English Abstract A large-scale 2-dimensional vertically integrated
groundwater model has been constructed to investigate the geohydrological
responses to glacial climate conditions. The groundwater model is based on
the hydrogeological model of the Cenozoic and Mesozoic sediments in the
subsurface of Northwest Europe constructed by the Dutch Geological Survey.
Three different layers are distinguished above the relatively impervious
base of Palaeozoic and Precambrian rocks. Boundary conditions to simulate
groundwater flow related to various stages of the Pleistocene glaciations in
the Northwest European lowlands have been inferred from palaeo-environmental
reconstructions for the last three glacial cycles. Testing of the model
concepts was carried out using a strongly simplified model. Effects of
subglacial meltwater infiltration, excess meltwater redistribution and
proglacial drainage of the highly pressurized groundwater system were
examined. Sensitivity analyses with both the simplified and the large-scale
model were carried out to identify important processes and system
parameters. The effect of glaciation on the NW European groundwater system
was investigated with the large-scale model. First, groundwater heads and
velocities during an extreme cold climatic situation were compared with the
present situation. Second, the geohydrology during the complete Saalian
glacial cycle was studied by means of a sequence of steady-state
simulations. This was followed by a final study on the effects of
glaciations in the last 480,000 years. Results of the simulations indicate
relatively high groundwater velocities and pressures, both in the subglacial
areas and ice-marginal permafrost areas during cold periods. Extreme high
velocities may develop when the ice sheet advances to the southern margins
of the Upper Plio/Pleistocene aquifer in Northwest Europe. Areas with
reduced meltwater infiltration which are assumed to be favourable areas for
subglacial erosion processes coincide with areas where eskers, tunnel
valleys and glacial basins are found. During relatively short periods in
the Pleistocene glaciations high groundwater velocities were observed in
areas containing the salt formations to be seen as potential repositories
for radioactive waste.
Rapport in het kort
Een grootschalig, vertikaal geintegreerd
grondwaterstromingsmodel is ontwikkeld om de effecten van ijstijden op het
geohydrologische systeem van Noordwest-Europa te onderzoeken. Dit model is
gebaseerd op het supraregionale hydrogeologische model van de Cenozoische en
Mesozoische sedimenten van de NW-Europese ondergrond, zoals geconstrueerd
door de Rijks Geologische Dienst. Drie hydrologische eenheden werden
onderscheiden boven de relatief ondoorlatende basis van Paleozoische en
Precambrische gesteente. Randvoorwaarden voor de simulatie van de
grondwaterstroming gedurende een aantal stadia van de Pleistocene ijstijden
werden afgeleid uit een aantal paleogeografische reconstructies van de
laatste 3 glaciale periodes. Een sterk vereenvoudigd model is gebruikt om
modelconcepten te testen. Het effect van smeltwater-infiltratie onder de
ijskap, redistributie van overtollig smeltwater en de drainage van het
grondwater in discontinue permafrostgebieden en in rivieren is onderzocht.
Gevoeligheidsanalyses zijn uitgevoerd met zowel het vereenvoudigde model als
het grootschalige model om belangrijke processen en systeemparameters te
identificeren. Het effect van de ijskap- en permafrostbedekking op het
NW-Europese grondwatersysteem werd onderzocht met het grootschalige model.
De drukken en de snelheden gedurende een extreem koude periode werden
vergeleken met de huidige geohydrologische situatie. Vervolgens is het
effect van het totale Saalien op het grondwatersysteem onderzocht door
middel van een opeenvolging van stationaire simulaties. Uiteindelijk zijn
voor de afgelopen 480.000 jaar de effecten van de Pleistocene ijstijden
bestudeerd. De resultaten van de simulaties tonen aan dat hoge
grondwatersnelheden zich voordoen gedurende ijstijden. Extreem hoge
snelheden ontwikkelen zich wanneer onder de ijskap het grondwater in een
zich uitwiggend deel van het watervoerende pakket wordt geperst. Niet
overal onder de ijskap kan al het aanwezige smeltwater ook werkelijk in het
grondwatersysteem infiltreren. Aangenomen wordt dat het resterende
smeltwater door middel van een stelsel van tunnels in het ijs en geulen in
het ijsbedekte sediment wordt afgevoerd. Gebieden met gedeeltelijke
smeltwater-infiltratie zoals berekend met het model komen overeen met
gebieden waar relatief veel geologische overblijfselen van deze tunnels en
geulen (eskers en geulafzettingen) worden waargenomen. Geconcludeerd kan
worden dat gedurende relatief korte perioden tijdens de Pleistocene
ijstijden hoge grondwatersnelheden optreden in gebieden waar zich de
zoutformaties bevinden die potentiele kandidaten zijn voor de opslag van
radioaktief afval.
