Natuurlijke oplossingen voor waterbeheer

Als je je laat inspireren door natuurlijke systemen, krijg je oplossingen die veerkrachtiger zijn.

“Als je duurzame oplossingen zoekt voor bepaalde uitdagingen, bijvoorbeeld op watergebied, dan is het goed om je zoveel mogelijk te baseren op de natuur”, zegt Ivo Demmers, programmaleider Food Security and Valuing Water. “Kijk bijvoorbeeld naar ons systeem van dijken, in feite een kunstmatige oplossing”, vertelt hij. “Die dijken hebben ons in de loop der eeuwen beschermd tegen het water, maar daarmee hebben we wel de natuurlijke dynamiek van onze delta verstoord. Dat is ten koste gegaan van de flexibiliteit van zo’n systeem. Onze technologische oplossingen zijn gemaakt voor de situatie van vandaag – maar daardoor zijn we kwetsbaar voor veranderingen in de toekomst.” Zeespiegelstijging door klimaatverandering is daarvan een belangrijk voorbeeld. “Natuurlijke systemen bewegen mee met dergelijke veranderingen”, zegt Demmers. “Als je je daardoor laat inspireren, dan krijg je oplossingen die veerkrachtiger zijn. En vaak ook efficiënter.”

Demmers wil daarmee overigens niet zeggen dat nature-based solutions altijd superieur zijn. “Er zijn situaties waarvoor de natuur geen oplossing heeft”, zegt hij, “en die dus vragen om innovatieve technologische oplossingen. Ook daaraan werken we in Wageningen. En vaak is juist de combinatie ideaal.”

Nature-based solutions hebben vaak componenten uit meerdere disciplines, zoals ecologie, hydrologie en bodemkunde, maar ook bijvoorbeeld sociale wetenschappen, technologie en databeheer. “De Wageningse wetenschappers zijn van oudsher sterk in het leggen van verbanden tussen die verschillende vakgebieden”, zegt Demmers. “We werken daarnaast nauw samen met overheden, bedrijven en met andere instituten. Ook passen we de kennis toe in het buitenland en brengen we buitenlandse ervaring mee terug naar Nederland. Zo dragen we bij aan betere kennis en duurzame wateroplossingen voor de wereld van morgen – iets wat mooi past bij het thema ‘Nature-based solutions’ van Wereld Water Dag 2018.”

• Water@WUR
• Dossier 'Nederland in 2120'

Beken als natuurlijk waterreservoir

De wereld om ons heen verandert snel. Door klimaatverandering krijgen dorpen, steden en landschappen steeds vaker te maken met een teveel of juist een tekort aan water – en de problemen nemen nog eens toe door de groei van de wereldbevolking. Wageningse onderzoekers bestuderen die veranderende systemen en ontwerpen nieuwe, toekomstbestendige oplossingen voor landbouw, natuur, industrie, steden en burgers.

“Eerder werd er bij de inrichting van het landschap en van de bebouwde omgeving weinig rekening gehouden met klimaatverandering”, vertelt Ralf Verdonschot, onderzoeker bij Wageningen Environmental Research. “Nu begint daar langzaam een kentering in te komen. ‘Bouwen met de natuur’ wordt een begrip: dat je kleine ingrepen pleegt die bepaalde natuurlijke processen in gang zetten, die zichzelf vervolgens versterken.”

Wateroverlast

Zelf onderzoekt Verdonschot hoe beek- en rivierenlandschappen kunnen helpen pieken in de beschikbaarheid van water te dempen. “Een natuurlijk beekdal is als een spons”, legt hij uit. “Bij hevige regenval absorbeert het veel water, en in tijden van droogte zorgt het dat het water geleidelijk weer beschikbaar komt. Maar in het verleden zijn veel beken rechtgetrokken en flauwe natuurlijke oevers veranderd in steile kanten. Daar stroomt het water dan in één grote golf doorheen.”

Verdonschot en zijn collega’s experimenteren met verschillende ingrepen in beeklandschappen die dat effect weer moeten omdraaien. “Eerst vooral in natuurgebieden”, merkt hij op, “maar in de toekomst hopelijk ook in boerenland. We leggen bijvoorbeeld dode bomen en takkenbossen in de beek en creëren plaatselijk kleine moerasjes. We herstellen de oevervegetatie door anders te maaien. En we brengen zand in om de uitgesleten bodem weer omhoog te brengen.”

Dergelijke ingrepen leveren al heel snel resultaat op, aldus Verdonschot. Bijvoorbeeld rond de Hierdense Beek op de Veluwe. “Wat daar gebeurde is ongelooflijk”, zegt de onderzoeker. “Vóór dit project was het beekdal sterk verdroogd en de beek diep uitgesleten. Er groeiden nauwelijks planten meer op de oevers. Door zand en dood hout in te brengen is binnen twee jaar het dal weer helemaal groen geworden, vol bloeiende planten en bijzondere waterdieren. Daarnaast zijn processen in het water en de bodem verbeterd. Het hele systeem profiteert, tot en met de grote zoogdieren uit de bossen rond de beek. Dat alles vertaalt zich ook in een betere waterkwaliteit. En de afvoerpieken zijn gehalveerd.”

Proeftuin

Een hersteld beekdal is mooi, maar maakt dat werkelijk een verschil op de schaal van een heel stroomgebied? “Het idee is dat we in deze proeftuin ervaringen opdoen en leren welke elementen het beste werken”, antwoordt Verdonschot. “Uiteindelijk willen we deze aanpak natuurlijk opschalen. De grote uitdaging is ruimtegebrek, vooral in Noordwest-Europa. We willen ontzettend veel op een heel klein oppervlak. Maar is het logisch dat je pal naast een beek aardappelen wilt verbouwen? Ik denk het niet.” Het komt neer op landschappelijke keuzes maken, benadrukt hij. Het Wageningse onderzoek helpt mee die keuzes te maken op basis van goede argumenten.

“Uiteindelijk zullen we ons landschap toekomstgerichter moeten inrichten”, concludeert Verdonschot. “We moeten beken en rivieren weer meer de ruimte geven. Dat is een grote politieke uitdaging. Maar gelukkig zien steeds meer mensen de voordelen van die aanpak. Er komen steeds meer succesvolle voorbeelden. Ik ben daar wel positief over, ja.”

Natuurlijke kustbescherming

De natuur biedt ook oplossingen voor andere watergerelateerde uitdagingen, zoals hoogwaterveiligheid. Martin Baptist, onderzoeker bij Wageningen Marine Research, weet daar alles van. Hij en zijn collega’s onderzoeken bijvoorbeeld het effect van het aanleggen van oesterriffen in de Oosterschelde, waar zandplaten dreigen te verdwijnen door erosie. “We leggen kooien met oesterschelpen neer, waar jonge oesterlarven zich op vestigen”, vertelt Baptist. “Zo kan er een levend oesterrif ontstaan. Zulke riffen vormen een buffer tegen de golven en vangen zand in. Ook creëer je daarmee waardevolle natuur, want dergelijke riffen bieden beschutting aan allerlei soorten organismen. En je kunt de oesters oogsten. Dat is ook een voordeel in veel ontwikkelingslanden.” Want Nederland is niet het enige land dat strijdt tegen de zee, benadrukt de onderzoeker. “Veel laaggelegen delta’s hebben met dergelijke problemen te maken”, zegt hij, “zeker nu er ook nog sprake is van zeespiegelstijging. We gaan nu uit van zo’n 60 tot 85 cm per eeuw, maar nieuwe scenario’s van het KNMI spreken al van een tot twee meter. Dat zijn tempo’s die het natuurlijke meegroeivermogen van zand- en wadplaten te boven gaan.”

Functies versterken

Baptist noemt een ander project: de Zandmotor, voor de kust van Zuid-Holland. Daar is grootschalig zand opgespoten in de vorm van een kunstmatig schiereiland. Het idee is dat wind en zeestromingen het zand meenemen en vanzelf verspreiden langs de kust. Dat ondersteunt het natuurlijke proces van duinvorming. “Een fantastisch voorbeeld van een nature-based solution”, aldus Baptist. “Wij onderzoeken de gevolgen van die zandsuppletie voor het ecosysteem. De Nederlandse kust is bijvoorbeeld een belangrijk opgroeigebied voor commercieel interessante platvissoorten. We willen graag weten hoe je die functie het beste kunt behouden en misschien zelfs versterken. Bijvoorbeeld door het aanleggen van richels onder water.”

In de Waddenzee onderzoeken Baptist en collega’s de rol van kwelders als natuurlijke golfbreker voor de dijk. “We kijken hoe je kweldergroei zou kunnen bevorderen om de dijk te beschermen”, vertelt hij. In een proefproject gebruiken de onderzoekers slib dat beschikbaar komt bij het uitdiepen van de Harlingse haven. Dat wordt elders langs de Waddenzeekust gebruikt op proefvelden. “We brengen dat slib niet aan land op de kwelder, maar deponeren het in een geul voor de kust. Stroming en golven brengen het slib naar de kwelder op een natuurlijke manier.” In het Dollargebied experimenteert WUR met het laten inklinken van slib tot klei, die vervolgens kan dienen ter versterking van dijken.

Al dit onderzoek is heel interdisciplinair, benadrukt Baptist. Naast ecologen werken er ook ‘harde ingenieurs’ aan dergelijke projecten mee, bijvoorbeeld uit Delft maar ook van andere kennisinstellingen als onderdeel van het EcoShape-consortium. “Delft kijkt meer vanuit de zandkorrels, waterbewegingen, golfkracht”, zegt hij. “Wij zijn vooral sterk in de ecologie – en in de systeembenadering. We zijn biologen maar met een stevige technische basis.” WUR heeft daarnaast ook sociale en bestuurlijke expertise in huis. “Daardoor kunnen wij bij uitstek disciplines aan elkaar verbinden.”

Bekijk ook

• Wageningen Marine Research - Natuurlijke Oplossingen

- Helaas, uw cookie-instellingen zijn zodanig dat de video niet getoond kan worden - pas uw permissie voor cookies aan

Hoogwaterbescherming, bodemdaling en natuur

Verschillende Wageningse afdelingen houden zich bezig met kwelders, strand en duinen als natuurlijke kustbescherming. Ze onderzoeken bijvoorbeeld de rol van vegetatie bij kwelder- en duinontwikkeling. “We kijken breed en naar het hele kustlandschap”, vertelt Jantsje van Loon-Steensma. “Neem nu het kwelderonderzoek: dat richt zich dus op het hele systeem van kwelders, dijken en het binnendijkse gebied. Die hangen van nature nauw met elkaar samen, en daarom moet je juist combinaties van maatregelen onderzoeken.”

Spanningsveld

Van Loon en collega’s onderzoeken niet alleen de mogelijkheden van nature-based solutions langs de kust, maar ook langs rivieren en grote meren zoals het IJsselmeer en Markermeer. “Daar heb je ook veel aan natuurlijke voorlanden die de golven dempen. Wageningen onderzoekt welke planten een rol spelen in deze golfdemping, in welke dichtheden, bij welk beheer.” Daar speelt een interessant spanningsveld, zo legt ze uit. “Vanuit het oogpunt van waterveiligheid is soms intensief beheer nodig, maar dat komt de natuurwaarden niet altijd ten goede. Kun je je beschermingsdoelen bereiken met echte natuur? Dat vind ik heel uitdagend. Juist door naar dat hele systeem te kijken, dus ook naar andere functies, kun je weloverwogen afwegingen maken.”

Zeedijken zijn vaak met asfalt bekleed. “Maar als je de dijken iets anders ontwerpt”, vertelt Van Loon, “bijvoorbeeld door ze iets breder te maken, met een flauwere helling, en de voorlanden in het ontwerp mee te nemen, dan kun je bepaalde vegetatietypen toelaten zonder dat dat ten koste gaat van de veiligheid. Zo’n brede groene dijk kan robuuster zijn dan een met asfalt beklede dijk. Een diverse vegetatie is ook minder gevoelig voor verstoring en vormt een leefgebied voor allerlei insecten.”

Grootschalige toepassing

Van Loon was betrokken bij verschillende projecten vanuit het Deltaprogramma. “We werkten daarin nauw samen met de waterschappen”, vertelt ze. “Inmiddels zijn er verschillende pilotprojecten en vervolgonderzoeken, bijvoorbeeld rond grasbegroeide dijken en natuurlijker oevers langs de Houtribdijk – de dijk tussen Enkhuizen en Lelystad. En Wageningen is betrokken bij monitoring rond bodemdaling door aardgaswinning. We onderzoeken bijvoorbeeld of je vegetatie kunt inzetten om meer zand en slib in te vangen en daardoor de bodemdaling kunt compenseren.”

Daar speelt vaak datzelfde spanningsveld, merkt van Loon op: de projecten moeten zowel waterveiligheid als natuur dienen, en tegelijkertijd aan een aantal andere randvoorwaarden voldoen, zoals kosteneffectiviteit. “In het begin was er soms scepsis onder traditionele waterbouwkundigen”, vertelt ze. “Nu zie je dat een aantal projecten succesvol is en dat waterschappen en ingenieurs daar enthousiast van worden. Sterker nog, er wordt volop geprobeerd de processen beter te modelleren. Dat levert technische informatie op die nodig is om oplossingen straks grootschalig te kunnen toepassen.”

Voorlopig zijn veel van de projecten experimenteel van aard. “Maar wij hebben duidelijk meegeholpen om nature-based solutions op de agenda te zetten, ook internationaal. Deze manier van denken landt overal heel goed, zeker in de context van klimaatverandering”, zegt Van Loon. “Het is mooi om te zien dat wij daar in Wageningen een aanjagersrol in spelen.”

Water in de stad

Door klimaatverandering krijgen steden in de nabije toekomst te maken met meer wateroverlast én meer droogte. “Een groot deel van de wereldbevolking woont in steden”, zegt Tim van Hattum, programmaleider Green Climate Solutions binnen de Environmental Sciences Group. “En de stedelijke bevolking zal tot 2050 ook nog eens verdubbelen. Wij onderzoeken hoe je nature-based solutions kunt inzetten bij het ontwerp en de inrichting van steden, om te zorgen dat pieken in neerslag worden opgevangen en vastgehouden voor droge periodes.”

Dat vergt een heel andere manier van kijken naar steden, benadrukt hij. “Groen maakt bijvoorbeeld ook deel uit van aanpassing aan klimaatverandering”, zegt hij. “Groen helpt water vast te houden en het werkt verkoelend. Het vergroot ook de leefbaarheid van de stad.”

'Ontharden'

Daarnaast vergt een gezondere waterhuishouding ook een andere inrichting van straten, pleinen en tuinen. “Een gemiddelde stad is nu voor 70 tot 80 procent verhard”, vertelt Van Hattum. “Vrijwel iedere druppel regenwater gaat rechtstreeks het riool in. Doodzonde, want je kunt er dan niets meer mee. Bovendien zorgen volle riolen vaak voor overlast.” Van Hattum en zijn collega’s onderzoeken daarom het effect van het ‘ontharden’ van de openbare ruimte. Denk bijvoorbeeld aan de aanleg van parken, vijvers en speciale infiltratiegebieden.

“In Arnhem viel in 2014 ruim 120 mm regen in twee uur tijd”, vervolgt Van Hattum. “Als het zo hard regent, dan is de opnamecapaciteit van de bodem niet groot genoeg, ook al is die groen. Dan moet je zorgen dat er laagtes zijn waar dat water naartoe kan stromen. Op basis van kennis van bijvoorbeeld bodem, grondsoort, vegetatie en stadsinrichting onderzoeken wij welke maatregelen waar effectief kunnen zijn. Het landschap bepaalt welke oplossing het meest passend is.”

Wageningse onderzoekers testen hun ideeën onder meer in het Park Lingezegen, een groot landschapspark tussen Arnhem en Nijmegen. “Dat project hoort bij ons werk aan steden”, legt Van Hattum uit, “want het onderzoekt hoe je de randen van steden anders kunt inrichten. Wij kijken of je bepaalde functies kunt combineren, zoals wateropvang en waterberging, maar ook natuur en recreatie.”

Voorspellen

Het realiseren van wateropvang en waterberging in één gebied is een praktische uitdaging, benadrukt Van Hattum. “Ga maar na: van een wateropvanggebied wil je dat het doorgaans leeg is, zodat het een maximale hoeveelheid water kan opvangen bij een stortbui. Maar tegelijkertijd wil je in dat gebied water bewaren voor droge tijden. Dat geeft een spanningsveld.” Met moderne technologie proberen onderzoekers steeds nauwkeuriger te voorspellen waar een bui precies gaat vallen: ze gebruiken bijvoorbeeld de nieuwste generatie sensoren en methoden om weermodellen, informatie- en datastromen aan elkaar te koppelen. “Als je preciezer weet waar er wanneer een grote bui gaat vallen, dan kun je je waterbeheer daarop aanpassen. Echt heel vernieuwend. En die aanpak is zeker opschaalbaar naar andere landen.”

- Helaas, uw cookie-instellingen zijn zodanig dat de video niet getoond kan worden - pas uw permissie voor cookies aan

Afvalwater als bron: ‘aquafarm’

De zoektocht naar oplossingen voor een duurzame samenleving richt zich vaak op één aspect van duurzaamheid. Maar waarom zou je er niet meerdere in één aanpak combineren? Bijvoorbeeld water zuiveren, afval verminderen, grondstoffen winnen, biodiversiteit ondersteunen? Dat alles gebeurt in het Wageningse proefproject Aquafarm.

“De restproducten van afvalwaterzuivering worden nu vaak verbrand of geloosd op het oppervlaktewater”, vertelt Piet Verdonschot, hoogleraar Wetland Restoration Ecology en onderzoeker bij Wageningen Environmental Research. “Wij willen die afvalstoffen juist behouden en ze als basis gebruiken voor nieuwe productie. De planten die in het systeem groeien, leveren bijvoorbeeld vezels die je kunt verwerken in kleding of meubels. Wormen kunnen als voedsel dienen voor vissen. En planten, wormen en micro-organismen bestaan onder andere uit vetten en eiwitten die je als basis kunt gebruiken voor allerlei nieuwe producten, van bindmiddel tot tandpasta.”

Opeenvolgende stappen

Zo bootst de Aquafarm een natuurlijk systeem van waterzuivering na, waarbij verschillende organismen elkaar opvolgen in een cascade van waterzuivering en stoffenproductie. Elke stap levert daarbij input voor de volgende stap. “In de natuur strekt zo’n cascade zich vaak over vele kilometers uit, bijvoorbeeld in een rivier”, vertelt Verdonschot. “Voor industriële toepassing is dat natuurlijk niet praktisch. Het bijzondere van de Aquafarm is dat die verschillende compartimenten bevat waarin organismen zo zijn geselecteerd dat ze optimaal met elkaar samenwerken. En we kunnen ook de omstandigheden verder optimaliseren, bijvoorbeeld temperatuur en licht. Zo wordt het systeem vele malen efficiënter dan in de natuur.”

Verdonschot en collega’s hebben een pilot gedraaid die anderhalf jaar duurde. “Die was nog succesvoller dan we hadden durven hopen”, vertelt de hoogleraar. “De organismen bleken elkaars functie te versterken. Samen onttrekken ze meer aan het water dan in hun eentje. Het is een soort puzzel: we zoeken uit hoe organismen reageren op elkaar en op de milieuomstandigheden, en proberen dan een optimaal zuiverings- en productiesysteem te ontwerpen.”

Opschalen

De groep heeft net financiering ontvangen om het project vier jaar voort te zetten met twee promovendi. Verdonschot: “Daar zijn we heel blij mee. We kunnen nu verschillende cascades gaan onderzoeken, en ook kijken hoe je die kunt opschalen en in de praktijk kunt inzetten. Niet alleen in de zuiveringsinstallatie, maar ook elders. Bijvoorbeeld om water te recirculeren op een perceel, waarbij je de afvalstoffen uit de sloten weer als mest op het land kunt brengen. Daar heb je heel andere organismen voor nodig dan bijvoorbeeld voor het zuiveren van het afvalwater van een bierbrouwer. Wij willen voor elk systeem graag een ideale mix van organismen vinden.”

Zijn deze toepassingen werkelijk realistisch? “Jazeker”, vindt Verdonschot, “want grondstoffen worden schaarser en de industrie is altijd op zoek naar manieren om daar efficiënt mee om te gaan. Met dit soort systemen kunnen ze besparen op hun waterzuivering en tegelijkertijd op hun grondstoffen.” In dat opzicht kunnen projecten als Aquafarm ook markten creëren, zo merkt hij op: “Als je een circulair systeem bedenkt dat een afvalprobleem oplost en voldoende stoffen oplevert, dan ontstaat daar vanzelf een industrie omheen.”

Modellen voor een hele regio

Om nature-based solutions optimaal te kunnen laten werken, is het belangrijk dat wetenschappers het onderliggende systeem begrijpen, ook op grotere schaalniveaus. Die systeembenadering is een Wageningse specialiteit. Wageningse onderzoekers uit verschillende disciplines zetten zich samen in om bodem, waterhuishouding, klimaat, landgebruik en sociale structuur in kaart te brengen. Dat gebeurt ook op plekken waar nature-based solutions kunnen helpen bij het aanpakken van wateruitdagingen. Een voorbeeld is HI-AWARE (Himalayan Adaptation, Water and Resilience), een internationaal project gericht op de impact van klimaatverandering op de waterhuishouding in de stroomgebieden van de Indus, Ganges en Brahmaputra.

Toepassingen

“We kijken bijvoorbeeld naar de waterverdeling tussen verschillende sectoren, zoals natuur, landbouw, energie en drinkwater”, vertelt Hester Biemans, onderzoeker bij Wageningen Environmental Research. “Het gaat over drie enorme stroomgebieden met rivieren, vlaktes, heuvels en hoge bergen. Wij kijken vanuit verschillende disciplines naar adaptatie aan hitte, droogte en overstromingen in verschillende sectoren. Welke aanpassingen zijn er, en waarom werken die op de ene plek beter dan op de andere?”

Het antwoord ligt vaak niet alleen in fysieke factoren, maar ook in sociaal-economische. “Ook daar kijken naar, samen met collega’s uit andere landen”, zegt Biemans, “bijvoorbeeld economen, sociaal-wetenschappers en beleidsonderzoekers.” In totaal werken er 175 mensen aan het project mee, en het loopt zo’n vijf jaar, tot eind 2018.

Zelf richt Biemans zich op het modelleren van water- en voedselbeschikbaarheid. “Wat gebeurt er als je bepaalde maatregelen neemt, en waarom verschilt dat per gebied? Dat zijn vrij fundamentele vragen. Maar ze hebben wel een directe link met de praktijk: wat gebeurt er als de sneeuw en gletsjers door opwarming eerder smelten, moet je dan wellicht eerder zaaien, of andere gewassen kiezen?”

Digitale atlassen

Uiteindelijk willen de onderzoekers die informatie op een inzichtelijke manier beschikbaar maken voor boeren, beleidsmakers en andere spelers. Dat gebeurt bijvoorbeeld via interactieve kaarten en digitale atlassen. Het projectteam organiseert workshops in de regio om mensen te helpen die middelen effectief te gebruiken. “Als Wageningse partners denken wij na over alternatieve manieren om dingen inzichtelijk te maken”, vertelt Biemans. “Manieren die meer aansluiten bij de praktijk. Zodat we informatie leveren waar mensen ook echt iets aan hebben, op de manier die ter plaatse het beste aanslaat.”

Nature-based solutions voor een betere toekomst

In wereld van morgen zal water een steeds belangrijker rol spelen. We zullen er vaker te veel van hebben, of juist te weinig. Dingen die wij vanzelfsprekend vonden, zullen dat niet meer zijn. En andersom: de wereld van morgen zal oplossingen en aanpassingen kennen die we ons nu nog niet eens kunnen voorstellen. Al die ontwikkelingen gaan in rap tempo door – en wetenschappers spelen daarin een belangrijke rol.

Ze bedenken technische, logistieke en sociale oplossingen, nieuwe economische en bestuurskundige modellen. Ze volgen nauwgezet hoe de wereld verandert en in hoeverre de oplossingen voldoen. En ze gebruiken de natuur steeds vaker als inspiratie. Wageningen University & Research draagt bij aan dat onderzoek van de toekomst, samen met bedrijven, burgers en overheden. Juist door verschillende disciplines te combineren, zien wij nieuwe mogelijkheden voor een wereld vol duurzame, nature-based wateroplossingen.