Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 2 Duurzaam herstel van hoogveenlandschappen
Figuur 5-6. Wegzijging en kwel in de situatie van Figuur 5-5. Merk op dat door de lagere c
Download 310.22 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Figuur 5-7. Drie compartimenten met drie peilen h , twee verticale weerstanden c en één doorlaatvermogen kD.
- Figuur 5-8. Getallenvoorbeeld met drie compartimenten. Blauw : uitkomst met peil van 4,70 m in compartiment 2. Rood
- The bufferzone of compartment 2 causes a reduction by 50% of the water loss from compartment 1, but the flux towards compartment 3 becomes four times as large.
- Figuur 5-9. Kwelverloop voor de twee situaties weergegeven in Figuur 5-8. De bufferzone in compartiment 2 reduceert de wegzijging uit compartiment 1, maar vergroot de kwel in de
- Figuur 6-1. Vereenvoudiging van een ontwateringsstelsel naar een profiel met een weerstandbiedende laag met verticale weerstand c d
- Figure 6-1. Simplification of a drainage system to a profile with a resistive layer with resistance c d
Figuur 5-6. Wegzijging en kwel in de situatie van Figuur 5-5. Merk op dat door de lagere c in het rechter compartiment de kwel over kortere afstand uitdempt dan de wegzijging in het linker. Figure 5-6. Downward and upward seepage in the situation of Figure 5-5. Observe that as a result of the smaller c in the right-hand compartment the seepage reduces faster with distance than in the left-hand one. Het tweecompartimentenmodel is geschikt voor het schatten van kwel en wegzijging langs een reservaatsrand als het reservaat ongeveer 3 +3 = 6 (of meer) breed is. Dat komt ook in dit geval doordat Figuur 5-5 maar één helft – nu de rechter- van het reservaat weergeeft. De andere helft ligt er in spiegelbeeld tegenaan. Gevolg is dat het tweecompartimentensysteem beperkt bruikbaar is. Daarom en omdat een hydrologische bufferzone langs een hoogveenreservaat automatisch leidt tot een situatie met drie compartimenten, is een systeem met drie compartimenten ontwikkeld. Dat zijn meestal (1) het reservaat, (2) de bufferzone en (3) het meestal uitgeveende en ontwaterde buitengebied. Twee buitengebieden met één reservaat ertussen kan ook. Dan vervalt de eis van de 6 voor het reservaat. Voor het buitengebied geldt die wel, maar omdat daar de verticale weerstand c meestal niet groot is, bijvoorbeeld doordat het veen er is afgegraven, is de spreidingslengte dat dan ook niet. De bufferzone ligt tussen het reservaat liggen en het buitengebied. De watervoerende laag heeft één doorlaatvermogen kD. Rekentechnisch is er niets op tegen om drie per compartiment verschillende kD-waarden te onderscheiden. Dat geldt ook voor de verticale weerstanden c. Er is overigens niets op tegen om een volgorde buitengebied-reservaat-buitengebied aan te houden als dat zo uitkomt. Het belangrijkste is dat het middencompartiment elke willekeurige breedte mag hebben. Qua berekening is met drie compartimenten het systeem zo complex geworden dat een beheerdershandleiding niet de aangewezen plaats is voor een uitvoerige behandeling van de onderliggende wiskunde. Wie meer wil weten, wordt verwezen naar Van der Schaaf (1995). We geven hieronder een voorbeeld van een drie-compartimenten-probleem met uitwerking in een getallenvoorbeeld. Allereerst een mogelijke situatie in Figuur 5-7. Figuur 5-7. Drie compartimenten met drie peilen h, twee verticale weerstanden c en één doorlaatvermogen kD. Figure 5-7. Three compartments with three levels h, two vertical resistances c and one transmissivity kD. -1 0 1 K w e l (i n m m /d ) -2 000 -1 500 -1 000 -500 0 500 1 000 Afstand in m vanaf compartimentsgrens Compartiment 1 Compartiment 2 Watervoerende laag, doorlaatvermogen = kD Verticale weerstand = c 1 Geohydrologische basis, ' ' ondoorlatend h 1 Verticale weerstand=c 2 3 =c h 2 h 3 dam Compartiment 1 Compartiment 2 Compartiment 3 Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 297 Een getalsmatige uitwerking is weergegeven in Figuur 5-8. Figuur 5-8. Getallenvoorbeeld met drie compartimenten. Blauw : uitkomst met peil van 4,70 m in compartiment 2. Rood : uitkomst met peil van 4,00 m in compartiment 2, gelijk aan compartiment 3. De bufferzone van compartiment 2 leidt tot een halvering van het waterverlies uit compartiment 1, maar tot een verviervoudiging van de toestroming naar compartiment 3. Figure 5-8. Numerical example with three compartments. Blue : result with a level of 4,70 m in compartment 2. Red : result with a level of 4,00 m in compartment 2, equal to compartment 3. The bufferzone of compartment 2 causes a reduction by 50% of the water loss from compartment 1, but the flux towards compartment 3 becomes four times as large. Uit de fluxen in Figuur 5-8 blijkt dat de hydrologische bufferzone in het middencompartiment (2) een heilzame werking heeft op het waterverlies uit compartiment 1, maar de omgeving belast met een kleine extra flux(0,58 tegen 0,49 m 2 d -1 ). Volledigheidshalve volgt hieronder de kwelgrafiek zoals die door het spreadsheet is berekend voor de twee situaties, resp. met een bufferzone in compartiment 2 op 4,70 m en zonder bufferzone met compartiment 2 op hetzelfde peil als compartiment 3 (Figuur 5-9). Figuur 5-9. Kwelverloop voor de twee situaties weergegeven in Figuur 5-8. De bufferzone in compartiment 2 reduceert de wegzijging uit compartiment 1, maar vergroot de kwel in de omgeving (compartiment 3) iets. Figure 5-9. Vertical seepage (mm d -1 ) versus distance from the middle of compartment 2. The buffer zone of compartment 2 reduces the exfiltration from compartment 1, but causes a slight increase of the upward seepage in the surrounding area (compartment 3). kD= 500 m d 2 -1 c 1 = 1000 d Geohydrologische basis, 'ondoorlatend' h 1 4.0 4.5 5.0 h in m -4 000 -3 000 -2 000 -1 000 0 1 000 2 000 Afstand t.o.v. midden compartiment 2 in m flux=0,24 m d 2 -1 flux=0,58 m d 2 -1 flux=0,49 m 2 -1 d flux=0,14m 2 -1 d c = 2 3 c = 200 d h 2 h 12 h 3 h 23 dam Compartiment 1 Compartiment 3 Compartiment 2 -2 -1 0 1 2 m m /d a g -4 000 -3 000 -2 000 -1 000 0 1 000 2 000 x in m t.o.v. midden van compartiment 2 kwel met buffer Kwel zonder buffer Compartiment 1 Compartiment 3 C o m p a rt im e n t 2 Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 298 5.5 Een rond reservaat in een wijde omgeving Soms is het handiger, in plaats van een zeer langgerekt reservaat uit te gaan dat een ronde vorm beter benadert. Vaak zijn reservaten niet breed genoeg voor een benadering met twee of drie evenwijdige langgerekte compartimenten of zijn ze bij benadering ongeveer even lang als breed. Ook dan kan men het concept van de spreidingslengte toepassen. Door de radiale stroming is de berekening ingewikkelder. Die maakt gebruik van vier verschillende Besselfunctie. Ook daarvoor is een handleiding voor terreinbeheerders niet de aangewezen plaats voor een diepgaande behandeling. Een korte inleiding op de theorie wordt gegeven door Edelman (1983) die ook de stromingsvergelijkingen behandelt. Een tekst die alleen de stromingsvergelijkingen behandelt, is die van Huisman (1972). De vergelijkingen zijn ontwikkeld om de kwel in een ronde polder te berekenen die in een (in theorie) oneindige omgeving ligt met dezelfde geohydrologische eigenschappen. De geohydrologische eigenschappen van de polder mogen verschillen van die in de omgeving. Een dergelijk rekensysteem is vanzelfsprekend ook bruikbaar als het peil in de ‘polder’ hoger ligt dan dat van de omgeving. Het reservaat is dan de ‘polder’. Door de grootte van het reservaat te variëren, kan men snel een indruk krijgen van de gevoeligheid voor de reservaatsgrootte van stijghoogte onder en kwel/wegzijging in het reservaat. Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 299 6 Berekening van de drainageweerstand in ontwaterd gebied Een drainageweerstand is in grondwatermodellen een vervanger voor een ontwateringsstelsel om niet alle drains of sloten individueel te hoeven weergeven. De drainageweerstand is te berekenen uit de opbolling van de grondwaterstand tussen de drains of sloten en de bijbehorende neerslagintensiteit bij stationaire stroming, dat wil zeggen als de aanvoer in balans is met de afvoer (Gespreksgroep Hydrologische Terminologie, 1986). Een gelijkwaardig beeld is eeuwigdurende neerslag met gelijke eeuwigdurende afvoer. De berekening kan worden gedaan op basis van een willekeurige stationaire drainagevergelijking zoals die van Hooghoudt of Ernst (Cultuurtechnisch Vademecum, 1992). Dit soort vergelijkingen berekent de drainafstand L uit een stationair ontwateringscriterium 4 , de doorlatendheid k, de doorstroomde laagdikte D en de straal r van de dwarsdoorsnede van de drain. De drainageweerstand c d wordt berekend uit de opbolling m tussen de ontwateringsmiddelen en de bijbehorende stationaire afvoerintensiteit v (per definitie gelijk aan de stationaire neerslagintensiteit P) volgens ?????? d = ?????? ?????? ( 6-1) Een voorbeeld: als de opbolling m van de grondwaterspiegel 1 m bedraagt bij een constante neerslag P en eenzelfde specifieke afvoer v van 10 mm d -1 = 10 -2 m d -1 , is c d = 100 d. Het verband tussen m en v is uit doorlatendheid, doorstroomde laagdikte en afstand tussen drains of ontwateringssloten te berekenen door middel van een drainagevergelijking. Figuur 6-1 geeft schematisch weer hoe de omzetting van een ontwateringssysteem naar een drainageweerstand gebeurt. Er ontstaat een denkbeeldig systeem waarbij de drainageweerstand bovenop de watervoerende laag ligt met het peil van de ontwateringsbasis daar weer bovenop. De neerslag komt als flux binnen op de grens van de denkbeeldige weerstandbiedende laag en de doorlatende laag. In werkelijkheid kan zo’n systeem niet bestaan, maar als rekenmodel voldoet het. Uitgangspunt is de drainagevergelijking van Hooghoudt. De ontwateringsdiepte laat zich eenvoudig herleiden tot de opbolling m van de grondwaterstand tussen de ontwateringsmiddelen die evenwijdig en op gelijke onderlinge afstand zijn verondersteld (Figuur 6-1, bovendeel). Hooghoudt’s vergelijking kan worden geschreven als ?????? 2 = 8?????? 2 ???????????? + 4?????? 1 ?????? 2 ?????? ( 6-2) Hierin is k 1 de doorlatendheid boven de ontwateringsbasis en k 2 die eronder. De grootheid d is de zogenoemde equivalente laagdikte, die een functie is van de werkelijke laagdikte D, de drainafstand L en de drainstraal r. Daarvoor bestaan tabellen, maar er zijn ook rekenkundige benaderingen, zoals die van Moody (1966). Er geldt altijd d<D. Daarmee is de vergelijking minder eenvoudig in het gebruik dan ze er op het eerste gezicht uitziet. De tweede term in de teller van ( 6-2) beschrijft de stroming boven de ontwateringsbasis. Als de laagdikte D aanzienlijk groter is dan m, dan kan deze term worden verwaarloosd. Dat is meestal het geval. Daarmee reduceert zich vergelijking ( 6-2) tot ?????? 2 ≈ 8?????????????????? ?????? ( 6-3) De drainageweerstand c d is gedefinieerd in vergelijking ( 6-1). Omdat het gaat om een stationair veronderstelde neerslagaanvoer P, is deze gelijk aan de specifieke afvoer v, dus s=v. 4 Theoretische eeuwigdurende constante neerslag P en de daarbij geaccepteerde ontwateringsdiepte (definitie in Figuur 4.18). Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 300 Figuur 6-1. Vereenvoudiging van een ontwateringsstelsel naar een profiel met een weerstandbiedende laag met verticale weerstand c d (drainageweerstand) en een doorlatende laag met doorlaatvermogen kD. Figure 6-1. Simplification of a drainage system to a profile with a resistive layer with resistance c d (drainage resistance) and an aquifer with transmissivity kD. Uit ( 6-1) en ( 6-3) en volgt dan: ?????? d = ?????? 2 8???????????? ( 6-4) Daarmee zijn P en m uit de vergelijking verdwenen en houden we iets over waarin alleen gebiedsgebonden grootheden staan. Voor de uitwerking van ( 6-4) is een spreadsheettoepassing ontwikkeld. Bij de bepaling van d uit D, L en r is daarin de al genoemde benadering van Moody gevolgd. De gebruiker heeft er dus geen omkijken naar. Voor de waarde van r moet men bij buisdrainage de dikte van de eventuele drainomhulling meetellen. Bij ontwatering door sloten geldt dat r gelijk is aan de natte omtrek u gedeeld door . Zie ook Figuur 6-1. De slootafstand L is te bepalen aan de hand van de topografische kaart 1:25000. Omdat in de meeste Nederlandse zandafzettingen horizontale gelaagdheid overheerst, is de horizontale doorlatendheid vrijwel altijd aanzienlijk groter dan de verticale. Als doorlatendheden worden gemeten, gaat het vrijwel altijd om horizontale doorlatendheid. Ook kD-waarden zijn gebaseerd op horizontale stroming. Een vuistregel is dat de verticale doorlatendheid een vijfde tot een tiende is van de horizontale. Het ontwikkelde spreadsheet Hoogmood vraagt voor de berekening om zowel de horizontale als de verticale doorlatendheid. Als doorlatendheden niet bekend zijn, kan men op basis van het bodemmateriaal een schatting maken, bijvoorbeeld met behulp van https://nl.wikipedia.org/wiki/Doorlatendheid . Voor dekzand, in Nederland het meest algemene zandige materiaal direct onder hoogveen, mag men uitgaan van 0,5-3 md -1 voor de horizontale doorlatendheid. Als meer gegevens ontbreken, kan men waarschijnlijk het beste uitgaan van het geometrisch gemiddelde van beide waarden: 1,2 m d -1 , eventueel af te ronden op 1 md -1 . De verticale doorlatendheid komt dan op 0,1 à 0,2 md -1 . Voor meer vuistregels, zie http://grondwaterformules.nl/index.php/vuistregels/ondergrond/doorlatendheid-per- grondsoort . Een vuistregel om de drainageweerstand in ontwaterd gebied te schatten is uit te gaan van een stationaire neerslag en afvoer van 7 mm d -1 en een ontwateringsdiepte van 30 cm voor grasland en één van 50 cm voor bouwland. De opbolling m is dan de drooglegging minus de ontwateringsdiepte en de drainageweerstand volgt uit vergelijking ( 6-1). P m D d L ontwaterings- basis met peil h u Drooglegging Ontwateringsdiepte r = u k=k 1 k=k 2 Peil h=ontwateringsbasis Drainageweerstand=c d Doorlaatvermogen=kD Vereenvoudiging van ontwateringsstelsel naar drainageweerstand De neerslag komt als flux binnen op de scheiding Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 301 Een rekenvoorbeeld voor bouwland (ontwateringsdiepte 0,50 m): De ontwateringsbasis is 1,50 m onder maaiveld. Opbolling m= 1,50 m – 0,50 m=1 m. De drainageweerstand c d bedraagt ongeveer 1 m/0,007 m d -1 150 d. Omdat m de hoogste waterstand tussen de ontwateringsmiddelen is, wordt soms uitgegaan van ½ m als gemiddelde in plaats van hoogste waterstand. Dan berekent men c d volgens ?????? d = ?????? 2?????? ( 6-5) Dit geeft aan dat c d geen ‘harde’ grootheid is. Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 302 Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 303 Download 310.22 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling