Stromingen

Klimaatverandering heeft grote invloed op de waterhuishouding en natuur in onze kustduinen. Een goed beeld van de langetermijnontwikkeling van de grondwater­ aanvulling is noodzakelijk voor beslissingen over ingrepen in de duinwater­ huishouding en voor inzicht in mogelijke risico’s voor duinwaterwinningen. Langjarige meteorologische meetreeksen laten een vernattende trend zien, hoewel de nieuwste klimaatscenario’s een afname van het potentiële neerslagoverschot voorspellen. De terugkoppeling tussen vegetatie en klimaat heeft een niet te verwaarlozen invloed op de grondwateraanvulling onder korte vegetaties in de grondwateronafhankelijke delen van de duinen. We hebben een empirische relatie tussen droogte en vegetatiebedekking uit 2008 uitgebreid met extra datasets en ingezet om de toekomstige grondwateraanvulling in grondwateronafhankelijke delen van het duin te voorspellen. Een toename van het potentieel vochttekort leidt bij korte vegetaties tot een aanzienlijke afname van de vaatplantbedekking onder alle onderzochte klimaatscenario’s. Hierdoor neemt de grondwateraanvulling op deze standplaatsen fors toe, met wel 30% in 2100. Voor een accurate schatting van toekomstige grondwateraanvulling moeten processen als de terugkoppeling tussen droogte en bedekking goed in grondwatermodellen worden opgenomen. Nader onderzoek is nodig naar wat de toename van grondwateraanvulling betekent voor het zoetwatervolume in de duinen en voor de vegetatie­ontwikkeling in de duinen, alsook naar de rol van zeespiegelstijging en drinkwaterproductie hierin.

Het duurt maanden tot jaren voordat het neerslagoverschot een dikke onverzadigde zone heeft doorlopen. Munsflow en Kinematic Wave (KW) zijn twee methoden om deze door de Richards-vergelijking beschreven percolatie efficiënt te berekenen. Munsflow lineariseert die vergelijking rond een gemiddeld vochtgehalte, terwijl de KW de capillaire spanningen verwaarloost, maar het niet-lineaire stromingsgedrag behoudt. Daardoor benadrukken beide methoden verschillende aspecten van het percolatieproces, wat leidt tot uiteenlopende resultaten voor onder meer afvlakking en percolatietijd. Munsflow berekent de flux door het freatisch vlak met een eenvoudige convolutie, maar alleen voor vaste diepten. De KW volgt punten in het vochtprofiel, waaruit de percolatieflux direct op elke gewenste diepte beschikbaar is. Deze relatief onbekende methoden, worden in dit artikel naast elkaar gezet en vergeleken.

In deze studie hebben we door middel van een vragenlijst onder nationale en regionale waterautoriteiten onderzocht wat de rol van beslissingsondersteunende instrumenten is bij toenemende droogte. De studie laat zien dat waterbeheerders steeds meer afhankelijk worden van evidencebased instrumenten, zoals veld­ metingen, data-­informatiesystemen, consultaties met belanghebbenden en wetgeving, naarmate de droogte ernstiger wordt. Weersvoorspellingen en expert kennis blijven belangrijk gedurende alle fasen van droogtebeheer. Hoewel data­ informatiesystemen bij extreme droogte steeds intensiever worden ingezet, lijkt het gebruik van hydrologische modellen daarbij achter te blijven. In de praktijk zijn deze modellen vaak geïntegreerd in deze systemen. Uit ons onderzoek blijkt echter dat gebruikers zich hiervan niet altijd bewust zijn, waardoor het gebruik van hydrologische modellen (en bijkomende onzekerheid) grotendeels ‘verborgen’ blijft binnen het besluitvormingsproces. Al deze aspecten beïnvloeden de kern verantwoordelijkheden bij het gebruik van modellen, waaronder geschiktheid en overdraagbaarheid, reproduceerbaarheid en transparantie. Deze factoren zijn essentieel om in overweging te nemen bij het overbruggen van de kloof tussen wetenschap en beleid in de toepassing en ontwikkeling van beslissingsondersteunende instrumenten.

Regelbare drainage met subirrigatie (RDS) is de laatste jaren onderzocht als maatregel om te anticiperen op de onbalans tussen watervraag en wateraanbod op de Nederlandse hoge zandgronden. In Haaksbergen startte een veldexperiment met regelbare drainage met subirrigatie. Vervolgens zijn diverse onderzoeken zoals Boer-Bier-Water, Programma Lumbricus en TKI-project KLIMAP uitgevoerd waarbinnen veldproeven zijn opgezet in Lieshout, America en Stegeren. In dit artikel beschrijven we de algehele resultaten van deze veldproeven. We focussen achtereenvolgens op de metingen in de veldproeven, de modellering (SWAP) van de verandering in grondwaterstanden, vochtgehaltes en hydrologische fluxen, de mogelijkheden om slimmer water aan te voeren op basis van een algoritme dat metingen, weersverwachting en hydrologische modellering combineert, en als laatste de opschaling van RDS van perceel- naar regionale schaal, gemodelleerd met een systeemdynamisch model. Tot slot geven we een aantal handvatten ter ondersteuning van de keuze om RDS al dan niet te implementeren.

Onder de hydrologische condities in Nederland is er vrijwel overal een significante interactie tussen het grondwatersysteem en het oppervlaktewatersysteem. In een numeriek grondwatermodel opgebouwd met MODFLOW worden waterlopen beschreven met de conductance, die wordt bepaald door de celgrootte te delen door een opgeschaalde weerstand. In MODFLOW wordt enkel gebruikgemaakt van de weerstand van de waterbodem. Wij stellen voor om hiervoor de cel­ drainweerstand te gebruiken, die is opgebouwd uit vier deelweerstanden in navolging van Ernst (1962). Door het negeren van de andere weerstanden die in een cel kunnen optreden, worden waterlopen in een MODFLOW­-model vaak onjuist geparameteriseerd en kunnen significante fouten ontstaan tijdens kalibratie. De ad hoc werkgroep Celdrainweerstand ziet het als haar missie dat de celdrainweerstand in numerieke modellen gaat worden gebruikt en stelt daarvoor kennis en tools beschikbaar. Aan het eind tonen we de verschillen in de conductances gebaseerd op de landsdekkende dataset van LHM.

De waterkwaliteit van meren is cruciaal voor de beschikbaarheid van zoetwater en ecosysteemdiensten. In dit onderzoek zijn zeven jaar aan satellietbeelden geanalyseerd van de zes randmeren. Er is gekeken naar indicatoren voor algengroei (chlorofyl-a) en troebelheid, gecombineerd in een waterkwaliteitsindex die verschillen in condities zichtbaar maakt. Het Gooimeer en Wolderwijd tonen een relatief goede waterkwaliteit. Het Zwartemeer heeft relatief troebel water. Hoewel de correlatie met veldwaarnemingen matig is, laten de resultaten zien dat satellietbeelden een waardevolle ondersteuning kunnen bieden bij het beheer van waterbronnen voor drinkwatervoorziening en natuurbescherming.

Dit artikel gaat over de zogeheten windfout van regenmeters die het gevolg is van het feit dat de regenmeter het windveld rondom zichzelf zodanig verstoort dat er te weinig regendruppels worden opgevangen. In de achttiende en negentiende eeuw werden regenwaarnemingen op hoge gebouwen vergeleken met die aan de grond. Het bleek dat de afgetapte regenhoeveelheid op grotere hoogte systema­tisch kleiner was dan aan de grond. Zo ontstond de theorie dat regendruppels in de onderste lagen van de atmosfeer aangroeien. De Utrechtse hoogleraar Richard van Rees, de leermeester van Buys Ballot, verwierf fondsen voor het systematisch testen van deze theorie door langs de Utrechtse Domtoren meteorologische instrumenten te plaatsten, waaronder regenmeters op de top en een regenmeter in een nabij gelegen tuin. Op grond van natuurkundige argumenten kon hij zo de aangroeitheorie weerleggen. Verder betoogde hij dat de wind de oorzaak is van het probleem. Hij publiceerde dit in 1844. Op grond van literatuuronderzoek tonen wij aan dat Richard van Rees de eerste was die de windfout van regenmeters ontdekte en niet de Engelsman Jevons (1861), die hiervoor in de literatuur vaak de credits krijgt. De verklaring van Richard van Rees was kwalitatief. De rest van het artikel betreft resultaten van recent kwantitatief onderzoek naar de windfout verricht door de onderzoeksgroep van de tweede auteur uit Genua. Met geavanceerde numerieke modellen, windtunnelproeven, en waarnemingen in het veld wordt de windfout van bestaande regenmetertypen bepaald als functie van de windsnelheid bij gegeven vorm van de regenmeter, en afhankelijk van de regen­druppel­ of sneeuwvlokgrootte. Voorbeelden worden getoond. Ten slotte wordt gewezen op het feit dat de windfout van regenmeters nog een zeer actueel pro­bleem is omdat ieder land een eigen ‘standaard’ regenmeter gebruikt. Klimato­logische regenkaarten vertonen daardoor aan de grens tussen Nederland en België een breuk die verschilt van de breuk aan de Nederlands­-Duitse grens.

De verdamping van bossen is een belangrijke post in de waterbalans van hoge zandgronden, zoals de Veluwe. Bossen verschillen sterk in structuur en dichtheid, maar regionale en landelijke grondwatermodellen onderscheiden doorgaans slechts drie bostypen: loofbos, naaldbos en donker naaldbos. In dit onderzoek is kaartmateriaal gebruikt om bossen in maar liefst 18 klassen te verdelen. Daarmee kunnen ruimtelijke nuances in de verdampingsberekeningen worden verwerkt. Deze verfijning blijkt grote gevolgen te hebben voor de berekende grondwater­ aanvulling.

Het effect van de onverzadigde zone op de stijghoogte getoetst aan synthetische data

Tijdreeksanalyse is een snelle, datagedreven methode om de dynamiek van de stijghoogte te simuleren en verschillende hydrologische vraagstukken te beantwoorden (Bakker en Schaars, 2019). De relatie tussen de stijghoogte en de verklarende variabelen, zoals de neerslag, verdamping, onttrekkingen of de oppervlaktewaterstand, kan worden beschreven door de (blok)respons. Deze studie onderzoekt de respons van de stijghoogte op neerslag en verdamping, en het effect van de onverzadigde zone op de (blok)respons. Dit wordt gedaan aan de hand van synthetische stijghoogtereeksen, die gesimuleerd worden met een numeriek model voor verzadigde en onverzadigde grondwaterstroming; zodoende is de ware respons bekend. Zowel lineaire als niet-lineaire tijdreeksmodellen worden getoetst om te kijken in hoeverre ze de ware respons kunnen benaderen.

Thermische effecten op oppervlaktewater en infiltratiecapaciteit van het bodempassagesysteem

In de Amsterdamse Waterleidingduinen wordt voorgezuiverd ruwwater geïnfiltreerd ten behoeve van de productie van drinkwater. Het water wordt ingenomen uit het Lekkanaal en naar de duinen getransporteerd met een pijpleiding. Waternet en PWN onderzoeken de mogelijkheden tot warmtewinning uit het getransporteerde water langs het leidingtracé. Een belangrijke vraag hierbij is of warmtewinning geen belemmering is voor de productie van drinkwater. Dit artikel presenteert de resultaten van een praktijkproef en een modelstudie om de effecten van warmtewinning uit de waterleiding in beeld te brengen. Wat is de uiteindelijke thermische invloed in het duingebied? En welke impact heeft de afkoeling op de infiltratiesnelheid van ruwwater in de duinen?