Grondwaterdynamiek

De voordelen
In het kort- Actuele grondwaterstandfluctuaties
- Landsdekkende kaarten
- Hoogste, laagste, voorjaarssituatie
- Geostatistische simulatie gebaseerd op velddata
- Ondersteunt regionaal waterbeheer
Het Grondwaterdynamiek-model brengt actuele, landsdekkende fluctuaties van grondwaterstanden (GHG, GVG, GLG) in kaart, ter vervanging van verouderde grondwatertrappen-kaarten.
Over Grondwaterdynamiek
Actuele kaarten van de grondwatersituatie zijn bij waterschappen en provincies nodig bij het vaststellen van het Gewenst Grond- en Oppervlaktewater Regime (GGOR) en voor regionaal waterbeheer. In het landelijk beleid is deze informatie nodig voor het vaststellen van uitspoelingsgevoelige gronden in het kader van de mestwetgeving.
Sinds 1997 is Wageningen Environmental Research daarom bezig met de ontwikkeling van een nieuwe methode en het uitvoeren van projecten om de grondwaterdynamiek (Gd) in kaart te brengen en de, veelal verouderde, Gt-informatie uit de bodemkaart 1: 50.000 te actualiseren. Dit gebeurt in het kader van verschillende opdrachten van waterschappen, provincies en het minsterie van LNV.
Heb je een vraag?
Heb je een vraag over Grondwaterdynamiek? Stel het aan onze expert:
dr.ing. M (Martin) Knotters
WR Onderzoeker
Parameters Grondwaterdynamiek
inds 2003 worden kaarten gemaakt van de grondwaterdynamiek (Gd) op basis van veldopnamen en geostatistische simulatie. Deze kaarten geven een continue indeling van de gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG), gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand (GVG) en gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG), terwijl vroeger alleen Gt-klassen werden gekarteerd op de bodemkaart. De ruimtelijke weergave is veranderd van kaartvlakken in de oorspronkelijke bodem- en Gt-kaart naar rastercellen van 50×50 meter in de nieuwe Gd-kaarten. Naast een continu verloop van GHG, GVG en GLG, samen GXG genoemd, worden ook de voorspelfouten van de GXG op kaart weergegeven. De methode voor de kartering van de grondwaterdynamiek staat beschreven in De Gruijter et al. (2004) en Van Kekem et al. (2005).
De dynamiek van het grondwater wordt op kaart weergegeven door de volgende set van parameters:
Gemiddelde van de HG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. HG3: gemiddelde van de drie hoogste grondwaterstanden in een hydrologisch jaar (1 april t/m 31 maart) bij een meetfrequentie van tweemaal per maand (rond de 14e en 28e).
Gemiddelde van de LG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. LG3: gemiddelde van de drie laagste grondwaterstanden in een hydrologisch jaar (1 april t/m 31 maart) bij een meetfrequentie van tweemaal per maand (rond de 14e en 28e).
Gemiddelde van de VG3 over een periode van 30 jaar onder gegeven klimatologische en waterhuishoudkundige omstandigheden. VG3: gemiddelde van de grondwaterstanden op 14 maart, 28 maart en 14 april in een bepaald kalenderjaar.
Voor de grondwatertrap worden de GHG en GLG in klassen ingedeeld. Typische combinaties van deze klassen vormen dan de Gt. Meer informatie over de Gt indeling is te vinden in onderstaande publicatie.
- De Bodemkaart van Nederland digitaal; toelichting bij inhoud, actualiteit en methodiek en korte beschrijving van additionele informatie
de Vries, F. , de Groot, W.J.M. , Hoogland, T. , Denneboom, J. (2003)
Kaarten van de grondwaterdynamiek zijn onderdeel van de Basisregistratie Ondergrond. Ze zijn te bekijken op BROloket en bodemdata.nl.’
Methodiek Grondwaterdynamiek
Wageningen Environmental Research heeft een kwantitatieve methode ontwikkeld om de diepte van de grondwaterstanden door het jaar heen in kaart te brengen.
Een grondwatertrappenkaart geeft in klassen aan hoe diep het grondwater zit ten opzichte van het maaiveld. Hierbij wordt uitgegaan van de gemiddeld hoogste grondwaterstanden (GHG) - die vooral in de winter en het vroege voorjaar voorkomen - en van de gemiddeld laagste grondwaterstanden (GLG) - die meestal in de nazomer voorkomen. De bodemkaart en grondwatertrappenkaart van Nederland (schaal 1:50.000) is tussen de jaren zestig en negentig gemaakt. Hierdoor is deze niet meer overal actueel; dit geldt met name voor de grondwatertrappenkaart. De oude methode, met een boor het veld in en aan de hand van bodem- en landschapskenmerken de GHG en GLG schatten en op kaarten vastleggen, is zeer tijdrovend en duur. Daarom heeft Wageningen Environmental Research een nieuwe (geo)statistische methode ontwikkeld om grondwatertrappenkaarten te maken.
Met de nieuwe methode kunnen we ook het verloop van de diepte van het grondwater door het jaar heen (grondwaterdynamiek) in kaart brengen. Daarvoor hebben we gegevens over de GHG, de GLG en de GVG (de gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand) nodig. Deze set van gegevens noemen we GxG. Om de grondwaterdynamiek in kaart te brengen, delen we eerst het gehele gebied op in deelgebieden. Vervolgens meten we de grondwaterstanden en leggen we relaties met bekende langjarige meetreeksen.
Omdat voor een zeer groot gebied de grondwaterdynamiek in kaart gebracht moet worden, delen we het gebied op in deelgebieden. De indeling gebeurt op basis van bodemkundige, hydrologische en topografische factoren. We gaan ervan uit dat er binnen de deelgebieden uniforme relaties zijn tussen de grondwaterstanden door het jaar heen en maaiveldeigenschappen zoals hoogteligging, slootafstanden, drainagedichtheid.
Door heel Nederland ligt een netwerk van enkele duizenden vaste buizen waarin tweewekelijks grondwaterstanden gemeten worden. Deze buizen moeten voldoen aan bepaalde criteria; het is bijvoorbeeld van groot belang dat ze op voldoende afstand van waterlopen liggen en de bewegingen van het bovenste grondwater natuurgetrouw weergeven. Uit de reeksen van gemeten grondwaterstanden worden nu klimaatsrepresentatieve grondwaterstanden (GxG’s) berekend. Hiertoe wordt per meetreeks, op basis van het neerslagoverschot van de laatste dertig jaar, een tijdreeksmodel gekalibreerd.
Omdat de dichtheid van de vaste grondwaterstandsbuizen niet voldoende is voor een vlakdekkende kartering van de grondwaterdynamiek worden per deelgebied op ten minste 20 locaties - met een gemiddelde dichtheid van 1 waarneming per 110 ha - aanvullende grondwaterstandsmetingen gedaan. In de nazomer (als het grondwater diep zit) en de winter of vroege voorjaar (als het grondwater hoog zit) worden op deze locaties grondwaterstanden in het veld gemeten. De metingen zijn momentopnames van de grondwaterstand en worden omgezet in klimaatsrepresentatieve GxG-waarden. De momentopnamen worden met regressie gerelateerd aan de klimaatsrepresentatieve GxG uit tijdreeksen. Door de gevonden regressierelaties toe te passen op de momentopnames worden klimaatsrepresentatieve GxG’s op de meetlocaties berekend. Omdat statistische methoden gebruikt worden is naast de GxG op elke locatie ook de betrouwbaarheid van deze GxG geschat.
Naast de GxG-waarden die per meetlocatie berekend worden, worden er gebiedsdekkende bestanden gemaakt met ondersteunende informatie die afgeleid wordt uit het gedetailleerde Actueel Hoogtebestand van Nederland (AHN), de bodemkaart en de Topografische kaart. Te denken valt aan de diepte van het waterpeil beneden maaiveld in waterlopen (drooglegging), de afstand tot waterlopen en de relatieve maaiveldhoogte. Ook het grondgebruik en de ‘oude’ grondwatertrap zijn als ondersteunende informatie (ook wel hulpinformatie genoemd) gebruikt. Deze hulpinformatie is voor alle gridcellen van het AHN (25x25 m2) bekend, en heeft dus een grotere dichtheid dan de op basis van punten bepaalde GxG.
GxG-waarden op punten, gebiedsdekkende hulpinformatie en deelgebiedindeling samen vormen de gegevens waarmee vlakdekkend de grondwaterkartering wordt uitgevoerd.
Per deelgebied worden door middel van regressietechnieken de GxG-puntgegevens en de hulpinformatie met elkaar in verband gebracht. Dit levert per deelgebied één vergelijking op waarmee de GHG wordt voorspeld uit een combinatie van verschillende hulpgegevens. Het resulteert tevens in vergelijkingen voor de GVG en GLG. Deze vergelijkingen worden gebiedsdekkend toegepast. Daarnaast is gekeken of toepassing van deze vergelijkingen lokaal tot verschillen tussen gemeten en voorspelde GxG leidt. Deze verschillen op de meetlocaties en de locaties van de vaste buizen worden gebruikt om met een interpolatietechniek vlakdekkend voorspellingen (kaarten) van de GxG te maken. Naast de gebiedsdekkende voorspelling van GxG is ook de betrouwbaarheid van de schatting van de GxG in kaart gebracht.
Op deze manier worden gebiedsdekkende bestanden gemaakt met GHG, GLG en GVG en tevens op kaart weergegeven. De grondwatertrappenkaart wordt samengesteld door de kaarten van de GHG en GVG te combineren.
- Grondwater opnieuw op de kaart; methodiek voor de actualisering van grondwaterstandsinformatie en perceelsclassificatie naar uitspoelingsgevoeligheid voor nitraat
de Gruijter, J.J. , van der Horst, J.B.F. , Heuvelink, G.B.M. , Knotters, M. , Hoogland, T. (2004) - Mapping groundwater dynamics using multiple sources of exhaustive high resolution data
Finke, P.A. , Brus, D.J. , Bierkens, M.F.P. , Hoogland, T. , Knotters, M. , de Vries, F. (2004) - Kartering van de grondwaterdynamiek met behulp van geo-informatie van hoge resolutie
Finke, P.A. , Brus, D.J. , Bierkens, M.F.P. , Hoogland, T. , Knotters, M. , de Vries, F. (2005)
Kaarten Grondwaterdynamiek
Wageningen Environmental Research kan verschillende kaarten met grondwaterstandsinformatie leveren. Hieronder worden de kaarten kort beschreven en de mogelijkheden en beperkingen van de verschillende kaarten aangegeven.
Grondwatertrappen
Het grondwaterstandsverloop wordt gekarakteriseerd met de Gemiddeld hoogste (GHG), de gemiddelde voorjaars- (GVG) en de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) GHG's en GLG's worden gecombineerd tot zogeheten grondwatertrappen (Gt's), die op kaarten worden weergegeven (Van der Sluijs, 1990).
De Bodem- en Gt-kaart (schaal 1:50.000) is tussen 1962 en 1990 per kaartblad gekarteerd en geeft landsdekkend de Gt weer in kaartvlakken (Steur en Heijink, 1991). De vlakken op de 1:50.000 kaart hebben een oppervlakte van tenminste 10 ha. De kaart is gebaseerd op een boringsdichtheid van één beschreven boring per 4 tot 10 ha. Bij elke boring zijn de GHG en GLG geschat. Bij veldschattingen van de GHG en GLG wordt gelet op de hoogteligging van een locatie ten opzichte van zijn omgeving, de aanwezigheid van sloten of begreppeling, en de hydromorfe kenmerken (roest- en reductievlekken). De veldschattingen worden geverifieerd met schattingen op basis van waargenomen grondwaterstanden in buizen en boorgaten. De Gt-vlakken worden vervolgens afgegrensd op basis van een beoordeling van profielkenmerken en landschappelijke kenmerken zoals drainagedichtheid en relatieve hoogteligging.
De landsdekkende kaart is vervaardigd volgens een uniforme werkwijze. De belangrijkste beperking bij het gebruik van deze kaarten is de actualiteit: omdat de kartering over een periode van meerdere decennia heeft plaatsgevonden. Daar staat echter de landsdekkende beschikbaarheid en uniformiteit tegenover. De kaarten worden tot op heden hoofdzakelijk toegepast op regionale of landelijke schaal. Voor lokale toepassing is de Gt-kaart, schaal 1:50.000, niet bruikbaar.
De Gt-kaart, schaal 1:50.000, kan in combinatie met de bodemkaart of apart tegen verstrekkingskosten en een bedrag per hectare als digitaal bestand bij Wageningen Environmental Research worden besteld.
Contact
ing. F (Fokke) Brouwer
onderzoeker (bodem)
Vanaf 1970 wordt het grondwaterstandsverloop ook in detail gekarteerd (schaal 1:10.000 tot schaal 1:25.000). Vóór die tijd werden de gronden alleen aangeduid met nat en droog. De meeste detailkarteringen zijn uitgebracht op schaal 1:10.000. De Gt's zijn geschat op basis van boringen en veldschattingen. Bij deze kaartschaal hoort een boringsdichtheid van één beschreven boring per ha. Door gebruik te maken van het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) als hulpinformatie kunnen sinds 2000 ook bodem- en Gt-kaarten worden gemaakt met een lagere boringsdichtheid (1 boring per 2 tot 3 ha). Bij veldschattingen van de GHG en GLG wordt voornamelijk gelet op de hoogteligging van een profiel ten opzichte van zijn omgeving, de aanwezigheid van sloten of begreppeling en de hydromorfe profielkenmerken (roest- en reductievlekken). Tijdens de kartering wordt het permanente net van peilbuizen aangevuld met tijdelijk geplaatste peilbuizen waarin grondwaterstanden worden gemeten. De GHG en GLG in beide typen peilbuizen wordt uit de waarnemingen geschat, en gebruikt bij het toetsen of bijstellen van de veldschattingen.
Vanaf 1985 worden ook gerichte opnames uitgevoerd. Dit zijn grondwaterstandsmetingen in boorgaten op twee tijdstippen: één als de grondwaterstanden zich rond GHG-niveau bevinden en één als de grondwaterstanden zich rond GLG-niveau bevinden. Voor de locaties van de gerichte opname worden met regressieanalyse de GHG en GLG geschat (Te Riele en Brus, 1991). Detailkarteringen van na 1990 zijn in digitale vorm beschikbaar en bedekken ongeveer 10% van het Nederlandse landoppervlak. Deze kaarten worden hoofdzakelijk gebruikt voor agrarische toepassingen, zoals beoordeling van bodemgeschiktheid en bepaling van de ruilwaarde van gronden. De laatste jaren wordt de Gt-informatie ook veel gebruikt bij natuurontwikkeling (Van Delft et al. , 2007). Omdat het hierbij vaak gaat om kleinere gebieden is het schaalniveau doorgaans 1:5.000 of gedetailleerder.
Detailkarteringen zijn geschikt voor toepassing op lokale en regionale schaal. De methode van kartering is uniform, al kan er extra, gebiedsspecifieke, informatie op een kaart zijn vermeld.
De detailkarteringen worden in opdracht gemaakt. Bestaande detailkarteringen kunnen tegen verstrekkingskosten en een bedrag per ha als digitaal bestand bij Wageningen Environmental Research worden besteld.
Sinds 1997 maakt Wageningen Environmental Research kaarten van de grondwaterdynamiek (Gd). Deze kaarten zijn gemaakt om verouderde informatie van 1:50.000 Gt-kaarten te actualiseren. Voor de landbouwkundig gebruikte zand- en lössgronden zijn Gd-kaarten vervaardigd voor de mestwetgeving. Voor een deel van de zandgronden met natuur en een aantal kleine gebieden met kleigronden zijn ook Gd-kaarten beschikbaar. Kartering vindt plaats op basis van gerichte opnamen van de grondwaterstand. Met regressieanalyse wordt een verband gelegd tussen de gerichte opnamen en langlopende meetreeksen van grondwaterstanden. De waarnemingsdichtheid van de huidige Gd-kaarten is ongeveer één waarneming per km². Met geostatistische interpolatie worden gebiedsdekkende kaarten gemaakt, waarbij naast de gerichte waarnemingen ook gebiedsdekkend beschikbare informatie over maaiveldshoogte en ontwatering wordt gebruikt. De kaarten die hiermee worden gemaakt geven voor rastercellen de grondwaterdynamiek uitgedrukt in GHG, GVG, GLG, Gt-klasse, duurlijnen en regimecurves (Finke et al. , 2004).
Een belangrijke meerwaarde ten opzichte van de Gt-kaarten is dat bij de Gd-kartering ook de nauwkeurigheid van de gekarteerde GHG, GVG en GLG wordt aangegeven. Uit validatie blijkt dat de nauwkeurigheid van Gd-kaarten groter is dan van de 1:50.000 Gt-kaarten, maar logischerwijs minder nauwkeurig dan Gt-informatie uit een recente detailkartering (Hoogland et al., 2003; Pleijter et al., 2003).
Actuele kaarten van de grondwatersituatie worden bij waterschappen en provincies gebruikt bij het vaststellen van het Gewenst Grond- en Oppervlaktewater Regime (GGOR) en voor regionaal waterbeheer. In het landelijke beleid is deze informatie nodig voor het vaststellen van uitspoelingsgevoelige gronden in het kader van de mestwetgeving (De Gruijter et al ., 2004; Van Kekem et al ., 2005).
Contact
drs. DJJ (Dennis) Walvoort
WR Onderzoeker
In 2006 is een grondwatertrappenkaart gemaakt op basis van beschikbare gegevens uit de toenmalige bodemkaart schaal 1:50.000, AHN en informatie uit profielbeschrijvingen. In 2010 zijn GHG- en GLG-kaarten gemaakt vanuit deze informatie. Download: Hydrologie op basis van karteerbare kenmerken.
- Natuurpotentie in vier NBL projecten in Gelderland en Overijssel; geïntegreerd bodemkundig en hydrologisch onderzoek naar de mogelijkheden voor natuurontwikkelng
van Delft, S.P.J. , Brouwer, F. , van der Werff, M.M. (2007) - Mapping groundwater dynamics using multiple sources of exhaustive high resolution data
Finke, P.A. , Brus, D.J. , Bierkens, M.F.P. , Hoogland, T. , Knotters, M. , de Vries, F. (2004) - Hydrologie op basis van karteerbare kenmerken
van der Gaast, J.W.J. , Massop, H.T.L. , Vroon, H.R.J. , Staritsky, I.G. (2006) - De grondwaterdynamiek in het waterschap Regge en Dinkel
van der Gaast, J.W.J. , Vroon, H.R.J. , Pleijter, M. (2006) - De verdroging in beeld met historische en actuele grondwatertrappen op basis van karteerbare kenmerken
van der Gaast, J.W.J. , Massop, H.T.L. (2005) - Grondwater opnieuw op de kaart; methodiek voor de actualisering van grondwaterstandsinformatie en perceelsclassificatie naar uitspoelingsgevoeligheid voor nitraat
de Gruijter, J.J. , van der Horst, J.B.F. , Heuvelink, G.B.M. , Knotters, M. , Hoogland, T. (2004) - Actualisatie grondwatertrappenkaart waterschap Rijn en IJssel
Hoogland, T. , Finke, P.A. , de Vries, F. (2003) - Uitspoelingsgevoelige gronden op de kaart; werkwijze en resultaten
van Kekem, A.J. , Hoogland, T. , van der Horst, J.B.F. (2005) - Kaarten met grondwaterstandverloop nader bekeken; kan de kwaliteit van grondwaterstandkaarten die gemaakt zijn met ruimtelijke modellen verbeterd worden door aanvullend veldwerk?
Pleijter, M. , Brouwer, F. , Brus, D.J. (2003) - Bodemkaart van Nederland, schaal 1:50000 : algemene begrippen en indelingen
Steur, G.G.L. , Heijink, W. , de Bakker, H. , Boersma, O.H. , Hamming, C. (1991) - Methoden van gerichte grondwaterstandsmetingen voor het schatten van de GHG
te Riele, W.J.M. , Brus, D.J. (1991) - Bodemkunde van Nederland: Algemene bodemkunde
Locher, W.P. , de Bakker, H. (1990)
Toepassingen Grondwaterdynamiek
Op basis van geactualiseerde informatie over de grondwaterdynamiek is met behulp van het waternood-instrumentarium zoals voor STOWA ontwikkeld vast te stellen in hoeverre het actuele grondwaterregime (AGR) voldoet voor de gewenste landbouwkundige en natuurdoelen.
Afhankelijk hiervan kan een realistisch gewenste grondwaterregime worden vastgesteld waarbij de gewenste doelen zo goed mogelijk gerealiseerd kunnen worden. Deze systematiek is in een tweetal studies ontwikkeld en toegepast door Finke et al. (2001) en Hoogland et al. (2003). Naast het STOWA waternood instrumentarium is door Hoogland et al. (2002) een methode ontwikkeld om op basis van bodemkundig-hydrologische geschiktheid natuurdoelen optimaal te lokaliseren
Tijdens de Gd-kartering in Brabant door Finke et al. (2002) is op basis van de vervaardigde Gd-bestanden een ruimtelijk beeld van de maatgevende afvoer bepaald. Op basis van modelberekeningen zijn afvoerrelaties afhankelijk van de grondwaterdynamiek vastgesteld en toegepast om kaarten van maatgevende en specifieke afvoeren te genereren.
Daarnaast is Gd-informatie in eerder onderzoek gebruikt voor de keuze van representatieve meetlocaties voor de optimalisatie van een grondwatermeetnet. Hiervoor zijn verschillende onderzoeksprojecten uitgevoerd door Massop en van der Gaast (2003) en Bierkens en Massop (2000).
Gekarteerd gebied Grondwaterdynamiek
Voor het opvragen van kaarten kunt u contact opnemen via www.bodemdata.nl.
Vraag en antwoord
De schadeuitkering aan boeren in waterwingebieden wordt onder meer vastgesteld op basis van bodemkundig en hydrologisch patroononderzoek en de TCGB-tabellen. Over de werkelijke schade bestaat onzekerheid, omdat volledige zekerheid onbetaalbaar is. Door gericht onderzoek te verrichten is deze onzekerheid echter wel te reduceren. De kosten van dit onderzoek moeten worden bezien in het licht van de risico's die ermee kunnen worden voorkomen. Daarbij is het nuttig om onderscheid te maken tussen onzekerheid als gevolg van beperkte proceskennis en onzekerheid als gevolg van beperkte patroonkennis.
Bij het nemen van deze beslissingen baseren grondwaterbeheerders zich op informatie die vaak bestaat uit schattingen en voorspellingen. Over de juiste waarden, en daarmee de juistheid van hun beslissingen, zijn grondwaterbeheerders onzeker. In dit artikel wordt geïllustreerd hoe kennis over onzekerheid het nemen van rationele beslissingen kan bevorderen.
Tijdreeksen van grondwaterstanden (Ht) zijn ruimtelijk voorspeld met behulp van een geregionaliseerd autoregressief tijdreeksmodel met een exogene variabele (RARX-model), met het neerslagoverschot (Pt) als invoervariabele. Dankzij hun fysische basis kunnen RARX-modelparameters worden 'gegist' uit hulpinformatie zoals een digitaal hoogtemodel (DEM), digitale topografische kaarten en digitaal opgeslagen bodemkundige profielbeschrijvingen. Drie verschillende methoden zijn gevolgd om RARX-modelparameters te regionaliseren. Bij de 'directe methode' (DM), is Pt getransformeerd in Ht met behulp van de gegiste RARX-modelparameters. Bij de 'indirecte' methode (IM) zijn de voorspellingen van DM gecorrigeerd voor waargenomen systematische fouten.
Bij de Kalmanfiltermethoden zijn de parameters van regionalisatiefuncties voor de RARX-modelparameters geoptimaliseerd, conditioneel op grondwaterstandswaarnemingen. Deze regionalisatiefuncties beschrijven de ruimtelijke afhankelijkheid van de RARX-modelparameters. External drift kriging en simple kriging with varying means zijn toegepast als regionalisatiefuncties, waarbij gegiste RARX-modelparameters of DEM-data zijn gebruikt als hulpvariabelen. Zowel voorspellingen van Ht voor gegeven dagen als schattingen van verwachte grondwaterstanden zijn gemaakt voor een studiegebied van 1375 hectare.
De nauwkeurigheid van de methoden is getoetst middels kruisvalidatie, met behulp van waarnemingen van grondwaterstanden in 27 buizen waarvan de locatie is geselecteerd door middel van een gestratificeerde aselecte steekproef. IM schat de verwachte grondwaterstand met geringere systematische fouten dan de alternatieve methoden. De Kalmanfiltermethoden voorspellen de temporele variatie van Ht beter dan de alternatieve methoden, zoals blijkt uit kleinere 'toevallige' fouten. Met name de Kalmanfiltermethode waarbij gebruik wordt gemaakt van DEM-data als external drift voorspelt de ruimtelijke variatie van Ht nauwkeuriger dan de alternatieve methoden.
Een geregionaliseerd autoregressief tijdreeksmodel met een exogene variabele (RARX-model) is gepresenteerd voor de beschrijving van de relatie tussen het neerslagoverschot en de grondwaterstand.
De parameters van het RARX-model worden 'gegist' voor niet-bezochte locaties door gebruik te maken van hulpinformatie zoals bodemkundige profielbeschrijvingen, een topografische kaart en een digitaal hoogtemodel (DEM). Bij de Directe Methode worden de gegiste parameters gebruikt om tijdreeksen van grondwaterstanden te voorspellen voor niet-bezochte locaties; waargenomen grondwaterstanden worden niet gebruikt bij het voorspellen.
Bij de Indirecte Methode worden waargenomen grondwaterstanden gebruikt om de voorspellingen uit de Directe Methode te corrigeren voor systematische voorspelfouten. De voorspelnauwkeurigheid is geëvalueerd door middel van kruisvalidatie. De validatieresultaten laten zien dat de 'toevallige' fout klein is (standaardafwijking rond de 10 cm), maar dat de systematische fouten groot kunnen zijn (de absolute gemiddelde fout is gemiddeld 18 cm).
De root mean squared error van de voorspelde tijdreeksen is gemiddeld 22 cm. Rekening houdend met de onzekerheid over zowel de toekomstige meteorologische omstandigheden als de RARX-modelvoorspellingen, is een kaart vervaardigd van het risico dat een kritische grondwaterstand op een kritisch tijdstip in enig toekomstig jaar wordt overschreden. Bovendien zijn kaarten vervaardigd van de componenten van onzekerheid bij voorspellingen van de grondwaterstand.
De grondwaterspiegel is door zijn geringe diepte belangrijk voor o.a. landbouw en natuurbeheer. Nauwkeurige informatie is daarom nodig om beslissingen van waterbeheerders te ondersteunen. Met eenvoudige, empirische tijdreeksmodellen die het neerslagoverschot als invoer hebben blijkt de fluctuatie van de grondwaterstand ongeveer even nauwkeurig te kunnen worden beschreven als met complexere, fysische modellen die meer invoer nodig hebben. Voor locaties waar tijdreeksen zijn waargenomen kunnen tijdreeksmodellen worden gekalibreerd. Voor alle andere plaatsen worden de parameters van de tijdreeksmodellen geschat met behulp van digitaal beschikbare hulpinformatie en eenvoudige fysische relaties.
Met deze 'geregionaliseerde' tijdreeksmodellen kunnen statistieken van de grondwaterstand worden geschat, die gebruikt worden in het waterbeheer op lange termijn. Door het geregionaliseerde tijdreeksmodel te combineren met een Kalmanfilter kunnen actuele grondwaterstanden worden voorspeld ten behoeve van het dagelijkse peilbeheer. De onzekerheid over de werkelijke grondwaterstandsfluctuatie kan worden gekwantificeerd, wat van belang is bij het ondersteunen van beslissingen.
De grondwaterstand wordt op tal van plaatsen en om tal van redenen gevolgd in de tijd. Op die manier ontstaan tijdreeksen waaruit informatie over het dynamische gedrag van de grondwaterstand kan worden afgeleid, als die reeksen tenminste lang genoeg zijn. Bij het inrichten en in stand houden van grondwatermeetnetten kan de vraag rijzen hoe lang je de grondwaterstand tenminste moet meten om de grondwaterstandsdynamiek te kunnen karakteriseren.
In dit artikel zullen voor 51 locaties verspreid over het Pleistocene deel van Nederland de responstijden voor de relatie tussen neerslagoverschot en grondwaterstand worden gegeven, alsmede beknopte bodemkundig-hydrologische beschrijvingen van deze locaties. De responstijden geven een idee van de minimale lengte van de reeks die nodig is om de relatie tussen neerslagoverschot en grondwaterstand goed te kunnen beschrijven. In de toekomst zou deze lijst kunnen worden uitgebreid en gedifferentieerd
Grondwaterstandsreeksen worden in Nederland vaak gemodelleerd met transfer-ruismodellen. Het aantrekkelijke van deze modellen is dat je alleen reeksen van grondwaterstanden, neerslagoverschotten en eventueel andere gegevens, zoals onttrekkingscijfers, nodig hebt. Sinds kort hoeven deze reeksen zelfs niet meer per se equidistant te zijn. Transfer-ruismodellen kunnen dus worden opgesteld zonder dat er informatie over de bodemfysische eigenschappen van de grond, regionale grondwaterfluxen, drainage of infiltratie nodig is.
Deze modellen hebben echter ook een nadeel: je kunt er geen effecten van ingrepen in het hydrologische regime mee voorspellen, omdat er geen fysische parameters in zitten die kunnen worden aangepast; het zijn ‘black box’-modellen. In dit artikel nemen we een kijkje in de ‘black box’ en onderzoeken we of het toch mogelijk is om het effect van ingrepen te voorspellen met een transfer-ruismodel. Deze effecten kunnen dan worden uitgedrukt in termen van risico’s – of kansen, als je het positief bekijkt – want transfer-ruismodellen zijn immers stochastische modellen.


