Aquifer

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schematische voorstelling van een aquifer

Een aquifer, van het Latijn voor water en dragen is een watervoerende laag in de ondergrond (bijvoorbeeld zand). Vanuit een aquifer kan water gewonnen worden via een bron.

Verwante termen zijn aquitard, een relatief slecht waterdoorlatende laag, en aquiclude (of aquifuge), eveneens een slecht waterdoorlatende laag, die boven of onder een aquifer ligt.

Geologische achtergrond[bewerken]

De geologische opbouw van de ondergrond is in veel gebieden gelaagd: de ondergrond bestaat uit verschillende lagen. De samenstelling van deze lagen kan bijvoorbeeld zandig, kleiïg of lemig zijn. Materiaal zoals zand of grind heeft een hoge porositeit en laat het grondwater uitstekend door. Daarom stroomt het water relatief snel door zulke lagen. Materiaal met een kleine porositeit, zoals vast moedergesteente, klei of leem, laat het water slecht tot zeer slecht door. Het water stroomt hier relatief langzaam. Voor het gemak kan worden aangenomen dat het water in slecht doorlatende lagen alleen horizontaal stroomt; de verticale stroming is in verhouding tot de watervoerende lagen zo traag dat deze praktisch gesproken nul is. Er vindt wel uitwisseling plaats tussen de verschillende watervoerende lagen. Onder hoger gelegen infiltratiegebieden infiltreert grondwater tot in diepere watervoerende lagen. In lager gelegen kwelgebieden vindt juist stroming vanuit ondiepere watervoerende lagen naar de oppervlakte plaats.

De bovenste watervoerende laag wordt het freatisch grondwater genoemd. Het freatisch vlak is de dunne zone tussen de met water verzadigde bodem en de onverzadigde zone. In modellen worden de diepere watervoerende pakketten (arthesisch grondwater) van boven naar onder genummerd: eerste watervoerende pakket, tweede watervoerende pakket, enz. Lateraal kan een bepaalde laag verdwijnen, zodat een dergelijke nummering niet altijd consequent kan worden toegepast.

Soorten aquifer[bewerken]

Er bestaan twee soorten aquifer, onderverdeeld aan de hand van hun fysische eigenschappen.

Men spreekt van een gesloten of begrensde aquifer als de waterhoudende grondlaag ingesloten ligt tussen ondoordringbare materialen. Hierdoor wordt het grondwater geïmmobiliseerd. Een open of onbegrensde aquifer is aan de bovenzijde niet afgesloten door een ondoordringbaar materiaal en bepaalt de grondwatertafel.

Gesloten aquifers bezitten soms een hoge hydrostatische druk door natuurlijke aanvulling vanuit hoger gelegen gebieden. Bij een aquitard is door een te lage hydraulische druk economische exploitatie van water niet realiseerbaar. Zie ook bron (water).

Karakteristieken[bewerken]

De hydraulische transmissiviteit Ti van een bodemlaag i met dikte di in de aquifer onder de waterspiegel is:[1]

De transmissiviteit van de gehele aquifer voor horizontale stroming is:

  • T = Σ Ti, waar Σ de sommering over alle bodemlagen i betekent.

De gemiddelde horizontale doorlatendheid van de gehele aquifer is:

  • Kh = T / D, waar D de som is van de diktes di van alle bodemlagen i.

De hydraulische weerstand Wi van een bodemlaag i met dikte di in de aquifer onder de waterspiegel is:[1]

  • Wi = di / Kvi,

waar Kvi = de verticale doorlatendheid van de laag.

De weerstand van de gehele aquifer tegen verticale stroming is:

  • W = Σ Wi, waar Σ de sommering over alle bodemlagen i betekent.

De gemiddelde verticale doorlatend van de gehele aquifer is:

  • Kv = D / W, waar D de som is van de diktes di van alle bodemlagen (i).

De waarden van Kh en Kv kunnen worden gemeten met pompproeven[2][3]

Indien Khi and Kvi ongelijk zijn, dan is de doorlatendheid van bodemlaag (i) anisotroop.
Indien Kh en Kv ongelijk zijn dan is de gehele aquifer anisotroop.

Een aquifer met een aquitard wordt semi-begrensde aquifer genoemd. Een aquifer kan meerdere aquitards hebben. Er kan zich beneden de aquitard een hoge waterdruk opbouwen. De druk is meetbaar met een peilbuis[4] die reikt tot in de laag beneden de aquitard, waarin het waterpeil bij hoge druk boven de waterspiegel uit komt en mogelijk ook boven het maaiveld. Wanneer de druk in de ondergrond hoger is dan de bovenkant van de peilbuis, dan zal het water uit de peilbuis stromen en bij hoge overdruk zelfs uit de peilbuis spuiten. De aquifer wordt dan artesisch genoemd.

Ondanks een hoge weerstand van de aquitard, kan er toch veel water door passeren, omdat het oppervlak ervan groot is.

Bij het ontwerpen van drainage met buizen en sloten (ook horizontale drainage genoemd omdat de ontwateringsmiddelen vrijwel horizontaal liggen),[5] of met bronneringsputten (ook wel verticale drainage genoemd omdat een put verticaal de grond in gaat)[6] kan rekening worden gehouden met de anisotropie.

Ecologie van aquifers[bewerken]

In bepaalde aride gebieden, zoals het binnenland van Australië, bezitten aquifers een typische fauna. Doordat deze aquifers vaak in het geologische verleden met elkaar verbonden waren, maar die verbindingen tegenwoordig niet meer bestaan, hebben zich verschillende faunas ontwikkeld in de respectieve aquifers. Bovendien kan de aquifer dienst doen als een schuilplaats voor relictsoorten. Zo werd Mankurta mityula (Spelaeogriphacea) vrij recent (1998) ontdekt in een Australische aquifer, terwijl zijn naaste verwanten stygobionte soorten zijn uit Brazilië en Zuid-Afrika.

Ook het Nieuw-Zeelandse Bare Island bezit een aquifer.

Koolzuurgas-opslag[bewerken]

Momenteel loopt er een onderzoeksproject waarin men onderzoekt hoe men koolzuurgas (CO2) kan opslaan in aquifers. Zo hoopt men het broeikaseffect te verminderen.

Waterstofgas-opslag[bewerken]

Ondergrondse waterstofopslag in aquifers kan functioneren als grid opslag van energie die noodzakelijk is voor een waterstofeconomie.[7]

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b H.J. Nijland, 1994. Determining the saturated hydraulic conductivity. In: H.P. Ritzema (Ed.), Drainage Principles and Applications, ILRI Publ 16, p 435-476. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. ISBN 90 70754 3 39 Download van webpagina: [1] of direct als PDF: [2]
  2. J. Boonstra and N.A. de Ridder 1994, Single-well and aquifer tests. In: H.P.Ritzema (ed.), Drainage Principles and Applications, Publication 16, ILRI, p.341-375. International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands. ISBN 90 70754 3 39 Download van: [3]
  3. J. Boonstra and R.A.L. Kselik: SATEM 2002, Software for aquifer test evaluation, 2001.ILRI publication 57, International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands. ISBN 90 70754 54 1 Download van: [4]
  4. N.A. de Ridder 1994, Groundwater investigations. In: H.P.Ritzema (ed.), Drainage Principles and Applications, Publication 16, ILRI, p.33-74. International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands. ISBN 90 70754 3 39
  5. ILRI, 1997, The energy balance of groundwater flow applied to subsurface drainage in anisotropic soils by pipes or ditches with entrance resistance. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. Download van webpagina: [5] of direct als PDF: [6]. Download het bijbehorende computerprogramma van webpagina: [7]
  6. ILRI, 2002, Subsurface drainage by (tube)wells, 9 pp. International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. Download van webpagina: [8] of direct als PDF: [9] Download het bijbehorende computerprogramma van webpagina: [10]
  7. LINDBLOM U. E. ; A conceptual design for compressed hydrogen storage in mined caverns