Transport van water en opgeloste stoffen in kleiige bodems en sedimenten speelt een centrale rol bij kwantitatief en kwalitatief grondwaterbeheer. In vrijwel alle rekenmodellen die bij grondwaterbeheer worden ingezet, wordt waterbeweging alleen gedreven door verschillen in hydraulische potentiaal en vloeistofdichtheid.
Echter, in gecompacteerde kleiige materialen wordt water transport ook door andere drijvende krachten opgewekt. De literatuur vermeldt theoretische formuleringen voor water transport in deze media onder invloed van gradiënten in zout concentratie (chemische osmose) en electrische potentiaal (electro-osmose).
Elk van deze gradiënten kan op zijn beurt één of meer andere gradiënten induceren. Een bekend voorbeeld hiervan is de electrische potentiaal die kan worden opgewekt door hydraulisch water transport. Aldus kan een kleilaag fungeren als transportmembraan voor chemische en electro-osmose.
De idealiteit van klei als semi-permeabel transportmembraan hangt af van de oppervlaktelading, kationenbezetting en mate van compactie. Chemisch en electrisch gedreven watertransport in poreuze materialen is significant bij hydraulische doorlatendheden < 10-9 m/s.
Tot op heden zijn deze transportprocessen echter afwezig in grondwatermodellen en is er nauwelijks experimenteel- en/of veldonderzoek gedaan op dit terrein. Tegelijkertijd wordt watertransport door osmose ten onrechte verwaarloosd in verschillende praktische situaties, bijvoorbeeld:
- bij schatting van kwel, bemalingskapaciteit, zout indringing en
- grondwater-onttrekking in holocene kustgebieden, waar kleilagen onderhevig zijn aan grote gradiënten in zoutconcentratie (Zeewater heeft een osmotische potentiaal van ca 20 atmosfeer = ca 200 m stijghoogte).
- Bij schatting van contaminant emissies uit storten van afval met hoge zout-concentraties, afgeschermd door een kleilaag.
- Bij schatting van contaminant emissies uit verontreinigde klei bij grote gradiënten in zoutconcentratie, zoals baggerspecie depots in kustgebieden.
- Bij de bepaling van de hydraulische doorlatendheid van kleiig materiaal in het laboratorium.
In het voorgestelde onderzoek worden chemische en electro-osmotische processen in kleien onderzocht in laboratorium en veld met als doel osmotisch transport in te bouwen in een bestaand model voor watertransport en het gedrag van dat model te bestuderen, zowel numeriek als mathematisch analytisch. Het verwachte resultaat is een verbeterd instrument voor schatting en berekening van transport bij kwantitatief en kwalitatief grondwater- en afvalbeheer, met name in die situaties waarbij ernstige dreiging bestaat van vervuiling en verzilting. |
