Onderzoeksvoorstel Grondwaterspiegeldynamica in ecologisch perspectief

Delft University of Technology

BTO 2000.02(s)

Onderzoeksvoorstel Grondwaterspiegeldynamica in ecologisch perspectief

februari 2001 © Kiwa

1

Delft University of Technology

BTO 2000.02(s)

Onderzoeksvoorstel Grondwaterspiegeldynamica in ecologisch perspectief

Opdrachtgever TU Delft / KIWA N.V. Auteur J.R. von Asmuth Promotor prof. dr. C. van den Akker

(TU – Delft)

Begeleidingscommissie dr. M.F.P. Bierkens (SC-DLO) dr. A.P. Grootjans (RUG) dr. P.C. de Hullu (SBB) drs. A.J.M. Jansen (Kiwa) ing. A.A.L.van Kessel (NV Nuon Water) dr. ir. C. Maas (Kiwa / TU-Delft) Nieuwegein, februari 2001 Kiwa N.V. Onderzoek en Advies Groningenhaven 7 Postbus 1072 3430 BB Nieuwegein Telefoon 030 60 69 511 Fax 030 60 61 165 Internet www.kiwa.nl


©2000 Kiwa N.V. Niets uit dit drukwerk mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotocopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Kiwa N.V.,noch mag het zonder dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd

2

Inhoud 1

Inleiding

5

2

Karakterisering van de grondwaterspiegeldynamiek

7

2.1

Grondwatertrappen

7

2.2

Duurlijnen

7

2.3

Impulsrespons (naar Maas, 1995)

8

2.4

Van impuls-respons naar momenten (naar Maas, 1995)

9

Berekenen momenten met behulp van Transferruis-analyse

11

3 3.1

De methode van Box en Jenkins

11

3.2

Stand van zaken

12

4

Ruimtelijke modellering momenten

15

4.1

Theorie (naar Maas, 1995)

15

4.2

Stand van zaken

15

5

De relatie tussen grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie

18

5.1

Van momenten naar standplaatskarakteristieken

18

5.2

Van standplaatskarakteristieken naar soorten en vegetatietypen

21

6

Eco-hydrologische effectvoorspelling

23

6.1

Stand van zaken

23

6.2

Mogelijkheden van de impulsrespons

25

7

Literatuur

27

Bijlage A: Baten van de impulsrespons-methode

31

Bijlage B: Samenhang tussen de verschillende onderdelen

33

Bijlage C: Onderzoeksvragen

35

Bijlage D: Publicatieschema

37


3


4

1 Inleiding Dit rapport vormt het voorstel voor het promotieonderzoek getiteld ‘Grondwaterspiegeldynamica in ecologisch perspectief ‘ dat in opdracht van en in samenspraak met KIWA door de Technische Universiteit Delft wordt uitgevoerd. Het is als zodanig een vernieuwing en uitbreiding van een eerder verschenen onderzoeksvoorstel (Maas, 1995), waaruit de overlappende delen in dit voorstel zijn overgenomen. Ten opzichte van het eerdere voorstel heeft uitbreiding vooral plaatsgehad op het gebied van de tijdreeksanalyse en op het ecologische vlak. De opbouw van het voorstel is als volgt. Elk hoofdstuk behandelt in het kort één van de diverse facetten en aandachtsgebieden van het onderzoek, waarbij telkens ruwweg staat aangegeven wat de stand van zaken is op het desbetreffende punt, en welke vragen nog openstaan die relevant zijn voor dit onderzoek. In de bijlagen staat de inhoud van het onderzoeksvoorstel nog eens kernachtig samengevat, waarbij bijlage D, het publicatieschema, kan worden beschouwd als de kern van het onderzoek. Het idee is dat de daar geschetste publicaties ook zo ongeveer de hoofdstukken van het proefschrift gaan vormen. Op deze plek zei nog eens benadrukt dat de inhoud van dit voorstel, hoe ver doordacht ook, toch slechts een momentopname is. Eind 2003 zal waarschijnlijk blijken dat de daadwerkelijk verschenen publicaties c.q. hoofdstukken van het proefschrift nauwelijks overeenkomen met de publicaties zoals zij in bijlage D geschetst zijn. Het onderzoeksmatige karakter van een onderzoek als dit strookt nu eenmaal niet met de wens om het projectmatig op te pakken. Het spreekt voor zich dat het desalniettemin nuttig is om goed voorbereid van start te gaan, en de grote lijnen van het onderzoek goed verkend te hebben.


5


6

2 Karakterisering van de grondwaterspiegeldynamiek 2.1 Grondwatertrappen Het grondwater beïnvloedt in sterke mate de bodem als groeimilieu en standplaats voor planten en gewassen. Reden waarom in de jaren zestig behoefte ontstond om de dynamiek van de grondwaterstand te karakteriseren, en door de Stichting voor Bodemkartering het systeem van grondwatertrappen werd ontwikkeld (van Heesen, 1971). Grondwatertrappen zijn gebaseerd op de gemiddeld hoogste (GHG) en gemiddeld laagste grondwaterstandsdieptes (GLG). Hiermee worden de winter- en zomergrondwaterstanden gekarakteriseerd in een jaar met gemiddelde neerslag en verdamping. Per meetpunt c.q. peilbuis worden de GHG en GLG berekend uit een minimaal 8-jarige reeks van grondwaterstanden, die twee maal per maand zijn gemeten (van der Sluijs, 1990). Hiertoe worden de drie hoogste en laagste waarden van een hydrologisch jaar (van april tot april) gemiddeld, en van deze zogenaamde HG3 en LG3 waarden wordt, over een periode waarin het grondwaterregime niet door ingrepen is gewijzigd, de verwachtingswaarde berekend om de GHG en GLG te verkrijgen. Bij de meetpunten worden de GHG en de GLG gecorreleerd met bodemprofiel en veldkenmerken, wat extrapolatie en begrenzing van grondwatertrappen (tot klassen samen gevoegde GHG-GLG combinaties) aan de hand van deze criteria in het veld mogelijk maakt. Een andere maat die in de ecologie veel gebruikt wordt is de gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand (GVG). Dit is de grondwaterstand aan het begin van het groeiseizoen, waarbij als datum 1 april is gekozen. Door de grote variatie in meteorologische omstandigheden kunnen er van jaar tot jaar grote verschillen in het verloop van de grondwaterstand optreden, en kan in een meteorologisch droog jaar de grondwaterstand zelfs 60% van het jaar onder de GLG blijven (van der Sluijs, 1990).

2.2 Duurlijnen Duurlijnen geven de relatieve cumulatieve frequentieverdeling weer van grondwaterstanden ondieper dan y cm, volgens de volgende formule:

ri − 1 ∗ 100 % n−1

(1)

met n = het aantal waarnemingen en ri = het rangnummer van grondwaterstand yi cm Uit een duurlijn is af te lezen hoe lang een grondwaterstand in een bepaald jaar overschreden wordt. Duurlijnen op jaarbasis kunnen door de optredende variatie in meteorologische omstandigheden van jaar tot jaar echter vrij aanzienlijk verschillen (van der Sluijs, 1990). De variatie in het verloop van de grondwaterstand kan men weergeven door een zogenaamde duurlijnenbundel te construeren op grond van meerdere jaarlijkse duurlijnen, maar de duurlijnenbundels van verschillende hydrologische situaties vertonen een grote mate van overlap. Een duurlijn op basis februari 2001 © Kiwa

7

van een langjarige periode kan men een klimaatsrepresentatieve duurlijn noemen, terwijl men door alle duurlijnen te middelen de gemiddelde duurlijn verkrijgt. Via een m.b.v. een met regressie verkregen vergelijking is uit de GHG en GLG te voorspellen gedurende welk (niet noodzakelijkerwijs aaneensluitend) gedeelte van het jaar een bepaalde grondwaterstand gemiddeld genomen overschreden zal worden (van der Sluijs, 1982, van der Sluijs & de Gruijter, 1985). Hiermee kan op grond van het grondwatertrappensysteem een link worden gelegd naar de duurlijnenmethode. Zowel de duurlijn- als de grondwatertrappenmethode kampen met het probleem dat een meetpunt op grond van een kortlopende meetreeks van stijghoogtes niet eenduidig aan een bepaalde klasse toe te schrijven valt. Met behulp van Tijdreeksanalyse is het mogelijk om de stijghoogtereeksen te verlengen, om zodoende de genoemde maten ook voor langjarige perioden te kunnen berekenen. Het verschil tussen de GHG en GLG op basis van een achtjarige periode, en die voor een aldus verkregen periode van 30 jaar kan oplopen tot zo’n 20 cm (Knotters, M.& van Walsum, P.E.V., 1997)

2.3 Impulsrespons (naar Maas, 1995) Wiskundig kan men het verloop van de grondwaterstand zien als een transformatie van een neerslagreeks. De neerslag is in principe onafhankelijk van het gebied, en varieert van jaar tot jaar. De regel volgens welke de neerslag getransformeerd wordt in een grondwaterstand hangt echter alleen van het gebied af. Wiskundig uitgedrukt (Maas, 1995):

z

∞

h(t)

=

N(t- τ) θ ( τ) d τ

(2)

0

h(t) is het verloop van de grondwaterstand, dat zowel van gebiedseigenschappen als van de meteorologische omstandigheden afhangt. De neerslag N moet men hier zien als de effectieve aanvulling van het grondwater. Dit is een functie van de tijd, die niet van gebiedseigenschappen afhangt. Ook θ is een functie van de tijd, maar hij hangt juist alleen van gebiedseigenschappen af. Het rechter lid van formule (1) scheidt dus gebiedseigenschappen en meteorologische omstandigheden, en het is te verwachten dat de functie θ veel nauwkeuriger te associëren valt met het voorkomende vegetatietype dan de duurlijn die uit h(t) wordt afgeleid. Bovendien kan voor een punt, op grond van een meetreeks met een looptijd van 'slechts' enkele malen de responstijd van het systeem, eenduidig de functie θ worden afgeleid met behulp van tijdreeksanalyse (Knotters & Bierkens, 1999). De functie θ kan opgevat worden als de reactie van de grondwaterstand op een zeer kort durende neerslag. Men noemt θ daarom impulsrespons.


8

2.4 Van impuls-respons naar momenten (naar Maas, 1995) Een typische impulsrespons ziet eruit als een zeer scheve kansverdelingsfunctie (figuur 1). De vorm en de oppervlakte hangen natuurlijk sterk af van de manier waarop een gebied hydrologisch in elkaar zit, maar het is zeker dat de functie louter positieve waarden aanneemt: neerslag veroorzaakt nooit een daling van de grondwaterstand. Het is niet zo eenvoudig om een complete impuls-responsfunctie in het veld te fig 1: Reactie van de grondwaterspiegel meten. Tenminste lang niet zo op een kortdurende regenbui (1) dicht bij eenvoudig als een duurlijn. Maar een sloot; (2) op enige afstand; (3) ver we verwachten dat het wel goed van een sloot. mogelijk is om de belangrijkste karakteristieke eigenschappen van de impulsrespons af te leiden uit het verloop van de grondwaterstand in een gegeven meetpunt en/of om deze te modelleren met behulp van een grondwatermodel. Deze karakteristieke eigenschappen worden momenten genoemd. Omdat ze berekend worden ten opzichte van de tijd t, zijn het tijdsmomenten. Het is van belang dat deze momenten zelf niet afhangen van de tijd. Het zijn onveranderlijke gebiedskenmerken (zolang er geen waterhuishoudkundige ingrepen plaatsvinden) die zekere hydrologische gedragingen van een gebied typeren, ongeveer zoals weerstandsmoment en traagheidsmoment iets zeggen over het gedrag van een bouwkundige constructie. Het n e (tijds)moment van de impulsrespons definiëren we als:

z ∞

Mn =

t n θ( t ) dt

(3)

−∞

Deze definitie lijkt formeel op de definitie van statistische momenten, maar we hebben hier te maken met een functie θ(t) waarvan de oppervlakte in het algemeen niet gelijk is aan 1, zoals bij kansdichtheidsfuncties wel gebruikelijk is. Voorlopig gaan we ervan uit dat de eerste twee of mogelijk drie momenten voldoende karakteristiek zijn voor een vegetatietype. Het nulde moment M0 geeft aan hoe hoog het grondwater stijgt onder invloed van een stationaire neerslag met een intensiteit 1. (Dit getal is direct te herleiden tot een weerstandswaarde (c-waarde) die te interpreteren is als de weerstand tegen afstroming, gerekend vanaf het punt van neerslag tot aan de drainerende greppels en sloten. M0 karakteriseert dus het stationaire gedrag van de grondwaterspiegel. Uit het eerste moment M1 is de gemiddelde tijd α af te leiden die de grondwaterspiegel nodig heeft om na een korte regenbui weer terug te zakken, via

α=

M1 M0

(4)

M1 is dus een belangrijke (vermoedelijk de belangrijkste) dynamische karakteristiek van de grondwaterspiegel. Het tweede moment hangt samen met de variantie van de februari 2001 © Kiwa

9

impulsrespons die de spreiding van de impulsrespons rondom het gemiddelde α aangeeft, volgens

σ2 =

M2 M − ( 1 )2 M0 M0


(5)

10

3 Berekenen momenten met behulp van Transferruis-analyse 3.1 De methode van Box en Jenkins Zoals gezegd kan men het BOX-JENKINS TIJDREEKS ANALYSE verloop van een grondwaterstand wiskundig zien als uitvoerreeks (grondwater-stijghoogte) die verkregen wordt door h(t) transformatie van een invoerreeks (grondwaterIMPULSaanvulling) in het RESPONS M onderliggende ‘landschappelijke’ systeem. Het landschappelijke systeem 1 2 3 4 5 M/M heeft als het ware een Transfer-functie voor fig 2: Relatie tussen het Box-Jenkins model, de grondwateraanvullingsreekse Impulsrespons-functie en de momenten van deze n, en een model dat deze functie functie beschrijft wordt een Transfer-model genoemd. Naast de grondwateraanvulling, waarvoor als vervangende invoerreeks veelal het potentiële neerslagoverschot (NO p) wordt gekozen, kunnen er echter meer factoren zijn die het grondwater beïnvloeden, bijvoorbeeld een eventuele onttrekking of het peil van een nabijgelegen sloot (e.g. Olsthoorn, 1998). Wanneer de gegevens hiervoor voorhanden zijn kunnen deze factoren ook als invoerreeks meegenomen worden, opdat het verloop van de grondwaterstand zo goed mogelijk verklaard wordt uit de bekende factoren. Het deel van de grondwaterstand dat niet verklaard kan worden door de gebruikte invoerreeksen vormt het residu. Het verloop van het residu wordt gemodelleerd met een eigen transfermodel, waarbij uiteindelijk een restreeks overblijft die als het goed is geen enkele samenhang meer heeft, en dus zuivere oftewel ‘witte’ ruis vormt. Het aldus ontstane model wordt een Transferruis(TFR)-model genoemd, en een veelgebruikte methode om op deze manier Transferruis-modellen uit tijdreeksen af te leiden is die van Box en Jenkins (Box & Jenkins, 1970). Een voor grondwaterstijghoogte-reeksen veel toegepaste vorm van hun model is: 0

1

0

Transferruis-model: h(t) = h a (t) + h b(t) + n(t) + Cst

(6)

h a (t) = component van de stijghoogte ten gevolge van invoerreeks a h b(t) = component van de stijghoogte ten gevolge van invoerreeks b n(t) = de ruiscomponent van de stijghoogten-reeks op tijdstip t Cst = constante


11

Transfer-component : h a (t) = δ1 h a (t-1) +…+ δnf h a (t-nf) + ω0 xa (t-nk) - ω1 xa (t-nk-1) -…- ωnb-1 xa (t-nk-nb)

(7)

h a (t) = component van de stijghoogte ten gevolge van invoerreeks a xa (t) = waarde van de invoerreeks op tijdstip t δ1 t/m δnf = de zgn. ‘autoregressieve’ (AR) parameters ω0 t/m ωnb-1 = de zgn. ‘moving-average’ (MA) parameters nf = aantal ‘autoregressieve’ (AR) parameters nb = aantal ‘moving-average’ (MA) parameters nk = vertragingstijd Ruis-component: n(t) = ϕ n(t-1) + a(t)

(8)

n(t) = de ruiscomponent van de stijghoogten-reeks op tijdstip t a(t) = de witte-ruisreeks op tijdstip t ϕ = de autoregressieve (AR) parameter Door met behulp van het verkregen TFR-model het verloop van de stijghoogte als gevolg van een impuls-neerslag (op t= 1 een neerslag 1, voor t <> 1 een neerslag 0) te berekenen, onstaat de impulsresponsfunctie. Wanneer voor het gemak alleen het moving-average deel van het Box-Jenkinsmodel in beschouwing wordt genomen (het autoregressieve deel is in feite een oneindige reeks van moving average-parameters), vormen de MA-parameters de punten van de impulsrespons-grafiek (zie figuur 1). De momenten kunnen vervolgens berekend worden volgens (3). Het nulde moment (de oppervlakte) en M1 / M0 oftewel de wegzijgtijd staan ook aangegeven in figuur 2.

3.2 Stand van zaken De tijdreeks-analyse is een betrekkelijk jong vakgebied, dat zich pas goed ontwikkelde met het toenemen van de moderne digitale rekenkracht. Alhoewel er in het vakgebied weinig aandacht aan is besteed en er doorgaans weinig nadruk op ligt, is de impulsrespons-functie een (bij)produkt van elke Transferruis-analyse. Ook het nulde moment van de impulsrespons komt doorgaans als GAIN uit de berekeningen rollen, maar aan de hogere orde momenten is tot nu toe geen aandacht besteed. Vragen waar recent aandacht aan is besteed zijn het verbreden van de toepassingsmogelijkheden van tijdreeksanalyse door oplossingen te creëren voor incomplete tijdreeksen (Bierkens, Knotters & van Geer, 1999) en niet lineaire situaties (Knotters & de Gooijer, 1999). Publicaties die aansluiten bij de vragen van dit onderzoeksvoorstel zijn o.a. een artikel over de fysische basis van TFR-modellen (Knotters & Bierkens, 2000), over het schatten van de GLG en GHG met behulp van TFR-analyse (Knotters & van Walsum, 1997) en over het ruimtelijk modelleren van het verloop van de grondwaterspiegel met behulp van tijdreeksanalyse en een Kalman-filter (Bierkens, Knotters & Hoogland, in prep.).


12

Openstaande vragen m.b.t. dit onderzoek: • Zijn de M0 en de Cst op grond van tijdreeksanalyse goed van elkaar te scheiden, en zo nee, welke oplossingen zijn er om toch de gewenste standplaatskarakteristieken te berekenen? De waarde van M0 is in zekere zin uitwisselbaar met die van de Constante, en wordt door TFR-analyse ook met elkaar verward (zie ook van de Vliet, 1997). Voor eenvoudige systemen kan gesteld worden dat Cst = drainagebasis + de drainageweerstand * de kwelflux (Knotters & Bierkens, 2000), maar in hoeverre gaat dit ook op voor complexere systemen, waar bijvoorbeeld de kwelflux afhankelijk is van de neerslag?. Voor berekening van de gemiddelde gwst is dit alles geen probleem, maar in hoeverre wel voor berekening van de Wegzijgtijd (M1 / M0 ) en de Variantie ((M2 / M0 ) – (M1 / M0 )2 )?. • Hoe ga je om met niet-lineaire situaties ? In de praktijk komen waarschijnlijk veel meer of minder lineaire systemen voor. Dit houdt in dat de impulsresponsfunctie afhangt van de hoogte van de grondwaterstand, en dat een bepaalde peilbuis meerdere M0 , M1 , M2 parameters kan hebben. De methode Box & Jenkins kan echter in principe niet overweg met nietlineaire situaties. Wellicht biedt TARSO-modellering (Knotters & de Gooijer, 1999) een oplossing, of zijn er via een andere weg oplossingen te verzinnen om de afzonderlijke impulsrespons-functies te achterhalen. •

Heeft het zin om een model voor de onverzadigde zone te gebruiken om een neerslagoverschot-reeks om te zetten in een grondwateraanvullingsreeks? Op diverse plaatsen wordt melding gemaakt van problemen door de rol die de onverzadigde zone speelt in het transformeren van een effectieve neerslagreeks in een grondwateraanvullingsreeks (o.a. van de Vliet, 1997, Gehrels, 1999, p. 62, 252, 254). Alhoewel deze vraag niet tot de kernvragen van dit onderzoek behoort (het doel is niet het optimaliseren van tijdreeksanalyse), vergt het waarschijnlijk toch enige aandacht i.v.m. afstemming met de grondwatermodelberekeningen (zie ook aldaar). •

Welke invloed heeft de keuze van het TFR-model (aantal parameters, vertragingsfactor, invoerreeksen (N, NO, N eff), tijdstappen, etc.) op de uitkomsten ervan? Het uitvoeren van een TFR-analyse is op dit moment voor een groot deel handmatig puzzelwerk, waarbij door de modelleur aardig wat subjectieve keuzes gemaakt moeten worden. In hoeverre beïnvloeden deze keuzes de waarden van de berekende momenten? • Wat is de betrouwbaarheid van de uitkomsten? Deze vraag hangt o.a. samen met de bovenstaande. •

Zijn er mogelijkheden om de tijdreeksanalyse-methodiek verder te standaardiseren? Mochten de keuzes van de modelleur de waarden van de momenten sterk beïnvloeden, dan is dit geen goede basis om relaties te leggen met abiotiek of biotiek. In dat geval kan gezocht worden naar verbeteringsopties en/of standaardisatiecriteria. Bieden automatische modelselectie criteria als AIC en BIC een oplossing, of kunnen we ons gewoon beperken tot één bepaald model?


13


14

4 Ruimtelijke modellering momenten 4.1 Theorie (naar Maas, 1995) De momenten van de impulsresponsfunctie kunnen berekend worden op een manier die lijkt op het berekenen van grondwaterstanden. Dit valt af te leiden uit de algemene vergelijking van grondwaterstroming. Voor het eenvoudige geval van een homogeen pakket luidt de vergelijking voor de stijghoogte (Verruijt, 1982):

∇ 2 φ( t ) =

ε ∂φ( t ) N( t ) − kD ∂t kD

(9)

waarin Ö(t) de grondwaterstand is, å de freatische bergingscoëfficiënt, kD de doorlatendheid en N(t) de neerslag. Het verloop van Ö (t) hangt wiskundig af van begin- en randvoorwaarden. Als de beginvoorwaarde een kortdurende neerslag met inhoud 1 is (een ‘impuls’), is het verloop van Ö (t) per definitie de impulsrespons. We vermenigvuldigen nu alle termen van vergelijking (9) met tn (voor het n e moment) en integreren met betrekking tot de tijd van - ∞ tot + ∞, en krijgen m.b.v. vergelijking (3) het volgende resultaat:

∇2 M0 = −

N0 ε , ∇2 M n = − M , (n ≥ 1) kD kD n −1

(10)

Dit is compacter te schrijven als:

∇

2 (n +1)

Mn

ε = − FG − IJ H kD K

n

N0 , ( n ≥ 0) kD

(11)

De grootheid N0 is de inhoud van de regenbui (in m waterschijf) die op t = 0 in korte tijd viel. We hadden die gelijk gesteld aan 1, maar om niet de dimensies van de verschillende termen uit het oog te verliezen noteren we N0 , ipv 1. Merk op dat de tijdvariabele in vergelijking 11 niet meer voorkomt. Voor n = 0 is vergelijking 11 wiskundig identiek aan de vergelijking voor stationaire grondwaterstroming. Dit geval kan opgelost worden met behulp van een gewoon stationair grondwatermodel. Voor n = 1 is vergelijking 11 identiek aan de vergelijking voor de doorbuiging van een gelijkmatig belaste elastische plaat. Hiervoor bestaan ook standaard oplosmethoden. Voor hogere orden van n bestaan voor zover wij weten geen analogieën, maar de oplosmethoden voor willekeurige n laten zich afleiden uit die voor n = 0 en n = 1. Voorlopig gaan we ervan uit dat de eerste twee of mogelijk drie momenten voldoende karakteristiek zijn voor een vegetatietype.

4.2 Stand van zaken Het berekenen van momenten uit grondwatermodellen is een geheel nieuwe toepassing, en er is dan ook nauwelijks onderzoek naar verricht. Er zijn na het onderzoeksvoorstel van Maas in 1995 waarin het idee werd gelanceerd, inmiddels twee studenten geweest die hun afstudeeronderzoek (deels) aan het berekenen van momenten met grondwatermodellen gewijd hebben (Lankester, 1995, van de Vliet, 1997). In het kort zijn dit de resultaten van hun onderzoek op dit punt:


15

Joost Lankester: • M0 en M1 zijn voor eenvoudige lineaire 1D, 2D modellen, en enkele ingewikkeldere gevallen goed te berekenen (de analytische, numerieke en impulsrepons-methode oplossingen komen overeen). • Het verschil tussen het verloop van de impulsrespons volgens de e-macht en MODFLOW zit hem bij eenvoudige gevallen in de vertraging die optreedt doordat eerst de randen van een 'eiland' af moeten stromen voordat ook het midden begint te stromen. Dit is wat door De Zeeuw (1996) het onevenredig afstromend deel wordt genoemd. • Bij het simuleren van een stijghoogteverloop heeft de impulsrepons-methode moeite met niet-lineaire situaties. • In niet lineaire situaties horen er in feite twee (of meer) impulsresponsies bij één bepaalde plaats. Bij de tweede en derde conclusie moet aangetekend worden dat het simuleren van stijghoogten een ander soort toepassing is van de impulsrespons-methode. Hierbij wordt aangenomen dat de impulsrespons volgens een e-macht verloopt, wat zelfs voor vrij eenvoudige gevallen niet opgaat (conclusie 2). Bij de toepassingen die ons voor ogen staan (het gebruiken van de momenten als karakteristieken) is deze aanname niet nodig. Ronald van de Vliet: • Uit berekeningen met een niet-gekalibreerd grondwatermodel en daaruit gegenereerde fictieve stijghoogteverlopen blijkt dat het gebiedsdekkend modelleren van M0 goed verloopt (verschillen model-M0 en stijghoogtereeks-M0 +/- 4%) • Het gebiedsdekkend modelleren van M1 verloopt (nog) niet naar wens. De eerste conclusie heeft betrekking op een situatie waarbij de gebruikte stijghoogtenreeksen door het model zelf gegenereerd worden, zodat in dit onderzoek een discrepantie tussen het model en de werkelijkheid niet meegenomen wordt. Wanneer op dezelfde manier werkelijk gemeten stijghoogten en door een model berekende momenten vergeleken worden, zullen de verschillen hoogstwaarschijnlijk groter zijn. Bij het modelleren van de momenten worden door Van de Vliet een aantal factoren geïntroduceerd die de invoer van het model beïnvloeden, waaronder een ruimtelijk gedifferentieerde gewasfactor, een vertragingsfactor en een reductiefactor voor de onverzadigde zone. Hierdoor verandert echter de invoerreeks ten opzichte van de invoerreeks die gebruikt wordt in de tijdreeksanalyse, waar deze factoren niet meegenomen worden. Alhoewel Ronald zelf stelt dat het voor een vergelijking van de resultaten zeer belangrijk is dat het volume van de impuls in beide methoden gelijk is, wordt er geen paralel getrokken naar het eerste moment waarvoor juist het tijdstip en de vorm van de impuls identiek zouden moeten zijn. Introductie van een vertragingsfactor verhoogt de waarden van M1 omdat de impuls daarmee pas later tot een respons kan lijden. Hierdoor zouden de structureel hogere waarden van M1 uit het grondwatermodel verklaard kunnen worden. Openstaande vragen m.b.t. dit onderzoek: •

In feite reageert de grondwaterstand niet op de het neerslagoverschot maar op de grondwateraanvulling. Welke factoren die de grondwateraanvulling beïnvloeden neem je mee in het grondwatermodel, en hoe beïnvloedt deze keuze de modeluitkomsten van M0 , M1 en M2 ? Bij grondwatermodellen is het vrij gebruikelijk om diverse factoren die de actuele grondwateraanvulling beïnvloeden mee te nemen, zoals ook van de Vliet gedaan heeft in zijn afstudeerproject. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de vertraging en februari 2001 © Kiwa

16

demping mee te nemen en mee te calibreren in het model. Voor welke factoren is dit inderdaad nodig en wat zijn de gevolgen hiervan? • Hoe staat het met de betrouwbaarheid van de resultaten? Deze vraag hangt o.a. samen met de voorgaande. Er zijn bovendien verschillende elegante manieren om hiermee om te gaan. De onzekerheden kunnen bijvoorbeeld meegenomen worden bij de calibratie van het model. • Wat is hier de rol van de drainagebasis, en hoe werkt hij door in de resultaten? De drainage-basis kan bij modellen eenvoudig worden berekend door het model stationair door te rekenen zonder neerslag. Is daarmee de kous af? • Hoe ga je om met niet-lineaire situaties? Het grondwatermodel zal ook in niet-lineaire situaties maar 1 uitkomst geven van de momenten. Waar is de uitkomst van afhankelijk (e.g. randvoorwaarden en initiële condities)? Is het mogelijk om twee modellen te maken om toch beide impulsrepsonsies te pakken te krijgen? •

Is het mogelijk en een voordeel om een model eerst te calibreren op grond van peilbuisgegevens, en zo ja, hoe gaat dat in zijn werk?


17

5 De relatie tussen grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie 5.1 Van momenten naar standplaatskarakteristieken Alhoewel aan de momenten van de impulsresponsfunctie wel een fysische betekenis toe te dichten valt (zie paragraaf 2.4) zijn de afzonderlijke momenten, die op zich puur statistisch van aard zijn, echter niet in directe zin ecologisch relevant c.q. bepalend voor de vegetatie. Wanneer men bijvoorbeeld het verloop van het nulde moment in een transect dwars over een duingebied nader bekijkt (figuur 3), wordt al snel duidelijk dat hier geen één op één relatie met de vegetatie te verwachten valt. Wanneer de vegetatie namelijk een één op één relatie met M0 zou hebben, zou het

fig 3: Dwarsdoorsnede door een duingebied met daarbij weergegeven het verloop van het maaiveld en het nulde moment (van de Vliet, 1997) verloop van M0 veel samenhang moeten vertonen met het verloop van het maaiveld, omdat de vegetatie in ieder geval sterk op de maaiveldshoogte reageert. Om een idee te krijgen van hoe de relatie tussen momenten c.q. grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie dan wel ligt, is het goed om met een meer mechanistisch getinte blik naar deze relatie te kijken. Voor de individuele plant is slechts de fysische en chemische toestand die zij aan haar directe oppervlak ondervindt relevant (dus in het bodemprofiel waarin zij wortelt en bij inundatie ook het water daarboven). De belangrijkste fysisch/chemische factoren die hierbij een rol spelen zijn de beschikbaarheid van vocht, zuurstof en nutriënten in de bodem, en de PH (en de eventuele aanwezigheid van voor de plant toxische stoffen). De hoeveelheid vocht die een plant kan opnemen ten behoeve van de verdamping wordt allereerst natuurlijk (mede) bepaald door de afstand van de grondwaterspiegel tot het maaiveld. Daarnaast zorgt een hoge grondwaterstand echter ook voor een slechte doorluchting van het bodemprofiel en vertraagt daarmee de mineralisatie van organische stof en dus de beschikbaarheid van nutriënten. Bovendien moet de vegetatie aangepast zijn aan langdurig zuurstofloze condities van de wortelzone (bijv. door de beschikbaarheid van luchttransport-weefsel zoals aerenchym). De doorluchting heeft via de redox-potentiaal echter ook invloed op veel bodemchemische eigenschappen, waaronder het voorkomen van stoffen die toxisch februari 2001 © Kiwa

18

kunnen zijn voor sommige plantensoorten zoals Nitriet en Aluminium. Andere bodemchemische parameters worden weer gestuurd door de hydrologie van het systeem waar het bodemprofiel deel van uit maakt (e.g. PH via kalrijke kwel of juist uitspoeling van basen). De kwantitatieve en kwalitatieve eigenschappen van een hydrologisch systeem zijn vaak in vrij sterke mate gekoppeld, zodat ook deze bodemchemische eigenschappen met het karakteriseren van de grondwaterstandsdynamiek meegenomen worden. Zelfs bodemfysische parameters als porositeit en substraattype hebben hun invloed op het gedrag van de grondwaterspiegel of worden juist beïnvloed door het hydrologische systeem, en zouden detecteerbaar kunnen zijn aan de hand van karakteristieken van de grondwaterstandsdynamiek. Uit een dergelijke beschouwing van voor de vegetatie relevante standplaatsfactoren volgt allereerst dat in ieder geval naast de momenten ook de afstand van het grondwater tot het maaiveld een erg belangrijke rol speelt. Planten wortelen nu eenmaal aan het maaiveld en niet op het NAP-vlak. De maaiveld-hoogte moet dan ook te allen tijde meegenomen worden om een link te kunnen leggen naar de vegetatie. Wanneer men de vochtbeschikbaarheid voor de vegetatie beschouwt is het van belang te beseffen dat bij diepere grondwaterstanden de grondwaterspiegel nauwelijks meer een rol hierin speelt, maar dat het vooral de bodemeigenschappen zijn die deze factor bepalen. De momenten verliezen dus voor systemen met diepere grondwaterspiegels (grotendeels?) hun waarde bij het leggen van een relatie met de vegetatie. Tot nu toe is de tijdsafhankelijke VOCHTKARAKTERISTIEK STANDPLAATS variatie van de hierboven beschreven fysisch/chemische maaiveld factoren nog niet ter vochtigheid standplaats ? = Amplitudo sprake gekomen. De Gem. Gwst grondwaterspiegel kent M0 = Opbolling door het jaar heen en van jaar tot jaar echter Drainagebasis een zeer grillig verloop. Const Doorgaans is, naast de gemiddelde toestand N.A.P. die uitgedrukt kan worden als een gemiddelde of mediane fig 4: Verkenning van de relatie tussen momenten en grondwaterstandsstandplaatskarakteristieken diepte, juist ook de dynamiek en het optreden van ‘extreme’ gebeurtenissen van belang, zoals de maximale lengte van eventuele inundaties (zuurstofloosheid), de maximale lengte van de periode waarin het grondwater te diep wegzakt voor capillaire nalevering (droogte), etc., aangezien de op een bepaalde plaats aanwezige vegetatie niet voor deze gebeurtenissen weg kan vluchten maar aangepast moet zijn om de bijbehorende stress te weerstaan. Het is met andere woorden nog niet duidelijk welke karakteristieken in aanmerking komen om zo goed mogelijk een relatie met de vegetatie te leggen. Figuur 4 geeft grofweg de huidige ideeën weer over de relatie tussen momenten en enkele voor de vegetatie relevante standplaatskarakteristieken. Wanneer er andere factoren een rol spelen, zoals een weersonafhankelijke kwelflux, een drinkwateronttrekking, etc., zijn deze ook van invloed op de standplaatskarakteristieken en moeten dus meegenomen worden. Het is ook niet ondenkbaar dat verschillende vegetatietypen verschillend februari 2001 © Kiwa

19

reageren op verschillende factoren. De gemiddelde grondwaterstandsdiepte is op zich een voor de hand liggende maat, maar wellicht zouden ook de wegzijgtijd α (oftewel M1 / M0 ) en eventueel de Variantie ((M2 / M0 ) – (M1 / M0 )2 ) een belangrijke rol kunnen spelen, omdat deze het meest direct uit de momenten berekend worden. Wel moet er dan een oplossing worden gevonden voor niet-lineaire situaties waar op één standplaats meerdere impulsresponsies kunnen gelden. In een dergelijk geval kan wellicht teruggegrepen worden op statistische parameters die de variatie in het verloop van de grondwaterstand beschrijven, zoals de gemiddelde jaar-amplitudo en de ‘variantie’ van de grondwaterstand, maar deze parameters moeten dan wel weer berekend worden op grond van de meteorologische omstandigheden die men juist kwijt wilde raken. Op zich zouden dergelijke parameters bruikbaar kunnen zijn wanneer men voor alle gevallen de ‘gemiddelde’ Nederlandse meteorologische omstandigheden neemt voor de berekeningen. Ook kunnen verschillende meer specifieke variabelen onder de loep worden genomen met behulp van multivariateanalyse technieken (Jongman et al.,1987), zoals eerder ook door o.a. Lammers et al., 1999 en Huybrechts & de Becker, 1997 is uitgevoerd.


20

5.2 Van standplaatskarakteristieken naar soorten en vegetatietypen De relatie tussen Gem Gwst standplaatsen van Linum catharticum standplaatskarakteri (Geelhartje) stieken en de vegetatie kan op twee niveaus worden uitgewerkt, enerzijds op het niveau van vegetatietypen conform de recent voltooide ‘Vegetatie van Nederland’, en anderzijds op het niveau van de Gemiddelde Grondwaterstand samenstellende fig 5: Fictieve frequentieverdeling van gemiddelde plantensoorten. Het grondwaterstanden over de standplaatsen van Linum uitwerken van de catharticum (geelhartje) relatie is op zich tamelijk eenvoudig. Wanneer er voldoende peilgegevens voorhanden zijn met bijbehorende vegetatieopnamen kunnen de bij de peilbuisgegevens behorende standplaatskarakteristieken worden berekend en kan per plantensoort en per vegetatietype de verdeling van de waarden worden berekend (zie figuur 5). Deze verdeling kan zowel voor soorten als voor vegetatietypen als volgt verder worden verwerkt: 8

7

frekwentie %

6

5

4

3

2

1

0

0

•

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

Uit de verdeling van de waarden kunnen eenvoudige statistieken worden berekend (e.g. gemiddelde + spreiding, eventueel per deelgebied). Diverse auteurs (o.a. Alkemade et al., 1996, Wamelink & van Dobben, 1996) hebben een dergelijke exercitie uitgevoerd op basis van GHG, GVG en GLG. Bij plantensoorten moet wel aandacht worden gegeven aan de mogelijkheid van

fig 6: Ruimtelijk overzicht van de vochtindicatie van de vegetatie van Schiermonnikoog in 1992 (von Asmuth & Tolman, 1996) februari 2001 © Kiwa

21

zogenaamde twee-toppige respons-curves, d.w.z. dat plantensoorten twee optima kunnen vertonen op het traject van een bepaalde abiotische parameter, of anderszins niet symmetrische responsies. •

Er kan een relatie worden gelegd met systemen van ecologische indicatiewaarden, zoals Ellenberg Vocht (evt. Ellenberg à la RIVM (Alkemade et al., 1996)) en grondwater-afhankelijkheid volgens Londo. Bij een vergelijking met de vochtafhankelijkheid van planten moet zoals gezegd wel de bodemgesteldheid meegenomen worden in de berekeningen, alhoewel dit aspect in eerder onderzoek verwaarloosd of slechts schematisch meegenomen is (Alkemade et al., 1996, Wamelink & van Dobben, 1996). Wanneer een relatie met één van de indicatiesystemen is gelegd wordt het mogelijk om de uitkomsten van de moment-berekeningen van een grondwatermodel te toetsen aan de indicatie die de vegetatie geeft over de vochtvoorziening van de standplaats. Als voorbeeld van een ruimtelijke toepassing van het laatste is figuur 6 opgenomen.

•

Er kan gekeken worden naar de mate van overlap in standplaatskarakteristieken tussen de verschillende vegetatietypen. Naar verwachting zullen verschillende vegetatietypen meer of minder overlap vertonen, omdat hun voorkomen samenhangt met een andere parameter die onafhankelijk is van het grondwaterregime (e.g. het beheer). Er kunnen op grond van de resultaten reeksen van vegetatietypen worden opgesteld die onder dezelfde hydrologische condities voorkomen.


22

6 Eco-hydrologische effectvoorspelling 6.1 Stand van zaken Er is in Nederland al veel gebeurd op het gebied van de eco-hydrologische effectvoorspelling. Diverse partijen (universiteiten, overheids- en/of onderzoeksinstituten, waterleidingbedrijven, marktpartijen) verrichten onderzoek op dit gebied, wat inmiddels een veelheid aan modellen en hulpmiddelen voor ecohydrologische effectvoorspelling heeft opgeleverd. Elk model dat ontwikkeld is heeft zo zijn eigen methodiek en doelstelling, wetenschappelijke grondslag, ruimtelijk schaalniveau, toepassingsgebied en ecologische grootheid waarop de uitspraken betrekking hebben. Het aanbod en de mogelijkheden van de diverse modellen is dan ook vrij onoverzichtelijk, wat aan diverse auteurs aanleiding heeft gegeven om een vergelijking van verschillende modellen te maken en/of de stand van zaken samen te vatten (o.a. Wassen & Schott, 1992, van der Veen & Garritsen, 1994, Olff et al.,1995, Grootjans et al., 1996, Olde Venterink & Wassen, 1997, van Balen et al., 1997, Ertsen, 1998) Olff et al. (1995) en Ertsen (1998) stellen een indeling van modellen op grond van de volgende gronden voor: • Mechanistische modellen –Modellen die uitgaan van de causale relaties tussen fysisch/chemische factoren, de processen die daartussen spelen en de soortensamenstelling. Dit is de meest complexe benadering van de drie, en vaak (nog) te complex voor een goede beschrijving van natuurlijke systemen. De modellen die gebruikt worden zijn deels uit de landbouw afkomstig, waar in feite een andersoortige problematiek heerst (Grootjans et al. 1996). Het aandeel modellen uit deze groep neemt toe, maar blijft vooralsnog beperkt tot eenvoudige systemen (Ertsen, 1998). Voordeel is dat met deze modellen de terugkoppeling van de vegetatiesamenstelling op de standplaatseigenschappen meegenomen kan worden (Olff et al., 1995) en dat er een groter inzicht in het systeem verkregen wordt, nadeel is dat er voor het vinden van de juiste parameters veel invoergegevens nodig zijn die vaak onder experimentele omstandigheden ingewonnen moeten worden, en dat de toepasbaarheid van het model nauw omgrensd is. • Statistische modellen –Modellen waarbij de verklaring van het voorkomen van soorten c.q. vegetatietypen gebaseerd is op statistische analyse van gemeten variabelen (vaak logistische regressie). Voordeel van statistische modellen is dat er veel milieuvariabelen in geïncorporeerd kunnen worden, wat uitspraken over een brede range van milieutypen mogelijk maakt (Olff et al., 1995). Bovendien is de werking van dergelijke modellen eenvoudig en inzichtelijk. Nadeel is dat voor de constructie van het model veel meetgegevens nodig zijn, waardoor het model helaas vaak onvolledig is (Ertsen, 1998). Het model is bovendien statisch (maakt geen onderscheid in ruimtelijke en temporele variatie), bevat geen interacties tussen soorten en geeft geen inzicht in de onderliggende oorzaken (alleen in correlaties). Het laatste is vooral een probleem als de empirische relaties gebruiken worden om het systeem te beïnvloeden (Scheffer & Beets, 1995). De modellen zijn daarbij per definitie gebaseerd op datgene wat tot nu toe is waargenomen. Natuurontwikkeling schept echter vaak juist nieuwe situaties, waardoor afbreuk wordt gedaan aan de betrouwbaarheid van de door dergelijke modellen voorspelde ontwikkelingen. • Expert modellen – Olff et al. (1995) en Ertsen (1998) hanteren voor expert modellen een verschillende definitie. De eersten scharen alle modellen met statistisch getinte bewerkingen op expert-indicatiesystemen (zoals o.a. bij MOVE gebeurd, zie Latour et al.(1993)) onder statistische modellen. Ik ben geneigd me februari 2001 © Kiwa

23

aan te sluiten bij Ertsen met de definitie dat expert modellen alle modellen zijn die uitgaan van door experts opgestelde beslisregels, indicatiewaarden of andere gegevens, ongeacht welke rekenkundige of statistische bewerking er daarna op plaats vindt. Voordeel van expert-modellen is dat de gegevens veel makkelijker voorhanden zijn dan bij de andere benaderingen, maar nadeel is (naast veel van de nadelen die ook voor statistische modellen gelden) dat er geen zicht is op de betrouwbaarheid van het expert-oordeel en dat het model niet eenvoudig vertaald kan worden naar de abiotische situatie. Er is inmiddels enige aandacht uitgegaan naar het testen van het Ellenberg-indicatiesysteem op zijn interne consistentie (Ter Braak & Gremmen, 1987), en naar het kalibreren van het systeem met gemeten waarden (Alkemade et al., 1996, Wamelink & van Dobben, 1996). Een brede kalibratie van Ellenberg indicatiewaarden is nodig om de betrouwbaarheid ervan vast te stellen, en om voorspellingen te kunnen vertalen naar het fysieke beheer (Ertsen, 1998). Naast bovenstaande indeling zijn er natuurlijk nog meer factoren waarop een onderscheid gemaakt kan worden. Olff et al., 1995 noemen nog: • Deterministische versus stochastische modellen - Stochastisch wil zeggen dat toevalsprocessen een onderdeel uitmaakt van de modelstructuur. Deze techniek wordt nog weinig gebruikt voor het doen van vegetatievoorspellingen. • Statische versus dynamische modellen - Ook werkelijk dynamische modellering wordt weinig toegepast, en alleen nog maar in mechanistische modellen. Hier ligt dus nog een terrein grotendeels braak. • Hiërarchisch niveau - Het model kan uitspraken doen op verschillende ecologisch hiërarchische niveaus, zoals natuurwaarde, ecotopen, vegetatietypen, soortengroepen, soorten en individuen. • Ruimtelijke schaal - De schaal waarop het model toegepast dient te worden. Daarnaast zijn, zeker m.b.t. dit onderzoek, nog relevant: • Afbakening - Het toepassingsgebied kan zowel ruimtelijk als ecologisch afgebakend zijn (e.g. tot Noord-Holland, grondwaterafhankelijke gemeenschappen, graslanden, venen, duinen, etc.) • Type voorspelling - Het model kan op basis van de belangrijkste abiotische factoren een voorspelling doen van de actuele toestand van de vegetatie, of kan juist een verandering van die toestand voorspellen waarbij de actuele vegetatie in dat geval als invoer dient. Dit verschil is met name relevant omdat in het eerste geval veel meer gegevens nodig zijn dan in het tweede geval. De onderstaande tabel geeft een kort overzicht van de in Nederland belangrijkste modellen die de toestand van de vegetatie en/of vegetatieveranderingen voorspellen: Naam

Auteur

DEMNAT

Witte et al., 1992

NTM

Gremmen, 1990

SMART / MOVE GREINSVEG

Latour & Reiling, 1991 Prins, 1995


Type model Expert (Runhaar) / Statistisch Expert (o.a. Ellenb.) Expert (Ellenb.) Expert (Bal e.a) / Statistisch

Schaal

Afbakening Terrestrisch

Hierarch niveau Ecolog. Soortengroepen

Type voorsp. Verandering

Vochtinvoer GVG / kwelflux

Landelijk

Landelijk – Limburg Landelijk

Terrestrisch – zoute geb.

Natuurwaarde

Toestand (geijkt)

-

Soorten

Toestand

GVG / vochttekort GLVG

Regionaal

-

Vegetatie structuur

Verandering

Regionaal Model

24

MONVEG

IWACO

Expert

Regionaal Regionaal

-

SAM

Worm & Jeurink, 1996

Expert

DURAVEG ECOMOD

IWACO, 1996

Statistisch

Lokaal

Terrestrisch

Geelen, 1992

Expert

Lokaal

ECAM

Grootjans, 1990

Statistisch / Expert

EKS

Beusekom, 1993 Noest & vd Meulen,1990 Barendregt & Nieuwenhuis , 1993

ITORS

NICHE

HYVEG ICHORS

NUCOM

Verandering Toestand (geijkt)

GLVG kwel GLVG, Kwel

Toestand

Duurlijnen GVG

Lokaal

Duinvalleie n Drenthe/Gr oningen Gw.afh.veg

Vegetatie typen Ecotopen Natuurw . Vegetatie typen Vegetatie structuur Vegetatie typen + Soorten

Expert

Lokaal

-

Abiotiek

Statistisch

Lokaal

Soorten

Statistisch

Lokaal

Ertsen, 1995

Statistisch

Lokaal

Meuleman et al., 1996 Berendse, 1986

Statistisch / Expert Mechanistisch

Lokaal

Duinvalleie n N+ZHolland+Ut r./ aquatisch N-Holland / terrestrisch Terrestrisch

Verandering Toestand +struc.inf Toestand (kans)

Lokaal

Heide

Terrestrisch

Soorten

Verandering Toestand

Soorten

Toestand (kans)

o.a. GVG

Vegetatie typen Soorten

Toestand (geijkt) Ja

GLHG kwel ?

6.2 Mogelijkheden van de impulsrespons In alle bovengenoemde modellen wordt de diepte en/of de dynamiek van de grondwaterspiegel meegenomen bij het voorspellen van de vegetatie of de veranderingen daarin. Bij verreweg de meeste modellen, onafhankelijk van de schaal waarop het model een uitspraak doet, worden daarbij één of meer parameters uit de GLG-GG-GVG-GHG reeks als invoer gebruikt, die ofwel uit de bodemkaart of uit berekeningen met hydrologische modellen afkomstig zijn. Aangezien de impulsrespons naar verwachting een éénduidiger en weersonafhankelijk alternatief voor deze parameters zal opleveren, kan deze methode over de hele range van ecohydrologische modellen een rol gaan spelen. Meer specifiek zijn er nog een aantal punten waarop een goed werkende impulsrespons-methode iets toe zou kunnen voegen aan eco-hydrologische effectvoorspelling: •

De GLG-GG-GVG-GHG reeks geeft, naast het feit dat ze van oudsher gevoelig is voor variatie in meteorologische omstandigheden, slechts een grove typering van de grondwaterspiegel-dynamiek. Duurlijnen geven wat dat betreft een veel subtieler beeld van de hydrologische omstandigheden op een bepaalde plaats, maar er zijn daarentegen weer veel parameters nodig om het verloop van een duurlijn goed te beschrijven (de Haan, 1992). De impulsrepons-methode levert naar verwachting een krachtig instrument in parametervorm om de dynamiek te karakteriseren, en draagt daarmee bij aan het ontwarren van de verschillende aspecten van de relatie tussen grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie.


GHLGMG , Overstr.duur Indicatie soorten 3 * 18 var o.a. GLHG Oppwpeil Diepte / kwel

25

•

•

•

Met behulp van de impulsrespons en meer in het bijzonder de momentenmethode wordt het eenvoudiger om de resultaten van gemeten stijghoogteverlopen te koppelen aan modelberekeningen. Daarmee kunnen modellen die ontworpen zijn voor lokaal c.q. standplaatsniveau op basis van vegetatieopnamen en peilbuisgegevens beter gekoppeld worden aan modellen op een hoger schaalniveau die gebruik maken van regionale grondwatermodellen of bodemkaartgegevens. Andersom kunnen simulaties met grondwatermodellen beter vertaald worden naar gevolgen voor de grondwaterspiegeldynamiek op standplaatsniveau, zodat de ecologische effecten van een ingreep in de hydrologie beter te kwantificeren zijn. Om twee redenen worden gegevens m.b.t. de relatie tussen grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie makkelijker beschikbaar. Allereerst verkort het gebruik van tijdreeksanalyse de periode waarover de stijghoogte in een peilbuis gemeten moet worden om een goed beeld te krijgen van de dynamiek (Knotters & Bierkens, 1999). Ten tweede zorgt het gebruik van grondwatermodellen ervoor dat het mogelijk wordt om ruimtelijke overzichten van de dynamiek te combineren met ruimtelijke overzichten van de vegetatie.


26

7 Literatuur •

•

•

•

• •

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Alkemade, J.R.M., Wiertz, J. & Latour, J.B., 1996:"Kalibratie van Ellenbergs milieuindicatiegetallen aan werkelijk gemeten bodemfactoren." RIVM, Bilthoven. Asmuth, J.R. von & Tolman, M., 1996 :'Vegetatiekartering Schiermonnikoog 1992, rapportage en ecologische interpretatie' rapp.nr. MDGAT 9603, RWS-Meetkundige Dienst, Delft. Baggelaar, P.K., 1998:"Box-Jenkins analyse van stijghoogten" in: "Tijdreeksen in bodem en water" Commissie voor Hydrologisch onderzoek TNO, 's Gravenhage. Bierkens, M.F.P., Knotters, M. & Geer, F.C. van, 1999:"Calibration of transfer function-noise models to sparsely or irregularly observed time series" Water Resources Research 32 (p. 1741-1750). Box, G.E.P. & Jenkins, G.M., 1970:"Time series analysis: Forecasting and control." Holden-Day, San Fransisco. Bio, A.M.F., Alkemade, R. & Barendregt, A.1998:"Determining alternative models for vegetation response analysis: a non-parametric approach. Journal of Vegetation Science 9, (p. 2-16). Drysdale, L., 1994:"impuls-responslijnbundels als hulpmiddel bij ecologische effect-voorspelling, een verbetering t.o.v. duurlijnbundels?." rapp. nr. SWE 94.019, afstudeerscriptie, TU Delft, KIWA NV, Delft, Nieuwegein. Ertsen, A.C.D.,1998:"Ecohydrological response modelling" Doctoral Thesis, Koninklijk Nederlands Aardrijkskundig Genootschap / Faculteit Ruimtelijke Wetenschappen Universiteit Utrecht, Utrecht. Geer, F.C. van, 1998:"Verlagingsberekening met transfermodellen rond de winplaats Spannenburg" in: H20 21, nr. 16l (p. 451--454). Geer, F.C. van, Baggelaar, P.K. & Defize, P.R.,1998:"Toepassing van tijdreeksanalyse op meetreeksen van de stijghoogte" in: H20 21, nr. 16l (p. 438-442). Gehrels, J.C., 1994:"Decomposition of groundwater level fluctuations using transfer modelling in an area with shallow to deep unsaturated zones" in: Journal of Hydrology 157 (p. 105-138). Gehrels, J.C., 1999:"Groundwater Level Fluctuations, separation of natural from anthropogenis influences and determination of groundwater recharge in the Veluwe area, the Netherlands" Doctoral Thesis Vrije Universiteit Amsterdam, Amsterdam.. Grootjans, A.P, van Wirdum, G., Kemmers, R. & van Diggelen, R, 1996:"Ecohydrology in The Netherlands: principles of an application driven interdiscipline." Acta Botanica Neerlandica 37 (p. 491-516). Heesen, H.C. van, 1971:"De weergave van het grondwaterstandsverloop op bodemkaarten" in: Boor en Spade 17 (p.127-149) Hinsberg, A. van, 1997:"Vergelijking van de abiotische en biotische modellering bij grondwaterstandsveranderingen in de voorspellingsmodellen SMART/MOVE en DEMNAT" NOV-rapport 5.1, RIVM, Bilthoven. Huybrechts, W & Becker, P. de, 1997:"Dynamische en chemische kenmerken van het ondiepe grondwater in kwelsystemen: Het Walenbos (Tielt-Winge)" Instituut voor Natuurbehoud, Brussel. Knotters, M.& M.F.P. Bierkens, 1999:"Hoe lang moet je de grondwaterstand meten om iets over de dynamiek te weten?"


27

•

•

• •

•

• •

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

in: Stromingen 5,nr.4, (p. 5 - 12) Knotters, M.& M.F.P. Bierkens, 1999: "Tijdreeksmodellen voor de grondwaterstand, een kijkje in de black box" in: Stromingen 5, nr. 3 (p.35 - 49) Knotters, M.& M.F.P. Bierkens, in prep.: "Physical basis of time series models for water table depths" submitted to: Water Resources Management. Knotters, M.& Gooijer, J.G. de, 1999: "Tarso modelling of water table depths" in: Water Resources Research, vol. 35 (p.695-705) Knotters, M.& van Walsum, P.E.V., 1997: "Estimating fluctuation quantities from time series of water-table depths using models with a stochastic component" in: Journal of Hydrology, vol. 197 (p.25-46) Lankester, J.,1995:"Modellering van natuurlijke fluctuaties van grondwaterspiegels op basis van impulsreponsies" rapp. nr. SWI 95.192, afstudeerscriptie, TU Delft, KIWA NV, Delft, Nieuwegein. Locher, W.P. en de Bakker, H., 1990:"Bodemkunde van Nederland" Malmberg, Den Bosch. Maas, C., 1995:"Grondwaterspiegeldynamica, onderzoeksvoorstel ter verbetering van de duurlijnmethode" rapp. nr. SWI 95.121, KIWA NV, Nieuwegein. Olff, H., Berendse, F., Verkaar, D. & van Wirdum, G., 1995:"Modellering van vegetatiesuccessie, Hoe kunnen vegetatieveranderingen in natuurontwikkelingsgebieden voorspeld worden?" Landschap 12, nr. 4 (p.69 - 82) Olsthoorn, T.N., 1998:"Bollenschade 1997, tijdreeksanalyse van de grondwaterstijghoogte in perceel van de Fa. A.W. Zandbergen, Zilkerduin 309, De Zilk" Gemeentewaterleidingen Amsterdam, Amsterdam. Prins, A.H., 1993 :"Geintegreerd Ruimtelijk Evaluatie-Instrumentarium voor Natuurontwikkelings Scenario's (GREINS). Vegetatiemodule: GREINS-VEG0. IBN-DLO, Wageningen Scheffer, M. & Beets, J., 1995 :"Voorspellen in de ecologie, de beperkingen van modellen" Landschap 12, nr. 4 (p.55 - 67) Sluijs, P. van der, 1990:"Grondwatertrappen" in: Locher, W.P. en de Bakker, H., 1990: "Bodemkunde van Nederland" Malmberg, Den Bosch. Sluijs, P. van der en J.J. de Gruijter, 1985. Water table classes: a method to describe seasonal fluctuation and duration of water tables on Dutch soil maps. Agricultural Water Management, 10, 109-125. Spieksma, J.F.M. & Schouwenaars, J.M., 1997: 'Van knooppunt naar standplaats, ruimtelijke variatie rond knooppunten van regionale hydrologische modellen' Landschap 14, nr. 3 (p159-172). van Balen, S.J.A., Stoppelenburg, F.J. & Garritsen, A.C., 1997:"Kennisoverzicht Instrumentarium Verdrogingsbestrijding" NOV-rapport 13.1, RIZA rapport 97.019, RIZA, Lelystad.. Vliet, R.N. van de, 1997:"Gebiedsdekkende bepaling van de impulsrespons met behulp van tijdreeks-analyse en de momentenmethode" Afstudeerscriptie, TU Delft, KIWA NV, NV PWN, Delft. Vliet, R.N. van de, & Boekelman, R.1998:"Gebiedsdekkende bepaling van de impulsrespons met behulp van tijdreeks-analyse en de momentenmethode, een aanzet tot een nieuwe methode voor eco-hydrologische effectvoorspelling en modelkalibratie" in: Stromingen 4, nr.1 (p. 45-54)


28

•

•

Wamelink, G.W.W. & van Dobben, H.F., 1996:"Schatting van responsies van soorten op de milieufactoren vocht, pH en macronutrienten: een aanzet tot calibratie van Ellenberg's indicatiegetallen' rapportnr. 233, IBN-DLO, wageningen. Wassen, M.J. & P.P. Schot (1992):"Hydro-ecologische modellen." Landschap 2, (p. 83-105)


29


30

Bijlage A: Baten van de impulsresponsmethode (Naar verwachting) structurele verbeteringen ten opzichte van huidige methoden: •

Momenten bieden een compactere manier om de grondwaterspiegeldynamiek te beschrijven. (Met een zelfde aantal parameters ligt de dynamiek nauwkeuriger vast dan met de GHG-GG-GVG-GLG-reeks)

•

Momenten zijn werkelijk onafhankelijk van het weer en dus, zonder hydrologische veranderingen, ook op de langere termijn onveranderlijk in de tijd. (maten zoals de GXG die mbv tijdreeksanalyse berekend worden bevatten een gemiddelde weerscomponent en moeten opnieuw berekend worden bij een verandering van de klimatologische omstandigheden)

•

Momenten zijn met een stationair grondwatermodel direct ruimtelijk te berekenen uit de modelcode (maten als GHG-GVG-GLG kunnen alleen ruimtelijk berekend worden door eerst voor een aantal punten stijghoogtereeksen te simuleren, vervolgens de genoemde maten te berekenen uit deze reeksen en daarna de maten ruimtelijk te extrapoleren).

•

Momenten bieden de mogelijkheid om stijghoogtereeksen te simuleren op basis van hun waarde en een neerslagoverschotreeks (bij grondwatertrappen of duurlijnen is dit niet mogelijk). Bij het ruimtelijk modelleren van de momenten verkrijgt men dus als het ware op elk willekeurig punt een tijdreeksmodel.

•

De impulsrespons-methode maakt het mogelijk om een niet-stationair grondwatermodel stationair te calibreren op basis van de momenten van peilbuizen. (Calibratie van een niet-stationair grondwatermodel op meerdere volledige stijghoogtereeksen is bewerkelijker en daardoor minder nauwkeurig)

Toepassingsmogelijkheden in de praktijk: Natuurbehoud en -ontwikkeling: • • •

Verheldering van de eisen die plantensoorten en/of vegetatietypen stellen t.a.v. de grondwaterspiegeldynamiek Berekening van optimale locaties voor de ontwikkeling van natte natuurdoeltypen Het bepalen van de ingrepen die nodig zijn om een voor waardevolle vegetaties gunstig grondwaterregime te creëren c.q. te herstellen.

Milieueffectrapportage: • •

Voorspelling van de invloed van hydrologische ingrepen op de vegetatie. Het ontwerpen van een uit milieuoogpunt zo gunstig mogelijke variant van een ingreep.

Inventarisatie / Monitoring: • •

Eco-hydrologische systeemanalyse Typering van de grondwaterspiegeldynamiek op basis van stijghoogtereeksen


31

• • •

Calibratie van hydrologische modellen Het vervaardigen van ruimtelijke overzichten van de grondwaterspiegeldynamiek Bepaling indicatieve waarde van plantensoorten en/of vegetatietypen voor het grondwaterregime (in verschillende landschaps- c.q. ecotooptypen)


32


Stijghoogte reeks

Benadering impulsrespons

Impulsrespons

‘Punt’ Momenten

Countourlijnen Momenten

Grondwater model

Standplaats karakteristieken

Samenhang onderdelen impulsrespons-methode

Vegetatie

Bijlage B: Samenhang tussen de verschillende onderdelen

33


34

Bijlage C: Onderzoeksvragen Hoofdvraag: •

Wat is de relevantie van de impulsrespons-methode, ten opzichte van het gebruik van duurlijnen, grondwatertrappen, tijdreeksanalyse en/of grondwatermodellering, wanneer deze wordt toegepast bij het beschrijven van de relatie tussen grondwaterspiegeldynamiek en vegetatie, bij het voorspellen van de effecten van hydrologische ingrepen op de grondwaterspiegeldynamiek en bij het voorspellen van de effecten van hydrologische ingrepen op de vegetatie?

Deelvragen : Pr.teit

Artikel

Relatie M0 , M1 en M2 met abiotiek: • Hoe ligt de relatie tussen de momenten van de impulsresponsfunctie (M0 , M1 en M2 ) en standplaats-karakteristieken die het fysische gedrag van de grondwaterspiegel beschrijven (e.g. Gem Gwst, Wegzijgtijd, Ampl Gwst) ? • Kunnen de verschillende impulsrespons-momenten in niet lineaire situaties of situaties waar meer factoren een rol spelen naar één set van parameters vertaald worden? • Hoe ligt de relatie tussen de impulsrespons en andere methoden zoals duurlijnen en grondwatertrappen? • Is het mogelijk om aan de hand van landschappelijke karakteristieken (e.g. de hoogteverdeling) uitspraken te doen over het verloop van de grondwaterstand, en zo ja met welke nauwkeurigheid?

++ ++

1

+

4

+

1

0

-

Relatie met biotiek: • Hoe scoren verschillende variabelen die de grondwaterspiegeldynamiek karakteriseren (waaronder de van de impulsrespons afgeleide standplaatskarakteristieken) in het verklaren van de (steady-state) soortensamenstelling van vegetatieopnamen van grondwaterafhankelijke vegetaties? • Welke (on)mogelijkheden biedt de impulsrespons voor het voorspellen van de effecten van hydrologische ingrepen op de vegetatie, vergeleken met het gebruik van duurlijnen, grondwatertrappen, tijdreeksanalyse en/of grondwatermodellering? • Wat is de relevantie van de indicatieve waarde van plantensoorten en/of vegetatietypen voor het grondwaterregime, berekend aan de hand van de impulsrespons, vergeleken met andere indicatiemethoden?

++ ++

2

++

5

+

5

Berekening M0 , M1 en M2 met Transferruis-analyse: • De waarde van M0 is in zekere zin uitwisselbaar met die van de Constante, en wordt door TFR-analyse ook met elkaar verward. Voor berekening van de gemiddelde gwst is dit geen probleem, maar in hoeverre wel voor berekening van de Wegzijgtijd (M1 / M0 ) en de Variantie (M2 / M0 )?. • Hoe ga je om met niet-lineaire situaties? • Is het voor een goede berekening van M0 , M1 en M2 nodig om een model voor de onverzadigde zone te gebruiken om neerslagoverschot-reeksen om te zetten in grondwateraanvullingsreeksen? • De keuze van het TFR-model (aantal parameters, vertragingsfactor,

++ ++

3

+ 0

4 -

0

-


35

invoerreeks (N, NO, Neff), tijdstappen, etc) is deels subjectief. Welke invloed heeft deze keuze op de door het model berekende waarden van M0 , M1 en M2 ? • Hoe betrouwbaar zijn de berekende waarden van M0 , M1 en M2 ? • Als subjectieve keuzes een probleem vormen, zijn er dan mogelijkheden om de tijdreeksanalyse-methodiek verder te standaardiseren? Berekening M0 , M1 en M2 met Grondwatermodellen: • Welke (on)mogelijkheden biedt de impulsrespons voor ruimtelijk modelleren van de grondwaterspiegeldynamiek, vergeleken met nietstationaire grondwatermodellering? • Is het nodig om factoren die Neff beïnvloeden mee te nemen in het grondwatermodel om M0 , M1 en M2 te kunnen berekenen en hoe beïnvloedt deze keuze de uitkomsten van M0 , M1 en M2 uit het model? • Hoe ga je om met niet-lineaire situaties? • Wat is hier de rol van de drainagebasis, en hoe werkt hij door in de resultaten? • Hoe betrouwbaar zijn de berekende waarden van M0 , M1 en M2 ? Afstemming resultaten peilbuis + model: • Zijn de berekeningen van TFR-analyse en grondwatermodellen zodanig op elkaar af te stemmen dat het resultaat vergelijkbaar is?

0

-

--

-

++ ++

3/4

++

3

+ +

4 3

0

-

++ ++

3

Afperking: De vragen met een -- vallen af omdat ze buiten het doel van deze promotie liggen. De vragen met een 0 worden afhankelijk van de tijd die nodig is om de andere vragen te beantwoorden wel of niet opgepakt, omdat dit ‘tweede orde’ vragen zijn. Het gaat er in eerste instantie om om de voor en nadelen van de impulsrespons-methode op een rij te zetten, en pas in de tweede instantie is bijvoorbeeld de vraag aan de orde hoe betrouwbaar de impulsrespons-berekeningen zijn, waar dit voor andere methoden als TFR-analyse en grondwatermodellering ook nog niet opgehelderd is. Wel zou het in kaart brengen van de betrouwbaarheid veel voor de acceptatie van de methode kunnen betekenen. Daarbij komt er waarschijnlijk bij de keuze van een geschikt model, en bij het afstemmen van tijdreeksanalyse en grondwatermodellen ook een stukje gevoeligheids- c.q. betrouwbaarheidsanalyse kijken. De vragen met een + kunnen maar moeilijk afvallen om toch een volwaardig antwoord te geven op de hoofdvraag, en worden dus opgepakt.


36

Bijlage D: Publicatieschema Artikel 1:

De impulsrespons: een middel om de dynamiek van de grondwaterspiegel beter te karakteriseren?

Onderwerp:

Introductie impulsrespons

Probleemst.:

De impulsrespons is een alternatieve methode om de grondwaterspiegeldynamiek te karakteriseren. Een voordeel van de impulsrespons is dat ze volledig weersonafhankelijk is, terwijl bij de huidige methoden (grondwatertrappen en duurlijnen) de verkregen maten in belangrijke mate afhankelijk van de variatie in de weersgesteldheid. Transferruis-modellen bieden echter de mogelijkheid om het verloop van de grondwaterspiegel te simuleren, om zo de voor het heersende klimaat representatieve maten te verkregen. Een ander voordeel is dat de momenten van de impulsrespons direct uit de code van een grondwatermodel berekend kunnen worden. Met een grondwatermodel kun je per punt echter ook stijghoogtereeksen genereren en daarmee bijvoorbeeld grondwatertrappen berekenen. Wat zijn nu werkelijk de voor- en nadelen, mogelijkheden en valkuilen van de impulsrespons?

Vraagstelling:

Hoe scoort de impulsresponsmethode op een aantal (nader te definiëren) criteria vergeleken met (m.b.v. TFR-modellen geschatte) grondwatertrappen en duurlijnen?

Inhoud:

* beschrijving IR-methode * berekeningswijze mbv Transfer-ruisanalyse en grondwatermodellen (globaal) * Simulatie Gwst m.b.v. M0 , M1 , M2 , M1 / M0 * relatie met fysisch/statistische parameters * relatie met grondwatertrappen en duurlijnen * uitwerking voordelen IR

Tijdschrift:

Gereed:

Artikel 2:

Inleiding in proefschrift en/of Internationaal hydrologisch tijdschrift eerste versie 1 Juli 2000 (werkdocument) De impulsrespons: een verbeterde methode om de grondwaterafhankelijkheid van plantensoorten en vegetatietypen te karakteriseren?

Onderwerp:

Toets verklarende waarde IR voor soortensamenstelling aan de hand van Peilbuisgegevens en vegetatieopnamen

Probleemst:

Om kennis op te doen over de standplaatseisen van waardevolle plantensoorten en vegetatietypen, voor de onderbouwing van ecologische indicatiewaarden en om de effecten van ingrepen in de hydrologie te kunnen voorspellen wordt door veel auteurs gezocht naar een relatie tussen vegetatietypen en gemeten


37

grondwaterstandsverlopen. Het grondwaterstandsverloop vertoont doorgaans op verschillende tijdschalen een grillig karakter, waardoor de variatie in statistische parameters als GHG en GLG, en afgeleide grafieken als duurlijnen groot is, en het onderscheidend vermogen van de gebruikte maten vaak klein. De impulsrespons is in theorie niet gevoelig voor variatie van de weersomstandigheden, maar wordt juist op grond van deze weersomstandigheden (neerslag en potentiële verdamping) berekend. Bovendien vormen de momenten van de impulsrepons een krachtige en compacte maar om grondwaterstandsverloop te beschrijven. Verbetert het onderscheidend vermogen van een karakterisering van de grondwaterafhankelijkheid van vegetaties op basis van de impulsrespons t.o.v. die op basis van duurlijnen of grondwatertrappen? Vraagstelling:

Hoe scoren verschillende variabelen die de grondwaterspiegeldynamiek karakteriseren in het verklaren van de (steady-state) soortensamenstelling van vegetatieopnamen van grondwaterafhankelijke vegetaties ?

Tijdschrift:

Internationaal ecologisch tijdschrift

Inhoud:

* Multi-variate analyse van vegetatieopnamen en grondwaterspiegelvariabelen * Vergelijking van de verschillende parameters op hun verklarende vermogen

Gereed:

halverwege tweede jaar (uiterlijk maart 2001)

Beslismoment

- afhankelijk van de resultaten van Artikel 1 en 2 herziening van de inhoud van Artikel 3 t/m 5 - afhankelijk van de beschikbare tijd inperking of uitbreiding van de onderzoeksvragen van Artikel 3 t/m 5

Artikel 3:

Toepasbaarheid van de impulsrespons-methode in een eenvoudig, lineair voorbeeldgebied

Onderwerp:

Vergelijking berekening momenten met TFR-analyse en grondwatermodel in een eenvoudig, lineair voorbeeldgebied

Probleemst.:

Één van de methoden om de impulsrespons te berekenen loopt via het afleiden van een Transfer-ruismodel (volgens de methode van Box en Jenkins) uit in peilbuizen gemeten stijghoogtereeksen. De andere methode is het ruimtelijk modelleren van de momenten op basis van een bestaand hydrologische model. Hoe stem je de berekeningsmethoden op elkaar af, en hoe goed komen de resultaten overeen?

Vraagstelling:

Wat zijn de verschillen tussen M0 , M1 , M2 , M1 / M0 en de drainagebasis berekend met enerzijds TFR-analyse en anderzijds een grondwatermodel in een eenvoudig voorbeeldgebied?

Inhoud:

* case study in Duingebied


38

* afstemming van de TFR-analyse en het grondwatermodel * Optimalisatie invoerreeks / rol onverzadigde zone * Rol drainagebasis * vergelijking van de resultaten Tijdschrift:

Internationaal hydrologisch tijdschrift

Gereed:

halverwege derde jaar (uiterlijk maart 2002)

Artikel 4:

Toepasbaarheid van de impulsrespons-methode in een complexe, niet-lineaire situatie

Onderwerp:

Vergelijking berekening momenten met TFR-analyse en grondwatermodel in een complexe, niet-lineaire situatie.

Probleemst:

In niet-lineaire situaties hangt de respons van de grondwaterspiegel per definitie af van de hoogte van de grondwaterspiegel zelf. Hoe ga je hiermee om, zijn er eventueel meerdere impulsresponsies te berekenen, en hoe gebruik je dan de resultaten?

Vraagstelling:

Wat zijn de verschillen tussen M0 , M1 , M2 , M1 / M0 en de drainagebasis berekend met enerzijds TFR-analyse en anderzijds een grondwatermodel in een complexe niet-lineaire situatie?

Inhoud:

* case study in een complex, niet-lineair gebied * hoe om te gaan met niet-lineariteit? * Vergelijking uitkomsten model-momenten en tijdreeksanalysemomenten * Calibratie model op grond van tijdreeksanalyse-momenten ?

Tijdschrift:

Internationaal hydrologisch tijdschrift

Gereed:

eind derde jaar (uiterlijk september 2002)

Artikel 5:

Modellering van de effecten van hydrologische ingrepen op de vegetatie op basis van de impulsrespons (synthese).

Onderwerp:

Ruimtelijke toets relatie IR en het voorkomen van vegetatietypen

Probleemst:

Vanuit het oogpunt van natuurbehoud en -ontwikkeling is het van groot belang om de relatie tussen fysisch ingrijpen, standplaatscondities en het voorkomen van plantensoorten en vegetatietypen zo goed mogelijk te kennen. Dit enerzijds om het beheer van een gebied optimaal af te kunnen stemmen op de eisen van de daar aanwezige waardevolle vegetatie, anderzijds om kansrijke locaties te selecteren in het kader van natuurontwikkeling en om in datzelfde kader zo doelmatig en efficiënt mogelijk ingrepen te plegen om de standplaatscondities te optimaliseren voor de vestiging van gewenste vegetatietypen en/of doelsoorten. De relatie tussen standplaatscondities en het voorkomen van plantensoorten en vegetatietypen is ten behoeve van dit doel reeds door verschillende auteurs in modellen vervat, waarbij de gebruikte maten (e.g. duurlijnen, grondwatertrappen,


39

ecologische indicatiewaarden) voor de vochtcomponent echter niet zonder meer in het veld te meten of aan de hand van modellen te voorspellen zijn. Kan de impulsresponsmethode op deze punten verlichting bieden, en zodoende een effectiever middel zijn om de effecten van ingrepen in de hydrologie te voorspellen? Vraagstelling:

Hoe is de ruimtelijke samenhang tussen het verloop van de IRmomenten en het voorkomen van vegetatietypen in een voorbeeldgebied?

Inhoud:

* Uitwerking van methode van eco-hydrologische effectvoorspelling op grond van impulsrepons * Berekenen responsie per vegetatietype per grondwaterspiegelkarakteristiek (veel data nodig!) * Toetsen relatie grondwaterspiegelkarakteristieken uit GW-model en door vegetatiekartering geïndiceerde karakteristieken * Toetsen mate van ruimtelijke samenhang tussen GW-model karakteristieken en het voorkomen van vegetatietypen

Tijdschrift:

Internationaal ecologisch tijdschrift

Gereed:

halverwege vierde jaar (uiterlijk maart 2003)


40

Bestandsnaam: Projectplan promotie - KIWA stijl.doc Map: E:\Promotie\Website WT_dyn\research_proposal Sjabloon: C:\program files\microsoft office\huisstijl\SJABLONEN\adviesrapport.dot Titel: Onderwerp: Auteur: Trefwoorden: Opmerkingen: Aanmaakdatum: 26-04-00 10:37 Wijzigingsnummer: 7 Laatst opgeslagen op: 26-04-00 14:25 Laatst opgeslagen door: Kiwa_admin Totale bewerkingstijd: 122 minuten Laatst afgedrukt op: 25-02-01 22:52 Vanaf laatste volledige afdruk Aantal pagina's: 40 Aantal woorden: 9.735 (ong.) Aantal tekens: 55.493 (ong.)

Onderzoeksvoorstel Grondwaterspiegeldynamica in ecologisch perspectief

Recommend Documents