Waterschap Aa en Maas wil haar kennis van het watersysteem door onderzoek en systematische monitoring vergroten. Een van de onderwerpen in dat kader is de interactie tussen grond- en oppervlaktewater. Onbekend is met name wat de invloed is van snelle peilfluctuaties in het oppervlaktewater op het grondwater en vice versa, hoe de afvoer via het oppervlaktewater verandert bij snelle peilveranderingen in het oppervlaktewater.

Ten behoeve van deze vraagstelling zijn 4 meetlocaties ingericht. Deze meetlocaties bestaan uit peilbuisraaien, loodrecht op een waterloop. De meetpunten zijn telkens op vaste afstanden van de rivier geplaatst. Raai 1 en raai 4 bestaan uit vier meetpunten, op 1m, 10m, 25m en 50m uit de waterloop. Raai 2 en raai 3 bestaan elk uit acht meetpunten: aan weerskanten van de waterloop vier meetpunten op afstanden van respectievelijk 1m, 10m, 25m en 50m. De peilbuizen zijn voorzien van automatische stijghoogtemeters. Hiermee kunnen de effecten van peilfluctuaties in de waterloop gerelateerd worden aan de stijghoogte variaties in het grondwater op verschillende afstanden tot de waterloop.

Voor deze locaties is getracht de grondwaterfluctuatie modelmatig te verklaren. Hiervoor is eerst door middel van tijdreeksanalyse de respons op beekpeilfluctuaties en regenval bepaald. Deze respons werd vervolgens in een eenvoudig MODFLOW model gesimuleerd, om de werking van het systeem te achterhalen. Hieruit volgde:

• de metingen laten zich individueel goed verklaren met tijdreeksanalyse
• de met tijdreeksanalyse uit elkaar getrokken respons voor respectievelijk beekpeil en neerslag laten zich per meetpunt goed verklaren met behulp van de analytische beschrijving van de respons.
• Een 1D-grondwatermodel kan vergelijkbare responsies produceren.
• Het probleem is dat voor elk meetpunt voor beide invloeden (beekpeil en neerslag) verschillende geohydrologische parameters nodig zijn om de responsdynamiek te beschrijven:
  • de verre meetpunten vergen een hogere doorlatendheid
  • de verre meetpunten vergen een hogere berging bij de beekpeil-respons
  • de verre meetpunten vergen een lagere berging bij de neerslag-respons

De Conclusie uit deze analyse was dat een 1D-model een te simpele benadering is om de metingen te beschrijven. Daarom is de evaluatie verder verdiept, waarbij gebruik is gemaakt van een 2D-raai-model. Dat wil zeggen dat het 1-laags model is vervangen door een 10-laagsmodel. Naar aanleiding van deze aanvullende studie zijn de volgende conclusies getrokken:

• de beekpeilrespons laat zich nu goed beschrijven met behulp van dit 2D-model. Hiervoor moet respectievelijk de verticale en horizontale doorlatendheid alsmede de slootweerstand worden geoptimaliseerd; De verschillende meetpunten kunnen met dezelfde parameterwaarden worden gesimuleerd.
• de afgeleide neerslag-respons bleek bij nadere beschouwing relatief slecht te fitten met het gemeten peilverloop. Daarom is niet gepoogd het raaimodel te fitten aan de neerslag-respons;
• de slechte fit tussen peilverloop en neerslag-respons kan mogelijk worden geweten aan niet-lineariteit van de eerste piek (buffering in onverzadigde zone en run-off) en regionale beïnvloeding van het staartverloop. Daarnaast hebben we op deze lokale schaal geen zekerheid over het feitelijk neerslagverloop;
• op basis van de modeluitkomsten voor de beekrespons blijkt dat peilschommelingen leiden tot een flux met een intensiteit van circa 1 m³/dag/meter/meter peilverandering. Ter oriëntatie: dat impliceert dat in een beektraject van 1 km circa 0.23 l/sec van het beekdebiet door peilschommelingen van 1 cm wordt opgenomen door of afgegeven aan de bodem aan beide kanten van de beek.
• Voor deze peilverandering is in een beek van 10 meter breed per kilometer 0.01*1000*10= 100 m³ water nodig. De typische frequentie van de peilverandering is ongeveer een dag, zonder dat het debiet binnen deze periode drastisch afneemt. Er stroomt dan in één dag 0.23*3600*24/1000=19.9 m³ vanuit de beek de bodem in of uit.
• Dit betekent dat de berging van een beek circa 20% groter is dan wanneer alleen rekening wordt gehouden met het volume van de beek zelf. Uiteraard zijn deze getallen slechts een indicatie van de orde van grootte, en sterk afhankelijk van de geologische eigenschappen enerzijds en de grootte van de beek anderzijds.