Introductie
Bodemvocht is een essentiële klimaatvariabele (ECV): inzicht in grondwater- en bodemvochtcondities is belangrijk voor inzicht in het bergingsvermogen van de bodem en de opbrengst van het boerenland. Een substantieel deel van het bergingsvermogen van de Nederlandse bodem kan al bij één zware regenbui in beslag worden genomen. Daarentegen moet in tijden van lange droogte in detail worden gekeken naar het peilbeheer in veenweidegebieden; hier mag de ontwateringsdiepte niet te groot worden, omdat er anders bodemdaling optreedt. En uitdroging van veendijken kan tot instabiliteit leiden. Verder zijn op langer termijn in het kader van klimaatveranderingseffecten watervoorspellingen van belang voor het verhogen van de veiligheid, het voorkomen van schade en het verbeteren van de zoetwaterverdeling. Goede watervoorspellingen stellen hoge eisen aan de nauwkeurigheid van hydrologische modellen. Zo is een goede ondergrondkennis onmisbaar, en zijn monitoringsgegevens belangrijk voor goede validatie en kalibratie van de modellen. Deze monitoringsgegevens kunnen worden verkregen door het ter plekke doen van grondmetingen (in-situ), maar ook met behulp van satellietwaarnemingen. Idealiter worden zowel de in-situ als satellietgegevens gecombineerd.
De ASCAT-methode
Deltares en NEO hebben een methode ontwikkeld om bodemvochtberging in Nederland te schatten op basis van scatterometergegevens van de Advanced Scatterometer (ASCAT)-sensor op de Meteorological Operational (MetOp) satelliet. Scatterometers zijn oorspronkelijk gemaakt om golven aan het zeeoppervlak te meten die indicatief zijn voor windrichtingen en -patronen boven de oceanen. De eigenschappen van de scatterometer maken het ook mogelijk om bodemvocht te meten, en wel met een hoge mate van nauwkeurigheid doordat het signaal van goede kwaliteit is en door het gebruik van metingen uit verschillende windrichtingen, zodat elke meetlocatie meerdere keren gemeten is onder verschillende invalshoeken. Hierdoor wordt ook de invloed van vegetatie op het terugkerende signaal gereduceerd.
De ASCAT-sensor meet alleen de bodemvochtigheid van de bovenste paar centimeters van de bodem (zie figuur 2a). De bodemvochtgehalte in dit deel van de bodem verandert snel door uitdroging of vernatting. Door middel van een tijdsintegratie van de metingen aan de toplaag is een vertaalslag te maken naar de gemiddelde vochtigheid van diepere lagen (figuur 2a,b), bijvoorbeeld de bewortelingszone, waar vooral behoefte aan is.
Schematisering van de afleiding van het ASCAT-radarsignaal naar DRYMON-bodemvochtgehalte. Panel (a): een bodemprofiel met bodemdeeltjes (bruine rondjes) en de tussenliggende ruimte ingenomen door lucht (wit) of water (blauw). Panel (b): het bereik van de SWI, lopend van 0-100%. Het onderste deel van het profiel wordt ingenomen door bodemdeeltjes en de rest door poriën (bovenste deel) die al dan niet gevuld zijn met water. Panel (c): het SWI-bereik omgezet naar absolute volumetrische waarden. [DRYMON]
Bodemvochtgegevens
Met het online informatiesysteem DRYMON wordt de bodemvochtigheid van de bovenste meter, de DRYMON Soil Water Index (SWI), dagelijks voor de gehele wereld berekend. Voor delen van de wereld, zoals Nederland, zijn voldoende bodemfysische gegevens voorhanden om de relatieve DRYMON-Soil Water Index om te zetten naar volumetrische waarden (Volume water gedeeld door de volume van de bodem), zie ook figuur 2c. Ondanks dat bodemvocht een essentiële klimaatvariabele is, gaven gebruikers als Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden, Waterschap Rivierenland en de Waterdienst aan dat ze meer behoefte heeft aan informatie over de actuele verdamping of de verandering in de effectieve bodemvochtcondities in de wortelzone of de dynamiek van het freatisch vlak. Daarom is een methode ontwikkeld waarmee bodemvochtgegevens, in combinatie met andere gegevens, omgerekend kunnen worden naar het effectieve bodemvochtbergingsvermogen: de hoeveelheid water waarvoor in de eerste meter bodem nog ruimte is.
Voorbeeld van waterbergingscapaciteit in Nederland [Drymon]
DRYMON produceert op basis van ASCAT-data dagelijks relatieve bodemvochtgegevens voor vaste locaties. Online wordt via een webpagina in ‘near real time’ per provincie de gemiddelde bodemvochtberging en bodemvochtbergingsvermogen gegeven, en levert daarmee belangrijke informatie over bodemvochtcondities in beheersgebieden.
¹ Bron: (Dutch) Westerhoff, R.S., M. Kleuskens and R. de Lange, R., 2011, Radarsatellietinformatie voor Nederlands waterbeheer; Deel 1: de DRYMON methode, Stromingen jrg. 17 (2011) 1.