Grondwaterlekkages in verdiepte Rijkswaterstaat constructies

In opdracht van Rijkswaterstaat heeft Oskar Smaal voor zijn afstuderen aan Hogeschool Rotterdam voor 28 grote verdiepte constructies de grootte van grondwaterlekkages bepaald. Daarbij heeft hij de relatie onderzocht tussen de vastgestelde hoeveelheden lekkage en de eigenschappen van de constructie en haar omgeving.

Het is reeds bekend dat enkele verdiepte constructies van Rijkswaterstaat te kampen hebben met aanzienlijke grondwaterlekkages. Met klimatologische veranderingen zien we een toename in de frequentie van droge periodes tijdens de zomer, waardoor verzilting toeneemt en de beschikbaarheid van zoetwater afneemt. Het is daarom cruciaal om ongewenste onttrekking van grondwater te minimaliseren. Daarom is in opdracht van Rijkswaterstaat de omvang van grondwaterlekkages in kaart gebracht en de correlatie tussen deze lekdebieten en constructie-eigenschappen en omliggende grondsoorten geanalyseerd.

Het onderzoek is opgedeeld in drie segmenten: (1) vaststelling van lekdebieten, (2) analyse van de relatie tussen lekdebieten en constructie-eigenschappen, en (3) evaluatie van  omgevingseffecten.

1. Bepaling lekdebieten

Voor de 28 verdiepte Rijkswaterstaatconstructies zijn lekdebieten bepaald met behulp van pompgegevens. Door een periode zonder neerslag als referentie te nemen, wordt ervan uitgaan dat het verpompte water uitsluitend lekwater betrof. De selectie van de constructies was gebaseerd op beschikbare data. De lekdebieten zijn op de hiernaast staande kaart gepresenteerd.  De grootte van de lekkages varieerden aanzienlijk per locatie. Sommige constructies vertoonden substantiële lekkages, terwijl bij andere de lekkage minimaal was. Er zijn grote  debieten geconstateerd bij het Gouwe Aquaduct in de A12, en bij de verdiepte liggingen in de A2 bij Best en Vught, met dagelijkse lekdebieten van respectievelijk 2.700, 1.500 en 1.100 m³. Deze drie locaties zorgen samen bijna voor twee miljoen m³ lekkage per jaar, wat overeenkomt met het gemiddelde jaarlijkse watergebruik van ongeveer veertigduizend personen. Bij de overige onderzochte locaties schommelden de lekdebieten tussen 0 en 700 m³ per dag, met een gemiddelde van 300 m³ per constructie per dag en acht liter per vierkante meter per dag.

De grondwaterlekkages in het Gouwe Aquaduct en de A2 Best zijn sinds de constructiefase al aanwezig. Bij het Gouwe Aquaduct trad er bijvoorbeeld al lekkage op tijdens de bouw. De verdiepte ligging in de A2 bij Best werd aangelegd in deels goed doorlatende zandgronden zonder een scheidende kleilaag, wat leidde tot aanzienlijke grondwaterstromen.

2. Analyse van de grondwaterlekkage

De correlatie tussen constructie-eigenschappen en lekdebieten werd onderzocht met zowel meervoudige als Random Forest regressieanalyses. De gebruikte onafhankelijke variabelen waren het bouwjaar, de grondwaterstand ten opzichte van de onderzijde constructie, de omliggende grondsoort en het constructietype. Aangezien verdiepte constructies vaak uit verschillende typen constructies bestaan, werd in dit onderzoek enkel onderscheid gemaakt tussen tunnels, open verdiepte liggingen en onderscheid in of de constructie een grote watergang kruiste – een factor die kan bijdragen aan infiltratie vanuit oppervlaktewater.

De constructie-eigenschappen toonden weinig tot geen correlatie met de lekdebieten, wat de voorspelling van lekdebieten voor niet onderzochte locaties moeilijk maakt. Echter, de omliggende grondsoort toonde wel een lichte relatie met de lekdebieten, waarbij constructies in zandgronden gemiddeld meer grondwaterlekkage vertoonden dan die in kleigronden.

3. Omgevingseffecten

Door middel van het landelijk hydrologisch model werd een schatting gemaakt van de invloed van grondwaterlekkages op de grondwaterstand. Verlagingen van de grondwaterstand kunnen leiden tot droogteschade aan landbouw en natuur, toenemende verzilting, bodemdaling, CO2-uitstoot door veenoxidatie, en schade aan gebouwen en infrastructuur door verzakkingen.

Uit de modellering bleek dat er uitgestrekte gebieden waren waar de grondwaterstand met meer dan 5 cm daalt door de lekkages. Bij het Gouwe Aquaduct betrof dit gebied in het freatische pakket circa 1.400 hectare en in het eerste watervoerende pakket circa 3.400 hectare. Voor de verdiepte ligging in de A2 bij Best waren deze gebieden freatisch circa 300 hectare en in het eerste watervoerend pakket circa 2.900 hectare. In deze gebieden kunnen bovengenoemde negatieve effecten zich voordoen. Deze berekeningen zijn echter slechts indicatief vanwege het gebruik van een landelijk model en een eenvoudige schematisering van de constructie.

Verder werd in het onderzoek ook per constructie ingeschat waar relatief zout water mogelijk de constructie in lekte, wat kan leiden tot verzilting van oppervlaktewater door het verpompen van lekwater. Gebleken is dat dit mogelijk alleen het geval is bij de A4 Beneluxtunnel, het A4 Gaag Aquaduct en de N31 Traverse Harlingen.