Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 2 Duurzaam herstel van hoogveenlandschappen

Bijlagen Hydrologie 
 

Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
274 
 
1
 
Enkele hydrologische grootheden 
1.1
 
Overzicht 
Deze bijlage gaat over hydrologische grootheden die van belang zijn in de hydrologie van 
hoogveenreservaten. Men mag er niet van uitgaan dat elke beheerder daarmee vertrouwd is. 
Daarom passeren hieronder de meest algemene grootheden hieronder de revue. We 
behandelen achtereenvolgens 
- 
Grondwaterstand en verzadigde zone 
- 
Stijghoogte 
- 
Doorlatendheid en de wet van Darcy 
- 
Doorlaatvermogen en daaraan gekoppeld het hydrologische gedrag van de acrotelm  
- 
Verticale weerstand 
- 
Bergingscoëfficiënt 
1.2
 
Grondwaterstand en verzadigde zone 
De grondwaterstand is de hoogte van de grondwaterspiegel. Die vindt men door een 
geperforeerde buis die aan de onderkant dicht is, in de grond te steken tot in het 
grondwater. Als de buis zich heeft gevuld, is de waterstand in de buis gelijk aan de 
grondwaterspiegel. Zo’n buis wordt grondwaterstandsbuis genoemd. In nagenoeg alle 
natte natuurreservaten staan grondwaterstandsbuizen. 
Vaak wordt aangenomen dat de verzadigde zone, dat is het deel van het bodemprofiel dat 
verzadigd is met water, aan de bovenkant wordt begrensd door de grondwaterspiegel. Strikt 
genomen is dat niet juist. Door capillaire werking, het verschijnsel dat water in kleine poriën 
(capillairen) tegen een zekere onderdruk in toch een porie kan vullen, zal boven de 
grondwaterspiegel nog een dunne met water verzadigde laag kunnen voorkomen. In de 
praktijk van het hoogveenbeheer is het praktisch nooit nodig, er rekening mee te houden. 
1.3
 
Stijghoogte 
Stijghoogte is de drijvende kracht achter de stroming van grondwater. Stijghoogte wordt 
gemeten  met een piëzometer. Dat is een dichte buis met een kort filter dat meestal onderin 
zit. Om de gedachten te bepalen: 5-20 cm lang. Een stuk blinde buis beneden het filter kan 
eventueel dienen als opvang voor ongerechtigheden in de buis. In de buis stijgt het water tot 
een bepaald niveau. Dat is de stijghoogte van het grondwater op de plaats van het filter.  
 
 
Figuur 1-1. Grondwaterstandsbuis (links) en piëzometer (rechts). De verzamelnaam voor 
beiden is peilbuis. 
Figure 1-1. Phreatic dip-well (left) and a piezometer (right). 
 
In Figuur 1-1 staat het water in beide peilbuizen (verzamelnaam voor grondwaterstandsbuis 
en piëzometer) even hoog. Staat het water in de piëzometer hoger dan in de 
grondwaterstandsbuis, dan is de stijghoogte op de diepte van het filter hoger dan de 
Grondwater-
standsbuis
Piëzometer
Peilbuis
Peilbuis

 
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
275 
 
grondwaterstand en is er sprake van kwel. Als het omgekeerde het geval is, dan is er 
wegzijging en staan de waterspiegels in beide precies even hoog, dan is er geen verticale 
stroming van water. Deze drie toestanden zien we in Figuur 1-2.  
 
Figuur 1-2. Kwel (piëzometer hoger), wegzijging (piëzometer lager) en geen meetbare 
verticale stroming (piëzometer en grondwaterstandsbuis hebben gelijk peil). Het rechter 
plaatje is een herhaling van Figuur 1-1. 
Figure 1-2. Upward seepage (piezometer has higher level), downward seepage (piezometer 
has lower level) and no measurable vertical seepage (phreatic dip well and piezometer have 
the same level). The right hand picture is the same as Figure 1-1. 
1.4
 
Doorlatendheid en de wet van Darcy. 
In 1856 publiceerde de Franse ingenieur Henry Darcy zijn ontwerp voor de waterleiding van 
de Franse stad Dijon. Het was een systeem dat volledig onder natuurlijk verval werkte. 
Daarin vermeldde hij dat in zijn zandfilters de doorstroomsnelheid van het water evenredig 
bleek te zijn met de totale hoogte van de waterkolom op de filters en omgekeerd evenredig 
met de dikte van het zandbed. De evenredigheidsconstante voor de kolomhoogte bleek 
afhankelijk te zijn van de grofheid van het zand. Die evenredigheidsconstante staat nu 
bekend onder de naam doorlatendheid, meestal geschreven met het symbool k. Een 
schematische afbeelding van een filteropstelling staat in Figuur 1-3. 
 
 
Figuur 1-3. Filteropstelling met de belangrijkste symbolen voor vergelijking ( 1-1). 
Figure 1-3. Filtration setup with the essential symbols of Equation (1-1). 
 
De vergelijking voor de in- en uitstroom (debiet) Q in volume per tijd bij lengte L en breedte 
B van de filterbak (L en B niet getoond in Figuur 1-3) wordt dan 
 
?????? = ??????????????????
∆ℎ
??????
 
( 1-1) 
Kwel
Wegzijging
Geen verticale
stroming
Zandfilter met doorlatendheid
en dikte
k
D
Opvangbak met gefilterd water
Ongefilterd water
Instroom Q
Uitstroom Q
D
Waterstands-
verschil

h

Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
276 
 
Vergelijking ( 1-1) gaat uit van een rechthoekige bak met een lengte L en een breedte B. De 
vorm van de bak maakt voor de stroming geen verschil. Het gaat om de dwarsdoorsnede 
loodrecht op de stromingsrichting. Daarom wordt in plaats van LxB of LB ook wel A van 
“Area” geschreven. Een doorstroomde dwarsdoorsnede is nu eenmaal niet per definitie 
rechthoekig. 
Het water gaat het filter in en uit met een snelheid v, de filtersnelheid. In de vergelijking 
voor v vervallen L en B, zodat we overhouden 
 
?????? = ??????
∆ℎ
??????
 
( 1-2) 
In meer algemene vorm wordt de wet van Darcy vaak geschreven als 
 
?????? = −???????????? 
( 1-3) 
Daarin is i de gradiënt of het verhang van de grondwaterspiegel of de stijghoogte (Figuur 
1-4). Merk op dat in Figuur 1-3 de stroming verticaal is en dat in Figuur 1-4 de horizontale 
component overheerst. Voor de stromingswet van Darcy maakt dat niets uit. 
Het minteken geeft aan dat het water in de richting van afnemende h stroomt. Voor de 
praktijk van het natuurbeheer mag men het negeren. 
 
 
Figuur 1-4. Gradiënt van de grondwaterspiegel ofwel de freatische gradiënt en de gradiënt 
van de stijghoogte op een diepte z, de piëzometrische gradiënt, beide met symbool i. De wet 
van Darcy geldt voor beiden. 
Figure 1-4. Phreatic gradient and piezometric gradients at a depth z, both with symbol i. 
Darcy’s law holds for both. 
 
De wiskundig geschoolden onder ons zullen misschien opmerken dat het tot nu toe gebruikte 
symbool  voor ‘een stuk van’ misplaatst is als de gradiënt van punt tot punt varieert. Dan 
moet inderdaad strikt genomen worden vervangen door d, dus dℎ
??????x
⁄  , lees: de verandering 
van h met x. Deze handleiding is niet de plaats om op dit verschil in te gaan. De praktijk van 
het natuurbeheer kan er heel goed zonder. 
In plaats van v wordt ook wel q (kleine letter!) geschreven. De betekenis is dezelfde. De wet 
van Darcy geldt voor praktisch elke stroming van een vloeistof in een poreus medium, dus 
ook voor water in veen. De doorlatendheid k is lengte per tijd, net als v, want i is lengte 
gedeeld door lengte en dus een getal. Omdat grondwaterstroming een langzaam proces is, 
wordt voor de tijd meestal in plaats van de seconde de dag genomen. De doorlatendheid 
gaat daarom meestal in meters per dag, m/d of md
-1
.  
1.5
 
Doorlaatvermogen en het gedrag van de acrotelm 
In de vorige paragraaf hebben we gezien dat de doorlatendheid eigenlijk een 
materiaalgrootheid is, waarin de afmetingen van een doorstroomd profiel niet verwerkt zijn. 
Als we volume per tijd willen berekenen, hebben we echter wel een afmeting nodig, namelijk 
de grootte van de dwarsdoorsnede loodrecht op de stromingsrichting. 
Meestal wordt stroming van grondwater tweedimensionaal afgebeeld. De richting loodrecht 
op het papier of het beeldscherm doet dan dus niet mee. Dat is verantwoord als in die 
richting over een redelijke afstand geen noemenswaardige verandering in het stromingsbeeld 
optreedt. Een volume past niet in een tweedimensionaal beeld. Dan wordt de grootheid Q 
Grondwate
rspiegel,
hoogte =
h

x

h
freatische gradiënt = =
i

h

x
Verloop stijg
hoogte
h
z
op diepte
z

x

h
piëzometrische
gradiënt = =
i

h

x

 
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
277 
 
gegeven in vierkante meters per dag (m
2
d
-1
). Dat is hetzelfde als m
3
d
-1
 per meter in de 
richting loodrecht op het beeldvlak. Die tweedimensionale Q gaat in m
3
d
-1
m
-1
=m
2
d
-1
, 
vierkante meters per dag dus. 
Meestal staat die extra lengtedimensie niet afzonderlijk in de berekening, maar is die als het 
ware ingebouwd in een vervanger voor de doorlatendheid, het doorlaatvermogen met 
symbool kD. Inderdaad, k maal dikte, de dikte van de doorstroomde laag. Die gaat meestal 
in de eenheid m
2
d
-1
, ook geschreven als m
2
/d. Dat kunnen we invullen in vergelijking ( 3-1) 
onder weglating van het minteken: 
 
?????? = ?????????????????? 
( 1-4) 
Er zit echter bij gebruik van kD een addertje onder het gras. Als de doorlatendheid op elke 
diepte dezelfde zou zijn, is er geen vuiltje aan de lucht en kunnen we de vermenigvuldiging 
van k en D probleemloos uitvoeren. In werkelijkheid is iedere grond gelaagd. Eigenlijk 
moeten de afzonderlijke kD-waarden per laagje bij elkaar worden opgeteld om de effectieve 
kD van de laag te vinden. Omdat vrijwel alle bepalingsmethoden voor dikke zandpakketten 
kD-waarden en geen k opleveren, is dat probleem zelden aan de orde. Voor watervoerende 
pakketten vindt men in Dinoloket (
https://www.dinoloket.nl/
) dan ook alleen maar kD-
waarden. 
Om het hydrologische gedrag van een acrotelm te begrijpen, is kD een essentiële grootheid. 
Het volgende voorbeeld laat dit zien. 
1.6
 
Waterstand en kD in een hoogveen met acrotelm. 
Een getallenvoorbeeld 
We gaan uit van een laag van 20 cm dikte aan de bovenkant van een functionerend 
hoogveen van 5 m dik. Dat mag ook (veel) minder zijn; voor het eindresultaat maakt het 
weinig uit. 
De acrotelm verdelen we in 10 laagjes van 2 cm dik. De doorlatendheid van elk laagje is de 
helft van die van het laagje erboven. Het bovenste laagje krijgt een doorlatendheid van 1024 
m per dag, elk volgend laagje eronder de helft van het laagje dat er direct boven ligt. Dit is 
een realistische en niet extreme situatie voor een levend hoogveen. Het onderste laagje van 
de acrotelm krijgt dan een doorlatendheid k van 2 md
-1
. Voor het eronder liggende 
veenpakket van 4,80 m nemen we een gemiddelde doorlatendheid van 0,1 md
-1
. 
 
Tabel 1-1. Doorlaatvermogen kD van een voorbeeld-acrotelm van boven naar onder. 
Table 1-1. Transmissivity kD in an acrotelm model from the surface downwards. Depths are 
given as negative values. 
Laag nr. 
Hoogte 
bovenkant 
(m) 
Gemiddelde 
doorlatendheid 
k (md
-1
) 
Dikte D 
(m) 
Doorlaatvermogen 
kD per laag (m
2
d
-
1
) 
kD tot 
veenbasis 
(m
2
d
-1
) 
10 
0 
1024 
0,02 
20,48 
41,40 
9 
-0,02 
512 
0,02 
10,24 
20,92 
8 
-0,04 
256 
0,02 
5,12 
10,68 
7 
-0,06 
128 
0,02 
2,56 
5,56 
6 
-0,08 
64 
0,02 
1,28 
3,00 
5 
-0,10 
32 
0,02 
0,64 
1,72 
4 
-0,12 
16 
0,02 
0,32 
1,08 
3 
-0,14 
8 
0,02 
0,16 
0,76 
2 
-0,16 
4 
0,02 
0,08 
0,60 
1 
-0,18 
2 
0,02 
0,04 
0,52 
0 
-0,20 
0,1 
4,80 
0,48 
0,48 
Veenbasis  -5,00 
 
 
 
 
 
De waterstand in de acrotelm bepaalt, welk deel van het doorlaatvermogen voor de stroming 
wordt gebruikt, want de waterspiegel begrenst het doorstroomde profiel aan de bovenkant. 
Bij een waterstand van bijvoorbeeld 10 cm onder het veenoppervlak moet de stroming het 
doen met een kD van 1,7 m
2
d
-1
, terwijl die bij een waterstand aan het veenoppervlak 24x zo 
groot is. De helling van de grondwaterstand (dus de gradiënt i uit vergelijking ( 1-4)) in een 
hoogveen wordt bepaald door de terreinhelling en verandert dus praktisch niet met de 

Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
278 
 
waterstand. In  ons voorbeeld is daarom de afvoer bij een waterstand aan het veenoppervlak 
ook 24 x zo groot als bij een waterstand 10 cm eronder. Hierop berust de regulerende 
werking van de acrotelm. 
Het voorbeeld van Tabel 1-1 is in grafiekvorm weergegeven in Figuur 1-5. 
 
Figuur 1-5. Verband tussen waterstand en doorlaatvermogen in de voorbeeldacrotelm van 
Tabel 1-1. 
Figure 1-5. Relationship of water level and transmissivity kD in the acrotelm model of Table 
1-1. 
 
Dit gedrag is niet uitzonderlijk. Het komt van nature voor op ieder maaiveld met 
oppervlakkige afstroming. Het verschil met de acrotelm is, dat de afvoer in een veel dunnere 
laag plaatsvindt. De acrotelm reguleert de afvoer daardoor veel vloeiender dan een hellend 
oppervlak met een min of meer ‘hard’ maaiveld. De tak van de hydrologie die zich hiermee 
bezighoudt heet in het Angelsaksisch hillslope hydrology. Sommige concepten uit dit 
vakgebied zijn toepasbaar in de hoogveenhydrologie, zoals de in Ierland ontwikkelde PAC, de 
Potential Acrotelm Capacity die naaste familie is van de TWI, de Topographic Wetness Index 
(zie bijvoorbeeld 
https://en.wikipedia.org/wiki/Topographic_Wetness_Index
).  
1.7
 
Verticale weerstand 
Bij verticale stroming wordt gerekend met de verticale weerstand, symbool c of C, ook wel 
de C-waarde genoemd. De verticale weerstand is evenredig met de dikte van de betreffende 
laag en omgekeerd evenredig met de doorlatendheid in verticale richting. Vrijwel alle 
minerale en organische pakketten zijn horizontaal gelaagd. Horizontale stroming volgt dan 
grotendeels de beter doorlatende lagen, terwijl verticale stroming ook alle minder goed 
doorlatende lagen moet passeren. Daardoor is de verticale doorlatendheid aanzienlijk lager 
dan de horizontale. Vuistregel voor dekzand: een factor 5-10. 
De verticale weerstand van een bodemlaag is omgekeerd evenredig met de verticale 
doorlatendheid k
v
 en evenredig met de laagdikte D. De bijbehorende vergelijking luidt dan 
ook 
 
?????? =
??????
??????
??????
 
( 1-5) 
De waarde van c wordt meestal uitgedrukt in etmalen of dagen. De verticale 
doorstroomsnelheid v
v
 of q
v
 wordt berekend volgens 
0
10
20
30
40
kD totaal (m d )
2 -1
-0.20
-0.18
-0.16
-0.14
-0.12
-0.10
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0.00
W
a
te
rs
ta
n
d
(m
t.
o
.v
.
o
p
p
e
rv
la
k
)

 
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
279 
 
 
??????
??????
=
∆ℎ
??????
 
( 1-6) 
Daarin is het stijghoogteverschil over de betreffende laag. 
Een  getallenvoorbeeld: Het stijghoogteverschil h tussen boven- en onderkant van een 
zogenoemde weerstand biedende laag bedraagt 1 m. De verticale weerstand c bedraagt 
2000 dagen. De verticale doorstroomsnelheid v
v
 is dan gelijk aan 1 m gedeeld door 2000 
dagen, is 0,5 mm per dag. 
Voor c geldt net als bij kD dat de doorlatendheid niet overal in een laag dezelfde is. Dan is c 
van de totale laag de optelsom van de c van alle dunne laagjes waarin de totale laag te 
verdelen is. Er is wat dit aangaat dus eigenlijk geen verschil met kD zoals die is uitgewerkt in 
de vorige paragraaf. 
1.8
 
De bergingscoëfficiënt 
De bergingscoëfficiënt, meestal aangeduid met 

 of S
y
, is de verandering van de in de bodem 
geborgen hoeveelheid water gedeeld door de daarmee gepaard gaande verandering in 
grondwaterstand. Voorbeeld: als 10 mm water in het systeem wordt geborgen en de 
waterstand daarmee 10 cm stijgt, geldt 

=10 mm/ 10 cm=0,1. Voor open water geldt 

=1, 
want elke mm aan- of afvoer betekent een even grote verhoging of verlaging van de 
waterspiegel. 
Bovenin een goed functionerende acrotelm ligt de bergingscoëfficiënt op 0,4 of hoger. Ter 
vergelijking: in een minerale grond moet men meestal rekenen met 0,05 tot 0,1. Ivanov 
(1981) meldde voor hoogvenen waarden tot 0,8 nabij het veenoppervlak. Die hoge waarde 
kan mede te maken hebben met de door hem gehanteerde definitie van ‘veenoppervlak’. Dat 
was de gemiddelde hoogte over de naaste omgeving van het meetpunt, inclusief bulten en 
slenken. In de waarde van 0,8 zit dus vrijwel zeker een deel oppervlaktewater in slenken 
verdisconteerd. Schouwenaars en Vink (1992) vonden in een lysimeterexperiment in de 
Engbertsdijksvenen voor een vegetatie van Sphagnum papillosum waarden tot 0,34 tussen 0 
en 15 cm onder de oppervlakte, afnemend tot 0,11 tot 0,17 over een diepte-interval van 10-
30 cm. Bedacht moet worden dat het hier niet ging om een goed ontwikkelde acrotelm, 
waarin de waarden in de toplaag vermoedelijk hoger hadden gelegen. Bij een vergelijking 
van in uurintervallen geregistreerde waterstanden en neerslag in een goed ontwikkelde 
acrotelm op Clara Bog (Co. Offaly, Ierland) werd voor waterstanden aan het oppervlak 0,8 
gevonden, afnemend naar 0,4 op 25 cm diepte (Van der Schaaf, 1999). Ook hier was in de 
omgeving van het meetpunt al sprake van enige inundatie bij een waterstand aan het 
veenoppervlak bij het meetpunt zelf. 
De bergingscoëfficiënt neemt af met toenemende diepte van de grondwaterspiegel. De 
hoofdoorzaak is het met toenemende diepte kleiner worden van de poriën, waardoor boven 
de grondwaterspiegel meer water capillair wordt vastgehouden, maar de grondwaterspiegel 
uiteindelijk dieper wegzakt. 
Met afnemende bergingscoëfficiënt nemen de schommelingen van de grondwaterstand toe 
doordat er met een bepaalde verhoging of verlaging van de grondwaterstand bij een lage 
bergingscoëfficiënt dan bij een hoge. 
De bergingscoëfficiënt is niet onder alle omstandigheden precies even groot. Als bijvoorbeeld 
het niet met water verzadigde deel van een veenprofiel (of een bodemprofiel in het 
algemeen) veel poriën heeft waar nog water in zit, is het beschikbare volume om nieuw 
water te bergen kleiner dan wanneer die poriën niet of nauwelijks water bevatten. Daarmee 
is de bergingscoëfficiënt geen ‘harde’ grootheid, maar één die enigszins afhangt van de 
recente hydrologische voorgeschiedenis van de waterhuishouding van een profiel. 
 
 
 
 
 

Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 
280 
 
2
 
Potentiële acrotelmcapaciteit (PAC) 
2.1
 
Wat is de PAC? 
Op basis van een studie van Kelly et al. (1995) naar het voorkomen van verschillende 
ecotopen die voor Clara Bog waren onderscheiden, op een aantal Ierse hoogvenen, 
ontwikkelden Van der Schaaf (2002a) en Van der Schaaf en Streefkerk (2002, 2003) het 
concept van Potential Acrotelm Capacity (PAC), dat de vooruitzichten beschrijft voor 
(her)ontwikkeling van een hoogveenvormende vegetatie op meer of minder beschadigde 
hoogvenen. De grootheid met symbool 

ap
 en dimensie lengte is de verhouding van 
doorlaatvermogen kD
a
 van de acrotelm en de bijbehorende specifieke afvoer v
a
 volgens 
Ivanov’s theorie (Ivanov, 1981), maar kan op basis van diezelfde theorie ook worden 
beschreven in termen van 
- 
terreinhelling I, uitgedrukt als tangens van de hellingshoek 
- 
de afstand L
u
 tot de waterscheiding of het hoogste punt van het veen 
- 
een factor f voor het stromingspatroon, waarbij f=1 voor min of meer evenwijdige 
stroming staat, f=2 voor radiaal divergente stroming (in een theoretisch cirkelvormig 
hoogveen) en f<1  voor convergente stroming. Die laatste komt alleen voor in of naar 
laagten langs of naar een veenrand. In de praktijk zal f dus doorgaans tussen 1 en 2 
liggen. 
De waarden van deze grootheden zijn te schatten uit een hoogtelijnenkaart van het 
betreffende veen. Gegevens uit AHN zijn daarvoor ook uitstekend geschikt. De uitdrukking 
luidt 
 
??????
a??????
=
????????????
a
??????
a
=
??????
??????
????????????