De kust onder stroom
Grondwater is onze belangrijkste bron van drinkbaar water. In kustgebieden wordt deze reserve bedreigd door de aanwezigheid van de zoutwater intrusie, een overgangszone tussen het zoute zeewater en het zoete – drinkbaar – water. Maar liefst 70 % van de wereldbevolking leeft in kustgebieden. Het is dus belangrijk om de mechanismen achter dit fenomeen uit de doeken te doen om zo onze grondwater reserves te beschermen met het oog op de toekomstige generaties.
- Zoutwater intrusie
De zoutwater intrusie is een proces waarbij zout grondwater – afkomstig van de zee – het land indringt en zoet grondwater richting de zee stroomt. Door het densiteit verschil ontstaat er een wig van zwaarder zout water onder lichter zoet water. Dit fenomeen werd reeds uitgebreid bestudeerd, waaruit blijkt dat de locatie afhangt van het zeeniveau. Fenomenen zoals zeespiegelstijging en getijdenwerking hebben dus een invloed op de locatie en vorm van de intrusie.
De methode bij uitstek voor het bestuderen en monitoren van de intrusie is elektrische resistiviteit tomografie (ERT), de voorgenoemde observaties zijn echter gemaakt doormiddel van chemische analyses en geofysische metingen in boorputten. Het doel van deze scriptie is om de mogelijkheid te toetsen om ERT te gebruiken voor het visualiseren van de getijdenvariaties. Naar de kennis van de auteurs is een gelijkaardige studie nog nooit uitgevoerd.
- Unieke situatie in België
Langs de Belgische kust heeft de zoutwater intrusie een unieke vorm. In natuurgebied de Westhoek – gelegen langs de Franse grens – ligt er een zoutwater lens bovenop een zoetwater tong. Op het eerste zicht lijkt deze inverse densiteit distributie niet stabiel maar het omgekeerde is waar. Uit modellering blijkt dat deze situatie zich in een dynamisch evenwicht bevindt doordat verschillende grondwater stromingen op elkaar inwerken. De zoutwater intrusie in de Westhoek is zeer gedetailleerd bestudeerd in het verleden waardoor we dit gebied gekozen hebben in het raam van de scriptie.
- Hoe werkt ERT?
Elektrische resistiviteit tomografie – een moeilijke term die wil zeggen dat je door middel van elektrische stromen een beeld van de ondergrond kan maken. Een stroom wordt in de grond geïnjecteerd tussen twee elektroden (het zendend elektrodepaar), tussen twee andere elektroden wordt dan het potentiaalverschil gemeten (het ontvangend electrodepaar). Het gemeten verschil hangt af van de elektrische eigenschappen van de ondergrond, gebieden met hoge en lage geleidbaarheid kunnen dan goed geïdentificeerd worden. Doordat zout water een veel hogere geleidbaarheid heeft dan zoet water kunnen de twee duidelijk onderscheiden worden in een ERT-profiel.
- Problemen en oplossingen
Monitoren van de zoutwater intrusie tijdens een getijdencyclus brengt enkele problemen met zich mee die het gevolg zijn van de getijdenwerking. Tijdens hoogtij is een deel van de opstelling bedekt met zeewater, bij laagtij is dit droog. Door de aanwezigheid van de laag met sterk geleidbaar zeewater gaat een groot deel van de stroom hierin verloren. Dit zorgt ervoor dat profielen die vergaard zijn tijdens hoogtij een slechtere resolutie hebben dan profielen gemeten tijdens laagtij. Wat het moeilijk zal maken variaties te bestuderen. Het meten van een profiel kan enkele tientallen minuten duren, wanneer een profiel gemeten wordt tijden hoog- of laagtij is het zeeniveau stabiel en doen zich geen extra problemen voor. Echter tijdens de getijdenwisseling is de opstelling variabel bedekt met zeewater tijdens één meting, wat een extra moeilijkheidsgraad met zich meebrengt.
We hebben dit probleem aangepakt in twee fasen: eerst hebben we een synthetische studie uitgevoerd om het effect van de waterlaag in te schatten. Waarna we op het veld gestapt zijn om de metingen uit te voeren en te zien als het mogelijk is om te monitoren in dit type omgeving.
- Het onderzoek zelf – aanpak en resultaten
Voor de synthetische studie werd een model gemaakt dat de situatie in de Westhoek nabootst. Om het effect van het opkomend water in te schatten is het voldoende om een halve getijdencyclus te reconstrueren. Verschillende algoritmen werden gebruikt om de data te verwerken, hieruit blijkt dat de beste resultaten bekomen worden wanneer een referentie model meegenomen wordt in de inversie. Dit wil zeggen dat er rekening gehouden wordt met extra informatie over het studiegebied, in dit geval wordt de waterlaag expliciet gedefinieerd wat de resultaten significant verbeterd. Verder is de invloed van de waterlaag duidelijk te zien in de profielen. Het verlies in resolutie wordt gereflecteerd door de aanwezigheid van artefacten in de hoogwater profielen.
Voor de veldstudie werden twee profielen in de Westhoek gemonitord gedurende drie dagen. Een lang profiel om diepe variaties te detecteren en een kort profiel om in meet detail naar de overgangszone te kijken. De data werd verwerkt zoals gesuggereerd in de synthetische studie (met een referentie model) en de resultaten zijn gelijkaardig. Ook hier heeft de waterlaag een sterke – negatieve – invloed op de resultaten. Zowel in de lange als korte profielen zijn kleine variaties aanwezig, maar door het resolutie verlies is het moeilijk om artefacten te onderscheiden van echte variaties. Wat we wel konden onderscheiden is een her-saturatie van het sediment voor de opstelling bedekt was met zeewater, een observatie die voordien nog niet gemaakt is.
Het grootste probleem hier is de aanwezigheid van artefacten door de waterlaag, dit kan mogelijks opgelost worden door nog dieper in te gaan op andere verwerking algoritmen. Deze pilootstudie toont al aan dat ERT-monitoring in een dynamische omgeving mogelijk is maar dat er toch nog een aantal struikelblokken zijn. In het kort: het is een veelbelovende methode die de manier waarop we zoutwater intrusie bestuderen drastisch kan veranderen.
