Grondwaterstroming

Grondwaterstroming gedraagt zich volgens twee eenvoudige wetten: de Continuïteitswet en de doorlatendheidswet van Darcy. Continuïteitswet De Continuïteitswet beschrijft dat uit een systeem geen water kan verdwijnen of uit het niets kan ontstaan. Een eenvoudige manier om de Continuïteitswet te omschrijven, is:  Bergingsverandering = Instroom – Uitstroom. Dat wil zeggen: als in een begrensd gebied meer water in- dan uitstroomt, stijgt de grondwaterstand (of -druk), en andersom. Wet van Darcy De wet van Darcy stelt dat grondwater van een hoge potentiaal (waterhoogte ten opzichte van een referentieniveau) naar een lage potentiaal stroomt (zie figuur A). Figuur A Onderdelen wet van DarcyVergroot afbeelding De optredende stroomsnelheid (het specifiek debiet) is evenredig aan het verhang (= potentiaalverschil/afstand waarover het potentiaalverschil optreedt, Dh) en de doorlatendheid van de grond, en wordt uitgedrukt in lengte/tijd [m/d]:  .Vergroot afbeelding Snelheid De doorlatendheid wordt uitgedrukt met dezelfde dimensies als een snelheid. Toch zegt deze waarde niets over de snelheid waarmee het grondwater stroomt: het verhang en de doorlatendheid samen bepalen de stroomsnelheid. Globaal genomen is het verhang van het grondwater in Nederland 0,4 m tot 1 m per km. Bij benadering stroomt grondwater dus 1.000 tot 2.500 keer zo langzaam als de waarde van de doorlatendheid. Doorlaatvermogen Het doorlaatvermogen van een zandlaag is te bepalen door de (gemiddelde) doorlatendheid van een zandpakket (k te vermenigvuldigen met de dikte (D) van dit zandpakket: kD [m2/d]. Binnen een (verzadigde) zandlaag wordt vaak uitgegaan van horizontale grondwaterstroming. Hydraulische weerstand De doorlatendheid van klei- en veenlagen is een factor 102 tot meer dan 104 lager dan die van zand of grind. Door het optredende drukverschil tussen twee watervoerende lagen stroomt het grondwater in klei- en veenlagen daarom voornamelijk in verticale richting. Wanneer de stijghoogte/ waterdruk onder de slecht doorlatende laag hoger is dan de grondwaterstand in de bovenste laag, treedt kwel op (figuur B, links). Als de grondwaterstand hoger is dan de stijghoogte onder de slecht doorlatende laag, infiltreert het water (wegzijging) (figuur B, rechts). Figuur B Situatie met kwel (links) en infiltratie/wegzijging (rechts)Vergroot afbeelding .Vergroot afbeelding De (verticale) weerstand wordt in dagen weergegeven, maar ook deze waarde zegt niets over de tijd die grondwater nodig heeft om door een dergelijke laag te bewegen. Ook hier bepalen de doorlatendheid en het verhang de snelheid. De snelheid en de dikte van de slecht doorlatende laag bepalen de verblijftijd.