wao innovation for life

Leefomgeving Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015

TNO-rapport 3508 TA Utrecht

www.tno.n1 TNO 2016-R10129

Meerjaren Speurwerkprogramma 2015-2018 Voortgangsrapportage 2015 Thema Water en Klimaat VP Water- en Deltatechnologie VP Maritiem en Offshore VP Karakterisering Grondwater

T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75

Datum

Auteur(s)

Autorisatie

Aantal pagina's

28 januari 2016

Drs. C.N. Bremmer, Dr.lr. A.H.J.M. Vervuurt, Prof.Dr.lr. F.C. van Geer, Ir. P.D. Boersma, Ir. J.H. Hoegee

Ir. L.J.J. Kusters Managing Director Urbanisation

16 (incl. bijlagen)

Regievoerend departement Ministerie van Infrastructuur en Milieu

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO.

Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht. wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.

© 2016 TNO

TNO-rapportITNO 2016-R10129 2 / 16

Inhoudsopgave

1 VP Water en Deltatechnologie 3 1.1 Samenvatting 3 1.2 Inleiding 4 1.3 Resultaten 2015 4 1.4 Interactie en samenwerking 6 1.5 Publicaties en presentaties 7

2 VP Maritiem en Offshore 9 2.1 Inleiding 9 2.2 Bijstelling en VP 2016 10 2.3 Samenwerkingsinitiatieven 11

3 Karakterisering Grondwater 12 3.1 Samenvatting 12 3.2 Inleiding 12 3.3 Uitvoering 2015 13 3.4 Publicaties 13

4 Ondertekening 16

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 3 / 16

1 VP Water en Deltatechnologie

1.1 Samenvatting

Het Vraaggestuurd Programma 'Water- en Deltatechnologie' bevat twee deelprogramma's, programma Watertechnologie dat afgestemd wordt met de TKI Watertechnologie' en het programma Deltatechnologie dat afgestemd wordt met de TKI Deltatechnologie'. De resultaten voor het programma Watertechnologie' hebben hoofdzakelijk betrekking op het onderwerp 'Resource Efficiency' — efficiënt waterhergebruik en terugwinning van nutriënten en energie.

In 2015 zijn daarbij goede resultaten bereikt met een consortium van Europese partners en bedrijven op het gebied van glastuinbouw en voedselproductie. Het project RESFOOD, geco&dineerd door TNO, is in 2015 afgerond. TNO heeft hierin met partners uit de voedings- en waterketen verschillende waterbehandelingstechnieken kunnen testen voor het ontsmetten en filtreren van proceswater dat daarmee meerdere keren hergebruikt kan worden.

De resultaten laten zien dat een besparing van 40 — 90% in watergebruik bereikt kan worden in de voedingsindustrie en glastuinbouw. In 2015 is een aanvang genomen met het ontwikkelen van sensoriek voor het monitoren van de waterkwaliteit. Dit sluit aan op de vragen rondom optimalisatie van process & control-systemen en het thema Smart Water uit het Innovatiecontract. Een voorbeeld is het gebruik van LIBS-sensoren waarmee door TNO in 2015 in een test bij Eijsden on-line en real-time zeer nauwkeurig het gehalte aan zware metalen gemonitord kon worden.

In 2016 zal het programma Watertechnologie' voor het onderwerp Resource Efficiency zich verder richten op het afronden van de field tests waarbij laagwaardige restwarmte wordt gebruikt voor de bereiding van drink- en gedemineraliseerd water. Daarnaast zal in het verlengde van de resultaten uit RESFOOD en andere Europese onderzoeksprojecten gestart worden met onderzoek naar mogelijkheden voor winning en verwerking van biotische grondstoffen uit reststromen uit de AgroFood tot nuttige toepassingen. Het onderzoek naar sensoren voor waterkwaliteit zal zich in 2016 richten op de monitoring van nitraat en nutriënten, o.a. op basis van fiber-based-optics.

De resultaten van 'Deltatechnologie' hebben betrekking op de projecten Natte Kunstwerken voor de Toekomst (samen met de TO2-partners Deltares en Marin) en het project World Class Maintenance Infrastructuur (samen met Rijkswaterstaat en ProRail). Beide onderzoeken zijn gericht op het (kosten)efficiënt beheren van kunstwerken zonder verlies van functionaliteit en veiligheid en hebben aan de hand van de beschouwing van enkele cases laten zien dat het verkleinen van onzekerheden omtrent de status van de constructies en het daardoor nauwkeuriger kunnen voorspellen van de levensduur er toe kan leiden dat constructies minder snel behoeven te worden vervangen dan op basis van de ontwerplevensduur kan worden verwacht.

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129

4/16

Voor natte kunstwerken is dit minder evident door het ontbreken van een eenduidig toetsingskader. Probabilistische analyses hebben desalniettemin laten zien dat er ruimte is voor het optimaliseren van de ontwerpregels voor natte kunstwerken.

1.2 Inleiding

Het Vraaggestuurd Programma Water- en Deltatechnologie bevat twee deelprogramma's:

1. Watertechnologie — dit deelprogramma is TNO's bijdrage aan het Innovatiecontract Watertechnologie' en richtte zich in 2015 op innovaties ten behoeve van decentrale waterbehandeling voor industrieel en communaal afvalwater.

2. Deltatechnologie — dit deelprogramma is TNO's bijdrage aan het Innovatiecontract Deltatechnologie' en richtte zich in 2015 op innovaties ten behoeve van instandhouding van infrastructurele kunstwerken en op duurzame stedelijke ontwikkeling in laaggelegen kustgebieden.

1.3 Resultaten 2015

1.3.1 Watertechnologie

Op het gebied van Watertechnologie hebben de activiteiten zich toegespitst op het vervolgen van onderzoek en ontwikkeling ten aanzien van oplossingen waarmee een grote energie en grondstoffen efficiëntie in de waterketen bereikt kan worden. Dit onderzoek vindt volledig plaats in Europese consortia en richt zich op toepassingen in een drietal sectoren: (1) voedingsindustrie en glastuinbouw, (2) (petro)chemische industrie, (3) energieproductie.

In 2015 is het Europese project RESFOOD onder leiding van TNO afgesloten (www.resfood.eu). In het project is in drie pilots in de glastuinbouw door waterhergebruik een waterbesparing van 40-90% bereikt en in pilots in de voedselproductie (groente en fruit) kon door waterhergebruik 50 — 70 % water en energiebesparing bereikt worden. De resultaten zijn tijdens een afsluitend congres op 27 oktober met een grote groep deskundigen en vertegenwoordigers uit de voedselsector en watertechnologie sector gedeeld.

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129

5 / 16

RESFOOD-testbed voor een gesloten watersysteem in de glastuinbouw (niet-grondgebonden) In het project E4Water (www.e4water.eu) is in 2015 voor petrochemische toepassingen een waterreductie van 40% bereikt door inzet van geavanceerde ozonisatie en biofiltratietechniek voor efficiënt waterhergebruik. In 2015 is op een site voor een chemische industrie de proef voor het geschikt maken van communaal afvalwater als feedstock-water positief afgerond. Een recovery van 80 —90% met behulp van UF kon aangetoond worden.

In het project WE4CC, waarvan TNO coordinator is en dat uitgevoerd wordt in opdracht van het KIC-Climate, is in 2015 een boiler-feed hergebruik-unit getest die ingezet kan worden in grote energiecentrales en een grote reductie van waterinname en productie van gedestilleerd water mogelijk maakt. Daarnaast is in 2015 de voorziene test uitgevoerd met een membraandestillatie-unit door deze te integreren in een PV-opwekkingssysteem. Het warmteoverschot van het PV-systeem was voldoende voor het kunnen produceren van de vereiste waterflux. De test heeft nieuwe meetgegevens opgeleverd over mogelijkheden voor het opschalen van PVT-systemen waarin Memstill geïntegreerd is. Deze resultaten kunnen gebruikt worden voor het ontwikkelen van standalone waterzuiveringseenheden. Een proof-of-concept is uitgevoerd op basis van een stand-alone mini-solar membraandestillatie unit in het project op basis waarvan een full-scale test op locatie is gestart.

In 2015 is, in lijn met het Innovatiecontract Watertechnologie, begonnen met onderzoek en ontwikkeling van slimme sensoren voor monitoring en control van de waterketen. Hiervoor zijn testen gedaan met drie typen veelbelovende sensoren die breed ingezet kunnen worden: (1) LIBS-chelatoren voor zware metalen, (2) end-of-service-life-indicatoren/sensoren (ESLI) die ingezet kunnen worden voor monitoring en onderhoud van filters in complexe waterbehandelingssystemen, (3) fiber-optische BTEX sensor voor in-situ detectie van aromatische verbindingen. Voor twee van de drie typen sensoren (LIBS-chelatoren en BTEX-sensoren) zijn praktijktesten uitgevoerd die in 2016 uitgewerkt worden in de vorm van prototyping.

1.3.2 Deltatechnologie Onder de programmalijn Deltatechnologie' is in 2015 aan de volgende twee onderwerpen gewerkt: (1) duurzame stedelijke ontwikkeling en (2) levensduurverlenging en asset management van natte kunstwerken. Onder duurzame stedelijke ontwikkeling is gewerkt in een consortium met TO2-instellingen Deltares, Alterra, en ECN aan drie cases, te weten gebiedsontwikkeling 'Buiksloterham', Jaarbeursplein Utrecht, Floriade-Almere. In 2015 is een dashboard ontwikkeld dat gebruikt kan worden voor het kiezen van ontwerpmaatregelen ten behoeve van een klimaatadaptief stedelijk gebied en rekening houdt met het zoveel

TNO-rapportiTNO 2016-R10129 6 / 16

mogelijk sluiten van de bouw- en waterketen. De toepassing is getoetst met partijen in de drie cases.

Onder levensduurverlenging (2) is in het project World Class Maintenance Infrastructuur onderzoek gedaan naar de vermoeiingsgevoeligheid van de hoofddraagconstructie van stalen bruggen. Hieruit is gebleken dat bruggen in de praktijk meer herverdelingscapaciteit kunnen hebben dan op voorhand verwacht zou worden. Dit strookt met enkele praktijkgevallen van bruggen en observaties met betrekking tot daadwerkelijke opgetreden scheurvorming. Verder is gebleken dat er een aantal, voor deze toepassing nieuwe inspectie- en monitortechnieken beschikbaar zijn of komen. Op basis van een bespreking met de belangrijke asset owners Rijkswaterstaat en ProRail is geconcludeerd dat het zinvol om te onderzoeken of het mogelijk is om de gevolgen van scheuren in hoofddraag-constructies beter te kwantificeren.

In het onderwerp Natte Kunstwerken voor de Toekomst is, samen met de TO2-instellingen Deltares en Marin, kennis ontwikkeld die leidt tot prioritering van en kostenbesparing bij de instandhouding van natte kunstwerken onder veranderende maatschappelijke en klimatologische omstandigheden (verstandig behouden, slim vervangen). Het onderzoek in 2015 is uitgevoerd aan de hand van drie cases (gemaal en spuicomplex IJmuiden, het stuwensemble Rijn de sluis Delfzijl). Voor de case IJmuiden is behalve Deltares ook samengewerkt met het TKI-project ROBAMCI, met twee ingenieursbureaus en met Rijkswaterstaat. Het onderzoek heeft er in 2015 toe geleid dat het instrumentarium om de levensduur van natte kunstwerken te bepalen en te verlengen, op diverse vlakken is verbeterd. Diverse analyses ten behoeve van het onderzoek naar een eenduidig ontwerp- en toetskader hebben laten zien dat er in de beoordeling geen verwijzing is naar de restcapaciteit van onderdelen.

Op het gebied van grond-constructie-interactie is met een, binnen het project ontwikkelde, probabilistische eindige elementen model een casestudie uitgewerkt van een eenvoudig verankerde damwand. Door de verschillende faalmechanismes integraal te beschouwen bleek dat de instabiliteit van de hele constructie zelden kritisch is terwijl de faalkansen van de constructie-elementen vaak juist hoger zijn. Dat betekent dat optimalisatie van de ontwerpregels mogelijk is.

1.4 Interactie en samenwerking

Het Vraaggestuurd Programma heeft zowel vanuit de Watertechnologie als de Deltatechnologie een veelheid aan samenwerkingsverbanden en interactie. TNO is vertegenwoordigd in de Programmaraden voor de TKI's Watertechnologie en Deltatechnologie. Een groot aantal Europese onderzoeksprojecten (zowel Horizon2020 als KIC-Climate) zorgt voor internationale inbedding. In 2015 zijn in het programma Deltatechnologie twee projecten als samenwerking tussen de TO2-instellingen opgezet (T02-flexprojecten). Op het gebied van Watertechnologie wordt actief deelgenomen aan het Water Sanitation and Supply Technology Platform (WSSTP) en de EIP-Water. Daarnaast worden bijdragen geleverd aan de ENVAQUA. Het programma Deltatechnologie wordt mede afgestemd met Deltares en stakeholders als Rijkswaterstaat en ProRail. Europese samenwerking vindt plaats in het European Construction Technology Platform. Voorts wordt er afgestemd in het NKWK en in samenwerkingsverbanden als InfraQuest

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 7 / 16

1.5 Publicaties en presentaties

1.5.1 Publicaties Opportunities for Solar Heat Driven Desalination by Membrane Distillation and Memstill®; Norbert Kuipers, Jan Henk Hanemaaijer, Jolanda van Medevoort, Hans Brouwer, Albert Jansen, Mohammad Imad N. Raouf, Mohamed Selmi — Submitted for publication

Mild desalination of various raw water streams; C. K. Groot, W. B. P. van den Broek, J. Loewenberg, N. Koeman-Stein, M. Heidekamp and W. de Schepper -Water Science & Technology - 72.3

Membrane distillation of industrial cooling tower blowdown water; N.E. Koeman-Stein, R.J.M. Creusen,M. Zijlstra, C. K. Groot, W. B. P. van den Broek — submitted for publication

Three alternative approaches to recover brines produced in water reuse projects within the chemical industry; Peter Cauwenberg, Wim De Schepper, Raymond Creusen, Sabine Thabert and Chunkit Chan — submitted for publication.

Mild desalination demo pilot: new normalization approach to effectively evaluate Electrodialysis Reversal technology; Roel Bisselink, Jorg Trampe, Wilbert van den Broek, Wim de Schepper, Ingrid Pinel, Anastassiya Krutko, Niels Groot — submitted for publication

TNO-rapport; CO24G - Reuse of flue gas CO2 in Greenhouse horticulture with CO2 buffering using adsorbents combined with water harvesting

Lassing, drs. B.L., Breedeveld, ir. J., Hellebrandt, ir. L, TO2 WP3.1 Eenduidige Toetskader: Uitgangspunten en analyse, TNO-Deltares rapport, 2015

Donker, J. en Huibregtse, E.,T02 - Natte Kunstwerken Systeemaanpak toegepast op Case II- Stuwensemble, TNO rapport, 16 oktober 2015

Teixeira, A., Hellebrandt, L., Soil-structure interaction 1 Reliability analysis of a retaining wall, Deltares-TNO rapport, 2015

Huibregtse, ir. E., TO2 WP3.4 Deelrapport 1 Innovaties in de waterbouw: Afgekeurde kunstwerken, TNO rapport, 2015

Huibregtse, ir. E., TO2 WP3.4 Deelrapport 2 Innovaties in de waterbouw: Glazen Dijk & Composiet, TNO rapport, 2015

Mark de Bel, Giel Klanker, Wouter Jan Klerk, Jos Wessels, Wouter van der Wiel, Auke de Wit, ROBAMCI Kunstwerken, Case IJmuiden, 31-12-2015 ROBAMCI rapport (definitief concept)

Maljaars, J., Pijpers, R. & Slot, H. (2015). Load sequence effects in fatigue crack growth of thick-walled welded C-Mn steel members. International Journal of Fatigue, 79, 10-24.

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 8 / 16

Lotfollah Pahlavan, P., Pijpers, R.J.M., Hakkesteegt, H.C., Jansen, T.H. & Peelen, W.H.A. (2015). Fatigue crack identification and lifetime prediction for steel bridge deck structures. In System Reliability for Verification and Implementation, Proceedings of the 10th International Workshop on Structural Health Monitoring, IWSHM 2015, 9-10 September 2015, Stanford, CA, USA (pp. 343-350).

Attema, T., Kosgodagan, A., Maljaars, J., Morales Napoles, 0. Maintenance decision model for steel bridges: a case in the Netherlands. Journal Structure and Infrastructure Engineering (submitted)

1.5.2 Presentaties 12.01.2015 t/m 13.01.2015, Stagegate + Projectmeeting bij Amercoeur België

05.05.2015 t/m 06.05.2015, EIT Innovation Event (Budapest, Hongarije)

01.07.2015 t/m 04.07.2015, 2nd International Workshop on Membrane Distillation and Innovating Membrane Operations in Desalination and Water Reuse July 1 - 4 , 2015

23.09.2015: Nederlands-Duitse energiedag (Utrecht)

Presentatie tijdens de Analytical Challenge 2015 in Amsterdam, werkgroep Atoomspectrometrie; "Real-life applications of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy".

13.10.2015: ENVAQUA-werkgroep Automatisering en Sensoring

Maljaars, J. Vermoeiingsbelasting en —reponse. Is meten echt weten? InfraQuest kennismarktdag, 17 september 2015

Wessels, J. Introducing LCC in SLA's. Maintenance decision making on network level Jos Wessels. InfraQuest kennismarktdag, 17 september 2015

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 9 / 16

2 VP Maritiem en Offshore

2.1 Inleiding

De roadmap Maritiem & Offshore (M&O): Blue Growth, die de basis vormt voor het Vraaggestuurd Programma (VP) voor de periode 2015 - 2016 maakt onderdeel uit van de transitie: Energie: "Van conventionele bronnen naar duurzame energiesystemen"

De roadmap M&O is gericht op onderzoek om de Innovatiethema's Winnen op Zee, Schone Schepen, Slim en veilig varen en Effectieve Infrastructuur, zoals beschreven in het Innovatiecontract Maritiem, onderdeel van de Topsector Water, adequaat te ondersteunen. De exploratie en exploitatie van de oceanen is een domein waar we, tezamen met andere spelers, in deze strategie periode meer aandacht voor gaan vragen.

TNO Maritiem & Offshore staat met haar personeel en faciliteiten gereed om op een adequate wijze de uitdagingen van de maatschappij ook in de komende strategische periode 2015 —2018 aan te gaan. Een terugtrekkende overheid zal tot gevolg hebben dat er nieuwe initiatieven tot samenwerking gezocht moeten gaan worden. Dit is in zichzelf al een transitie en vraagt een grensoverschrijdende manier van denken en werken.

Een van de sterktes van TNO, namelijk de rol van integrator, geeft mogelijkheden tot nieuwe vormen van business-ontwikkeling over grenzen heen, bijv. `civiel en defensie maritiem' en 'ecologie/biologie en technologie'. Samenwerking binnen het Maritiem & Offshore en mariene domein vanuit de grote onderzoeksinstituten geeft op een aantal (inter)nationale terreinen veel mogelijkheden: offshore wind, aquafarming, tidal energie, deep sea mining en zal verder invulling krijgen vanuit het MUST-initiatief (Maritime consortium for Environmental Science & Technology).

Om een nog sterkere kennisbasis in Nederland op te bouwen zal het samenwerkingspotentieel met universiteiten sterker worden uitgebouwd en bekrachtigd worden in o.a. het DOTC, het Delft Offshore Technology Centre. Een bredere inbedding in de sector in het Europese domein gaat ruimte en draagvlak geven voor Publiek private samenwerkingsvormen zoals PPP Vessels for the Future, een consortium dat naar verwachting eind 2015 door de Europese Commissie zal worden geaccordeerd.

In 2015 is verder succesvol ingezet op het topsectorenbeleid. Ofschoon de contractuele juridische kanten veelal complexer worden bij samenwerking met meerdere partijen in een "joint Industry setting" zijn met succes diverse grotere projecten geacquireerd. Samenwerking in de keten (universiteiten, Toegepaste onderzoeksinstellingen en Industrie) alsook de samenwerking op multidisciplinair gebied met andere TO2 instellingen als ECN, MARIN, DELTARES en ook IMARES en NLR leveren steeds meer rendement op output en multidisciplinaire resultaten.

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 10 / 16

2.2 Bijstelling en VP 2016

De basis voor de aanpak van dit vraaggestuurde programma is gelegd in het Innovatiecontract Maritiem (onderdeel Topsector Water), waarbij de economische en maatschappelijke uitdagingen zijn gecombineerd in vier innovatie thema's:

o Schone schepen o Slim en veilig varen o Winnen op zee o Effectieve infrastructuur

Binnen de roadmap zal in 2016 de focus gericht zijn op de volgende aandachtsgebieden bij TNO: Asset Integriteit • duurzame, veilige en betrouwbare infrastructuur op zee • veilige en betrouwbare constructies en systemen ten behoeve van op- en overslag op zee (Cryogeen/LNG) • verlaging van de instandhoudingskosten van Offshore constructies (goede probabilistische modellen ten behoeve van fracture/fatigue): De twee thema's "Monitoring systemen & sensoren" en "Operaties op zee" zijn dan ook uitgangspunt voor de kennisinvesteringen geweest in 2015. In 2016 zal naast de programmering op Topsectoren de versterking en de koers van de Roadmap worden aangehouden.

Monitoring systemen & sensoren • Technologieontwikkeling ten behoeve van nauwkeurige positionering op en onder water • Autonome inspectiesystemen en onderwatercommunicatie • Onderwater objectidentificatie en classificatie.

Operaties op zee • Optimaliseren van een voorspelbare en veilige inzetbaarheid van de mens/schip interactie • Brandstofbesparing/emissiereductie van uitstoot en onderwatergeluid • Autonoom varen en het gebruik van "data-science-toepassingen ten behoeve van kostenreductie.

Aan de hand van deze aandachtsgebieden is in 2015 een belangrijke start gemaakt met grotere programma's op basis van Joint Industry Programma's. Tevens is op passende (Europese H2020) initiatieven met behoefte aan contra-financiering in g ezet. De adequate versterking van het kennisportfolio door middel van projecten en programma's heeft focus op de gebieden: • Oplossingen voor vraagstukken om naar "zero emission" te komen op zowel voortstuwing als het onderwatergeluid; • Het voorspelbaar en duurzaam kunnen implementeren van "schone energie" op zee zoals wind, golf- en stromingsenergie; • Het beschikken van informatie over onderwateromstandigheden aan de hand van sensoren (netwerken) en monitoringssystemen • De interactie tussen ecosystemen en constructies op zee (bio-corrosie, fouling) • Betrouwbaar, veilig en voorspelbaar gedrag van constructies en materialen. Hierbij moet nieuwe wet en regelgeving omgezet worden in kansen vanuit innovatieve oplossingen. Steeds extremere omstandigheden (koude, druk/diepte en ontwerpoptimalisaties) dagen ons uit op dit vlak • Het verkennen van toepassingen met nieuwe materialen zoals composieten in het licht van "Smart Industries": Het veilig kunnen implementeren van MEGA constructies die als gevolg van hun grootte buiten de huidige normen vallen • Kostenverlagende oplossingen voor Offshore renewables (wind, getijde en golfenergie). Hierbij richten wij ons vooral op de constructieve aspecten en de combinatie mens-machine ten behoeve van onderhoud op zee en de toepassing van (onderwater) robotica • Het versterken van de betrouwbaarheid van mens-

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 11 I 16

machine systemen (resilient engineering & design) teneinde ongewenste situaties voor schip en bemanning te voorkomen en catastrofale effecten te vermijden • Het ontwikkelen van oplossingen op autonoom varen en het gebruik maken van de datageneratie van steeds meet componenten en systemen aan boord.

2.3 Samenwerkingsinitiatieven

Om een wereldwijde technologische toppositie te realiseren en te behouden, zijn er voor het onderzoek en ontwikkelingsactiviteiten adequate faciliteiten nodig. Hiermee kan TNO een belangrijke bijdrage leveren aan de benodigde innovaties in de maritieme clusters. TNO wil samen met andere partners in kennis samenwerken waarbij ook wordt gekeken naar langdurige programma's en samenwerking op onderzoeksfaciliteiten. In 2015 is in nauwe samenwerking met de TUD gestart met het onderzoek naar een unieke positionering en vormgeven van het Offshore Technologie Centrum. In 2016 zal er een vervolg worden gegeven op de volgende samenwerkingsinitiatieven:

Het DOTC / Offshore Technologie Centrum, een publiek private samenwerking met de TU-Delft, M2i en de Industrie • Het MUST / Maritime consortium for environmental Science & Technology, een samenwerkingsinitiatief met NIOZ, Imares en Deltares • Op Topsectoren overstijgend niveau (Aerospace, Automotive, Maritime) wordt samen de met Industrie, M2i en kennisinstellingen ingezet aan gezamenlijke cross-sectorale vraaggestuurde innovatie op het gebied van scheepsbouw, composieten en materialen. • Op basis van de Smart Industry agenda zullen in overleg met betrokken partijen kansen verder worden benut binnen het maritieme domein. Verder geeft TNO M&O in de periode 2016 een verder vervolg op de meerjaren Early Research Programs. In deze ERP-programma's wordt de industriële participatie in zogenaamde "use-cases" voorzien. De ERP's waarin in de periode 2016 actief wordt geparticipeerd zijn:

• Structural Integrity • Making Sense of Big Data • Human Enhancement / Adaptive automation

In de bovengenoemde kennisontwikkelingsprogramma's zijn doorsnijdingen met andere domeinen en technologieën voorzien. De synergie wordt gezocht met Defensie (betrouwbaarheid en voorspelbaarheid), Infrastructuur (voorspelbare constructies), Mobiliteit (autonome systemen en veiligheid en emissie) en Olie en Gas voor wat betreft extreme omstandigheden (diepwater en arctisch). Vanuit technologieontwikkelingsstandpunt zal in de komende jaren steeds meer aandacht gevraagd worden voor relevante onderwerpen zoals: - Probabilistische benadering van vraagstukken - De mens in interactie met constructies en situaties -Het ontwikkelen en integreren van sensor en monitoringstechnieken - Big" Data voor het verkrijgen van gedragsgegevens over mens en constructie en het ontwikkelen van betere voorspellingsmodellen - Virtuele scenario analyse- en trainingsmogelijkheden serious gaming"

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 12 / 16

3 Karakterisering Grondwater

3.1 Samenvatting

Het VP Karakterisering Grondwater' richt zich op het analyseren en inzichtelijk maken van de dynamiek van de stijghoogte, de verdeling van zoet en zout grondwater en de concentraties van opgeloste stoffen, met name de stoffen vanuit diffuse bronnen (zoals nutriënten), ten behoeve van het beheer en gebruik van grondwater in de waterketen. Hierbij spelen andere gebruiksfuncties, zoals veiligheid (kritische waterspanning in dijken en rond kunstwerken) en grondwaterafhankelijke natuurwaarden een belangrijke rol. In 2015 zijn er twee in het oog springende ontwikkelingen. Ten eerste is een programmapakket ontwikkeld waarmee tijd-stijghoogtereeksen flexibel geanalyseerd kunnen worden om uit korte meetperioden een betrouwbare karakteristiek te kunnen maken van de dynamiek, met name trends, responsfuncties en ruimtelijke patronen in de dynamiek. Ten tweede is, in samenwerking met waterleidingbedrijven, een complete database met grondwaterkwaliteitsgegevens opgebouwd, waarmee prototype grondwaterkwaliteitskaarten zijn vervaardigd. Hierin is op grafische wijze een link gelegd met de ouderdom van het water, wat één van de belangrijkste verklarende variabelen is in de ruimtelijke variaties in grondwaterkwaliteit.

3.2 Inleiding

De noodzaak om duurzaam te kunnen beschikken over voldoende water van goede kwaliteit wordt steeds meer erkend, getuige onder andere de Europese Kaderrichtlijn water. In de eerste plaats gaat het daarbij om drinkwater, maar de noodzaak geldt onverkort ook voor landbouw en voor het veilig beheren van het milieu. In de waterketen speelt de ondergrond een belangrijke rol als opslag- en transport medium, maar ook bij de potentie tot reiniging van het water en de capaciteit voor natuurlijke afbraak.

Op tijdschalen van maanden en jaren kent het grondwatersysteem een bepaalde, statistisch min of meer stationaire dynamiek. Daarnaast is er in veel gevallen sprake van een trend over langere perioden, veroorzaakt door menselijk ingrepen in het hydrologische systeem, klimaatsverandering, zeespiegelstijging en bodemdaling. Dit VP richt zich vooral op de dynamiek van de stijghoogte, de verdeling van zoet en zout grondwater en de concentraties van opgeloste stoffen, met name de stoffen vanuit diffuse bronnen (zoals nutriënten).

In de afgelopen jaren is er een enorme ontwikkeling in het meten van grondwater zowel kwantiteit als kwaliteit. Zo worden laagfrequente handmetingen van de stijghoogte grootschalig vervangen door hoogfrequente drukopnemers en kan het chloride gehalte in 3D worden bepaald met Airborne Electromagnetic Monitoring (AEM). Voor het duurzaam beheren van zoetwatervoorraden als grondstof voor drinkwater alsmede het terugdringen en voorkomen van verontreinigingen is kennis en informatie noodzakelijk zowel van de structuur van de ondergrond als van de dynamiek en de samenstelling van het grondwater. Daarbij is het van belang om alle bronnen van informatie optimaal te combineren. Bovendien moet de kennis en informatie inzichtelijk gemaakt worden voor de vele stakeholders. Daarom is het doel van dit VP het onderzoeken op welke wijze de dynamiek, de samenstelling en

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 13 / 16

de processen inzichtelijk gemaakt kunnen worden en het ontwikkelen van bijbehorende data-analyse en informatieproducten, waarbij ook het geavanceerd meten en monitoren en de interactie tussen grondwater en sediment aan de orde komt.

3.3 Uitvoering 2015

In 2015 is het programma METRAN ontwikkeld, waarmee zowel enkelvoudige als meervoudige tijdreeksmodellen gemaakt kunnen worden. Het programma kan worden toegepast op stijghoogtereeksen zonder vaste meetfrequentie met waarnemingen op willekeurige tijdstippen. Met deze tijdreeksmodellen kan de dynamiek van de stijghoogte voor een relatief korte reeksen (zeg vijf jaar) worden geanalyseerd en vergeleken met andere perioden. Met de meervoudige modellering worden ruimtelijke patronen in de stijghoogte dynamiek geschat en kunnen uitbijters (bv. meetfouten) in individuele meetpunten zichtbaar gemaakt worden. Samen met het al eerder ontwikkelde product isohypsen online' vormt de analyse van stijghoogte dynamiek een belangrijk kernpunt van de in ontwikkeling zijnde website grondwaterinformatie van de Geologische Dienst van Nederland. Daarnaast kan de tijdreeksmodellering ook worden ingezet voor specialistische adviezen aan stakeholders.

Het vóórkomen en de dynamiek van zoet/zout grondwater wordt bestudeerd in twee promotieprojecten (NWO en STW) in samenwerking met een groot aantal partijen. Binnen het NWO-project Rise and Fall is een 2D synthetisch doorsnede van de Mekong Delta gemaakt, waarmee de ontwikkeling van het zoete en zoute grondwater gedurende de afgelopen 40.000 jaar geanalyseerd kan worden. Gezamenlijk met het STW-project WaterNEXUS, dat eind 2015 formeel van start is gegaan, is AEM veldwerk in de Mekong delta gepland voor eind 2016.

In 2015 is via de pilot atlas van het Nederlandse rivierengebied in samenwerking met waterleidingbedrijven een complete database met grondwaterkwaliteitsgegevens opgebouwd, waarin ook afgeleide indicatoren (redoxtoestand, mineraalverzadigingen etc.) en watertypeklassificaties zijn opgenomen. Hiermee zijn prototype grondwaterkwaliteitskaarten vervaardigd, waarbij een link gelegd wordt met de ouderdom van het water.

Voorts is deelgenomen aan werkgroepen van de Europese Kaderrichtlijn Water en is een actieve rol gespeeld in de Eurogeosurveys, door bijgedragen aan de EU werkgroep C Grondwater, workshops over de relatie tussen drinkwaterrichtlijn (DWD) en de Grondwaterrichtlijn (GWD) en aan workshops over "Baseline assessment and monitoring of water resources exposed to unconventional hydrocarbon exploration and extraction activities".

3.4 Publicaties

Peer reviewed. Berendrecht W. L. and F. C. van Geer, (submitted), A dynamic factor modeling

framework for analyzing multiple groundwater head series simultaneously. J. Hydrol.

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 14 / 16

Lourens, A. and F. C. van Geer (2015) Uncertainty propagation of arbitrary probability density functions applied to upscaling of transmissivities, Stoch Environ Res Risk Assess, DOI 10.1007/s00477-015-1075-8

Saaltink, R., Dekker, S.C., Griffioen, J. & Wassen, M.J. (submitted). Wetland eco-engineering: measuring and modeling feedbacks of oxidation processes between plants and clay-rich material. Ecol. Eng.

Tomasetta, C., Van Ree, C.C.D.F. & Griffioen, J. (2015). Life cycle analysis of underground thermal energy storage. In "Engineering Geology for Society and Territory. Vol. 5. Urban Geology, Sustainable Planning and Landscape Exploitation", eds. G. Lollino et al. Springer, p. 1213-1217.

Van der Grift, B., Behrends, T., Osté, L.A., Schot, P.P., Wassen, M.J. & Griffioen, J. (submitted). Fe hydroxyphosphate precipitation and Fe(II) oxidation kinetics upon aeration of Fe(II) and phosphate-containing synthetic and natura! solutions. Geochim. Cosmochim. Acta.

Van der Grift, B., Rozemeijer, J.C., Berendrecht, W., Osté, L.A., Broers, H.P. & Griffioen, J. (submitted). High-frequency nutrient monitoring reveals nutrients sources and transport processes in an agricultural-dominated lowland watersystem. Hydrol. Earth System Sci.

Overige publicaties Barciela Rial, M., Winterwerp, J.C., Griffioen, J. & van Kessel, T. (2015).

Consolidation and strength development of soft mud deposits by horizontal drainage. Book of Abstracts, INTERCOH conference, Leuven, Belgium, 2015, p.5-6.

Barciela Rial, M., Winterwerp, J.C., Griffioen, J. & Van Kessel, T. (2015). Consolidation and strength development by horizontal drainage of soft mud deposits in lake Markermeer. In " Bridging gaps between river science, governance and management", eds. H.J.R, Lenders, F.P.L. Collas, G.W. Geerling & R.S.E.W. Leuven. NCR days 2015, Book of abstracts, NCR Publication 39-2015, Netherlands Cente for River Studies, Enschede, the Netherlands, p.62-64.

Broers H.P., J.de Weert, J. Sueltenfuss, W. Aeschbach-Hertig, H.B. Vonhof and J. Casteleijns (2015) Paleoclimate signals and age distributions from 41 public water works in the Netherlands. AGU Fall Meeting, San Francisco, USA https://agu.confex.com/agu/fm15/meetingapp.cgi/Paper/ 59581

Broers H.P., J.de Weert, H.B. Vonhof, R. Janssen, J.Sueltenfuss, W. Aeschbach-Hertig and J. Castelijns (2015). Using carbon and water isotopes and noble gases to assess the origin of methane in fresh water aquifers in the south of the Netherlands. Geophysical Research Abstracts. Vol. 17, EGU2015-15866, 2015

Broers H.P., J.de Weert, J. Sueltenfuss, W. Aeschbach-Hertig, H.B. Vonhof and J. Casteleijns (2015) Paleoclimate signals and age distributions from 41 public water works in the Netherlands Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015-15220-1, 2015

Broers H.P., B. van de Grift, M. van der Aa, J. Rozemeijer, Y. van der Velde, A. Visser (2015) Thirty years after the Manure Law in the Netherlands: did we succeed to protect our groundwater and surface water resources?. Int. Conference on Land Use and Water Quality, Vienna, Austria, 21-24 September 2015. (http://web.natur.cuni.cz/luwq2015/index.php?id=0)

European Commission (2015). Nutrient pollution in Dutch streams is falling, but further reductions needed. In: Science for Environment Policy; European Commission DG Environment News Alert Service. Ed: Univ. of West England, Bristol (bespreking van een 2014 paper in Environmental Monitoring & Assessment)

Kaandorp, V.P., P.G.B.de Louw, M.J.M. Kuijper and H.P. Broers (2015) Characterizing groundwater contribution to lowland streams using Travel Time Distribution. Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015-9636, 2015

TNO-rapport 1 TNO 2016-R10129 15 / 16

Lackin, J., Sicco Smit, J., Dijcker, R., Griffioen, J., Weede, M. & Hartog, N. (2015). De bijdrage van de ondergrond aan de energietransitie in Overijssel. Zoektocht naar keuzevraagstukken en signaleren van barrières. Bodem 6 —december 2015, 14-16.

Morera Chavarria, A., Griffioen, J., Chueca Garcia, I., Faneca Sánchez, M. & Behrends, T. (2015). Hydrological and geochemical controls on Fe dynamics in a supratidal/intertidal zone. Abstract, Goldschmidt conference, August 2015, Prague, Czech Republic.

Rozemeijer, JC; Visser, A; Borren, W; Winegram, M; van der Velde, Y; Klein, J; Broers, HP (2015) High frequency monitoring of water fluxes and nutrient loads to assess the effects of controlled drainage on water storage and nutrient transport, Hydrology and Earth System Sciences Discussions,12„6275-6304,2015,

Rozemeijer J., Van der Grift, B., H.P. Broers, W. Berendrecht, L. Osté, J.Griffioen (2015). I nsights in nutrient sources and transport from high-frequency monitoring at the outlet pumping station of an agricultural lowland polder catchment. AGU Fall Meeting, San Francisco, USA https://agu.confex.com/agu/fm15/meetingapp.cgi/Paper/61858

Saaltink, R., Dekker, S.C., Wassen, M.J. & Griffioen, J. (2015). Distinguishing biogeochemical processes influencing phosphorus dynamics in oxidizing and desiccating mud deposits from a freshwater wetland system. Abstract, EGU General Assembly, April 2015, Vienna, Austria.

Van der Grift, B., Osté, L.A. & Griffioen, J. (2015). Phosphorus retention in lowland surface waters. 2nd European Sustainable Phosphorus Conference, Berlin, Germany, March 2015

Van der Grift, B., Osté, L.A., Schot, P.P., Wassen, M.J., Behrends, T. & Griffioen, J. (2015). Building towards a conceptual model for phosphorus transport in lowland catchments. Phosphorus retention in lowland surface waters. Abstract, LuWG conference, Sept. 2015, Vienna, Austria.

Van Geer, F. C. and W. Berendrecht. (2015) Meervoudige tijdreeksmodellen en de samenhang in stijghoogtereeksen. STROMINGEN 23 (2015), no. 3

Yu L. , C. vd Vlugt, J. Rozemeijer, H.P.Broers, B. van Breukelen, M. Ouboter, and P.Stuyfzand (2015). Landscape characteristics impacts on water quality of urban lowland catchments: monitoring the Amsterdam city area. Geophysical Research Abstracts. Vol. 17, EGU2015-14332, 2015

Yu, L. , Rozemeijer, B. van Breukelen and H.P. Broers (2015). Groundwater Impacts on Urban Surface Water Quality in the Lowland Polder Catchments of the Amsterdam City Area. AGU Fall Meeting, San Francisco, USA. https://agu.confex.com/agu/fm15/meetingapp.cgi/Paper/69269

TNO Ir. L. er

anaging 'rector Urbanisation

TNO-rapport i TNO 2016-R10129 16 / 16

4 Ondertekening

Delft, 1 februar 2 a,1