Oplossingen voor mondiale waterproblemen

Commentaren

Transcriptie

Oplossingen voor mondiale waterproblemen
W a t e r
d r
u
k
5
Oplossingen
voor mondiale
waterproblemen
Met de modernste technieken
watertekorten en vervuiling te lijf
Colofon
Oplossingen voor mondiale waterproblemen is een uitgave van de Vereniging
van waterbedrijven in Nederland (Vewin), Rijswijk en Fugro Ingenieursbureau
Leidschendam.
Teksten
Theo Schmitz (Vewin), Job Nijman (Fugro)
Eindredactie
Philip Reedijk, Maas Communicatie, Rotterdam
Vormgeving
Martin Hoogmoed, Maas Communicatie, Rotterdam
Fotografie
iStock, Fugro, Vewin, Munday et al.
Eerder verschenen publicaties in de Waterdruk-reeks zijn:
Waterdruk 1 – Infrastructuur drinkwatervoorziening
Waterdruk 2 – Beveiliging en crisispreparatie in de drinkwaterbedrijven
Waterdruk 3 – De kosten van drinkwater
Waterdruk 4 – De kwaliteit van drinkwater en drinkwaterbronnen
Uitgave september 2010
Oplossingen
voor mondiale
waterproblemen
Met de modernste technieken
watertekorten en vervuiling te lijf
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Inhoud
Voorwoord
3
Schoon water is schaars
4
De grote waterkringloop
4
Mondiale problemen: bevolkingsgroei
6
Metacities
7
Landbouw gebruikt meeste water
7
2050 schreeuwt om oplossingen
8
Leven vraagt water
9
Zoeken naar duurzame oplossingen
9
Integraal waterbeheer
10
Waterschaarste door schaarste aan kennis
10
Investeer in kennis van de bodem
11
Het antwoord bestaat al 11
Vanuit de lucht
12
Meten is weten
13
MotionMaps
14
Ondergrondse watervoorraden in beeld via airborne geofysica
16
Internationale kennisdeling
16
Bijdrage aan blauw-groene evolutie
17
Voorbeeldprojecten
2
Karteringsproject van het zoutgehalte van een rivierstelsel
18
Analyse van bodemdaling door grondwater­onttrekking op basis van
satellietdata 20
Karteren van waterhoudende breukstelsels met EM-metingen vanuit
een helikopter
21
In kaart brengen van verontreinigingstrajecten­en breukstelsels bij
verlaten mijnen
24
Airborne elektromagnetisch (AEM) onderzoek naar grondwater en
zoutwaterintrusie
27
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Voorwoord
Rijswijk, september 2010
Water is een voorwaarde voor leven. Elk leven, overal ter wereld. Maar veel levensvormen worden bedreigd. Waar vroeger voldoende water was, is er nu minder. Of juist te
veel. En waar vroeger geen water was, wonen inmiddels miljoenen mensen en is veel
water nodig. Het evenwicht is zoek. Het klimaat verandert, de natuur herschikt zich en
stelt ons voor nieuwe uitdagingen.
Eén daarvan is een nieuwe manier van leven met water. Daarbij gaat het om denken in
méér dimensies; in combinaties van groen en blauw. Niet alleen in strijd met het wassende water, maar ook om het verlangen naar schoon water voor elke wereldburger.
Vaak gaat dit hand in hand. Veel megacities zijn gebouwd op plaatsen die eigenlijk
niet geschikt zijn om die enorme aantallen inwoners te herbergen: in delta’s. Ze hebben een tekort aan schoon drinkwater en lopen grote risico’s op overstromingen.
De nieuwe strijd om het water is mondiaal, maar de oplossingen zijn lokaal.
De Nederlandse waterbedrijven, verenigd in Vewin, beschikken over de ervaring,
de kennis en de technologie om overal ter wereld te helpen.
Fugro geeft het vinden van en het werken met water een nieuwe impuls. Tot
in de meest afgelegen gebieden vanuit de lucht zoeken naar ondergronds
water, naar opslag­mogelijkheden of naar vervuilingsbronnen. Knowhow over
schoon drinkwater voor miljoenen, in combinatie met kennis van de aardkorst en technische expertise voor het in kaart brengen van de ondergrond.
Met als doel: leven in veiligheid en gezondheid voor iedereen.
Theo Schmitz
Job Nijman
Vewin
Fugro Water Services
3
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Schoon water is schaars
Water, energie, voedsel: drie zaken die
in nauwe samenhang het succes
van (menselijk) leven bepalen.
Water als absolute voorwaarde
voor
leven.
Schoon
water
betekent gezondheid. Slechts
in enkele landen komt 24 uur
per dag, 7 dagen in de week
betrouwbaar en lekker drinkwater
uit de kraan. Voor de meeste mensen
op deze aarde is dat niet vanzelfsprekend.
Van alle water op aarde is 97,5% zout. Van de resterende 2,5% is bijna driekwart bevroren of anderszins niet (of moeilijk) winbaar.
Van het bruikbare zoete water heeft de landbouw zo’n 70% nodig. Zoet water is
dus zeer schaars. Een groot deel van het beschikbare zoete water op de wereld is
verontreinigd. En de water­kwaliteit wordt steeds slechter. Van vele kanten wordt
het doel van Vewin – schoon water voor iedereen – bedreigd.
De grote waterkringloop
We kijken allereerst naar wat we noemen de ‘grote watercyclus’. Dat is de grote,
hydrologische kringloop waar al het leven op aarde op is gebaseerd. Verdamping
van oceaanwater, wolkenvorming, neerslag (en verdamping) boven de continenten en het terugstromen van die neerslag via rivieren en de ondergrond naar zee.
Dit hydrosysteem heeft het leven op aarde mogelijk gemaakt. Overal ter wereld,
in bergen, in rivierdalen en delta’s geldt: zonder water geen leven.
4
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Neerslag boven land
119.000 km3
Totale zoetwaterstroom naar zee
3
42.600 km
Verdamping boven
land 74.200 km3
Neerslag van
zoutwater
3
502.800 km
Grondwaterstroom
2.200 km3
eem
yst
ers
t
wa
u ti e
tri b
d is
at
er
erzuivering
alwat
afv
D r i n k w a te r b e d r i j ve n
geven samen met gemeenten en
waterschappen vorm aan de waterketen.
De drinkwaterbedrijven leveren drinkwater aan
huishoudens en bedrijven, gemeenten verzorgen
de inzameling van het afvalwater via de riolering en de
waterschappen zorgen voor de (eind)zuivering in publieke
rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s). Vóór lozing op de
riolering zuiveren veel bedrijven hun afvalwater vóór in particuliere
afvalwaterzuiveringsinstallaties (awzi’s). Na zuivering in de rwzi
wordt het schone water geloosd op het oppervlaktewater en
komt het terug in het watersysteem. De waterschappen beheren
het watersysteem en nemen maatregelen ten behoeve van
een optimale waterkwaliteit. Drinkwaterbedrijven
sluiten de waterketen doordat zij op hun beurt uit
het watersysteem water onttrekken als bron
voor de drinkwaterbereiding.
ring
ive
zu
er
at
Neerslag boven
zee 458.000 km3
dri
nk
w
k
w
dr
rio le
in
ri n g
De grote cyclus wordt beïnvloed door vele kleine ketens. Meestal
ziet die kleine keten er zo uit: er wordt uit oppervlakte- of grondwater zoet
water ingenomen, waarvan drinkwater wordt gemaakt. Na gebruik door burgers,
boeren en bedrijven komt dat afvalwater in het riool terecht, waarna het wordt
gezuiverd en weer in het oppervlaktewater komt. Daarna kunnen we het weer
opnieuw gebruiken, bijvoorbeeld als irrigatie- en industriewater.
5
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Mondiale problemen: bevolkingsgroei
Veel megacities zijn gebouwd op plaatsen die niet geschikt zijn om tientallen
miljoenen inwoners te herbergen. Door hun ligging in een delta hebben ze
een tekort aan schoon drinkwater en lopen ze grote risico’s op overstromingen.
De nieuwe strijd om het water is mondiaal en de problemen zijn overal gelijk.
Landen die hun groeiende aantallen inwoners moeten beschermen tegen onrustige rivieren met steeds meer overstromingen, en tegelijkertijd moeten voldoen
aan de groeiende vraag naar schoon water. Landbouwgebieden komen steeds
verder van de steden af te liggen. Het oprukken van zout water in rivieren, vervuilde
bronnen of verontreinigingen in het oppervlaktewater waaruit drinkwater wordt
ingenomen. Of een hooggelegen stad, op een bergplateau waar onvoldoende
neerslag valt voor de groeiende vraag naar water, terwijl de rivieren steeds minder
water aanvoeren door het terugtrekken van de gletsjers.
Groei wereldbevolking in de tijd
(Miljard )
Groei wereldbevolking in de tijd
12
10
8
6
4
2
00
22
0
0
00
20
18
0
0
14
0
16
0
0
0
12
0
10
0
0
0
0
80
60
40
0
0
20
hr
.
v.
C
0
40
20
0v
.C
hr
.
0
166 223 171
172 349 445
382 508 493
80
840 552
558 1362 1422
53
55
206 310
51
196 252
232 372
432 1437 1984
290 795 936
171 826 1688
113 398 517
13
x 1.000.000
Groei wereldbevolking 1950 / 2010 / 2050
6
35
49
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Kustbevolking en kustlijn-aantasting
Verband tussen bevolkingsconcentraties langs
de kust en ­veranderingen in kustlijnen.
64
110 287 401
155 138
217 376 419
18
150 361
74
13
21
617 1039
107 223
15
138 210
154 295
67
422 1090
64
48
19
333 473
341 1011
8
x 1.000.000
427 701
25
37
Groei stedelijke bevolking 1950 / 2010 / 2050
Metacities
Mensen wonen meer en meer in steden: meer dan 50% van de 7 miljard mensen
op aarde. In steden aan kusten: 70% van de mensen woont minder dan 50 km van
de kust. En die steden in de wereld groeien in razende tempo’s: elke week tussen
2010 en 2050 groeit de stedelijke bevolking met een ‘virtuele’ stad van 750.000
inwoners. Waar te veel water wordt onttrokken, zakt de bodem. De stijgende zeespiegel en de dalende bodem geven enorme problemen in de delta’s.
Landbouw gebruikt meeste water
Los van drinkwater voor de stadsbewoners is er in de delta’s ook grote behoefte
aan water voor veeteelt en landbouw. De stedelijke gebieden dijen uit, vaak
zonder rekening te houden met de gevolgen daarvan voor de landbouw en het
benodigde water. De geïrrigeerde landbouw is wereldwijd met 70% van het totale
zoetwatergebruik de grootste afnemer. En die vraag neemt nog steeds toe.
7
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Groei waterconsumptie
2500
2000
Water consumption, km3
Forecast
Assessment
1500
1000
500
0
1900
1925
Agricultural Use
1950
Industrial Use
1975
2000
Municipal Use
2025
Reservoirs
In het belang van de landbouw moeten we snel actie ondernemen. Bijvoorbeeld
door beter te weten waar water in de grond zit, waar we het ondergronds kunnen
opslaan en hoe we het kunnen hergebruiken. Daarvoor is kennis van de bodem
nodig. Er wordt op nationaal en mondiaal politiek niveau nog te weinig serieus
geïnvesteerd in kennis over water en de gevolgen van uitputting van waterbronnen. Duurzaam watergebruik heeft nog geen prioriteit; in veel gebieden is water
zelfs gratis.
2050 schreeuwt om oplossingen
Naar verwachting telt de aarde rond 2050 zo’n 9 miljard inwoners, van wie dan
70% in (groot)stedelijke gebieden leeft. Tegelijkertijd hebben we te maken met
Waterstress
Gebieden met grotere vraag naar water dan aanbod.
8
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
de mondiale klimaatverandering met extreme weersomstandigheden, afwisseling van droogtes en overstromingen, bodemdaling en zeespiegelstijging. De
druk op ruimte en natuurlijke hulpbronnen neemt steeds verder toe. Er ontstaat
waterstress.
Leven vraagt water
Water is een primaire levensbehoefte voor alle mensen. De globale situatie
rondom drinkwater wordt met de dag nijpender. Om voldoende drinkwater te
kunnen maken wordt naast rivierwater ook grondwater in grote hoeveelheden
opgepompt. De bevolkingsdruk overschrijdt op veel plaatsen het evenwichtspunt: er wordt meer water aan de bodem onttrokken dan regen of ondergrondse
stromingen kunnen aanvullen. Met desastreuze gevolgen: zoals bodeminklinking
en zoutintrusie. In sommige gebieden waar het grondwater al grotendeels zout
is, wordt drinkwater uit zeewater gemaakt, maar dat is een bijzonder kostbaar
en energieverslindend proces. Er wordt op nogal primitieve wijze gezocht naar
‘nieuw’ water. Dit kost veel inspanning en levert te weinig op. Zonder extra inspanningen groeit dit probleem ons de komende jaren volledig boven het hoofd.
Zoeken naar duurzame oplossingen
Door de mondiale demografische, economische en klimatologische ontwikkelingen, zijn ook de problemen die lokale en nationale overheden tegenkomen
Rainwater harvesting
Conservation/Demand man
More types of water
Reuse
Storage
Desalination
End inertia
New knowledge for consistent solutions
(after Reiter, IWA)
HOLISTIC ANSWER per situ
9
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
hetzelfde. Hoe krijg ik het drinkwater voor mijn burgers schoon? Hoe zorg ik
ervoor dat ik voldoende water heb voor de landbouw, de stad en de industrie?
Hoe vervoer ik het water van plekken waar een overschot is naar plaatsen met een
tekort? Hoe leg ik buffers aan voor drinkwater of noodbergingen voor overtollige
neerslag? En, belangrijkste van alle vragen, hoe doe ik dat duurzaam en verantwoord, in het licht van de klimaatveranderingen en de rol die water daarbij speelt?
Integraal waterbeheer
Waterbeheerders moeten rekening houden met de belangen van mensen, natuur,
milieu, landbouw en ruimtelijke ordening. Omdat we allemaal onderdeel zijn van
de grote (water)kringloop, kent waterproblematiek zeer veel facetten. Integraal
waterbeheer vraagt om lokale, nationale en internationale afstemming en samenwerking. In VN-verband speelt de World Health Organization een belangrijke rol.
Want schoon water gaat over gezondheid en – via de landbouw – over voedsel.
Als mensen gezond zijn, leiden ze een prettiger leven, leren en werken ze beter,
presteren ze meer. Maar het gaat vaak ook over de watertechnologie rondom
veiligheid: bescherming tegen hoogwaters, tsunami’s of overstromingen.
Waterschaarste door schaarste aan kennis
Beslissers overal ter wereld hebben te weinig kennis van processen in de
bodem en de diepere ondergrond. Of van de effecten op die bodem van het
oppompen of juist infiltreren van water. Ook het gebrek aan kennis over de
gevolgen van andere activiteiten in de bodem, zoals ondergrondse bouw­
activiteiten, en het gebrek aan gegevens over de feitelijke situatie eisen hun
tol. Hierdoor ontstaat vaak onherstelbare schade aan leefomgevingen, zoals
bodemverzakking in Mexico City of Jakarta. Het is dan ook noodzakelijk dat
de waterwetgeving in kwetsbare gebieden wordt aangepast aan de omstandigheden en dat waterbeheerders en drinkwaterbedrijven verplicht worden
om langetermijnplannen te ontwikkelen en uit te voeren. Daarvoor moeten zij
10
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
zoveel mogelijk weten van water in de ondergrond: waar zit het, hoe stroomt
het en waar kunnen we het opslaan?
Investeer in kennis van de bodem
Zonder forse extra inspanningen dreigt de kloof tussen deze problematiek en
de nu bekende oplossingen alleen maar groter te worden. Extra inspanningen voor kennis van en gegevens over de watersystemen en -kwaliteiten in
de bodem en ­diepere ondergrond zijn nodig. Wat zijn bijvoorbeeld de mogelijkheden om zoet water ondergronds op te slaan, zoals in de duinkust vóór
Amsterdam? Zo’n waterbel voorkomt tegelijkertijd zoutintrusie vanuit zee.
A
B
C
D
E
Natte vallei
Winkanaal
Winkanaal voor opslag/reserve
Drainageleiding
Infiltratiegeul
E
B
Noordzee
E
E
C
E
A
E
C
Amsterdam
B
D
Zoet grondwater
Zout grondwater
(TU Delft)
Diepe putten
Waterreservoir in de ondergrond.
Het antwoord bestaat al
Vewin en haar partners beschikken over de ervaring, de kennis en de techno­
logie om overal ter wereld te helpen met lokale oplossingen. Op basis van
bewezen technieken, die hun meerwaarde in de olie- en gasindustrie en de
mijnbouw al decennia hebben aangetoond. Of het nu gaat om bescherming
tegen ongewenst water, of juist het veiligstellen van de drinkwatervoorziening. Ook in de meest afgelegen gebieden kan vanuit de lucht of de ruimte
worden gezocht naar ondergronds water, naar mogelijkheden voor lang­
11
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Vervuild water
Schoon water
Mogelijke wateropslag
Met elektromagnetisch bodemonderzoek kunnen zowel kansen als bedreigingen worden
opgespoord.
durige opslag of tijdelijke berging, naar vervuilingsbronnen of naar de exacte
loop van een waterstelsel. Knowhow over schoon drinkwater voor miljoenen,
gecombineerd met kennis van de aardkorst en technische expertise voor het in
kaart brengen van de ondergrond. Met als doel: leven in veiligheid en gezondheid
voor iedereen.
Vanuit de lucht
Al decennia zet het gespecialiseerde ingenieursbureau Fugro wereldwijd de
meest geavanceerde meet- en calculatietechnieken in voor het vinden van ondergrondse voorraden olie, gas of andere delfstoffen. Vanuit de lucht kan Fugro tot
diep onder het aardoppervlak ‘kijken’. Zo kunnen bestaande maar verborgen
watervoorraden worden ontdekt, en ondergrondse ruimten of lagen die geschikt
zijn om water tijdelijk in op te slaan. Ook kunnen ondergrondse structuren in
kaart worden gebracht, die de stroom van grondwater beïnvloeden. Grote oppervlakten scant Fugro in korte tijd tot in detail. Op die manier kan de kwaliteit en
het zoutgehalte van oppervlakte- en grondwater worden bepaald. Maar ook
kunnen bijvoorbeeld verontreinigingen en hun bronnen worden opgespoord.
12
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Waterstanden kunnen geheel automatisch worden gemonitord, niet alleen op
zee (in verband met tsunami’s), maar ook op rivieren en meren (in verband met
grotere of kleinere rivierwaterafvoer).
Elektromagnetisch bodemonderzoek vanuit een vliegtuig.
Meten is weten
Met haar waterdivisie benadert Fugro waterproblematiek vanuit een dubbele
invalshoek. Het eerste is diepgaande kennis en begrip van de natuurlijke processen die met water te maken hebben. Niet alleen het proces van de grote
waterkringloop, maar ook van het aardoppervlak, de aardkorst en uiteraard het
grondwater. Eerst moet je goed begrijpen hoe al deze verschijnselen in elkaar zitten, hoe ze werken en elkaar onderling beïnvloeden, en wat de effecten zijn van
(menselijke) verstoringen. Pas dan kun je rekenmodellen ontwikkelen waarmee
je voor elke situatie betrouwbare adviezen kunt verstrekken over waterbeheer en
watergebruik.
Het tweede uitgangspunt is ‘combineren’. Fugro heeft diverse onderzoekstechnieken ontwikkeld en ingezet voor hydrogeologisch onderzoek. Maar de onderzoeksresultaten worden pas echt interessant als ze worden gekoppeld aan de
13
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
modernste datamanagementsystemen voor opslag, uitwisseling en combinatie
van verschillende soorten historische en nieuwe informatie.
MotionMaps
Al vanaf 1993 wordt het aardoppervlak voortdurend ingemeten door radar­
nummer 4 2010
Met de juiste
satellieten.
Ingenieursbureaus
& interpretatie
Innovaties van de metingen kunnen de bewegingen
van de bodem en van kwetsbare objecten tot op de millimeter nauwkeurig in
enradarbeelden
zakking vanzijn
objecten
in kaart
met radar
kaartAchtergrondzetting
worden gebracht. Deze
afkomstig
van Envisat,
de satel-
MotionMap
liet van de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA. De satelliet passeert ongeveer
eenmaal per maand. Dit geeft een groot aantal radarreflecties van objecten op de
Het klinkt onwaarschijnlijk, maar het is echt mogelijk. Met radarbeelden vanuit
een satelliet kunnen tot op de millimeter nauwkeurig achtergrondzettingen
bodem (figuren en
A, zakking
B, C). van kwetsbare objecten in kaart worden gebracht.
A
B
C
Eerste radarbeeld
Tweede radarbeeld na zetting
Extra deel in fase is zetting
De data wordt door middel van geavanceerde verwerking van radarbeelden
verkregen. Deze radarbeelden zijn
afkomstig van Envisat, de satelliet van de
Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA).
De satelliet passeert ongeveer eenmaal
per maand en dit geeft een groot aantal
radarreflecties op van objecten aan en op
de bodem. Door geavanceerde technieken
(zie kader Hoe wordt er precies gemeten?)
zijn radargolven, van punten die keer op
keer een reflectie geven, uitgewerkt naar
een gemiddelde verticale verplaatsing in
de tijd van dat betreffende punt. De
reflecties van punten die geregeld in
hoogte wijzigen, zoals opslagterreinen en
woonwijken in aanbouw, zijn uitgefilterd. MotionMap is de enige manier om
verticale beweging over de afgelopen
periode in een gebied of op een locatie in
kaart te brengen. Deze historische
gegevens kunnen vanaf 1993 tot heden
worden opgevraagd.
Overzicht MotionMap van Rotterdam. Duidelijk te zien is de achtergrondzetting van de Waalhaven,
die ook bij de gemeente bekend is
23
CT0410 Motion.indd 23
14
28-04-10 14:42
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
De
analysetechniek
wordt
Persistant
Scatterer
InSAR
(PSI)
genoemd.
Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) betekent dat radargolven, die
satellieten op verschillende tijdstippen hebben uitgezonden, met elkaar worden
vergeleken. Hieruit kunnen verplaatsingen van een object op het aardoppervlak
worden geanalyseerd. Een persistant scatterer (PS) is een reflectiepunt dat elke
keer wanneer de satelliet overvliegt, een reflectie geeft van het radarbeeld. De
PSI-techniek vergelijkt verschillen in de fase (op radargolflengte-niveau) voor elk
PS-reflectiepunt in de database van radarbeelden. Aan de hand daarvan wordt de
individuele beweging van elk reflectiepunt afgeleid.
De geanalyseerde data wordt in MotionMaps gepresenteerd, zoals hieronder een
beeld van Rotterdam.
Overzicht MotionMap van Rotterdam. Duidelijk te zien is de achtergrondzetting van de Waalhaven.
15
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Ondergrondse
watervoorraden in beeld
via airborne geofysica
Met airborne geofysica wordt driedimen­
Secondary EM field
generated from waterbody
Primary EM field
from transmitter loop
Conductive
cover rocks
Saline or fresh groundwater
Bedrock
sionale gebiedsdekkende informatie van de
bodem verzameld en in kaart gebracht. Vanuit een vliegtuig of helikopter wordt
met behulp van elektromagnetische technieken onder andere de geleidbaarheid
van de bodem onderzocht. Met deze gegevens kunnen voorspellingen worden
gedaan over de locatie, de omvang en de kwaliteit (zoutgehalte en verontreiniging) van ondergrondse zoetwaterbekkens. Met airborne geofysica kunnen in
korte tijd grote gebieden worden onderzocht tot diepten van enkele honderden
meters. Dat is vele malen efficiënter dan met traditionele opsporingsmethoden.
Door de gebiedsdekkende informatie te koppelen aan de uitkomsten van gedetailleerd lokaal veldonderzoek, zoals boringen en peilbuizen, wordt een zeer
compleet beeld van de hydrologische en bodemkundige situatie verkregen.­
Deze methode kan overal ter wereld snel worden ingezet, vooral in afgelegen of
ontoegankelijke gebieden.
Internationale kennisdeling
Op verschillende plekken in Noord- en Zuid-Amerika, Australië, Europa en Azië
voert Fugro al uiteenlopende projecten uit op watergebied. Maar er zijn wereldwijd nog duizenden potentiële exploratiegebieden, waar de plaatselijke water­
beheerders geen kennis hebben van de nieuwste onderzoeksmethodieken. Daarin
komt langzaam verandering. De Nederlandse Drinkwaterwet geeft de drinkwatersector ruimte om 1% van haar omzet te besteden aan water­gerelateerde
projecten in de Derde Wereld. Als vertegenwoordiger van deze sector ziet Vewin
het als haar missie om de in Nederland opgebouwde expertise op het gebied
van (drink)water toegankelijk te maken en ter beschikking te stellen aan de
16
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
internationale samenleving. Daarom is Vewin samen met Fugro Water Services­
een internationale voorlichtingscampagne gestart. Dankzij de nieuwe methode
kunnen de drinkwaterbedrijven met hun brede kennis en bedrijven zoals
Fugro elkaar versterken in deze stormachtige ontwikkeling van de drinkwater­
voorziening in de wereld.
Bijdrage aan blauw-groene evolutie
Er wordt momenteel door veel betrokkenen gezocht naar oplossingen voor alle
voorkomende problemen. Kun je brak water betaalbaarder zoet maken met
nano-membranen? Kun je met geautomatiseerde monitoring van waterstanden
op zeeën, meren of rivieren voorspellingen doen over risicovolle hoogwaters?
Kunnen we de sterker wisselende rivierwaterafvoeren in ons voordeel gebruiken
door water op te vangen en beter verdelen in de tijd? Hoe vaak kun je water hergebruiken? Hoe kunnen we nog slimmer worden? Onze sterke kant is het vinden van
oplossingen die slimmer dan slim zijn. Tegelijkertijd beschikken we over bewezen
technologie die op grote schaal kan worden ingezet om nieuwe watervoorraden
te ontdekken, om problemen met bestaande watervoorzieningen of vervuilingen
in kaart te brengen en om transport- en opslagmogelijkheden voor water te faciliteren, enzovoort. Samen met mondiaal opererende partijen zoals Fugro denken
en werken wij aan mogelijke extra stappen op het gebied van water en landbouw:
de blauw-groene evolutie. Werken aan een nieuwe wereld; het kan even duren,
maar we zijn optimistisch. Samen gaat het ons lukken!
17
De voorbeelden
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Voorbeeld 1
Murray-rivier corridor, Victoria en New South Wales (Australië)
Karteringsproject van het zoutgehalte ­
van een rivierstelsel
De Australische regering heeft 20 miljoen dollar uitgetrokken voor de kartering
van het zoutgehalte in het Murray Darling stroomgebied. Hierbij werken de
Catchment Management Authorities (CMA’s) van Mallee, North Central, Murray
en Lower Murray Darling samen met het Australische Ministerie van Milieu en
Waterbeheer en het Ministerie van Landbouw, Visserij en Bosbouw, via het Bureau
of Rural Sciences (BRS).
Onderdeel van dit brede programma is een project
om grondbeheerders meer inzicht te geven in de
stroming van het grondwater en de locatie van
zoutafzettingen langs de River Murray Corridor
voor gebieden in Victoria en New South Wales.
De helikopters vliegen met een snelheid van ongeveer 110 km per uur, zo’n 60 m boven de grond,
waarbij de ‘bird’ circa 30 m boven de grond hangt.
18
(CSIRO)
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
CDI (Conductivity Depth Image of geleidbaarheids-dieptebeeld).
BRS en Geoscience Australia (GA) hebben, samen met de grondbeheerders en
hydrogeologen van de staten Victoria en New South Wales en de CMA’s, zeven
prioriteitsgebieden geïdentificeerd voor onderzoek met elektromagnetische karteringsmethoden vanuit de lucht (AEM). Deze AEM-technologie wordt gebruikt
om de geologie en vindplaatsen van zoutafzetting langs de River Murray Corridor
te onderzoeken, vanaf de grens met South Australia tot aan Gunbower, ten noordwesten van Echuca.
Elektromagnetisch onderzoek vanuit de lucht (AEM)
AEM is een geofysische onderzoeksmethode vanuit de lucht die werd ontwikkeld
voor de mijnindustrie om geleidende ertsafzettingen te lokaliseren en in kaart
te brengen. Hierbij worden afwijkingen in de elektrische geleidbaarheid in de
bodem gemeten.
Bij dit project is de elektrische geleidbaarheid gemeten vanuit een helikopter, die
een torpedovormige ‘bird’ met een elektromagnetische ontvanger en zender
aan boord heeft. De zender zendt elektromagnetische signalen naar de grond.
De signalen die de ontvanger krijgt, geven de elektrische geleidbaarheid van de
bodem aan. Afwijkingen in de sterkte van het signaal kunnen worden geïnterpreteerd om zo zoutafzettingen en andere ondergrondse geologische kenmerken te
identificeren.
19
De voorbeelden
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Voorbeeld 2
Bodemdaling in Las Vegas, Nevada (USA)
Analyse van bodemdaling door grondwater­
onttrekking op basis van satellietdata
De snelgroeiende stad Las Vegas ligt in een semi-aridegebied met zeer weinig
water. Men heeft hier de afgelopen decennia zulke enorme hoeveelheden
grondwater opgepompt dat grote delen van het stedelijke gebied zijn verzakt.
Innovatieve remote sensing-technologieën zoals InSAR kunnen dan worden
gebruikt om bewegingen (zettingen) van de grond en objecten die te maken
hebben met grondwateronttrekking te detecteren, in kaart te brengen en te
monitoren. Als aan deze satellietdata andere relevante meetgegevens worden
toegevoegd ontstaat waardevolle informatie die beleidsmakers kunnen gebruiken bij hun beslissingen om de problemen te lijf te gaan.
InSAR is gebaseerd op verwerken van de reflecties van radargolven door objecten of vlakken aan het aardoppervlak. Op deze manier kunnen bewegingen in
de orde van grootte van meters tot millimeters over maanden, jaren of decennia
(vanaf 1992) in kaart worden gebracht. Het kan daarbij om gebieden gaan van
1.000 km2, of juist kleine locaties, overal ter wereld.
Perspectiefbeeld
van Las Vegas, met de
contouren van een 28 mm
diepe oppervlaktevervorming,
op basis van InSAR.
Inzet: de InSAR-data
geïntegreerd met regionale
geologische en geohydro­
logische gegevens.
20
De voorbeelden
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Voorbeeld 3
Waterkartering in het noordoosten van Brazilië
Karteren van waterhoudende breukstelsels
met EM-metingen vanuit een helikopter
In 2001 verleenden de geologische dienst van Brazilië, de geologische dienst van
Canada en het Canadees Bureau voor Internationale Ontwikkeling hun steun aan
een waterkarteringsproject in het noordoosten van Brazilië. Het gebied huisvest
25 miljoen mensen, kampt met een onzekere watervoorziening en wordt regelmatig getroffen door droogte. Fugro Airborne Surveys werd ingehuurd om een
elektromagnetisch (EM) onderzoek per helikopter uit te voeren in drie gebieden:
Juá-Irauçuba, Samambaia en Serinha. Het doel was de bruikbaarheid van elektromagnetisch luchtonderzoek te testen bij de kartering van waterhoudende
breukstelsels in gebieden met kristallijngesteente, om geschikte locaties voor
het boren van putten met een hoog rendement te vinden. Het grondwater in het
kristallijngesteente van het noordoosten van Brazilië is enigszins brak en zou naar
verwachting als geleider reageren op het opgewekte elektromagnetische veld.
Grondwaterdistributie in het
Samambaia-gebied in Brazilië.
21
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Het luchtonderzoek bestond uit een elektromagnetisch en magnetisch onderzoek
dat vanuit een Fugro-helikopter werd uitgevoerd. De elektromagnetische systemen
van Fugro voor de kartering van geleidingsvermogen zijn uitgerust met vijf of zes
spoelparen van uiteenlopende frequenties. Geen ander EM-systeem voor lucht­
onderzoek beschikt over zo’n groot frequentiebereik (380 Hz tot 101 kHz) en zo’n
brede spoelscheiding. Het dieptebereik van de metingen is een functie van de
EM-frequentie. De systemen bieden een optimaal frequentiebereik en een hoge
resolutie voor de kartering van het geleidingsvermogen van geologie, met een
grote mate van nauwkeurigheid.
Geologie van het Samambaia-gebied
De zuidwestelijke gebieden worden gedomineerd door orthogneis en migmatiet
(lichtgekleurd op de kaart links op pagina 21), terwijl in het noordoosten para­
gneis en andere metasedimenten (donkere gebieden) overheersen. Let op de
kwartsietlaag die van NO naar ZW loopt en het gebied splitst (stippellijn). Let ook
op het grote aantal breuken en breuklijnen die van N naar NW lopen en op sommige plaatsen de kwartsietlaag doorkruisen. Geologen ter plaatse hebben lange
tijd verondersteld dat de kwartsietlaag die door de regio loopt als waterkering
fungeert, waardoor het grondwater zich aan de noordkant verzamelt en een zuidwaartse stroming wordt belemmerd. Waterputten ten noorden van het kwartsiet
leveren daarom meestal veel water, terwijl de putten ten zuiden droogstaan of
een laag rendement hebben.
22
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Resultaten van het EM/Mag-luchtonderzoek in het Samambaia-gebied
Op de rechterafbeelding hieronder is een gebied met een verhoogd geleidingsvermogen zichtbaar (rode en paarse kleuren), dat werd altijd toegeschreven aan
de aanwezigheid van enigszins brak grondwater, zichtbaar als een strook die min
of meer parallel loopt met het kwartsiet aan de noordkant. Ten zuiden hiervan
zijn hogere geleidingswaarden beperkt tot noordoostelijk gerichte geologische
contactzones en smalle, naar het noorden lopende lijnen, die voorzichtig als
waterhoudende breukstelsels worden geïnterpreteerd.
Geologie van het
Samambaia-gebied
met onderliggend zichtbaar
geleidingsvermogen.
Diverse van deze lijnen zijn zichtbaar op de geologische kaart hierboven, inclusief
een grote breuklijn die NNO loopt en de kwartsietlaag doorkruist, waardoor een
verschuiving naar links ontstaat. Deze structuur lijkt een belangrijke leiding voor
de grondwaterstroming van noord naar zuid in het gebied te zijn. De geïnterpreteerde geofysische resultaten tonen aan waarom de putten in de noordelijke
regio’s veel water leveren. De geleidende breukstelsels in de gegevens (afbeelding rechts) die de kwartsietlaag doorkruisen en doorlopen in het zuiden, vormen
belangrijke doellocaties voor het boren van grondwaterputten. Naar verwachting
zullen putten die in deze grondwaterarme gebieden ten zuiden van de kwartsietlaag worden geboord, een goed rendement opleveren, nu het EM-luchtonderzoek
voorheen onbekende geleidende zones heeft aangetoond. In het begin van 2002
zijn proefboringen op basis van deze geofysische resultaten uitgevoerd.
23
De voorbeelden
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Voorbeeld 4
Terreinonderzoek Sulphur Bank Mine, Californië (USA)
In kaart brengen van
verontreinigingstrajecten­en breukstelsels bij
verlaten mijnen
In augustus 2000 huurden het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE) en
het Amerikaanse milieubeschermingsagentschap (EPA), in samenwerking met
TetraTech EM Inc., Fugro Airborne Surveys in om een elektromagnetisch onderzoek vanuit de lucht uit te voeren bij de Sulphur Bank Mine in Lake County,
Californië. Geofysische lucht- en landgegevens werden gebruikt om de kennis
van mijnontwatering, bronnen van verontreiniging en verontreinigingstrajecten
in breukstelsels te vergroten. Met het luchtonderzoek werden de geologische
structuur en de lithologie van de bodem (ook onder het meer) in kaart gebracht.
Deze informatie werd gebruikt om natuurlijke waterleidingen voor de grond­
waterstroming te identificeren. Uit de gegevens bleek ook dat het meer werd
verontreinigd door zuur water en kwik uit de mijn.
Het terrein van de Sulphur Bank Mine.
24
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Zuur water heeft een hoger geleidingsvermogen dan zoet water, zodat breuken, poreus gesteente en grondlagen met zuur water sterk geleidend zijn.
Afbeeldingen 1 (hieronder) en 2 (volgende pagina) tonen het zichtbare geleidingsvermogen op de topografie. De bergen bevinden zich op de achtergrond
en het meer bevindt zich op de voorgrond. De zuurverontreiniging kan worden
opgespoord in de bodem en waar het zuur in het meer lekt. Lagere frequenties
werden gebruikt om diepere lagen te genereren en een driedimensionale kaart
van de geleidingsverspreiding te maken. De geleidingsafwijking in de diepere
gegevens wordt veroorzaakt door afwatering via een diepe breuk, die wellicht
niet zou zijn ontdekt met een elektromagnetisch onderzoek van ondiepe bodemlagen. Deze gegevens worden gebruikt om verder onderzoek (o.a. boringen) te
verrichten om de waterstroming en zuurgraad te controleren.
Afb. 1: 3D-presentatie van de geleidingsvermogen-analyses bij verschillende frequenties.
Elektromagnetisch onderzoek is al tientallen jaren een standaardinstrument bij
de opsporing van minerale rijkdommen. Tegenwoordig wordt deze techniek
toegepast om aan de groeiende milieu- en bouwvereisten te voldoen. De algemene erkenning en acceptatie van elektromagnetische methoden met meerdere
frequenties vanuit de lucht voor deze doeleinden is grotendeels gebaseerd op de
25
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
voordelen ten opzichte van traditioneel grondonderzoek. Onderzoek vanuit de
lucht levert een totaalplaatje op en is een doeltreffend en economisch instrument
bij het identificeren en lokaliseren van ondergrondse kenmerken. Dit onderzoek
biedt uitkomst bij vrijwel alle milieu- en bouwdoelstellingen voor het in kaart
brengen van geleidingsvermogen, dankzij:
- minimale terreinlogistiek, snelle gegevensverzameling
(ongeveer 1.000 ha per uur) en zeer gedetailleerde gegevens;
- gelijktijdige verzameling van elektromagnetische, magnetische en
­gamma-straal radiometrische gegevens;
- geen noodzaak voor toegang tot een terrein en de mogelijkheid om gegevens
over afgelegen of dichtbegroeide terreinen te verzamelen;
- een driedimensionaal geleidingsoverzicht van de bodemkenmerken met
behulp van multifrequentie- en multidieptemetingen.
Afb. 2: Lekkage van verontreinigingen van de mijn in het meer.
26
De voorbeelden
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Voorbeeld 5
Grondwateronderzoek in West-Australië
Airborne elektromagnetisch (AEM) onderzoek
naar grondwater en zoutwaterintrusie
Fugro heeft voor het Ministerie van Water in West-Australië vanuit de lucht
elektromagnetische en magnetische gegevens van de onderloop van vier riviersystemen De Grey, Yule, Fortescue en Robe in het Pilbara-kustgebied van WestAustralië verzameld en geïnterpreteerd. Men wil meer weten over de geometrie
van de watervoerende pakketten en de verzilting hiervan. De informatie wordt
gebruikt voor de ontwikkeling van regionale grondwatermodellen langs de kust
van Pilbara.
Kaart van de onderzoeksgebieden bij de rivieren De Grey, Yule, Fortescue en Robe.
Het project heeft de volgende doelstellingen bereikt:
• een up-to-date interpretatie van geologische opbouw van de ondergrond, met
de nadruk op de structuren die de hydrologie van watervoerende pakketten
controleren;
• ontwikkeling van kaarten van de relatieve porositeit, waarop verticale en horizontale units te zien zijn, gebaseerd op veranderingen in de geleiding;
27
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
• vaststellen van de ondoorlatende basis van het grondwatersysteem in gebieden
waarvan geen boorgegevens beschikbaar zijn;
• vaststellen van de grootte van de alluviale en sedimentaire watervoerende
pakketten;
• vaststellen van de zoet-zoutgrens ter plaatse van de kust.
Naast de onderzoeksresultaten van de airborne survey (elektromagnetische en
magnetische gegevens, zwaartekracht en DTM) waren er boorgegevens beschikbaar van de onderzoeksgebieden. Daarnaast heeft Fugro publieke databestanden
onderzocht, zoals regionale magnetische gegevens en gamma-straal radiometrische gegevens, Landsat 7ETM+, SRTM en geologische kaarten. Alle beschikbare
gegevens zijn samengevoegd voor een regionaal overzicht van de geohydrologie.
Geologie
Magnetische gegevens uit de airborne surveys zijn samengevoegd met openbare
gegevens om een regionaal magnetisch databestand te verkrijgen. Zo’n data­
bestand kijkt verder dan een AEM-onderzoek, waardoor een compleet beeld
ontstaat van de geologische bodemopbouw.
Door analyse van de magnetische gegevens kan een onderverdeling worden
gemaakt in de lithologieën naargelang hun magnetische eigenschappen.
In en rondom de onderzoeksgebieden is de geologie onderverdeeld in ver­
schillende delen:
- graniet (vroeg/laat, magnetisch/niet-magnetisch);
- vulkanisch (zeer magnetisch/gematigd magnetisch);
- metasedimentair (zeer magnetisch/zwak magnetisch);
- meta-vulkanische-sedimentair (verschillende magnetische sterkten).
28
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
Geïnterpreteerde geologie van het onderzoeksgebied van de De Grey River. De datafiguren
links tonen de totale magnetische intensiteit.
Relatieve porositeit
Elektromagnetische gegevens kunnen worden gebruikt om voor elke hoogte een
relatieve porositeitskaart te maken, met verschillende geleidbaarheidswaarden
om de porositeit weer te geven. De reikwijdte van elke geleidbaarheidswaarde
werd bepaald door de verschillende elektromagnetische databestanden te
onderzoeken en ze te vergelijken met de bekende en verwachte distributie van
de verschillende lithologieën.
Relatieve poreusheidskaarten voor het onderzoeksgebied bij de De Grey River op basis van
geleidbaarheids/hoogte-grids.
29
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Een deel van het geïnterpreteerde verweerde bed rock-oppervlak van het onderzoeksgebied bij
de De Grey River, met enkele van de boorgaten.
Contactlagen vast gesteente (bed rock)
De elektromagnetische gegevens zijn gebruikt om de diepte van het verweerde
en het onverweerde vaste gesteente (bed rock) te bepalen door aan elke laag
geleidbaarheidswaarden toe te kennen. Het aanmerkelijke verschil in geleiding
tussen de ongeconsolideerde sedimenten en het vaste gesteente stelt ons in staat
om de bovenste contactlaag van het verweerde vaste gesteente te identificeren.
Daarnaast hielp de beschikbaarheid van boorgat­gegevens deze contactlaag te
bepalen en de te interpreteren oppervlakte te verkleinen.
Configuratie watervoerende pakketten
De belangrijkste typen watervoerende pakketten in elk onderzoeksgebied zijn de
ondiepe alluviale afzettingen. In de oostelijke helft van het onderzoeksgebied bij
de De Grey River bevinden zich tevens de watervoerende pakketten Broome en
Wallal Sandstone, die bij het West Canning Basin horen.
De afbeeldingen hiernaast tonen de interpretatie van de elektromagnetische
gegevens. Ze geven de verschillende watervoerende pakketten en geologische
units in het onderzoeksgebied weer. De alluviale afzettingen aan het oppervlak lijken voornamelijk te bestaan uit kleimateriaal. Dit resulteert in hoge geleiding, met
hier en daar een afname in de waargenomen geleiding, wat kan betekenen dat
zich daar zoet water bevindt. In het noordoosten zijn de sedimentaire units van het
30
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
West Canning Basin makkelijk te zien, en scheidt het geleidende Jarlemai Siltstone
de resistente watervoerende pakketten van het Broome en Wallal Sandstone.
Interpretatie van de geometrie van de watervoerende pakketten in het onderzoeksgebied bij
de De Grey River:
(A) Verband tussen de aardoppervlakgeologie van de digitale geologische kaart met geïnterpreteerde paleostroomgeulen van de Western Australia Geological Survey;
(B) geologie-interpretatie uit magnetische gegevens;
(C) AEM CDI (Conductivity Depth Image of geleidbaarheids-dieptebeeld) voor vluchtlijn
1001602 met geïnterpreteerde geologie;
(D) geologische dwarsdoorsnede.
Geïnterpreteerde configuratie van de watervoerende
pakketten binnen het
onderzoeksgebied bij de
De Grey River: 3D-overzicht
van het geïnterpreteerde
alluviale watervoerende
pakket (rode gedeelten)
binnen het onderzoeksgebied bij de De Grey River.
De weergegeven CDI’s zijn
1002601, 1002001, 1001401
en 1000801 (van zuid naar
noord). De kijkrichting is
west.
31
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Zeewaterintrusie
Door het grote verschil in elektrische geleiding tussen zout en zoet water zijn
vanuit de lucht ingewonnen elektromagnetische gegevens erg nuttig bij het
identificeren en in kaart brengen van de mate van zeewaterintrusie in de watervoerende pakketten in kustregio’s.
Om de zeewaterintrusie in kaart te brengen, werd een geleidbaarheidswaarde
toegekend die de belangrijkste grens van de zeewaterintrusie aangaf. Het 3Dvoxelmodel en de CDI’s werden bestudeerd om de zones met hoge geleiding
te identificeren, die mogelijk de grenzen van de zoute zone aangaven. In de
gegevens werden sterke stijgingen in de geleiding ontdekt. Deze waarden
werden vergeleken met openbare geleidingswaarden voor met zeewater
verzadigde lithologieën, om zo de geleidingswaarde te bepalen die de
grens van de zeewaterintrusie aangaf. Met behulp van een geleidingswaarde
van 300 mS/m werden voor elk onderzoeksgebied iso-oppervlakten gemaakt
om de mate van zeewaterintrusie weer te geven.
3D-beeld van de geïnterpreteerde zeewaterintrusie in het onderzoeksgebied bij de De Grey
River. Tevens zijn enkele CDI’s te zien langs koppellijnen en een digitale geologische kaart
van de Western Australia Geological Survey, gedrapeerd over de topografie. De kijkrichting is
noordoost.
32
Met de modernste technieken watertekorten en vervuiling te lijf
33
Oplossingen voor mondiale waterproblemen
Satellietopname van de Hollandse Delta.
Vewin - bureau Rijswijk
Fugro Water Services
Contactpersoon: Theo Schmitz
Contactpersoon: Job Nijman
Postbus 1019
Postbus 63
2280 CA Rijswijk
2260 AB Leidschendam
Nederland
Nederland
Tel: +31 (0)70 414 47 50
Tel: +31 (0)70 311 14 30
[email protected]
[email protected]
www.vewin.nl
www.fugrowaterservices.com 

Vergelijkbare documenten