Hydrologie - droogte

Introductie

Recente, droge jaren (2018, 2019, 2021, 2022), hebben gezorgd voor een veelvoud aan problemen met de waterhuishouding. Daaraan gerelateerd ondervinden groen en gebouwd erfgoed ook hinder door droogte. Dit artikel beschrijft de basisprocessen van hydrologische omstandigheden, veranderingen in deze hydrologische omstandigheden tijdens droogte, en een eerste inzicht in gevolgen en mogelijke aanpassingen.

Afb. 1. Schematisch overzicht van generieke patronen in grondwaterstanden tijdens het winterhalfjaar (a), en tijdens het zomerhalfjaar (b).

Afb. 2. Situatie in een normaal zomerhalfjaar (a), en de situatie in een extreem droog zomerhalfjaar, waarbij de grondwaterstand verder is uitgezakt (b).

Afb. 3. Maximale neerslagtekorten gedurende het groeiseizoen (april – september) voor elk jaar vanaf 1906. In blauw is de trend weergegeven. Aan de hand van 4 verschillende klimaatscenario’s zijn toekomstige inschattingen van maximale neerslagtekorten weergegeven (hierin staat H voor hoge uitstoot en L voor lage uitstoot van broeikasgassen, d voor een droog scenario en n voor een nat scenario). Voor alle scenario’s is er een (licht) stijgende trend in maximale neerslagtekorten voorzien. (Bron: KNMI).

Normale jaarlijkse patronen

In Nederland valt jaarlijks gemiddeld rond de 850 millimeter aan neerslag . Een groot deel van deze neerslag verdampt ook weer, normaal rond de 600 millimeter per jaar . De verdamping vindt voornamelijk plaats gedurende het groeiseizoen, dat loopt van 1 april tot en met 30 september. In deze periode ligt de verdamping doorgaans hoger dan de hoeveelheid neerslag. In het winterhalfjaar is dit patroon omgedraaid, en valt er normaal gezien meer neerslag dan dat er verdampt.

Doordat er in het winterhalfjaar meer neerslag valt dan dat er verdampt, vindt er aanvulling plaats van het grondwater doordat het water de kans krijgt te infiltreren. Het grondwater stijgt daardoor. Om wateroverlast te voorkomen, wordt in de winter de oppervlaktewaterstand naar een lager peil, het winterpeil, gebracht. Hierdoor kan water richting deze watergangen stromen en worden afgevoerd (Figuur 1a). In het zomerhalfjaar (groeiseizoen), zakt de grondwaterstand door verdamping juist uit. Door de waterstand in sloten en kanalen dan naar een hoger peil te brengen, het zomerpeil, wordt voorkomen dat het grondwater te ver daalt. Water kan dan juist vanuit de sloten in de bodem zakken richting het grondwater (Figuur 1b). Deze manier van sturen van het waterpeil wordt wel omgekeerd peilbeheer genoemd. Effecten veroorzaakt door klimaatverandering vragen deels verandering van dit peilbeheer.

Wat is droogte - gevolgen voor waterstanden

Recente jaren (2018, 2019, 2021, 2022), zijn droge jaren geweest met vooral in het groeiseizoen een tekort aan neerslag ten opzichte van normaal. Droogte kan worden beschreven aan de hand van verschillende definities :

• Meteorologische droogte. Hiervan is sprake als het neerslagtekort groter is dan in de meeste andere jaren. Het doorlopend neerslagtekort wordt berekend gedurende het droogteseizoen (april – september) waarbij het verschil wordt berekend tussen potentiële verdamping en de gemeten neerslag.
• Hydrologische droogte. Dit doet zich voor bij zeer lage rivierafvoeren en lage oppervlakte- en grondwaterstanden. De hydrologische droogte wordt beïnvloed door de mate van meteorologische droogte, en waar deze meteorologische droogte zich voordoet binnen het stroomgebied (gebied van waaruit rivieren water afvoeren).
• Agrarische droogte. Veroorzaakt door een combinatie van meteorologische droogte en hydrologische droogte kan zowel de bovenste bodemlaag sterk uitdrogen als het grondwaterpeil ver uitzakken. Het water uit deze bovenste bodemlaag is belangrijk voor planten. Evenals nalevering (capillaire werking) van grondwater richting de wortels, dat kan wegvallen als het grondwaterpeil te diep uitzakt. Dit kan bijvoorbeeld worden versterkt als het waterpeil in sloten niet meer op niveau gehouden kan worden (hydrologische droogte), en de grondwaterstand in droge perioden daardoor nog verder uitzakt (figuur 2).

De lagere grondwaterstanden ten gevolge van droogte kunnen niet alleen nadelige effecten hebben op het moment zelf, maar ook in latere periodes. Als in het zomerhalfjaar het grondwaterpeil verder uitzakt dan normaal, is er in de winter dus ook meer infiltratie nodig (en dus neerslag) om aan het begin van het volgende groeiseizoen het peil weer op niveau te krijgen. Indien dit niet het geval is, kan een droogte van een vorig jaar het jaar erop dus nog steeds doorwerken. Er is in dat volgende jaar dan sneller kans op problemen door agrarische droogte (door grondwaterstanden die al te laag zijn, en alleen maar weer verder zullen uitzakken). Dit betekent in de praktijk dat water in de winter minder snel afgevoerd zou moet worden om zo voor de start van het groeiseizoen de grondwatervoorraad weer volledig aangevuld te krijgen.

Wat veroorzaakt droogte - klimatologische omstandigheden

In recente jaren zijn er meerdere jaren geweest met grote meteorologische droogte. Daarbij zijn in de afgelopen jaren (2018, 2020, 2022) extreem hoge maximale neerslagtekorten (>250 mm) gemeten. Jaren met zulke grote neerslagtekorten lagen dus kort op elkaar, terwijl deze tussenpozen in het verleden (terug tot 1906) minsten 10 jaar uit elkaar lagen (en tot 2018 alleen waren voorgekomen in 1911, 1921, 1947, 1957 en 1976).

De KNMI verwacht in de toekomst een verdere toename van neerslagtekorten (figuur 3) . Deze neerslagtekorten zijn de afgelopen decennia al toegenomen, met in de afgelopen dertig jaar (1993-2022) een toename van 11 procent per decennium. Daarbij is het neerslagtekort in de lentemaanden (april-mei) met 13 procent zelfs nog iets verder gestegen. Dit ondanks een toename van de totale hoeveelheid regen in het jaar. Vooral in voorjaar/zomer (groeiseizoen) neemt het neerslagtekort toe door een combinatie van drogere perioden en een toename in verdamping door een combinatie van meer zonneschijn en hogere temperaturen . Over het hele jaar gemeten is er juist een opgaande trend zichtbaar in neerslaghoeveelheden: vooral in de wintermaanden is er juist een toename van neerslag ten opzichte van voorheen.

De duur en doorwerking van de droogte zijn dan afhankelijk van in hoeverre het grondwater in de winter aangevuld wordt. Als dit water goed kan worden vastgehouden en kan infiltreren kunnen de grondwaterniveaus zich herstellen, en kan wellicht een buffer worden gecreëerd voor de droge perioden (bv. door een betere sponswerking bodem of door het hanteren van een hoger winterpeil). Als de (grotere) hoeveelheid water die valt in een minder regelmatig tijdspatroon (bv. meer extremere regenval in korte tijd) niet goed kan worden opgevangen, kan dit ertoe leiden dat grondwaterniveaus minder goed herstellen, en droogte verder versterkt wordt in een daaropvolgende periode van weinig neerslag.

Gevolgen van droogte

Voor de bodem

Bodemtypen in Nederland kunnen grofweg worden ingeschaald in klei, veen en zand. Deze bodemsoorten ondervinden verschillende problemen in tijden van droogte.

Klei

De bovenste lagen van een kleibodem kunnen bij droogte krimpen door uitdroging van de bodem, en bij vochtopname in een later stadium weer zwellen. De mate van zwellen van een kleibodem is daarbij o.a. afhankelijk van de druk van bovenaf op de bodem. Daarnaast kan bij diepere ontwatering de kleibodem gaan inklinken. Krimpen en inklinking wordt veroorzaakt doordat water dat in de ruimtes tussen de poriën zit verdwijnt en kleideeltjes daardoor dichter op elkaar kunnen komen te zitten.

Veen

Door droogte, maar zeker ook door ontwatering ten behoeve van de bruikbaarheid van de veengronden, kunnen bovenste lagen van het veen droog komen te liggen en oxideren. Dit betekent dat het veen uitdroogt en daardoor langzaam kan verteren. Dit heeft onomkeerbare bodemdaling tot gevolg.

Zand

Zandgronden bevinden zich in Nederland vaak op de relatief hoger gelegen delen (oost en zuid Nederland). Door deze hogere ligging kan in droge perioden de grondwaterstand ver uitzakken, waardoor vegetatie vooral afhankelijk is van bodemvocht in de bovenste bodemlaag. Wanneer zich lange periodes zonder neerslag voordoen, heeft dit dus grote negatieve gevolgen voor de vegetatie. In tegenstelling tot klei (zwellen en krimpen) en veen (oxidatie), hebben zandgronden vrijwel geen last van bodembewegingen tijdens droogte.

Voor gebouwd erfgoed - funderingen & verzakkingen

Bodemdalingen kunnen voor schade zorgen aan funderingen als deze op de bodemlagen zijn gelegd die onderhevig zijn aan veranderingen. Verzakkingen kunnen bijvoorbeeld optreden bij panden die gefundeerd zijn op staal. Vooral als de bodem onder het pand niet gelijkmatig beweegt. Hierbij valt te denken aan de inklinking van kleibodems of oxidatie van de veenbodems. Door (onregelmatige) veranderingen in de bodem kunnen hierdoor scheuren en verzakkingen ontstaan.

Ook houten funderingen kunnen schade ondervinden door droogte. Indien de funderingen droog komen te staan, en het hout in aanraking komt met zuurstof, kunnen de houten funderingen gaan rotten. De hier opvolgende vorm van verzakking is direct gerelateerd aan (te lage) grondwaterstanden en dus niet aan gevolgen van mogelijke bodemdaling.

Voor groen erfgoed

Door het uitzakken van het grondwater en de lage bodemvochtgehaltes gedurende perioden van droogte, kunnen planten minder vocht opnemen dan ze via het blad verdampen. Dit is vooral het geval voor planten die ondiep wortelen. Bij extreme droogte, waarbij de grondwaterstanden heel diep uitzakken, kunnen ook bomen die dieper wortelen worden getroffen. Met name op de hoger gelegen gebieden. Dit levert schade op aan beplanting, die soms echter pas in de volgende jaren zichtbaar wordt.

Verschillende buitenplaatsen hebben installaties voor beregening van het monumentaal groen, gebruik makend van grondwater of water vanuit nabij gelegen watergangen. Dit is echter niet altijd een oplossing, met name tijdens langere perioden van neerslagtekorten. Waterschappen stellen dan regelmatig een onttrekkingsverbod van oppervlaktewater en/of grondwater in. Het schaarse aanwezige water wordt dan verdeeld volgens een zogenaamde verdringingsreeks, waarbij cultuurhistorie meestal onderaan deze reeks staat. Dit kan leiden tot knelpunten omdat onomkeerbare schade aan een rijksmonument kan ontstaan.

Mogelijk tegengaan effecten van droogte

De mens – zeker in Nederland – heeft grote aanpassingen gedaan aan zijn leefomgeving om het land te kunnen gebruiken voor verschillende doeleinden zoals landbouw en bewoning. Aanpassingen zijn vaak gedaan met als doel om water zo snel mogelijk af te kunnen voeren. Hiertoe zijn watergangen in het verleden veelal rechtgetrokken en uitgediept. Deze ontwatering kan in perioden van langdurige droogte echter tegenstrijdig werken: bodemvochtgehaltes zijn dan te laag en het grondwater zakt te ver uit om nog gebruikt te kunnen worden door de aanwezige vegetatie. Al decennia is het grondwaterpeil in veel hogere gebieden in Nederland te laag en is er sprake van structurele verdroging .

Om water beter te kunnen vasthouden en te kunnen laten infiltreren, zodat niet al het water snel wordt afgevoerd en grondwaterniveaus langer op niveau kunnen worden gehouden, vinden verschillende soorten ingrepen plaats. Deze veranderingen omvatten vooral het laten hermeanderen van rivieren, waarbij afvoertijden worden vertraagd (bijvoorbeeld in de landgoederenzone Baakse Beek ). Het principe van water vasthouden – bergen – afvoeren, betekent het streven naar het zoveel mogelijk vasthouden van water, alvorens het water elders te bergen of, in het laatste geval, af te gaan voeren. Verder worden beken vaak verondiept (bijvoorbeeld in het stroomgebied van de Drentsche Aa) . Dit leidt tot een minder snelle en minder diepe ontwatering van stroomgebieden, waarbij grondwaterstanden worden verhoogd. Deze vernattingsmaatregelen, ondanks dat ze ervoor kunnen zorgen dat er in de zomer minder acute hydrologische en agrarische droogte voorkomt, zouden aan het begin van het groeiseizoen kunnen zorgen voor een minder goede betreding van landbouwgronden. Ook zouden, afhankelijk van de bovengenoemde veranderingen, sommige gebieden minder geschikt kunnen zijn voor bepaalde gewassen doordat ze wellicht natter zijn dan voorheen door een minder diepe ontwatering. Daarnaast is vernatting weliswaar goed voor het groene erfgoed en de nieuwe aanplant, maar slecht voor oude bomen. Deze kunnen hun wortelsysteem niet meer voldoende aanpassen aan de veranderde hydrologische omstandigheden, waardoor zuurstof de wortels niet meer kan bereiken.

Ook in gebouwde gebieden kan vernatting voor problemen zorgen . In veengebieden wordt het waterpeil geïndexeerd aan de hand van de ontstane bodemdaling. Is dit niet meer het geval, of wordt het waterpeil zelfs verhoogd (bijvoorbeeld in het kader van “water en bodem sturend” ), dan neemt de drooglegging dus af. Hierdoor daalt de bodem minder snel, maar kan er ook minder water worden geborgen in de bodem met een toenemende kans op wateroverlast. In Gouda doen dit soort problemen zich voor in de oude binnenstad. Het waterpeil is daar al decennia lang niet meer verlaagd om problemen met houten funderingen te voorkomen . Echter krijgen panden die niet diep gefundeerd zijn, en mee zakken met de bodem, daardoor steeds vaker te maken met wateroverlast . Voor deze panden is een verlaging van grondwater dus noodzaak, en brengt vernatting juist problemen met zich mee.

Zie ook

Artikelen

• Hydrologie en archeologie - een samenvatting

Hoort bij deze thema's

• Hydrologie

Trefwoorden

droogte, bodemdaling, grondwater, monumentenschade, klimaatverandering

Begrippen

hydrologie

Specialist(en)

• Niels Lake

---