Berekening van grondwaterstroming

Grondwater stroomt van een hoge naar een lage potentiaal. Een potentiaal is de waterhoogte ten opzichte van een referentieniveau, meestal het NAP. Twee factoren bepalen de snelheid van de stroming: de weerstand die het grondwater tijdens het stromen ondervindt; het verhang van de grondwaterspiegel. Doorlatendheidswet van Darcy Aan de basis van grondwaterstroming ligt de wet van Darcy. De wet van Darcy beschrijft de stroming als gevolg van potentiaalverschil in een poreus medium (zoals zand, grind, klei of veen).  Figuur A De wet van Darcy Vergroot afbeelding Het specifiek debiet q (ook wel Darcy-snelheid genoemd) is evenredig aan het verhang i en de doorlatendheid k van de grond. Het verhang i is het potentiaalverschil gedeeld door de afstand waarover het potentiaalverschil optreedt, Dh/Dx): Figuur B Wet van Darcy Vergroot afbeelding Het specifieke debiet  is de hoeveelheid grondwater (m3) die per tijdseenheid (dag) door een vlak (m2) stroomt. Vandaar de eenheid in m/d. De daadwerkelijke stroomsnelheid van het grondwater is groter. Deze is afhankelijke van de effectieve porositeit:  Porositeit en effectieve porositeit De grond bestaat maar ten dele uit gronddeeltjes. De verhouding tussen de deeltjes en de open ruimten (de poriën) noemen we porositeit. Dit wordt uitgedrukt in: Figuur C Formule porositeit Vergroot afbeelding Niet alle poriën zijn met elkaar verbonden. Daardoor stroomt het grondwater slechts door een deel van de poriën. Het deel dat wél deelneemt aan de grondwaterstroming, noemen we de effectieve porositeit. In tabel B staan richtwaarden voor de porositeit en de effectieve porositeit. Tabel B Richtwaarden porositeit en effectieve porositeit bodemmaterialen (bron: Physical and chemical hydrogeology, Domenico en Schwartz, 1990) Materiaal Porositeit [-] Effectieve porositeit [-] Grof zand 0,31 - 0,46 0,2 - 0,35 Fijn zand   0,15 - 0,3 Zeer fijn zand 0,26 - 0,53 0,1 - 0,3 Zandige klei   0,03 - 0,2 Klei 0,34 - 0,60 0,01 - 0,2 Effectieve stroomsnelheid van het grondwater De effectieve stroomsnelheid van het grondwater is de stroomsnelheid van het grondwater tussen de bodemdeeltjes door. Deze is groter dan de Darcy-snelheid (of het specifieke debiet) zoals die berekend is met de formule van Darcy. Met Darcy wordt de hoeveelheid water (m3) berekend die per dag door een grondoppervlak (m2) stroomt. Die noemen we het specifieke debiet, en drukken we uit in m/d. De effectieve stroomsnelheid is afhankelijk van het specifieke debiet en de porositeit: Figuur D Formule effectieve stroomsnelheid van het grondwater Vergroot afbeelding Voorbeeld Twee freatische peilbuizen staan op 100 m afstand van elkaar in een vlak gebied. In beide peilbuizen wordt de grondwaterstand gemeten ten opzichte van NAP. Het verschil hiertussen bedraagt 0,25 m. De bodem bestaat uit zand met een doorlatendheid k van 2 m/d. De gemiddelde stroomsnelheid of het effectieve debiet bedraagt volgens de formule van Darcy 2 * 0,25/100 = 0,005 m/d. Met een effectieve porositeit van het zand van bijvoorbeeld 0,2 bedraagt de werkelijke stroomsnelheid van het grondwater 0,005/0,2 = 0,025 m/d = 2,5 cm/d.  Hetzelfde voorbeeld van bovenstaande peilbuizen in een kleibodem met een doorlatendheid k van 0,1 m/d leidt tot een effectief debiet van 0,1* 0,25/100 = 0,00025 m/d = 0,25 mm/dag. Met een effectieve porositeit van klei van bijvoorbeeld 0,1 bedraagt de werkelijke stroomsnelheid van het grondwater 0,25/0,1 = 2,5 mm/d. Het algemene beeld is dat grondwater (zeer) langzaam stroomt. Weerstand slecht doorlatende laag De (verticale) weerstand van de slecht doorlatende laag wordt in dagen weergegeven.  De volgende formule is van toepassing bij grondwaterstroming door een slecht doorlatende laag: Figuur E Formule slecht doorlatende laag Vergroot afbeelding Meer informatie Grondwaterformules.nl biedt toepasbare geohydrologische formules, ingedeeld naar stromingssituatie. Daarnaast is veel kennis op het vakgebied van de hydrologie gebundeld in het Cultuurtechnisch vademecum (Vereniging voor Landinrichting) en het grondwaterzakboekje.