Bypass flow, 1984

Rubriek: onderzoek
Door: Johan Bouma

De wiskundige interpretatie van waterstroming in de bodem is gebaseerd op de aanname dat het bodemmateriaal homogeen en isotroop is en dat is in de natuur nooit het geval. Het betekent dat in modelberekeningen van waterbeweging in de bodem de bodem op een bepaalde diepte en tijdstip verzadigd is met water dan wel onverzadigd met water met een bepaalde onderdruk. Het verschijnsel bypass flow past niet in dit concept maar komt veel voor in het veld. Bypass flow is de meestal vertikale stroming van vrij water via grote, continue poriën door een niet verzadigde bodem.

Voorbeeld van ‘bypass flow’ in een vochtige kleigrond met een prismatische structuur waarbij water tijdens een normale regenbui infiltreert langs de vertikale structuurvlakken tot een diepte van 90 cm min maaiveld, terwijl dat volgens het homogene bodemmodel maar tot een diepte van 3 cm zou zijn. De waterbeweging in door het microreliëf aan het bodemoppervlak bepaalde vertikale banen is zichtbaar gemaakt door het toevoegenvan een blauwe kleurstof. Merk op dat ook de wortels groeien op genoemde structuurvlakken. Die stroming kan plaatsvinden via wormgangen of scheuren in kleigronden, mits deze macroporien continue zijn tot aan het oppervlak waar de infiltratie plaatsvindt. In het water opgeloste stoffen kunnen op deze manier uitspoelen en een grote diepte bereiken zonder dat ze in contact komen met adsorberende bodemdeeltjes. Dit kan leiden tot verontreiniging van het grondwater. In modelberekeningen wordt aangenomen dat opgeloste stoffen als een horizontaal front door de bodemmatrix bewegen en worden geadsorbeerd. Bypass flow wordt daarin niet meegenomen. Het gevolg is dat veel modelberekeningen uitspoeling en grondwaterverontreiniging onderschatten.

Hoewel het verschijnsel uitgebreid is waargenomen in het veld ontbrak het lange tijd aan een formele omschrijving van bypass flow en werden morfologische structuurbeschrijvingen afkomstig uit de bodemkartering geïnterpreteerd zonder dat dit echter met metingen kon worden bevestigd. Die formele omschrijving is voor het eerst gepresenteerd op een congres van de International Soil Science Society (ISSS) in Wageningen in 1984 rond het thema ’Water and Solute Movement in Heavy Clay Soils’. De proceedings van dit congres zijn gepubliceerd door het Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI) in Wageningen. Een eenvoudige veldmethode om bypass flow te meten werd gepubliceerd door Bouma et al. in 1981 en is op dit congres gepresenteerd en in het veld gedemonstreerd - in deze publikatie werd nog gesproken van ‘short-circuiting’, een term die later in 1984 is vervangen door ‘bypass flow’.

Dit werk is inmiddels internationaal geaccepteerd en erkend in 2002 door opname in het standaardwerk Methods of Soil Analysis van de Soil Science Society of America. Hierin worden ook verschillende vanuit Wageningen verrichtte onderzoekingen rond het thema ’bypass flow’ geciteerd.

De volgende referenties zijn in dit kader relevant:
Bouma, J. 1984. Using soil morphology to develop measurement methods and simulation techniques for water movement in heavy clay soils. P. 298-316 in: J.Bouma and P.A.C. Raats (Eds). Proc. ISSS Symposium Water and Solute Movement in Heavy Clay Soils. Wageningen, the Netherlands. Publ. 37 Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, the Netherlands.
Bouma, J., L.W. Dekker and C.J. Muilwijk. 1981. A field method for measuring short-circuiting in clay soils. Journal of Hydrology 52: 347-354.
Booltink, H.W.G. and J. Bouma. 2002. Bypass Flow. In: Jacob H. Dane and G.Clarke Topp (Eds). Methods of Soil Analysis. Part 4 Physical Methods. Soil Science Society of America Book Series 5: Chapter 3 930-936.