LGMCAD, een module voor het transport van opgeloste stoffen voor het Landelijk Grondwater Model. Gebruikers Handleiding

This report describes the input files for the program LGMCAD, which is the solute transport module of the National Groundwater Model for the Netherlands (LGM). Additionally, several accompanying programs are described. SHOWCLOUD is a program to display the location of the cloud of particles on the screen. Also described is a tool CLDGRID that converts the particle oriented output into solute concentrations on a 2-dimensional grid. The resulting grid files may be visualized with a commercial or public domain contour line program. In several appendices the formats are described of all the files that are involved in a complete solute transport simulation with LGMCAD.Dit rapport geeft een beschrijving van de invoerbestanden voor het programma LGMCAD. Dit is een moduul voor het transport van opgeloste stoffen, behorend bij het Landelijk Grondwater Model (LGM). Daarnaast zijn enkele hulpprogramma's beschreven. SHOWCLOUD is een programma om de locatie van een deeltjeswolk op het scherm zichtbaar te maken. Tevens is een hulpprogramma CLDGRID beschreven, dat de deeltjes georiknteerde uitvoer omwerkt tot concentraties opgeloste stof in een 2-dimensionaal grid. De grid-bestanden die hiervan het resultaat zijn, kunnen zichtbaar worden gemaakt met een commercieel of 'public domain' programma voor het maken van contourlijnen. In enkele appendices worden de formaten beschreven van alle bestanden die aan de orde komen bij een stof transport simulatie met het programma LGMCAD

Groundwater Model for the Netherlands. Testruns with a module for solute transport

In het kader van de ontwikkeling van een Landelijk Grondwater Model is een prototype gereed gekomen van een module voor het transport van opgeloste stoffen. In dit model wordt rekening gehouden met advectief-dispersief transport, eerste orde afbraak, adsorptie-kinetiek en zowel lineaire als niet-lineair evenwichtsadsorptie. In het rapport wordt verslag gedaan van enkele testberekeningen. Voor eenvoudige situaties geeft het programma resultaten die goed overeenkomen met bekende analytische oplossingen. Daarnaast is het model toegepast voor enkele minder eenvoudige problemen: een grondwaterwinning onder een afdekkende kleilaag en een regionaal probleem waarbij naar de verspreiding wordt gekeken van een stof (bijvoorbeeld nitraat) die door uitspoeling vanaf maaiveld in het grondwater terecht komt. De testen geven aan dat het programma voor dit type problemen zeer geschikt is.A prototype of a solute transport model for groundwater has been produced as part of the development of a National Groundwater Model for the Netherlands. The model considers advective-dispersive contaminant transport, first-order degradation, kinetic adsorption and both linear and non-linear equilibrium adsorption. Several test calculations are described. For simple situations the results are in agreement with known analytical solutions. The model has also been applied to a local problem (groundwater abstraction under a confining clay layer) and to a regional problem, where the migration of a solute (e.g. nitrate) that leaches to the groundwater system is studied. The results of these tests indicate that the model is well-suited for this type of problem.RIV

Bepaling van denitrificatieparameters in diep grondwater. Een 'pilot-study' voor enkele pompstations in Nederland

Groundwater nitrate measurements in the central and eastern part of the Netherlands point out that at many locations denitrification occurs. Therefore, models applied for analysis of management decisions concerning the groundwater nitrate distribution, need to take denitrification into account. Little information is available on the rate of denitrification and its spatial distribution. In this report a model concept is proposed to simulate denitrification. The unknown parameters in this concept are determined by a calibration procedure using the program PEST. For calibration nitrate measurements from the Monitoring Network are used as well as nitrate data from the abstracted water in a number of public drinking water pumping stations. Calibration is carried out for nine groundwater-pumping stations in the central and eastern part of the Netherlands. In zones where the presence of organic substances is likely, denitrification may be described as an exponential decay with a half-life time of around 500 days. In zones where organic material is absent, the half-life time is much higher (2750 days). At or near the phreatic surface an instantaneous nitrate reduction is assumed. Here, an average reduction of 50% is found. This figure, however, may also represent a compensation for over- or underestimation of the nitrate input at the water table. The parameter values found in this report appear to have a high measure of uncertainty. Several explanations are suggested and discussed.Nitraatmetingen in het grondwater in midden en oost Nederland geven aan dat op een groot aantal locaties denitrificatie optreedt. Bij modelstudies ter ondersteuning van beleidsbeslissingen dient men derhalve rekening te houden met denitrificatie. Er is echter weinig informatie over de denitrificatiesnelheid en de ruimtelijke verdeling ervan. In dit rapport wordt een modelconcept voorgesteld om denitrificatie te simuleren. De onbekende parameters van dit concept worden bepaald aan de hand van een kalibratieprocedure met hulp van het programma PEST. Voor de kalibratie zijn nitraatmetingen gebruikt van het Landelijk en Provinciaal Meetnet Grondwater, alsmede nitraatgegevens van het grondwater dat bij een aantal drinkwater-pompstations wordt onttrokken. De kalibratie is uitgevoerd voor negen pompstations in het midden en oosten van Nederland. Voor zones waar organisch materiaal mag worden verwacht kan denitrificatie worden beschreven als een exponentieel verval met een halfwaardetijd van ongeveer 500 dagen. In zones waar organisch materiaal niet voorkomt is de halfwaardetijd veel hoger (ca 2750 dagen). In de buurt van het freatisch vlak wordt een 'instantane' denitrificatie verondersteld. Hier treedt een gemiddelde reductie op van 50%. Dit getal doet echter tevens dienst als compensatie voor een mogelijke onder- of overschatting van de hoeveelheid nitraat die bij de waterspiegel het systeem ingaat. De gevonden parameterwaarden bezitten een grote onzekerheid. Enkele verklaringen worden geopperd en bediscussieerd

LGMCAD, een module voor het transport van opgeloste stoffen voor het Landelijk Grondwater Model. Gebruikers Handleiding

Dit rapport geeft een beschrijving van de invoerbestanden voor het programma LGMCAD. Dit is een moduul voor het transport van opgeloste stoffen, behorend bij het Landelijk Grondwater Model (LGM). Daarnaast zijn enkele hulpprogramma's beschreven. SHOWCLOUD is een programma om de locatie van een deeltjeswolk op het scherm zichtbaar te maken. Tevens is een hulpprogramma CLDGRID beschreven, dat de deeltjes georiknteerde uitvoer omwerkt tot concentraties opgeloste stof in een 2-dimensionaal grid. De grid-bestanden die hiervan het resultaat zijn, kunnen zichtbaar worden gemaakt met een commercieel of 'public domain' programma voor het maken van contourlijnen. In enkele appendices worden de formaten beschreven van alle bestanden die aan de orde komen bij een stof transport simulatie met het programma LGMCAD.This report describes the input files for the program LGMCAD, which is the solute transport module of the National Groundwater Model for the Netherlands (LGM). Additionally, several accompanying programs are described. SHOWCLOUD is a program to display the location of the cloud of particles on the screen. Also described is a tool CLDGRID that converts the particle oriented output into solute concentrations on a 2-dimensional grid. The resulting grid files may be visualized with a commercial or public domain contour line program. In several appendices the formats are described of all the files that are involved in a complete solute transport simulation with LGMCAD.VROM-DG

Bepaling van denitrificatieparameters in diep grondwater. Een 'pilot-study' voor enkele pompstations in Nederland

Nitraatmetingen in het grondwater in midden en oost Nederland geven aan dat op een groot aantal locaties denitrificatie optreedt. Bij modelstudies ter ondersteuning van beleidsbeslissingen dient men derhalve rekening te houden met denitrificatie. Er is echter weinig informatie over de denitrificatiesnelheid en de ruimtelijke verdeling ervan. In dit rapport wordt een modelconcept voorgesteld om denitrificatie te simuleren. De onbekende parameters van dit concept worden bepaald aan de hand van een kalibratieprocedure met hulp van het programma PEST. Voor de kalibratie zijn nitraatmetingen gebruikt van het Landelijk en Provinciaal Meetnet Grondwater, alsmede nitraatgegevens van het grondwater dat bij een aantal drinkwater-pompstations wordt onttrokken. De kalibratie is uitgevoerd voor negen pompstations in het midden en oosten van Nederland. Voor zones waar organisch materiaal mag worden verwacht kan denitrificatie worden beschreven als een exponentieel verval met een halfwaardetijd van ongeveer 500 dagen. In zones waar organisch materiaal niet voorkomt is de halfwaardetijd veel hoger (ca 2750 dagen). In de buurt van het freatisch vlak wordt een 'instantane' denitrificatie verondersteld. Hier treedt een gemiddelde reductie op van 50%. Dit getal doet echter tevens dienst als compensatie voor een mogelijke onder- of overschatting van de hoeveelheid nitraat die bij de waterspiegel het systeem ingaat. De gevonden parameterwaarden bezitten een grote onzekerheid. Enkele verklaringen worden geopperd en bediscussieerd.Groundwater nitrate measurements in the central and eastern part of the Netherlands point out that at many locations denitrification occurs. Therefore, models applied for analysis of management decisions concerning the groundwater nitrate distribution, need to take denitrification into account. Little information is available on the rate of denitrification and its spatial distribution. In this report a model concept is proposed to simulate denitrification. The unknown parameters in this concept are determined by a calibration procedure using the program PEST. For calibration nitrate measurements from the Monitoring Network are used as well as nitrate data from the abstracted water in a number of public drinking water pumping stations. Calibration is carried out for nine groundwater-pumping stations in the central and eastern part of the Netherlands. In zones where the presence of organic substances is likely, denitrification may be described as an exponential decay with a half-life time of around 500 days. In zones where organic material is absent, the half-life time is much higher (2750 days). At or near the phreatic surface an instantaneous nitrate reduction is assumed. Here, an average reduction of 50% is found. This figure, however, may also represent a compensation for over- or underestimation of the nitrate input at the water table. The parameter values found in this report appear to have a high measure of uncertainty. Several explanations are suggested and discussed.VROM-DGM-BW

Application of LGMCAD for the calculation of nitrates in abstracted groundwater at pumping stations in Twente and the Achterhoek. Also background document for the National Environmental Outlook 2000-2030

In het kader van de 5e Nationale Milieuverkenning 2000-2030 is de nitraatontwikkeling in het ruwwater op de pompstations in de regio's Twente en de Achterhoek bestudeerd. In dit rapport worden de modelkeuzen en invoergegevens beschreven en besproken. De resultaten geven aan dat de nitraatconcentraties op dit moment stabiel zijn of dalen. Tevens blijkt dat in 2030 in het ruwwater van alle in de Achterhoek gelegen winningen de nitraatconcentraties beneden de drinkwaternorm van 50 mg/l liggen , terwijl in Twente op enkele pompstations nitraatconcentraties gaan voorkomen die de drinkwaternorm overschrijden. Special aandacht wordt besteed aan denitrificatie. Alle berekeningen zijn tweemaal uitgevoerd: zowel zonder als met denitrificatie. Het blijkt dat denitrificatie leidt tot concentraties die een orde van grootte lager liggen dan wanneer denitrificatie niet in rekening wordt gebracht. Het jaar 1950 is gekozen als beginpunt voor de berekeningen. Voor de prognoses voor de periode 2000-2030 is de fout die voorkomt uit een niet correcte schatting van de beginsituatie verwaarloosbaar klein.De berekende waarden van v66r 2030 zijn vergeleken met de meetwaarden die vanaf 1968 zijn verzameld. Voor het merendeel van de pompstations blijken de berekende gehaltes hoger te liggen dan de metingen. De voorspelde nitraatgehaltes zijn daarom vermoedelijk te hoog. In het rapport worden hiervoor een aantal verklaringen gegeven en nader besproken.For the 5th National Environmental Outlook 2000-2030 the breakthrough of nitrates is studied in groundwater abstraction wells located in Twente and the Achterhoek. In this report model choices and input data are described and discussed in detail. Model results indicate that at present nitrate concentrations are stable or slightly decreasing. The results also show that in 2030 the nitrate contents in the pumping stations located in the 'Achterhoek' will not exceed the EC drinking standard (50 mg L-1), while in 'Twente' several pumping stations will exceed the EC standard after 2030. Special attention is paid to denitrification. All calculations are performed twice: with and without denitrification. It appears that denitrification leads to concentrations one order of magnitude lower than when denitrification is not taken into account. The groundwater qualitity situation in 2000 is not sufficiently known to be used as an initial condition. Therefore, the year 1950 has been chosen as the start of the simulation period. Errors due to an incorrect estimate of the situation in 1950 are small, when predictions for 2000-2030 are considered. Simulated data for the period before 2000 and measurements collected since 1968 are compared. For the majority of pumping stations the model results appear to be higher than the measured values. This suggests that the predicted nitrate concentrations given for 5th National Environmental Outlook are probably too high. Several possible explanations are given and discussed.VROM/DG

Application of LGMCAD for the calculation of nitrates in abstracted groundwater at pumping stations in Twente and the Achterhoek. Also background document for the National Environmental Outlook 2000-2030

For the 5th National Environmental Outlook 2000-2030 the breakthrough of nitrates is studied in groundwater abstraction wells located in Twente and the Achterhoek. In this report model choices and input data are described and discussed in detail. Model results indicate that at present nitrate concentrations are stable or slightly decreasing. The results also show that in 2030 the nitrate contents in the pumping stations located in the 'Achterhoek' will not exceed the EC drinking standard (50 mg L-1), while in 'Twente' several pumping stations will exceed the EC standard after 2030. Special attention is paid to denitrification. All calculations are performed twice: with and without denitrification. It appears that denitrification leads to concentrations one order of magnitude lower than when denitrification is not taken into account. The groundwater qualitity situation in 2000 is not sufficiently known to be used as an initial condition. Therefore, the year 1950 has been chosen as the start of the simulation period. Errors due to an incorrect estimate of the situation in 1950 are small, when predictions for 2000-2030 are considered. Simulated data for the period before 2000 and measurements collected since 1968 are compared. For the majority of pumping stations the model results appear to be higher than the measured values. This suggests that the predicted nitrate concentrations given for 5th National Environmental Outlook are probably too high. Several possible explanations are given and discussed.In het kader van de 5e Nationale Milieuverkenning 2000-2030 is de nitraatontwikkeling in het ruwwater op de pompstations in de regio's Twente en de Achterhoek bestudeerd. In dit rapport worden de modelkeuzen en invoergegevens beschreven en besproken. De resultaten geven aan dat de nitraatconcentraties op dit moment stabiel zijn of dalen. Tevens blijkt dat in 2030 in het ruwwater van alle in de Achterhoek gelegen winningen de nitraatconcentraties beneden de drinkwaternorm van 50 mg/l liggen , terwijl in Twente op enkele pompstations nitraatconcentraties gaan voorkomen die de drinkwaternorm overschrijden. Special aandacht wordt besteed aan denitrificatie. Alle berekeningen zijn tweemaal uitgevoerd: zowel zonder als met denitrificatie. Het blijkt dat denitrificatie leidt tot concentraties die een orde van grootte lager liggen dan wanneer denitrificatie niet in rekening wordt gebracht. Het jaar 1950 is gekozen als beginpunt voor de berekeningen. Voor de prognoses voor de periode 2000-2030 is de fout die voorkomt uit een niet correcte schatting van de beginsituatie verwaarloosbaar klein.De berekende waarden van v66r 2030 zijn vergeleken met de meetwaarden die vanaf 1968 zijn verzameld. Voor het merendeel van de pompstations blijken de berekende gehaltes hoger te liggen dan de metingen. De voorspelde nitraatgehaltes zijn daarom vermoedelijk te hoog. In het rapport worden hiervoor een aantal verklaringen gegeven en nader besproken

Modelering van nitraat transport in diepe watervoerende pakketten. Vergelijking tussen modelresultaten en gegevens van het Landelijk Meetnet Grondwaterkwaliteit

Nitraatmetingen uit het Landelijk Meetnet Grondwater worden vergeleken met modelberekeningen. Het model (LGMCAD) beschrijft het advectief en dispersief transport van opgeloste stoffen in grondwater en hanteert een eerste orde afbraak proces als vereenvoudiging voor denitrificatie. Het onderzoeksgebied (40 x 30 km2) is gelegen in het oostelijk deel van Nederland. Op grond van een serie verkennende berekeningen worden verschillende wijzigingen aan het model voorgesteld. Na een tweede serie model runs worden de wijzingen nader beoordeeld en besproken. Een belangrijk punt blijkt de verticale verdeling van het nitraatgehalte te zijn en de processen die hierop van invloed zijn, zoals de verticale menging door dispersie en de verdeling van de neerwaartse snelheidscomponent. Wat betreft de denitrificatie-parameter worden de beste resultaten verkregen met een halfwaardetijd tussen 3 en 5 jaar en een locale verfijning onder de beek- en rivierdalen en in een zone boven en onder de kleilagen. Deze verfijning bestaat uit een verder verlaging van de halfwaardetijd, gebaseerd op het feit dat het hier aanwezige organisch materiaal de denitrificatiecapaciteit verhoogt. Het rapport bespreekt verder de ruimtelijke representativiteit van meetgegevens en rekenresultaten.Nitrate measurements from the Netherlands Groundwater Monitoring Network and model simulations were compared for deep aquifers in the eastern part of the Netherlands. The area studied measured 40 x 30 km2. The model describes advective-dispersive solute transport in groundwater and utilizes a first-order decay process in a simplified approach to denitrification. On the basis of preliminary model runs several modifications of the solute transport model were proposed; the model was evaluated and discussed after a second series of runs. A major factor in the results appears to be the vertical distribution of the nitrate content and the processes that affect it, such as the vertical mixing by dispersion and the distribution of the downward groundwater velocity. With respect to the denitrification parameter, the best results were obtained with a half-lifetime (T50) between 3 - 5 years and a local refinement underneath the river valleys and brooks, and in a zone above and below the clay layers. The refinement consisted of a further reduction of the half-lifetime based on the presence of organic matter increasing the denitrification capacity. The report further discusses the representativeness in space of the monitoring data and the simulation results.DGM-Directies drinkwaterbodembescherming en bestuurszake

Modelering van nitraat transport in diepe watervoerende pakketten. Vergelijking tussen modelresultaten en gegevens van het Landelijk Meetnet Grondwaterkwaliteit

Nitrate measurements from the Netherlands Groundwater Monitoring Network and model simulations were compared for deep aquifers in the eastern part of the Netherlands. The area studied measured 40 x 30 km2. The model describes advective-dispersive solute transport in groundwater and utilizes a first-order decay process in a simplified approach to denitrification. On the basis of preliminary model runs several modifications of the solute transport model were proposed; the model was evaluated and discussed after a second series of runs. A major factor in the results appears to be the vertical distribution of the nitrate content and the processes that affect it, such as the vertical mixing by dispersion and the distribution of the downward groundwater velocity. With respect to the denitrification parameter, the best results were obtained with a half-lifetime (T50) between 3 - 5 years and a local refinement underneath the river valleys and brooks, and in a zone above and below the clay layers. The refinement consisted of a further reduction of the half-lifetime based on the presence of organic matter increasing the denitrification capacity. The report further discusses the representativeness in space of the monitoring data and the simulation results.Nitraatmetingen uit het Landelijk Meetnet Grondwater worden vergeleken met modelberekeningen. Het model (LGMCAD) beschrijft het advectief en dispersief transport van opgeloste stoffen in grondwater en hanteert een eerste orde afbraak proces als vereenvoudiging voor denitrificatie. Het onderzoeksgebied (40 x 30 km2) is gelegen in het oostelijk deel van Nederland. Op grond van een serie verkennende berekeningen worden verschillende wijzigingen aan het model voorgesteld. Na een tweede serie model runs worden de wijzingen nader beoordeeld en besproken. Een belangrijk punt blijkt de verticale verdeling van het nitraatgehalte te zijn en de processen die hierop van invloed zijn, zoals de verticale menging door dispersie en de verdeling van de neerwaartse snelheidscomponent. Wat betreft de denitrificatie-parameter worden de beste resultaten verkregen met een halfwaardetijd tussen 3 en 5 jaar en een locale verfijning onder de beek- en rivierdalen en in een zone boven en onder de kleilagen. Deze verfijning bestaat uit een verder verlaging van de halfwaardetijd, gebaseerd op het feit dat het hier aanwezige organisch materiaal de denitrificatiecapaciteit verhoogt. Het rapport bespreekt verder de ruimtelijke representativiteit van meetgegevens en rekenresultaten

[INTRAVAL fase 2, test case Mol. Simulatie van het ondergrondse migratie experiment.]

Abstract niet beschikbaarMathematical models are frequently used in risk analysis for underground disposal of nuclear waste. The validity of these models is examined in an international validation project INTRAVAL. RIVM participates in INTRAVAL project for the validation of the code METROPOL, a groundwater flow and solute transport program developed at RIVM. Within INTRAVAL several test-cases have been formulated. One of these test cases is an in-situ migration experiment in an argillaceous formation at 220 meters depth at Mol, Belgium. This experiment has been set up to examine whether parameters derived from laboratory experiments may be used for long term predictions on a larger scale. The present report describes the simulations of the experiment with the METROPOL code and it discusses an analytical solution of the problem. The simulation results indicate that the model concept of the METROPOL code provides an adequate description of the tracer migration in the Boom clay at the Mol site. However, to prevent discretization errors, a fine mesh is required to model the process in areas where steep concentration gradients are expected. Application of fine meshes leads to a larger number of nodal points and, consequently, to an increase of required computer memory and CPU time consumption. With respect to the parameters from the laboratory tests, it is shown these can be used for long term predictions of problems at field scale.DGM/SVS E