03 - DSD-NL 2016 - Geo Klantendag - Workshop bodemdaling - Henk Kooi, Hans van Meerten, Deltares

1. Met iMOD rekenen aan bodemdaling op
regionale en lokale schaal
Henk Kooi
Workshop Geo Klantendag, 16 juni 2016

2. Inhoud
Bodemdaling
problematiek
oorzaken
de rol van modellering
iMOD – SUB-CR
processen / theorie
voorbeelden modellering op lokale schaal (generiek; Jakarta)
voorbeeld modellering op regionale schaal (Mekong delta)
Vragen/discussie

3. Bodemdaling: waar praten we over?
9 m
daling
tussen
1925-1977
(52 jaar)
~ 17.3 cm/jr

4. Bodemdaling Jakarta 1974-2010:
1974-1982
1982-1991
1991-2000
2000-2010
Totaal -25 tot -400 cm ; snelheid -0.5 tot -17 cm/jaar
-4,1 meter
-1,4 meter
-2,1 meter
-0,7 meter
-0.25 meter
-4,1 meter
-2,1 meter
-1,4 meter
-0,7 meter
-0.25 meter
Bodemdaling: waar praten we over?

5. Gevolgen
overstromingsrisico (zee en rivier)
schade gebouwen & infrastructuur
verstoring water management

6. Problematiek in eigen land
woningen wegen/onderhoud
waterbeheer leidingen en aansluitingen

7. 27 juni 2016
Oorzaken
Autonome processen (geologisch)
• Meestal beperkt
Menselijk handelen:
 Olie/gaswinning
 Grondwaterwinning (compactie beneden grondwaterspiegel)
 Drainage (compactie boven grondwaterspiegel) & (oxidatie van veen)
 Belasting/zetting
D-Settlement
veenweidegebieden NL
iMOD SUB-CR

8. De rol van modellering
27 juni 2016
1. Meten van bodemdaling
2. Matching (ontrafelen van het meetsignaal)  Oorzaken
3. Modellering  Voorspellen van bodemdaling
4. MKBA’s  Wat is de schade en wat zijn vermijdbare
kosten?
5. Maatregelen  Mogelijke oplossingsrichtingen?

9. iMOD – SUB-CR
processen / theorie

10. Gekoppelde grondwaterstroming en compressie
27 juni 2016
grondwater model  stijghoogte (x,y,z,t) effectieve druk verandering (x,y,z,t)
compressie; rek (x,y,z,t)
Bodemdaling (x,y,t)
‘interbed fractie’:
Watervoerend pakket
deels compressibele
sedimenten

11. Keuze uit twee compressie modellen
11
Bjerrum (NEN)
RR recompressie/zwel ratio
CR compressie ratio
Ca secundaire compressie ratio (kruip)
Isotache (abc model)
a recompressie/zwel constante
b compressie constante
c secundaire compressie constante (kruip)
Bjerrum
Toevoeging van kruip is belangrijkste innovatie in vergelijking met bestaande
Bodemdalingssoftware van de USGS (Modflow modules)

12. iMOD – SUB-CR
Voorbeelden modellering op lokale schaal

13. Generieke 1 kolom’s test
27 juni 2016
0
-1
-11
-12 m
t>0:
stijgh. verlaging
klein: 1 m
groot: 6 m
h=0
t=0:
hydrostatisch
3
3 1
:
10 /
5 10
z
s
confining layer
K m day
S m or stress dependent

 

 
OCR variabel (1.5, 1.7, 2.0)

14. Vergelijking met andere software
27 juni 2016
Klei laag bestaat
uit 20 sublagen
Kleine verlaging (1 m)
Effect van OCR

15. 27 juni 2016
OCR=1.5
Vergelijking met andere software
‘grote verlaging (6 m)’

16. Voorbeeld input (runfile iMOD; 3 lagen)
16
D:herprogrammeringSCRrunfilesresult3_8spOCR1.1
3 3 5 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1
50,20,0.100E-03,0.100,0.98,1,0.01,25,1,1
0 0 10 10 10 0
ACTIVE MODULES
1,1,0 (bnd)
1,1,0 (shd)
1,1,0 (khv)
1,1,0 (kva)
1,1,0 (kvv)
1,1,0 (top)
1,1,0 (bot)
1,1,0 (sto)
1,1,0 (scr) {activate SUB-CR package}
1,1,0 (chd)
1,1,0 (ghb)
0 0 10 10
MODULES FOR EACH LAYER
3,(bnd)
1,1.0,0.0,-1
2,1.0,0.0,1
3,1.0,0.0,1
3,(shd)
1,1.0,0.0,0
1,(scr) SUBSIDENCE CREEP {general SUB-CR input block}
1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 {IMETHOD, ISTPCS, IOUT()}
1,0,0 {GL0}
1,0,1.7 {SGM}
1,0,2 {SGS}
2,1,0,10 {THICK = interbed fraction}
2,1,0,0.01 {RR}
2,1,0,0.18 {CR}
2,1,0,0.01 {CA}
2,1,0,0.75 {VOID}
2,1,0,0 {SUB0}
1,1,0,1.5 {OCR}
2,1,0,1.5 {OCR}
3,1,0,1.5 {OCR}

17. Sunter well/
borehole
Voorbeeld 1D Jakarta
Gereconstrueerde stijghoogte tijdreeksen uit monitoring

18. RR, CR
used in modeling
OCR
'
0.7
w
z



'
0.5
w
z



' tan css   
0.8
2.3
'
ss
OCR



RR CR Ca
clay 0.0600 0.180 0.0072
sandy clay 0.0383 0.115 0.0046
sand 0.001 0.001 0
Compressie params gebaseerd of lab rapporten
Undrained shear
Strength tests:

19. Gemodelleerde historische ontwikkeling Sunter
Stijghoogte (m)
Bodemdaling (m)
kruip
geen kruip

20. (bij handhaving huidige stijghoogtes)
Bodemdaling (m)
Stijghoogte (m)
Prognose ontwikkeling bodemdaling tot 2100
~ 70 cm
(2010-2100)

21. iMOD – SUB-CR
Voorbeeld modellering op regionale schaal:
Mekong delta, Vietnam
(PhD project Philip Minderhoud, UU/Deltares)

22. Integration extensive data sets
Meteo data (monthly) > 500.000 extraction wells and history
Geological boreholes and cross-sections 3D hydrogeological subsurface model
• Period: 1991-2015
• Monthly increments
• Parameterization and
calibration: based on data from
Vietnamese partners
• Deltares open-source software
suites:
iMOD shell for ModFlow
SubCr subsidence mod.
Data is provided by the Division of Water Resources Planning and Investigation for the South of Vietnam (DWRPIS)

24. Cumulative subsidenceHydraulic head
(Middle Pleistocene aquifer)
Model results
2015

25. Comparison with subsidence observations
Modeled subsidence (uncalibrated)
2006-2010
Total measured subsidence
2006-2010

26. Samenvatting iMOD-SUB-CR
 Voor modellering van grondwater-gedreven bodemdaling
 Bruikbaar voor lokale en regionale modellering
 Compressiemodel zelfde als in Deltares software DSettlement
 Rekenprogramma geverifieerd
 Zal op korte termijn beschikbaar komen in nieuwe iMOD release