Met de verandering van het klimaat zal ook het landschap veranderen. Dit wordt vaak niet meegenomen in hydrologische modellen omdat die meestal uitgaan van statische ecosystemen, zegt hydroloog Laurène Bouaziz van kennisinstituut Deltares. Zij raadt aan om in het kader van beleid en operationele toepassingen meerdere modellen te gebruiken, om zo een beter zicht op onzekerheden te krijgen.
Hydrologische modellen worden gekalibreerd aan de hand van historische gegevens van onder meer neerslag en waterafvoer en daarna ingezet om de invloed van klimaatverandering op de waterbeschikbaarheid te testen. Maar het landschap zal ook veranderen als gevolg van klimaatverandering, zegt Laurène Bouaziz. “Dat wordt in modellen vaak niet meegenomen.”
Laurène Bouaziz
Zij geeft een voorbeeld van de veranderlijkheid van ecosystemen. De vegetatie zelf kan wijzigen en ecosystemen kunnen ook hun wortelzone aanpassen om meer water te kunnen bufferen voor het overbruggen van droge periodes. Bouaziz heeft zulke aspecten voor de Maas uitgezocht met behulp van de klimaatsimulaties van het KNMI. “Je ziet dan dat door een hogere verdamping de Maasafvoeren omlaag in plaats van omhoog gaan en de grondwateraanvulling veel minder wordt, als je verwerkt dat het model zelf ook verandert.”
Als Bouaziz dit aan andere hydrologen vertelt, ziet iedereen het belang ervan in. “Maar de gevolgen van klimaatverandering voor het hydrologisch systeem zijn zo onzeker en eigenlijk zo ongrijpbaar, dat het lastig is om deze gevolgen expliciet mee te nemen. Mijn onderzoek is een eerste stap. Ik denk dat er additionele methoden te bedenken zijn om wel rekening te houden met de invloed van klimaatverandering op het hydrologisch systeem.”
Betrouwbaarheid van modellen onder de loep
Bouaziz is vorige week op haar onderzoek gepromoveerd aan de Technische Universiteit Delft. Zij heeft zich gericht op het verhogen van de betrouwbaarheid van hydrologische modellen en keek daarbij vooral naar de Maas. De resultaten van haar studie zijn niet alleen relevant voor deze rivier. “De conclusies en toegepaste methoden zijn zeker breder te trekken.”
Het promotieonderzoek was een samenwerking tussen Deltares, TU Delft en Rijkswaterstaat, die dit grotendeels financierde. Bouaziz laat het onderwerp niet los. “Rijkswaterstaat is bezig met de vernieuwing van de modellen voor de Maas en de Rijn en mijn onderzoek past daarin. Ik werk nu bij Deltares aan de verdere ontwikkeling van deze modellen.”
De hydrologische modellen zijn bedoeld voor zowel de korte als de lange termijn. “Het gaat erom dat Rijkswaterstaat beter operationele voorspellingen kan maken, zoals bij de overstromingen in Limburg in juli. En voor de langere termijn dragen de modellen bij aan adaptatiemaatregelen in het landschap.”
Breed scala aan hydrologische modellen
In het stroomgebied van de Maas is er volgens Bouaziz veel variabiliteit in ruimte en tijd. Zo stroomt het Franse deel van de rivier door vrij vlak terrein, terwijl de zijrivieren in de Belgische Ardennen steiler zijn en ook dunnere bodems hebben. “Het water uit de Ardennen komt hierdoor aanzienlijk sneller Nederland binnen dan het water uit Frankrijk.”
'Modellen geven niet noodzakelijk de juiste antwoorden om de juiste redenen'
Door de ruimtelijke en temporele variabiliteit en tevens de onzekerheden van de klimaatverandering is het een uitdaging om betrouwbare modellen te maken. “Ik heb gekeken naar hoe we de modellen kunnen verbeteren door gebruik te maken van zowel gegevens uit veldmetingen als satellietgegevens.”
Er is een breed scala aan hydrologische modellen, omdat zij vaak zijn ontwikkeld om hydrologische processen in een gebied beter te begrijpen. Bouaziz vergeleek de modellen van verschillende universiteiten en onderzoeksinstituten op aspecten als verdamping en bodemvocht in de wortelzone. “Terwijl de gemodelleerde afvoeren redelijk overeenkomen tussen de verschillende modellen, worden de interne processen heel anders weergegeven. Vaak is het lastig te zeggen welke modellen het beter doen, mede door grote onzekerheden in de data die we gebruiken om de modellen te voeden en te evalueren. Modellen geven niet noodzakelijk de juiste antwoorden om de juiste redenen.”
Beter zicht op onzekerheden
Het betekent niet dat veel hydrologische modellen de prullenbak in kunnen. “Modellen zijn een versimpeling van de werkelijkheid. We weten al per definitie dat ze niet perfect zijn, maar ze zijn wel bruikbaar. Zo’n modelvergelijking kan modelleurs motiveren om na te denken over hoe zij hun modellen verder kunnen ontwikkelen, om consistenter met de data te zijn.”
Cover proefschrift Internal processes in hydrological models, A glance at the Meuse basin from space
Bouaziz adviseert om meerdere hydrologische modellen te gebruiken bij beleid en operationele toepassingen. “Daarmee maak je de onzekerheden beter zichtbaar.” Zij wijst op de ervaringen tijdens de overstromingen van de Maas en de zijrivieren in juli. “We zagen tussen de modellen toch wat verschillen wat betreft het volume, de hoogte en de vorm van de hoogwatergolf. Door met meerdere modellen te werken krijg je dus extra informatie.”
De Deltares-onderzoeker plaatst wel een kanttekening. “Zoiets kost meer tijd en geld. Ook al wil je een aantal modellen gebruiken, dan is dit in de praktijk niet altijd mogelijk. Mijn onderzoek onderstreept dat het belangrijk is om te overwegen het toch te doen.”
Grondwateruitwisselingen vaak buiten beschouwing
In de hydrologische modellen worden keuzes gemaakt over welke processen wel en niet worden meegenomen. Een element dat doorgaans buiten beschouwing wordt gelaten, is het verlies van water in een stroomgebied door grondwateruitwisselingen met andere stroomgebieden. “Ondanks dat we deze processen lastig kunnen observeren in het veld is het van belang om ze mee te nemen”, zegt Bouaziz.
'Ondergronds kan er een ander riversysteem zijn dan bovengronds'
Zij kwam erachter dat grondwateruitwisselingen vooral spelen in de bovenstroomse gebieden van de Maas. “Dit geldt met name als er kalksteen in de ondergrond zit. Door bijvoorbeeld karst (verzamelnaam voor de verschijnselen die te maken hebben met de oplossing van kalksteen in water, red.) kan er ondergronds een ander riviersysteem zijn dan bovengronds. Water dat in het Maasstroomgebied de grond ingaat, kan er uiteindelijk weer uitkomen in het Rijnstroomgebied. Als je zo’n belangrijk proces in je model negeert, heeft dat invloed op hoe goed je de andere processen weergeeft.”
Sluiten van waterbalans uitdaging
Tot slot: wat ziet Bouaziz als de grootste uitdaging in de hydrologie? Dat het met de beschikbare data nog niet mogelijk is om de waterbalans te sluiten, is het antwoord. “Hydrologen kunnen rivierafvoeren nog redelijk goed meten. Maar voor neerslag geldt dat veel minder, omdat het aantal meetpunten beperkt is en satellietgegevens van neerslag ook erg onzeker zijn. En verdamping en grondwateruitwisselingen op de schaal van het stroomgebied zijn eveneens heel lastig te meten. Er valt nog veel te ontdekken voor een goed beeld van de waterbalans.”
MEER INFORMATIE
Bericht Deltares over het onderzoek
Proefschrift van Laurène Bouaziz
H2O Actueel: 'Piekafvoer Maas tijdens extreme neerslag systematisch onderschat'