Het meest bepalende proces voor de verspreiding van opgeloste stoffen in het grondwater is de grondwaterstroming zelf. Dit heet advectie. De stroming wordt aangedreven door verschillen in grondwaterpotentiaal over een bepaalde afstand (gradiënt) en wordt verder bepaald door de hydraulische doorlatendheid volgens de wet van Darcy. Deze ‘Darcy’ snelheid is een vector en heeft dus een bepaalde richting en grootte. Die richting, of anders gezegd de stroombaan, kan van plaats tot plaats, maar ook in de tijd variëren. De werkelijke snelheid waarmee het grondwater zich verplaatst (de poriesnelheid), is groter dan de Darcysnelheid en is afhankelijk van de effectieve porositeit van de bodem.

In een natuurlijke situatie worden de potentiaalverschillen opgewekt door de neerslag die in de hogere delen van het landschap infiltreert en dan ondergronds afstroomt naar de waterlopen. Potentiaalverschillen kunnen ook worden opgewekt door menselijke ingrepen als grondwateronttrekkingen of handhaving van verschillende peilen zoals in onze polders.

De grondwaterstroming in de ondergrond, die in Nederland voornamelijk bestaat uit klei-, veen- en zandlagen, vormt een complex patroon. Meestal zijn er verschillende stromingssystemen te herkennen. Zo’n stromingssysteem is gedefinieerd als een drie-dimensionaal lichaam bestaande uit stroombanen die uit een bepaald infiltratiegebied ontspringen (Figuur 1) en in een of meerdere kwelzones of waterlopen uitmonden. Verschillende systemen kunnen naast elkaar en boven elkaar voorkomen (zgn. geneste stelsels). In het algemeen legt grondwater in de diepere systemen een langere weg af en zijn daar de verblijftijden groter. Grondwater stroomt bij voorkeur door de meer doorlatende zandlagen. Meestal is die stroming hoofdzakelijk horizontaal. In kleilagen waar de hydraulische doorlatendheid enkele ordegroottes lager is, heerst vooral verticale stroming. Het grondwater zoekt immers de weg van de minste weerstand al stromend van infiltratie naar uitstroompunt. Op dezelfde manier kunnen ook zandcunetten bij riolen en zandpalen aangebracht voor een snelle ontwatering van een bodempakket optreden als voorkeurskanalen voor de grondwaterstroming.

Analyse van de grondwatersystemen vormt de basis voor een goed begrip van het stoftransport (conceptueel model). Vaak maakt het verontreinigde grondwater deel uit van kleine ondiepe stromingssystemen, gesuperponeerd op meer regionale systemen. In een kwelgebied of een gebied met veel slecht doorlatende lagen aan het oppervlak wordt het ondiepe vervuilde grondwater gedwongen ondiep af te stromen naar nabijgelegen waterlopen. In hooggelegen gebieden als het Gooi en het Veluwe massief, die regionale infiltratiegebieden vormen met een zandondergrond, kunnen verontreinigingen zich tot grote diepte en afstand verspreiden. Voor het analyseren en karteren van de stromingssystemen is allerlei directe en indirecte informatie nodig. Dat heeft betrekking op water- en grondwaterstanden, chemische analyses, meteorologie, ligging en werking van drainagemiddelen, de lithologie (boringen, sonderingen en geofysica) en winning van grondwater. Voor het beschrijven van de regionale systemen zijn deze gegevens meestal wel voorhanden in allerlei databases. Maar voor de ondiepe en zeer lokale systemen (kenmerkende oppervlakken zijn 100 tot 2500 m²) moet extra informatie worden verkregen.

De gebruikelijke indelingen in Nederland in slecht doorlatende en watervoerende pakketten zijn vaak nogal grof en meer gericht op regionale stromingssystemen. Een watervoerend pakket is niet echt homogeen en omvat zandlagen met verschillende korrelgroottes en vaak ook enkele kleilagen. Dat betekent dat gezien over de dikte van een pakket, de stromingssnelheden sterk kunnen verschillen, zodat stoffen zich in bepaalde lagen sneller verspreiden (Figuur 2). Inzicht hierin is cruciaal met het oog op het plaatsen van filters. Grondwater uit filters met een relatief grote lengte t.o.v. de gelaagdheid van de bodemopbouw moeten daarom worden beschouwd als mengmonsters. Dergelijke filters leiden overigens ook tot verticaal transport van grondwater en verontreinigingen door de omstorting ervan.

Het is duidelijk dat boorbeschrijvingen belangrijk zijn. Als het beschouwde deel van de ondergrond een afwisselende opbouw heeft zijn aanvullende sonderingen nodig die een grotere verticale resolutie hebben of geofysische metingen, die beter in staat zijn om ruimtelijke patronen in de geologische opbouw te herkennen.