Toepassing NAGROM: onderrandvoorwaarde voor modellering van onverzadigde zone voor WINBOS

K. van Vliet (Riza , Postbus 17,8200 AA Lelystad, tel: 0320-298595,

e-mail: k.vvliet@riza.rws.minvenw.nl)

Inleiding

In het project "Waterhuishouding in het Natte Hart" wordt een verkenning uitgevoerd naar het toekomstig waterbeheer van het Natte Hart. Dit omvat het IJsselmeergebied, het Noordzeekanaal en het Amsterdam-Rijnkanaal. Hiertoe is het instrumentarium WINBOS ontwikkeld, waarmee verschillende strategieën voor het waterbeheer van het Natte Hart op hun effecten kunnen worden verkend. Een ander peilbeheer in het IJsselmeer zal door een verandering in kwel, effect hebben op het grondwater in de binnendijkse gebieden. Ook de verwachte klimaatverandering zal de grondwatersituatie in het IJsselmeergebied beïnvloeden. De hydrologische situaties van de referentie- en eerdergenoemde scenario’s in het landelijk gebied zijn berekend met de landelijke hydrologische modellen NAGROM en MOZART. Beide modellen zijn gekoppeld met het model MONA.

 

Modellen

De modellen zijn opgebouwd uit een topsysteem met daaronder watervoerende pakketten gescheiden door semi-doorlatende lagen (zie figuur 1). De bovenrandvoorwaarde bestaat uit peilen van de verschillende drainagesystemen, voedingsweerstanden en het neerslagoverschot berekend door MOZART en MONA. In een peilbeheerste omgeving is dit de weerstand van de deklaag en het polderpeil. Voor elementen die open water simuleren, is de voedingsweerstand gelijk aan de weerstand van de bodem en het peil gelijk aan het peil van het open water. De uitvoer naar MOZART bestaat uit de grondwaterstand in het eerste watervoerende pakket en de fluxen over de bovenrand, i.e. van het eerste watervoerend pakket naar de toplaag, per 500 bij 500 m, die MONA omzet naar een flux van het eerst aquifer naar het freatische pakket. (zie figuur 2 en figuur 3).

Voor WINBOS is het IJsselmeermodel gemaakt door 4 deelmodellen uit NAGROM te koppelen door eigenschappen van de watervoerende pakketten en scheidende lagen goed aan te laten sluiten. Dit IJsselmeermodel is vervolgens verder opgeknipt in 11 deelmodellen en verfijnd om de kwel en infiltratie beter te modelleren. Dit is gedaan door weerstands- en peilwaarden per 500 m te variëren met VARELS (Variable strength ARea ELements). De Varels zorgen ervoor dat de hoeveelheid kwel in de randen van de open wateren meer nauwkeurig benaderd worden.

MOZART simuleert de onverzadigde zone door middel van verticale grondwaterstromingen door een kolom (geschematiseerd in eenheden, plots, van 500 bij 500 m). Stroming tussen aanliggende eenheden vindt plaats door neerwaartse en opwaartse fluxen. Voor de verschillende klimaatscenario’s zijn neerslaggegevens, referentieverdamping en transpiratie van gewassen ingevoerd als randvoorwaarde. MOZART onderscheidt drie verschillende drainagesystemen, welke respectievelijk de kanalen en beken, sloten en drains simuleren. Voor het berekenen van de drainage wordt gebruik gemaakt van zogenaamde drainagefuncties. Dit zijn gebroken lineaire relaties tussen grondwaterstanden en drainagefluxen. De helling geeft de weerstand aan en het snijpunt van de functies geeft de drainage peilen van het betreffende drainage systeem aan.

Resultaat

Figuur 2 en Figuur 3 geven de veranderingen in stijghoogtes en fluxen van het eerste watervoerende pakket weer voor peilverhoging naar +0.4 m NAP ten opzichte van de huidige situatie. In deze figuren zijn ook de begrenzingen van de deelmodellen van de randmeren te zien. De fluxen zijn hier veranderingen in kwel en infiltratie van het eerste watervoerende pakket naar de toplaag. Bij peilverhoging geven de positieve waarden van de flux een toename van de kwel aan, en negatieve waarden afname van infiltratie.

Het verhogen van het peil veroorzaakt een groter stijghoogteverschil tussen de randmeren en het achterland, welke een toename van de kwel veroorzaakt. Een verlaging van het peil heeft het tegenovergestelde effect. De effecten zijn echter gering waar een grote stromingsweerstand is en dus ook de spreidingslengte groot is. Dit is het geval in polders ten westen van het IJsselmeer, vanwege de grote weerstand van de deklaag en in gebieden waar de weerstand van de eerste scheidende laag groot is, zoals bij het Wolderwijd en het Nuldernauw. Alleen in de gebieden met zandige stuwwallen, i.e. de Utrechtse heuvelrug bij het Gooimeer en de Veluwe bij het Veluwemeer zijn de effecten van peilverhoging of -verlaging duidelijk. Aan de noordzijde van het Veluwemeer zijn de fluxverschillen groter, doordat de deklaag dunner is en de eerste scheidende laag ontbreekt.

 

Een stijging van het gemiddelde peil in het IJsselmeergebied naar +0.4 m NAP, veroorzaakt een grondwaterstandsstijging van 0 tot 3 cm. De gevolgen voor de landbouw zijn een geringe toename van de totale natschade (0.61 MFl) en een gering afname van de totale droogteschade (0.14 MFl). Dit betekent dat wanneer het peil door het jaar varieert de schades voor landbouw anders kunnen worden.

 

Figuur 1. Hydrologische top systeem, gemodelleerd in NAGROM en MOZART. Pprim is het primaire waterpeil (bijvoorbeeld oppervlaktewaterpeil in rivieren en kanalen). Psec is het secundaire drainage peil (bijvoorbeeld het oppervlaktewaterpeil in sloten).

 

Figuur 2. Verandering van stijghoogte bij verandering huidige peil IJsselmeer en randmeren naar +0.4m NAP

Figuur 3. Verandering in kwel en wegzijging bij verandering huidige peil IJsselmeer en randmeren naar +0.4 m NAP

Referenties:

Haasnoot, M. en Vliet, K. van, (2000). Effecten peilverandering IJsselmeer en klimaatverandering op de grondwatersituatie van het IJsselmeergebied, RIZA werkdocument 2000.033x.

Van Vliet K., W.J. De Lange, (2000). Het gebruik van VARELS in de modellering van kwel in het IJsselmeergebied