Met gegevens over bodemvocht waterbeheer robuust voor de toekomst maken. Dat stond Michiel Pezij voor ogen tijdens zijn promotieonderzoek. Hij ontwikkelde twee methoden om informatie over bodemvocht beter beschikbaar te maken. De basis hiervoor vormen satellietgegevens, hydrologische modellering en machine learning.

In de afgelopen droge zomers bleek dat waterschappen weinig actuele informatie hebben over bodemvocht, het water in de bovenste laag van de bodem. Zij namen hun beslissingen over maatregelen vooral op basis van water- en grondwaterstanden. “Bodemvocht werd niet meegenomen, terwijl dat wel een grote bijdrage kan leveren aan het inzicht over hoe droog of nat de bodem is”, vertelt Michiel Pezij, onderzoeker bij de vakgroep Marine and Fluvial Systems van de Universiteit Twente. Hij promoveerde op 30 januari op dit onderwerp.

Michiel PezijMichiel Pezij

Zie bodemvocht als een extra informatiebron naast bestaande gegevens, merkt Pezij op. “Dat maakt het hydrologische plaatje compleet.” Hij noemt de situatie van weinig neerslag en een hoge verdamping die zich in de zomers van 2018 en 2019 voordeed. “Dan is bodemvocht een veel directere indicator van de mate van verspreiding van droogte dan grondwaterstanden. Daar kun je dus eerder mee sturen.” Maar ook bij nat weer is de informatie belangrijk. “Bodemvocht is dan een maat van hoeveel water de bodem nog kan opnemen.”

Bodemvochtvoorspellingen nauwkeuriger
De eerste vraag in zijn onderzoek was: welke informatie gebruiken waterbeheerders nu en welke informatie willen zij gebruiken? “Daar kwam uit dat waterschappen best veel geld en tijd investeren in de ontwikkeling van hydrologische modellen. Maar operationele waterbeheerders, met name peilbeheerders, blijken relatief weinig gebruik te maken van modellen vergeleken met metingen en weersvoorspellingen. Een van de oorzaken is de onzekerheid van modellen op de gewenste ruimtelijke schalen.”

 'Met name peilbeheerders maken weinig gebruik van modellen'

Pezij benutte nieuwe satellietgegevens over bodemvocht. Hij integreerde deze data in het Landelijk Hydrologisch Model (LHM), dat door Rijkswaterstaat en een aantal waterschappen wordt toegepast. “Ik heb daarvoor een nieuwe methode ontwikkeld, waarmee de bodemvochtvoorspellingen in het LHM nauwkeuriger worden. Daaruit komen mooie resultaten. Het nadeel is dat deze methode relatief veel rekentijd en computercapaciteit kost. Wel is het zo dat de methode kan worden ingezet voor alle modellen die gebaseerd zijn op het Nederlands Hydrologisch Instrumentarium.”

Methode met machine learning
Vanwege het nadeel bij de eerste methode ontwikkelde Pezij ook een tweede methode. Hierbij worden satellietbeelden van bodemvocht gecombineerd met radargegevens van neerslag en verdamping. In deze methode staat machine learning centraal, waarbij een computer algoritmes gebruikt om autonoom te leren. “Ik heb dit ontwikkeld vanuit datadenken in plaats van modeldenken. Hiermee kan op een rekenkundig efficiënte manier een hydrologisch model met veel informatie worden opgebouwd.”

Ook hier is een minpunt, vertelt Pezij. “Je moet met een kritische blik naar extreme situaties kijken, omdat die mogelijk niet in de trainingsperiode van het model zitten. De eerste methode kan daarmee beter omgaan.” Beide methoden vullen elkaar volgens de UT-onderzoeker mooi aan. “Je kunt de tweede methode gebruiken om op de korte termijn een beeld te krijgen van het eigen watersysteem. De eerste is het meest geschikt voor een analyse van scenario’s op de langere termijn.”

Labels voor vochtgehaltes
Pezij heeft ook gekeken naar hoe de verbeterde voorspellingen over bodemvocht het beste kunnen worden aangeboden aan waterbeheerders. Zij zijn bijvoorbeeld niet in eerste instantie geïnteresseerd in hoe nat de bodem is, maar wel in hoe groot de capaciteit voor de opvang van regenwater nog is. “Je kunt bijvoorbeeld labels aan vochtgehaltes hangen. Bij het ene vochtgehalte is er bijvoorbeeld geen sprake van droogte en bij een lager vochtgehalte juist van extreme droogte. Zo kan de waterbeheerder relatief eenvoudig inschatten hoe erg de droogte in een bepaalde periode is.”

Voorbeeld droogte indicatorVoorbeeld van een droogte-indicator, gebruikmakend van labels. Te zien is het gebied ten westen van Almelo voor twee perioden: een natte winterperiode in januari 2018 en een zeer droge zomerperiode in augustus 2018. Bron: proefschrift Michiel Pezij (2020)

Pezij verrichte zijn onderzoek in het kader van het programma OWAS1S (afkorting van Optimizing Water Availability with Sentinel-1 Satellites), dat gedeeltelijk wordt gefinancierd door NWO. Hij werkte samen met diverse partijen: Deltares, HKV, HydroLogic, Provincie Overijssel, Rijkswaterstaat, STOWA, waterschappen Aa en Maas, Drents Overijsselse Delta en Vechtstromen en ZLTO. Binnen het OWAS1S-programma is een veldmeetnetwerk in het stroomgebied van de Raam ontwikkeld, vertelt Pezij. “Daarvan zijn de metingen over de laatste drie jaar voor iedereen beschikbaar. Dat is een interessante dataset.”

Data science en proceskennis gecombineerd
Waterschappen tonen interesse in de nieuwe methoden om informatie over bodemvocht te verwerken. Het draait om een goede combinatie van zowel data science als proceskennis, aldus Pezij. “Met de projectresultaten kun je bijvoorbeeld inschatten hoe het watersysteem reageert op reguliere en extreme situaties. Op basis daarvan kun je aanpassingen doorvoeren.”

Pezij gaat nu aan de slag bij onderzoeks- en adviesbureau HKV. Daarnaast zal hij als parttime onderzoeker bij de Universiteit Twente het onderzoek voortzetten. “Waterbeheerders hebben wel ideeën om de tools in te zetten, maar de echte toepassing ontbreekt nog. Daarvan wil ik in het verdere onderzoek casestudies en voorbeelden laten zien. Ik wil dat waterbeheerders de ontwikkelde methoden kunnen gaan inzetten voor hun werkzaamheden.”

 

MEER INFORMATIE
Proefschrift van Michiel Pezij
Universiteit Twente over het onderzoek
Deltares over beter inzicht in bodemvocht

Michiel Pezij is een van de auteurs van het H2O-vakartikel Bodemvocht uit satellietdata: wat kan de Nederlandse waterbeheerder ermee? Dit artikel eindigde als derde bij de uitverkiezing van het beste H2O-vakartikel van 2018.

Voor het reageren op onze artikelen hebben we enkele richtlijnen. Klik hier om deze te bekijken.

Het kan soms even duren voor je reactie online komt. We controleren ze namelijk eerst even.

Typ uw reactie hier...
Cancel
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Interessant artikel? Laat uw reactie achter.

(advertentie)

Laatste reacties op onze artikelen

Het belangrijkste staat onderaan: toestaan van kunstmestvervangers op basis van dierlijke mest. De milieu-impact kan nauwelijks worden overschat: er is minder kunstmest nodig (veel energie nodig, dus veel CO2) en via de erts komen er sporen van giftige zware metalen mee in de bodem. En er ontstaat een toepassing voor eindproducten van mestverwerking. Zo kun je regionaal de kringloop beter sluiten.
Er moet veel gebeuren, niet alleen grenzen markeren, maar actief het waterbeheer in het buitengebied naar de nieuwe inzichten herstellen. Daarbij moet ieder waterschap ruimte vrijhouden om initatieven vanuit het veld actief op te pakken en niet in een stilzwijgende welwillendheid laten sneuvelen.
Waarom niet een waterfabriek bouwen van zout naar zoet, zo een als in Israël gr marco
Weten waterschappen wel waar hun grenzen zijn?
De legger is het kroonjuweel van het waterschap. Zoals een gemeente de bebouwde kom markeert met een bord, zo staan de waterschapsgrenzen beschreven in de legger. Dit is niet een eenvoudige grens met het buur-waterschap, maar een complex stelsel van waterstaatswerken met de bijbehodende invloedszoneringen. Alleen binnen die zoneringen heeft het (klassieke) waterschap zeggenschap (klassiek: gericht op waterbeheer (watergangen) en waterveiligheid (dijken) ex waterzuivering).
Alles begint en houdt op bij de invloedszones - de grenzen - van het waterschap. En laat het nou toch heel eenvoudig zijn die grenzen kleiner te maken (dus de invloedszones in nieuwe leggers te verkleinen) maar zo goed als onmogelijk om deze weer groter te maken. Het ene is n weggevertje en het andere is landje pik - dus betalen.
Dus voor een strategische herorientatie van de waterschappen is een strategische herwaardering van het kroonjuweel - de waterschapslegger en het gehele bijbehorende invloeds-spel van essentieel belang.
De waterschappen zijn de afgelopen jaren ver in de marge gedrukt want invloedszones met gemeenten, het rijk en andere belanghebbenden zijn aan het verschuiven. (En waar is de wet PUBERR gebleven?)
Dus eerst herwaarderen van waterschapsgrenzen, dan weten waar de grenzen zijn en vervolgens deze met een (dijk)leger gaan verdedigen ! ;-)
https://sjfsupport.com/mmi.html
Zijn waterschappen nog wel van deze tijd?
Interessant artikel van Stephan Kuks over de toekomst van de waterschappen. Zelf vraag ik mij af of de waterschappen wel in staat zijn om antwoord te geven op de grote maatschappelijke vragen, die ook hij noemt. Hij zegt: "Nu wordt het tijd dat waterschappen duidelijk maken dat er vanuit water en bodem grenzen zijn, en dat de ruimtelijke ontwikkelingsmogelijkheden van Nederland hierop moeten worden aangepast.” Dat lijkt op het oog een logische uitspraak, maar de grote vraag is of het huidige waterschap deze vraag wel inhoud kan geven. En niet vanwege dat het waterschap niet deskundig zou zijn, maar meer vanwege de samenstelling van het bestuur en dat het mandaat op de genoemde onderwerpen zeer beperkt is.
En natuurlijk, prachtig als Kuks vindt dat de waterschappen duidelijk stelling moeten nemen in het maatschappelijk debat over de toekomst van ons land, maar welke stelling dan? Het belang van de boeren? Het belang van de natuur? Het belang van woningbouw? Deze discussie hoort in eerste instantie thuis op het allerhoogste politieke niveau. Daar heeft men het de afgelopen decennia lelijk laten liggen, maar dat betekent niet dat nu het waterschap aan bod is. En natuurlijk voor het waterbeheer zijn de waterschappen de ogen en de oren van de samenleving. De waterschappen zijn bij uitstek degenen die van onderop knelpunten en ideeën kunnen aandragen om het beleid op provinciaal en nationaal niveau effectief vorm te geven. Maar ik moet er niet aan denken dat de waterschappen dat in die breedheid zelf zouden moeten gaan oppakken.
En om dan ook maar tegelijk tegen een heilig huis aan te schoppen, we zouden ons zelfs kunnen afvragen of waterschappen en het functioneren ervan nog wel van deze tijd is. Zeker als het gaat om ruimtelijke ordening en klimaat heeften provinciaal bestuur veel meer mandaat en dus veel meer slagkracht. Wat mij betreft zou het waterbeheer zo overgeheveld kunnen worden naar de provincie en zouden waterschappen omgevormd kunnen worden tot uitvoeringsorganisaties die het dagelijks waterbeheer doen. De RWZI’s zouden nutsbedrijf kunnen worden. Zeker zij zouden daarmee grote stappen kunnen maken in de efficiency van de waterzuivering.
Wat bedoel ik daarmee? In de afgelopen 10 tot 20 jaar zijn de RWZI ’s zich steeds meer gaan toeleggen op terugwinning van grondstoffen(fosfaat, cellulose, biogas, etc). Maar een grote doorbaak met substantieel resultaat heb ik tot nu toe niet echt gezien, misschien met uitzondering van een aantal initiatieven, zoals Waterstromen. Het succes van een goede afzet van reststromen wordt bepaald door kwantiteit en kwaliteit.
Eind vorige eeuw werd in de autobranche de organisatie Autorecycling Nederland opgericht. Ik was daarbij betrokken. Doel was om een hoger hergebruik te realiseren bij demontage van auto’s. Voor het ophalen een paar rubber strips per bedrijf was namelijk nooit veel belangstelling vanwege de geringe baten. Maar als je als verwerkingsbedrijf bij alle autodemontagebedrijven rubber kan ophalen, wordt het ineens interessant. Ook voor het autodemontage bedrijf, sommig restafval kreeg ineens een positieve geldwaarde.
Dat kan ook zomaar voor de RWZI’s gelden. Als ze met z’n allen gaan samenwerken en op landelijk niveau collectief contracten gaan afsluiten met afnemers dan kan dat voor beide partijen interessant worden. Bijvoorbeeld voor struviet. Zeker nu de totale gevolgen van kunstmest steeds meer onder het vergrootglas komen, zou struviet een geweldige vervanger kunnen zijn.
En een centrale organisatie, zoals ARN bij de autosector heeft nog meer voordelen. Je kunt een veel directere samenwerking met partijen als Wetsus en KWR tot stand brengen, waarbij uit een deel van de opbrengsten van de restproducten onderzoek gefinancierd kan worden om nog effectiever en efficiënter te worden met de terugwinning. Je zou dan ook kunnen kijken in hoeverre je samenwerkingen zou kunnen aangaan met bedrijven, die nu hun afvalwater moeten voorzuiveren. Bij Waterstromen werd zo’n samenwerking al tot stand gebracht met een voedselproducent en een leerlooier.
En als het echt succesvol zou worden, zou het zelfs kunnen leiden tot lagere belastingen(verontreinigingsheffing). Wat mij betreft is er wel één belangrijke voorwaarde aan verbonden, namelijk dat het zuiveren van communaal afvalwater altijd een publieke aangelegenheid blijft.

Zelf reageren? Dat kan onder alle artikelen met een Mijn H2O/KNW account.

Aanmelden voor H2O Nieuws
Ontvang twee keer per week het laatste waternieuws in je mailbox!