Lab, veld en Remote Sensing

Er is grote behoefte om de verandering van de waterberging van het bodemwater in kleigronden als gevolg van zwel en krimp te kunnen meten. Bram te Brake gebruikt een combinatie van lab-, veld- en Remote Sensing technieken om dit mogelijk te maken.

Kleigronden zwellen als ze vochtiger worden en krimpen als ze uitdrogen. Dit veroorzaakt kleine, maar meetbare veranderingen van het maaiveldniveau. Omdat er behoefte is aan metingen van het waterbergend vermogen van gronden op grote schaal met een hoge resolutie doet Bram te Brake, van de groep Bodemfysica en Landmanagement van Wageningen University & Research, hier onderzoek naar. Hij bestudeert momenteel de mogelijkheden om zwel en krimp van kleigronden op grote schaal te kunnen meten om daarmee de verandering van de berging van het bodemwater te kunnen inschatten. De verschillende schalen van de bodemfysische processen vragen om een innovatieve combinatie van kleinschalige laboratoriummetingen, veldwaarnemingen en remote sensingtechnieken.

Fig 1: Metingen van zwel en krimp met behulp van Sateliet Radar Interferometrie
Fig 1: Metingen van zwel en krimp met behulp van Sateliet Radar Interferometrie

Grootschalige metingen van hydrologie en bodemfysica berusten tegenwoordig voor een aanzienlijk deel op remote sensingtechnieken. Sateliet Interferometrie (InSAR) is een techniek dat het mogelijk maakt om oppervlakteveranderingen van de bodem waar te nemen met een resolutie van enkele millimeters tot enkele centimeters. Dit kan het gevolg zijn van het zwellen of krimpen van klei. Relaties tussen de hoeveelheid bodemvocht, bodemvolume en de output van bodemvochtsensoren zijn echter niet zondermeer te koppelen. Dit komt door de combinatie van de bijzondere eigenschappen van klei om te kunnen zwellen en te krimpen en door zijn mineralogische en hydrologische eigenschappen.

Fig. 2: Kalibratie van bodemvochtsensoren.
Fig. 2: Kalibratie van bodemvochtsensoren.
Fig. 3: Klei aggregaten waarmee de krimpkarakteristiek van de bodem wordt bepaald
Fig. 3: Klei aggregaten waarmee de krimpkarakteristiek van de bodem wordt bepaald

In het bodemfysisch laboratorium zijn technieken aanwezig waarmee de relaties tussen het vochtgehalte van de bodem, krimpscheuren en sensoroutput vast zijn te stellen. Er zijn zowel veldmetingen uitgevoerd als metingen in het bodemfysisch laboratorium om de relatie tussen het volume van klei-aggregaten en het vochtgehalte van de bodem te kwantificeren. Beide methoden duiden op een sterk lineair verband tussen het volume en het vochtgehalte van de bodem. Deze relatie kan worden gebruikt om de veranderingen in de hoogte van het maaiveld te vertalen naar veranderingen in het vochtgehalte.

De mogelijkheden en beperkingen van deze benadering bij het gebruik van Radar Interferometrie zijn onderzocht. Het onderzoek duidt op een groot toepassingsgebied van deze nieuwe techniek, maar er zijn ook duidelijke beperkingen in begroeide gebieden. Het is daarom noodzakelijk om meetgebieden zorgvuldig te selecteren. Nieuwe satelietmissies en de nu in ontwikkeling zijnde analysetechnieken bieden goede kansen voor het gebruik van Radar Interferometrie in bodemfysisch onderzoek. Bodemfysische metingen in het laboratorium en in het veld zijn van cruciaal belang bij het onderzoek naar de onderliggende processen en bij het kalibreren en valideren van observaties met remote sensing.

Literatuur

Bakker, G. , M.J. van der Ploeg, H. F. Gertsen, 2011. Quantifying the influence of soil cracks on the permittivity measured with Time Domain Reflectometry. Submitted.

Te Brake, B., M.J. Van der Ploeg, and G.H. De Rooij. Applicability of soil water storage change estimation from in-situ shrinkage measurements of clay soils. In preparation.

Te Brake, B., R.F. Hanssen, M.J. Van der Ploeg, and G.H. De Rooij, 2012. Satellite based radar interferometry to estimate large-scale soil water depletion from clay shrinkage: possibilities and limitations. Submitted.