Abstract

In deltaic areas with saline seepage, fresh water availability is often limited to shallow rainwater lenses lying on top of saline groundwater. Here we describe the characteristics and spatial variability of such lenses in areas with saline seepage and the mechanisms that control their occurrence and size. Our findings are based on different types of field measurements and detailed numerical groundwater models applied in the south-western delta of The Netherlands. By combining the applied techniques we could extrapolate in situ measurements at point scale (groundwater sampling, TEC (temperature and electrical soil conductivity)-probe measurements, electrical cone penetration tests (ECPT)) to a field scale (continuous vertical electrical soundings (CVES), electromagnetic survey with EM31), and even to a regional scale using helicopter-borne electromagnetic measurements (HEM). The measurements show a gradual S-shaped mixing zone between infiltrating fresh rainwater and upward flowing saline groundwater. The mixing zone is best characterized by the depth of the centre of the mixing zone Dmix, where the salinity is half that of seepage water, and the bottom of the mixing zone Bmix, with a salinity equal to that of the seepage water (Cl-conc. 10 to 16 g l−1). Dmix manifests at very shallow depth in the confining top layer, on average at 1.7 m below ground level (b.g.l.), while Bmix lies about 2.5 m b.g.l. Head-driven forced convection is the main mechanism of rainwater lens formation in the saline seepage areas rather than free convection due to density differences. Our model results show that the sequence of alternating vertical flow directions in the confining layer caused by head gradients determines the position of the mixing zone (Dmix and Bmix and that these flow directions are controlled by seepage flux, recharge and drainage depth. More >>

Recentelijk publiceerden Mendizabal, I., Stuyfzand, P.J. and Wiersma, A.P. in: Hydrogeology Journal 19(2011), p. 83-100.

 Abstract
Hydrochemical system analysis (HCSA) is used to better understand the individual state of and spatial patterns in groundwater quality, by addressing the spatial distribution of groundwater bodies with specific origins (hydrosomes) and characteristic hydrochemical zones within each hydrosome (facies). The origin is determined by environmental tracers or geomorphological and potentiometric maps, the facies by combining age, redox and alkalinity indices. The HCSA method is applied to all 206 active public supply well fields (PSWFs) in The Netherlands, resulting in the distinction of nine hydrosomes and eleven facies parameters—age (young, intermediate, old), redox ((sub)oxic, anoxic, deep anoxic, mixed) and alkalinity (very low, low, intermediate and high). The resulting classification of PSWFs provides a means to (1) predict their vulnerability; (2) optimize groundwater-quality monitoring programs; and (3) better delineate groundwater bodies, by considering groundwater origin and flow. The HCSA translates complex hydrochemical patterns into easily interpretable maps by showing PSWFs, groundwater bodies and hydrochemical facies. Such maps facilitate communication between researchers, water resources managers and policy makers and can help to solve complex groundwater resources management problems at different scales, ranging from a single well(field) or region to the national or European scale.  

 
Meer artikelen vindt u op onze website onder 'publicaties'.

Op 2 december 2010 promoveerde ir. Kees van Beek, gepensioneerd KWR-expert, aan de Vrije Universiteit Amsterdam bij zijn KWR-collega prof.dr. Pieter Stuyfzand op zijn proefschrift 'Cause and prevention of clogging of wells abstracting groundwater from unconsolidated aquifers'. Ter gelegenheid daarvan werd op vrijdag 3 december bij KWR een mini-symposium gehouden over 'Well clogging, well management and particles in groundwater', met als sprekers de 'jonge' promovendus, zijn zoon die mee heeft gewerkt aan een deel van het onderzoek, de promotor en de twee buitenlandse opponenten. Op de vrijdagochtend waren ruim 50 deelnemers naar het Waterhuis gekomen, afkomstig uit Nederland, Duitsland, Denemarken en de VS.

 Dagleider Pieter Stuyfzand opende het symposium met een korte terugblik op de ontwikkelingen in de afgelopen 10 jaar, en meldde dat ca 40% van de 240 pompstations voor drinkwatervoorziening in Nederland last heeft van risico's op chemische putverstopping.

dr. Georg Houben (BGR, GeoZentrum, Hannover, Duitse opponent van Kees) gaf een presentatie over zijn onderzoek naar 'The influence of near-field hydraulics on the spatial distribution of well incrustations'. Op basis van een groot aantal veldwaarnemingen, waaronder minutieuze core drillings direct naast de put, kwam hij tot de conclusie dat in Duitsland chemische (ijzer)neerslagen te zien waren tot 4 à 5 meter afstand van de put, iets wat overigens in Canada ook werd gevonden. Een verrassende uitkomst, omdat dit van te voren niet werd verwacht (en gehoopt: het zogeheten 'worst Kees scenario'). Terecht vroeg hij veel aandacht voor de stroming (hydraulics) in de directe omgeving van de put, en met gedetailleerde 3D stromingsmodellering wil hij meer inzicht krijgen in de processen die ijzerneerslagen veroorzaken. Pieter Stuyfzand en Kees van Beek gaven in hun reactie aan dat ook redox-zones van groot belang kunnen zijn, en dat grondwaterstroming in de put tijdens stilstand zeer belangrijk kan zijn.

 Vervolgens was het de beurt aan dr.ir. Kees van Beek om een korte toelichting te geven op zijn promotieonderzoek. Hoewel hij zich al enkele decennia bezig houdt met putverstopping, kon zijn onderzoek in het afgelopen decennium een enorme voortgang boeken door gebruik te maken van nieuwe meettechnieken als deeltjestellers en automatische drukopnemers. Hierdoor werd het inzicht in de relatie tussen de bedrijfsvoering en de putverstopping sterk vergroot en konden goede adviezen gegeven worden. Zo is bij mechanische putverstopping (door deeltjes in grondwater) het regelmatig uit- en aanschakelen van de putten een goede remedie, die met succes wordt toegepast op een aantal pompstations in Nederland. Ook kon Kees melden dat zijn conclusies in de jaren 70 van de vorige eeuw over de rol van SRB (sulfaat reducerende bacteriën) bij putverstopping door zijn huidige onderzoek grotendeels zijn achterhaald.

 dr.ir. Kai van Beek, zoon van, vertelde over zijn onderzoek naar de samenstelling van de deeltjes die vader van Beek hem had gegeven. Kai werkt bij ASPEX Corporation in de Verenigde Staten en gaf uitleg over de automatische analyse van deeltjes met hulp van SEM-EDS. Hij liet op instructieve wijze zien hoe hij, door gebruik te maken van electro beams en de drie daaruitkomende signalen, waaronder X-rays, de chemische samenstelling van de verstoppende deeltjes kan bepalen. In het proefschrift van zijn vader (hoofdstuk 4) zijn de resultaten daarvan te lezen.

prof.dr. Thilo Hofmann  (University Vienna, Environmental Geosciences, de tweede Duitse opponent van Kees) gaf een uitgebreid exposé over 'Colloids, particles and engineered nanoparticles in groundwater'. Het onderzoek van Kees had zich vooral gericht op deeltjes groter dan 2 µm, Thilo sprak over deeltjes die nog veel kleiner zijn. Over de precieze invloed van die kleine deeltjes op het gedrag en de kwaliteit van grondwater is nog (lang) geen duidelijkheid, maar wel werd duidelijk dat sommige 'onverklaarbare' zaken wellicht het gevolg zijn van de nanodeeltjes. Met nanodeeltjes werken bepaalde processen anders dan we verwachten met de 'bekende'  theorie. Zo vroeg Pieter Stuyfzand zich af of het uitblijven van chemische neerslagen bij de infiltratie van oververzadigd membraanconcentraat bij pompstation Noordbergum (Vitens) het gevolg kan zijn van nanodeeltjes. Nader onderzoek naar de rol van nanodeeltjes in grondwater en bij putverstopping lijkt gewenst.

Tenslotte presenteerde Pieter Stuyfzand de eerste resultaten van het promotieonderzek van Diego Bustos Medina MSc (KWR/VU; die niet aanwezig kon zijn): 'Clogging of recovery wells around a recharged gravel pit by iron encrustations; hydrochemical patterns in and around the well during abstraction and no pumping'. Het gepresenteerde onderzoek is uitgevoerd in pompput 21 van waterbedrijf WML te Heel met twee omringende waarnemingsputten uitgerust met minifilters. Zo is met gedetailleerde zuurstof- en NO3-metingen de verdeling van zuurstof en NO3 in en net buiten de put gemeten tijdens rust en in bedrijf. Hiermee is het inzicht in de redoxverdeling, die cruciaal is voor het optreden van chemische putverstopping, enorm vergroot. Ook werd duidelijk dat in een put in rust er wel degelijk sprake is van stroming van grondwater, als gevolg van natuurlijke horizontale en verticale gradiënten in grondwaterstijghoogte. Ook deze constatering draagt weer bij aan de conclusie dat putverstopping een complex proces is.

Algemene conclusie

Algemene conclusie na dit minisymposium is dat er door nieuwe meetmethoden en praktisch onderzoek veel bekend is geworden over putverstopping en mogelijke preventieve maatregelen, zoals putschakelen. Het werk van Kees van Beek heeft hier in belangrijke mate aan bijgedragen. Veel meten en het uitvoeren van proeven heeft veel kennis opgeleverd, maar de indruk na dit minisymposium is dat er haast nog meer vragen zijn bijgekomen. Willen we komen tot robuuste putten en putsystemen en tot duurzame bedrijfsvoering, gebaseerd op een juist inzicht in optredende processen, dan blijft voortgaand onderzoek nodig, juist nu er nieuwe ontdekkingen worden gedaan.

Jan Willem Kooiman

De sprekers tijdens het minisymposium v.l.n.r.:  Kees van Beek (KWR), Georg Houben (BGR, Duitsland), Thilo Hofmann (Universiteit Wenen, Oostenrijk), Pieter Stuyfzand (KWR/VU) en Kai van Beek (ASPEX Corporation, VS).