Modelling the effects of the Pleistocene glaciations on the Northwest European geohydrological system

• Main Authors: Weert FHA van, Leijnse A
• Other Authors: LBG
• Format: Report
• Language: English
• Published: 2012
• Subjects: 05; grondwater; wiskundig model; stroming; zoutlaag; ijstijd; hydrogeology; noordwest-europa; modelling; groundwater; flow; salt domes; glaciation; northwest-europe; Hoge; Tonen; Ice; Ice Sheet; permafrost
• Online Access: http://hdl.handle.net/10029/260591

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. 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. RIVM EU