Download hier de pdf van dit artikel.
De natuurlijke sponswerking van het stroomgebied komt neer op het vasthouden van neerslagwater in natuurlijke moerasvegetaties en bodems. Zo wordt de afvoer van dat water vertraagd en gelijkmatiger verdeeld in de tijd. Deze aanpak sluit ook aan bij de trits vasthouden-bergen-afvoeren uit het Waterbeleid 21e eeuw. Het dempt de hoogwaterpieken. Het afvoervolume per tijdseenheid neemt immers af als de afvoer van eenzelfde hoeveelheid water over een langere periode wordt gespreid (zie afbeelding 1). Daarover zijn de professionals het wel eens. Toch is er in professionele kringen veel discussie over dit onderwerp. Niet zozeer over de vraag óf natuurlijke buffers werken, maar over de vraag of ze voldoende werken om een betekenisvolle rol te kunnen spelen in het nationale waterbeheer. Het Wereld Natuur Fonds, Bureau Stroming en Carthago Consultancy pleiten ervoor te gaan experimenteren en meten.
Afbeelding 1. Door de afvoer van neerslagwater meer te spreiden in de tijd worden afvoerpieken verlaagd (schematisch).
Afvoervertraging is simpel
De basis van het concept ‘sponswerking’ is afvoervertraging. En de kern van afvoervertraging is simpel: zorg dat het aandeel van de snellere componenten van watertransport kleiner wordt en die van de langzamere componenten groter. Het meeste effect heeft zo’n verschuiving in de bovenstroomse delen van het stroomgebied: de haarvaten van het afwateringssysteem en het aanliggende land. Alle lager gelegen gebruikers en functies profiteren dan immers mee.
In principe kent het watertransport over de helling drie componenten (zie afbeelding 2): overland flow, through flow en base flow. Hiervan is de overland flow de snelste component en de base flow de langzaamste.
Afbeelding 2: De rol van drainage aan de voet van de helling
Links een situatie met drainage door middel van greppels.
Rechts een ongedraineerde situatie, waarbij de bodem optimaal fungeert als spons.
De verdeling van het neerslagwater over deze drie componenten wordt bepaald door de infiltratie en percolatie van de bodem. Water kiest altijd de makkelijkste weg en in de meeste gevallen is dit infiltratie in de bodem en transport door de bodem (through flow). Alleen als het harder regent dan de grond aankan of de weg via het oppervlak erg makkelijk is gemaakt door bijvoorbeeld verharding, zal het water aan de oppervlakte blijven en via de oppervlakte afstromen (overland flow). In de andere gevallen zal het water via de ondergrondse tragere componenten – through flow en base flow – afgevoerd worden. Uiteindelijk zal het water onder in het dal een stroompje, een beek of rivier bereiken: de stream flow. Vanaf dat moment gaat het – letterlijk – razendsnel stroomafwaarts.
Cruciaal: de voet van de helling De voet van de helling is cruciaal bij het transportproces: een groot deel van het water van de bovenliggende helling en het bovenliggende plateau komt hier op relatief geringe diepte langs, op weg naar de beek in het dal. Kunstmatige drainage aan de voet van de helling (veelal vanwege landbouwkundig gebruik) takt aan op dit ondiepe bodemtransport en versnelt dus de afvoer van water uit een groot gebied. Het lijkt dan logisch om te veronderstellen dat het ongedaan maken van die drainage juist het omgekeerde effect zal hebben. Hierdoor kan met een relatief klein sponsoppervlak mogelijk een relatief grote bijdrage worden geleverd aan het voorkomen van afvoerpieken benedenstrooms in de rivier.
Afbeelding 3: Verwijderen van de drainage in een klein gebied kan een groot verschil maken in de afvoer van de gehele regio.
Dit betekent voor dit relatief kleine oppervlak veelal een verandering in grondgebruik, terwijl in de rest van het gebied het landgebruik intensiever kan blijven (ill. Jeroen Helmer).
Misleid door modellen?
Carthago en Stroming laten in een verkenning uit 2013 [1] zien dat modelstudies over natuurlijke berging zoals ze tot nu toe worden uitgevoerd, niet geschikt zijn om uitspraken te doen over de effectiviteit van natuurlijke berging door aanpassing van de drainage onder aan de helling. Een combinatie van een hydrologisch neerslag-afvoer-model (meestal HBV) en een golftransportmodel (meestal SOBEK) is prima geschikt voor het berekenen van infiltratie op het plateau, verdamping van de verschillende landgebruiksvormen en vertaling van dit alles in een watergolf door het afvoerstelsel. Voor dat soort berekeningen zijn deze modellen ontworpen. Ze zijn echter ongeschikt om de werking van natuurlijke berging te simuleren, omdat een cruciaal onderdeel van de natuurlijke sponswerking – het al dan niet gedraineerd zijn van de voet van de helling – bij het ontwerp van het model niet meegenomen werd. In de genoemde modelcombinatie wordt een toename van de natuurlijke sponswerking van de bodem uitsluitend via een verandering van landgebruik gesimuleerd. Daarom leveren dergelijke modelberekeningen verklaarbaar en voorspelbaar een geringe effectiviteit voor natuurlijke berging op. Dit betekent dat natuurlijke berging als instrument voor het verminderen van hoogwaterproblemen op dit moment op onjuiste gronden wordt verworpen.
Hoe effectief is sponswerking?
Hoewel modelberekeningen dus anders suggereren, is er alle reden om er vanuit te gaan dat het herstel van natuurlijke ‘sponzen’ een nuttig instrument kan zijn in het (internationale) waterbeheer. Immers, als drainage een effectief middel is om water sneller af te voeren dan mag verwacht worden dat het ongedaan maken van drainage in beginsel een effectief middel is om water trager af te voeren. Op dit moment zijn er echter geen geschikte modellen en onvoldoende gegevens om vast te stellen in hoeverre die afvoervertraging werkt en weten we niet of het voldoende effectief is om serieus ingezet te worden als maatregel om hoogwaterpieken af te zwakken.
In samenwerking met de partners uit Rijncorridor (zie kader 1) en Universiteiten in Nederland en Duitsland zijn het Wereld Natuur Fonds Nederland, Stroming & Carthago Consultancy bezig een internationaal onderzoeksproject op te zetten om empirische kennis op te doen over deze natuurlijke sponswerking én om – los daarvan – modellen te vinden of te ontwikkelen die wél geschikt zijn om over de werkingsgraad van die mechanisme uitspraken te doen.
Wanneer is de spons vol?
Vaak gaat men ervan uit dat hoogwater ontstaat doordat alle berging in het stroomgebied vol is: de spons is vol, de berging is vol, ‘loopt over’, en daardoor ontstaat hoogwater. Op basis van een voorbeeld van de Gulp (zie kader 2) blijkt echter dat een forse nuance op zijn plaats is. De natuurlijke berging in een stroomgebied is vele malen groter dan de hoeveelheid water die afgevoerd wordt, en het stroomgebied kan lang na de hoogwaterpiek nog steeds actief water bergen. Het stroomgebied doet dit na verloop van tijd alleen wat ‘minder effectief’.
Een voorbeeldige maatregel
Niet alleen op hydrologische gronden verdient sponsherstel nadere studie. Het is ook een maatregel die op andere punten past bij de ontwikkelingen in het internationale beleid. Zo past het uitstekend in de door Nederland onderschreven stroomgebiedsbenadering: het zoeken naar maatregelen die op het schaalniveau van het totale stroomgebied het meest effectief zijn.
Bovendien past sponsherstel ook uitstekend in het nieuwe Europese beleid van het stimuleren van groene infrastructuur. Internationaal gezien wordt deze ecosysteembenadering gezien als een wenselijke aanpak, juist omdat we behoefte hebben aan veerkracht en flexibiliteit in onze watersystemen in het licht van klimaatadaptatie. Ecosysteemdiensten worden al eveneens omarmd in het internationale (EU-)beleid en sluiten naadloos aan bij de vergroening van het EU-landbouwbeleid en de gewenste verbreding van de landbouw in het landelijk gebied van Europa. Ook de OESO stelt dat de ecosysteembenadering vaak kosteneffectiever is dan infrastructurele maatregelen. (zie kader 4). Water- en ecosysteemdiensten zouden een nieuw verdienmodel kunnen worden in marginale landbouwgebieden waar economische voorspoed niet vanzelfsprekend is.
Sponsberging benutten: te duur?
Natuurlijke sponswerking in de bodem van het Europese middelgebergte is als instrument in het hoogwaterbeheer waarschijnlijk kosteneffectiever dan maatregelen verder stroomafwaarts, bijvoorbeeld in Nederland. Een aanpassing van landgebruik gecombineerd met aanpassing van de drainage in een relatief klein gebied heeft immers een relatief groot effect omdat een kleine aanpassing aan de voet van een helling de afvoer van de hele helling vertraagt (zie kader 3).
Daarbij moet nog het volgende worden bedacht:
- Grond die het meest geschikt is voor ontwikkeling van sponzen is slechte landbouwgrond. De prijs daarvan ligt zeker onder het gemiddelde prijsniveau.
- Vasthouden van water reduceert niet alleen de hoogwaterpiek, maar mogelijk ook de droogteproblemen. Het vastgehouden water zal weliswaar niet worden afgegeven gedurende de droogste maanden maar in matig droge periodes wordt toch extra nageleverd en dat is gunstig.
- Van bovenstrooms vasthouden van water profiteert ook de natuur en daaraan gerelateerde functies zoals recreatie, aantrekkelijk wonen etc.
- Niet alleen Nederland profiteert van het bovenstrooms vasthouden van water. Ook alle inwoners van de rivier- en beekdalen bovenstrooms van ons profiteren. Nederland hoeft dus niet alle kosten zelf te dragen (hoewel dat waarschijnlijk financieel wel uit zou kunnen).
Als aangetoond kan worden dat sponsherstel voldoende effectief is om ook werkelijk een rol van betekenis te spelen in de hoogwaterbescherming is het logisch daar ook middelen voor beschikbaar te stellen en die stroomopwaarts in te zetten om de leveranciers te betalen voor hun diensten. Na Ruimte voor de Rivier en Building with Nature lijkt de tijd rijp om de weg van de ecosysteembenadering verder te verkennen.
Literatuur
- Van Deursen, W., A. van Winden en W. Braakhekke (2013). Mogelijkheden van bergen – Bergen van mogelijkheden! In opdracht van Wereld Natuur Fonds en de Coalitie Natuurlijke Klimaatbufffers.
- Kathleen Dominique, OECD Environment Directorate tijdens de UNECE Workshop on Water and Adaptation to Climate Change in Transboundary Basins, 25-26 April 2012 http://www.unece.org/fileadmin/DAM/env/documents/2012/wat/workshops/Transboundary_adaptation_april/presentations/15_K_Dominique_Final.pdf
