neerslag-afvoer modellen voor waterkwaliteit. · 2015. 4. 22. · introductie: dynamiek in...
TRANSCRIPT
Neerslag-afvoer modellenvoor waterkwaliteit.
Ype van der Velde, Joachim Rozemeijer,Ger de Rooij, Frans van Geer
Introductie: Dynamiek in waterkwaliteit
Drains: Grondwater: Overland flow:
Bijdrage van routes is essentieel voor zinvol waterkwaliteitsmodel
Belangrijkste route voor NO3
Relatief schoon Belangrijkste route voor P
Introductie: Dynamiek in waterkwaliteit
Introductie
� Hupselse beek en metingen
� Nieuw type neerslag-afvoer model
� Van reistijdverdeling naar waterkwaliteit
Hupselse Beek
- 6.6km2
- Max hoogte verschil 10 m
- 10 km sloot per km2
- 60% gedraineerd
- Geen wateraanvoer
Historische waterkwaliteitsmetingen
� Meten op geneste schalen om bijdrages van individuele flowroutes te bepalen
Geneste afvoer metingen
Sub-stroomgebied(0.38 km2)
Proefveld(0.009 km2)
Hupsel stroomgebied(6.64 km2)
Proefveld
� Buis drainage
� Oppervlakkige afstroming
� Grondwater stroming
Afvoer metingen in sloot� Sloot drainage � Buis drainage
Resultaten
Gezocht: Neerslag-afvoer model dat bijdrages van buis drainage en afstroming voorspelt
Wat moet RR-model voor waterkwaliteit kunnen?� Een zeer variable drainage systeem
95% van het drainage systeem valt droog tijdens de zomer
� Plasvorming en afstroming, buis drainage, grondwaterstroming, onverzadigde zone
� Accurate grondwater berging (voor reistijden)
Neerslag afvoer model
Model voor drainage oppervlak:•Grondwater en buis drainage•Grondwater en oppervlakte water
Afvoer van buis drainage
Afvoer van sloten en maaiveld
Diepte grondwater
Afvoer
Drainage oppervlak op het proefveld
Droog:
Nat:
Buis drainage: Grw diepte < drain diepte
Oppervlaktewater:Grw diepte < 0
Dry day Wet day
Fie
ld-s
cal
e(m
ea
sure
d)C
atc
hm
ent
-sca
le
(Dis
trib
ute
d g
rwm
ode
l)
Dry day Wet day
Fie
ld-s
cal
e(m
ea
sure
d)C
atc
hm
ent
-sca
le
(Dis
trib
ute
d g
rwm
ode
l)
Drainage oppervlak voor hele stroomgebied
Proefveld (gemeten) Stroomgebied (grondwatermodel)
Pro
efve
ld(g
emet
en)
Str
oom
gebi
ed
(mod
el)
Droge dag Natte dag
Verandering in berging = Neerslag - verdamping - afvoer
Verzadigde berging
Onverzadigde berging
Maaivelds berging
Buis drainage
Grondwater stroming
Oppervlakkige afstroming
Het waterbalans model:
Grondwater diepte
Drainage oppervlak
Normaal verdeling
Oppervlakkige afstroming
r
u
weerstand
Grwdiepteqov
−=−=Punt:
uGemiddelde grondwater diepte (m)
Opp
ervl
akki
ge a
fstr
omin
g (m
m/d
ag)
∫∞−
⋅−=0
d)(1
uutfr
q uovVeld:
Verandering in berging = Neerslag - verdamping - afvoer
Verzadigde berging
Onverzadigde berging
Maaivelds berging
Buis drainage
Grondwater stroming
Oppervlakkige afstroming
Het model:
Grondwater diepte
Drainage oppervlak
Normaal verdeling
Eerste model resultatenproefveld
Buis drainage
Oppervlakkige afstroming
Gemodelleerde grondwaterstanden
Opschaling model resultatenDrainage oppervlak
Waterkwaliteits modellering via reistijden
� Reistijd verdeling:� De bijdrage van reistijden via alle routes aan de afvoer.
Direct e regen10 %, 1dag
Buis drainage60 %, 30 dagen
Grondwater 30 %, 300 dagen
10-2-1994
Waterkwaliteits modellering via reistijden
Travel time distribution
Regen dat direct op sloot/beek valt
Niet stationaire reistijdverdelingenP
erce
ntag
e of
flow
pat
hs (
-)
Traveltime (Days)
Regen events in het verleden hebben grote invloed op de reistijdverdeling
Stationaire reistijd verdeling
12 oktober 2009 24
Reistijd verdeling � Oppervlakte water concentraties
Regen Drain Grondwater
= 39.4 mg/l
Direct rain ~ 1 mg/lDrain water ~ 30 mg/lGrondwater ~ 80 mg/l
Catchment concentration function
Concentratie berekening
C(t) =
Chloride: ConservativeNitrate: Reactive
Catchment concentration function
RegenDrain GrondwaterRegen Drain
Grondwater
12 oktober 2009 26
Results chloride
� Gemeten data
� Berekening met elke dag een nieuwe reistijdverdeling
� v.s. constante reistijdverdeling
27
Results nitraat
� Measured data
� Concentration calculations with daily traveltime distributions
� v.s. constant traveltime distribution
Conclusies
© Wageningen UR
� Neerslag-afvoer model voor waterkwaliteit moet vooral gericht zijn op routes en reistijden
� Meetcampagnes op geneste schalen zijn erg waardevol voor opschalen van routes
� In dicht gedraineerde stroomgebieden is opschalen van routes ≈ opschalen drainage oppervlak.
� Waterkwaliteitsdynamiek kan voor een groot deel verklaard worden door reistijddynamiek
Contact: [email protected]
Upscaling flow route discharge
Use field-scale parameters+ fit of groundwater table properties (mean and standard deviation grw. depth
Surface storage (ponding)
umssurf −⋅=At a point:
∫∞−
−=0
d)()( uutfmts usurf
For the entire field:
Tube drain flow
� Tube drainage: Groundwater heads above tube drain depth cause discharge
( ) uudtfr
tqdrd
drudr
dr d)(1
)( ∫∞−
−⋅=dr
drdr r
udq
−=
At a point: For the entire field:
Drain depth (ddr)
Groundwater depth (u)
Tube drain discharge
Cleaningtube drains
Cleaningtube drains