DEL173 - Meten van grondwaterstroming-snelheid en richting

Achtergrond / aanleiding

De realisatie van projecten in de Grond- Weg- en Waterbouwsector (GWW), waaronder veel grote infrastructurele projecten, kan gepaard gaan met onverwachte geohydrologische en geotechnische risico’s. Verlagingen of verhogingen van de grondwaterstand kunnen aanzienlijke schade opleveren door ongewenste zettingen, droogstand van paalfunderingen, wateroverlast of verspreiding van verontreinigd grondwater en betekent een flinke kostenpost. Los van imagoschade en vertragingen worden de extra kosten geschat op ca 1-5% van de projectkosten, waardoor deze ‘georisico´s’ bij grote GWW-uitvoeringsprojecten al snel kunnen oplopen van enkele miljoenen euro’s tot tientallen miljoenen euro’s.

Om deze risico’s te beperken, wordt vaak geïnvesteerd in extra geohydrologisch model- en monitoringsonderzoek met peilbuizen. Ondanks het beschikbaar komen van steeds meer data over het bodem- en grondwatersysteem blijft de onzekerheid over modeluitgangspunten en afwijkende bodemparameters in het veld bestaan. De combinatie van modelleren èn monitoren is dan ook cruciaal in de beheersing van geohydrologische en geotechnische risico’s. Het meten van de grondwaterstroming is hierbij noodzakelijk. De laatste jaren zijn innovatieve meettechnieken ontwikkeld waarmee de grondwaterstroming in beeld gebracht kan worden. Daarmee kan de herkomst bepaald worden, hoe snel en in welke richting het grondwater stroomt. Door metingen van de grondwaterstroming komen interessante toepassingen in beeld. Bijvoorbeeld de bepaling van rivier- en kanaalbodemweerstanden, het in beeld brengen van kwel vanuit kanalen of voorkeursstroming (piping) in dijken of de toestroming van grondwater naar een drinkwaterput en eventuele verstoppingen.

De ondergrond levert een belangrijke bijdrage aan de maatschappelijke en economische welvaart in brede zin. Bij het begrip van het complexe en in belangrijke mate onzichtbare bodemsysteem spelen modellen een wezenlijke rol om mechanismen en processen te kunnen doorzien. Daarbij is het belangrijk om te zorgen voor een evenwichtige verdeling van de inspanning gericht op meten en monitoren enerzijds en het modelleren anderzijds. Die behoefte aan informatie blijkt in de praktijk echter veel groter dan we nu aan data kunnen verzamelen: de toolbox met beschikbare meetinstrumenten is sterk verouderd. De noodzaak bestaat om een meer gedetailleerd beeld van de ondergrond te verkrijgen, om daarmee de systeemwerking van het bodem- en grondwatersysteem beter te begrijpen op verschillende schaalniveaus en daarmee vraagstukken in de omgeving (bv zetting van gebouwen en/of infrastructuur, vernatting/verdroging en biogeochemische processen) beter op te lossen. Hierdoor kunnen uiteindelijk de risico’s in de ondergrond, zoals kwel vanuit kanalen, voorkeursstroming in dijken of verstopping van drinkwaterputten in de praktijk beter beheerst worden. Ook ten aanzien van de dynamiek van het gedrag van de ondergrond over langere perioden door menselijke ingrepen en de gevolgen van klimaatverandering is er een noodzaak om trends waar te nemen met innovatieve monitoringstechnieken op het gebied van grondwaterstroming.

De huidige wijze waarop het innovatieproces nu is georganiseerd maakt het echter zeer lastig voor meetaanbieders om te slagen in deze markt. Enerzijds zijn de ontwikkelkosten hoog, waardoor er nauwelijks nieuwe meetinstrumenten op markt komen en anderzijds hebben opdrachtgevers behoefte aan betrouwbare data en gevalideerde meettechnieken. Om uit deze impasse te komen is een innovatie c.q. doorontwikkeling nodig van de beschikbare meettechnieken om het bodem- en watersysteem gedetailleerd in kaart te brengen.

Doel

De laatste jaren zijn innovatieve meettechnieken ontwikkeld voor het meten van grondwaterstroming, zoals o.a. AquaVector, iFlux, glasvezel-AH-DTS, ERT. Met deze technieken kan de herkomst worden bepaald, hoe snel en in welke richting het grondwater stroomt. Door metingen van de grondwaterstroming met behulp van deze technieken komen interessante toepassingen in beeld; bijvoorbeeld de bepaling van rivier- en kanaalbodemweerstanden, het in beeld brengen van kwel vanuit kanalen of voorkeursstroming (piping) in dijken of de toestroming van grondwater naar een drinkwaterput en eventuele verstoppingen. De huidige TRL-niveaus zijn echter nog onvoldoende voor opdrachtgevers om deze technieken in de praktijk toe te passen. Het is dan ook nodig om als GWW- en drinkwatersector verantwoordelijkheid te nemen in de behoefte aan betrouwbare informatie om uiteindelijk te komen tot een investeringsimpuls specifiek gericht op het ontwikkelen van instrumenten voor het meten van de grondwaterstroming. Met dit TKI-project wordt een gezamenlijk platvorm van belanghebbende partijen gevormd om de toolbox van meetinstrumenten uit te breiden. Het doel van het project is meervoudig:

• Het (door)ontwikkelen van meettechnieken en methoden (van laag tot hoog TRL niveau: vanaf TRL 4 richting praktijktoepassingen, door:
  • het uitvoeren van toegepast wetenschappelijk onderzoek
  • het testen van de toepasbaarheid van deze technieken op laboratorium- en praktijkschaal en beperkt onder praktijkomstandigheden
• En, het (wetenschappelijk) valideren en verifieren van de technieken en methoden
• En, de toepassing in de praktijk stimuleren door:
  • het stimuleren van borging in regelgeving/technische protocollen/protocollen voor aanbesteding
  • het verbeteren van de uitwisseling van kennis (Community of Practice)

Zie ook onderstaande figuur voor een toelichting op doelstelling en opzet van het TKI-project.

Partners

Het project wordt uitgevoerd in nauwe samenwerking met een breed consortium van partners, namelijk:

• Kennisinstellingen: Deltares, KWR
• Private partners: TAUW, Aveco-de Bondt, Wiertsema & Partners, Subsurface Solution, Geonius, Heijmans, BAM Infraconsult, iFLUX, Metinco, Crux bv, VITENS
• Publieke partners: RWS-WVL, gemeente Rotterdam, gemeente Zwolle

Dit project is mede gefinancierd uit de PPS-innovatie programmasubsidie van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat.

Aanpak

Het project is opgebouwd rondom een 5-tal werkpakketten (zie onderstaande figuur) die verdeeld zijn over twee fasen. De werkpakketten 1 t/m 3 maken onderdeel uit van Fase 1 en werkpakket 4 maakt onderdeel uit van Fase 2. WP 5 is verdeeld over Fase 1 en Fase 2, waarbij wel het gros van de activiteiten uit dit werkpakket is ondergebracht in Fase 2. Vanuit de TKI-Deltatechnologie is financiering beschikbaar gesteld voor fase 1. Afhankelijk van de bevindingen uit fase 1 kan een aanvraag voor financiering van de tweede fase worden ingediend. Eind Q2 2026 zal worden besloten of de resultaten tot dusver voldoende aanleiding bieden om een volgende stap te zetten in de ontwikkeling van de meetinstrumenten in pilot- en praktijkprojecten als onderdeel van Fase 2.

Resultaten

In 2024 is gewerkt aan de inkadering. Op basis van een literatuurstudie zijn bestaande methoden en technieken voor het meten van grondwaterstroming (snelheid en richting) in kaart gebracht en zijn de verschillende behoeften aan toepassingen in de praktijk geinventariseerd. Dit heeft geresulteerd in een overzicht van toepassingsmogelijkheden en bijbehorende prestatie-eisen ten aanzien van meettechnieken enerzijds en een beschrijving van de prestatie kenmerken van bestaande meettechnieken anderzijds. Op basis van deze inzichten is eind 2024 een eerste aanzet gemaakt voor een plan van aanpak voor experimenteel validatie- en verificatieonderzoek in het laboratorium. 

De (tussentijdse) resultaten van de literatuurstudie zijn aangevuld en aangescherpt in individuele gesprekken met de consortiumpartners en tijdens een tweetal gezamenlijke werksessies in juni en oktober. Op basis van deze studie is een referentietechniek en een vijftal technieken voor vervolgonderzoek in WP 3 geselecteerd (zie onderstaande figuur). 

In 2025 zijn voor de geselecteerde technieken onder gecontroleerde omstandigheden verschillende validatie-tests uitgevoerd. Tijdens een bijeenkomst van de consortiumpartners is op basis van de bevindingen uit de literatuurstudie en gesprekken met belanghebbenden een keuze gemaakt voor de nader te onderzoeken meetinstrumenten en de doelstelling en opzet van de laboratoriumproeven. Vervolgens is een proefopstelling ontworpen en in het laboratorium opgebouwd. Gedurende Q3 zijn in deze proefopstelling met de geselecteerde meetinstrumenten een serie metingen verricht. Door de gemeten stromingssnelheid en -richting te vergelijken met de opgelegde referentiesituatie in de proefopstelling, kan inzicht worden verkregen in het bereik en de nauwkeurigheid van de geselecteerde meetinstrumenten. Momenteel wordt gewerkt aan de verwerking en analyse van de ingewonnen meetdata. 

Planning

In de loop van Q1 2026 wordt een concept rapportage met de resultaten van het laboratoriumonderzoek opgeleverd en besproken met de meetaanbieders en de brede groep consortiumpartners. In Q2 2026 wordt vervolgens een besluit genomen over de voorbereiding van een tweede fase waarin een selectie van meetinstrumenten beproefd en gevalideerd zal worden onder (semi) praktijkomstandigheden.