Factsheet Geohydrologische isolatie met verticale bronnen

A. ALGEMENE TECHNIEKBESCHRIJVING

Een geohydrologische isolatie met verticale bronnen wordt in het algemeen toegepast om een zodanige grondwaterstromingssituatie te creëren dat geen verspreiding van verontreinigende stoffen naar de omgeving meer kan plaatsvinden. Door het beïnvloeden van de grondwaterstroming wordt uitstroom van verontreinigd grondwater vanuit de locatie voorkomen.

Onderscheid wordt gemaakt in bronbemaling (pomp op maaiveld; figuur 1) en diepbronnen (onderwaterpomp in de bron zelf; figuur 2). Bij bronbemaling wordt nog onderscheid gemaakt tussen vaccümbemaling (figuur 1a) en zwaartekrachtbemaling (figuur 1b).

Figuur 2. Diepbron

Geohydrologische isolatie met verticale bronnen kan als zelfstandige techniek worden ingezet, maar wordt ook vaak in combinatie met andere isolatietechnieken toegepast, bijvoorbeeld in combinatie met een verticale afscherming. Door het aanbrengen van een verticale afscherming kunnen de benodigde onttrekkingsdebieten om de locatie te isoleren worden beperkt en grondwaterstandverlagingen in de omgeving worden verkleind.

B. TOEPASSINGSGEBIED

In tabel 1 is een ruwe contour van het toepassingsgebied weergegeven.

Tabel 1: Ruwe contour toepassingsgebied voor geohydrologische isolatie met verticale putten op basis van technische realiseringsmogelijkheden (het 'kunnen' van de techniek)

De toepasbaarheid van technieken is niet alleen afhankelijk van de prestaties van technieken (het technisch 'kunnen') maar kan worden ingeperkt door beleidsmatige en/of vergunningstechnische eisen, die door het bevoegd gezag aan de toepassing worden gesteld (beleidsmatig ‘mogen’). In de praktijk worden door het bevoegd gezag veelvuldig eisen gesteld aan de waterdoorlatendheid, levensduur, zettingen/zettingsverschillen en uitloging.
Het uitvoeren van nazorg is essentieel om ook op de lange termijn te kunnen voldoen aan de gestelde toepassingsvoorwaarden.

Levensduur
De levensduur van afzonderlijke onttrekkingsputten is afhankelijk van:

• het ontwerp van de put;
• de wijze van installatie;
• de mate van onderhoud;
• de aard van de verontreiniging;
• mechanische belastingen.

De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen 5 en 25 jaar. In het algemeen wordt een levensduur van 15 jaar haalbaar geacht. Onder aggressieve omstandigheden moet zeker bij toepassing van PVC rekening worden gehouden met een kortere levensduur dan 15 jaar.

Onttrekkingsdebiet
Het benodigde onttrekkingsdebiet wordt bepaald door:

• de horizontale toestroming, afhankelijk van het aanwezige verhang in de grondwaterspiegel en het doorlaatvermogen van de betreffende bodemlaag;
• de verticale toestroming vanuit de diepte, afhankelijk van de hydraulische weerstand van de aanwezige scheidende laag en het gecreëerde potentiaalverschil;
• het vereiste beheersniveau.

Op basis van de uitgevoerde projectevaluaties kan worden aangegeven dat bij onttrekkingsdebieten kleiner dan 10 m3/uur in het algemeen geen aanvullende eisen (b.v. ten aanzien van herinfiltratie) worden gesteld. Indien onttrokken wordt in een goed doorlatend watervoerend pakket en een redelijk omvangrijke locatie, dan zullen de benodigde onttrekkingsdebieten minimaal 10 m3/uur bedragen en zullen in het algemeen door het bevoegd gezag aanvullende eisen worden gesteld. Negatieve effecten van de grondwateronttrekking zullen dan moeten worden geminimaliseerd, bijvoorbeeld door middel van herinfiltratie.

Beheersniveau
Met het beheersniveau wordt bedoeld de binnen het geïsoleerde gebied gerealiseerde grondwaterstandsverlaging, zodanig dat een naar de locatie toe gerichte grondwaterstroming wordt gecreëerd. Bij het ontwerpen van een geohydrologisch beheerssysteem wordt uit veiligheidsoverwegingen gestreefd naar een potentiaalverschil tussen het te isoleren gebied en het gebied daarbuiten van minimaal 0,10 tot 0,25 m. Uit de projectevaluaties blijkt dat in het algemeen beheersing plaatsvindt door een zodanige stijghoogteverlaging te creëren dat een naar het beheerssysteem gerichte grondwaterstroming plaatsvindt. Om het onttrekkingsdebiet zo minimaal mogelijk te houden wordt een zo klein mogelijk potentiaalverschil gehandhaafd.
De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen 0,10 en 0,50 m. In het algemeen is het creëren van een potentiaalverschil van 0,10 m in alle bodemtypen haalbaar. Indien sprake is van een dynamisch grondwaterregime en/of een heterogene bodemopbouw, dan is het realiseren van beheersniveaus van 0,25 en 0,50 m onzeker. In de praktijk wordt het beheersniveau veelal zo klein mogelijk gehouden uit oogpunt van minimalisatie van het benodigde onttrekkingsdebiet.

Herinfiltratie
Er wordt steeds meer naar gestreefd om de hoeveelheid grondwater die wordt onttrokken zo veel mogelijk te beperken door herinfiltratie. Middels vergunningsvoorwaarden kan de eis worden gesteld om (een deel van) het onttrokken water weer in de bodem te retourneren door infiltratie. De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden varieert tussen 25 en 100% herinfiltratie van de onttrekkingshoeveelheid. In zand- en grindbodems wordt herinfiltratie van 25 tot 50% haalbaar geacht. Herinfiltratie van grotere percentages is onzeker. In klei- en veenbodems kan geen tot nauwelijks water worden geherinfiltreerd.
Dit herinfiltreren van grondwater kan gebeuren door middel van infiltratiesloten, suppletie via beregening en door herinfiltratie in infiltratieputten. Voor grote hoeveelheden te herinfiltreren water dient te worden uitgegaan van herinfiltratieputten. In [b2_tabel2-4] is een globale geschiktheidsbeoordeling voor verschillende infiltratiemethodes gegeven.

Een belangrijke belemmering voor een succesvolle infiltratie van water kan het gevaar van verstopping van de infiltratiebronnen zijn. De belangrijkste oorzaken van verstopping zijn:

• chemische neerslag;
• interactie tussen infiltratiewater en bodem;
• gasbellen in het geïnfiltreerde water;
• bacterieontwikkeling;
• zwevende deeltjes in het infiltratiewater.

Effecten op de omgeving
Als gevolg van de onttrekking kunnen in de omgeving grondwaterstandsverlagingen optreden. De gehanteerde toepassingsvoorwaarde van 0,05 m is in de praktijk vaak niet eenduidig vast te stellen ten opzichte van de natuurlijke fluctuaties. Een beïnvloeding van de grondwaterstand met 0,10 m over een afstand van honderden meters is mogelijk, afhankelijk van het doorlaatvermogen van het watervoerend pakket waaruit onttrokken wordt en de voeding van dit pakket. Het invloedsgebied van een geohydrologisch beheerssysteem met verticale bronnen is daarmee in het algemeen aanzienlijk groter dan van een geohydrologisch beheerssysteem met horizontale drains.
In specifieke gevallen, waarin de grondwaterstandverandering schade tot gevolg heeft, kunnen meestal compenserende maatregelen worden getroffen zodat het niet voldoen aan deze eis niet belemmerend is voor het toepassen van geohydrologische isolatie.

Zettingen
De range van in de praktijk toegepaste toepassingsvoorwaarden ligt tussen 5 en 25 mm. In hoeverre aan deze toepassingsvoorwaarden kan worden voldaan, wordt bepaald door de lokale zettingsgevoeligheid in relatie tot de verlaging van de grondwaterstand beneden de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG).
Bij geohydrologische isolatie wordt de grondwaterstand in de verschillende pakketten verlaagd. In situaties met samendrukbare lagen van aanmerkelijke dikte kunnen zettingen worden verwacht indien de stijghoogten tot een lager niveau worden gereduceerd dan in de historie door andere (natuurlijke) oorzaken is voorgekomen. Zettingsgevoelige lagen zijn de holocene afzettingen bestaande uit klei, veen en los gepakt zand.

Als gevolg van zettingen kan er onder andere sprake zijn van:

• daling van het maaiveldniveau;
• schade aan gebouwen;
• schade aan wegen;
• schade aan ondergrondse leidingen;
• vernatting van landbouw- en natuurgebieden;
• optreden van een groter overstromingsgevaar.

Indien schade optreedt kunnen compenserende of effectbeperkende maatregelen worden getroffen. Deze maatregelen zullen in de meeste gevallen bestaan uit het herinfiltreren van grondwater op een zekere afstand van het te isoleren gebied. Tevens dienen er voorzieningen te worden getroffen om vast te kunnen stellen welke schade wordt veroorzaakt door de optredende zetting. Deze voorzieningen bestaan uit het aanbrengen van meetbouten en het voorafgaande aan de grondwateronttrekking en gedurende de onttrekking periodiek inmeten van de hoogte van deze bouten. Tevens dient voorafgaand aan de onttrekking de bouwkundige staat van in de nabijheid gelegen panden te worden vastgelegd.

Verstoring afdichtende bodemlagen
Met name vanuit het grondwaterbeleid kwetsbare gebieden zal door het bevoegd gezag worden geëist dat geen verstoring van afdichtende bodemlagen plaatsvindt door het aanbrengen van de verticale bronnen. In het algemeen worden de doorsneden bodemlagen afgedicht met bentoniet of wordt een verloren casing toegepast. Dit wordt als voldoende ervaren. Wel wordt vanuit het bevoegd gezag soms geëist dat onttrekkingsbronnen die niet meer worden gebruikt worden afgewerkt, om het risico van lekkage naar diepere watervoerende pakketten te voorkomen.

C. AANDACHTSPUNTEN VOOR HET ONTWERP

De technische mogelijkheden om met verticale bronnen een duurzame geohydrologische isolatie van een verontreinigde locatie te creëren worden bepaald door de volgende factoren:

• het ontwerp van het onttrekkingssysteem: beheerspeil, puttenconfiguratie;
• het ontwerp van de bron: diameter bron, omstorting, zandvang etc.;
• de bodemopbouw;
• de geohydrologische situatie: doorlatendheid bodem, niveau grondwaterstand, heterogeniteiten;
• de bodemchemische eigenschappen;
• de verontreinigingssituatie;
• de omgevingsaspecten.

D. KOSTEN

In tabel 2 wordt een globale kostenindicatie gegeven.

Tabel 2: Globale kostenindicatie onttrekkingsmiddelen (prijspeil 2004)

E. OMGEVINGSRANDVOORWAARDEN

In de directe nabijheid van zettingsgevoelige gebouwen moeten de verlagingen van de grondwaterstand ten opzichte van de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) worden geminimaliseerd, eventueel door infiltratievoorzieningen.

F. PRESTATIEBEREIK

Geohydrologische isolatie met verticale bronnen wordt minder geschikt geacht in de volgende situaties:

• diepe grondwaterstand (>15 à 20 m-mv). Geohydrologische isolatie vergt dan een grote inspanning en kan niet voorkomen dat een groot bodemvolume wordt verontreinigd. De signaleringstijd is dan in het algemeen groot, hetgeen leidt tot een moeilijk te beheersen systeem;
• sterke grondwaterstroming in een dik watervoerend pakket. In een dergelijke situatie zal toepassing van geohydrologische isolatie vaak niet efficiënt zijn.

G. OPERATIONALITEIT, TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

In algemene zin is in ons land veel praktische ervaring opgedaan met de toepassing van verticale bronnen, met name voor civiele toepassingen (tijdelijke bemalingen en drinkwatervoorziening) maar in toenemende mate voor geohydrologische isolatie van bodemverontreinigingen.

Rekenmodellen en methodieken waarmee het isolatiesysteem ontworpen kan worden, zijn nog volop in ontwikkeling. Belangrijke aspecten die aan de orde komen zijn optimalisatie, risico-analyse, betrouwbaarheid en beheersbaarheid, en (geo-) statistiek.

Binnen de techniek geohydrologische isolatie met verticale bronnen wordt steeds meer gekeken naar de mogelijkheden om door middel van het creëren van overdrukken het verspreidingsrisico op te heffen. Dit is met name een interessante optie in situaties waar de stijghoogte in het te beheersen gebied niet mag worden verlaagd in verband met negatieve effecten of niet goed kan worden verlaagd, als gevolg van de mindere doorlatenheid van het watervoerend pakket ter plaatse.

De neveneffecten van grondwateronttrekking dwingen ontwerpers in toenemende mate kritisch om te gaan met het fenomeen grondwaterverbruik. Naast optredende funderingsschade en zettingen in bebouwd gebied gaan de verdrogingsproblematiek, vergunningseisen en zuiveringskosten in de toekomst een belangrijke rol spelen in de ontwerpfase. Op in gebruik zijnde bedrijfsterreinen kan het huidige en toekomstige gebruik hier nog aan worden toegevoegd. Het ontwerpen van geohydrologische isolatie wordt steeds meer maatwerk. Combinaties met civieltechnische isolatie voor reductie van debieten of ongewenste effecten liggen voor de hand. Ook zal steeds vaker herinfiltratie worden toegepast. In Nobis-verband is een studie uitgevoerd naar de praktijkervaringen met infiltratiesystemen. Uit de resultaten van deze studie kan worden geconcludeerd dat zich in de praktijk veel verstoppingsproblemen voordoen. De reden hiervoor is dat vaak te weinig aandacht is besteed aan de macro-chemie. Hierbij zou meer gebruik kunnen worden gemaakt van de opgedane ervaringen in de drinkwaterwereld.

De gedachte van de koppeling van een geohydrologische isolatie met een extensieve (langzame) in situ bodemreiniging doet steeds meer opgang. Een interessante mogelijkheid van een extensieve reiniging die berust op de beïnvloeding van de grondwaterstroming lijkt bijvoorbeeld wel het concept van de 'biotrechter' te zijn. Hierbij wordt de stroming van verontreinigd grondwater (bijvoorbeeld met behulp van damwanden) naar een geconditioneerd gebied geleid waar biologische activiteit wordt gestimuleerd en organische verontreinigende stoffen worden afgebroken.