart gebracht.

Op deze manier worden gebiedsdekkende bestanden gemaakt met GHG, GLG en GVG en tevens op kaart weergegeven. De grondwatertrappenkaart wordt samengesteld door de kaarten van de GHG en GVG te combineren.

Publicaties met meer details over de methodiek

Kaarten Grondwaterdynamiek

Wageningen Environmental Research kan verschillende kaarten met grondwaterstandsinformatie leveren. Hieronder worden de kaarten kort beschreven en de mogelijkheden en beperkingen van de verschillende kaarten aangegeven.

Grondwatertrappen

Het grondwaterstandsverloop wordt gekarakteriseerd met de Gemiddeld hoogste (GHG), de gemiddelde voorjaars- (GVG) en de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) GHG's en GLG's worden gecombineerd tot zogeheten grondwatertrappen (Gt's), die op kaarten worden weergegeven (Van der Sluijs, 1990).

Grondwatertrappen (Gt) kaart van Nederland (1:50.000)

De Bodem- en Gt-kaart (schaal 1:50.000) is tussen 1962 en 1990 per kaartblad gekarteerd en geeft landsdekkend de Gt weer in kaartvlakken (Steur en Heijink, 1991). De vlakken op de 1:50.000 kaart hebben een oppervlakte van tenminste 10 ha. De kaart is gebaseerd op een boringsdichtheid van één beschreven boring per 4 tot 10 ha. Bij elke boring zijn de GHG en GLG geschat. Bij veldschattingen van de GHG en GLG wordt gelet op de hoogteligging van een locatie ten opzichte van zijn omgeving, de aanwezigheid van sloten of begreppeling, en de hydromorfe kenmerken (roest- en reductievlekken). De veldschattingen worden geverifieerd met schattingen op basis van waargenomen grondwaterstanden in buizen en boorgaten. De Gt-vlakken worden vervolgens afgegrensd op basis van een beoordeling van profielkenmerken en landschappelijke kenmerken zoals drainagedichtheid en relatieve hoogteligging.

De landsdekkende kaart is vervaardigd volgens een uniforme werkwijze. De belangrijkste beperking bij het gebruik van deze kaarten is de actualiteit: omdat de kartering over een periode van meerdere decennia heeft plaatsgevonden. Daar staat echter de landsdekkende beschikbaarheid en uniformiteit tegenover. De kaarten worden tot op heden hoofdzakelijk toegepast op regionale of landelijke schaal. Voor lokale toepassing is de Gt-kaart, schaal 1:50.000, niet bruikbaar.

De Gt-kaart, schaal 1:50.000, kan in combinatie met de bodemkaart of apart tegen verstrekkingskosten en een bedrag per hectare als digitaal bestand bij Wageningen Environmental Research worden besteld.

Contact

gtkaartnl.jpg

Grondwatertrappen in detailkarteringen

Vanaf 1970 wordt het grondwaterstandsverloop ook in detail gekarteerd (schaal 1:10.000 tot schaal 1:25.000). Vóór die tijd werden de gronden alleen aangeduid met nat en droog. De meeste detailkarteringen zijn uitgebracht op schaal 1:10.000. De Gt's zijn geschat op basis van boringen en veldschattingen. Bij deze kaartschaal hoort een boringsdichtheid van één beschreven boring per ha. Door gebruik te maken van het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) als hulpinformatie kunnen sinds 2000 ook bodem- en Gt-kaarten worden gemaakt met een lagere boringsdichtheid (1 boring per 2 tot 3 ha). Bij veldschattingen van de GHG en GLG wordt voornamelijk gelet op de hoogteligging van een profiel ten opzichte van zijn omgeving, de aanwezigheid van sloten of begreppeling en de hydromorfe profielkenmerken (roest- en reductievlekken). Tijdens de kartering wordt het permanente net van peilbuizen aangevuld met tijdelijk geplaatste peilbuizen waarin grondwaterstanden worden gemeten. De GHG en GLG in beide typen peilbuizen wordt uit de waarnemingen geschat, en gebruikt bij het toetsen of bijstellen van de veldschattingen.

Vanaf 1985 worden ook gerichte opnames uitgevoerd. Dit zijn grondwaterstandsmetingen in boorgaten op twee tijdstippen: één als de grondwaterstanden zich rond GHG-niveau bevinden en één als de grondwaterstanden zich rond GLG-niveau bevinden. Voor de locaties van de gerichte opname worden met regressieanalyse de GHG en GLG geschat (Te Riele en Brus, 1991). Detailkarteringen van na 1990 zijn in digitale vorm beschikbaar en bedekken ongeveer 10% van het Nederlandse landoppervlak. Deze kaarten worden hoofdzakelijk gebruikt voor agrarische toepassingen, zoals beoordeling van bodemgeschiktheid en bepaling van de ruilwaarde van gronden. De laatste jaren wordt de Gt-informatie ook veel gebruikt bij natuurontwikkeling (Van Delft et al. , 2007). Omdat het hierbij vaak gaat om kleinere gebieden is het schaalniveau doorgaans 1:5.000 of gedetailleerder.

Detailkarteringen zijn geschikt voor toepassing op lokale en regionale schaal. De methode van kartering is uniform, al kan er extra, gebiedsspecifieke, informatie op een kaart zijn vermeld.

De detailkarteringen worden in opdracht gemaakt. Bestaande detailkarteringen kunnen tegen verstrekkingskosten en een bedrag per ha als digitaal bestand bij Wageningen Environmental Research worden besteld.

Grondwaterdynamiek (Gd) kartering

Sinds 1997 maakt Wageningen Environmental Research kaarten van de grondwaterdynamiek (Gd). Deze kaarten zijn gemaakt om verouderde informatie van 1:50.000 Gt-kaarten te actualiseren. Voor de landbouwkundig gebruikte zand- en lössgronden zijn Gd-kaarten vervaardigd voor de mestwetgeving. Voor een deel van de zandgronden met natuur en een aantal kleine gebieden met kleigronden zijn ook Gd-kaarten beschikbaar. Kartering vindt plaats op basis van gerichte opnamen van de grondwaterstand. Met regressieanalyse wordt een verband gelegd tussen de gerichte opnamen en langlopende meetreeksen van grondwaterstanden. De waarnemings­dichtheid van de huidige Gd-kaarten is ongeveer één waarneming per km². Met geostatistische interpolatie worden gebiedsdekkende kaarten gemaakt, waarbij naast de gerichte waarnemingen ook gebiedsdekkend beschikbare informatie over maaiveldshoogte en ontwatering wordt gebruikt. De kaarten die hiermee worden gemaakt geven voor rastercellen de grondwaterdynamiek uitgedrukt in GHG, GVG, GLG, Gt-klasse, duurlijnen en regimecurves (Finke et al. , 2004).

Een belangrijke meerwaarde ten opzichte van de Gt-kaarten is dat bij de Gd-kartering ook de nauwkeurigheid van de gekarteerde GHG, GVG en GLG wordt aangegeven. Uit validatie blijkt dat de nauwkeurigheid van Gd-kaarten groter is dan van de 1:50.000 Gt-kaarten, maar logischerwijs minder nauwkeurig dan Gt-informatie uit een recente detailkartering (Hoogland et al., 2003; Pleijter et al., 2003).

Actuele kaarten van de grondwatersituatie worden bij waterschappen en provincies gebruikt bij het vaststellen van het Gewenst Grond- en Oppervlaktewater Regime (GGOR) en voor regionaal waterbeheer. In het landelijke beleid is deze informatie nodig voor het vaststellen van uitspoelingsgevoelige gronden in het kader van de mestwetgeving (De Gruijter et al ., 2004; Van Kekem et al ., 2005).

Contact

gdmethodenartw503.jpg

Grondwatertrappen op basis van karteerbare kaarten

In 2006 is een grondwatertrappenkaart gemaakt op basis van beschikbare gegevens uit de toenmalige bodemkaart schaal 1:50.000, AHN en informatie uit profielbeschrijvingen. In 2010 zijn GHG- en GLG-kaarten gemaakt vanuit deze informatie. Download: Hydrologie op basis van karteerbare kenmerken.

actueleGtkaartnl.jpg

Publicaties

Toepassingen Grondwaterdynamiek

Op basis van geactualiseerde informatie over de grondwaterdynamiek is met behulp van het waternood-instrumentarium zoals voor STOWA ontwikkeld vast te stellen in hoeverre het actuele grondwaterregime (AGR) voldoet voor de gewenste landbouwkundige en natuurdoelen.

Lees meer

Afhankelijk hiervan kan een realistisch gewenste grondwaterregime worden vastgesteld waarbij de gewenste doelen zo goed mogelijk gerealiseerd kunnen worden. Deze systematiek is in een tweetal studies ontwikkeld en toegepast door Finke et al. (2001) en Hoogland et al. (2003). Naast het STOWA waternood instrumentarium is door Hoogland et al. (2002) een methode ontwikkeld om op basis van bodemkundig-hydrologische geschiktheid natuurdoelen optimaal te lokaliseren

Tijdens de Gd-kartering in Brabant door Finke et al. (2002) is op basis van de vervaardigde Gd-bestanden een ruimtelijk beeld van de maatgevende afvoer bepaald. Op basis van modelberekeningen zijn afvoerrelaties afhankelijk van de grondwaterdynamiek vastgesteld en toegepast om kaarten van maatgevende en specifieke afvoeren te genereren.

Daarnaast is Gd-informatie in eerder onderzoek gebruikt voor de keuze van representatieve meetlocaties voor de optimalisatie van een grondwatermeetnet. Hiervoor zijn verschillende onderzoeksprojecten uitgevoerd door Massop en van der Gaast (2003) en Bierkens en Massop (2000).