De ecologen van de WUR en de onderzoekers van het PBL publiceren samen de bovenstaande balans voor de mest verliezen naar de bodem.

Dat het assimilatie predicaat voldaan wordt is cruciaal bij het ontwerp van schadevrije winvelden, waarvoor geldt dat g.l < hmv ≤ g.h waardoor er geen  droogte schade en ook geen nat schade kan ontstaan.
Dit predicaat kan, als we het natuurdoel en de klimaatdoelstellingen willen realiseren, uitsluitend voldaan worden door de drinkwatersector.

De bemesting voorwaarde kan uitsluitend voldaan worden door de agrariërs en de meteorologische omstandigheden.

De assimilatie curve is specifiek voor de opbouw van de eerste 2m van de bodem in verband met de adhesie van het water aan de structuur van de bodem, en ook voor het gewas g dat geteeld wordt, met parameters g.{ll, l, h, hh}. Bij het bepalen van de compensatie vergoeding, conform art. 7.18 waterwet, zijn de mestverliezen naar de bodem die ontstaan door het niet voldoen van het assimilatie predicaat maatgevend.

Ik spreek steeds over het gewas, omdat de groei van gewassen en de bemesting per hectare goed reproduceerbare waarden aanneemt.

Omdat de actuele groei sterk afhangt van de fotosynthese en de gewasverdamping, is er ook een grote overeenkomst  tussen de assimilatie curve voor vele gewassen. Om die reden is de vorm van de assimilatie curve karakteristiek, afgezien van wat aanpassingen van de constanten, voor alle gewassen.

In landbouw en natuurgebieden

Bij waterwinning in landbouw en natuurgebieden wordt in de onverzadigde zone mest door natuurlijke nitrificatie gevormd (NH4, NO2^- en NO3^-) door bodembacteriën uit bodemlucht (N2 en O2). Nadat er een voorraadje is aangemaakt, stopt dit proces op basis van de zuurgraad (pH), waardoor er voorlopig mest genoeg is. Het kan echter voorkomen dat in delen van een grootschalig winveld, de grondwaterspiegel zeer snel daalt, doordat de Laplace voorwaarden niet geldig zijn, daarover later meer, dan blijft de mest onbenut achter.

In natuurgebieden ligt een monocultuur niet voor de hand, waardoor de actuele hoogte van de grondwaterspiegel een belangrijke rol speelt bij de natuurlijke selectie, waarbij soorten met korte wortels zoals gras of heide kunnen verwelken, terwijl soorten met lange wortels, zoals pijpenstrootjes, bramen en brandnetels, juist zullen overleven. Als dat optreedt dan is er niet goed nagedacht over het herstel van natuurgebieden.

Het is onmogelijk om de mest verliezen, die optreden aan het eind van het teeltseizoen, als gevolg van het niet voldoen van: {het assimilatie predicaat, de bemesting voorwaarde, de natuurlijke nitrificatie voorwaarde, de depositie voorwaarde} in landbouw en natuurgebieden apart te meten. Dat komt omdat we voor alle (t) geen kennis hebben over de actuele activiteit van de bodembacteriën. Desondanks ligt er een opgave voor de drinkwatersector en de agrariërs, om de EU norm voor de stikstof concentratie in de bodem te voldoen, maar er is in Nederland geen zinvol monitoring programma, dat daarbij behulpzaam is.

Door de logica zo op te schrijven dat we voor elk predicaat en voor elke voorwaarde, het gewenste resultaat moeten voldoen, wordt het eenvoudig om het monitoring programma met bijbehorende wetgeving samen te stellen.

De groei van gewassen is maximaal in het interval van volledige assimilatie en gewasverdamping. In dat geval wordt het assimilatie predicaat voldaan. Bovendien moet de bemesting voorwaarde ook voldaan worden. Als deze beide voorwaarden voldaan worden weten we dat de drinkwatersector en de agrariërs, ervoor hebben gezorgd dat ze de stikstof kringloop in balans hebben gebracht, waardoor de mest verliezen naar de bodem minimaal zullen zijn. Over de natuurlijke nitrificatie voorwaarde en de depositie voorwaarde valt weinig te zeggen, anders dan dat de nitrificerende bodembacteriën zullen proberen om de mestgift aan te vullen tot 100%. Vlak onder de grondwaterspiegel, zijn de denitrificerende bodem bacteriën actief, die het grondwater weer kristalhelder kunnen maken. Omdat er wordt gesproken over een stikstofcrisis eisen we voor de realisatie van het assimilatie doel dat:

Bewijs assimilatie doel

   (assimilatie predicaat &
     bemesting voorwaarde &

     natuurlijke nitrificatie voorwaarde &

     depositie voorwaarde )

voldaan zal worden.

Als we iets voldoen dan is de implicatie vergelijkbaar met de situatie die bereikt wordt, na het afrekenen na een aankoop. Voldaan is logisch bijna net hetzelfde als het begrip waar (true) bekend van het vakgebied van de Boolse logica, vernoemd naar de Engelse wiskundige George Bool (1815-1864). Het enige verschil is dat er nog sprake is van een taakstelling, die met een monitoring programma, en een daarbij passende wetgeving, afgedekt moet worden. Merk op dat de bodembacteriën zich de wet niet voor laten schrijven.

De verlaging van een winveld is voor een hydrologie horizontaal, de oneigenlijke som van de winningsverlaging, groot 0.2m en de (optionele) transportverlaging groot 2m..4m.

Het in één oogopslag duidelijk dat de som van de winningsverlaging en de transportverlaging niet kan voldoen aan het assimilatie predicaat, omdat de 1.2m voor de maximale verlaging g.l opgenomen in het Handboek Melkveehouderij 2020/2021 van de WUR ver wordt overschreden.

Dat is natuurlijk iets dat flink tegenvalt. Gelukkig kan er veel meer met een hydrologie horizontaal als we geen fouten maken.

Hier staat, weliswaar impliciet, dat er winvelden bestaan zonder transportverlaging, maar het is in verband met het schaal effect dat optreedt in dunne watervoerende lagen wel zaak om deze schadevrije winvelden, zonder die onnodige transportverlaging, ook te kunnen realiseren.

G.W. Bloemen was als hydroloog, binnen de onderzoeksgroep van prof. L.F. Ernst, in 1973 zijn tijd ver vooruit, met zeer interessante metingen en berekeningen verricht aan de puntwinning 't Klooster, te Hengelo (Gld.), voor een hydrologie horizontaal.

Stationaire berekeningen nemen aan dat aan winbare neerslag Nwinbaar ongeveer even groot is als de verkoop: Nwinbaar(t)A - Q(t) ≈ 0, maar als een grootschalig winveld wordt overvraagd dan zal er in de cilinder C(ρ) een snelle verlaging van de grondwaterspiegel plaats vinden, die als gevolg daarvan vanuit een hoger niveau wordt gevoed: er ontstaat een golfvoortplanting, die op basis van de waterbalans ook weer terug keert. Hieruit volgt dat de Laplace voorwaarden in dunne watervoerende lagen niet geldig zijn. Dit was rond die tijd nog een niet begrepen onderwerp, omdat iedereen uitging van een vast patroon van de stroomlijnen. Prof. L.F. Ernst schrijft om die reden:

Zoals bekend moeten de potentiaal-functies als oplossing voldoen aan de differentiaalvergelijking van Laplace.

Ook

Om een winveld voor alle (x,y) op maat te kunnen maken voor een optimale natuurbalans, verdeel ik de neerslag in 3 gelijke delen: {winbaar, assimilatie, kwel}.

1. L.F. Ernst, De bepaling van de transporttijd van het grondwater bij stroming in de verzadigde zone, ICW Nota 755, Juli 1973, zie p. 22.

De schade berekening

De Alterra onderzoekers gebruikten een grondboor om op één locatie (x,y) in het voorjaar de Gemiddeld {Hoogste, Laagste, Voorjaar} Grondwaterstand, afgekort tot {GHG, GLG, GVG}, te meten.

Deze waarden zijn, samen met de statistiek van de meteorologie, karakteristiek voor de grondwaterspiegel hmv(x,y,t) = h(x,y,t)-mv(x,y).

Daarbij is het grondwaterstandsverloop hmv(x,y)(t) de  hoogte van de grondwaterspiegel op één plaats (x,y) gemeten.

Dit is een eenvoudige procedure die bij een bepaald winveld op dezelfde dag op veel plaatsen herhaald kan worden. Opvallend is dat de GLG bepaald kon worden op basis van verkleuringen in de bodem, vaak door het in oplossing gaan van ijzeroxide, wanneer de bodem belucht wordt.

Met behulp van het grondwaterstandsverloop voor alle (x,y) en voor alle (t) wordt de grondwaterspiegel hmv(x,y,t), ten opzichte van het maaiveld bepaald, en gegeven het grondwaterstandsverloop, ook voor alle (t), met afstanden van 10 dagen. In al deze perioden wordt voor de gemiddelde meteorologie, het deel van het mestverlies bepaald dat bij de 10-daagse periode hoort wordt opgeteld bij het mest verlies van het seizoen.

Een foutje is snel gemaakt

Agrohydrologen nemen aan dat je met de {GHG, GLG, GVG} de grondwaterspiegel ten opzichte van het maaiveld hmv(x,y,t) goed kunt beschrijven. Doordat de Laplace voorwaarden niet geldig zijn, is die aanname vals. Er ontstaat frequent, rond het begin van het teeltseizoen, een snelle neerwaartse overgang tussen een van de curves waarop de actuele GHG ligt naar de curve waarop de GLG ligt, en als regel een even een snelle neerwaartse overgang ongeveer een half jaar later naar de curve waarop de GLG ligt.

Daardoor is de schade die elk jaar optreedt groter dan op grond van het getoonde grondwaterstandsverloop wordt verwacht.

Twee foutjes ook

Het bepalen van een gemiddelde is niets anders dan herhaald optellen, en als de mestverliezen vooraf al genormeerd zijn komt er zelfs geen deling aan te pas. Het is echter niet toegestaan om een niet lineaire bewerking, de schade berekening, en de middeling, qua volgorde om te keren, daarom mag er ook niet met een gemiddelde meteorologie gewerkt worden. Immers achteraf kun je niet vaststellen of de schade is ontstaan doordat de grondwaterspiegel voor alle (t) verlaagd was tot het niveau dat een gemiddelde schade geeft van 34% of dat er een schade groot 100% is ontstaan in 34% van de tijd (t) en er zijn nog vele andere hypotheses te bedenken. Als we een schadevrij winveld ontwerpen zodanig dat het assimilatie predicaat wordt voldaan, dan hoef je geen rekening te houden, met dit soort verschillen, dan weet je dat schadevrije winvelden, de best mogelijke winvelden zijn.

Als blijkt dat er in een bijzonder geval een schade kan ontstaan van 95%, dan wordt het duidelijk dat we niet lichtzinnig om mogen gaan met de opmerking dat de operator volgorde in een situatie met niet- lineaire operatoren en lineaire niet verandert mag worden.

Op een gegeven moment meenden de onderzoekers in dienst van de drinkwatersector dat zij zelf, veel beter dan Alterra, de schade berekening uit konden voeren. Daarbij werden de GxG waarden verhoogt met de constante c, om vervolgens, zoals eerder ook gebeurde, de Alterra software aan te sturen. Dit had als effect dat hmv + c, werd gebruikt om de schade te berekenen, terwijl de werkelijke schade nog steeds wordt gegeven wordt door hmv.

Ik heb al laten zien dat de natuur, en daarom ook de Alterra software door de de achtergrondverlaging toe te passen als volgt zal reageren:

Sberekend=max (0, Swerkelijk-80%)

Alleen als we hier de juiste weg kiezen. kunnen we de werkelijke schade naar 0 brengen. Helaas kiest de drinkwatersector voor de doodlopende weg, die de werkelijke schade zo laat zoals deze door de voortdurende uitbreiding van het te winnen debiet, is geworden. Er werd als gevolg van bedrijfsblindheid gekozen voor gemakkelijk te verdienen geld, waardoor de drinkwatersector een grote problemen krijgt met de bodemchemie, zoals uit de onderstaande figuur blijkt.

Achtergrondverlaging

G.W. Boemen had de winningsverlaging zeer nauwkeurig bepaald op: 0.18m, maar hij had deze verlaging, niet in de getoonde grafieken van stationaire verlagingen (I) en (II) die veronderstellen dat de gehele gemiddelde neerslag buiten het teeltseizoen valt, ondergebracht. Als we dat wel doen zien we meteen dat de stationaire verlaging de oneigenlijke som is van de winningsverlaging en de (optionele) transportverlaging.

Dat is nu 50 jaar later, nog steeds onvoldoende bekend, waardoor het in de tussentijd nogmaals kon gebeuren dat de winningsverlaging werd vergeten, met als effect dat de drinkwatersector, als gevolg van de vermeende achtergrondverlaging, werkt met een berekende schade die wel 80% kleiner kan zijn dan de werkelijke schade:

Sberekend=max (0, Swerkelijk-80%).

Door de mest verliezen naar de bodem elke 10 dagen te bepalen en op te tellen, kunnen we op het eind van het groeiseizoen, niet meer vast stellen hoe groot de schade was per interval. Die vraag is ook niet relevant voor de realisatie van de doelen. Daartoe moet Swerkelijk = 0 voor alle (x,y) in het winveld A, en alle (t) in het groeiseizoen. Als Sberekend = 0, dan kan Swerkelijk waarden aannemen tussen 0 en 80%. Daarmee kunnen we niet sturen zodanig dat de stikstof concentratie in de bodem waarden aanneemt kleiner dan de EU norm. Erger nog de stikstof balans noemt de invloed van waterwinning op de schade Swerkelijk niet. Daarmee is de uitvoering van de wettelijke taken, die Alterra onder leiding van prof. R.A. Feddes, altijd heel serieus heeft genomen, stil komen te liggen. Na een langlopende polemiek over de correctheid van de berekende schade, kondigt de nieuw gevormde  advies commissie van de drinkwatersector, in een bijeenkomst met gedupeerden, samen met een vertegenwoordiger van de drinkwatersector aan dat de achtergrondverlaging echt wel bestaat.

De ecologen van de WUR nemen intussen de wettelijke taken over en Alterra gaat in rook op.

Maar met berekeningen die aangeven dat de schade 0 is, terwijl dat in werkelijkheid niet het geval is, kun je niet sturen om de gewenste stikstof concentratie in de bodem te realiseren en ook geen winvelden ontwerpen om dat doel te realiseren en dat heeft heel negatieve gevolgen voor de drinkwatersector.

Als het gebruik van een formule voor de berekening van de transportverlaging altijd wordt gecombineerd met een winningsverlaging, zien we opeens mogelijkheden om schadevrije winvelden te ontwerpen. Bij het gebruik van schadevrije winvelden hoeft de drinkwatersector geen compensatie vergoeding uit te keren en heeft ze ook geen last meer van mest verliezen naar de bodem, en de vele uit de literatuur bekende, chemische reacties, die ontstaan  doordat het assimilatie predicaat niet wordt voldaan.

G.W. Bloemen, had de winningsverlaging, groot 0.18m, niet uitgezet in de grafiek. Daarom heb ik deze toegevoegd boven de x-as. Alhoewel het lijkt alsof het grondwater wordt gewonnen via een verticale stroming, blijkt bij de hydrologie horizontaal, dat de winning een winveld met areaal A en effectieve winningsstraal R, wordt omringt door een secundair winveld B met effectieve winningsstraal 2R en een areaal 3A. Hierdoor hebben de schadevrije winvelden geen expliciete beschermingszones nodig en profiteren ze van eeuwen oud water in de bron. Door onoplettendheid is van die 100 jaar, nu al 50 jaar verlopen door het gebruik van schadelijke winvelden.

Een foutje is snel gemaakt

Agrohydrologen nemen aan je met de {GHG, GLG, GVG} waarden de grondwaterspiegel ten opzichte van het maaiveld hmv(x,y,t) goed kunt beschrijven. Dat valt nogal tegen. Stationaire berekeningen nemen aan dat er ongeveer evenveel neerslag valt in het winveld als er wordt verkocht: N(t)A - Q(t) ≈ 0. Als een grootschalig winveld wordt overvraagd dan zal er rond de pompput een snelle verlaging van de grondwaterspiegel plaats vinden, die vanuit een hoger niveau wordt gevoed. Hieruit volgt dat de Laplace voorwaarden in dunne watervoerende lagen niet geldig zijn. De golfvoortplanting die daarbij optreedt komt op basis van de waterbalans ook weer terug.

Naarmate de afstand tot de pompput groter wordt gaat de blokgolf meer lijken op een driehoeksgolf. Hierdoor wordt de schade, in de vorm van mest verliezen naar de bodem, substantieel.

Twee foutjes ook

De Alterra onderzoekers gebruikten een grondboor om op één locatie (x,y) in het voorjaar de Gemiddeld {Hoogste, Laagste, Voorjaar} Grondwaterstand, afgekort tot {GHG, GLG, GVG}, te meten. Deze waarden zijn, samen met de statistiek van de meteorologie, karakteristiek zijn voor de grondwaterspiegel hmv(x,y,t) = h(x,y,t)-mv(x,y). Dit is een eenvoudige procedure die bij een bepaald winveld op dezelfde dag op veel plaatsen herhaald kan worden. Opvallend is dat de GLG bepaald kon worden op basis van verkleuringen in de bodem, die ontstaan door chemische reacties, wanneer de bodem belucht wordt.

Met behulp van het grondwaterstandsverloop voor alle (x,y) en voor alle (t) wordt de grondwaterspiegel hmv(x,y,t), ten opzichte van het maaiveld bepaald, en gegeven het grondwaterstandsverloop, ook voor alle (t), met afstanden van 10 dagen. In al deze perioden wordt voor de gemiddelde meteorologie, het deel van het mestverlies bepaald dat bij de 10-daagse periode hoort wordt opgeteld bij het mest verlies.

Het bepalen van een gemiddelde is niets anders dan herhaald optellen, en als de mestverliezen vooraf al genormeerd zijn komt er zelfs geen deling aan te pas. Het is echter niet toegestaan om een niet lineaire bewerking, de schade berekening, en de middeling, qua volgorde om te keren, daarom mag er ook niet met een gemiddelde meteorologie gewerkt worden. Immers achteraf kun je niet vaststellen of de schade is ontstaan doordat de grondwaterspiegel voor alle (t) verlaagd was tot het niveau dat een gemiddelde schade geeft van 34% of dat er een schade groot 100% is ontstaan in 34% van de tijd (t) en er zijn nog vele andere hypotheses te bedenken. Als we een schadevrij winveld ontwerpen zodanig dat het assimilatie predicaat wordt voldaan, dan hoef je geen rekening te houden, met dit soort verschillen, dan weet je dat schadevrije winvelden, de best mogelijke winvelden zijn.

Als blijkt dat er in een bijzonder geval een schade kan ontstaan van 95%, dan wordt het duidelijk dat we niet lichtzinnig om mogen gaan met de opmerking dat de operator volgorde in een situatie met niet- lineaire operatoren en lineaire niet verandert mag worden.

Op een gegeven moment meenden de onderzoekers in dienst van de drinkwatersector dat zij zelf, veel beter dan Alterra, de schade berekening uit konden voeren. Daarbij werden de GxG waarden verhoogt met de constante c, om vervolgens, zoals eerder ook gebeurde, de Alterra software aan te sturen. Dit had als effect dat hmv + c, werd gebruikt om de schade te berekenen, terwijl de werkelijke schade nog steeds wordt gegeven wordt door hmv.

Ik heb al laten zien dat de Alterra software door de de achtergrondverlaging toe te passen als volgt zal reageren:

Sberekend=max (0, Swerkelijk-80%)

De hoogte van de grondwaterspiegel werd verandert, meer niet. Maar de natuur reageert helemaal niet lineair of zo, daarom is het niet toegestaan om een ander probleem te bestuderen, met een hogere grondwaterspiegel.

Bovendien is het belangrijk dat er bij het uitvoeren van wettelijke taken, gekwalificeerd personeel wordt ingezet, dat weet dat je niet kunt volstaan met het gebruik van de transportformule van Dupuit, om water te winnen. Als dat zo was dan zou er geen verlaging zijn van de grondwaterspiegel buiten de effectieve winningsstraal. Het feit dat dat wel het geval was wil niet zeggen dat Alterra niet goed gemeten heeft, maar dat er voor een hydrologie horizontaal, bij elk winveld A met effectieve winningsstraal R ook nog een secundair winveld B dat A omsluit en een effectieve winningsstraal 2R heeft. De winvelden A en B vormen samen de winningsverlaging, terwijl de transportverlaging zorgt voor het transport in A als het grondwater niet gespreid gewonnen wordt.

Door dit samen te vatten als de oneigenlijke som van de winningsverlaging en de (optionele) transportverlaging  geef ik aan dat het niet mogelijk is om de winningsverlaging weg te laten, maar wel om de transportverlaging weg te laten door een geschikte verdeling van de pompputten te kiezen.

Wat ik hier beschreven heb is van cruciaal belang. Als je de verkeerde keuze maakt en winvelden inricht met behulp van transport formules,, ben je bij het inrichten van grootschalige winvelden niet meer in staat om de werkelijke schade naar nul te brengen. Dat is de situatie waar we ons nu in bevinden. Er worden ontelbare terreinen afgegraven, zonder de werkelijke schade te beïnvloeden, waardoor het ene project ¹flopt, terwijl het andere een bodem vindt zo zuur als azijn, vanwege de mest verliezen naar de bodem, die in natuurgebieden net zo groot zijn als in landbouwgebieden, bij vergelijkbare wortellengtes en verlagingen van de grondwaterspiegel tot in het interval van verwelking.

het met dramatische gevolgen. Bij Brummen wordt de doelstellingen niet gehaald omdat het geheel

Doordat de hydrologen en/of de ecologen die de drinkwatersector adviseerden, de verkeerde weg in geslagen waren,

hoort dat 3/4 invloed heeft, binnen en buiten de effectieve winningsstraal R. Die invloed is gezien vanuit het vakgebied der hydrologie niet al te groot, maar als we vanwege klimaat effecten willen dat de gewassen een maximale omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 realiseren, mag de winningsverlaging niet verwaarloosd worden.

zullen we nhet de opgave de hydrologen hoe je de winningsverlaging   het er is helemaal  omdat de adviseurs van de drinkwatersector, geen gebruik maakten van de oneigenlijke som van de winningsverlaging en de (optionele) transportverlaging. Een klein foutje, maakte een groot succes voor de drinkwatersector mogelijk, maar schijn bedriegt, de werkelijke hoeveelheid stikstof in de bodem werd niet kleiner, maar blijft juist toenemen, zoals dat ook het geval was in het verleden. Intussen staat de drinkwatersector te popelen om op een nog grotere schaal water te gaan winnen, terwijl er helemaal niets gedaan om het natuurdoel te kunnen realiseren. Toen de maatschappelijke sectoren werden gegijzeld stelde de toenmalige minister president als onderdeel van het actieprogramma, dat de stikstof concentratie in de bodem onder de 50mg/l omlaag moest, maar als er niets wordt gedaan om de mest verliezen naar de bodem onder controle te houden, is de vraag naar een monitoring programma dat de bijdrage van de drinkwatersector bepaalt, heel terecht.

Juist op dat vlak had Alterra heel nuttig werk geleverd, in het kader van haar wettelijke taken. Als ik nu de website van de WUR bekijk kan ik geen enkele oud medewerker die ik zo goed kende uit de literatuur, meer vinden. De wettelijke taken van Alterra lijken alle overgenomen door de ecologen van de WUR en de overige universiteiten.

 Immers de drinkwatersector die enthousiast reageerde had ervoor gekozen om de berekende schade te verkleinen, terwijl de werkelijke schade gelijk zou blijven.

Als blijkt dat die situatie

de natuurdoelstelling helemaal niet haalbaar is. De groei van gewassen in natuur en landbouwgebieden stagneert, gemiddeld tot 34%, en bij een golfvoortplanting tot 95%. Daardoor neemt de omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 ook steeds kleinere waarden aan, gemiddeld gaat de omzetting terug naar 66% van de norm en soms naar 5%.

 waarden die de grondwaterstand beschrijven.

Als we de grondwaterspiegel berekenen op basis van de transportverlaging, dan wordt er geen rekening gehouden met de winningsverlaging. We noemen het verschil c, en tellen deze waarde vervolgens op bij alle GxG waarden. Welke fout wordt er dan gemaakt?

Vervolgens gaan we de schade berekenen met een lineaire interpolatie op de lijn met eindpunten {g.ll, 100%}: en {g.l, 0%} dit geeft: S(hmv + c)=(g.l - (hmv + c))/(g.l - g.ll).

Voor c=0 is dit de werkelijke schade Swerkelijk, maar voor c=0.2m en (g.l - g.ll) = 0.25m geldt: Sberekend=max (0, Swerkelijk-80%). Daardoor verdwijnt de kwaliteit van het wetenschappelijk onderzoek en ook de prijsprikkel om schadevrije winvelden te maken.

Twee foutjes ook

Het is belangrijk dat er bij het uitvoeren van wettelijke taken, gekwalificeerd personeel wordt ingezet, dat weet dat je niet kunt volstaan met het gebruik van de transportformule van Dupuit, om water te winnen. Als dat zo was dan zou er geen verlaging zijn van de grondwaterspiegel buiten de effectieve winningsstraal. Het feit dat dat wel het geval was wil niet zeggen dat Alterra niet goed gemeten heeft, maar dat er voor een hydrologie horizontaal, bij elk winveld A met effectieve winningsstraal R ook nog een secundair winveld B is dat A omsluit en een effectieve winningsstraal 2R heeft. De winvelden A en B vormen samen de winningsverlaging, terwijl de transportverlaging zorgt voor het transport in A als het grondwater niet gespreid gewonnen wordt.

Door dit samen te vatten als de oneigenlijke som van de winningsverlaging en de (optionele) transportverlaging  geef ik aan dat het niet mogelijk is om de winningsverlaging weg te laten, maar wel om de transportverlaging weg te laten door een geschikte verdeling van de pompputten te kiezen.

Wat ik hier beschreven heb is van cruciaal belang. Als je de verkeerde keuze maakt en winvelden inricht met behulp van transport formules,, ben je bij het inrichten van grootschalige winvelden niet meer in staat om de werkelijke schade naar nul te brengen. Dat is de situatie waar we ons nu in bevinden. Er worden ontelbare terreinen afgegraven, zonder de werkelijke schade te beïnvloeden, waardoor het ene project ¹flopt, terwijl het andere een bodem vindt zo zuur als azijn, vanwege de mest verliezen naar de bodem, die in natuurgebieden net zo groot zijn als in landbouwgebieden, bij vergelijkbare wortellengtes en verlagingen van de grondwaterspiegel tot in het interval van verwelking.

het met dramatische gevolgen. Bij Brummen wordt de doelstellingen niet gehaald omdat het geheel

Doordat de hydrologen en/of de ecologen die de drinkwatersector adviseerden, de verkeerde weg in geslagen waren,

hoort dat 3/4 invloed heeft, binnen en buiten de effectieve winningsstraal R. Die invloed is gezien vanuit het vakgebied der hydrologie niet al te groot, maar als we vanwege klimaat effecten willen dat de gewassen een maximale omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 realiseren, mag de winningsverlaging niet verwaarloosd worden.

zullen we nhet de opgave de hydrologen hoe je de winningsverlaging   het er is helemaal  omdat de adviseurs van de drinkwatersector, geen gebruik maakten van de oneigenlijke som van de winningsverlaging en de (optionele) transportverlaging. Een klein foutje, maakte een groot succes voor de drinkwatersector mogelijk, maar schijn bedriegt, de werkelijke hoeveelheid stikstof in de bodem werd niet kleiner, maar blijft juist toenemen, zoals dat ook het geval was in het verleden. Intussen staat de drinkwatersector te popelen om op een nog grotere schaal water te gaan winnen, terwijl er helemaal niets gedaan om het natuurdoel te kunnen realiseren. Toen de maatschappelijke sectoren werden gegijzeld stelde de toenmalige minister president als onderdeel van het actieprogramma, dat de stikstof concentratie in de bodem onder de 50mg/l omlaag moest, maar als er niets wordt gedaan om de mest verliezen naar de bodem onder controle te houden, is de vraag naar een monitoring programma dat de bijdrage van de drinkwatersector bepaalt, heel terecht.

Juist op dat vlak had Alterra heel nuttig werk geleverd, in het kader van haar wettelijke taken. Als ik nu de website van de WUR bekijk kan ik geen enkele oud medewerker die ik zo goed kende uit de literatuur, meer vinden. De wettelijke taken van Alterra lijken alle overgenomen door de ecologen van de WUR en de overige universiteiten.

 Immers de drinkwatersector die enthousiast reageerde had ervoor gekozen om de berekende schade te verkleinen, terwijl de werkelijke schade gelijk zou blijven.

Als blijkt dat die situatie

de natuurdoelstelling helemaal niet haalbaar is. De groei van gewassen in natuur en landbouwgebieden stagneert, gemiddeld tot 34%, en bij een golfvoortplanting tot 95%. Daardoor neemt de omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 ook steeds kleinere waarden aan, gemiddeld gaat de omzetting terug naar 66% van de norm en soms naar 5%.

 waarden die de grondwaterstand beschrijven.

Als we de grondwaterspiegel berekenen op basis van de transportverlaging, dan wordt er geen rekening gehouden met de winningsverlaging. We noemen het verschil c, en tellen deze waarde vervolgens op bij alle GxG waarden. Welke fout wordt er dan gemaakt?

Vervolgens gaan we de schade berekenen met een lineaire interpolatie op de lijn met eindpunten {g.ll, 100%}: en {g.l, 0%} dit geeft: S(hmv + c)=(g.l - (hmv + c))/(g.l - g.ll).

Voor c=0 is dit de werkelijke schade Swerkelijk, maar voor c=0.2m en (g.l - g.ll) = 0.25m geldt: Sberekend=max (0, Swerkelijk-80%). Daardoor verdwijnt de kwaliteit van het wetenschappelijk onderzoek en ook de prijsprikkel om schadevrije winvelden te maken.

In de figuur zijn meteorologische gegevens van de KNMI weerstations, gebruikt om het verwachte verloop van de grondwaterstand te schatten, met als doel om de werkelijke schade zo goed mogelijk te kunnen bepalen. Elke 10 dagen bepaalt het TCGB programma dat ing. J.J.M. Bouwmans heeft geschreven voor het Staring Center van de landbouwhogeschool, het latere Alterra, de Makkink referentie gewasverdamping om de procentuele groei van het gewas te kunnen bepalen in de 10 daagse periode. Als we het actuele percentage, na toepassing van de assimilatie curve met de actuele grondwaterstand afgeleid van het geschatte grondwaterstandsverloop, in mindering brengen op de verwachte groei dan blijft op het eind van het groeiseizoen voor alle (x,y) de werkelijke schade over. De bemesting voorwaarde moet ervoor zorgen dat er op elk perceel geen mest in de onverzadigde zone overblijft op het eind van het groeiseizoen.

In de elektrotechniek was een functie generator, die gelijktijdig een harmonisch signaal (sinus/cosinus) kon afgeven, maar ook gelijktijdig ook een blokgolf en een driehoeksgolf, een zeer handig instrument, dat wezenlijk niet stabiel is. Er was een knopje nodig om het instrument aan of uit te zetten waarmee een externe voeding kon zorgen voor het actieve gedrag. In de hydrologie vormt de neerslag N(t) een voeding, maar ook de pomp van een winveld kan energie leveren aan het winveld.

De achtergrondverlaging

In de tijd dat er een privatiseringsgolf ging door de drinkwatersector ging, was er veel behoefte voor een nieuw perspectief voor de geprivatiseerde bedrijven. Ook toen werd de winningsverlaging bij het opstellen van het wiskundige model van de bodem door een anonieme onderzoeker van de drinkwatersector weggelaten, en als constante opgeteld bij de GxG waarden, om een vermeende meetfout van de Alterra medewerkers te corrigeren, met het programma dat Alterra had ontwikkeld en in handen was gekomen van de drinkwatersector en haar advies commissie.

 die de door onderzoekers van de drinkwatersector fout opnieuw gemaakt, maar nu werd gesteld dat het ging om een meetfout van de Alterra onderzoekers. Dit werd direct aangekaart bij de bestuursrechter, die uiteindelijk heeft geoordeeld dat een correctie op de achtergrondverlaging toegestaan was. Dit heeft geleid tot het ontslag van een van de Alterra medewerkers, die het probleem van de meetfout, die er niet was op wilde lossen door te publiceren met collega's. In 2023 blijkt dat ik geen van de mij bekende Alterra medewerkers op de website van de WUR nog kon vinden.

Prof. M.P.F. Bierkens omschrijft het toepassen van de achtergrondverlaging bij de schade berekening als volgt:

Door een 3D representatie van beide verlagingen (I █) en (II █), en de kenmerkende eigenschappen van een grootschalig winveld vast te leggen, komen we gauw tot de conclusie dat er een schaal parameter ρ moet bestaan met als eigenschap dat de weerstand voor een stationaire verticale doorstroming van de watervoerende laag gelijk is aan de weerstand voor een stationaire horizontale doorstroming. Als we een gelaagde watervoerende laag normeren dan wordt ρ ≈ 3D, met D de genormeerde dikte van de watervoerende laag.

Als onderzoekers van de onderzoeksgroep van prof. R.A. Feddes de grondwaterspiegel meten, om de compensatie vergoeding conform art. 7.18 waterwet, te berekenen uit de gewasdepressie, die gelijk is aan de mest verliezen in %, dan meten de agrohydrologen, de Gemiddelde {Hoogste, Laagste, Voorjaar} Grondwaterstand met een grondboor ten opzichte van het niveau van het maaiveld.

Maar bij de berekening met grondwaterformules of met grondwatersimulatoren, berekenen hydrologen de hoogte van de grondwaterspiegel ten opzichte van NAP.

Door een 3D representatie van beide verlagingen (I █) en (II █), en de kenmerkende eigenschappen van een grootschalig winveld vast te leggen, komen we gauw tot de conclusie dat er een schaal parameter ρ moet bestaan met als eigenschap dat de weerstand voor een stationaire verticale doorstroming van de watervoerende laag gelijk is aan de weerstand voor een stationaire horizontale doorstroming. Als we een gelaagde watervoerende laag normeren dan wordt ρ ≈ 3D, met D de genormeerde dikte van de watervoerende laag.

Als het te winnen debiet plotseling groter wordt zal de gradiënt in de stromingsrichting, gericht naar de pompput, binnen de straal ρ snel toenemen. Daarna zal er een golfvoortplanting ontstaan, als aangegeven met de pijl. Daarbij ontstaat door de vergrote gradiënt een lawine effect, waarbij de snel lopende golfvoortplanting uiteindelijk ook weer omkeert.

Als we het winveld in a) met areaal A en effectieve winningsstraal R, schalen naar winveldjes met effectieve winningsstraal ρ dan zal er in b) geen transport van te winnen grondwater meer zijn, slechts de snelheid van de grondwateraanwas zal in A afnemen.

Het zal blijken dat dunne watervoerende lagen zich gedragen als halfgeleiders, met als consequentie dat de Laplace voorwaarden, die inhouden dat de  systeemeigenschappen: lineair, plaats (x,y) en tijd (t) invariant, en stabiel is niet geldig zijn, ze zijn slechts bij benadering geldig op de kleine schaal (ρ). Op zo'n kleine schaal kun je met de operatoren (+, -, *, δ) differentiaal vergelijkingen opstellen en via de integraalrekening oplossen met een relatief kleine fout. Maar op een grote schaal, is ook de schaal parameter ρ en de (<) operator van de betreffende watervoerende laag, van groot belang. De implicatie daarvan is dat grootschalige winvelden vanuit een geheel andere optiek ontworpen moeten worden, maar ook dat er, als in b) schadevrije winvelden bestaan, zonder transportverlaging die via hun winningsverlaging een globale verlaging van slechts 0.2m kunnen realiseren, als beschreven in het hoofdstok hydrologie horizontaal. Het winveld met areaal A kent ook een winveld B met een areaal 3A, dat A als een ring met een straal 2R omsluit.

Samen met W.C. Visser, wilde Bloemen al in 1973 weten hoe de te vergoeden schade ontstond, om zo methoden te kunnen ontwikkelen, om de schade van grootschalige drinkwaterwinningen, met de bijbehorende mest verliezen naar de bodem, tegen te kunnen gaan. We zijn nu meer van 50 jaar verder, maar dit specifieke schaalprobleem wordt, net als het probleem van de achtergrondverlaging, waarvoor Bloemen een waarde van 0.18m had gevonden, wordt nog steeds niet goed begrepen, ondanks het feit dat prof. J.J. de Vries tijdens een van de vele vergaderingen over de achtergrondverlaging heeft gewezen op het schaal effect.

De ecologen van de WUR en de onderzoekers van het PBL publiceren samen de bovenstaande balans voor de mest verliezen naar de bodem. Er missen nogal wat dingen in de figuur. Om te beginnen moeten de mest verliezen naar de bodem opgedeeld worden naar twee causale oorzaken die beschreven worden door:

• Het assimilatie predicaat dat cruciaal is voor het ontwerp van schadevrije winvelden, met bijbehorende droogte schade en nat schade.
• En de bemesting voorwaarde.

• Er ontstaan mest verliezen naar de bodem als de grondwaterspiegel ten opzichte van het maaiveld: hmv (x,y,t) = h(x,y,t) - mv (x,y), kleiner wordt dan de gewas g, specifieke g.l waarde, van de assimilatie curve, in dat geval spreken we van diepte ontwatering.
  Art 7.18 waterwet stelt dat de drinkwatersector de mest verliezen naar de bodem in procenten, moet vergoeden met een compensatie vergoeding die wordt bepaalt aan de hand van de diepte ontwatering.
  Het assimilatie predicaat kan gebruikt worden om vast te stellen of hmv zich in het interval van volledige assimilatie bevind, maar ook om de droogte schade (mest verliezen naar de bodem als gevolg van diepte ontwatering), of de nat schade te berekenen van een gewas g.

Verstoord

In de atmosfeer speelt CO2 een belangrijke rol bij de stijging van de temperatuur van de aarde. Op de lagere school hebben we allemaal al geleerd dat planten, c.q. gewassen, waaronder ook bossen, koolzuurgas: CO2, opnemen en zuurstof: O2, produceren, maar dat proces wordt al sinds het midden van de vorige eeuw, ernstig verstoord als gevolg van zeer grote mest verliezen naar de bodem, die intussen, toegenomen zijn tot gemiddeld 34% en 95% in een bijzonder geval. De mens en de dieren implementeren het omgekeerde proces, zij nemen O2 op en produceren CO2. 

In de afgelopen decennia was er veel weerstand tegen CO2 opslag in de bodem. De grote mest verliezen naar de bodem, die zijn ontstaan door de verlaging van de grondwaterspiegel, hebben ervoor gezorgd dat de omzetting van het koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 door de gewassen, gemiddeld met 34% ofwel ~¹/3 is afgenomen.

Dat is idioot veel, maar in Johannesburg, waar de laatste druppel uit de kraan kwam was de afname van de omzetting van CO2 naar O2 nog véél groter. De vele natuurbranden zijn ook niet ontstaan op plaatsen met hoge grondwaterstanden. Kennelijk hebben we geen goed referentie kader waardoor we massaal verkeerde beslissingen nemen. De introductie van de brekende schade, heeft als effect dat er geen enkel uitzicht meer is op de realisatie van het natuurdoel en de klimaatdoelstelling. Gelukkig kunnen al deze problemen, wel opgelost worden door schadevrije winvelden te gaan gebruiken, zoals ik in detail zal aantonen in de hoofdstukken over de hydrologie.

Haast geboden

Daardoor werd het duidelijk dat er haast geboden is om met passend onderzoek, dat ik in dit webportaal presenteer, een invulling te geven aan innovatieve winvelden voor de winning van grondwater.

We kunnen zo niet verder

De actiegroepen, waaronder ¹Greenpeace, Extinction rebellion, e.a. hebben groot gelijk als ze stellen dat we zo niet verder door kunnen gaan met onze planeet.

Maar het heeft weinig nut om actie te voeren als nog niemand het volledige overzicht heeft over het op te lossen probleem: het natuurdoel en de klimaat doelstellingen, waarvan we willen bewijzen dat ze hersteld zullen worden. Daar komt bij dat de kans groot is dat elk onderzoek faalt dat is gebaseerd op (²nieuwe) verdienmodellen, want in dat geval zullen de onderzoekers primair hun verdienmodel willen exploiteren.

Het onderscheid dat gemaakt moet worden bij het beperken van de mest verliezen naar de bodem is heel eenvoudig. Je wilt niet dat er mest verliezen ontstaan doordat het gewas g, de mest niet volledig op kan nemen.

Dit aspect van het probleem wordt beschreven door het assimilatie predicaat.

De software die ing. J.J. Bouwmans, van de Alterra groep onder leiding van prof. R.A. Feddes, heeft geschreven gaat uit van de Gemiddeld {Hoogste, Laagste, Voorjaar} Grondwaterstand. Deze waarden worden afgekort als {GHG, GLG, GVG} en kunnen met een grondboor bepaald worden. Daarbij hoort ook nog een bodemprofiel, dat wordt gekarakteriseerd door de gegevens over de korrelgrootte van de bodemlagen en het bergend vermogen voor bodemvocht dat zich via adhesie hecht aan de korrels. Het bodem profiel, is samen met de lengte van de wortels van het gewas g bepalend voor de vorm van de assimilatie curve, die afhangt van het bodemprofiel en ook van de gewasspecifieke parameters

g.{hh, h, l, ll}

Gelukkig kennen diverse gewassen veel overeenkomsten tussen hun stofwisseling zoals blijkt uit fig. 1. Omdat de groei sterk afhangt van de fotosynthese en de gewasverdamping, is er ook een grote overeenkomst  tussen de assimilatie curve voor vele gewassen. Om die reden is de vorm van de assimilatie curve geschetst in (fig 2.) karakteristiek, afgezien van wat aanpassingen, voor alle gewassen.

Met behulp van meteorologische gegevens van de KNMI weerstations wordt het verwachte verloop van de grondwaterstand (fig. 3.) geschat, met als doel om de werkelijke schade zo goed mogelijk te kunnen schatten. Elke 10 dagen wordt met behulp van de schade functie en de hoogte van de grondwaterspiegel hmv, het mest verlies naar de bodem bepaald, om daarmee ook het schade percentage te kunnen bepalen. Dit wordt later herleid tot een specifiek perceel om de compensatie vergoeding per perceel te kunnen bepalen.

Daarbij doet het niet ter zake of het om een landbouwgebied gaat of om een natuurgebied. De lengte van het wortelgestel is echter wel belangrijk voor de werkelijke schade.

Bij de bepaling van de berekende schade verhoogt de drinkwatersector, alle GxG waarden, dus de gemeten waarde van de grondwaterspiegel, met de achtergrondverlaging. Dit komt er op neer dat de grondwaterspiegel h(x,y,t) verhoogd wordt met de constante achtergrondverlaging=c die een waarde heeft die gelijk is aan de winningsverlaging, als beschreven in de Introductie. Het programma van ing. J.J.M. Bouwmans berekent de werkelijke schade voor de GxG waarden die de grondwaterspiegel h(x,y,t) beschrijven.

De schade wordt voor g.l < hmv <= g.ll beschreven door de rechte lijn tussen {g.l, 0%} en {g.ll, 100%} derhalve is de schade functie:

S(hmv+c)=(g.l-(hmv+c))/(g.l-g.ll)

Voor c=0 is dit de werkelijke schade, de berekende schade wordt gecorrigeerd met een percentage p ~ c/(g.l-g.ll). De schade kan niet negatief worden daarom geldt: Sberekend = max (0, Swerkelijk - p).

Voor realistische waarden geldt: p ~ 0.20 / 0.25 ⇒ 80%.

Als de gemeten hoogte van de grondwaterspiegel op de hoogte van het maaiveld ligt, ligt hmv+c boven het maaiveld. De schade functie S accepteert zulke gegevens niet.

Daarbij doet het niet ter zake of het om een landbouwgebied gaat of om een natuurgebied. De lengte van het wortelgestel van het gewas g, is echter wel belangrijk voor de werkelijke schade. Deze komt tot uitdrukking in de gewasspecifieke parameters:

g.{hh, h, l, ll}.

Het andere deel wordt beschreven door de overbemesting voorwaarde. Gedetailleerde landbouwvoorschriften, moeten er samen met gunstige groei omstandigheden, voor zorgen dat beide stellingen voldaan worden. Merk op dat het schade percentage dat de groep van prof. R.A. Feddes bepaalt, uitsluitend betrekking heeft op schade die volgens art. 7.18 waterwet verschuldigd is. Dat komt omdat prof. R.A. Feddes software gebruikt die de groei van de gewassen berekent op basis van een verwachte meteorologie.

De drinkwatersector, meet via het landelijk meetnet grondwaterkwaliteit, de som van de mest verliezen naar de bodem veroorzaakt door het predicaat, dat de afhankelijkheid beschrijft van de hoogte van de grondwaterspiegel, die de drinkwatersector moet voldoen, plus de mest verliezen die zouden kunnen ontstaan door overbemesting, bij de verwachte meteorologie omstandigheden, en voor het overige door de agrariërs voldaan moeten worden. De streefwaarde van 50mg/l beschrijft een residu dat via samenwerking tussen de drinkwatersector en de agrariërs voldaan moet worden. Bij elke doelstelling hoort een marge die beschrijft wat haalbaar is als beide partijen samenwerken om het doel te halen. Ik werk deze zaken nader uit bij de bespreking van het volledige overzicht.

1. Anonymus: Greenpeace dreigt overheid met rechtsgang om stikstofbeleid, NOS nieuws
2. De milieudoelstellingen van de overheid sturen de landbouw een meer extensieve weg op, één die het inkomen van boeren potentieel onder druk zet. Dat vraagt om nieuwe en aangepaste activiteiten, zogenaamde verdienmodellen, om het dreigende inkomensverlies op te vangen.

Toelichting: De