Janine de Wit

Water is een essentieel onderdeel van het dagelijks leven. Zoet water is onder andere noodzakelijk voor natuur, landbouw, drinkwater en industrie. De watervraag zal in de toekomst stijgen door onder andere economische groei, verstedelijking en benodigde voedselproductie, terwijl de beschikbaarheid van zoet water afneemt. Daarnaast zullen weersextremen (zowel drogere als nattere perioden) frequenter voorkomen door klimaatverandering. Hierdoor is er in toenemende mate een onbalans tussen watervraag en wateraanbod. Eén van de maatregelen om anders om te gaan met water in de landbouw is het aanpassen van de huidige drainagesystemen, die op al ongeveer 34% van de landbouwpercelen liggen.

Het Nederlandse watersysteem is van oudsher ingericht op het afvoeren van water met als doel wateroverlast te voorkomen. Hierdoor wordt water snel afgevoerd van de percelen naar het oppervlaktewater en via het oppervlaktewater uit het gebied. Na de Tweede Wereldoorlog nam de bevolkingsgroei toe, waardoor ook de voedselvraag toenam. Daarvoor zijn landbouwpercelen intensiever ontwaterd door de aanleg van buisdrainage om te natte omstandigheden te voorkomen en hiermee de gewasproductie te verhogen. Naast intensievere ontwatering vond er ook ruilverkaveling plaats om landbouwpercelen te vergroten en beter bereikbaar te maken. Buisdrainage, ruilverkaveling, verstedelijking en grondwateronttrekkingen hebben samen voor een systematische daling van het grondwaterniveau gezorgd, waardoor agrarische percelen op de hoge zandgronden kwetsbaarder zijn geworden voor de gevolgen van droogte. Parallel aan de sociaaleconomische veranderingen, ontwikkelde ook de buisdrainage zich verder. Conventionele buisdrainage is gericht op water afvoeren, maar ontwikkelde zich naar regelbare drainage (RD) gericht op zowel het afvoeren als vasthouden van water. Meer recent ontwikkelde RD naar regelbare drainage met subirrigatie (RDS) dat drie doelen kan dienen: i) water afvoeren wanneer nodig, ii) water vasthouden wanneer mogelijk en iii) (grond)water aanvullen.

RDS bestaat over het algemeen uit een regelput waar uit een externe bron water aan wordt toegediend. In de regelput bevindt zich een eenvoudige pvc pijp of een balg, dat het maximale waterniveau bepaalt (‘cresthoogte'). Met een vlotter kan de wateraanvoer worden geregeld. De regelput is verbonden met een verzamelleiding, die weer verbonden is met drains die loodrecht op de verzamelleiding liggen. Bij een stijghoogte in de put en de drains die hoger is dan de grondwaterstand, vindt er infiltratie plaats. Internationaal gezien, is er in landen als Amerika, Canada, Australië, Zweden en Iran ook ervaring opgedaan met RDS.

In de afgelopen jaren is RDS onderzocht als maatregel om te anticiperen op de onbalans tussen watervraag en wateraanbod in landbouwpercelen op de Nederlandse hoge zandgronden. Vier veldproeven zijn uitgevoerd in America, Haaksbergen, Lieshout en Stegeren, gelegen in Oost- en Zuid-Nederland. De vier veldproeven verschillen in geohydrologische kenmerken en de wateraanvoerbron van subirrigatie, maar zijn vrijwel identiek ingericht met meetapparatuur. De veldmetingen laten zien dat, als gevolg van RDS, het grondwaterpeil stijgt, waardoor het bodemvochtgehalte toeneemt door capillaire opstijging naar de wortelzone. Dit verhoogt de waterbeschikbaarheid voor het gewas en daarmee de transpiratie (gewasverdamping) en drogestofproductie. Een modelstudie met het Soil-Water-Atmosphere-Plant model (SWAP), gekalibreerd aan metingen, laat zien dat, afhankelijk van het oppervlaktewaterniveau en de geohydrologische gebiedskenmerken, slechts een klein deel van het aangevoerde water naar transpiratie van het gewas gaat, een deel van het aangevoerde water naar de aanliggende sloot stroomt (= slootdrainage) en een deel van het aangevoerde water naar het diepere grondwater (= wegzijging) stroomt. Een hogere weerstand tegen wegzijging voorkomt dat het geïnfiltreerde water snel wegsijpelt naar het diepere grondwater. Een hoger oppervlaktewaterniveau, aangepast aan de hogere grondwaterstand, zorgt voor minder drainage naar de sloot.

De benodigde wateraanvoer was hoog tijdens de veldproeven doordat er in het groeiseizoen continu werd gestreefd naar een vast en relatief hoog grondwaterniveau. Bij de combinatie van een vast crest niveau en de mogelijkheid tot continue wateraanvoer varieerde de wateraanvoer tussen 500 mm en 1.000 mm per jaar. De benodigde hoeveelheid water voor subirrigatie kan aanzienlijk verlaagd worden door ‘slimmer’ water aan te voeren. Het RDS systeem bevat dan een dynamisch crest niveau en een dynamische pompsturing om een passend waterniveau in de regelput per dag in te stellen. Het waterniveau wordt berekend met een algoritme gebaseerd op actuele gewasbehoefte, actuele waterbeschikbaarheid en weersverwachting. Dynamische sturing bespaart meer water in nattere groeiseizoenen met een gering watertekort voor de plant en hiermee ook relatief geringe watervraag voor subirrigatie dan in drogere groeiseizoenen met een groter watertekort en grotere watervraag. Naast actief sturen, kan er ook nog water bespaard worden als de weerstand tegen wegzijging groter is (locatiegeschiktheid), een hoger slootpeil wordt gehandhaafd rond het perceel of in de regio (beheer), of een gewas met diepere wortels wordt geteeld (gewaskeuze). Tot slot blijkt uit deze studie dat door wateraanvoer en hogere grondwaterstanden en bodemvochtgehaltes de transpiratie kan stijgen (minder verdampingsreductie), maar dat de situatie kan ontstaan waarbij extra aangevoerd water niet meer leidt tot hogere transpiratie, maar het extra aangevoerde water draineert naar de sloot of het regionale grondwatersysteem aanvult via wegzijging. De verkregen metingen en de ontwikkelde SWAP procedure in dit proefschrift kunnen worden gebruikt om de effecten van RDS onder verschillende geohydrologische karakteristieken te bepalen, wat de implementatie en beheer van RDS op veldschaal ondersteunt.

Ondanks dat de wateraanvoer verminderd kan worden door meer gericht water aan te voeren, vraagt RDS om water waardoor deze lokale maatregel ingepast moet worden in het regionale watersysteem. Het is daarom belangrijk dat belanghebbenden van het watersysteem het eens zijn over de mate waarin RDS kan worden toegepast en kan worden gefaciliteerd. In deze studie is een systeem dynamisch model opgezet dat relatief eenvoudig te begrijpen is, maar dat alle belangrijke aspecten en niet lineaire interacties bevat van een RDS-systeem. Daarbij is het model gebaseerd op kennis van de uitgevoerde veldproeven en SWAP-modellering. In het systeem dynamisch model is RDS opgeschaald in percentages van een totaal gebied waarop het wordt toegepast. Oppervlaktewater is niet oneindig beschikbaar, waardoor de uitdaging is om water op een evenwichtige manier te gebruiken en te beheren, zowel voor verschillende maatschappelijke sectoren als voor natuur. Opschaling van subirrigatie laat drie toestanden zien: 1) er is voldoende oppervlaktewater beschikbaar om RDS op te schalen naar een groter gebied, waarbij het oppervlaktewaterniveau op peil blijft, 2) er is voldoende oppervlaktewater beschikbaar om RDS op te schalen, maar het slootpeil daalt sterk, wat impact heeft op de regionale waterbeschikbaarheid en 3) er is onvoldoende oppervlaktewater beschikbaar om RDS op te schalen, wat resulteert in een te laag oppervlaktewaterpeil, een hogere watervraag voor subirrigatie en uiteindelijk weinig effect van subirrigatie op de waterbeschikbaarheid voor gewassen. Oftewel, RDS kan bijdragen aan de waterbeheerstrategie op regionale schaal, maar verhoogt ook de druk op het oppervlaktewater, dat veelal beperkt beschikbaar is. Het systeem dynamisch model kan gebruikt worden om te verkennen of en in welke mate RDS opgeschaald kan worden in een gebied in relatie tot de beschikbaarheid van oppervlaktewater en welke aspecten hiervoor bepalend zijn.

Bij het ontwerp, de aanleg en het beheer van een RDS moet rekening worden gehouden met de waterkwaliteit van de subirrigatiebron om verstopping te voorkomen. Tot slot is het belangrijk om alle belanghebbenden van het watersysteem betrokken te houden voor zowel kennisuitwisseling als uiteindelijk een groter draagvlak voor implementatie. Hoewel de methoden zijn toegepast op veldexperimenten in Nederland, zijn de modellen algemeen toepasbaar, waardoor de analyse kan worden uitgebreid naar andere regio's in de wereld.

Concluderend, drainage is een historische maatregel om water te draineren, waardoor het al in 34% van de Nederlandse landbouwpercelen ligt. Op korte termijn is de omvorming van traditionele systemen naar regelbare drainage een relatieve lage investering, waarbij wel de water strategie verandert naar water afvoeren wanneer nodig en water vasthouden wanneer mogelijk. Als vervolgens ook RDS in het regionale waterbeheer past, kan ook het grondwater aangevuld worden. De effectiviteit van RDS systemen voor zowel verbeterde omstandigheden voor gewasgroei als het aanvullen van het regionale grondwatersysteem wordt bepaald door geohydrologische condities (water kunnen vasthouden), meteorologische condities en gewaskenmerken (watervraag naar subirrigatie en effect op gewasgroei) én de inpassing van CDSI in het regionale oppervlaktewatersysteem (en hiermee de waterbeschikbaarheid voor subirrigatie).

RDS is één van de maatregelen die kan bijdragen aan de transitie naar een klimaat-robuust bodem-water systeem in Nederland. In deze overgangsperiode zou de inrichting van het landschap moeten worden heroverwogen, rekening houdend met de fysische mogelijkheden en beperkingen van het landschap. Dit kan betekenen dat geohydrologische omstandigheden een leidende rol gaan spelen bij keuzes over land- en watergebruik. Daarbij is het mogelijk dat niet alle vormen van landgebruik overal en altijd haalbaar zijn. Dit kan resulteren in de keuze voor meer droogteresistente gewassen in drogere gebieden en gewassen die beter bestand zijn tegen wateroverlast in nattere gebieden. De maatregel RDS kan dan worden gezien als technische oplossing die wordt toegepast op landbouwpercelen waar bodem en water leidend waren in de keuzes voor de gewassenteelt die geschikt zijn voor die locatie, maar waar het perceel toch nog te maken heeft met te droge en/of natte perioden. RDS zou dan kunnen worden ingezet om waterstress te mitigeren. Dit onderzoek heeft de inhoudelijke kennisbasis over RDS vergroot, en kan bijdragen aan de besluitvorming over het al dan niet toepassen van de maatregel door agrariërs en waterbeheerders.