English Abstract A modelling approach was developed, incorporated in the
finite-element method based program LGMLUC, making it possible to determine
the reliability of travel times of groundwater flowing to groundwater
abstraction sites. The reliability is seen here as a band (zone) around the
expected travel-time isochrone, with the width of this probability
occurrence zone (e.g. between 97.5 and 2.5 percentile values) increasing
with increasing uncertainty in the model-input parameters. The modelling
approach is based on the First-Order Second-Moment (FOSM) method for
uncertainty propagation analysis. The FOSM results have been compared with
a Monte Carlo analysis for an LGM model and another, LGM-independent model.
From the match between FOSM and Monte Carlo results it was concluded that
the FOSM approach is an adequate and computationally effective method to
analyse the uncertainty of travel times. The travel time was assumed to be
log-normally distributed. The uncertainty in several model-input parameters
was accounted for as a factor influencing the reliability of travel times.
These are aquifer transmissivity, hydraulic resistance of aquitards,
drainage and infiltration resistance defining the head-flux relation between
the top aquifer and surface waters, effective porosity of aquifers and
aquitards, and groundwater recharge rate. All these model-input parameters
are assumed to be log-normally distributed. The uncertainty in these
parame-ters was derived using inverse-method calibration and expert
judgement. The applicability of the modelling approach was demonstrated for
a pilot study area in the central part of the Netherlands. The approach can
be used for problems with various spatial resolutions of the finite-element
grid, problems ranging from local (high grid density) to regional. The
information on the travel-time reliability can be used for policy-related
decision-making, such as the examination of risks within the existing
groundwater protection zones.
Rapport in het kort
Dit rapport beschrijft de ontwikkeling en een
pilot-toepassing van een modelleringsmethode ten behoeve van de bepaling van
betrouwbaarheid van verblijftijden van grondwater dat naar
grondwateronttrekkingen stroomt. De methode, die van de
eindige-elemententechniek gebruik maakt, is opgenomen in het rekenmodule
LGMLUC, een aanvullende module van het Landelijk Grondwatermodel LGM, van
het RIVM. De betrouwbaarheid wordt voorgesteld als een band (zone) rondom
de verwachtingswaarde van een verblijftijd-isochrone, bijvoorbeeld 25 jaar.
De breedte van deze band voor een zekere waarschijnlijkheid van voorkomen
(bijvoorbeeld tussen de 97,5 en 2,5 percentielwaarden) neemt toe met een
toenemende onzekerheid van modelinvoer parameters. Gebruik is gemaakt van
de First-Order Second-Moment (FOSM) methode voor de analyse van de
voortplanting van fouten. De resultaten van de FOSM methode zijn vergeleken
met die van de Monte Carlo aanpak voor een LGM-model en als een
onafhankelijke test een TRIWACO-model. Uit deze vergelijking is
geconcludeerd dat de FOSM-methode adekwaat en rekentechnisch effectief is
voor het analyseren van de betrouwbaarheid van verblijftijden. Aangenomen
is dat de kansdichtheidsverdeling van verblijftijden lognormaal verdeeld is.
De methode houdt rekening met de onzekerheid in een aantal modelinvoer
parameters, zijnde de factoren die de onzekerheid in verblijftijden tot
gevolg hebben. De onzekerheid van de parameters is bepaald door middel van
calibratie (invers model) en expert-judgement. De toepasbaarheid van de
ontwikkelde methode is aan de hand van een pilot-studie getoond,
gebruikmakend van het binnen het LGM bestaande deelmodel Utrecht. De
methode kan bij verschillende dichtheid van eindige-elementengrid worden
gebruikt, zowel voor problemen op lokale schaal (hoge griddichtheid) als op
regionale schaal. De informatie over de betrouwbaarheid van verblijftijden
kan worden benut voor beleidsmatige beslissingen, zoals bij onderzoek naar
risico's binnen de bestaande
grondwaterbeschermingsgebieden.
