EEN ANALYSE VAN WATERECOSYSTEEMDIENSTEN IN VLAANDEREN: WAT KUNNEN WE WINNEN DOOR EEN GEPAST BELEID INZAKE INFILTRATIE EN RETENTIE? Jan Staes, Dirk Vrebos, Katrien Van der Biest & Patrick Meire Universiteit Antwerpen, Departement Biologie
Effecten op Ecosysteemdiensten (veranderend) WATERSYSTEEM (veranderend) KLIMAAT Bodemafdichting (verstedelijking) Run-off, overstromingen Interceptie ((naald)bossen) Grondwateronttrekking (drinkwater, industrie) Drainage (landbouw & verstedelijking) Water is een drijvende kracht achter vele processen en mechanismen die ten grondslag liggen aan ecosysteemdiensten. Laagwater episodes (lokale) grondwaterpeildalingen Verlies aan bodemorganische koolstof Verlies aan nutrientenretentie en verwijdering Bijdrage aan eutrofiëring Verlies aan biodiversiteit Klimaatverandering kan een katalysator zijn voor een beleid richting hydrologisch herstel 2
Ingrepen land => ingrepen op hydrologie Verhoogde gevoeligheid voor meteorologische extremen Indicatoren oorzaken? Verlies aan infiltratie? Verlies aan retentie? Grondwater onttrekkingen?
INFILTRATIE Infiltreren van hemelwater
Verlies aan infiltratie? Potentiële infiltratie HOOG LAAG Potentiële infiltratie - bodemkundig Interceptie en verdichting http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_1_1 Actuele infiltratie bodem + landgebruik http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_2_3 Actuele infiltratie HOOG LAAG http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_3_1
Maximale interceptieverliezen Rel. Interceptieverliezen Hoog Laag http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_2_2 Bosomvorming van naaldbossen en heideherstel zullen positieve effecten hebben. Een groot aandeel naaldbos bevindt zich op zeer droge zandgronden in de Kempen.
Interceptie Intensere, maar minder frequente neerslag kan positief zijn voor grondwateraanvulling omdat het interceptieverliezen vermindert Cijfers verschillen tussen studies: Interceptie is enerzijds afhankelijk van de de morfologie van de de boomsoort en en de de dichtheid van de de stand. Anderzijds speelt de spreiding van de neerslag een belangrijke rol (IDF)
Maximale afstromingsverliezen => actuele bodembedekking en waterzuiveringsinfrastructuur
Maximale afstromingsverliezen => actuele bodembedekking en waterzuiveringsinfrastructuur Verharde oppervlakte (%) Hoog Laag http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_2_1
Totale infiltratieverliezen t.o.v. Bodemkundig potentieel Verschil absoluut (mm/j) HOOG LAAG mm/jaar 13_4_2 Verschil relatief (%) HOOG LAAG 13_4_1 http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_4_1 http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_4_2
WATERRETENTIE Vasthouden van ondiep grondwater Versterken van basisdebieten? Mitigeren impact onttrekkingen?
Verlies aan waterretentie? Potentieël - bodemhydrologisch Potentiële retentie HOOG HOOG LAAG LAAG Drainage en freatische winningen http://www.ecosysteemdiensten.be /cms/indicator/14_1 8 Actuele retentie (enkel imp. drainage) Actuele retentie HOOG LAAG http://www.ecosysteemdiensten.be /cms/indicator/14_3_4
=> Begroten van de acute waterstock in de bodem => Verliezen door drainage http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/14_4_4 m³/are verlies aan waterstock Gebaseerd Vaak beperkt op tot algemene peildalingen aannames van enkele waarbij 10-tallen drainage cm, ingeschat maar wel wordt van o.b.v. landgebruik toepassing op en vele waterlopendensiteit kleine gebiedjes (10 (aannames cm = approx. zijn aanpasbaar). 5 m³)
Detailbeeld voet Kempense Heuvelrug Historische m³/are verlies grondwaterpeilen aan waterstock http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/14_4_4
Verliezen door drainage => in rekening brengen van grondwateraanvoer http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/16_1_2 Liter/m²*dag Maximale (of relatieve) inschatting op basis van topografische en bodemkundige indices. Gaat uit van een permanente drainage.
Onttrekking freatisch grondwater Som maximaal vergund jaardebiet binnen blok van 10 km* 10 km ten opzichte van de infiltratie binnen datzelfde blok. Vergund volume (m³/year) http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/04_6_1 Relatieve winningsdruk (% inf/jaar) Onttrekkingsgraad (% inf.) HOOG LAAG
Ten opzichte van een historisch referentiebeeld is er een algemeen verlies aan retentiecapaciteit door grondwaterpeildalingen... Verschil actuele/potentiële retentie HOOG LAAG Potentiële retentie HOOG LAAG Actuele retentie HOOG LAAG Implicaties voor waterlopen: Verminderde waterkwaliteit door lagere basisdebieten Verminderde nutrientenverwijdering door verlies aan plas-dras zones en kwelgebied Vrijstelling nutrienten door verdroging van organisch rijke (natte) bodems Impact op biodiversiteit (door verdroging en interne eutrofiëring)
Keren van trends is mogelijk Integraal waterbeheer = herstelbeheer Infiltreren, vasthouden, bergen en afvoeren Complementariteit met herstel ESD Ruimte Vlaanderen Voldoende visie & expertise Maar gebrek aan slagkracht?
Semi-artificiële oplossingen
Afstroming => infiltratie? Verharde Doorgedreven Iedere vierkante oppervlakte implementatie meter is verhard nog grotendeels hemelwaterverordening oppervlak aangesloten op in op hemelwaterafvoer de infiltratievoorzieningen komende decennia. naar staat waterzuiveringstations Lokaal ongeveer geconcentreerde gelijk met 2 m² infiltratie natuurlijke = vrijwel infiltratie geen (op interceptie grasland). of evapotranspiratie http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/13_2_1 Wat 65 kan % verhard dit betekenen oppervlak niveau heeft voldoende Vlaanderen? diepe grondwatertafel 15 % verhard oppervlak heeft onvoldoende diepe grondwatertafel
Een oefening met de volgende randvoorwaarden: Grondwaterstand (> 1m) en Doorlaatbaarheid bodem (> 10 mm/u) Algemene efficientie = 75 % (612 mm/j) Haalbaarheid afhankelijk van verhardingsgraad in omgeving (R 250 m) Bvb 90 % verhard => 10 % infiltreert; 30 % verhard => 70 % infiltreert Totale Resterende haalbaarheid infiltratie (%) verliezen obv grondwaterdiepte, naar RWZI doorlaatbaarheid en verstedelijkingsgraad Verhardingsgraad binnen straal 150 m
Resultaat: Voldoende bijkomende infiltratie om in alle bekkens de resterende aangesloten verharding te compenseren. Potentieel (mm/jaar) Actueel (mm/jaar) Na herstelscenario (mm/jaar) Ijzerbekken 208 (100 %) 205 (98%) 212 (101%) Leiebekken 243 (100 %) 234 (96%) 255 (104%) Boven-Scheldebekken 216 (100 %) 212 (98%) 219 (101%) Demerbekken 243 (100 %) 233 (96%) 245 (100%) Netebekken 312 (100 %) 291 (93%) 309 (99%) Bekken Brugse polders 257 (100 %) 249 (96%) 262 (101%) Bekken Gentse kanalen 289 (100 %) 277 (96%) 292 (101%) Beneden-Scheldebekken 261 (100 %) 245 (94%) 269 (103%) Denderbekken 198 (100 %) 194 (97%) 203 (102%) Dijlebekken 223 (100 %) 213 (95%) 226 (101%) Maasbekken 303 (100 %) 287 (94%) 302 (99%) Maar welke (lokale) implicaties brengt dit met zich mee? Grondwateroverlast (woonwijken, landbouw)? Afstroming op vernatte/verzadigde bodems? Grondwaterkwaliteit? Gevolgen van ruimtelijk sterk geconcentreerde infiltratie zit (nog) niet in modellen vervat
Maar ook de meer natuurlijke oplossingen... Green Infrastructure - Ecosysteemdiensten? Maatregelen die tot doel hebben de stockage en infiltratiecapaciteit van het landschap te verbeteren door ecosystemen te herstellen en gebruik te maken van natuurlijke processen.
Bronbeek systemen Bovenstroomse valleisystemen Bovenstroomse systemen met tijdelijke hoge grondwaterstanden Grondwater fluctueert sterk Ondiep in voorjaar, diep in najaar Grotendeels verloren gegaan Slecht gedraineerde, waterzieke gronden A A A B Benedenstroomse valleisystemen Estuariene systemen A A A Aangepassing van (Fan & Miguez-Macho, 2011)
Bronbeek systemen Bovenstroomse valleisystemen Bovenstroomse systemen met tijdelijke hoge grondwaterstanden Verlagen van voorjaars grondwaterstand Herstel? Aanleggen van drainage grachten A A A B Benedenstroomse valleisystemen Estuariene systemen A A A Aangepassing van (Fan & Miguez-Macho, 2011)
Ja, maar beleid ruimtelijk differentiëren Betere inzet van middelen, subsidies Belangrijke grondwatervoedingszones prioriteren Herstel/herwaardering van NWRA s Bij voorkeur bovenstrooms Landschapsvormen die mogelijkheden bieden voor uitgestelde infiltratie
Topografische analyse infiltratie-kwel patronen Combineren van verschillende ruimtelijke (temporele) schaalniveau s Grootschalig (2-10 km) Tijdelijk nat in droog gebied Kleinschalig nat & Grootschalig droog Permanent nat Kleinschalig nat & Grootschalig nat Kleinschalig (< 2 km) Kleinschalig droog & Grootschalig droog Permanent droog Kleinschalig droog & Grootschalig nat Tijdelijk droog in nat gebied http://www.ecosysteemdiensten.be/cms/indicator/bl_tpi
Retentie voor uitgestelde infiltratie (ondiepe GHG, diepe GLG) Grondwaterconservering (ondiepe GHG, ondiepe GLG) Directe infiltratie (diepe GHG, diepe GLG)
Infiltratie en retentiebeleid = Beheersen van waterbalansen = Ecosysteemdiensten DIRECTE INFILTRATIE WATERVOORZIENING: GRONDWATER AANVULLING VERMEDEN OVERSTROMINGEN/HOOGWATER UITGESTELDE INFILTRATIE DOOR RETENTIE IN HOGER GELEGEN DEPRESSIES EN BRONGEBIEDEN VERMEDEN LAAGWATER EPISODES VERMEDEN BODEMEROSIE GRONDWATER (KWEL) VASTHOUDEN KOOLSTOFOPSLAG... NUTRIENTENVERWIJDERING...
Uitdagingen voor de toekomst Om de impact is van maatregelen inzake (uitgestelde) infiltratie in te schatten is het nodig om: Dergelijke maatregelen/ingrepen grondig te bestuderen Conceptuele modellen op te maken Dergelijke systemen te integreren in ruimtelijk expliciete hydrologische modellen Herstel scenario s op te maken
Bedankt voor uw aandacht! De meeste van de getoonde kaartlagen kan u raadplegen en downloaden op de site: www.ecosysteemdiensten.be Wij ontvangen graag uw feedback: jan.staes@uantwerpen.be