GRONDWATER

Vloeibare en gasvormige grondstoffen, zoals aardolie en gas, geraken bij oppom­pen onherroepelijk uitgeput: ze zijn niet hernieuwbaar. De grondwatervoorraad wordt daarentegen natuurlijk hervoed, daarvoor zorgt de hydrologische kringloop. Bij goed grondwaterbeheer wordt het gewonnen grondwater opnieuw aangevuld, zeker in ons gematigd klimaat. 

Alhoewel men het de gewoonste zaak vindt dat er water in de ondergrond voor­komt, toch is het een kostbare natuurlijke rijkdom: water van drinkbare kwaliteit, met uitstekende eigenschappen, bijna overal zomaar aan de grond kunnen onttrekken en het, na relatief geringe behandeling of zuivering aan de gebruikers ter beschikking kunnen stellen, is een onvoorstelbare rijkdom voor wie er niet over beschikt. Wie er rijkelijk kan van genieten, beseft echter onvoldoende de waarde en gaat er soms weinig verantwoord mee om. 

1 Grondwater

De aanwezigheid van water in de ondergrond is overduidelijk: in heuvelige streken vormen bron­nen het begin van beekjes en in vlakke gebieden voeren de beken nog water af, zelfs gedurende een lange droogte. In nog andere streken vloeit of spuit het water uit de boorput­ten. 

Als men in een vlak gebied, bv. het Meetjesland, een put graaft dan wordt op geringe diepte de grond plots erg vochtig. Iets dieper sijpelt het water uit de grond en loopt de bodem van de put onder: men heeft het grondwater bereikt en het oppervlak van de plas komt overeen met de grondwaterspiegel. Onder dit niveau zijn alle poriën of holten tussen de grondkorrels met water gevuld, vandaar de naam verzadigde zone van de watervoerende laag. De stand van de grondwaterspiegel varieert met de seizoenen: hoger in de winter door de grotere neerslag en de geringe verdamping en lager in de zomer voornamelijk door de sterke verdamping. Het verschil tussen winter­en zomer­grondwaterstand bedraagt meestal enkele decimeter, doch de schommeling kan naargelang de specifieke hydrogeo­logische situatie variëren van enkele cm tot meer dan een meter.

Boven de grondwaterspiegel is de grond niet verza­digd met water en bevindt er zich naast water ook lucht in de poriën. Het water in de onverzadigde zone mag strikt genomen geen grondwater genoemd worden. Men maakt het onderscheid tussen capillair water en hangwater. Vanaf de grondwaterspiegel stijgt water op door een opzuigende werking, capillariteit genaamd. De hoogte van de capil­laire opstijging is afhankelijk van de fijnheid van de poriën tussen de korrels of van de spleetjes in vaste niet poreuze gesteenten. Voor zand bedraagt de zuigkracht enkele deci­meter, voor fijne leem meer dan een meter. Hangwater is geïnfiltreerd neerslagwater dat is blijven hangen in de fijnste poriën of kleven aan colloïdale deeltjes of dat de grondwa­terspiegel nog niet heeft bereikt. Zuivere zandgrond houdt weinig hangwater vast, doch door humus en leemgehalte verhoogt de hoeveelheid hangwater aanzienlijk. De plan­tengroei is bijna volledig afhankelijk van het hangwater, tenzij de capillaire zone reikt tot in de wortelzone. Met bodemwater of bodemvocht wordt het water in de bodem (in de bodemkundige zin van het woord) bedoeld: het kan om hang­- en capillair water gaan, uitzonderlijk zelfs om water in de verzadigd zone. 

2 De hydrologische waterbalans in Vlaanderen

De veelvuldig gepubliceerde hydrologische kring­ loop toont schematisch hoe deze cyclus begint met de verdamping, hoofdzakelijk boven de oceanen. Dit verdampt water valt als neerslag op de continenten neer.

Een groot deel van de neerslag verdampt opnieuw, zowel rechtstreeks (evaporatie) als via de planten (transpiratie).

Een ander deel stroomt af naar zee, zowel via het opper­vlak (= oppervlaktewater) als via de ondergrond (= grond­water).

Deze kringloop wordt vaak voorgesteld in de vorm van een balans. Over land geldt P = E + R + S wanneer er gemiddelde cijfers genomen worden over vele jaren, zodat bergingstermen er niet in voorkomen. Daarin is op land P = neerslag, E = evapotranspiratie, R = run­off of afstroming aan het landoppervlak en S = ondergrondse afstroming.

Met een gemiddelde neerslag te Ukkel van 780 mm/ jaar (periode 1833­1979), die beschouwd wordt als repre­sentatief voor de gemiddelde neerslag voor België, bedraagt de totale hoeveelheid neerslag (P) in België bijna 24 mil­jard m³ en in Vlaanderen 10,5 miljard m³ per jaar.

Het deel dat oppervlakkig afstroomt (R) zou kun­nen berekend worden door het verschil te maken tus­sen het oppervlaktewater dat Vlaanderen verlaat en het oppervlaktewater dat Vlaanderen binnenstroomt, waarbij het debiet van de bronnen bij het totaal van de run­off is geteld. Vermits de grenzen van Vlaanderen drie verschil­lende stroombekkens doorsnijden en talloze waterlopen kruisen, ontbreken de meetgegevens om de term R te kun­nen bepalen. Dit gedeelte (R) vergroot naarmate de ver­harde oppervlakten (daken, wegen, parkings, enz..) door de verstedelijking toenemen en naarmate er meer grond­water wordt opgepompt. Het neerslagwater op de verharde oppervlakken wordt immers onmiddellijk langs het riool­stelsel afgevoerd naar het oppervlaktewater en het opge­pompte grondwater komt na gebruik grotendeels in het oppervlaktewater terecht. Deze hoeveelheid compenseert het verminderde debiet van de bronnen. Door de pompin­gen daalt de grondwaterspiegel en vermindert het debiet van de bronnen die in sommige gevallen zelfs opdrogen. Bronnen kunnen in zekere zin als de overloop van de frea­tische watervoerende lagen worden beschouwd. 

Voor de totale evapotranspiratie (E) in Ukkel wordt een benaderende waarde tot 70% van de neerslag aangeno­men, m.a.w. 546 mm/jaar. Voor Vlaanderen zou dit gemid­deld 7,4 miljard m³/jaar betekenen.

Het deel (S) stroomt ondergronds af en is evenmin nauwkeurig te bepalen. Deze hoeveelheid is het gedeelte van de neerslag dat niet afstroomt en niet verdampt, m.a.w. dat in de grond infiltreert. Van dit infiltratiewater wordt een deel (T) door de planten getranspireerd en zit in de term E vervat en een deel (G) sijpelt door naar de grondwaterspie­gel en vult het grondwater aan. Deze hoeveelheid G com­penseert de grondwaterverliezen. Deze verliezen bestaan uit de brondebieten die het oppervlaktewater aanvullen, de ondergrondse afstroming (die uiteindelijk in zee terecht komt) en de opgepompte hoeveelheden grondwater. 

De exacte hoeveelheden opgepompt grondwater zijn evenmin bekend. Bijna 200 miljoen m³ grondwater per jaar dient voor de openbare drinkwatervoorziening in het Vlaams Gewest. De onttrekkingen van de industrie, land­en tuin­ bouw en particulieren kunnen enkel geschat worden: 400 tot 600 miljoen m³/jaar. De totale jaarlijkse productie aan grondwater uit de Vlaamse ondergrond schommelt tussen 600 en 800 miljoen/jaar. De vraag is of die hoeveelheid te veel is? 

Achthonderd miljoen komt overeen met een nuttige neerslag van bijna 60 cm, terwijl als nuttige neerslag cij­fers gehanteerd worden van 150 tot 230 mm/jaar. Globaal gezien zou er dus geen probleem kunnen zijn. Wanneer evenwel rekening wordt gehouden met de verharde opper­vlakte en met de vrij uitgestrekte gebieden in Vlaanderen met een slecht doorlatende kleiondergrond zonder freati­sche watervoerende laag, dan komt het onttrokken gedeel­te van de nuttige neerslag veel hoger te liggen. Alleen het opstellen van waterbalansen voor hydrografische bekkens en subbekkens kan de onzekerheid gebonden aan deze algemene ramingen wegnemen. Wanneer men evenwel een balans wil gaan becijferen, dient er niet alleen een gebied begrensd te worden dat toelaat de waarde van de termen van de balans te meten en te berekenen, doch ook een balansperiode vastgelegd te worden. 

Daarbij dient rekening te worden gehouden met de veranderingen in berging opgetreden tijdens de balanspe­riode: de berging wordt weergegeven door de grondwater­standen, het peil in rivieren en vijvers en het bodemvocht in de onverzadigde zone. Het opstellen van een balans wordt dan al heel wat ingewikkelder en voor het bepalen van al die termen zijn vele en lange waarnemingsreeksen nodig. Wanneer het aantal waarnemingen in ruimte en in tijd voldoende groot is, kunnen modelstudies zinvol wor­den uitgevoerd.  

3 Hydrogeologische kenmerken

De stroming van grondwater is afhankelijk van de kenmerken van het geologisch milieu waarin het water zich bevindt en beweegt. In de hydrogeologie han­teert men twee belangrijke kenmerken: porositeit en per­meabiliteit.

Porositeit is het gehalte aan holle ruimte t.o.v. het tota­le volume van het gesteente. Porositeit varieert sterk van bijna 50% voor zuiver grof zand tot minder dan 1%, en zelfs 0,1% voor vaste gesteenten.

Indien alle korrels van dezelfde grootte zijn is de ver­houding der volumes van korrels en poriën constant, want onafhankelijk van de korreldiameter. Gelijke volumes met voetballen, biljartballen of knikkers zullen inderdaad bij een zelfde stapeling hetzelfde poriëngehalte hebben. Zuiver grind, zand of silt hebben een zelfde porositeit van 30­40%. De realiteit is echter anders: knikkers kunnen de ruimten opvullen tussen de voetballen. Bij gemengde kor­relgroottes neemt het poriëngehalte snel af. Het poriënge­halte neemt ook af wanneer de korrels worden samenge­perst door de druk van de bovenliggende lagen of wanneer de poriën opgevuld geraken door cementatie. Anderzijds kan in de ondergrond een secundaire porositeit ontstaan door verbrokkeling of oplossing.

Doorlatendheid (ook permeabiliteit genoemd) is het vermogen van de grond om vloeistof (of gas) door te laten. De doorlatendheidscoëfficiënt K is de maat voor dit vermo­gen. Die coëfficiënt is gelijk aan het volume water dat per tijdseenheid door een eenheid van oppervlakte stroomt, t.t.z. m³ per m² en per dag of anders uitgedrukt m/dag (of cm/sec). Dit laatste komt overeen met een snelheid. Het is duidelijk dat deze grootheid afhangt van de grootte en de vorm van de poriën. Grove poriën van grind laten hoge snelheden toe, bij fijne poriën in klei wordt de snelheid zo klein dat het gesteente bijna ondoorlatend is. 

4 Watervoerende lagen

4.A Kwaliteit van de watervoerende lagen

• De kwaliteit van een watervoerende laag wordt dus bepaald door: de porositeit die samen met de afmetingen van de laag de hoeveelheid grondwater bepaalt;
• de goede doorlatendheid die snelle verplaatsing van het water naar de pompput garandeert en tevens snel­le herbevoorrading;
• een goede voedingszone, bijvoorbeeld waar de laag dagzoomt (= aan de oppervlakte voorkomt). 
   

4.B Kwaliteit van het grondwater

Water is een uitstekend oplosmiddel en zijn kwa­liteit zal bepaald worden door de samenstel­ling van de gesteenten waardoor het beweegt. Omdat deze bewegingen heel traag zijn bedraagt de verblijftijd van het water in het gesteente soms duizenden jaren, waardoor zelfs uiterst trage reacties nog kunnen optreden.

• Door het filtrerend effect van de stroming door fijne poriën wordt het grondwater ontdaan van alle vaste bestanddelen.
• Het “gedistilleerd” regenwater heeft in de lucht en de bodem zuurstof en koolzuurgas opgenomen. Tijdens zijn trage verplaatsing doorheen de watervoerende laag zal het water reageren met het gesteente en een aantal bestanddelen oplossen. Bij uitdampen bekomt men steeds een mineraal residu. De samenstelling daarvan staat op flessen vermeld. Zelfs “onoplosbaar” kwarts van het zand levert minstens 5 mg/l silicium­dioxide.
• Regenwater is zuur door het opgeloste koolzuurgas. Daardoor worden de kalkige bestanddelen, meestal fossielen die overvloedig kunnen aanwezig zijn, opge­lost. Het calciumcarbonaat lost op als calciumbicar­ bonaat. 
• Dit kalkgehalte maakt het water hard, wat wordt uitgedrukt in hardheidsgraden, bv. 10°F (franse hardheidsgraad) = 56 mg/l calciumoxide. 7°F is nog zacht terwijl 50°F hard water betekent. Door het men­gen van het harde water met ander (zachter) grondwa­ter kan de hardheid verminderd worden.
• Diepere grondwaters rijken snel aan met allerlei zou­ten: sulfaten en chloriden. Die zijn minstens gedeelte­lijk van primaire oorsprong: van het zeewater waarin de lagen oorspronkelijk werden afgezet. Vanaf een gehalte van 1500 mg/l verdampingsrest (bij 105°C) is het als drinkwater onbruikbaar. Het spreekt vanzelf dat voor aanwending in industriële chemische processen deze onzuiverheden van nog veel groter belang zijn.
   

Een schematische voorstelling van de watervoerende lagen in Vlaanderen is weergegeven in een west­oost door­snede (Afb. 8.1) van Wervik naar Maaseik. De kleuren geven een indicatie van de kwaliteit van het aanwezige grondwater. De indeling in neutraal, ijzer­, kalkrijk en ver­zilt (zoutig) water is zeer rudimentair: het als “neutraal” ingekleurde water betekent niet automatisch dat dit grond­water als drinkwater bruikbaar is en dat het kalkrijke water ondrinkbaar is. Evenmin is de capaciteit van de voorgestel­de watervoerende lagen afgebeeld.

4 C Het voorkomen van watervoerende lagen in Vlaanderen.

Om die watervoerende lagen te kennen, is kennis nodig van de volledige opbouw van de onder­grond. De ondergrond bestaat slechts heel zelden over een grote dikte uit één soort gesteente. Het grootste deel van de ondergrond in Vlaanderen is opgebouwd uit niet­geplooide sedimentaire gesteenten met een wisselende samenstelling. Hydrogeologisch bekeken bestaat de ondergrond uit een afwisseling van doorlatende en ondoorlatende (half tot zeer slecht doorlatend) lagen. De doorlatende lagen zijn meestal zanden en zachte kalkstenen, de weinig doorlatende lagen zijn kleien en zandhoudende kleien. Deze subhorizontale gesteentelagen rusten op een vast gesteente: zandstenen, kwartsieten, schiefers en fylladen en lokaal stollingsgesteen­ten en voor een klein gebied ook kalksteen.

Dit oude gesteente wordt de sokkel of het Massief van Brabant genoemd. Deze gesteenten zijn gespleten doch het aantal spleten is ongelijk verdeeld: bepaalde tekto­nisch verstoorde gedeelten zijn sterker gespleten. Deze sokkel is weliswaar watervoerend, doch de hydraulische eigenschappen zijn zeer sterk wisselend en vrijwel niet te voorspellen.  geeft deze opbouw schema­tisch weer.

5 Soorten watervoerende lagen

De eenvoudigste watervoerende laag is die welke onderaan begrensd is door een ondoorlatende laag en bovenaan tot aan het oppervlak reikt. De nuttige neerslag percoleert tot aan de grondwa­terspiegel en vult de verzadigde zone aan. Wanneer de nuttige neerslag groter is dan de hoeveelheid grondwater die de verzadigde zone verlaat (natuurlijk via bronnen of kunstmatig door onttrekkingen) gaat de grondwaterspiegel stijgen. Deze stijging vindt plaats onder normale atmosfe­ rische druk. Een dergelijke watervoerende laag wordt een freatische watervoerende laag genoemd (‘unconfined’ in het Engels): het grondwater staat via de open poriën ver­ticaal in direct contact met de atmosfeer. Soms wordt de term vrije grondwaterspiegel gebruikt, hetgeen wijst op het vrij schommelen van de grondwatertafel onder atmosferi­sche druk. De grondwaterstand geeft een fysische hoeveel­heid grondwater aan afhankelijk van de porositeit van het watervoerend gesteente. 

Wanneer een watervoerend pakket geïsoleerd voor­komt ten gevolge van structurele of stratigrafische kenmer­ken spreekt men van een hangende watervoerende laag. Onder een hangende watervoerende laag is er nog een onverzadigde zone aanwezig, men spreekt daarom van een schijnspiegel. Een hangende watervoe­rende laag kan in die mate beperkt zijn dat de verzadigde zone in perioden van geringe neerslag (of van te sterke bepomping) slechts tijdelijk voorkomt. 

Een afgesloten watervoerende laag is van de atmosfeer gescheiden door ondoorlatend (of slecht doorla­tend) materiaal. Het waterpeil kan niet stijgen tot zijn wer­kelijke stijghoogte omdat ondoorlatend materiaal het dak van het watervoerend gesteente afsluit. Bij perforatie van de ondoorlatende laag (bv. bij het boren naar de afgesloten watervoerende laag) stijgt het waterpeil hoger dan het dak van de watervoerende laag, m.a.w. het water staat onder druk. 

Theoretisch stijgt het waterpeil in een afgesloten water­voerende laag tot het peil van de freatisch zone van dezelf­de watervoerende laag, en dit volgens het principe van de communicerende vaten. Men spreekt van de stijghoogte van de watervoerende laag. De stijghoogte weerspiegelt de druk die heerst in het watervoerend pakket op die plaats. Die stijghoogte beantwoordt niet aan een fysische hoeveel­heid water, zoals dit het geval is met het grondwaterpeil in een freatisch watervoerend pakket.

Wanneer een afgesloten watervoerende laag aan het oppervlak komt wordt zij ook freatisch of vrij. In die zone wordt de watervoerende laag rechtstreeks gevoed door de neerslag: dit heet het voedingsgebied. Een afgesloten water­voerende laag zal bijgevolg slechts een grote capaciteit hebben voor onttrekkingen, wanneer de voedingszone vol­doende groot en doorlatend is om de onttrokken hoeveel­heden terug aan te vullen. Menige afgesloten watervoeren­de laag in Vlaanderen komt in de ondergrond voor in een gebied dat vele malen groter is dan het voedingsgebied. De onttrekkingen overtreffen daardoor snel de gemiddelde voeding en er treedt een stelselmatige daling op van de stijghoogte. In concrete gevallen bedraagt die afpomping al meer dan 100 tot 120 m, zodat het spanningskarakter van de watervoerende laag zelfs verloren gaat.

Een semi­of halfafgesloten watervoerende laag (‘semi­confined’ in het Engels) komt voor wanneer de afsluitende laag halfdoorlatend is. Deze term kan gebruikt worden voor alle gradaties tussen afgesloten en freatisch, dus voor alle gradaties van halfdoorlatende afsluitende lagen (van doorlatend tot ondoorlatend). Naargelang de stand van de grondwatertafel in boven elkaar liggende watervoerende lagen verschillend is, treedt er door de halfdoorlatende laag stroming op van de ene watervoerende laag naar de andere. Deze stroming kan zowel van onderen naar boven als van boven naar onderen optreden (zie Afb. 8.7). Een bijzondere situatie is het geval waarbij een vrije grondwa­terspiegel (het grondwater is niet gespannen of staat niet onder druk) verticaal niet in direct contact staat met de atmosfeer (zie situatie 1 op Afb. 8.4 en 8.5), met andere woorden er komt een afsluitende laag voor, waaronder er nog een onverzadigde zone voorkomt, (de waterspiegel staat immers alleen horizontaal via open poriën in contact met de atmosfeer). Toch dient men hier van een freatische watervoerende laag te spreken.

Een watervoerende laag kan zo sterk afgepompt raken dat het grondwaterpeil tot onder het dak van het watervoe­rend gesteente is gedaald. De poriën in het gesteente staan artificieel onder atmosferische druk via de talloze geboor­de filterputten waarin het waterpeil gedaald is tot onder de bovenkant van de perforaties in het filtrerend gedeelte. De druk in deze lagen is volledig verloren gegaan. Wanneer in dergelijke verloren spanningslagen het contact met de atmosfeer onvoldoende is, kan de watervoerende laag zelfs in onderdruk verkeren en kent men het fenomeen van aspi­rende putten. Omgekeerd kunnen dergelijke putten bij een stijging van het waterpeil (snellere voeding dan de afpom­ping) gaan blazen.

Door de wisselende samenstelling van de ondergrond van Vlaanderen kunnen er op basis van de verschillende stratigrafische lagen in de ondergrond en op basis van het regime (freatisch of afgesloten) en eventueel per streek een 33­tal verschillende watervoerende lagen worden onder­scheiden. Afbeelding 8.8 geeft de verschillende onder­scheiden aquifers. Deze lijst is vooral opgesteld op basis van de waterwinningen die uit deze aquifers water onttrek­ken. De tabel geeft zowel de courante benamingen als de nieuwe lithostratigrafische namen zoals ze op de nieuwe geologische kaart op schaal 1/50.000 worden gebruikt.

6 Het belang van grondwater in de drinkwatervoorziening

Op basis van cijfers verstrekt door de afdeling water van de Administratie voor Milieu en Natuurbe­houd (AMINAL) bedroeg de drinkwaterproductie in het Vlaamse Gewest in 1993 916.645 m3/dag of ongeveer 334 miljoen m³/jaar. Daarvan was 173,5 miljoen m³ of 51,8% afkomstig van grondwaterwinningen en 48,2% van opper­vlaktewaterwinningen. Het totale drinkwaterverbruik in Vlaanderen bedroeg in 1993 427 miljoen m³: ongeveer 92 miljoen werd uit Wallonië ingevoerd. Rond 1978 bedroeg de grondwaterproductie in Vlaanderen voor drinkwatervoor­ziening 112 miljoen m³ per jaar bij een totaal drinkwater­verbruik van 307 miljoen m³ per jaar hetgeen een toename betekent van respectievelijk 56 en 39% in de tijdspanne 1978­1993. Opvallend is dat in die periode de stijging van de grondwaterproductie groter is dan de stijging van het ver­bruik. Het is onwaarschijnlijk dat in de komende 15 jaar een gelijkaardige stijging nog mogelijk zal zijn. Het aandeel van het oppervlaktewater in de drinkwaterproductie zal bijgevolg moeten stijgen.

Toch blijft het grondwater voor de drinkwatervoor­ziening van bijzonder groot belang: grote hoeveelheden grondwater zijn voorradig in de ondergrond en die kunnen aangesproken worden in perioden met weinig neerslag om de gevoelige daling van het beschikbare oppervlaktewater op te vangen.

De voorwaarde is evenwel dat de daling van deze voorraden onder controle wordt gehouden en dat geduren­de de nattere perioden het deficit opnieuw volledig wordt aangevuld.