Effecten van natuur-gebaseerde maatregelen voor het tegengaan van extreme overstromingen en droogte

Op dit moment is het echter nog niet voldoende duidelijk onder welke omstandigheden natuur-gebaseerde maatregelen bijdragen aan de vermindering van overstromings- en droogterisico’s. Een betrouwbare beoordeling van deze bijdrage is van belang omdat de implementatie van deze maatregelen complex en tijdrovend is. Bovendien kunnen maatregelen bedoeld om droogte te verminderen negatief doorwerken op overstromingsrisico’s en vice versa. Het blijkt ook lastig om de kosten en baten te vergelijken met andere type maatregelen (bijv. civieltechnische) die overstromings-en droogterisico’s verminderen. 

Bij het beantwoorden van de kennisvragen maken wij gebruik van empirische gegevens en rekenmodellen. Er bestaan in de waterwereld veel soorten rekenmodellen, die onder andere verschillen in hoe ze het watersysteem beschrijven, denk daarbij aan tijdstap, resolutie en de processen die mee worden genomen. Daarmee verschillen ook de aannames die modelleurs (moeten) doen om de effectiviteit van maatregelen te kwantificeren. JCAR ATRACE maakt daarom gebruik van verschillende modellen om een bandbreedte aan te geven van de verwachting over hoe effectief natuur-gebaseerde maatregelen in de praktijk werken.

Om geïnformeerde beslissingen te kunnen nemen in het waterbeheer, is het belangrijk om kennis te hebben van de invloed van modelkeuzes op te verwachte effectiviteit van maatregelen. In JCAR ATRACE proberen we daarom te komen tot gedragen ‘good modelling practices’, met begrip van beschikbaarheid en doelbereik van verschillende rekenmodellen, zodat ook op dat vlak uniforme methodes worden ontwikkeld.

Julius Overhoff, Romijn Servaas en Huub Koper zijn recent afgestudeerd aan de VU Amsterdam met onderzoeken naar effectbepaling van enkele natuur-gebaseerde maatregelen op het overstromingsrisico in het internationale Geul-en Maasstroomgebied. De studenten gebruikten drie verschillende rekenmodellen, om te achterhalen in hoeverre deze modelinstrumenten geschikt zijn voor de bepaling van de effecten en in hoeverre modelkeuzes invloed hebben op het resultaat.

De afgeronde onderzoeken voor het Geul-stroomgebied bevestigen enkele eerdere conclusies van o.a. Asselman et al. (2023) en Slager et al. (2022) dat alleen zeer grootschalige implementatie van (natuur-gebaseerde) maatregelen (bebossing) in het stroomgebied de piekafvoeren (zoals in 2021) bij zowel Valkenburg als Meerssen substantieel (respectievelijk 18-35%) kunnen verlagen. Realiseren van kleinere oppervlakten aan (nieuw) bos, of de massale aanplant van heggenrijen zijn weliswaar onder het huidige beleid realistischer uitvoerbaar, maar leveren slechts een beperkte reductie van maximaal enkele procenten in piekafvoer op bij een groot event zoals in 2021. 

De onderzoeken laten daarnaast zien dat karakteristieken van het bos, met name de mate van bosontwikkeling, veel invloed heeft op de berekende reducties.  In een nauwelijks ontwikkeld bos (jonge aanplant), worden reducties van de piekafvoer van slechts 5% berekend, terwijl de berekende reductie bij een volgroeid bos tot meer dan 80% oploopt. Dit komt met name omdat met de groei van het bos ook de bodem zich verder ontwikkeld. In een ouder wordend bos neemt het organisch stofgehalte en de porositeit van de bodem toe en daarmee ook de infiltratiecapaciteit en doorlatendheid van het bovenste deel van de bodem. Ook wordt er meer regen afgevangen door de vegetatie. Hierbij dient overigens wel te worden aangetekend dat (nog) niet heel duidelijk is welke rol de (diepere) ondergrond in het stroomgebied op de piekafvoer speelt: als regenwater eenmaal de bodem in is getrokken, is er vaak voldoende ruimte in de ondergrond om dit water te bergen, en daarmee afvoer te vertragen. Wat wel duidelijk is, is dat het tijd kost om het volledige gunstige effect van herbebossing te bereiken.

Enkele simulaties waarbij is aangenomen dat er 20 of 50% minder regen valt dan in juli 2021 laten zien dat onder deze condities piekafvoer relatief sterker gereduceerd wordt dan bij de grotere regenbuien. Dit geeft aan dat het relatieve effect van natuur-gebaseerde maatregelen kleiner wordt bij grotere buien.  

De keuze van verschillende hydrologische en hydrodynamische modellen en gekozen modelaannames blijkt ook van belang. OpenLISEM en het in eerder onderzoek gebruikte wflow-SOBEK model lijken goed in staat om de geschatte piekafvoeren in 2021 te benaderen en leveren ook diverse mogelijkheden om natuur-gebaseerde maatregelen in het model na te bootsen.  

OpenLISEM, een gecombineerd hydrologisch en hydrodynamisch model, heeft als voordeel dat het veel mogelijkheden biedt om landgebruikswijzigingen door te voeren. Deze wijzigingen hebben invloed op de werking van de bodem en daarmee op de afvoer van het regenwater.  

Het wflow-SOBEK model kan weer beter maatregelen in het stroombed van de rivier beschrijven en lijkt ook beter geschikt om effecten bij droogte door te rekenen. Beide modellen hebben door het gekozen detailniveau wel een tamelijk lange rekentijd (6 – 12 uur) per modelsimulatie van een event nodig, waardoor het relatief veel tijd kost om veel simulaties te doen.  

Een ander hydrodynamisch model – SFINCS – dat we getest hebben, is bekend om haar zeer korte rekentijden (enkele minuten), vanwege rekenkundige vereenvoudigingen van hydrologische processen. Dit model bleek in staat om de piekafvoer van juli 2021 te benaderen en kan ook sommige invloeden van NBS-maatregelen simuleren, zoals veranderingen in landgebruik en afvoersnelheid. Het biedt echter minder mogelijkheden dan de andere geteste modellen om de NBS-maatregelen realistisch in het model weer te geven en hun effect te simuleren. 

Het (socio-)hydrologische model – GEB– is vanwege de grove resolutie van ongeveer 1 bij 1 km in ruimte en tijd (dag basis), minder geschikt voor het betrouwbaar simuleren van dit type extreme overstromingen in het relatief kleine Geul-stroomgebied. Daarom is besloten om in dit afstudeeronderzoek de focus te verleggen naar het gehele Maas-stroomgebied en specifiek te kijken naar de invloed van herbebossing op benedenstroomse afvoer als gevolg van veranderingen in interceptie, bodem, verdamping en grondwater.