Hydrology and Quantitative Water Management GroupAquatic Ecology and Water Quality Management GroupMeteorology and Air Quality Group

ing. Roel Dijksmadr.ir. Henny van Lanen

dr.ir. Ryan Teulingir. Claudia Brauer

dr.ir. Jeroen de Kleindr.ir. Arnold Moene

dr.ir. Oscar Hartogensis

Field Practical Hydrology, Water Quality & MeteorologyCourse guide

May 2012

HWM 23306

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  1

Chair Group Hydrology and Quantitative Water Management 

 

Course Guide 

 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology 

 

   R Dijksma  dr ir AF Moene 

dr ir JJM de Klein 

dr ir HAJ van Lanen  dr ir OK Hartogensis  ir CC Brauer 

dr ir AJ Teuling 

 

 

January 2012 

 

HWM‐23306 

 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  2

 

a. Name and code of the course HWM‐20806 Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology  

b. Contact person(s), lecturer(s) and examiner(s)  Contact person(s)  

R. Dijksma  

Lecturer(s)   R Dijksma 

 dr ir AF Moene dr ir JJM de Klein 

 dr ir HAJ van Lanen dr ir OK Hartogensisir CC Brauer dr ir AJ Teuling    

Examiner(s) R. Dijksma  

c. Language of instruction and examination 

English 

 d. Assumed or prerequisite knowledge 

SEG‐20306 Water Quantity and Quality; MAQ‐21806 Meteorology and Climate; MAQ‐22806 Atmosphere‐Vegetation‐Soil Interactions   

e. Profile of the course The course is developed in particular for 2nd year  students  of  BSc‐programme  Soil, Water, Atmosphere  (BBW). The course can also  be  beneficial  for  3rd  year  BSc  and  1st year  MSc  students  of  the  following programmes:  (i)  Earth  and  Environment (MEE),  (ii)  Forst  and  Nature  Conservation (BBN,  MFN),  (iii)  International  Land  and Water  Management  (BIL,  MIL),  (iv) Environmental  Sciences  (BMW,  MES),  (v) Landscape  Architecture  and  Planning  (BLP, MLP) and (vi) Climate Studies (MCL) 

 The Field Practical Hydrology, Water Quality and  Meteorology  helps  you:  (i)  to  apply common field techniques and mathematical and  computational  methods,  (ii)  to  use common software to process field data, (iii) to  understand  hydrological  and meteorological  processes  at  catchment scale.  

f. Learning outcomes After  successful  completion  of  this  course students are expected to be able to:  ‐  recognize,  understand,  analyse  and describe  the  hydrological  system  (surface water,  groundwater,  soil  water  and atmosphere)  of  catchments  on  various scales;  ‐  understand  hydrological  processes  in surface water, ground water, soil water and atmosphere;  ‐  evaluate  and  describe  the  hydrological system;  ‐  analyse  and  describe  the  relationship between  water  quantity  and  quality  of some small hydrological basins;  ‐  design  observational  networks  for meteorological/hydrological  water  quality measurements in catchments;  ‐  measure  and  interpret hydro(meteoro)logical  and  water  quality data  from  catchments  to  calculate  and  to assess water and nutrient balances;  ‐  calculate  physical  catchment  properties and apply hydrological and meteorological modeling tools;  ‐ evaluate catchment characteristics.  

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  3

g. Learning  materials  and  resources Field  Practical  Manual,  Powerpoint presentations,  handouts,  computer programmes,  information  on  Eduweb and Blackboard.   

h. Educational  (=  teaching  and  learning) activities The  course  includes  the  following educational  activities:  (i)  lectures,  (ii) observational  network  practical,  (iii)  field excursion Berkel, (iv) field excursion Water Board,  (v)  field  practical,  (vi)  data processing  and  interpretation  practical, (vii)  poster  practical.  Annex  1  shows  the relation between the educational activities and the learning outcomes. Lectures:  during  the  lectures  principles  of water  flow  (groundwater  and  surface water),  water  quality  and  sediment transport,  and  meteorology  will  be presented  and  discussed.  The presentations  are  supported  by powerpoints.  These  powerpoints  will  be made available at EDUWEB. Observational  network  practical:  you  will work  in  small  groups  (3  –  4  students). At the  first  session  each  group  will  receive some  publications  of  an  observational network  of  a  catchment,  including  a research  question.  You  are  supposed  to draw  up  an  observational  network which meets  the  research  question.  During  the second  session  you are  supposed  to draw up  an  observational  network  for  the Hupselse Beek catchment,  the area where the field practical will take place. Field  excursion  Berkel:  During  this  field excursion water quantity and water quality aspects  at  the  catchment  scale  of  a relatively  large  brook/river  in  East Netherlands  are  shown  and  discussed. Special  constructions,  such  as  retention reservoirs and sand traps will be shown.  Field  excursion  water  Board:  During  this field excursion Water Board Rijn&IJssel will present  how  water  management  in  the 

Netherlands  is  organized,  and  the  role  of water boards in the management. State of the  art  activities    will  be  shown  and discussed.  This  will  be  done  (a)  indoor, supported  by  powerpoints,  and  (b) outdoor at  locations where  recent  (brook) improvements activities took place. Field  practical:  you  will  carry  out,  as member  of  a  small  group  of  students,  a number  of  measurements.  These measurements  are  related  to  the  self‐developed  observational  network.  Also measurements  on  the  physical  properties of the catchment will be conducted.  Data  processing  and  interpretation practical: all data gathered during the field practical,  and  some  additional  data  from literature will be processed and discussed, leading to an insight in the flow processes, water  quality  and  meteorology    in  the Hupsel catchment (small scale catchment).  Poster practical: you will work  in the same small  groups.  All  groups  will  receive  an additional  research  question  and  –  if needed – addition data. The results of this research  should  be  presented  on  a scientific poster (according to the standard of international scientific conferences). In a poster  session  all  groups  should,  in  a conference  poster  session  setting,  discuss posters of other groups and present  their own poster.    

i. Examination The  examination  of  the  course  consists  of three parts:  (i) presentation and discussion of  the  observational  networks,  (ii) preparation, presentation and defense of a scientific poster and (iii) written open exam. For  the  first element you have  to obtain a GO,  the  poster  will  count  for  30%  of  the final mark and the written exam counts for 70%  of  the  final  exam.  The  written  open exam  will  consist  of  four  separate disciplines: hydrology, hydrogeology, water quality and meteorology. For all disciplines a  minimum  of  4  (on  the  scale  of  1‐10) should  be  obtained.  The  average mark  for 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  4

the written exam should be at least 5.5 (on a scale of  1‐10).  Annex  2  shows  the  relation  between  the examination and the learning outcomes.  

j. The principal themes of the contents The  course  covers  three  general  themes: (geo)hydrology,  water  quality  and meteorology.  The  course  starts  (first  segment)  with  an overview of the outline and schedule of the programme of  the course. All  in‐class, out‐of‐class and field activities will be explained. To  illustrate  the  relation  between  the disciplines,  short  lectures  summarize assumed knowledge and planned activities. We  proceed  with  the  design  of  an observational  network  for  meteorological, hydrological  and  water  quality measurements  in  catchments.  The  next topic  is  dimensioning  discharge measurements  structures  in  relation  to discharge  characteristics.  Subsequently  the geology and morphology of the eastern part of the Netherlands will be explained, as well as  the  theory  and  practice  of  modern hydrometeorological  techniques.  Then students  will  design  an  observational network  for  the  small  Hupsel  Brook experimental catchment. Fieldwork  (second  segment)  starts with  an excursion  to  the  largest  catchment:  The Berkel catchment. During this excursion the discharge  (unit  hydrograph)  of  the  Berkel will be explained, in relation to the geology, morphology,  meteorology  and  land  use. Technical constructions, such as sand traps, fish  passages,  aquaducts,  and  draining channels will be shown.    Water Authority Rijn &  IJssel will show and explain  recent  activities,  such  as  re‐meandering  projects,  constructing inundation  reservoirs,  water  [urification plants. At  the  field  practical,  we  create  student groups of 3‐4 persons. All groups will have an  own  measurement  plan  with 

groundwater  level  measurements, discharge  measurements  and meteorological  measurements.  Furthermore measurements will be done on the  transmissivity  of  river  sediments (pumping  test),  infiltration/discharge  of streams  (potential  needle),  seepage measurements  (seepage  meter),  hydraulic conductivity of aeolian and river sediments, discharge  measurements, evapotranspiration measurements (Penman Monteith,  Eddy  Correlation), water  quality and geo‐electrical measurements. At  the  third  segment  of  the  field  practical the  field data will be processed,  combined and evaluated. At the fourth and last segment each student group  will  get  an  additional  research question. Additional  information has  to be found in data‐sets and literature, in order to answer  this  question.  Finally  the  student groups have to construct a scientific poster which  combines  the  general  research  and additional  research  question. At  a  session, which  mimics  a  scientific  poster presentation  at  a  scientific  conference,  all students have to question posters of others and explain the result of their own poster.  

k. Outline and schedule of the programme of the course Week 35 (7–11 May 2012) ‐ Monday  7  May,  08:30–09:00 

Introduction  (Roel  Dijksma),  09:00‐09:230  Introduction  water  quality (Jeroen  de  Klein),  09:30‐09:50 hydrology  meteorology  (Arnold Moene),  09:50‐10:10  introduction hydrology  (Roel  Dijksma),  10:30‐12:15 construction  of  a  measuring  network for  an  international  catchment,  13:30‐14:20  lecture  on water  quality  (Jeroen de  Klein),  14:30‐15:20  geology, morphology  and  precipitation  of  east Netherlands  (Roel  Dijksma),  15:30‐16:20 Hydrometry (Roel Dijksma).  

‐ Tuesday  8  May,  08:30‐09:20 meteorology  (Arnold Moene),  09:30  – 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  5

10:20  meteorology  (Arnold  Moene), 10:30‐11:20  hydrometry  (Claudia Brauer),  11:30‐12:10  meteorology (Arnold  Moene),  13:30‐17:00 construction of a measuring network of Hupsel catchment. 

‐ Wednesday  9  May,  08:30‐17:00  Field excursion to the Berkel catchment (roel Dijksma, Arnold Moene) 

 Week 36 (14–18 May) ‐ Monday  14  May,  08:30–17:30  Field 

excursion  to  Water  Authority  Rijn  & IJssel (Roel Dijksma, Jeroen de Klein) 

‐ Tuesday  15  May  08:30‐13:15 Determination  of  catchment boundaries, 13:30 – 17:15 geo‐electrical measurements  and  potential  needle (Roel Dijksma, Claudia Brauer) 

‐ Wednesday 16 May 08:30 Pumping test (Roel  Dijksma),  Unsaturated  zone measurements (Claudia Brauer) 

‐ Thursday 17 May 08:30‐17:15 roulation programme 1 (discharge, water quality, Eddy  correlation,  radiation,  electric conductivity,  hydraulic  conductivity (Roel  Dijksma,  Jeroen  de  Klein,  Arnold Moene,  Oscar  Hartogensis,  Claudia Brauer) 

‐ Friday  18  May  08:30‐12:15  roulation programme 2  (Roel Dijksma,  Jeroen de Klein,  Arnold  Moene,  Oscar Hartogensis, Claudia Brauer) 

 Week 37 (21–25 May) ‐ Monday  21  May,  08:30–17:00  Return 

and  roulation  3  (Roel  Dijksma,  Jeroen de  Klein,  Arnold  Moene,  Oscar Hartogensis, Claudia Brauer) 

‐ Tuesday 22 May   08:30‐17:00 roulation 4  &  5  (Roel  Dijksma,  Jeroen  de  Klein, Arnold  Moene,  Oscar  Hartogensis, Claudia Brauer) 

‐ Wednesday  23  May  08:30‐12:15 roulation  6,  13:30  –  15:00  return  to Wageningen(Roel  Dijksma,  Jeroen  de Klein,  Arnold  Moene,  Oscar Hartogensis,  Claudia  Brauer,  Ryan 

Teuling). ‐ Thursday  26  May  08:30–17:00 

elaboration  fieldwork  meteorology (Arnold Moene) 

‐ Friday 27 May 08:30‐17:00 elaboration fieldwork meteorology (Arnold Moene) 

 Week 38 (28 May–1 June) ‐ Monday  28  May,  08:30–17:00 

elaboration  fieldwork  hydrology (Claudia Brauer, Ryan Teuling) 

‐ Tuesday  29  May,  08:30–17:00 elaboration  fieldwork  hydrology  (geo‐electrical  measurements;  Henny  van Lanen) 

‐ Wednesday  30  May,  08:30‐17:00 elaboration  fieldwork  hydrology (pumping test; Henny van Lanen) 

‐ Thursday  31  May,  08:30–17:00 elaboration  water  quality  (Jeroen  de Klein) 

‐ Friday  1  June,  08:30‐17:00  elaboration hydrology/water  balance  (Claudia Brauer, Ryan Teuling) 

 Week 39 (4–8 june) ‐ Monday  4  June,  08:30–17:00 

preparation of  a  scientific  poster  (Roel Dijksma et al) 

‐ Tuesday 5 June, 08:30‐17:00 self study, preparation for written exam  

‐ Wednesday 6 June, 10:30–12:15 poster presentation (Roel Dijksma et al) 14:00‐17:00 Written exam 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  6

Annex 1 Contribution of educational activities to the learning outcomes  

Learning outcomes 

Educational activity 

Lectures 

Observational 

netw

ork practical 

Field excursion 

Berkel 

Field excursion 

Water Board 

Field practical 

Data processing 

and interpretation 

practical 

Poster practical 

Recognize,  understand,  analyse and  describe  the  hydrological system  (surface  water, groundwater,  soil  water  and atmosphere)  of  catchments  on various scales 

+    +  +  +  +  + 

Understand  hydrological processes  in  surface  water, groundwater,  soil  water  and atmosphere 

+    +  +  +  +  + 

Evaluate  and  describe  the hydrological system 

+  +  +    +  +  + 

Analyse  and  describe  the relationship  between  water quantity  and  quality  of  some small hydrological basins 

+      +    +  + 

Design  observational  networks for  meteorological/hydrological water  quality measurements  in catchments 

  +      +     

Measure  and  interpret hydro(meteoro)logical  and water  quality  data  from catchments  to  calculate  and  to assess  water  and  nutrient balances 

        +  +  + 

Calculate  physical  catchment properties  and  apply hydrological and meteorological modelling tools 

        +  +  + 

Evaluate  catchment characteristics 

+      +    +  + 

 

Field Practical Hydrology, Water Quality and Meteorology (HWM‐23306)  7

Annex 2 Assessment strategy  

Learning Outcomes 

Where assessed 

Observational 

network practical 

Poster practical 

exam

 

Recognize, understand,  analyse  and describe  the hydrological  system (surface  water,  groundwater,  soil  water  and  atmosphere)  of catchments on various scales 

  +  + 

Understand hydrological processes  in surface water, groundwater, soil water and atmosphere 

  +  + 

Evaluate and describe the hydrological system  

  +  + 

Analyse  and  describe  the  relationship  between  water  quantity  and quality of some small hydrological basins 

  +  + 

Design  observational  networks  for meteorological/hydrological water quality measurements in catchments

+     

Measure  and  interpret  hydro(meteoro)logical  and water  quality  data from  catchments  to  calculate  and  to  assess  water  and  nutrient balances 

  +  + 

Calculate  physical  catchment  properties  and  apply  hydrological  and meteorological modelling tools 

  +  + 

Evaluate catchment characteristics  

  +  + 

Contribution to final mark (%) Go/ no go 

30  70 

    

Assessment  When  Who 

Observational network practical  Week 1  R Dijksma, CC Brauer, JJM de Klein, AF Moene 

Poster practical  Week 5  R Dijksma, CC Brauer, JJM de Klein, AF Moene 

exam  Week 5  R Dijksma, CC Brauer, JJM de Klein, AF Moene