In deze aflevering van Studio Veenweide – De verdieping geeft onderzoeker Jim Boonman (VU) college over modelleren. Waarom is het belangrijk om modellen te maken, wat is er nodig voor een goed model, en hoe verhouden verschillende modellen zich tot elkaar?
Daarover hoor je meer in deze aflevering.
www.nobveenweiden.nl
www.stowa.nl
www.veenweiden.nl
www.vu.nl
TRANSCRIPTIE
Ivo de Wijs: Dit is Studio Veenweide: de Verdieping. Een serie colleges over de reductie van broeikasgassen in het Veenweidegebied. In het klimaatakkoord hebben we afgesproken dat de Veenweiden gaan zorgen voor het verminderen van een jaarlijkse emissie van 1 megaton in 2030. Hoe gaan we dat doen? Wat weten we al en wat weten nog niet? Het Nationaal Onderzoeksprogramma Broeikasgassen Veenweiden zoekt het uit. In zes afleveringen volgen we de 6 M-Cyclus van meten, mechanisme, modelleren, MKBA, maatregelen en monitoren. De gastspreker in deze aflevering is-
Inge Diepman: Jim Boonman, PhD bij de Vrije Universiteit van Amsterdam, doet onderzoek naar het verband tussen hydrologie, redoxcondities en de afbraak van organisch materiaal in de Nederlandse veenweidebodems. Een hele mond vol! Hartelijk welkom.
Jim Boonman: Dank je wel.
Inge Diepman: Een mond vol maar volgens mij ook ongelofelijk leuk, of niet?
Jim Boonman: Ja zeker, ontzettend leuk om bij dit project betrokken te zijn, het NOBV project, waar heel veel universiteiten en verschillende bedrijven bij betrokken zijn. Dat is ontzettend leuk.
Inge Diepman: Jij gaat college geven over modelleren. Ik heb een reportage gemaakt met Ko van Huissteden te beluisteren in Studio Veenweide en wat mij bijbleef was dat Ko tegen mij zei: "modelleren, modellen maken, is een proces dat nooit, maar dan ook nooit, af is".
Inge Diepman: Maar jij bent nog jong.
Jim Boonman: Inderdaad, en ik ben nu al bijna anderhalf jaar bezig om een model te maken om veenafbraken in te schatten in de Nederlandse veenweide en ik kom er ook achter dat er altijd een "maar" is. Er kan altijd meer en het kan altijd beter. En het is nu de kunst ook om een punt te vinden waarop ik stop en waarop ik mijn werk publiceer en mijn model accepteer zoals het is.
Inge Diepman: En wanneer vermoed je dat dat is?
Jim Boonman: Ik heb vier jaar voor mijn PhD en daarin moet ik vier onderzoeken afronden. Dat betekent dat je één publicatie per jaar moet doen. Dus eigenlijk heb ik mezelf één jaar de tijd gegeven en daar ben ik nu al ruim overheen. Dus ik wil graag opschieten.
Inge Diepman: Ja, maar het is wel ongelooflijk wat je allemaal al weet, weet ik uit betrouwbare bron, dus ik ben ontzettend blij dat je hier zit en ons college wil geven over--
Ivo de Wijs: De M van modelleren.
Jim Boonman: Laten we maar even bij het begin beginnen. Misschien heeft Ko dat ook al verteld, maar wat is een model nu eigenlijk? Een model is een versimpeling van de werkelijkheid die we vatten in een computer stimulatie. Je maakt een model zodat je metingen kunt vertalen naar grotere gebieden, andere tijdstippen of zodat je meer inzicht kunt krijgen in bepaalde processen of bepaalde dynamiek. Veenafbraak bijvoorbeeld, kun je moeilijk direct meten en als je dat doet, dan meet je maar op een paar plekken of op een paar momenten. Maar elke polder is anders. En we willen toch voor elke polder weten welke maatregelen we toe kunnen passen om veenafbraak tegen te werken of om veenafbraak te reduceren. Dus we moeten een manier vinden om onze metingen te vertalen en te extrapoleren. Daar bieden computermodellen dus een hele goeie uitkomst.
Jim Boonman: Natuurlijk moet je wel heel voorzichtig zijn, want een model berust altijd op aannames, echt veel aannames, en als je een model ziet als een absolute waarheid, dan zouden hele belangrijke beslissingen wel eens helemaal verkeerd uit kunnen vallen. Er is ook altijd een risico dat je heel veel tijd investeert in een model, maar dat je toch geen zeker antwoord vindt op je vragen. Dus het kan best wel tricky zijn om te werken met een model, dat heb ik ook ervaren de afgelopen tijd. Als je veenafbraak wil modelleren dan is een belangrijke eerste stap om de hydrologie te simuleren en dat doe je natuurlijk met een hydrologisch model. Er zijn aardig wat soorten modellen beschikbaar. Je kiest een hydrologisch model aan de hand van de ruimtelijke schaal en tijdschaal die je wil en natuurlijk ook aan de hand van de rekencapaciteit die je hebt, want je kunt niet oneindig veel rekenen in een korte tijd. Je wil op een gegeven moment ook naar je resultaten kunnen kijken.
Jim Boonman: Ik bespreek eerst kort hoe de hydrologie gesimuleerd kan worden in drie modellen die worden gebruikt in onze onderzoeksgroep. Dat zijn de modellen PEATLAND-VU, SWAP en HYDRUS en daarna bespreek ik hoe de veenafbraak met behulp van deze simulatie kan worden uitgerekend. Ik licht ook nog een tipje van de sluier op over de onderzoeksresultaten van mijn modelstudie, daarover dus ook later meer. In het PEATLAND-VU wordt de hydrologie het meest versimpeld, eigenlijk wordt een stukje in het perceel gemodelleerd en dat stukje moet je je voorstellen als één bakje met water. Het waterniveau in het bakje verandert door neerslag en verdamping en wordt beinvloed door het slootwaterpeil verderop. De bodemeigenschappen in het bakje bepalen op welke manier dat water verticaal verdeeld wordt. Omdat er maar één dimensie gesimuleerd wordt in één bakje, kan het model heel snel rekenen.
Jim Boonman: Het SWAP model van Alterra is ontwikkeld voor simulatie op perceelsniveau en voor meerdere jaren. Omdat deze tijds- en ruimtelijke schaal meer rekenkracht vragen, worden er ook bij dit model 1D bakjes gebruikt. De bakjes zijn wel iets complexer dan bij PEATLAND, omdat de Richards' Equation wordt gebruikt in de onverzadigde zone, en als je van boven kijkt, dan is het modeldomein onderverdeeld in bakjes die met elkaar in verbinding staan. Door de versimpeling van de ruimte met de bakjes kunnen we toch grotere gebieden simuleren op een betrouwbare manier.
Jim Boonman: In het HYDRUS model waar ik mee werk, wordt er niet met bakjes gerekend, maar met nodes, dat zijn eigenlijk een soort knooppunten. Je kunt het zien alsof we op duizenden plekken in de bodem weten wat de omstandigheden zijn, en op basis van natuurkundige wetten stroomt het water tussen deze nodes, dus tussen de knooppunten. De nodes maken het mogelijk dat we niet alleen verticale, maar ook horizontale stroming kunnen simuleren. Het is dus tweedimensionaal met een aanzienlijk hogere resolutie dan in een bakjes model. Het voordeel hiervan is dat de onverzadigde zone veel preciezer gesimuleerd kan worden. Een nadeel is dat je voor een klein oppervlak al redelijk veel rekencapaciteit nodig hebt, en daarom heb ik gekozen om alleen maar een dwarsdoorsnede van een veenweide perceel te modelleren en uit te rekenen.
Jim Boonman: Het SWAP model is perfect om veenafbraak te voorspellen aan de hand van grondwaterstanden met de bekende relatie tussen gemiddelde laagste grondwaterstand en bodemdaling en de grondwaterstanden kunnen heel goed gemodelleerd worden met SWAP. Het SWAP ANIMO model en PEATLAND model gebruiken beide bodemvocht temperatuur, zuurstofindringing en andere bodemvariabelen om een schatting te maken van veenafbraak. Uiteindelijk heeft elk model zijn eigen kracht. Denk bijvoorbeeld aan de vegetatie component van PEATLAND waar Ko het over had in zijn podcast of de toepasbaarheid van SWAP op een relatief grote ruimtelijke schaal. De kracht van het HYDRUS model ligt in een fijne ruimtelijke resolutie waarmee de temperatuur en bodemvocht heel betrouwbaar gesimuleerd kunnen worden, en uiteindelijk kunnen we met deze resultaten precies zien wat zich afspeelt in een veeweide perceel van sloot tot sloot.
Jim Boonman: Als je denkt aan veenafbraak is met name de onverzadigde zone belangrijk. Die heb ik al een aantal keer genoemd. De onverzadigde zone is de zone boven de grondwaterstand. Wanneer de bodem uitdroogt, dringt lucht de bodem in. Microben kunnen het zuurstof in de lucht goed gebruiken om het veen af te breken, veel sneller dan wanneer de bodem compleet nat is. Daarom zorgt uitdroging van een veenbodem dus eigenlijk altijd voor veenafbraak. Maar als de bodem verder uitdroogt, zie je dat de microben een stuk minder actief worden, omdat ze te weinig vocht hebben om het veen af te breken. Te natte condities zorgen voor te weinig lucht en te droge condities voor te weinig water voor de microben. Je vindt dat de bodemvochtwaarden ideaal zijn tussen de 60 en 85 procent van porie verzadiging. Hoe makkelijk de onverzadigde zone water vasthoudt en kwijtraakt, is dus cruciaal in onderzoek naar veenafbraak. Dus het is belangrijk te snappen hoe deze zone precies werkt. Je kunt een veenbodem zien als een soort spons. Wanneer je het in een laagje water zet, trekt het water langzaam omhoog. Dit komt doordat de poriën met elkaar in contact staan en een aanzuigende werking hebben op het water. En wanneer de spons compleet nat is en we leggen op een warme zomerdag op het strand, verdampt het water langzaam. Veenbodems kunnen ontzettend veel water vasthouden en houden ook lang vocht vast wanneer ze uitdrogen, veel langer dan bijvoorbeeld zandbodems. Er zijn functies die de uitdroging besc...
