H2O Water Matters - juni 2021

Uitgave H2O Voorwoord 2 Droogte 2018: gevolg van klimaatverandering? 4 Meer neerslag, maar de lente is juist droger 8 Maatschappelijke winst datagedreven assetmanagement 12

WATER

MATTERS KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS Juni 2021

Overstromingskansen: vijf verbeteringen 16 Buitenlandse kentallen microverontreiniging 20 Nut en noodzaak natuurvriendelijke oevers 24 Impact nutriënten op productie bioplastic 28 Leren over achteroevers 32 Vogelmest en nutriëntenbalans 36 Waterlichamen als dynamisch systeem 40 Klimaatscan grote wateren 44 Natte teelten in beekdalen 48

2

VOORWOORD

Onderzoek met zicht op praktische toepassing Dit is de twaalfde editie van Water Matters, het kennismagazine van vakblad H2O. U treft twaalf artikelen over uiteenlopende onderwerpen, geschreven door waterprofessionals op basis van gedegen onderzoek.

Bij de beoordeling heeft de redactieraad een selectie gemaakt waarbij is gekeken naar een duidelijke relatie met de dagelijkse praktijk in de watersector, de opzet van Water Matters. Onderzoek, resultaten en bevindingen moeten nieuw zijn en artikelen genereren die nieuwe kennis, inzichten en technieken opleveren met uitzicht op praktische toepassing.

In deze editie komt een breed scala aan onderwerpen aan bod met daarbij ook aandacht voor actuele thema’s, zoals droogte (twee bijdragen van KNMI-onderzoekers), inschatting van overstromingskansen (vijf grote verbeteringen), de noodzaak van natuurvriendelijke oevers, gebruik Zwitserse en Duitse kentallen bij verwijdering microverontreinigingen (er valt nog veel te leren) en de klimaatscan grote wateren. Verder: datagedreven assetmanagement, afvalstroomkarakteristieken voor productie bioplastic, het ‘achteroever’concept, de rol van vogelmest in de nutriëntenbalans, continue monitoring ecologische doelen en het nut van natte teelten in beekdalen.

Water Matters is, net als het vakblad H2O, een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk (KNW), het onafhankelijke kennisnetwerk voor en door Nederlandse waterprofessionals. Leden van KNW krijgen Water Matters twee keer per jaar gratis als bijlage bij hun vakblad H2O. De uitgave van Water Matters wordt mogelijk gemaakt door vooraanstaande spelers in de Nederlandse watersector. Deze Founding Partners zijn ARCADIS, Deltares, KWR Watercycle Research Institute, Royal HaskoningDHV en Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Met de uitgave van Water Matters willen de participerende instellingen nieuwe, toepasbare waterkennis toegankelijk maken.

U kunt Water Matters ook digitaal lezen op H2O-online (www.h2owaternetwerk.nl). Daarnaast is deze uitgave als digitaal magazine ook in het Engels beschikbaar via dezelfde website of via www.h2o-watermatters.com.

De Engelstalige artikelen kunnen vanuit het digitale magazine op H2O-online worden gedeeld. Voorts zijn artikelen uit eerdere edities terug te vinden op de site.

Veel leesplezier met deze editie. Wilt u reageren? Laat het ons weten via redactie@h2o-media.nl Monique Bekkenutte Uitgever (Koninklijk Nederlands Netwerk) Huib de Vriend Voorzitter redactieraad Water Matters

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

INHOUD

COLOFON Water Matters is een uitgave van Koninklijk Nederlands Waternetwerk (KNW) en wordt mogelijk gemaakt door ­ARCADIS, Deltares, KWR ­Watercycle Research Institute, Royal HaskoningDHV en de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA).

UITGEVER Monique Bekkenutte (KNW) HOOFDREDACTEUR Bert Westenbrink Eindredactie Nico van der Wel, Mirjam Jochemsen, Bert Westenbrink REDACTIEADRES Koningskade 40 2596 AA Den Haag redactie@h2o-media.nl REDACTIERAAD Huib de Vriend (voorzitter), Toon Boonekamp, Gertjan Medema, Paul Roeleveld, Jeroen Vervaart, Joachim Rozemeijer, Michelle Talsma VORMGEVER Ronald Koopmans DRUK Veldhuis Media, Raalte

ZOMER 2018 Extreme droogte 4

BIOPLASTIC Productieproces 28

Is klimaatverandering de oorzaak?

Wat is de invloed van nutriënten?

DROOGTE Langjarige trends 8

WATERBERGING Het achteroever­ concept 32

Meer neerslag, lente droger

Ecologische effecten in kaart

ASSETMANAGEMENT Datagedreven OPPERVLAKTE­ vervangings­WATER strategie 12 Nutriëntenbalans 36 Minder maatschappelijke kosten

De impact van vogelmest

OVERSTROMINGS­ KANSEN Primaire keringen 16

WATERKWALITEIT Dynamiek abiotische milieu 40

Vijf grote verbeteringen

Inzicht door dataloggers

MICRO­ KLIMAATSCAN VERONTREINIGINGEN Aanpak grote Buitenlandse ­wateren 44 ­kentallen 20 Wat zijn de gevolgen klimaatverandering?

Niet zomaar over te nemen

NATUURVRIENDE­ LIJKE OEVER Nut en noodzaak 24 NVO houdt niet op bij waterlijn

JUNI 2021

BEEKDAL Potentie natte ­teelten 48 Corridor tussen landbouw en natuur

3

4

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Sjoukje Y. Philip en Sarah F. Kew (KNMI)

Karin van der Wiel en Geert Jan van Oldenborgh (KNMI)

Niko Wanders (Universiteit Utrecht)

Akker met aardappels tijdens droogte

IS DE DROOGTE VAN 2018 TOE TE SCHRIJVEN AAN KLIMAATVERANDERING? Nederland werd in de zomer van 2018 getroffen door extreme droogte. De schade voor bijvoorbeeld boeren, scheepvaart en waterbeheerders wordt geschat tussen de 450 en 2080 miljoen Euro. De droogte was zo buitengewoon, dat al snel de vraag opkwam of klimaatverandering de oorzaak was.

In 2018 was het in het hele zomerhalfjaar erg warm, met veel meer zonuren dan normaal (april-september). In mei, juni, juli en september viel er bijzonder weinig regen. Deze combinatie van weinig regen en hoge verdamping door hoge temperaturen en veel zonnestraling, leidde tot droogte. In het zuiden en oosten waren de problemen veel groter dan in het westen en noorden. Dat kwam mede doordat de gevoeligheid voor gebrek aan regen in het binnenland, vooral op de hoge zandgronden, hoger is. Aanvulling van watertekorten met rivierwater is daar niet mogelijk, terwijl dit in het westen en rond het IJsselmeer wel kan.

De vraag van deze studie is of we in Nederland trends zien in het optreden van droogte in het binnenland en het kustgebied en zo ja, of we die in verband kunnen brengen met ­klimaatverandering.

5

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

Droogte 2018: gevolg van klimaatverandering?

Afbeelding 1. Ruimtelijke verdeling van het potentieel neerslagtekort op 30 september 2018. Bron: KNMI

Potentieel neerslagtekort In Nederland is een veelgebruikte maat voor droogte het potentieel neerslagtekort in het groeiseizoen (april tot en met september). Dit is het cumulatieve verschil tussen dagelijkse potentiële verdamping en neerslag, waarbij negatieve waarden op nul worden gezet. De potentiële verdamping wordt berekend met de formule van Makkink, die vooral afhangt van temperatuur en directe en indirecte zonnestraling (‘globale straling’). In 2018 was het potentieel ­neerslagtekort aan het eind van het groeiseizoen, op 30 september, het grootst in het zuiden en oosten van het land (afbeelding 1).

Benaderingen van droogte Uit eerder onderzoek weten we dat de neerslagtrends in een brede kuststrook en in het binnenland verschillen (Lenderink et al, 2009; van Haren et al, 2012).

We onderzoeken hier of, en zo ja hoe, dat verschil doorwerkt in trends in droogte. We definiëren daartoe het kustgebied als een strook van 50 kilometer langs de Noordzeekust en tenminste 30 kilometer langs de Waddenzee, ongeveer 45 procent van Nederland. De rest noemen we het binnenland.

In deze studie beschouwen we vier aspecten. Het simpelste is droogte als een vermindering van regen (meteorologische droogte). Als tweede analyseren we trends in temperatuur. Ten derde kijken we naar de potentiële verdamping volgens Makkink. Tenslotte staan we stil bij bodemvochtdroogte (agrarische droogte).

Waargenomen trends In afbeelding 2 zijn de trends van neerslag, tempe­ ratuur, zonnestraling en de Makkink potentiële verdamping uitgezet. Voor bodemvocht is geen ­trendanalyse mogelijk vanwege het ontbreken van meetreeksen die lang genoeg zijn. Om de gevolgen van klimaatverandering te bepalen, zijn de trends afgezet tegen de wereldgemiddelde temperatuur

JUNI 2021

4

(GMST). De tijdreeks van GMST is gladgestreken door toepassing van een 4-jarig lopend gemiddelde, om fluctuaties door bijvoorbeeld El Niño uit te filteren.

De GMST is nu ongeveer een graad hoger dan rond 1950, dus de veranderingen sinds die tijd zijn ongeveer gelijk aan de trends per graad wereldwijde opwarming in de figuren.

Overal warmer, meer neerslag aan de kust De temperatuurtoename in Nederland is min of meer uniform. De neerslag daarentegen laat een ruimtelijk patroon zien, met een duidelijke toename aan de kust.

Gemiddeld is dit significant op p<10% - dat betekent dat er een kans van 90% is dat deze trend inderdaad bestaat (meestal kijken we naar een 95%-niveau).

Neerslag in het binnenland laat geen duidelijke trend zien. Het verschil tussen de neerslag in het binnenland en aan de kust is wel statistisch significant. Dit komt doordat het weer in beide reeksen erg op elkaar lijkt, waardoor de signaal-ruis verhouding beter is.

Voor het kustgebied is ook de afvoer van de Rijn relevant. Deze vertoont een kleine afname in het zomerhalfjaar sinds 1901. Vanaf 1950 is de afname ongeveer 9 procent (significant op p<10%). Ook de neerslag in het bovenstroomse deel van het stroomgebied is significant afgenomen. We gaan hier in deze studie verder niet op in.

Meer zonnestraling en verdamping in het binnenland De waarnemingen vanaf ongeveer 1970 laten zien

6

WATER MATTERS

Langjarige trend Neerslag Temperatuur

Afbeelding 2. Trends voor de periode april-september vanaf 1950, als regressie tegen de gladgestreken wereldgemiddelde temperatuur (zonnestraling en verdamping kortere tijdreeksen). Niet alle getoonde trends zijn statistisch significant. Data: KNMI; elk bolletje is een KNMI-station, niet alle variabelen worden op elk station gemeten

-25%

-10%

+10%

+25% -2.5◦ C

Zonnestraling

-25%

-10%

+10%

-1◦ C

+1◦ C

+2.5◦ C

Pot.verdamping

+25%

-25%

-10%

+10%

+25%

dat de toename in globale straling in het binnenland sterker is dan aan de kust (afbeelding 2). Dit wordt bevestigd door heranalyse van datasets zoals de ERA5 reconstructie van het weer van het European Centre for Medium-range Weather Forecasts.

Deze trend bestaat uit twee componenten. Door de toenemende luchtvervuiling met aerosolen nam de hoeveelheid zonnestraling aan de grond tot rond 1985 af. Daarna verdween dit effect door maatregelen ­tegen luchtvervuiling. Daarbovenop is er een trend naar meer zonneschijnuren in het zomerhalfjaar over de hele periode (Van Oldenborgh et al, 2009).

Door relatief meer zonnestraling in het binnenland is ook de Makkink potentiële verdamping daar meer toegenomen dan aan de kust. Door de combinatie met luchtvervuiling zien we een afname tot ongeveer 1985 en een sterkere toename tot ongeveer 2005.

Klimaatverandering als oorzaak van de verande­ ringen Om deze trends toe te kunnen schrijven aan klimaat­ verandering hebben we klimaatmodellen nodig.

Daarmee kunnen we het verschil bestuderen tussen een klimaat met toenemende hoeveelheden broeikasgassen en een gesimuleerd klimaat zonder deze

t­ oename. Natuurlijk controleren we of de klimaat­ modellen het echte klimaat realistisch genoeg beschrijven. Daarbij hebben we ook de uitvoer geanalyseerd van hydrologische modellen die op deze klimaatmodellen gebaseerd zijn. We hebben de volgende modellen geëvalueerd en, indien voldoende realistisch, gebruikt voor de attributie: • ISIMIP, 16 runs van vier mondiale klimaatmodellen met vier hydrologische modellen; • EC-Earth / PCR-GLOBWB ensemble (Van der Wiel et al, 2019); • RACMO ensemble van een regionaal klimaatmodel.

Neerslag en temperatuur Voor het kustgebied laten de modellen niet de waargenomen hogere neerslag zien. Daarom kunnen we geen uitspraken doen over de invloed van klimaatverandering op droogte in de kuststrook. Voor neerslag in het binnenland doen de klimaatmodellen het beter.

Ze laten evenals als de waarnemingen geen verandering in de zomerneerslag zien. We concluderen dat klimaatverandering tot nu toe in het binnenland geen neerslagtrend heeft veroorzaakt.

Voor temperatuur ligt het complexer. De waargenomen trend in het zomerhalfjaar vanaf 1950 is 1,9 graad per graad wereldgemiddelde opwarming, met een 95% onzekerheidsmarge van 1,3 tot 2,4 graad per graad. Dit terwijl de modellen rond de 0,9 keer de wereldgemiddelde opwarming uitkomen (Van Oldenborgh et al, 2009). Hiermee kunnen we de helft van de opwarming toeschrijven aan uitgestoten broeikasgassen. De andere helft heeft òf andere o ­ orzaken òf de klimaatmodellen onderschatten het effect van opwarming op hete zomers.

Potentiële verdamping Zoals verwacht laten de klimaatmodellen in het

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

binnenland een toename zien van de potentiële verdamping. Deze modellen gebruiken formules voor potentiële verdamping die internationaal meer gangbaar zijn: Priestley-Taylor, Penman-Monteith, Hamon en Bulk. De verschillen tussen de modellen blijken echter groter dan de verschillen vanwege de verschillende formules. Met andere woorden: de precieze rekenmethodes zijn hier niet zo belangrijk.

De toename van de potentiële verdamping is in de klimaatmodellen kleiner dan op basis van waarnemingen of heranalyses berekend wordt voor de werkelijkheid. Dat komt overeen met de lagere trends in temperatuur in de modellen.

Bodemvocht De klimaatmodellen laten voor Nederland geen verandering zien in de hoeveelheid bodemvocht in het binnenland. Echter, irrigatie wordt niet realistisch gemodelleerd in deze modellen, terwijl dit in Nederland in de zomer een grote rol speelt. We beschouwen daarom in deze studie het neerslagtekort, potentiële verdamping minus neerslag, als een relevantere maat voor droogte dan het gemodelleerde bodemvocht.

Verder onderzoek met modellen die ook de irrigatie correct meenemen, is nodig om trends in bodemvocht en grondwater goed te kunnen modelleren.

Conclusies In dit artikel brengen we een nuancering aan op de analyses van droogtetrends in Nederland die tot nu toe gepubliceerd zijn. Langs de kust is er een toename van de hoeveelheid regen in het zomerhalfjaar, in het binnenland niet. In het binnenland neemt de hoeveelheid zonnestraling sterker toe dan aan de kust, wat samen met de hogere temperaturen voor meer potentiële verdamping zorgt.

We concluderen dan ook dat de kans op droogte in het binnenland door de opwarming is toegenomen als gevolg van hogere temperaturen en zonneschijn die tot een hogere potentiële verdamping leiden, gecombineerd met geen trend in neerslag. Hoe groot die kans is, is moeilijk te zeggen omdat klimaatmodellen de opwarming van Nederland onderschatten. Voor het kustgebied kunnen we geen uitspraken doen, omdat de klimaatmodellen de waargenomen toename in

JUNI 2021

Droogte 2018: neerslag daar niet goed genoeg reproduceren. gevolg van Met de gegevens en inzichten uit deze studie is klimaatverandering? een betere inschatting mogelijk van de invloed van ­klimaatverandering op bijvoorbeeld landbouw, natuur, scheepvaart en stedelijk waterbeheer. Dat kan bijdragen aan betere plannen voor klimaatadaptatie.

Sjoukje Y. Philip, Sarah F. Kew, Karin van der Wiel en Geert Jan van Oldenborgh (KNMI), Niko Wanders (Universiteit Utrecht)

Bronnen G. Lenderink et al, 2009. Intense coastal rainfall in the Netherlands in response to high sea surface temperatures: analysis of the event of August 2006 from the perspective of a changing climate. Clim. Dyn., 32, 19–33, doi:10.1007/s00382-008-0366-x K. van der Wiel, Wanders, N., Selten, F.M., Bierkens, M.F.P., Added Value of Large Ensemble Simulations for Assessing Extreme River Discharge in a 2°C Warmer World , Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2019GL081967 R. van Haren et al, 2012. SST and circulation trend biases cause an underestimation of European precipitation trends. Clim. Dyn., 40, 1–20. doi:10.1007/s00382-012-1401-5 G. J. van Oldenborgh et al, 2009. Western Europe is warming much faster than expected. Clim. Past, 5, 1–12, doi:10.5194/cp5-1-2009.

SAMENVATTING De zeer droge zomer van 2018 wierp de vraag op of het in Nederland droger wordt en zo ja, of dat komt door klimaatverandering. Het antwoord is genuanceerd en verschilt voor de kuststrook en het binnenland. De kans op droogte is in het binnenland toegenomen door de opwarming. Hoe groot die kans is, is moeilijk te zeggen omdat klimaatmodellen de opwarming van Nederland onderschatten. Voor het kustgebied kunnen we geen uitspraken doen.

7

8

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Emma Daniels en Jules Beersma (KNMI)

Gerard van der Schrier (KNMI)

WORDT HET DROGER IN NEDERLAND? In dit artikel gaan we aan de hand van twee vaker gebruikte indicatoren ­dieper in op de vraag of er in Nederland recent meer droogte is geweest. Hiertoe ­onderzoeken we trends in de periode 1965-2020. Het antwoord is tweeledig.

Over het hele jaar gezien neemt neerslag toe en droogte af, maar dit geldt niet voor elk seizoen. Zo is de lente juist droger geworden.

SPI en SPEI We gebruiken twee internationaal geaccepteerde indicatoren voor droogte en ‘natheid’: de Standardised Precipitation Index (SPI; McKee et al. 1993) en de Standardised PrecipitationEvapotranspiration Index (SPEI; Vicente-Serrano et al. 2010). Beide zijn gebaseerd op de afwijking ten opzichte van langjarig gemiddeldes. Het belangrijkste verschil is dat SPI uitsluitend gebaseerd is op neerslaggegevens terwijl in SPEI de potentiële verdamping (zoals

9

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

Meer neerslag, maar de lente is juist droger

Afbeelding 1. Trend per kalendermaand in de periode 1965-2020 voor SPI (zwart) en SPEI (blauw) voor tijdvakken van 12, 6 en 3 maanden. De getallen zijn gebaseerd op de gemiddelde neerslag op 13 KNMI stations verspreid over Nederland, en op de potentiële verdamping gebaseerd op stralings- en temperatuurdata van nabijgelegen stations. De trends en significantie zijn berekend met de Mann-Kendall toets, de 95% betrouwbaarheidsintervallen zijn weergeven in grijs en lichtblauw

geformuleerd door Makkink) is afgetrokken van de neerslag, net als bij het potentieel neerslagtekort.

SPI is in een land als Nederland vooral geschikt in herfst en winter, wanneer verdamping geen grote rol speelt. SPEI is jaarrond te gebruiken en heeft meerwaarde in het voorjaar en de zomer. SPI is in gebruik sinds de jaren 90 en wordt vooral gebruikt voor gebieden waar weinig data beschikbaar zijn.

SPEI is circa 10 jaar geleden geïntroduceerd en verdient de voorkeur in beter bemeten gebieden, zoals Nederland, waar ook gegevens over de verdamping beschikbaar zijn.

Een positieve SPI of SPEI waarde betekent ‘natter dan normaal’ en een negatieve waarde ‘droger dan normaal’. Doordat SPI en SPEI voor verschillende tijdsschalen kunnen worden berekend, kunnen ze informatie geven over verschillende typen droogte.

De beschouwde tijdsschaal, het venster, wordt weergegeven met een cijfer voor het aantal maanden, zo staat SPEI-12 voor de afgelopen 12 maanden. Een negatieve SPI of SPEI met een kort venster (minder dan 6 maanden) is een aanwijzing voor meteorologische droogte en gedurende het groeiseizoen voor agrarische droogte. Een negatieve SPI of SPEI met een langer venster is een indicatie voor hydrologische droogte, waarbij tekorten aan grond- en oppervlakte­ water optreden. Een negatieve SPI of SPEI met een venster van 24 maanden of meer impliceert meerjarige droogte.

Werkwijze In de berekening van zowel SPI als SPEI is een

JUNI 2021

standaardisering opgenomen om vergelijking tussen gebieden met verschillende neerslagkarakteristieken en tussen seizoenen mogelijk te maken. Ook is een referentieperiode nodig, deze is voor dit artikel gelijk genomen aan de volledige periode waarvoor data over neerslag en verdamping beschikbaar zijn (19652020). Voor afbeelding 1 zijn de waarden van SPI en SPEI berekend aan de hand van maandgemiddelden van 13 KNMI stations. Voor afbeelding 2 is SPEI per gridcel bepaald op basis van landsdekkende gegridde kaarten van neerslag en potentiële verdamping die beschikbaar zijn op het KNMI Dataplatform. Deze kaarten zijn gemaakt door interpolatie van 5 (in 1965) tot 35 (in 2020) stations voor verdamping en ruim 300 stations voor neerslag.

Net als SPI en SPEI zelf zijn de trends erin dimensie­ loos en daardoor lastig te interpreteren. We besteden in dit artikel dan ook vooral aandacht aan het teken en de eventuele statistische significantie van de trend, niet zozeer aan de grootte van de trendgetallen. De trends en hun significantie zijn berekend met de Mann-Kendall toets.

Nederland jaarrond natter SPI en SPEI kennen net als neerslag een grote jaarop-jaar variabiliteit, hierdoor zijn trends veelal niet significant. In afbeelding 1 is te zien dat SPI vaker een significante trend kent dan SPEI, met name bij langere vensters. Dit wordt veroorzaakt door de bekende langjarige toename van neerslag. Bij SPEI-12 wordt de toename van neerslag in belangrijke mate gecompenseerd door de toename van verdamping

8

10

WATER MATTERS

en is de trend dichtbij 0, maar vrijwel altijd positief.

Over een heel jaar bekeken blijkt de toename van neerslag hiermee iets sterker te zijn dan de toename van (potentiële) verdamping. Ook omdat de potentiële verdamping tijdens droge periodes wat hoger is dan de werkelijke verdamping, kunnen we concluderen dat Nederland jaarrond in de periode 1965-2020 natter is geworden. In deze analyse is echter onduidelijk of de trend gelijkmatig verdeeld is over het jaar, of bepaald wordt door een of meerdere seizoenen. Om dit te zien moeten we naar kleinere vensters van SPI/ SPEI kijken.

Meer neerslag en meer droogte Kijken we naar kleinere vensters, dan blijkt dat zich naast de langjarige toename van neerslag ook een toename van droogte voordoet. Zo zijn in afbeelding 1 voor SPEI-6, indicatief voor agrarische droogte, vijf kalendermaanden met negatieve trends te zien.

Deze trends zijn niet significant, maar wijzen wel op een toename van droogte. De relatief kleine ­positieve trends voor SPI-6 gedurende de zomermaanden wijzen erop dat neerslag het minst is toegenomen in de eerste helft van het jaar. De negatieve trends voor SPEI-6 tussen mei en september duiden erop dat ­potentiële verdamping gemiddeld tussen december tot en met september meer is toegenomen dan neerslag. De toename van verdamping komt door een combinatie van hogere temperaturen en meer zonneschijn(uren).

Droger vanaf maart SPEI-3, het kortste venster dat hier wordt beschouwd, is de enige indicator die statistisch significante nega­ tieve trends laat zien. SPEI-3 kan gebruikt worden als indicatie voor meteorologische droogte en tijdens het groeiseizoen voor agrarische droogte. Het groei­ seizoen loopt traditioneel gezien van april tot en met september. Door de opwarming van het klimaat neemt de lengte van het groeiseizoen echter toe en zouden akkerbouwers eerder kunnen zaaien. Maar dit brengt risico’s met zich mee omdat juist de eerste helft van het groeiseizoen een toename van droogte kent. De trend in SPEI-3 laat namelijk een significante afname zien in mei en juni. Gezien het venster van 3 maanden heeft deze trend betrekking op de maanden maart, april, mei en juni. Dit impliceert dat ‘voorjaarsdroogte’ (maanden maart t/m juni) in de periode 1965-2020 wel duidelijk is toegenomen.

Lente bijna overal droger In Figuur 2 is de trend in SPEI-3 in mei, augustus, november en februari weergegeven, wat ­informatie geeft over de vier seizoenen. De trends in de l­ ente laten een toename van droogte zien die vrijwel overal significant is. De trends in de zomer laten een interessant patroon zien met een verdroging in de zuidoostelijke helft en een vernatting in de noordwestelijke helft van het land, maar de trends zijn niet significant. In de herfst komt de bekende toename van kustneerslag in het patroon terug. Verder zijn de trends in de herfst vrij diffuus en niet significant. De trends in de winter laten een vernatting zien die over sommige delen van het land significant is.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

Afbeelding 2. Trend in SPEI-3 in de lente (maart t/m mei), zomer (juni t/m augustus), herfst (september t/m november) en winter (december t/m februari) over de periode 1965-2020 op basis van de Mann-Kendall toets. Gebieden met een significante trend (p < 0.05) zijn gearceerd weergegeven

Uitdagingen voor het waterbeheer en de agrarische sector Dat er tegenwoordig gemiddeld over het hele jaar gezien meer neerslag valt dan 70 jaar geleden, heeft gevolgen voor de waterhuishouding. Dan gaat het vooral over wateroverlast in steden, afstroming naar het oppervlaktewater en overstromingen in de winter.

In het voorjaar en de zomer is er echter sprake van een trend naar kortdurende extremere droogte, die tot verzilting, verzakkingen en lage rivierstanden kan leiden. Dit kan gevolgen hebben voor natuur en landbouw, de drinkwatervoorziening en de binnenvaart­ sector en daarvan afhankelijke burgers en bedrijven.

Het omgaan met zowel de langjarige toename van neerslag als meer kortdurende droogtes is een uitdaging voor het waterbeheer in Nederland. Rekening houden met deze trends (en met toekomstprojecties van deze grootheden) kan zorgen voor betere aanpassingen in relevante sectoren en voor beter begrip van risico’s.

Emma Daniels, Jules Beersma en Gerard van der Schrier (KNMI)

JUNI 2021

Bronnen McKee, T. B., N. J. Doesken, and J. Kleist (1993). The relation­ ship of drought frequency and duration to time scales. Eighth Conference on Applied Climatology. California, p. 6.

Vicente-Serrano S.M., Santiago Beguería, and Juan I. López-Moreno (2010). A Multi-scalar drought index sensitive to global warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index - SPEI. Journal of Climate 23: 1696-1718.

SAMENVATTING Anders dan de al langer gangbare Standard Precipitation Index SPI, die alleen neerslag betreft, neemt de indicator SPEI ook verdamping (‘Evapotranspiration’) mee, net als het potentieel neerslagtekort. Met SPEI wordt droogte in één indicator gevangen, die toepasbaar is op hele jaren maar ook specifiek op maanden en seizoenen.

Kijken we met deze indicator naar hele jaren, dan blijkt dat langdurige droogte in Nederland moge­ lijk iets is afgenomen in de periode 1965-2020.

De kans op kortdurende droogte in het voorjaar is daarentegen toegenomen. Er zijn aanwijzingen dat droogte in de zomer vooral in ‘Hoog Nederland’ is toegenomen. Hier is rivierwater vaak niet makkelijk beschikbaar, en kan meer droogte grote gevolgen hebben.

11

Meer neerslag, maar de lente is juist droger

12

WATER MATTERS

AUTEURS

Richard Peerboom en Geert Linssen (WML)

Ignaz Worm en Jurjen den Besten (Spatial Insight)

LAAGSTE MAATSCHAPPELIJKE KOSTEN DOOR GEAVANCEERD DATAGEDREVEN ASSETMANAGEMENT Waterleiding Maatschappij Limburg (WML) vervangt jaarlijks 1,25% van het distributienet. Dat is een hoger percentage dan gemiddeld in de sector gebruikelijk is. Is het in het komende decennium wel nodig om dit te handhaven?

WML onderzocht samen met consultant Spatial Insight of datagedreven assetmanagement de vervangingsinvesteringen verantwoord omlaag kan brengen.

In 2019 kreeg WML het ISO-55001-certificaat, horend bij de internationale standaard voor systematisch assetmanagement. De vraag van WML in dit onderzoek is of het nodig is om in het komende decennium jaarlijks 1,25% van het distributienet te blijven vervangen.

Objectief besluit over het optimale vervangingspercentage Door de besluitvorming over het vervangen van assets datagedreven te maken, en de ­berekeningen zo te definiëren dat ze gericht zijn op de strategische bedrijfsdoelstellingen, wordt de – vaak onbedoelde – invloed van persoonlijke voorkeuren van betrokkenen beperkt. Dat levert consistente, optimale en reproduceerbare besluiten op. Het strategische doel is om de laagste maatschappelijke kosten te bereiken en tegelijkertijd de overlast voor burgers zo veel mogelijk te beperken. Daarnaast wordt gezocht naar een manier om in de toekomst het assetmanagement eenvoudig bij te kunnen sturen.

Om een objectieve en reproduceerbare balans te vinden tussen prestatie, kosten en risico’s van het distributienet worden zowel interne als externe storings- en assetdata gebruikt.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

13

Afbeelding 1. Grotere en kleinere projecten zoals die met de clusteranalyse zijn bepaald Gele, oranje en rode lijnen: de vervangings­ prioriteit van leidingen. Stippellijnen: leidingen die inmiddels zijn verwijderd.

Rode diamanten: plekken waar daadwerkelijk lekkages zijn opgetreden. De meeste lekkages vinden plaats op plekken die zijn aangewezen in de clusteranalyse

Maatschappelijke winst datagedreven assetmanagement

12

De prestatie van het distributienet wordt gedefinieerd als de mate waarin het net in staat is te voldoen aan de leveringseis. Deze ligt vast in de wet: een druk van 15 mwk (meter waterkolom) bij een debiet van 1 m3/uur bij de watermeter van elke klant. WML stelt daarbovenop voorwaarden ten aanzien van de gevoeligheid voor drukschommelingen, ongewenste weerstanden en afspraken met gemeenten en veiligheidsregio’s (over bluswater).

Als maat voor de kosten wordt het vervangingspercentage van het net aangehouden. Voor het risico is in dit onderzoek gekozen voor het aantal lekken.

beeld over werkzaamheden van andere netbeheerders, KLIC-meldingen en in de nabije toekomst ook procesdata, zoals debiet van de productie-installaties en drukken. Bij de dagelijkse verversing van de gegevens wordt de kwaliteit van nieuwe invoer automatisch gecontroleerd en worden afwijkingen gesignaleerd. Als bijvoorbeeld een reparatie aan een pvc-leiding wordt gemeld, terwijl volgens de ­database op die plek een stalen leiding ligt, dan is er óf iets misgegaan bij de registratie óf klopten de oorspronkelijke gegevens niet. Als is uitgezocht wat de juiste informatie is, wordt die opgeslagen.

Geïntegreerde data Om te kunnen modelleren zijn uniforme en geïntegreerde data nodig. We hebben in dit onderzoek twee typen (ruimtelijke) data: faaldata en data over het leidingnet.

Voor de registratie van faaldata gebruikt WML de ERP (enterprise resource planning)-software van SAP. Data van het tweede type, over de ligging van leidingen en hun eigenschappen (zoals materiaal, aanlegjaar en diameter) worden vastgelegd in een database van Smallworld.

Overkoepelend is datawarehouse ADI (asset data integrator) geïnstalleerd, dat beide typen ruimtelijke data uniformeert, aan elkaar relateert en toegankelijk maakt. In ADI komen nog meer data samen, bijvoor-

Modellering met ruimtelijke data Met een regressieanalyse op eigen data van WML en data uit USTORE (de gezamenlijke storingsdatabase van de Nederlandse drinkwaterbedrijven) is voor verschillende materialen en leeftijden van leidingen de storingskarakteristiek opnieuw en nauwkeurig vastgesteld. Ook is een gevoeligheidsanalyse gedaan met het kennismodel TransparantNL, waaruit bleek dat sommige parameters een dominante invloed hebben op het berekende vervangingsjaar. Hierbij ging het om parameters als de aanwezigheid van een winkelgebied en hoge druk in combinatie met pvcleidingen nabij productie-installaties. Andere parameters, waaronder het aantal eerdere lekken, hadden juist een lager effect dan verwacht.

JUNI 2021

14

WATER MATTERS

Afbeelding 2. Het effect van het jaarlijkse saneringspercentage op het te verwachten aantal extra storingen Referentie is het ‘1,25% per jaar-scenario’. ‘Proactief’ is het scenario waarbij op basis van clusteranalyses eerst 10 jaar meer dan 1,25% per jaar wordt vervangen en later minder

Machine learning Machine learning is een methode om uit trainingsdata relaties af te leiden tussen parameters en daarmee een voorspellend model te maken. De trainingsdata zijn een deel van de beschikbare dataset, het resterende deel van de dataset wordt gebruikt om het algoritme te valideren. We hebben machine learning toegepast om met zogenaamde clusteranalyse leidingen te groeperen die samen gemiddeld de grootste bijdrage leveren aan het aantal lekken. De gevonden clusters zijn steevast dezelfde als de nieuwe ­probleemgebieden die worden aangedragen gesignaleerd door de beheerders van WML. In de praktijk informeert de adviseur drinkwatervoorziening nu de leidingbeheerders proactief over kwetsbare gebieden en plant-saneringen op basis van de resultaten van de clusteranalyse (voorbeeld in afbeelding 1).

Tenslotte is voor verschillende vervangingsscenario’s bepaald hoeveel lekken te verwachten zijn en wat de bijbehorende ontwikkeling van de gemiddelde leeftijd van het net is. Afbeelding 2 laat zien wat het effect van meer of juist minder vervangen is op het aantal lekken in de komende jaren. De nullijn is de referentie: voortzetting van de saneringsstrategie uit de periode 2016-2020, namelijk een vast vervangingspercentage van 1,25% per jaar.

Besluit Op basis van de modelresultaten heeft WML besloten om het vervangingspercentage van 1,25% per jaar voorlopig vast te houden, maar meer leidingen proactief te gaan saneren in de berekende clusters.

De verwachting is dat daardoor het aantal lekkages

per jaar zal dalen. Het saneren op basis van lekken zal verminderen, waardoor meer ruimte ontstaat voor afstemmen van saneringen met derden of voor het oplossen van andere knelpunten in het leidingnet.

Afstemming andere netbeheerders Om de laagste maatschappelijke kosten te bereiken en overlast voor de omgeving te beperken, wordt ook gekeken naar de mogelijkheden om samen te werken met andere partijen, zoals netbeheerders, gemeenten en de provincie. WML, Enexis en een aantal Limburgse gemeenten gebruiken voor deze afstemming de tool SynergieNL. De netbeheerders uploaden hun voorgenomen werkzaamheden gestandaardiseerd en bespreken deze periodiek. WML heeft dan al met behulp van een prioriteringstool bekeken welke werkzaamheden voor samenwerking in aanmerking komen. In het afstemmingsoverleg wordt voor alle overlappende projecten bepaald of het voor één of meerdere partijen zinvol is om de eigen planning aan te passen en ‘mee te gaan’ met de ander. Tenslotte wordt elk kwartaal met de uitvoerende afdeling bekeken of de vastgestelde projecten ook daadwerkelijk zijn uitgevoerd.

Door een goede langetermijnplanning en afstemming met de andere partijen zijn de wijzigingen en verstoringen in de planning van de uitvoerende afdeling van WML van circa 40% in 2016 gedaald tot minder dan 10% in 2020. Dit is gerealiseerd door samen met Enexis in gesprek te gaan met alle gemeenten en de provincie, door planvaste uitvoering (‘afspraak is afspraak’) en door continue monitoring van de projecten in de prioriteringstool. Dat geeft rust in ieders planning, en voorkomt frustraties en onnodige kosten voor voorbereidingen en desinvesteringen. Extra voordeel van een gezamenlijke afstemmingstool is

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

dat Enexis en WML altijd naar dezelfde data kijken en dat medewerkers vervangbaar zijn bij een overleg en achteraf toch over alle data beschikken om de goede afwegingen te maken.

Na deze afstemming doorlopen de geselecteerde projecten het uitvoeringsproces van hydraulisch schetsontwerp, uitvoeringsontwerp, uitvoering en afronding, inclusief vastlegging in het GIS-systeem.

In al deze fases worden data verrijkt of toegevoegd aan het projectgebied en achteraf weer gebruikt voor analysedoeleinden. Op de afgeronde projecten worden bijvoorbeeld automatisch enkele analyses uitgevoerd, zoals controle op ‘alle opgegeven leidingen vervangen’, ‘sectionering’ of ‘dode eindpunten’. Dit om te beoordelen of is gewerkt conform beleid en ontwerp.

Als binnen twee meter van een bestaande drink­ waterleiding recentelijk een gasleiding is vernieuwd, blijkt de storingsfrequentie significant hoger te zijn – tot wel viermaal hoger dan bij leidingen in de nabijheid waarvan geen gasleiding is vervangen. Het laten liggen van die waterleidingen geeft dus een verhoogde kans op falen. Dit voorbeeld onderstreept de noodzaak van goede afstemming en samenwerking met andere partijen. In de nabije toekomst moet onderzoek naar de invloed van activiteiten van derden resulteren in een voorspellend model.

Implementatie in bedrijfsvoering en beleid Het complete saneringsproces is belegd bij de voorzitter van het saneringsteam van WML. In zijn rol als linking pin zorgt hij voor de samenwerking met de verschillende interne afdelingen en met Enexis, gemeenten en Provincie. Daarnaast is ingezet op de ontwikkeling van diverse tools om de controle en het overzicht op het proces en de projecten te kunnen behouden.

Op korte termijn kunnen op projectniveau geautomatiseerde controles plaatsvinden. Op de middellange en lange termijn worden de effecten meetbaar van de saneringsstrategie. Dat geeft de assetmanager de mogelijkheid om de strategie te wijzigen, en daarmee de te verwachten effecten te beïnvloeden.

De jaarplannen van 2018, 2019 en 2020 zijn al

JUNI 2021

steeds meer afgestemd op de resultaten uit het ­kennismodel. WML is inmiddels dermate overtuigd van de aanvullende kwaliteitsinzichten uit de clusteranalyse, dat de strategie van 1,25% sanering per jaar de komende jaren meer wordt ingevuld met de bevindingen uit de clusteranalyse.

Hiermee heeft WML als één van de eerste Nederlandse drinkwaterbedrijven alle elementen van ­datagedreven assetmanagement geïmplementeerd die nodig zijn om de Deming cirkel (plan-do-checkact) uit de ISO-55001 standaard te kunnen sluiten, namelijk dataregistratie en -integratie, modellering, besluitvorming en afstemming van werkzaamheden.

WML acht de clusteranalyse zeer bruikbaar en waardevol voor het maken van de kortetermijn-saneringsplannen. Voor het opstellen van de saneringsplannen voor middellange en lange termijn is het kennis­ model TransparantNL juist meer geschikt. Door deze kennismodellen te combineren wordt in de komende jaren naar een optimum gezocht. WML benadrukt wel dat het beslissingsondersteunende modellen blijven – en geen glazen bollen.

Richard Peerboom (WML), Ignaz Worm en Jurjen den Besten (Spatial Insight), Geert Linssen (WML)

SAMENVATTING Het Limburgse drinkwaterbedrijf WML en consultant Spatial Insight sluiten met dit onderzoek de cirkel van het genereren, bewerken en gebruiken van data in het managen van drinkwaterleidingen (plan-do-check-act). Gecombineerde asset- en storingsdata leiden tot de optimale verhouding tussen prestatie, kosten en risico’s van het distributienet. Datagedreven assetmanagement dus, dat gebruik maakt van geïntegreerde ruimtelijke data en data-sciencetechnieken zoals ­machine learning en regressieanalyse. De hiermee aangepaste vervangingsstrategie vermindert de overlast voor de burger én de maatschappelijke kosten van het beheer van ondergrondse infrastructuur.

15

Maatschappelijke winst datagedreven assetmanagement

16

WATER MATTERS

iStockphoto

Hoogwater in de IJssel

AUTEURS

Bas Kolen (HKV)

Matthijs Kok (TU Delft / HKV)

VIJF GROTE VERBETERINGEN VOOR DE INSCHATTING VAN OVERSTROMINGSKANSEN Sinds 2017 werkt het Rijk met nieuwe wettelijke normen voor de primaire ­waterkeringen: rivierdijken, zeedijken en duinen. De overgangsfase van de oude naar de nieuwe systematiek is nog volop gaande. De geschatte faalkansen blijken soms echter duidelijk te hoog uit te pakken, en plannen voor dijkver­hoging onnodig ingrijpend. In dit artikel zoeken we naar manieren om te komen tot meer realistische overstromingskansen. Dit maakt een beter ­ontwerp van waterkeringen mogelijk.

De nieuwe systematiek voor de periodieke beoordeling en versterking van primaire keringen is gebaseerd op een risicobenadering. Via scenario’s wordt een inschatting gemaakt van de kans op en de gevolgen van meerdere mogelijke overstromingen. Essentieel is de onzekerheid: zowel sterkte en belasting van keringen als de gevolgen van ­overstromingen zijn onzeker. De wetgever heeft besloten om de risicomethode niet in zijn geheel in de Waterwet onder te brengen, maar om voor primaire waterkeringen maximaal toelaatbare overstromingskansen op te nemen. Dat is wel gebaseerd op de risicobenadering: daar waar de gevolgen groot zijn, zijn de eisen ook scherper. Een Beoordelingsinstrumentarium, het WBI, moet de beheerder ondersteunen. Echter, de inhoud en de toepassing van dit instrumentarium bevat nog vele uitdagingen (ENW, 2020).

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

17

Afbeelding 1. Fragility Curves beschrijven de faalkans van een waterkering als functie van de waterstand. De kansbijdrage van verschillende klassen van waterstanden kan worden vergeleken met metingen, kennis en ervaring en zo worden bijgesteld

De centrale vraag in dit artikel is hoe de inschatting van overstromingskansen beter kan, en wat dit in de praktijk betekent voor het beoordelen en ontwerpen van waterkeringen. We focussen hierbij op 5 geselecteerde thema’s: ‘de Big5’. Op basis van een groslijst van mogelijke verbeteringen zijn door experts vanuit verschillende disciplines (risicomethodiek, hydrauliek en geotechniek) de Big5-onderwerpen bepaald: toepassing van fragility curves, een aanscherping van de faaldefinitie voor piping, tijdsafhankelijkheid voor bekledingen en macrostabiliteit, modelonzekerheden en het lengte-effect.

De voorgestelde verbeteringen zijn gebaseerd op ­ervaringen met het WBI en kennis over de achterliggende gegevens en modellen. Bij de uitwerking van concrete cases hebben we nauw samengewerkt met waterschappen. Een volledig overzicht van de opzet van het onderzoek is te vinden op https://mangrove.hkvservices.nl/big5/.

Casus ‘Fragility Curves’ Het huidige WBI-instrumentarium is grotendeels gebaseerd op een semi-probabilistische benadering.

Dat betekent dat beoordelingen en ontwerpen zijn gebaseerd op één zorgvuldig gekozen combinatie van waterstand en golfhoogte. Dat heeft 2 nadelen.

Ten eerste constateerde het ENW (2019) dat deze ­benadering geen handvat biedt voor de beheerder als de uitkomst een onrealistisch resultaat oplevert. Ten tweede krijgt de beheerder geen inzicht in het gedrag van de ­waterkering bij andere waterstanden, terwijl dat essentieel is voor bijvoorbeeld crisisbeheersing.

Voor beide nadelen biedt het werken met fragility

JUNI 2021

curves een oplossing, zeker wanneer de berekende faalkansen relatief hoog zijn.

Fragility Curves beschrijven de faalkans van een waterkering als functie van de waterstand (afbeelding 1). Het is relatief gemakkelijk om Fragility Curves te maken en bij te stellen (Kanning en Schweckendieck, 2017). Het resultaat is een betere duiding van de faalkans en een praktisch handvat om op eenduidige wijze beheerderskennis in te brengen en modeluitkomsten te verifiëren. Dit kan leiden tot aanscherping (en begrip) van de schematisatie van waterkeringen en het oordeel. Op termijn kunnen naast waterstanden ook andere belastingen meegenomen worden in een multidimensionale Fragility Curve.

Casus ‘Faaldefinitie voor piping’ Binnen de huidige systematiek is de berekende faalkans voor een faalmechanisme niet gelijk aan de overstromingskans. Er bestaat dus ‘ruimte’ tussen de toegepaste definitie van falen (waarop de faalkans wordt berekend) en een overstroming, deze wordt ‘reststerkte’ genoemd. In de casus ‘Faaldefinitie voor piping’ is onderzocht hoe deze reststerkte kan worden ingevuld en meegenomen.

Door de WBI-definitie van falen in deze zin bij te stellen, wordt de berekende faalkans realistischer. Met pro­babilistische analyses kunnen de diverse deel­ mechanismen van piping (opbarsten, heave, terugschrijdende erosie) in samenhang worden beschreven, wat beter recht doet aan de fysische processen.

De faalkans kan dan worden bepaald bij verschillende belastingduren, door rekening te houden met de respons en de pipegroei. Zo wordt ook de ‘educated

Overstromings­ kansen: vijf ­verbeteringen

16

18

WATER MATTERS

Figuur 2. Illustratie van huidige faaldefinitie voor een aanwezige pipe obv de formule van Sellmeijer (links) en doorgegroeide pipe volgens de nieuwe faaldefinitie uitgewerkt in de BIG5 (rechts)

guess’ dat piping bij korte belastingen minder relevant is, meegenomen.

Aanbeveling voor de dijkbeheerders is dan ook om de huidige WBI-faaldefinitie van piping uit te breiden met tijdsafhankelijkheid, en daarbij bewust te kiezen welke deelmechanismen gekwantificeerd worden.

Hierover is al veel bekend. Dit advies geldt ook voor Rijkswaterstaat, die een belangrijke rol speelt in het verspreiden van de bestaande kennis.

Casus ‘Tijdsafhankelijkheid voor bekledingen en macrostabiliteit’ Macrostabiliteit betreft het gevaar van afschuiven van grote delen van een dijk langs schuifvlakken.

Onrealistisch hoge faalkansen voor ­macrostabiliteit komen o.a. voort uit conservatieve keuzes in de geohydrologische schematisatie. Bij het bepalen van de ­waterspanningen in en onder de dijk, wordt nu uitgegaan van een constante waterstand tegen de dijk.

Hierbij houdt men geen rekening met het feit dat deze waterspanningen tijd nodig hebben om op te bouwen, en dat een hoog­water slechts een beperkte tijd tegen de dijk staat.

In ons BIG5-onderzoek hebben we een tijdsafhankelijke benadering uitgewerkt. Op basis van een schematisatie van een waterstandsverloop analyseren we hoe de waterspanningen in en onder de dijk hierop reageren. Zo ontstaat een meer realistisch beeld van de waterspanningen.

Een tijdsafhankelijk benadering leidt bij een probabilistische berekening tot een lagere faalkans dan in de standaard aanpak (de zgn. ‘quasi-stationaire ­analyse’). De waterspanningen in en onder de dijk pakken lager uit. Wel zijn deze tijdsafhankelijke analyses nog bewerkelijk en ze kosten veel tijd.

Ook de faalkansen volgend uit de beoordeling van grasbekledingen op het buitentalud (faalmechanisme

GEBU) zijn vaak relatief hoog en niet in lijn met de beheerderservaring. De volgende vereenvoudigingen zijn mogelijk: • eenduidiger verwerking van golfbelasting en water­ standsverloop. Nu resulteren zeer verschillende gebeurtenissen (storm, hoogwater, combinaties hiervan) in één maatgevende combinatie en daardoor een onrealistische belasting; • een eenvoudiger faaldefinitie. Nu geldt dat de dijk ‘faalt’ op het moment dat de erosiediepte groter is dan 50 centimeter na falen van de grasbekleding.

In werkelijkheid zal ook de resterende klei- of zandkern van de dijk moeten eroderen voordat een overstroming plaatsvindt. Deze reststerkte wordt nu nog niet meegenomen.

Advies aan de dijkbeheerder in geval van een onrea­ listisch grote faalkans is, om een probabilistische aanpak te volgen voor waterstands- en golfverlopen, en het reststerktemodel toe te passen om de verdere erosie mee te nemen.

Casus ‘Modelonzekerheden Hydraulische Belasting’ Bij beoordeling en ontwerp van waterkeringen in ­Nederland wordt de modelonzekerheid in de waterstanden verwerkt, door die als een extra stochastische variabele te beschouwen. De huidige waterstands- frequentielijnen, inclusief modelonzekerheid, komen lang niet altijd overeen met fysische inzichten, wat kan leiden tot een onrealistische toename van normwaterstanden (tot 0,5 m). De bijbehorende overschrijdingskans van een bepaald waterstands­niveau kan hierdoor wel een factor 100 groter uitpakken dan zonder deze modelonzekerheid. Deze kansfactor werkt vervolgens door in het oordeel over bijvoorbeeld piping en macro­stabiliteit.

Recent heeft Rijkswaterstaat in het onderzoeksproject ‘Kennis voor Keringen’ hiernaar gekeken. Dit

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

heeft geleid tot een aangescherpte en veelal lagere standaard­afwijking van de modelonzekerheid in de waterstand. Dit resulteert in andere waterstands­ frequentielijnen en dus andere overstromingskansen van een kering. Uit ons onderzoek blijkt dat in de huidige semi-pro­babilistische aanpak het effect van deze ‘nieuwe’ modelonzekerheden nauwelijks doorwerkt in de berekende faalkans. Dat komt door de aanpak zelf.

Met een andere, nl. probabilistische aanpak blijkt dit effect wél mee te wegen met als resultaat een lagere faalkans. We adviseren om, in gebieden waar aangescherpte ­modelonzekerheden beschikbaar zijn of waar faalkansen als groot worden ervaren, de nieuwe modelonzeker­heden probabilistisch te gebruiken.

ting van de overstromingskans door de keringbeheerder (met name het waterschap) een scherper beeld van de waterveiligheid in Nederland. De cases tonen aan overstromingskansen tot een factor 100 kleiner kunnen uitpakken.

Ten tweede wordt de veiligheidsopgave voor een versterking veel kleiner en soms kan hij zelfs hele­ maal achterwege blijven. Dat geeft aanzienlijke besparingen (miljarden euro’s!) in het Hoog Water BeschermingsProgramma en minder overlast voor omwonenden.

En tenslotte kunnen de inzichten door Rijkswaterstaat gebruikt worden om op korte termijn het beoordelingen ontwerpinstrumentarium te verbeteren.

Casus ‘Lengte-effect’ Het lengte-effect houdt in dat de faalkans van een lange kering altijd groter is dan van een vergelijkbare korte kering. Hieraan liggen meerdere oorzaken ten grondslag. Toepassen van WBI 2017 op het niveau van hele dijktrajecten (tientallen km) leidt vaak tot (onrealistisch) grote overstromingskansen, vooral voor piping en binnenwaartse macrostabiliteit. In het BIG5-onderzoek hebben we geanalyseerd hoe het lengte-effect binnen dijkvakken én de correlaties tussen dijkvakken, invloed uitoefenen op de overstromingskans op dijktrajectniveau. Als eerste hebben we het lengte-effect gecombineerd met een bewezen sterkte op doorsnede niveau. In het verleden zijn een deel van de Nederlandse waterkeringen ­regelmatig zwaar belast zonder dijkdoorbraken. Rekening houdend met het lengte-effect kan zo een vorm van bewezen sterkte op dijktraject­niveau worden afgeleid voor een faalmechanisme.

Als tweede is gebleken dat opdelen van grotere vakken in kleinere weliswaar tot een scherper beeld kan leiden, maar ook tot onderlinge afhankelijkheid van de dijkvakken, waardoor de faalkans op trajectniveau wordt overschat. Het advies is om bij het uitvoeren van een beoordeling rekening te houden met de invloed van de vakgrootte op het lengte-effect.

Bas Kolen (HKV) en Matthijs Kok (TU Delft / HKV)

Conclusies De betekenis van het BIG5 onderzoek voor de praktijk is drieledig. Ten eerste geeft een scherpere inschat-

JUNI 2021

Bronnen ENW, 2020. Naar geloofwaardige overstromingskansen.

Expertise Netwerk Waterveiligheid, Februari 2020. https://www.enwinfo.nl/adviezen/advies-overstromingskansen/ HKV, 2021. Resultaten BIG 5 en doorkijk naar lopende beoor­ delingen en ontwerpen, BOI en KvK. RO0916.10, 8 Januari.

Kanning, Wim en Timo Schweckendiek, 2017. Handreiking ­Faalkansanalyse en Faalkans Updating Groene Versie Macrostabiliteit Binnenwaarts. Deltares, 11200575-014

SAMENVATTING Sinds 2017 zijn de normen voor de primaire waterkeringen geformuleerd als overstromingskansen. De overgang naar deze aanpak is volop in ontwikkeling en in dit artikel laten we zien welke substantiële verbeteringen mogelijk zijn. Deze verbeteringen zijn direct in de praktijk getoetst, en daaruit blijkt dat in de onderzochte cases een reductie van een factor 2 tot zelfs 100 in de overstromingskans mogelijk zijn.

19

Overstromings­ kansen: vijf ­verbeteringen

20

WATER MATTERS

De doseerinstallatie voor poederkool in het full scale PACAS demonstratieproject op de rwzi Papendrecht AUTEURS

Mirabella Mulder Herman Evenblij (Mirabella Mulder Waste (Royal HaskoningDHV) Water Management)

Arnoud de Wilt (Royal HaskoningDHV)

LOST IN TRANSLATION GEBRUIK ZWITSERSE EN DUITSE KENTALLEN BIJ VERWIJDERING MICROVERONTREINIGINGEN UIT RIOOLWATER Bij de implementatie van maatregelen voor vergaande verwijdering van ­organische microverontreinigingen uit rioolwater wordt gebruik gemaakt van ervaringen in Duitsland en Zwitserland, waar men al een stuk verder is op dit vlak. Regelmatig blijkt dat een kental uit het buitenland niet zomaar op de Nederlandse situatie geplakt kan worden. In sommige studies worden appels met peren worden vergeleken. Er valt nog veel te leren.

Ingenieurs zijn dol op kentallen: wat zijn de kosten per kuub, wat zijn de verbruiken in gram poederkool of ozon per kuub en wat is het energieverbruik in kWh en de CO2-emissie per kuub of inwonerequivalent? Hoe verhouden de investeringen zich tot de exploitatiekosten?

Die kentallen helpen ons om ervaringen die elders zijn opgedaan te projecteren op de eigen situatie. Het is een vertaalsleutel en doorgaans werkt dat heel goed.

Specifiek op het gebied van microverontreinigingen wordt veel praktijkinformatie uitgewisseld tussen Zwitserland, Duitsland en Nederland, al is dit voornamelijk eenrichtingsverkeer richting Nederland. In de afgelopen jaren zagen we een ontwikkeling in de diverse aspecten van microverontreinigingen waarop eerst met name van de Zwitsers geleerd werd en later ook van de Duitsers. Initieel was er vooral behoefte aan technologische ervaringen. Het ging er eerst om te bepalen welke technieken werken, en wat de haalbare verwijderings-

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

rendementen zijn. Vervolgens verschoof de aandacht naar engineering, met vragen over de te bouwen ­installaties, zoals capaciteiten en daaraan gerelateerde kosten. Als laatste komt er steeds meer aandacht voor de impact op duurzaamheidsambities van de gebruiker, voornamelijk uitgedrukt als CO2-voetafdruk.

In Zwitserland en Duitsland is de keuzevrijheid veel beperkter. Over het algemeen zijn de Zwitserse eisen en ook de Duitse richtlijnen dus strenger dan in ­Nederland. Dit is alvast een belangrijk verschil waarmee rekening gehouden dient te worden bij de vertaling van Zwitserse en Duitse kentallen.

Aanpak Dit artikel presenteert de kentallen uit de Duitstalige literatuur en vergelijkt deze met de Nederlandse kentallen, zoals gepubliceerd in STOWA-rapporten (zie de referentielijst). We hanteren daarbij de volgorde zoals in de vorige paragraaf geschetst: 1. Techniek en Technologie; 2. Engineering en Kosten en 3. Duurzaamheid. Telkens analyseren we waar de gevonden verschillen vandaan komen en bespreken we de factoren die de bruikbaarheid van de betreffende kentallen bepalen. Voor een aantal kentallen wordt een voorstel gedaan hoe deze in de Nederlandse situatie het beste te gebruiken zijn en wat de bandbreedte voor de Nederlandse situatie is.

De geraadpleegde bronnen van de Duitstalige kentallen zijn artikelen uit Duitstalige vakliteratuur, de twee Kompetenzzentren in Baden-Württemberg en Nord-Rhein Westfalen en de website van het Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute.

Techniek en Technologie Tabel 1a geeft een overzicht van de relevante technische en technologische kentallen. Deze bepalen hoeveel ozon of actiefkool benodigd is voor de gewenste verwijdering van microverontreinigingen en daarmee de te installeren doseercapaciteit in kg ozon of PAK per uur.

Voor zowel ozon als PAK geldt dat deze weliswaar reageert met microverontreinigingen, maar ook met andere in het water aanwezige verbindingen zoals nitraat en organische macromoleculen, als humus­ zuren. Deze organische macromoleculen (vaak gepresenteerd als DOC, dissolved organic carbon) zijn in een 1.000 tot 100.000 maal hogere concentratie aanwezig dan microverontreinigingen en bepalen vrijwel volledig de benodigde overdosering van ozon en PAK om vervolgens ook de microverontreinigingen aan te pakken. Door allerlei oorzaken blijkt het gehalte DOC in Zwitsers afvalwater significant lager te liggen dan in Nederland. Daarnaast is de bandbreedte ervan binnen Nederland groter. Door de dosering weer te geven als gram ozon of actiefkool per gram DOC wordt dit probleem ondervangen.

Echter, ook als we kijken naar de DOC-­specifieke dosering zien we een aanmerkelijk verschil: in Zwitserland wordt per gram DOC tot 30% minder ozon g ­ edoseerd dan volgens Nederlands onderzoek noodzakelijk is in de Nederlandse situatie. Dit wordt, behalve door de reeds genoemde rendementsdoelstellingen, waarschijnlijk veroorzaakt door een andere samenstelling van de DOC. Vanwege deze hogere dosering is het energieverbruik en de CO2-voet­ afdruk per kuub in Nederland hoger. Daarnaast heeft dit ook direct invloed op de vorming van bromaat tijdens ozonisatie. De vorming van dit ongewenste product neemt toe bij hogere ozondosis. Voor zowel PAK als GAK heeft een lagere DOC-concentratie ook een positieve impact op de doseerhoeveelheid en de

Oxidatie en adsorptie Momenteel zijn er hoofdzakelijk twee technologieën die voor de verwijdering van ­microverontreinigingen grootschalig worden ingezet: oxidatie (meestal met ozon), en adsorptie (meestal met actiefkool in poeder­vorm (PAK) of granulaire vorm (GAK). In dit ­artikel zullen kentallen van deze technologieën worden besproken.

In Zwitserland en enkele Duitse deelstaten wordt voor een selectie gidsstoffen een verwijderingsrendement van 80% over de gehele rwzi nagestreefd. Deze gidsstoffen zijn deels dezelfde als de in Nederland aangewezen gidsstoffen, maar niet exact dezelfde.

Daarnaast mikken wij in Nederland met de richtlijnen vanuit het ministerie van IenW op een rendement van 70%. In Nederland dient het 70% rendement behaald te worden voor 7 van 11 gidsstoffen; de keuze van deze gidsstoffen is vrij voor elk genomen monster.

JUNI 2021

21

Buitenlandse ­kentallen micro­ verontreiniging

20

22

WATER MATTERS

Tabel 1. Vergelijking van kentallen voor technologie, kosten en duurzaamheid voor vergaande verwijdering van medicijnresten uit afvalwater.

1 Verwijderingsrendement effluent rwzi ten opzichte van influent rwzi inclusief bypass niet behandelde deelstroom.

2 Bij contacttijd van 30 minuten. 3 Gemiddelde mix voor heel Nederland. 4 Diverse hernieuwbare materialen waaronder hout, kokosschalen en afval van MDF (STOWA 2020-19)

GAK-standtijd, maar het effect lijkt minder uitgesproken dan bij ozon.

Engineering en kosten Ter illustratie zijn de verschillen tussen de Nederlandse en Duitstalige kentallen voor kosten gepresenteerd in tabel 1. Dit roept meteen de vraag op: waarom is het in Duitsland goedkoper? De vergelijking van kostenkentallen is zelfs binnen Nederland een lastige klus, laat staan in internationale context. Het kan hierbij op heel veel manieren misgaan. Vandaar

dat binnen het Innovatieprogramma Microverontreinigingen (IPMV) strikte afspraken zijn gemaakt over de manier waarop kosten worden vergeleken, namelijk binnen een vooraf bepaalde fictieve casus voor een rwzi van 100.000 i.e.

Bij een vergelijking van stichtingskosten komt het aan op zaken als de gehanteerde reservestelling, de bouwwijze, het type ondergrond en veiligheidsvoorzieningen, wat weer een relatie heeft met wettelijke ­eisen en locatiespecifieke klantwensen, etc. Daarnaast speelt een belangrijke rol waar de systeemgrenzen liggen. Al deze factoren bepalen de teller van het kental kosten per kubieke meter.

Verder is van belang om na te gaan wat er precies is opgenomen in de noemer van het kental, om welke kubieke meters gaat het precies? Het maakt ­daarbij verschil of de beschouwde rwzi ontworpen is op droogweeraanvoer of een hogere capaciteit inclusief (een gedeelte van) de piek bij regenweeraanvoer.

In het IPMV is afgesproken om de kosten alleen te betrekken op het daadwerkelijk behandelde v­ olume.

Bij de buitenlandse presentaties van kentallen wordt er echter vaak voor gekozen om de kosten van nageschakelde behandeling toch om te slaan over het totale debiet (het behandelde en het onbehandelde deel samen).

Als laatste blijkt dat er verschillend wordt omgegaan met het verdisconteren van investeringen en operationele kosten, waarbij met name de wijze van de berekening van investeringslasten zeer bepalend is (gehanteerde afschrijvingsmethodiek, rentevoet), en de berekening van onderhoudskosten. De vertaling van kostenkentallen is dus onmogelijk zonder kennis van de gehanteerde systematiek, afschrijvingstermijnen, rentepercentages, en aannames voor onderhoudskosten.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

Duurzaamheid De belangrijkste maat voor duurzaamheid is op dit moment de equivalente CO2-uitstoot van de beschouwde activiteit. In tabel 1 zijn de meest bepalende kentallen opgenomen. Hieruit blijkt dat de CO2-emissie van elektriciteit in Zwitserland beduidend lager is dan in Nederland. Dit heeft uiteraard te maken met de manier van opwekken. In tegenstelling tot de Zwitserse mix bevat de Nederlandse mix vooralsnog een zeer gering aandeel groene energie.

De verschillen in CO2-emissie van elektriciteit werken ook door in een aantal andere kentallen zoals die voor productie van vloeibare zuurstof en activatie en regeneratie van actiefkool. Voor GAK is het voornaamste verschil gerelateerd aan het elektriciteitsverbruik voor activatie en regeneratie. In overige aspecten zoals steenkoolwinning en transport zitten praktisch geen verschillen. Aangezien PAK niet geregenereerd kan worden, verschillen de CO2-voetafdrukken veel minder, deze zijn dan voornamelijk gerelateerd aan een andere effluentsamenstelling op het gebied van DOC. Naast de kentallen in kg CO2 per kWh of kg kool zijn het ook de technologische verschillen die de duurzaamheidskentallen in kg CO2 per kubieke meter rioolwater sterk beïnvloeden. Het effect van een hogere ozondosis of langere GAK-standtijd door bijvoorbeeld een hogere DOC-concentratie verslechtert de duurzaamheidsscore al snel met tientallen procenten.

Conclusie Kentallen voor zuiveringstechnologie voor de verwijdering van microverontreinigingen uit rioolwater hebben geen universele geldigheid, ze hebben vertaling nodig. Het werken met kentallen per m3 en het extrapoleren hiervan leidt tot onjuiste keuzes in de afweging van technologieën. De auteurs roepen daarom eenieder op vooral zelf na te gaan wat op basis van de lokale specifieke situaties op rwzi’s de beste technologiekeuze is en welke kosten en CO2-voetafdruk dit met zich meebrengt. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van kentallen uit binnen- en buitenland, maar deze moeten dan wel zorgvuldig worden vertaald.

Zo worden varianten op de juiste manier met elkaar vergeleken en kunnen investeringsbeslissingen beter worden onderbouwd.

JUNI 2021

23

Mirabella Mulder (Mirabella Mulder Waste Water ­Management), Herman Evenblij en Arnoud de Wilt (Royal HaskoningDHV) Bronnen • STOWA 2015-27 Verwijdering van microverontreinigingen uit effluenten van RWZIs • STOWA 2017-36 Verkenning technologische mogelijkheden voor verwijdering van geneesmiddelen uit afvalwater • STOWA 2018- 02 PACAS – Poederkooldosering in actiefslib voor verwijdering van microverontreinigingen • STOWA 2018-46 Zoetwaterfabriek AWZI de Groote Lucht: pilotonderzoek ozonisatie en zandfiltratie.

• STOWA 2018-67 Proof of Conept en laboratoriumonderzoek verwijdering microverontreinigingen uit rwzi-effluent met het O3-STEP filter.

• De haalbaarheidsstudies in het Innovatieprogramma ­Microverontreinigingen uit Water, van STOWA en ministerie van IenW, zie hier • STOWA 2020-41 Pilotonderzoek vergelijking oxidatieve technieken effluent rwzi Aarle-Rixtel • URL's websites www.micropoll.ch www.koms-bw.de www.dwa-nrw.de

SAMENVATTING Ervaringen uit Duitsland en Zwitserland worden gebruikt bij de implementatie van maatregelen voor vergaande verwijdering van organische microverontreinigingen uit rioolwater. Regelmatig blijkt dat een kental uit het buitenland niet zomaar op de Nederlandse situatie geplakt kan worden. Dit artikel presenteert de kentallen over techniek en technologie, kosten en duurzaamheid uit de Duitstalige literatuur en vergelijkt deze met de Nederlandse kentallen. Hieruit blijkt deze kentallen geen universele geldigheid hebben, ze vereisen vertaling. De auteurs roepen daarom eenieder op vooral zelf na te gaan wat op basis van de lokale specifieke situaties op rwzi’s de beste technologiekeuze is en welke kosten en CO2-voetafdruk dit met zich meebrengt.

Buitenlandse ­kentallen micro­ verontreiniging

24

WATER MATTERS

Foto Thomas Kroon

Geregeld hebben natuurvriendelijke oevers een vrij scherpe, onnatuurlijke overgang van oeverzone naar waterzone. De oevervegetatie bestaat hier voornamelijk uit riet, in het water gele plomp AUTEURS

Michiel Verhofstad (FLORON)

Edwin T.H.M. Peeters (WUR)

Jelger Herder (RAVON)

Jeroen van Zuidam (FLORON, RAVON)

EEN NATUURVRIENDELIJKE OEVER HOUDT NIET OP BIJ DE WATERLIJN In natuurvriendelijke oevers (NVO’s) ontstaat in het begin vaak een d ­ iverse vegetatie. Maar wat voor planten groeien er na enkele jaren en wat is de natuurwaarde ervan? Welke vissen en andere waterdieren leven er? En wat is de invloed op de waterkwaliteit? Natuurorganisaties FLORON en RAVON doen samen met de WUR een landelijk onderzoek naar nut en noodzaak van ­natuurvriendelijke oevers.

De laatste decennia zijn vele honderden kilometers aan natuurvriendelijke oevers (NVO’s) aangelegd en elk jaar komen er nieuwe bij. Vaak was het concrete doel het verhogen van de waterkwaliteit volgens de Kaderrichtlijn Water (een hoge KRW-score). Sinds 2017 onderzoeken FLORON, RAVON en de WUR, gefinancierd door waterschappen, provincies en de STOWA, op een gestandaardiseerde manier hoe NVO’s het op den duur doen. Tot op heden zijn 61 NVO’s onderzocht; allen op oever- en waterplanten, 52 op vis en 30 op macrofauna.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

25

Afbeelding 1. Gemiddeld aantal plantensoorten (± SE) aangetroffen in de oeverzone (links) en waterzone (rechts) van een natuurvriendelijke oever (NVO, groen) t.o.v. een referentie (REF, geel). Meestal zijn oevers 2 jaar op rij bezocht: soortenlijsten van beide monsterjaren zijn gecombineerd. (Statistiek: p=0.001-0.01: **; p=0.01-0.05: *; p>0.05: ns. One-sample T-test op het verschil tussen NVO en bijbehorende referentie (μ=0).)

Natuurvriendelijke en niet-heringerichte oevers In dit onderzoek vergelijken we NVO’s met nabijgelegen, niet-heringerichte referentie oevers (hierna: ­referenties). Hieruit blijkt dat vooral de oeverzone profiteert van de aanleg van een NVO. Het moeras­ areaal is vergroot en er groeien gemiddeld meer plantensoorten in de oeverzone dan bij de referentie (afbeelding 1). Wat betreft de waterzone zijn er gemiddeld geen statistisch significante verschillen in aantal plantensoorten en in bedekking met waterplanten. Het aantal macrofauna taxa was gemiddeld significant hoger bij NVO’s in kanalen, maar niet in sloten en beken. Bij NVO’s werd gemiddeld 1 vissoort meer aangetroffen dan bij de referenties. Dat is procentueel vergelijkbaar met de toename van plantensoorten in de oeverzone. Uit recent onderzoek in Noord-Holland blijkt dat NVO’s meer juveniele vis kunnen herbergen dan een, met damwanden beschoeide, kanaaloever.

Opvallend is dat de overgang tussen oever en water vaak vrij scherp was, ook bij de NVO’s. Hierdoor was de ruimtelijke variatie beperkt, zowel horizontaal (parallel aan de watergang) als verticaal (dwars op de watergang) (afbeelding 2). Deze uniformiteit, als gevolg van de vaak ‘strakke’ aanleg, kan bijdragen aan een lagere diversiteit aan flora en fauna. Verder lijkt ook de waterkwaliteit (ingeschat op basis van vegetatie en macrofauna) ook een rol te spelen bij NVO’s met beperkte plantendiversiteit.

Hoe kan het beter?

Op basis van deze resultaten adviseren we om bij aanleg en beheer van een NVO niet alleen op de

JUNI 2021

oeverzone te focussen maar ook op de waterzone.

De waterzone is erg belangrijk voor de KRW-beoordeling, maar profiteert doorgaans nog te ­weinig van NVO’s. Dit blijkt ook uit de scores voor de ­waterkwaliteitsbeoordeling, de zogenaamde Ecologische KwaliteitsRatio (EKR), waarmee de ecologische kwaliteit kan worden ingeschat. Die waren bij de NVO’s gemiddeld niet veel hoger waren dan in de nabijgelegen referenties. (let wel: de EKR is niet ontworpen voor de evaluatie van individuele NVO’s).

In strak aangelegde NVO’s zijn alsnog kansen voor een hogere ecologische waarde, bijvoorbeeld door meer ruimtelijke variatie te realiseren. Met verschillende waterdieptes, zowel ondiep als dieper (open) water, kunnen extra leefplekken voor diersoorten en voor verschillende groeivormen van waterplanten gecreëerd worden. Vanuit de KRW is de aanwezigheid van verschillende groeivormen van waterplanten in de meeste watertypen gewenst.

Beheer vaak uniform Uit navraag bij enkele waterbeheerders bleek, dat het beheer van de waterzone bij een NVO vaak op dezelfde wijze gebeurt als bij de nabijgelegen referentie.

Dat wetende, ligt het voor de hand dat er onderwater relatief weinig verschillen te vinden zijn. Wanneer de helofyten als ‘grens’ worden aangehouden bij het beheer van water en oever, dan is het goed denkbaar dat hierdoor op den duur een homogene, rechte strook helofyten naast de watergang ontstaat (afbeelding 2 rechts). Als de oeverzone van de NVO niet, of zeer extensief, wordt beheerd, kan er bovendien een scherpe overgang tussen land en water ontstaan.

Nut en noodzaak natuurvriendelijke oevers

24

26

WATER MATTERS

Afbeelding 2. Voorbeelden van natuurvriendelijke oevers met veel (links), matig (midden), tot vrijwel geen (rechts) ruimtelijke variatie. Zowel de NVO’s links als midden hadden nog een aardige soortenrijkom van oeverplanten, de NVO rechts niet. Vaak zagen de NVO’s eruit zoals op de middelste of rechter foto, zeker als de productiviteit hoog was en frequent beheer van de watergang nodig werd geacht voor de doorstroom

De oeverzone verlandt, terwijl de intensief beheerde water­zone open/diep blijft, ook als de overgang van land naar water ooit geleidelijk en/of grillig was.

Gericht ontwerp en beheer Bij het ontwerpen van NVO’s is het belangrijk om scherp voor ogen te hebben wat de doelen zijn: is de wens een rietmoeras voor vogels, een ecologische verbindingszone en/of een goede score voor de KRW? Het ontwerp moet aansluiten bij de doelen én de lokale omstandigheden. Na de aanleg is het belangrijk om uit te zoeken welk beheer nodig is om het streefbeeld te behouden. Denk aan experimenten met verschillende beheerfrequenties en met ruimtelijke patronen van gefaseerd beheer (maaien en schonen).

Neem hier genoeg tijd voor, ten minste enkele jaren.

Daarbij is flexibiliteit nodig, want het effect van beheer kan per jaar verschillen, bijvoorbeeld door een droge of juist hele natte zomer.

De water- en bodemkwaliteit, en daaraan gekoppeld de productiviteit, kan een goede ecologische toestand van een oever in de weg staan (uitgaande van de KRW-doelen). In het onderzoek troffen we bij NVO’s regelmatig troebel water aan, met als gevolg weinig tot geen onderwaterplanten. Langs een voedselrijke sloot is bovendien een hoge helofytenvegetatie te verwachten. In zo’n hoge vegetatie vinden we vaak vooral algemene soorten die minder gewenst zijn voor de KRW. In het onderzoek zijn we zelfs NVO’s tegen­ gekomen waarbij de soortenrijkdom en de EKR-score lager waren dan bij de referenties (die meer open waren). Een explosief groeiende oevervegetatie van

hoge planten kan voor inval van organisch materiaal zorgen en ook de watergang zelf beschaduwen, wat de groei van onderwaterplanten verder kan belemmeren.

De abiotische omstandigheden en de lokale soorten­ pool (inclusief migratiemogelijkheden) zullen de potentie van een herinrichting bepalen. Het beheer beïnvloedt vervolgens of die potentie wordt verzilverd.

Mogelijk moet je voor een maximaal effect van de herinrichting eerst iets anders doen, zoals nutriënteninstromen saneren of vismigratie faciliteren. Het is kortom belangrijk om meetbare doelen te stellen en op landschapsschaal te kijken waar je wat wilt én kunt bereiken. Dat kan bijvoorbeeld variëren van een rietmoeras op de ene (vieze) plek en een open, meer diverse, vegetatie met zeldzamere soorten op de andere (schone) plek.

Inrichtingsmaatregelen Er is geen maatregel die altijd en overal het gewenste resultaat zal opleveren. We hebben te maken met verschillende watertypen, lokale condities en verschillende doelen.

NVO’s in stilstaand water Bij stilstaande wateren is het advies om een bredere, flauwere en onbeschoeide NVO aan te leggen, als de waterbeschikbaarheid het toelaat. Dit vergroot de kans op een hogere soortenrijkdom aan planten in de oeverzone. Laat daarbij de NVO ook onder water doorlopen voor de flora en fauna in het water. Bij risico op ongewenste oevererosie is een deels open

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

vooroeverbeschoeiing mogelijk. Daarachter - dus verder weg van de oever - dient dan, naast ondiep, ook dieper water aanwezig te zijn (minimaal 20 cm voor vissen). Zo kunnen er, ten minste her en der, ook ondergedoken waterplanten groeien waarvan vis en macrofauna kunnen profiteren. De gewenste diepte hangt o.a. af van de helderheid van het water en de doelsoorten.

de waterkwaliteit én -kwantiteit de gewenste ecologische effecten ook ‘toestaan’. De waterzone verdient meer aandacht: een natuurvriendelijke oever houdt niet op bij de waterlijn.

NVO’s in stromend water Stroming handhaven in beken en kleine rivieren was een groot probleem in de droge zomers van 2018 en 2019. Echter, ook in de zomer van 2017 bleek het water in ongeveer de helft van de onderzochte beken en kleine rivieren (R-type in de KRW) niet zichtbaar te stromen. Stroming is vaak essentieel voor ­typische, stromingsminnende planten, vis en macrofauna. Vaak troffen we juist veel generalistische en/of plantminnende diersoorten aan waardoor het aandeel stromingsminnende soorten gemiddeld laag was. Dit resulteert in lagere EKR-scores. Het klimaatrobuust maken van beken en (kleine) rivieren middels het behoud van voldoende en stromend water is dan ook een belangrijke opgave voor de nabije toekomst.

In verschillende beken en kleine rivieren vonden we brede NVO’s langs de watergang. Dat kan nadelig uitpakken voor de stroomsnelheid. Hier verdienen NVO’s die de watergang niet verbreden, de voorkeur om te voorkomen dat de stroomsnelheden nog lager worden. Door (lokaal) te verondiepen en/of te versmallen kan daar meer stroming gecreëerd worden.

Versmallen kan mogelijk ook door de vegetatie uit te breiden vanuit de oeverzone.

Het, ten minste lokaal, terugbrengen van stroming kan bijdragen aan de typische variatie in beken en kleine rivieren (verschillen in stroming, substraat en vegetatie). Daarbij is het wel belangrijk om het hele systeem in het oog te houden, want versmallen of verondiepen kan bovenstrooms juist tot een lagere stroomsnelheid leiden.

Bronnen Verhofstad, M., J. Herder, E. Peeters & J. van Zuidam (2021).

Kunstmatig natuurlijk. Een evaluatie van de meerwaarde van natuurvriendelijke oever. Gegevens: 2017 t/m 2020. Rapportnr.

FL.2017.034.e2

Take home message Het weer natuurlijker maken van oevers kan een succes zijn bij voldoende variatie in abiotische omstandigheden (inrichting, ruimtelijke variatie) en als

JUNI 2021

27

Michiel Verhofstad (FLORON), Edwin T.H.M. Peeters (WUR), Jelger Herder (RAVON) en Jeroen van Zuidam (FLORON, RAVON)

Nut en noodzaak natuurvriendelijke oevers

SAMENVATTING Sinds 2017 onderzoeken FLORON, RAVON en de WUR de ecologische waarde van aangelegde natuurvriendelijke oevers (NVO’s). Vergeleken met niet-heringerichte oevers is de oeverzone van NVO’s gemiddeld breder met een rijkere vegetatie, maar in het water is er gemiddeld minder verbetering. Ook zijn veel NVO’s erg strak en recht aangelegd, en verminderden ze in beken en kleine rivieren soms de stroomsnelheid, wat ongewenst kan zijn.

Natuurvriendelijke oevers kunnen een succes zijn bij voldoende ruimtelijke variatie, én als de waterkwaliteit én -kwantiteit de gewenste ecologische effecten ook ‘toestaan’. Het water zelf verdient meer aandacht: een natuurvriendelijke oever houdt niet op bij de waterlijn.

28

WATER MATTERS

iStockphoto

AUTEURS

Michel Mulders (Arcadis)

Jelmer Tamis (Paques biomaterials)

Gerben Roelandt Stouten en Robbert Kleerebezem (TU Delft)

MEER UIT MINDER, PRODUCTIE BIOPLASTIC UIT AFVALWATER Wat is het effect van de aanwezigheid van nutriënten op het ­productieproces van polyhydroxyalkanoaten (PHA) uit afvalwater? Dat is de centrale onderzoeksvraag in een onderzoek dat een belangrijke bijdrage levert aan de ­definitie van de gewenste afvalstroomkarakteristieken voor de productie van bioplastic.

Het imago van afvalwaterstromen schuift meer en meer richting een bron van energie- en grondstoffenstroom. Afvalwaterstromen die veel organisch koolstof bevatten kunnen, door het anaeroob te behandelen, meerwaarde worden gegeven door methaan te produceren uit de aanwezige vluchtige vetzuren (VFA). Door slim gebruik te maken van wat de natuur te bieden heeft kunnen er ook andere, potentieel waardevollere, producten worden gemaakt in plaats van methaan uit deze VFA.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

29

Figuur 1. De hoeveelheid bioplastic en biomassa geproduceerd na 12 uur accumuleren met verschillende verhoudingen van CZV:nutriënt. Sterk gelimiteerd houdt in dat de CZV:nutriënt verhouding hoog is

Een van deze alternatieve producten kan de polymeergroep ‘polyhydroxyalkanoaten’ (PHA) zijn, beter bekend als een bioplastic door zijn eigenschappen die overeenkomen met die van reguliere plastics, met als belangrijkste onderscheid dat ze biologisch afbreekbaar zijn. Er zijn twee bekende routes ontwikkeld voor het produceren van bioplastic uit afvalwater: 1. Het PHARIO-proces, waarbij de natuurlijke PHA-opslagcapaciteit van actief slib uit de rioolwaterzuivering wordt ingezet om overtollig zuiveringsslib nuttig in te zetten.

2. De tweede optie, welke gebruikt is in dit artikel, is gebaseerd op het kweken van specifieke bioplastic producerende micro-organismen.

Voor de productie van methaan is de voornaamste truc het creëren van een anaerobe omgeving, dit ligt complexer voor de productie van bioplastics. Het ­productieproces van bioplastic volgens route 2 kan worden verdeeld over 2 processen. In het eerste proces wordt een deel van een VFA-rijke stroom gebruikt om bioplastic producerende micro-organismen te kweken. De kernwoorden die de selectietruc omschrijven zijn ‘snel eten en dik worden’.

Een omgeving waar dit tot zijn recht komt is het zogeheten ‘feast-famine’ regime. Substraat (VFA) wordt in de kweek batchgewijs gevoed, hierdoor worden er periodes gecreëerd waar veel substraat aanwezig is (feast) en periodes waar geen substraat aanwezig is (famine). Een bacterie die het snelst het aanwezige voedsel opeet en genoeg opslag kan maken om in de voedselarme periode te groeien wint de competitie. Vandaar ‘snel eten en dik worden’. Een kampioen ‘snel eten en dik worden’ is de bacteriesoort

JUNI 2021

­ lasticicumulans acidivorans. Deze bacteriesoort is in P staat om 9 keer zijn eigen gewicht intern op te slaan als PHA. Oftewel je hebt een dikke buik die 9 keer je eigen lichaamsgewicht is!

Accumulatieproces Wanneer de cultuur uit zoveel mogelijk van deze kampioentjes bestaat (nu nog zonder dikke buik) wordt het naar het tweede proces gestuurd, de accumulatie. In het accumulatieproces wordt het substraat zoveel mogelijk gebruikt om dik te worden en zo min mogelijk om te groeien. Een manier om dit Impact ­nutriënten op productie te forceren is door een afvalwaterstroom te pakken ­bioplastic die arm is aan een essentieel groei-nutriënt zoals ammonium of fosfaat. Doordat er geen ammonium en/of fosfaat aanwezig is in de accumulatie kan er geen groei plaatsvinden. Wanneer het substraat wordt toegevoegd aan de bacteriecultuur kan dit alleen nog richting opslag gaan, oftewel de bioplastic productie en vreet de bacterie zich vol tot eerdergenoemde 9 keer het eigen lichaamsgewicht.

Er zijn afvalwaterstromen die door een hoog chemisch zuurstof verbruik (CZV) potentieel interessant zijn voor de productie van bioplastic. Echter, de aanwezigheid van groei-nutriënten maakt het uitdagender om hier efficiënt bioplastic uit te maken omdat groei niet uitgesloten kan worden in de accumulatie.

Om meer inzichten te verkrijgen over het effect van de aanwezigheid van nutriënten in het accumulatieproces is hier in het lab onderzoek naar gedaan.

Hiertoe is er een parallel reactorsysteem gebruikt

28

30

WATER MATTERS

Figuur 2. Dezelfde startcultuur na 12 uur accumuleren in de aanwezigheid van veel of weinig nutriënten

waarbij een vooraf bestemde hoeveelheid CZV met een variërende hoeveelheid ammonium en/of fosfaat werd gedoseerd aan een cultuur verrijkt met Plasti­ cicumulans acidivorans. Hiermee kan onder andere worden onderzocht of minimale groei echt schadelijk is voor het bioplastic productieproces en hoe lang de kampioen het volhoudt omdat met groei ook opportunisten op de loer liggen.

Een beetje groei, veel bioplastic Een verrijkte cultuur met Plasticicumulans acidivorans heeft 8 tot 12 uur nodig in een ‘klassieke nutriënt gelimiteerde’ accumulatie om 90% drooggewicht (wt%) PHA te bereiken. Praktijkonderzoek heeft aangetoond dat een optimum gebaseerd op opbrengst eerder rond de 4 uur accumuleren is. In de praktijk zijn er echter geen ideale omstandigheden, zo kunnen er dus groei-nutriënten aanwezig zijn. Aangezien het gewenst is om de VFA zo efficiënt mogelijk in te zetten is het dus waardevol om uit te zoeken wat het effect is van deze nutriënten op het bioplastic proces.

Door gebruik te maken van een parallel reactorsysteem zijn met een verrijkte P. acidivorans cultuur meerdere verhoudingen CZV:nutriënt getest. Een voordeel hiervan is dat het startpunt hetzelfde is voor ieder experiment. Aangezien er verschillende verhoudingen CZV:nutriënt gekozen zijn, strekkend van zeer nutriënt gelimiteerd tot mild nutriënt gelimiteerd zijn er kaders gevonden waarin bioplastic productie mogelijk is onder verschillende omstandigheden.

Meerdere eigenschappen van het proces zijn met deze studie beter in kaart gebracht. Ten eerste is het duidelijk dat P. acidivorans onder v­ erschillende omstandigheden lang standhoudt. Alle culturen

produceerden en behielden significante hoeveelheden bioplastic tijdens accumulaties van 12 uur, waarbij de verhouding CZV:nutriënt in het substraat direct invloed had op de zuiverheid die behaald kon worden zoals geïllustreerd in figuur 1.

Te zien in figuur 1 is dat de hoeveelheid bioplastic die geproduceerd wordt onder verschillende omstandigheden grotendeels overeenkomt. Echter, de zuiver­ heden gaan drastisch omlaag van 85 naar 60 wt% in de aanwezigheid van voldoende nutriënten.

Er is aangetoond dat bioplastic zuiverheden van 60 wt% of hoger behaald kunnen worden ongeacht de aanwezigheid van nutriënten. Hierbij is het wel zaak dat het productieproces niet langer dan 6 uur duurt.

Na deze 6 uur nemen de zuiverheden af wanneer er voldoende nutriënten aanwezig zijn en wordt het proces minder rendabel. Dit zal speelruimte geven aangezien er dus een productietijd bestaat die onafhankelijk is van de nutriëntenconcentratie.

Dit fenomeen van 6 uur constante productie heeft waarschijnlijk plaatsgevonden omdat de bioplastic bacteriën net als in de kweek, getraind zijn in het heel snel kunnen eten. Hiermee kapen ze het meeste voedsel weg voor opportunisten, wanneer de bioplastic bacteriën redelijk vol zijn gaan ze langzamer eten en is er meer ruimte voor opportunisten. Daarnaast groeien de opportunisten exponentieel en is het een kwestie van tijd voordat ze de bioplastic cultuur eruit concurreren. Een voorbeeld van de aanwezigheid van opportunisten is weergegeven in figuur 2.

In figuur 2 zijn microscopie foto’s van twee culturen weergegeven, na 12 uur accumuleren met ver-

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

31

schillende substraten. In de situatie waar er weinig ­nutriënten aanwezig zijn lijkt P. acidivorans de cultuur nog te domineren. Dit is niet het geval indien er voldoende nutriënten aanwezig zijn. Er lijkt een andere soort de bioplastic producent eruit te concurreren.

Kip-ei situatie Met grote zekerheid kan worden gezegd dat uit veel vetzuurhoudende afvalwaterstromen bioplastic kan worden geproduceerd. Deze stelling wordt bekrachtigd door verscheidene pilot-studies uitgevoerd op afvalwaterstromen die sterk nutriënt gelimiteerd zijn tot aan afvalstromen die nutriëntenrijk zijn. Zo zijn op de afvalwaterstromen van een papierfabriek, een chocoladefabriek en op percolaatwater van groente-, fruit- en tuinafval (GFT) bioplastic zuiverheden behaald van 70 wt% tot aan 80 wt%. Hiermee is aangetoond dat de vertaalslag van de technieken gebruikt in lab experimenten ook succesvol kunnen worden toegepast onder omstandigheden met echt afvalwater en op een grotere schaal.

Tot slot Afvalstromen kunnen nutriënt gelimiteerd zijn, dit is voordelig voor het bioplastic proces omdat groei van (andere) bacteriën uitgesloten kan worden. Echter, niet alle afvalstromen die aantrekkelijk zijn om bio­ plastic uit te maken zijn nutriënt gelimiteerd. In deze studie is het effect van de aanwezigheid van nutriënten op het bioplastic productieproces onderzocht. Het belang van een goed inoculum is aangetoond aangezien voor een periode van 6 uur minstens 60 wt% bioplastic behaald kon worden ongeacht de aanwezigheid van nutriënten. Verder kan al op voorhand beter worden ingeschat hoe gemakkelijk het is om bioplastic te produceren gebaseerd op de karakteristieken van de afvalwaterstroom.

Michel Mulders (Arcadis) , Jelmer Tamis (Paques biomaterials) , Gerben Roelandt Stouten en Robbert Kleerebezem (TU Delft) Referentie Simultaneous growth and poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) accumulation in a Plasticicumulans acidivorans dominated enrichment culture https://doi.org/10.1016/j.btecx.2020.100027

JUNI 2021

SAMENVATTING Veelal wordt anaerobe vergisting toegepast om waarde te creëren uit agrarische afvalstromen in de vorm van methaan houdend biogas. Er worden nieuwe processen verkend waarmee waardevollere producten worden geproduceerd in plaats van biogas uit deze afvalstromen. Een veelbelovend proces is de productie van biologisch afbreekbare plastics. Bij dit soort processen is het de kunst om zo veel mogelijk bioplastic producerende bacteriën te hebben, en de wildgroei van andere bacteriën te minimaliseren.

Dit artikel laat de resultaten zien van een onderzoek waarbij de invloed van groei macronutriënten (in dit onderzoek ammonium en fosfaat) op het bioplastic productieproces werd onderzocht.

Vaak zijn afvalstromen niet strikt groei nutriënt gelimiteerd, waardoor bacteriën kunnen kiezen tussen groeien en bioplastic maken. Hoe de beschikbaarheid van nutriënten de distributie tussen groei en bioplastic productie beïnvloedt, was de centrale onderzoeksvraag in dit onderzoek. Experimenten zijn uitgevoerd in een multi-reactor set-up, met een verrijkte microbiële cultuur gedomineerd door de bacterie Plasticicumulans acidivorans (een bioplastic productiespecialist). Verschillende hoeveelheden groei nutriënten (ammonium en/of fosfaat) werden toegevoegd bij een constante hoeveelheid vluchtige vetzuren.

Aangetoond is dat met de aanwezigheid van een minimale verhouding van ammonium (117 gCZV:gNH4-N) of fosfaat (1055 gCZV:gPO4-P) bioplastic zuiverheden van minimaal 80% op drooggewicht basis behaald kunnen worden in de eerste 12 uur van het productieproces. Aangezien het percentage bioplastic per eenheid drooggewicht een cruciale factor is in de economische haalbaarheid van het proces, levert dit onderzoek een belangrijke bijdrage aan de definitie van de gewenste afvalstroomkarakteristieken voor bioplasticproductie.

Impact ­nutriënten op productie ­bioplastic

32

WATER MATTERS

Achteroever Koopmanspolder (1), ‘de Zwemkom’ (2), de Vooroever (3) en het IJsselmeer (4) AUTEURS

Roel Doef (Rijkswaterstaat)

Remco van Ek (Witteveen+Bos)

ERVARINGEN MET HET ACHTEROEVERCONCEPT IN DE KOOPMANSPOLDER Nederland krijgt door klimaatverandering en groeiende watervraag steeds meer te maken met watertekorten. Hoe kunnen we die in de toekomst voor­ komen? Een deel van de oplossing wordt gezocht in de polders achter de dijken van de grote wateren: daar kunnen we meer ruimte reserveren voor water. Met dit zogeheten ‘achteroever’-concept is sinds 2012 geëxperimenteerd in de proeftuin Achteroever Koopmanspolder. Wat is de invloed op de ecologie en de waterkwaliteit in de polder als we het peilregime met IJsselmeer­water optimaliseren voor natuur?

Het IJsselmeergebied (IJsselmeer, Markermeer en Randmeren) is een cruciaal zoetwaterreservoir voor grote delen van Nederland. De mogelijkheden voor waterberging binnen de grenzen van dit hoofdwatersysteem zijn evenwel beperkt – tijdens de droogte van 2018 was een innamestop vanuit het IJsselmeer zeer dichtbij. Rijkswaterstaat verkent daarom samen met partners mogelijke maatregelen die ons in de toekomst kunnen helpen om watertekorten te voorkomen. Dat doen we door te zoeken naar vernieuwende manieren om het water beter te verdelen in ruimte en tijd.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

33

Afbeelding 1. Toename in rijkdom aan plantensoorten Grote ratelaar heeft zich sterk uitgebreid

Eén van die innovaties is het zogeheten ‘achteroeverconcept’. Een achteroever is een waterbergingsgebied achter de dijk waar, met flexibel peilbeheer, water kan worden geborgen vanuit een nabijgelegen rijkswater.

De inrichting en het beheer van zo’n waterberging achter de dijken kan tegelijk een positieve ­bijdrage leveren aan ecologie, economie, veiligheid en/of leefbaarheid.

Een fraai voorbeeld is de proeftuin Achteroever Koopmanspolder in het Noord-Hollandse Andijk. Na meerdere jaren monitoring kunnen we nu meer zeggen over de ecologische effecten.

Inrichting van de Koopmanspolder In de Koopmanspolder (16 hectare) ontstond de ­mogelijkheid om te experimenteren met de opslag van IJsselmeerwater. In 2012 werd de polder ingericht. Er werd een verbinding met het IJsselmeer gerealiseerd via een inlaatconstructie en een visvriendelijke buisvijzel door FishFlow Innovations. De polder was in gebruik als gronddepot. Door aanleg van een ringvormige structuur met dijkjes en water is deze grond ingepast in het westelijke deel van de polder. In het oostelijke deel liggen drie graslanden, van elkaar gescheiden door sloten (zie openingsfoto).

Experimenten peilbeheer Na de inrichting van de polder zijn in de periode 2014-2016 proeven gedaan met extreme waterpeilen om de mogelijkheden voor waterberging te onderzoeken. Daarbij is gekeken naar de effecten van de peilregimes op oppervlaktewaterpeil, grondwaterpeil rondom de polder, kwaliteit van het oppervlaktewater, slibafzetting na inundatie, aanwezigheid en migratie van vis, en het voorkomen van vogels, vlinders en

JUNI 2021

libellen, zoogdieren, amfibieën en water- en oever­ planten. Daarna is het peilbeheer afgestemd op waterberging in combinatie met het optimaliseren van natuurwaarden. Vanaf maart 2016 kwam er ten behoeve van vispaaimogelijkheden een natuurlijk peilregime met voorjaarsinundatie van graslanden in het oostelijke deel van de polder. Ook in de zomer werd een hoog peil gehanteerd, zodat een geschikt leefgebied kon ontstaan voor vogels en vegetatie.

Het hoge peil helpt ook de invloed van brakke kwel te onderdrukken.

Resultaten In de periode 2016-2020 was er in de Koopmanspolder een natuurlijk peil, geen begrazing door vee en nauwelijks maaibeheer.

In het westelijke deel van de polder (met de ringvormige dijkjes) is ganzenvraat gering en heeft zich een volle rietkraag ontwikkeld langs het water.

De graslanden in het oostelijke deel van de polder staan elk voorjaar enkele maanden onder water. Het middelste weiland hier ligt het laagst en staat daardoor het langst onder water; in 2020 ging het om bijna 5 maanden. Toch is maar beperkt sprake van afsterven van de vegetatie. Er ontstaan maar weinig kale plekken in het gras en gedurende het groeiseizoen groeien deze weer dicht. Ganzenvraat blijkt hier een groot beperkend effect te hebben op de rietontwikkeling en ook het gras wordt kort gehouden door de ganzen. De kruidenrijkdom op de weilanden is enorm toegenomen (afbeelding 1); een van de kruiden die zich sterk heeft uitgebreid is grote ratelaar, een soort die typisch is voor dynamische systemen. Tijdens de planteninventarisaties zijn hier ook veel insecten aangetroffen (dagvlinders, sprinkhanen en vliegjes).

Leren over achteroevers

32

34

WATER MATTERS

Afbeelding 2.

Toename in visetende vogels en rietvogels (bron: SBB, Leon Kelder)

Vooral watermunt, koninginnekruid, heelblaadje en diverse distelsoorten blijken erg in trek bij insecten.

schat op 346 kg/ha. Dat is een hoge waarde voor een helder watersysteem.

Ook de vogels zijn sterk toegenomen in aantal en soortenrijkdom. Een systematische maandelijkse telling laat een forse toename zien in het aantal ­water- en moerasvogels sinds de vernatting. Daarbij is een groot aandeel visetende vogels. De laatste ­jaren zien we een toename in het aantal rietvogels, wat een logisch gevolg is van de vegetatieontwikkeling (afbeelding 2).

Lessen na tien jaar experimenteren Na de inrichting in 2012 heeft de polder een jaar de tijd gekregen om tot rust te komen en begon de vegetatieontwikkeling. In 2014 is de polder sterk vernat.

Vervolgens is in 2015 het effect van een extreem laag peil onderzocht, en in 2016 van een extreem hoog peil. Met de extreme waterpeilen hebben we bewust de grenzen van het achteroeverconcept opgezocht.

De hoeveelheden waterberging zijn bepaald en we hebben onderzocht wanneer nadelige effecten optreden. Hierover zijn rapportages te vinden op de website van Helpdesk Water. De bevindingen kunnen we als volgt samenvatten. Bij noodberging (extreem hoog peil) zagen we nauwelijks negatieve effecten voor de waterveiligheid. Na een maand inundatie was er geen noemenswaardige schade aan de dijkbekleding. Bij extreem lage peilen zagen we een tijdelijke verslechtering van de waterkwaliteit. Niet de effecten die we hadden verwacht, zoals botulisme, vissterfte en algenbloei, maar wel een sterke vertroebeling en toename in brakke kwel.

Naast lepelaar en kleine zilverreiger is ook purper­ reiger en roerdomp waargenomen. Verder zien we een toename in weidevogels die de polder gebruiken als foerageergebied. Er is in beperkte mate ook sprake van broedgevallen, die met name voor soorten als kievit, scholekster en tureluur succesvol zijn.

Door studenten van Aeres Hogeschool is de polder op acht plaatsen bemonsterd op vis. Bemonstering is lastig vanwege de dichte begroeiing met ondergedoken waterplanten. De resultaten suggereren evenwel een toename aan vis. Visuele inspecties bevestigen dit overtuigend: tussen de waterplanten zijn kale plekken aanwezig met zeer helder water waar in de zomer­ periode veel vis is te zien, vooral blankvoorn en rietvoorn. Langs de oevers en in ondiepe plasjes zwemmen veel kleine visjes (lengte circa 2-3 cm). Dit beeld was ondenkbaar in de periode van voor de herinrichting (2012). In 2017 is door Sportvisserij N ­ ederland een professionele visbemonstering gedaan. De telling leverde 23 vissoorten op en de visbiomassa werd ge-

Sinds maart 2016 is sprake van een langjarig natuurlijk waterpeil met voorjaarsinundatie. Dankzij een netwerk van professionals en vrijwilligers liggen er nu langjarige metingen. Die laten zien dat de bio­ diversiteit toeneemt en dat de droogte van de afgelopen jaren geen negatief effect heeft gehad op de natuur in de polder. Het gebied functioneert goed als paai- en opgroeigebied voor vissen, en de visetende

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

vogels zijn toegenomen. Ook de rietvegetatie en de riet- en moerasvogels nemen toe. Buisvijzelproeven hebben meer inzicht gegeven in wanneer welke vis vanuit het IJsselmeer naar de polder wil migreren.

Toch zijn er ook nog veel vragen waar we graag antwoord op willen krijgen. Vissen lijken graag de polder in te willen trekken, maar willen ze er ook weer uit?

Wat kunnen dergelijke moerasachtige gebieden rondom het IJsselmeer betekenen voor het ecologisch functioneren en de productiviteit van het meer, en wat betekent dit voor inrichting en beheer op langere termijn? Welke meekoppelkansen naast ecologie zijn er denkbaar? Hoe kunnen deze vorm krijgen?

Mogelijke toepassingen De intensieve en constructieve samenwerking tussen overheden, kennisinstituten, onderwijs, ngo’s, bedrijfsleven en vrijwilligers heeft gezorgd voor breed draagvlak en enthousiasme om samen op zoek te gaan naar de mogelijkheden met het achteroeverconcept. De ambitie is om in het IJsselmeergebied verschillende soorten ecologische achteroevers te ontwikkelen. Dit sluit goed aan bij de ambities van Agenda IJsselmeergebied 2050, de Programmatische Aanpak Grote Wateren en vele regionale initiatieven in het IJsselmeergebied. Er lopen diverse verkenningen, onder andere bij de Friese kust, Markermeerdijken, Wieringerhoek, Oostvaardersoevers, het Ketelmeer en de Randmeren. Het achteroeverconcept biedt een scala aan kansen voor het combineren van waterbeheer met andere functies aan de landzijde van de dijk.

Denk bijvoorbeeld aan wonen en werken bij en op het water, drinkwater, natuurontwikkeling, r­ ecreatie, en duurzame (natte/drijvende) kringlooplandbouw of visserij. In principe is het daarmee mogelijk achteroevers te ontwikkelen tot duurzame woonwerk-­gebieden en nieuwe kansen te creëren voor de regionale economie. In Proeftuin Achteroever Wieringermeer bijvoorbeeld is onderzoek gedaan naar het combineren van waterberging en voedselproductie.

Achteroevers kunnen zo een belangrijke rol spelen in de manier waarop we ons in Nederland aanpassen aan de klimaatverandering. In het TKI (­Topconsortia Kennis en Innovatie)- Programma ‘Werken met Water­landschappen experimenteren we met een groot aantal partijen onder aanvoering van WUR en

JUNI 2021

35

Deltares de komende vier jaar in het in het Veldlab Koopmanspolder met duurzame inrichtingsconcepten. Het doel daarbij is om zachte land-water-overgangen te optimaliseren voor ecologie. Hierbij zal ook aandacht zijn voor recreatie en ander ruimtegebruik met verdienmodellen in de nabije omgeving.

Roel Doef (Rijkswaterstaat) en Remco van Ek (Witteveen+Bos) Bronnen Ek, R. van, R.W. Doef, K. Bruin-Baerts & A. Nierop, van, 2017.

Achteroevers, lessen uit de Koopmanspolder, Landschap 2017/1 (15-23).

Rijkswaterstaat, 2008. Achter de oever liggen de kansen.

WINN-werkconferentie 27 augustus 2009 Rijkswaterstaat Lef Future Center. www.helpdeskwater.nl/achteroevers

SAMENVATTING Waterberging in gebieden achter de dijken van de grote wateren kan mogelijk helpen om de voorspelde watertekorten in Nederland op te vangen. Een kleine tien jaar lang is met dit ‘achteroever’-concept geëxperimenteerd in proeftuin Achteroever Koopmanspolder, aan de rand van het IJsselmeergebied.

Dit artikel gaat vooral in op de ecologische effecten van natuurlijk peilbeheer in de polder door inlaat van IJsselmeerwater. De langjarige metingen laten zien dat de biodiversiteit toeneemt en dat de droogte van de afgelopen jaren geen ­negatief effect had op natuur in de polder. Het gebied functioneert goed als paai- en opgroeigebied voor vissen, en de visetende vogels zijn toegenomen in aantal soorten en individuen. Ook de rietvegetatie en de riet- en moerasvogels nemen toe. Verder is er meer inzicht in wanneer welke vis vanuit het IJsselmeer naar de polder wil migreren.

Toch zijn er ook nog volop vragen. Wat betekenen dergelijke gebieden voor de productiviteit van het IJsselmeer en wat betekent dit voor inrichting en beheer op langere termijn? Welke ontwikkel- en meekoppelkansen naast ecologie zijn er denkbaar? Hoe kunnen deze vorm krijgen? Genoeg stof nog voor nader onderzoek.

Leren over achteroevers

36

WATER MATTERS

Foto Harvey van Diek

AUTEURS

Ruurd Noordhuis en Nanette van Duynhoven (Deltares)

Marc van Roomen en Erik van Winden (Sovon Vogelonderzoek Nederland)

Slaapplaats van aalscholvers en grote zilverreigers in de Millingerwaard

DE ROL VAN VOGELMEST IN DE NUTRIËNTENBALANS VAN OPPERVLAKTEWATEREN Veel wateren in Nederland kampen met waterkwaliteitsproblemen door een teveel aan voedingsstoffen. Inspanningen om de eutrofiëring te verminderen zijn soms maar beperkt succesvol en er wordt wel geopperd dat dit zou komen door de aanvoer van nutriënten door grote aantallen vogels. Het zou dan logischerwijs vooral gaan om vogels die zich concentreren in kolonies en op slaapplaatsen, maar buiten het gebied foerageren. Enkele casestudies in specifieke gebieden wijzen inderdaad op een potentiële verhoging van de externe voedingsstoffenbelasting met tientallen procenten. De vraag is hoe wijd verspreid dit probleem is.

In deze modelstudie, in opdracht van EmissieRegistratie uitgevoerd door Deltares in ­samenwerking met Sovon Vogelonderzoek Nederland, is geprobeerd een landelijk beeld te schetsen van deze problematiek. De studie maakt gebruik van drie bronnen: 1) een dataset van EmissieRegistratie, 2) vogelgegevens van Sovon Vogelonderzoek Nederland en 3) het model Waterbirds 1.1 van het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek (NIOO).

Modelberekeningen De dataset van EmissieRegistratie geeft de belasting van totaal stikstof (N) en totaal fosfaat (P) voor elk van de 2500 afwateringsgebieden waarin de EmissieRegistratie Nederland ver-

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

37

Afbeelding 1. De maximale relatieve bijdrage die broedkolonievogels en vogels op slaapplaatsen leveren aan de totale externe P-belasting per afwateringsgebied Elke stip vertegenwoordigt een afwateringsgebied (peiljaar 2015).

deelt. Op basis van tellingen door de vele vrijwilligers van Sovon zijn voor al deze gebieden de gemiddelde aantallen vogels berekend. Daarbij is onderscheid gemaakt tussen (1) gewone broedvogels, (2) winteren trekvogels, en vogels die zich (3) in kolonies en (4) op slaapplaatsen in het gebied verzamelen, maar die vaak buiten het gebied foerageren. Vervolgens is met behulp van het Waterbirds-model berekend hoeveel nutriënten de vogels binnen de gebieden circuleren (gewone broedvogels en winter- en trekvogels) of in potentie aanvoeren (koloniebroeders en slaapplaatsvogels). Het model werkt met afzonderlijke rekenregels voor planteneters, vleeseters en omnivoren, waarbij vlees- en viseters per gram ­lichaamsgewicht gemiddeld ruim anderhalf keer meer nutriënten uitscheiden dan omnivoren en bijna 7 keer zoveel als planteneters. In de rekenregels is ook het gemiddelde lichaamsgewicht per soort meegenomen, omdat kleinere vogels per gram lichaamsgewicht meer nutriënten uitscheiden.

Resultaten Circulatie van voedingsstoffen De eerste twee groepen vogels – de broedvogels die niet in kolonies broeden en de trekvogels en overwinteraars – zijn tijdens hun verblijf 24 uur per dag in het desbetreffende gebied aanwezig, waar ze zowel voedsel opnemen als mest uitscheiden. Ongeacht hun aantal dragen deze vogels dan ook niet bij aan de externe belasting van het afwateringsgebied, ze circuleren lokale voedingsstoffen. Daarom is de aandacht in het project verder vooral naar de andere twee vogelgroepen gegaan.

JUNI 2021

Aanvoer van voedingsstoffen Broedkolonievogels en vogels van slaapplaatsen foerageren – ten minste voor een deel – in a ­ ndere ­gebieden, vanwaar ze voedingsstoffen kunnen aanvoeren. Daarmee verhogen ze de belasting met P en N in het broed-/slaapgebied. (Dat in de foerageer­ gebieden dan juist voedingsstoffen worden afgevoerd is in de berekeningen niet meegenomen.) Deze bijdrage is variabel in grootte en lijkt af te nemen naarmate het afwateringsgebied groter is (afbeelding 1).

Volgens de dataset van EmissieRegistratie bedroeg de mediane P-belasting in de 2500 afwateringsgebieden in het peiljaar 2015 1,5 kg/ha; de N-belasting was met 17,3 kg/ha ruim tien keer hoger. Afbeelding 1 laat voor fosfaat zien welk percentage daarvan we kunnen toeschrijven aan vogels (broedkolonievogels en vogels van slaapplaatsen).

Broedvogelkolonies waren in de peilperiode 20132015 in 58% van de afwateringsgebieden aanwezig, slaapplaatsen in 20%. Beide komen vooral voor in grotere gebieden en nauwelijks in afwaterings­ gebieden kleiner dan 100 hectare. In een belangrijk deel van de 2500 afwateringsgebieden is dus niet of nauwelijks sprake van externe aanvoer van voedingsstoffen door vogels. Maar ook in het leeuwendeel van de afwateringsgebieden die wel kolonies of slaapplaatsen hebben is de potentiële verhoging van de belasting kleiner dan 1% en dat geldt ook voor het landelijk totaal. Slechts in enkele tientallen gebieden is de bijdrage groter dan 10%. Dat zijn vooral gebieden met broedkolonies. Bij broedkolonies gaat het vaak om viseters, die per gram lichaamsgewicht de grootste hoeveelheid nutriënten uitscheiden.

Vogelmest en nutriëntenbalans

36

38

WATER MATTERS

Afbeelding 2. Berekende potentiële bijdrage van vogels aan de externe fosfaatbelasting van de 2500 afwateringsgebieden in Nederland

laatstgenoemde gebied is sprake van aanvoer vanuit een grote slaapplaats van vooral toendrarietganzen, die mogelijk 20% toevoegt van de fosfaatbelasting van het afwateringsgebied Bargerveen-Noord.

Slaapplaatsen betreffen vaak ganzen, die als planteneters per gram lichaamsgewicht relatief weinig nutriënten uitscheiden. Bovendien produceren ze een groot deel van hun uitwerpselen al tijdens het grazen en laten ze maar zo’n 15-20% op de slaapplaats achter.

Gebieden met een hoge bijdrage Zoals gezegd is in enkele tientallen van de in totaal 2500 afwateringsgebieden mogelijk sprake van een substantiële bijdrage van vogels aan de voedingsstoffenbelasting (afbeelding 1). Of dat daadwerkelijk het geval is, hangt af van de lokale situatie. Enerzijds kan een deel van het voedsel van de broedkolonie- en slaapplaatsvogels toch uit het hetzelfde afwaterings­ gebied afkomstig zijn, zodat het gedeeltelijk gaat om interne circulatie. Anderzijds komt mogelijk een ­relatief groot deel van de uitwerpselen op land terecht, zodat het water niet rechtstreeks wordt belast. De situatie in deze gebieden dient dus lokaal te worden onderzocht om de omvang van de problematiek vast te stellen. Van een lokaal daadwerkelijk hoge bijdrage kan bijvoorbeeld sprake zijn als kolonies van visetende vogels of grote slaapplaatsen gevestigd zijn in relatief kleine laagveenwateren met een beperkte belasting, zoals in het Vechtplassengebied. Andere voorbeelden zijn kwetsbare, relatief voedselarme gebieden zoals een aantal duingebieden en hoger gelegen veengebieden zoals het Bargerveen. In het

Meest relevante soorten Bij broedkolonievogels gaat het meestal om viseters, die relatief veel nutriënten uitscheiden per gram lichaamsgewicht. In de berekeningen komt vooral de aalscholver naar voren, met behalve deze ­voedselkeuze ook een hoog lichaamsgewicht en vaak omvangrijke kolonies. Daarnaast kunnen ook reigerkolonies en meeuwenkolonies een rol spelen. Niet al deze kolonies bevinden zich echter aan of boven water. Blauwe reigers kunnen in droge bossen en parken broeden, zilvermeeuwen in uitgestrekte droge duingebieden.

Ook op slaapplaatsen is het aandeel van aalscholvers groot, ook omdat de slaapplaatsen zich vaak aan of boven water bevinden. Ganzen scheiden minder ­nutriënten uit, maar zijn eveneens zwaar en verzamelen zich in aantallen van tienduizenden vogels, waardoor ze toch hoog scoren.

Conclusies We zien dat vogelmest slechts een minimale ­bijdrage (<1%) levert aan de nutriëntenbelasting van ­Nederlands oppervlaktewater als geheel. Van de 2500 afwateringsgebieden waarin de EmissieRegistratie Nederland verdeelt, zijn er enkele tientallen waar mogelijk wel sprake is van een significante ­bijdrage(> 10%). Of dit werkelijk zo is moet met onderzoek ter plekke worden vastgesteld.

Discussie Beperkingen van deze studie In specifieke lokale situaties kan het beeld anders

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

zijn dan in het afwateringsgebied als geheel. Als alle vogels van een groot afwateringsgebied zijn geconcentreerd in een klein plasje, kunnen lokaal problemen optreden die niet in de gebiedsbeoordeling tot uiting komen. Ook kan de bijdrage van vogels juist worden overschat, als de vogels een groot deel van de mest in de droge delen van een afwateringsgebied achterlaten. Met deze methode komen dus niet alle problemen aan het licht.

Een andere beperking is dat de grote rijkswateren zijn uitgezonderd (afbeelding 2). De bijdrage aan de belasting door stroming tussen deze wateren onderling is namelijk niet in de EmissieRegistratie inbegrepen (i.e. de vogelbijdrage zou sterk worden overschat).

Dat zal niet veel veranderen aan het geschetste beeld, omdat de rijkswateren in het algemeen voedselrijk zijn. Wel is vooral de concentratie fosfaat in deze ­wateren de laatste decennia sterk afgenomen, waardoor de relatieve bijdrage van vogels automatisch groter is geworden. Daarnaast kunnen door de grootte van deze wateren problemen in deelgebieden worden onderschat.

De hoge waarden in de duingebieden (figuur 2) hebben waarschijnlijk grotendeels betrekking op zee­ vogels die op land broeden; dit zijn afwateringsgebieden met maar weinig open water.

Mogelijke maatregelen en beheer In gebieden waar vogelmest lokale problemen veroorzaakt in de vorm van conflicten met andere natuurwaarden zijn soms gerichte maatregelen m ­ ogelijk.

Een voorbeeld is het isoleren van water onder kolonies door compartimentering in combinatie met aangepast waterbeheer (doorspoeling).

Bestrijding van de kolonies of slaapplaatsen zelf is meestal niet mogelijk of wenselijk, omdat de wateren waar deze zich bevinden vaak ook instandhoudingsdoelen onder de Vogelrichtlijn kennen die deze soorten betreffen. Zo is de slaapplaats van rietganzen, die het behalen van de verbeterdoelen voor hoogveen in het Bargerveen in de weg zou kunnen staan, ook zelf beschermd door een Natura 2000 behoudsdoel.

JUNI 2021

39

Ruurd Noordhuis en Nanette van Duynhoven (Deltares), Marc van Roomen en Erik van Winden (Sovon Vogelonderzoek Nederland) Bronnen Computermodel Waterbirds 1.1, download van nioo.knaw.nl/nl/ news/kwantitatieve-bepaling-van-de-aanvoer-van-voedingsstoffen-door-watervogels-zoetwaterhabitats EmissieRegistratie, https:/www.EmissieRegistratie.nl Hahn S., S. Bauer & M. Klaassen 2007. Estimating the contribution of carnivorous waterbirds to nutrient loading in freshwater habitats. Freshwater Biology 52: 2421-2433.

Hahn S., S. Bauer & M. Klaassen 2008. Quantification of ­allochthonous input into freshwater bodies by herbivorous waterbirds. Freshwater Biology 53: 181-193.

Noordhuis R., M. van Roomen, E. van Winden & N. van Duijnhoven 2021. Vogelmest in de Nederlandse Wateren. Landelijk beeld van de betekenis van vogelmest voor de nutrientbalans van onze oppervlaktewateren. Deltares rapport 11205268-003, Utrecht.

SOVON 2018. Vogelatlas van Nederland. Kosmos Uitgevers, Utrecht.

SAMENVATTING Inspanningen om de eutrofiëring van Nederlandse wateren te verminderen zijn soms maar beperkt succesvol. Deze studie onderzoekt de betekenis van vogelmest voor de nutriëntenbalans van onze oppervlaktewateren en presenteert hiervan voor het eerst een landelijk beeld. Dit laat zien dat de bijdrage van vogels in het algemeen klein is. Slechts in enkele tientallen gebieden is de bijdrage mogelijk significant (>10%). Of er in die gebieden daadwerkelijk sprake is van een probleem, dient door onderzoek ter plekke te worden bepaald. Het beeld kan in specifieke kleinschalige situaties immers afwijken van de beoordeling met het gebruikte model, door de toepassing op de schaal van afwateringsgebieden.

Vogelmest en nutriëntenbalans

40

WATER MATTERS

Een logger AUTEURS

Gea H. van der Lee en Ralf C. M. Verdonschot (Wageningen University and Research)

Piet F. M. Verdonschot (Wageningen University and Research)

HOE KAN CONTINUE MONITORING ECOLOGISCHE DOELEN DICHTERBIJ BRENGEN? In veel waterlichamen is de ecologische waterkwaliteit ontoereikend en is het doelbereik voor de Kaderrichtlijn Water nog ver weg. Naast de biologie worden ook abiotische milieuparameters gemeten, maar op basis van deze huidige meetgegevens is de precieze oorzaak van de lage waterkwaliteit vaak niet te achterhalen. Dit artikel laat zien dat het diagnostisch inzicht achter de ontoereikende ecologische waterkwaliteit sterk toeneemt als waterlichamen bij monitoring meer als een dynamisch systeem worden gezien.

In het huidige KRW-monitoringsprogramma wordt het oordeel over de ecologische water­ kwaliteit vastgesteld op basis van gestandaardiseerde inventarisaties van gemeenschappen van vissen, macrofauna, planten en algen. Daarnaast wordt het abiotische milieu gekarakteriseerd door op bepaalde momenten in de tijd fysische-chemische en hydromorfologische parameters te meten. Uit tussentijdse rapportages blijkt dat de biologische waterkwaliteit in de meeste waterlichamen matig tot slecht scoort.

Om in 2027 aan de doelen van de Kaderrichtlijn water te voldoen is voor deze waterlichamen herstel noodzakelijk. Maar om de juiste maatregelen te nemen moet per waterlichaam een diagnose worden gesteld van de oorzaak achter de ontoereikende biologische toestand.

Op basis van de abiotische milieuparameters, zoals die nu worden gemeten, is vaak niet te achterhalen waardoor dit komt. Dit onderzoek gaat in op de vraag waarom de huidige abiotische metingen weinig diagnostisch inzicht geven in de oorzaak achter de ontoereikende ecologische waterkwaliteit. We besluiten met aanbevelingen over hoe we de abiotische milieuparameters in de toekomst beter kunnen monitoren.

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

41

Figuur 1: Zuurstofhuishouding in drie laagveensloten langs een eutrofiëringsgradiënt: A) mesotroof, B) eutroof en C) hypertroof. De zuurstofverzadiging is gekleurd op basis van de kwaliteitsbeoordeling van de KRW-maatlat. Het tijdsblok waarin veldmedewerkers standaard een zuurstofmeting doen is aangegeven met grijze balken. De metingen zijn 10 cm diepte in de zomer genomen (02/09/2016 - 03/09/2016)

Onderzoek naar abiotische milieuparameters Ons onderzoek richtte zich op een fysisch-chemisch en een hydromorfologisch voorbeeld met betrekking tot de zuurstofhuishouding en de afvoerdynamiek.

Zuurstofhuishouding We hebben de zuurstofhuishouding onderzocht in drie laagveensloten langs een eutrofiëringsgradiënt. De zuurstofconcentraties zijn iedere 10 minuten voor vijf dagen in ieder seizoen gemeten (details in Van der Lee et al. 20181). In alle sloten werd een dag-nachtritme in de zuurstofverzadiging van het water waargenomen (Figuur 1). Overdag produceren waterplanten en algen zuurstof. In de nacht wordt door alle organismen zuurstof gebruikt. In de geëutrofieerde sloten kunnen planten en algen echter overmatig groeien door uitspoeling van meststoffen. In deze sloten werd in de nacht meer zuurstof gebruikt, waardoor er in de zomermaanden zuurstofloosheid ontstond.

Nu wordt standaard tijdens ‘kantooruren’ (tussen 9:00 - 17:00) één zuurstofmeting in een oppervlaktewater genomen. In eutrofe en hypertrofe sloten kan afhankelijk van het tijdstip van de meting iedere score van ‘slecht’ tot ‘zeer goed’ worden behaald (Figuur 1B en 1C). Bijna alle organismen hebben echter zuurstof nodig om te overleven. Door overdag één meting te doen, worden niet de mate en duur van de zuurstofdips in de nacht waargenomen, terwijl deze extreme parameterwaarden juist een belangrijk diagnostisch inzicht geven waarom bepaalde zuurstofgevoelige organismen niet voorkomen.

Afvoerdynamiek In natuurlijke laaglandbeken is de waterafvoer gematigd dynamisch; water wordt lang ­vastgehouden in de beek en het beekdal, en langzaam naar benedenstrooms afgegeven. Doordat veel beken zijn genormaliseerd, het beekbegeleidende bos langs

JUNI 2021

de beekoevers is gekapt en de aanliggende percelen zijn gedraineerd, stroomt het water veel sneller af.

Hierdoor kunnen bij extreme regenbuien hoge afvoerpieken ontstaan. Gedurende een afvoerpiek neemt de stroomsnelheid in de beek sterk toe.

Om te onderzoeken wat de ecologische effecten van deze afvoerpieken zijn, hebben we twee jaar lang de afvoerdynamiek en de populatieontwikkeling van kokerjuffersoort Agapetus fuscipes gemeten in vier laaglandbeken (details in Van der Lee et al. 20202).

De gegevens lieten zien dat een afvoerpiek tijdens het kwetsbare eerste levensstadia in het voorjaar/vroege zomer fataal kan zijn voor de kokerjufferpopulatie, die indicatief is voor laaglandbeken met een goede milieukwaliteit. Waarschijnlijk worden de jonge larven tijdens een grote afvoerpiek weggespoeld en komen ze op plekken terecht waar ze niet kunnen overleven.

Dit onderzoek geeft aan dat vooral de extremen in de afvoer tijdens kwetsbare levensstadia een belangrijke oorzaak kunnen zijn voor het verdwijnen van soorten.

Omdat een afvoerpiek meestal binnen een dag komt en gaat, bestaat er een grote kans dat door alleen ver benedenstrooms van de ecologische meetlocatie het waterniveau te loggen of door op de ecologische meetlocatie slechts op het moment van monstername de stroomsnelheid te meten, deze incidenten niet of onvoldoende worden waargenomen.

Van statische naar dynamische systemen In de huidige monitoring wordt ervan uitgegaan dat oppervlaktewater statische systemen zijn, waar met een lage meetintensiteit voldoende beeld van de abiotische milieuomstandigheden wordt verkregen. Onze onderzoeken toonden aan dat zoetwatereco­systemen juist erg dynamisch kunnen zijn. De abiotische milieuparameters variëren per seizoenen, van dag tot dag afhankelijk van bijvoorbeeld de neerslag, en zelfs binnen een dag door dag-nacht cycli van licht en

Waterlichamen als dynamisch systeem

40

42

WATER MATTERS

temperatuur. Waterorganismen zijn aanpast aan deze natuurlijke dynamiek in het milieu.

Als deze natuurlijke dynamiek echter wordt verstoord door menselijke activiteiten, kan dit leiden tot stress bij waterorganismen. Het voorbeeld over de afvoer­ dynamiek liet zien dat het effect van deze stress op de levensgemeenschap wordt bepaald door de ´blootstelling´ aan de stressoren (ongunstige waarden van milieuparameters) maal de ´gevoeligheid´ van de organismen. Door milieuparameters enkel op bepaalde momenten in de tijd te meten, wordt een ­onvolledig beeld verkregen van de dynamiek van het water­ milieu. Hierdoor worden de uitersten in de abiotische milieuparameters, de knelpunten voor organismen, over het hoofd gezien.

Opties voor hoogfrequente metingen Om een geïntegreerd beeld van de abiotische milieu­ parameters te verkrijgen, moeten voor organismen belangrijke parameters continu worden gemeten.

Door recente technologische ontwikkeling van dataloggers en sensoren is het mogelijk om hoogfrequente metingen automatisch te nemen en op te slaan.

Voor de meeste fysisch-chemische parameters die zijn voorgeschreven in het huidige KRW-monitoringsprogramma, zijn relatief goedkope (veelal < 1000 euro per stuk) en gemakkelijk te gebruiken dataloggers met geïntegreerde sensoren beschikbaar. Het is hierdoor mogelijk om onder andere de watertemperatuur, lichtintensiteit, zuurstofgehalte, pH, zoutgehalte (geleidbaarheid) en troebelheid (turbiditeit) hoogfrequent te meten.

De ontwikkeling om hoogfrequent nutriënten in het water te meten, is ingewikkelder. Voor nitraat en ­ammonium zijn dataloggers met geïntegreerde ion-selectieve elektroden beschikbaar (< 1000 euro), maar deze zijn minder betrouwbaar en n ­ auwkeurig dan de duurdere optische (> 10.000 euro; alleen nitraat) of nat-chemische sensors (> 10.000 euro; nitraat, ammonium en fosfaat)3.

Voor de hydrologie kan met behulp van waterniveauloggers en een bekend dwarsprofiel een kosteneffectief en voor de ecologie voldoendenauwkeurig beeld worden verkregen van de lokale afvoerdynamiek. Ook kunnen morfologische processen, zoals sediment-

transport en substraatbewegingen, hoogfrequent worden gemonitord met bijvoorbeeld geautomatiseerde digitale camera’s of sensoren.

Het gebruik van sensoren en dataloggers in de praktijk Tijdens ons onderzoek zijn enkele zaken naar voren gekomen waar rekening mee moet worden gehouden bij het gebruik van sensoren en dataloggers in de praktijk. Daarnaast kwamen we tijdens de communicatie over de resultaten ook andere monitorings­ onderwerpen tegen die van belang zijn om te benadrukken.

1. Wat is het doel van de monitoring en wat moet je daarvoor meten?

Allereerst moet het doel van de monitoring worden bepaald, m.a.w. waarom ga je monitoren? Het doel kan bijvoorbeeld zijn om op basis van abiotische processen te diagnosticeren waarom een bepaald waterlichaam een slechte ecologische waterkwaliteit heeft. Het is echter onmogelijk alle milieuparameters te monitoren, al was het maar om financiële redenen.

Er moet dus vooraf worden bepaald welke parameters op de betreffende locatie een rol kunnen spelen in de verstoring, m.a.w. wat ga je meten?

Een indicatie van de mogelijke verstoringen kan worden gebaseerd op basis van de milieu- en habitat­ preferenties van de soorten die in het waterlichaam zijn aangetroffen. Soorten hebben namelijk verschillende aanpassingen die bepalen onder welke abiotische omstandigheden ze kunnen overleven of juist niet m.a.w. kunnen de aard van de stress indiceren.

Omgekeerd kan ook een stroomgebiedsbrede ecologische systeemanalyse (SESA) worden uitgevoerd waarmee de potentiële stressoren kunnen worden ­opgespoord die vervolgens ter verificatie kunnen worden gemonitord.

2. Wanneer, hoe vaak in de tijd en waar is de meting het meest effectief?

Op basis van het doel moet vervolgens een monitoringsprotocol worden opgesteld om de betreffende parameters het meest effectief te meten. Belangrijk hierbij is inzicht te hebben in de tijdsspanne waar-

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

binnen de relevante processen wanneer in het jaar verlopen.

Uit ons onderzoek bleek bijvoorbeeld dat de zuurstofgehaltes een dag-nacht ritme volgen en afhankelijk zijn van het seizoen. Voor de zuurstofhuishouding verdient het bijvoorbeeld aanbeveling om hoogfrequente metingen gedurende een aantal warme zomerdagen te nemen, omdat dan zuurstofdips kunnen optreden.

Ook de keuze voor de meest geschikte opstelling in het waterlichaam is essentieel. De meest effectieve plaats van het meten hangt af van de ruimtelijke variatie van de relevante processen en het voorkomen van de beoogde indicatorsoorten.

3. Hoe kan een meetnetwerk duurzaam en kosten­ effectief worden gerealiseerd?

Uit ons onderzoek bleek dat de inzet een mobiele constructie met sensoren en dataloggers kosten­ effectief was. Een PVC buis of stalen kooi kan worden gebruikt om de apparatuur te beschermen tegen vandalisme. Ook verdient het aanbeveling de opstelling buiten het zicht van drukbezochte gebieden te plaatsen. Belangrijk bleek dat de meetopstelling periodiek onderhouden wordt, zeker omdat aangroei de nauwkeurigheid van de sensoren kan beperken.

4. Hoe moet de data worden verwerkt en geïnter­ preteerd?

Als laatste moet worden bepaald hoe de data geanalyseerd gaat worden om bruikbare informatie op te leveren. Sensoren en dataloggers kunnen grote hoeveelheden data generen. Voor de analyse zijn ­aspecten als de intensiteit, frequentie, voorspelbaarheid en duur van de verstoring relevant en steeds gekoppeld aan de vraag die beantwoord moet worden.

Hier ligt echter ook een kennishiaat; hoe de analyse en interpretatie van hoogfrequente abiotische gegevens toegankelijker gemaakt kunnen worden voor de waterbeheerder behoeft aanvullend onderzoek.

Conclusies Met hoogfrequente metingen van abiotische milieu­ parameters kan een integraal beeld van de dynamiek in het oppervlaktewater over de tijd worden verkregen; het ecosysteem functioneren. Hierdoor

JUNI 2021

43

kunnen verstoringen in het waterlichaam worden waargenomen, die alleen op bepaalde momenten in de tijd optreden en veelal zouden worden gemist bij momentopnames. In combinatie met andere analyses kunnen deze inzichten een waardevolle bijdrage leve­ ren aan een betere diagnose van de ontoereikende ecologische waterkwaliteit.

Financiering Dit artikel is mede tot stand gekomen door de financiering van de Kennisimpuls Waterkwaliteit en het onderzoeksprogramma Smart Monitoring (UvA).

Gea H. van der Lee, Ralf C. M. Verdonschot, Piet F. M. Verdonschot (Wageningen University and Research) ­ Bronnen 1. Van der Lee, G. H. et al. (2018). Dissolved oxygen dynamics in drainage ditches along a eutrophication gradient. ­limnologica, 72, 28-31.

2. Van der Lee, G. H. et al. (2020). Persist or perish: critical life stages determine the sensitivity of invertebrates to disturbances. Aquatic Sciences, 82, 1-11.

3. Pellerin, B. A. et al. (2016). Emerging tools for continuous nutrient monitoring networks: Sensors advancing science and water resources protection. JAWRA, 52(4), 993-1008.

SAMENVATTING De huidige monitoringsprogramma’s geven veelal weinig diagnostisch inzicht in de oorzaak achter een ontoereikende waterkwaliteitsscore, doordat oppervlaktewateren worden bemeten als statische systemen. In dit artikel laten we zien dat door dataloggers met geïntegreerde sensoren gericht in te zetten, een integraal beeld van de dynamiek in het abiotische milieu over tijd kan worden verkregen. Hierdoor kunnen verstoringen in het waterlichaam, die alleen op bepaalde momenten in de tijd optreden en veelal zouden worden gemist bij momentopnames, worden waargenomen.

Waterlichamen als dynamisch systeem

44

WATER MATTERS

Foto Moniek Löffler, Bureau Landwijzer

Hoog water in de uiterwaarden; met de veranderende neerslagpatronen verandert de frequentie en duur van overstromingen

AUTEURS

Ruurd Noordhuis en Sacha de Rijk (Deltares)

KLIMAATSCAN GROTE WATEREN Welke gevolgen heeft klimaatverandering voor grote wateren in Nederland en hoe kunnen we deze wateren klimaatrobuuster maken? Deze vraag staat centraal in de ‘klimaatscan’ die Deltares onlangs heeft gepubliceerd in het kader van de Programmatische Aanpak Grote Wateren (PAGW) van de Ministeries van IenW en LNV. De klimaatscan toont wat er op ons af komt met betrekking tot waterkwali­ teit en ecologie en wat we kunnen doen om de PAGW-ambitie te bereiken: het ­realiseren van “toekomst bestendige grote wateren waar hoogwaardige natuur goed samen-gaat met een krachtige economie”.

Nederland is de laatste paar decennia sterker opgewarmd dan de wereld als geheel. Vooral rond 1990 is de toename bij ons versterkt, zowel in de lucht als in het water (afbeelding 1).

Behalve de wereldopwarming door broeikasgassen zijn bij ons nog twee andere mechanis­ men in werking. Ten eerste komt in de winter sinds eind jaren 80 de wind vaker uit het westen, waardoor de winters sindsdien relatief mild zijn. Ten tweede heeft de afname van de luchtverontreiniging in de zomers een rol gespeeld. Door minder deeltjes in de atmosfeer nam de hoeveelheid mist sterk af. Daarmee namen de instraling van zonlicht en de

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

45

Afbeelding 1. Toename van de ­gemiddelde luchttemperatuur in de wereld, het noordelijk halfrond (Hadley Centre) en De Bilt (KNMI), en van de watertemperatuur in de Zuidwestelijke Delta (RWS; Grevelingen, Oosterschelde, Veerse Meer, Volkerak en Westerschelde)

dag­temperatuur toe. Deze twee processen worden geleidelijk ingehaald door de ­wereldopwarming.

Klimaatgerelateerde drukfactoren Toename van de luchttemperatuur is slechts één van de klimaat-gerelateerde factoren die druk uitoefenen op de grote wateren. In de klimaatscan zijn nog vijf andere drukfactoren geïdentificeerd: zeespiegelstijging, neerslag en rivierafvoer, windklimaat, mist en zonnestraling, en verzuring van het water.

De effecten van de verschillende drukfactoren op flora en fauna komen grotendeels tot stand via de toename van de watertemperatuur. In warmer water lost minder zuurstof op en is de kans op sterfte bij waterdieren groter. De productie van algen neemt toe en begint eerder in het seizoen. De toename van activiteit en groei van planten en dieren vervroegt niet voor alle soorten in dezelfde mate. Hierdoor kunnen ‘mismatches’ ontstaan: het niet meer op het juiste moment beschikbaar zijn van voedsel. Noordwaartse verschuivingen van het areaal waar soorten ­voorkomen, kunnen net als op land ook in wateren optreden. De kans op succesvolle vestiging van zuidelijke exoten neemt eveneens toe ten koste van de aanwezige soorten zodat de diversiteit afneemt. Dit heeft ook gevolgen voor het bereiken van de doelen van de Kaderrichtlijn Water en Natura 2000.

Resultaten per hoofdwatersysteem Nederland telt vier hoofdwatersystemen: het IJsselmeergebied, het Rivierengebied, het Waddengebied en de Zuidwestelijke Delta. Elk hoofdwatersysteem

JUNI 2021

heeft specifieke eigenschappen, waardoor er duidelijke verschillen zijn in de gevoeligheid voor de zes klimaatgerelateerde drukfactoren. De klimaatscan brengt dit in beeld in tekst en infographics. Tabel 1 geeft een samenvatting.

IJsselmeergebied De meren van het IJsselmeergebied kenmerken zich door een groot oppervlak en geringe diepte. Ze zijn daardoor gevoelig voor veranderingen in windklimaat en warmen makkelijk op. Op zomerdagen met weinig wind ontstaat gelaagdheid in het water die gepaard kan gaan met extra algenbloei en zuurstoftekorten.

Door het grote oppervlak hebben veranderingen in de hoeveelheid neerslag een relatief groot effect op de water- en stoffenbalans.

Rivierengebied De rivieren zijn gevoelig voor veranderingen in het afvoerregime. Deze worden veroorzaakt door veranderingen in neerslagpatronen en een toename van verdamping in de zomer. Modellen voorspellen toe­name van afvoer in de winter en afname in de nazomer. De afname in de nazomer wordt geleidelijk meetbaar. Daarnaast treden extreem hoge of lage afvoerwaarden en waterstanden vaker op.

De watertemperatuur in de rivieren is relatief sterk toegenomen. Eerst gebeurde dat vooral door koelwaterlozingen, later gecombineerd met klimaatverandering. Sinds 1900 zijn de Rijn en de Maas met gemiddeld ca 3°C opgewarmd. De toename vlakt nu af door regulering van de lozingen. De effecten van veranderingen in afvoer interfereren ook met een niet

Klimaatscan grote wateren

44

46

WATER MATTERS

Tabel 1. Kwetsbaarheid van de vier hoofdwatersystemen voor de zes drukfactoren van klimaat­ verandering op middellange en lange termijn

klimaat-gerelateerde drukfactor, namelijk de diepere insnijding van de hoofdgeul door de regulering van de rivieren, die bijvoorbeeld bij Lobith de laatste 150 jaar al 2 meter bedraagt en ook effect heeft op de ­inun­datiefrequentie en -duur van de uiterwaarden.

Waddengebied Het Waddengebied is met z’n grote oppervlak intergetijdengebied direct gevoelig voor zeespiegelstijging.

De aangroei van wadplaten in de westelijke Waddenzee zal in de toekomst naar verwachting niet meer voldoende zijn om de zeespiegelstijging bij te houden.

De langjarige fluctuaties in windpatronen in de winter hebben gezorgd voor tijdelijke versterking van de stijging van het peil van het kustwater in de wintermaanden. Door de geringe waterdiepte en de droogval zijn de intergetijdengebieden ook extra gevoelig voor opwarming en voor toename van de frequentie van sterfte-incidenten van bijvoorbeeld schelpdieren.

Deltagebied De wateren van de Zuidwestelijke Delta verschillen onderling sterk. De verschillen zitten vooral in zoutgehaltes, zoet-zout gradiënten, de aan- of afwezigheid van getij en de mate van doorstroming. Daardoor is er sprake van een gevarieerde combinatie van de factoren die bij de andere drie hoofdwatersystemen zijn genoemd. Het meest kenmerkend is een grotere gevoeligheid voor effecten van de zeespiegelstijging en veranderingen in de rivierafvoer op de invloed van zout water in het gebied. Daarnaast zijn de open deltawateren gevoelig voor verlies van intergetijdengebied. De door de Deltawerken gesloten gebieden zijn gevoelig voor versterking van problemen met algenbloei, stratificatie en zuurstoftekort.

Werken aan robuustheid De vier pijlers van veerkracht Een belangrijk onderdeel van de klimaatscan is de verkenning van de mogelijkheden om de grote wateren meer weerstand te geven tegen klimaatverandering. Afscherming van de drukfactoren van klimaatverandering zelf door beschaduwing, compartimentering of verdieping is voor de grote wateren nauwelijks een optie. Het devies is dus het vergroten van het vermogen van de watersystemen om ­veranderingen op te vangen, ofwel de watersystemen robuuster en veerkrachtiger te maken. De mogelijk­ heden daartoe zijn onder meer uitgewerkt in de zeven principes van veerkracht volgens het ­Stockholm Resilience Center. Voor toepassing in de grote water­ en zijn daaruit in de klimaatscan de vier pijlers van veerkracht gedestilleerd: diversiteit, dynamiek, connectiviteit (verbinding) en waterkwaliteit. Door te werken aan deze vier basisfactoren kan de veerkracht van de grote wateren worden vergroot. In het kader van de PAGW wordt dit inmiddels structureel ter hand genomen.

Maatwerk De grote wateren van Nederland zijn allemaal in hoge mate ‘kunstmatig’, beïnvloed door menselijk ingrijpen, met als gevolg dat de vier pijlers niet meer op orde zijn. De verhouding waarin de vier pijlers van veerkracht een rol spelen verschilt per watersysteem.

Sleutelen aan de pijlers is maatwerk en afhankelijk van de functies van het betreffende watersysteem.

Problemen als algenbloei en zuurstoftekorten kunnen vaak worden verholpen met het vergroten of terug-

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

brengen van dynamiek en verbindingen (connectiviteit). Dit gebeurt bijvoorbeeld met de doorspoeling van de Veluwerandmeren of recenter de kier in de ­Haringvlietdam, inzet van doorlaatmiddel de Katse Heule voor het Veerse Meer, en terugbrengen van dynamiek in Volkerak en Grevelingen.

Ook het creëren van een grotere diversiteit aan habi­ tats en soorten draagt bij aan veerkracht. Als het voedselweb complexer is, is het beter bestand tegen druk van buitenaf. Als meerdere soorten eenzelfde functie in het systeem vervullen (‘overtalligheid’ of ­‘redundancy’) maar verschillend reageren op druk, blijft de ­functionaliteit beter in stand. Habitatdiversiteit kan vergroot worden met herstel van land-water-overgangen door het aanleggen van ondervertegenwoordigde habitats zoals ondieptes en moeraszones.

Voorbeelden zijn: natuurontwikkeling op Tiengemeten, Marker ­Wadden en Trintelzand in het Markermeer, geleidelijker zoet-zout-overgangen zoals met de vismigratie­rivier in de Afsluitdijk of de kier in de Haringvlietdam, of nevengeulen graven in het rivierengebied. Een goede waterkwaliteit, de vierde pijler, is daarbij een basisvoorwaarde. De eutrofiëring is verminderd door sterke afname van fosfaatconcentraties, maar de stikstofconcentraties liggen nog steeds ruim boven de normen.

Al met al versterkt klimaatverandering de druk op de grotere wateren. In combinatie met intensief gebruik, de kunstmatige inrichting en de beperkte hydrologische dynamiek beperkt ze de ecologische diversiteit en de veerkracht van deze systemen. Daarom worden in het kader van PAGW meer maatregelen ontworpen, vaak in onderlinge ruimtelijke samenhang. Om de bijdrage van deze ontwerpen aan het vergroten van de klimaatrobuustheid te toetsen, is naast de klimaatscan het KlimaatKompas opgesteld. Hiermee kan worden ingezoomd op lokale effecten en kunnen varianten van een ontwerp worden vergeleken. Verdere kennisontwikkeling door literatuurstudie, analyse van datareeksen en modelstudies blijft van belang om Nederland voor te bereiden op de gevolgen van de voortschrijdende klimaatverandering voor de aquatische ecologie.

Ruurd Noordhuis en Sacha de Rijk (Deltares)

JUNI 2021

47

Bronnen Klimaatscan. R. Noordhuis, S. de Rijk, G. van Geest, M. Maarse, S. Vergouwen & A. Boon, Deltares, Utrecht, rapport 11203733000-ZWS-0006, december 2019.

Gebruik klimaatkompas voor PAGW projecten. Handleiding.

S. de Rijk, V. Harezlak & R. Noordhuis. Deltares, Utrecht, ­rapport 11205270-003-ZWS-0001, december 2020.

Effecten van temperatuurtoename op de grote wateren. Een literatuurstudie met data-overzicht. R. Noordhuis, L. van der Heijden & A. de Jong, Deltares, Utrecht, rapport 11205270-005ZWS-0003, januari 2021.

Climate variability effects on eutrophication of ­groundwater, lakes, rivers, and coastal waters in the Netherlands.

J. Rozemeijer, R. Noordhuis, K. Ouwerkerk, M. Dionisio Pires, A. Blauw, A. Hooijboer & G.J. van Oldenborgh. Science of the Total Environment 771 (2021) 145366.

Mogelijke gevolgen van versnelde zeespiegelstijging voor het Deltaprogramma. Een verkenning. Haasnoot, M., Bouwer, L., Diermanse, F., Kwadijk, J., Van der Spek, A., Oude Essink, G., Delsman, J., Weiler, O., Mens, M., Ter Maat, J, Huismans, Y., Sloff, K. & Mosselman, E. (2018). Deltares rapport 11202230005-0002, Delft.

Klimaatadaptatie in het rivierengebied. Klijn, F. A., Asselman, N.E.M., Hegnauwer, M., Mosselman, E. & Sperna Weiland, F. (2019 ). Landschap 2019 (2): 105-113.

SAMENVATTING De klimaatscan verkent de gevolgen van klimaatverandering voor de vier hoofdwatersystemen in Nederland.

Het IJsselmeergebied is gevoelig voor verande­ ringen in windrichting en windsterkte in com­binatie met opwarming en afname van ijsbedekking. In het rivierengebied zit de gevoeligheid vooral in veranderingen in neerslag en verdamping, die invloed hebben op de afvoer. De ­Waddenzee wordt het meest direct beïnvloed door zeespiegel­stijging, waardoor vooral in het westen intergetijdengebied verloren kan gaan. In de Zuidwestelijke Delta spelen onder meer effecten van zeespiegelstijging op spuimogelijkheden, zoutindringing en zoet-zout overgangen.

Om de watersystemen beter bestand te maken tegen deze veranderingen is maatwerk nodig, met focus op de vier pijlers van veerkracht: waterkwaliteit, habitatdiversiteit, (peil)dynamiek en de verbinding tussen wateren en habitats onderling (connectiviteit).

Klimaatscan grote wateren

48

WATER MATTERS

Foto Ellen Weerman

Insectenval voor het monitoren van de insectenbiodiversiteit in een perceel met natte teelten door HAS Hogeschool studenten AUTEURS

NATTE TEELTEN IN BEEKDALEN: KANS OM NATUUR EN LANDBOUW TE VERBINDEN

Ellen Weerman en Daan Groot (HAS Hogeschool)

Jeroen Geurts (KWR, Radboud Universiteit)

Frank van Lamoen (Provincie Noord-Brabant)

Bij klimaatrobuust inrichten van beekdallandschap ontstaan er plaatsen waar agrarische percelen natter worden. Er is potentie voor het telen van natte teelten op vernatte landbouwgronden om een klimaatrobuuste en ecologische corridor te vormen tussen landbouwgrond en natuur.

Historisch gezien waren grote delen van Nederland relatief nat. Vooral in beekdalen en veengebieden werd oorspronkelijk veel water vastgehouden. Door het rechttrekken van de beken en veranderingen van landschapsinrichtingen zijn water regulerende ecosysteemdiensten op veel plaatsen verloren en is er vaker spraken van verdroging. In Noord-Brabant is deze verdroging vooral zichtbaar op de hoge zandgronden van beekdallandschappen. Er zijn verschillende projecten gaande om het landschap klimaatrobuust in te richten, hierbij wordt het water zo lang mogelijk vast gehouden in een gebied. Dit zal als resultaat hebben dat in een klimaatrobuust beekdal natte gebieden ontstaan.

Deze nieuwe landschapsinrichting vraagt ook om andere vormen van landbouw en biedt bijvoorbeeld kansen voor natte teelten en verbeteren van de biodiversiteit. Natte teelten (paludicultuur) zijn tot nu toe voornamelijk onderzocht in het veenweidegebied. Welke klimaatrobuuste bedrijfsvoering een grondeigenaar kan toepassen in een beekdallandschap

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

49

Tabel 1: Saldoberekeningen van lisdodde teelt in de huidige situatie; scenario 1: betaling voor ecosysteemdiensten en ontwikkelen van keten; scenario 2: inzet grondposities overheden en ontwikkelen keten

Factscheet Lisdodde Veenweide innovatie centrum, 2 20 ton*€120, 3 gebaseerd op oogsten riet: Natuur en Landschapsbeheer 2019 subsidie 2020 van de website BIJ12, 4 50% DS 10 ton* €38 CO2 ,5 De transportkosten zijn €10,- per ton droge stof, 6: Bij een gemechaniseerde oogst is de verwachting dat de kosten tussen de €800 en €1100 liggen (Van Duursen en Nieuwenhuijs, 2016).

1

en wat de gevolgen zijn voor de biodiversiteit is nog niet veel over bekend.

Het lectoraat Innovatief Ondernemen met Natuur van HAS Hogeschool heeft hier, in samenwerking met agrariërs, Provincie Noord-Brabant, Radboud Universiteit en KWR, onderzoek naar gedaan. Hierbij is de onderzoeksvraag gesteld: Op welke wijze kan de grondgebruiker overstappen naar een andere teelt die bijdraagt aan klimaatrobuuste landinrichting en verbetering van biodiversiteit? Gedurende het onderzoek is er een combinatie van literatuuronderzoek, interviews, experimenteel onderzoek en saldoberekeningen uitgevoerd.

Soorten teelten Lisdodde heeft de meeste potentie van de natte teelt teelten. Het is een geschikt gewas voor water­ retentiegebieden (Veenweide innovatiecentrum, 2016). N ­ atte teelten zijn goed voor de waterkwaliteit. Lisdodde zuivert, net als riet, oppervlaktewater van fosfaat en stikstof (Geurts et al.. 2017). Echter, verdampt riet meer water vergeleken met lisdodde (Mueller et al., 2005) en kan daardoor een minder geschikt gewas zijn om te plaatsen op locaties waar de droogte wordt tegengegaan. Houtachtige teelten als wilg en zwarte els zijn ook toepasbaar, vooral in gebieden die periodiek droog kunnen staan (Geurts

JUNI 2021

et al., 2019). Naast de bekendere natte teelten, zijn er ook alternatieve teelten geteeld in de kassen van de HAS Hogeschool, waaronder cranberry, kalmoes en mattenbies. Deze teelten groeiden goed op veen- en zandgrond op verschillende hoge grondwaterstanden, dus deze zijn in potentie ook een goede keuze voor natte landbouw (Tabel 1).

Huidige status afzetmarkten Van Duursen en Nieuwenhuijs hebben in 2016 een marktverkenning uitgevoerd voor verschillende natte teelten, de markt is nog niet volledig ontwikkeld.

Azolla (kroosvaren), lisdodde en veenmos zijn de meest kansrijke teelten om in veenweidegebieden te telen. Lisdodde kan, naast de groeiende markt van isolatiemateriaal en veevoeder, ook middels stuifmeel als voer voor roofmijten voor biologische bestrijding worden ingezet. Onderzoek naar nieuwe toepassingen en afzetmarkten is gaande.

Voor natte teelten in beekdallandschappen lijken azolla en veenmos minder geschikt. Azolla is een invasieve exoot en is dus ongewenst om in b ­ eekdalen te introduceren als natte teelt. Veenmos telen in beekdallandschappen zal dit een uitdaging zijn door de lage zuurgraad en trofiegraad zie veenmos wenst (Mettrop et al., 2020). Deze omstandigheden zijn vooral te vinden op (voormalige) hoogveenlocaties.

Natte teelten in beekdalen

48

50

WATER MATTERS

Figuur 2: Biomassa van tuinkers op substraten van natte teelten (kasproef Radboud Universiteit)

Nieuwe afzetmarkt als potgrond We hebben onderzocht of natte teelten potentie hebben om als duurzame vervanger van fossiel veen gebruikt te kunnen worden teneinde zo een nieuwe afzetmarkt te creëren. Om dit te verkennen is er een teeltproef uitgevoerd op de Radboud Universiteit in samenwerking met HAS studenten. De groei van tuinkers is hier vergeleken op verschillende potgrondmengsels (Figuur 2).

In de proef zijn vijf natte teelten kort gecomposteerd en vermengd met elkaar of met 100% fossiele potgrond. Hierop is tuinkers gezaaid en zijn de kieming en opbrengst van tuinkers gemeten. De kieming en overleving van tuinkers was het laagst op de 100% fossiele potgrond. Combinaties van 50% fossiel veen en 50% rietgras, veenmos of azolla produceerden meer biomassa dan een veensubstraat. Zelfs substraten die volledig uit gecomposteerde natte teelten bestonden (veenmos en lisdodde) haalden nagenoeg dezelfde biomassa als de tuinkers op 100% fossiel veen. Door de voorbehandeling (hakselen, composteren en/of fermenteren) en menging van natte teelten verder te optimaliseren, zullen de opbrengsten uiteindelijk nog kunnen verbeteren. Hiermee kan een duurzame afzetmarkt voor natte teelten worden opgezet.

Het mes snijdt aan twee kanten: er hoeft minder fossiel veen afgegraven te worden, terwijl daarnaast gedraineerd veengebied wordt hersteld.

Bedrijfsvoering Voor lisdodde zijn saldoberekeningen opgesteld waarin teelt-specifieke kosten en baten zijn meegenomen (tabel 1). Geconcludeerd kan worden dat onder de huidige omstandigheden de business case nog niet sluitend is en het daarmee nog niet ren-

dabel is voor agrariërs om over te stappen op natte teelten. Dit komt onder meer doordat de afzetmarkt voor lisdodde in de kinderschoenen staat, agrariërs kunnen de lisdodde met name gebruiken als ruwvoer binnen het eigen bedrijf. De afzetmarkt voor lisdodde als isolatiemateriaal is groeiende. Daarnaast zijn er efficiency-slagen te behalen in de oogst.

In scenario 1, als de afzetmarkt voor isolatiemate­ riaal/vezels groter wordt of als het kan worden afgezet als duurzame potgrond, zal de opbrengst van lisdodde verhoogd worden. Hiermee kan de business case (nipt) gesloten worden indien ook de teelten e ­ fficiënter worden. Als ook maatschappelijke diensten, zoals waterberging en koolstofvastlegging, worden afgerekend voor ongeveer € 750 per hectare per jaar, dan zal de business case sterk verbeteren en ontstaat er perspectief voor agrariërs om over te stappen.

Er is ook een andere route naar een sluitende business case. Wanneer overheden grondposities inzetten op plekken waar opgaven liggen rondom hogere (grond)waterpeilen, bijvoorbeeld vanwege bodemdaling, waterberging, natte natuur of klimaatadaptatie, en deze tegen een lagere pacht beschikbaar stellen, kan ook een positief resultaat worden behaald (scenario 2). Op deze manier kan deze grond in productie blijven en kunnen overheden hun doelen min of meer budgetneutraal behalen. Dit zou voor overheden een gunstigere uitkomst zijn dan het uitkopen van bedrijven. Hoewel hier dan publiek geld voor nodig is, is het alternatief op dit soort plekken vaak dat boeren worden uitgekocht dan wel gecompenseerd voor natschade. Per gebied kan worden gekeken wat de meest kosten-effectieve aanpak is, waarbij een belangrijk voordeel is van de overgang

KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS

51

Bronnen Geurts J. M., van Duinen G.J., Van Belle J., Wichmann S., Wichtmann W., Fritz C. (2019) Recognize the high potential of paludiculture on rewetted peat soils to mitigate climate change.

J Sustainable Organic Agric Syst: 69(1):5–8

naar natte teelten dat deze grond wel ‘gewoon’ in productie blijft.

Landschappelijke inpassing en biodiversiteit De grote variëteit aan natte teelten, betekent ook dat er geen eenduidig effect van deze teelten op bio­ diversiteit te voorspellen is. Vooral in de bufferzones rondom natuurgebieden kunnen natte teelten de biodiversiteit versterken. Natte teelten kunnen als een corridor functioneren voor doelsoorten, waarbij de voorkeur uitgaat naar het telen van inheemse teelten (Van Duinen et al., 2018). Uit onderzoek in rietvelden is gebleken dat vooral vogels als Grauwe klauwier en Paapje het riet gebruiken als foerageerof rustgebied. Afhankelijk van het maairegime kan de biodiversiteit worden beïnvloed Zo zijn de meeste moerasvogels gebaat bij een mozaïek ­maairegime, waarbij ieder jaar een deel niet geoogst wordt (Korevaar & Van der Werf, 2014). Het is de vraag in hoeverre de biodiversiteit kan profiteren of dat natte teelten juist plaagsoorten als steekmuggen in de hand werkt. Dit zal waarschijnlijk afhangen van de ligging in het landschap, het waterpeil en het maaibeheer. Om antwoord te vinden op deze vraag wordt momenteel onderzoek uitgevoerd op verschillende locaties in Noord-Brabant, hierbij wordt de impact van natte teelten op biodiversiteit onderzocht en hoe de landschappelijke ecologische inpasbaarheid van natte teelten in een beekdal vorm kan krijgen.

Conclusie Er is potentie voor het telen van natte teelten op vernatte landbouwgronden om een klimaatrobuuste en ecologische corridor te vormen tussen landbouwgrond en natuur. Voorwaarde om het verdienmodel van natte teelten sluitend te krijgen is dat de markt zich verder ontwikkelt, ecosysteemdiensten beloond worden en/of grondposities worden ingezet. Welke meekoppelkansen de landschapsinrichting heeft om de natuur en landbouw nog beter te verbinden, wordt momenteel nog uitgezocht.

Ellen Weerman, Daan Groot (HAS Hogeschool), Jeroen Geurts (KWR, Radboud Universiteit), Frank van Lamoen (Provincie Noord-Brabant)

JUNI 2021

Geurts, J. M., Fritz, C., Lamers L., Grootjans A. P., Joosten H. (2017). Paludicultuur houdt de polder schoon - zuiveren van oppervlaktewater en uitmijnen van fosfaatrijke bodems met riet- en lisdoddeteelt. H2O-online.

Korevaar, H., & van der Werf, A. K. (2014). Rietteelt als mogelijke bouwsteen voor een duurzaam water- en bodembeheer in natte veengebieden. Plant Research International Report 544. https://edepot.wur.nl/296257 Van Duinen, G.J., Fritz, C., de Hullu, E. (2018). Perspectieven voor natte landbouw in het Internationale Natuurpark Veenland.

Pilot paludicultuur. Rapport Stichting Bargerveen Mettrop I. (2020) Proeven met natte teelten Better Wetter Fase 2. A&W-rapport 3153-2 Altenburg & Wymenga ecologisch ­onderzoek, Feanwâlden Van Duursen J., Nieuwenhuis A. (2016) Marktverkenning Paludicultuur; Kansen voor de landbouw in veenweidegebieden met behoud van veen. http://www.innovatieprogrammaveen. nl/wp-content/uploads/2017/06/Marktverkenning-Paludicultuur_14-06-17.pdf Wichtmann, W., Schröder, C., Joosten, H. 2016. Paludiculture productive use of wet peatlands. Stuttgart, Duitsland, Schweizerbart Science Publishers.

SAMENVATTING Bij het klimaatrobuust inrichten van een beekdallandschap ontstaan er plaatsen waar agrarische percelen natter worden. Op deze percelen is dan een andere bedrijfsvoering nodig. Natte landbouw (paludicultuur) kan een oplossing bieden waar zowel de agrariër als de natuur een voordeel hebben. Uit ons onderzoek blijkt dat er veel soorten natte teelten geschikt zijn. Lisdodde heeft de meeste potentie om een rendabele teelt te worden vanwege de teeltmogelijkheden en groeiende afzetmarkt. Er komen steeds nieuwe toepassingen op de markt, zoals de verwerking tot duurzame, veenvrije potgrond. De business case voor lisdodde is nu nog niet sluitend. Teelt wordt rendabeler als de markt volwassener wordt en ecosysteemdiensten worden beloond.

Hoe de biodiversiteit versterkt kan worden met een slimme landschappelijke inpassing van natte teelten wordt momenteel nog onderzocht. Zo kunnen in de toekomst landbouw en natuur nog meer baat hebben bij een klimaatrobuuste wateren landinrichting.

Natte teelten in beekdalen

Het kennismagazine Water Matters van H2O is een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk Onafhankelijk kennis(sen)netwerk voor en door Nederlandse water­ professionals.

Water Matters wordt mogelijk gemaakt door ARCADIS Wereldwijd opererende ontwerp- en adviesorganisatie op het gebied van de natuurlijke en gebouwde omgeving die duurzame resultaten levert door de toepassing van ontwerp, advisering, engineering, project- en managementdiensten.

Deltares Onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van water, ondergrond en infrastructuur. Wereldwijd wordt gewerkt aan slimme innovaties, oplossingen en toepassingen voor mens, milieu en maatschappij.

KWR Watercycle Research Institute Instituut voor toegepast wetenschappelijk wateronderzoek dat kennis genereert en samenbrengt voor innovaties in en optimaal beheer van de waterketen.

Royal HaskoningDHV Onafhankelijk internationaal advies-, ingenieurs- en projectmanagementbureau, dat samen met klanten en partners een bijdrage levert aan een duurzame samenleving.

Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) Kenniscentrum van regionale waterbeheerders in N ­ ederland, dat zorgt voor het ontwikkelen, bijeenbrengen, delen en implementeren van kennis die nodig is om de opgaven waar waterbeheerders voor staan, goed uit te voeren.