Wetenschap - 27 september 2001

Hydrologen zien meer met de ogen van satellieten

Hydrologen zien meer met de ogen van satellieten

Zoektocht naar ondergronds water vanuit de ruimte

Hoeveel water zit er verborgen in de spelonken van de aarde? Je kan het uitzoeken door gaten in de grond te boren, maar je kan ook in je luie stoel blijven zitten en de informatie halen uit satellietbeelden. Wageningse hydrologen zijn op de goede weg.

November vorig jaar lanceerde NASA twee nieuwe satellieten die het zwaartekrachtveld van de aarde uiterst nauwkeurig kunnen meten. Zwaartekrachtmetingen door vorige satellieten waren in eerste instantie bedoeld om geofysici bij te staan de structuren van aardlagen beter in kaart te brengen, maar nu is er een andere nuttige toepassing gevonden: het traceren van grondwater. De kleine verschillen in zwaartekracht die de satellieten meten, geven namelijk massaverschillen op aarde aan, en die zijn weer voor een deel een indicatie voor variaties in de hoeveelheden grondwater.

Overstromingen voorspellen

Ir. Ruben IJpelaar van de sectie Waterhuishouding onderzoekt momenteel deze methode. Hij probeert voor grote stroomgebieden zoals de Donau en de Rijn uit te zoeken hoeveel water de bodems herbergen. Deze informatie is van belang om rivierafvoeren en overstromingen te voorspellen. "Als je precies weet hoeveel water er in de bodem zit, kan je beter bepalen hoeveel regenwater in de rivieren terechtkomt en op welk tijdstip."

IJpelaar is razend enthousiast over de nieuwe NASA-satellieten. Ze hebben de naam GRACE gekregen, wat staat voor Gravity Recovery and Climate Experiment - ze dienen namelijk ook voor klimaatonderzoek. Hij vertelt dat de twee satellieten rond de aarde cirkelen en elkaar volgen op een afstand van ongeveer vierhonderd kilometer. Hun onderlinge afstand varieert echter, aangezien ze versnellen wanneer ze een grotere zwaartekracht van de aarde voelen. De satellieten meten hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn met behulp van geavanceerde lasers.

IJpelaar wil nu op basis van de zwaartekrachtgegevens berekenen hoeveel water er in de grond zit. Dat zwaartekrachtmetingen ook informatie over grondwater verschaffen, hebben aardwetenschappers zich volgens IJpelaar eigenlijk pas vrij laat gerealiseerd. "Geofysici namen de kleine gravitatieverschillen als gevolg van aanwezigheid van grondwater lange tijd als ruis aan. Voor hen was het erg lastig, maar voor hydrologen is het juist interessant."

Volgens de hydroloog is het nog een moeilijke klus om de informatie over grondwater uit satellietbeelden te destilleren: "We moeten eerst het effect van andere factoren op de zwaartekracht eruit filteren. Alles wat massa heeft, be?nvloedt de zwaartekracht. Dan moet je denken aan sneeuwbedekking en vegetatie, maar vooral aan de geologische structuur van de ondergrond."

Als IJpelaar uiteindelijk de volumes grondwater in stroomgebieden als de Donau en de Rijn becijferd heeft, is dat een grote hulp voor rivierbeheerders zoals Rijkswaterstaat, die trachten te anticiperen op piekafvoeren. "Als onderzoekers precies weten hoe nat de bodems zijn en hoeveel water ze nog op kunnen nemen, kunnen ze een beter beeld krijgen van de instroom van grondwater naar rivieren", zegt IJpelaar.

Een andere belangrijke toepassing is volgens hem het inschatten van de grootte van grondwaterreservoirs. "In Saoedie-Arabi? en Libi? wordt bijvoorbeeld heel veel water uit de grond gepompt. Als ze een idee willen hebben over hoeveel water er nog is, bieden satellietbeelden wellicht uitkomst."

Onbewolkt

Niet alleen de NASA-satellieten kunnen gebruikt worden voor hydrologische doeleinden, ook de satelliet van de National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) biedt veel mogelijkheden. Deze satelliet meet de infraroodstraling die het aardoppervlak uitzendt en met deze informatie kan de verdamping aan het aardoppervlak en het vochtgehalte van bodems bepaald worden. Hydrologiestudente Hanneke Schuurmans deed hier een studie naar voor het stroomgebied de Drensche Aa, in samenwerking met onderzoekers van Alterra.

Tot nu toe waren hydrologen gewend om het vochtgehalte in bodem te bepalen met behulp van modellen en een beperkt aantal veldmetingen. Schuurmans denkt dat de NOAA-satellietgegevens een betrouwbaarder beeld van vochtgehaltes kunnen geven. De beelden hebben een resolutie van ongeveer ??n bij ??n kilometer. "Ik ontdekte met de satellietgegevens dat het vochtgehalte in de hoger gelegen delen in mijn studiegebied, zoals de stuwwal de Hondsrug, hoger is dan tot nu toe was ingeschat met het SYMGRO-model, een hydrologisch model dat Alterra heeft ontwikkeld. Men kan daarom rekenen op hogere afvoeren in de beken dan eerst was aangenomen."

Schuurmans vermoedt dat het model het vochtgehalte niet goed inschat doordat de geologische ondergrond te grof is geschematiseerd. Wat is weggevallen, zijn de kleine laagjes keileem. Dit kleiige materiaal is ontstaan in de ijstijd, toen dikke ijspakketten naar het zuiden schoven en onderweg allerlei stenen verpulverde. "De keileemlaagjes maken de ondergrond minder doorlatend waardoor de grondwaterstand hoger komt te liggen."

Schuurmans' onderzoek laat zien dat de NOAA-satelliet een betrouwbaar beeld kan geven van de ruimtelijke variatie in het vochtgehalte onder de grond. En dat men zo tekortkomingen van hydrologische modellen kan vinden. In principe kunnen hydrologen regelmatig de gegevens bijwerken aangezien de satelliet een groot deel van de aarde twee maal per dag bestrijkt. Maar een beperking is wel dat de satelliet niet door wolken heen kan kijken. Een onbewolkte hemel is dus een vereiste.

Hugo Bouter

Re:ageer