Irrigatiewater - Locatie beregeningsonttrekkingen uit grondwater en oppervlaktewater

De kaartenset ‘irrigatiewater’ bestaat uit een combinatie van de volgende drie kaartlagen:
•5a: Effect van beregeningsonttrekkingen op grondwaterkwel (indicator voor effect van gebruik van deze ecosysteemdienst, op de ecosysteemdiensten ‘water voor terrestrische natuur’ en ‘water voor aquatische natuur’).
•5b (deze kaart): Locatie beregeningsonttrekkingen uit het grondwater (indicator voor gebruik/flow)
•5c: Vermeden reductie van gewasverdamping als gevolg van beregening (indicator voor effect van gebruik van deze ecosysteemdienst op landbouwproductie).

Kaart 5a en 5b zijn bedoeld om gecombineerd te bekijken. De puntlocaties (5b) geven aan waar de onttrekkingen plaatsvinden (schatting op basis van het NHI) en kaart 5a toont de effecten op grondwaterkwel. Bij uitzoomen zullen alleen de onttrekkingslocaties zichtbaar zijn. Na inzoomen op een specifiek gebied, wordt het onderliggende effect van de onttrekkingen zichtbaar.

Kaart 5c en 5b zijn bedoeld om gecombineerd te bekijken. De puntlocaties (5b) geven aan waar de onttrekkingen plaatsvinden (schatting op basis van het NHI) en kaart 5c toont de vermeden verdampingsreductie. Bij uitzoomen zullen alleen de onttrekkingslocaties zichtbaar zijn. Na inzoomen op een specifiek gebied, wordt het onderliggende effect van de irrigatie zichtbaar.

Kaart 5a toont het effect van grondwateronttrekkingen ten behoeve van beregening op grondwaterkwel in Zuid- en Oost-Nederland. Het effect op grondwaterkwel is gekozen als indicator voor het effect van gebruik van deze ecosysteemdienst op twee andere ecosysteemdiensten: ‘water voor terrestrische natuur’ en ‘water voor aquatische natuur’. Dit effect is vooral van belang in Zuid- en Oost-Nederland, waar de meeste beregening uit grondwater plaatsvindt en kwel naar beekdalen een belangrijke rol speelt. De kaart met grondwaterkwel toont zowel de afname van kwel (in mm per dag) als gebieden waar kwel geheel verdwijnt door de beregeningsonttrekkingen en omslaat naar infiltratie.
Kaart 5b (deze kaart) toont de ligging van beregeningsonttrekkingen in Nederland die aan het effect ten grondslag ligt en dient als ondersteuning van de interpretatie van de effectkaarten (5a en 5c).
Kaart 5c toont de vermeden verdampingsreductie als gevolg van beregening. Landbouwgewassen worden beregend met als doel de gewassen altijd van genoeg water te voorzien om optimaal te groeien. Gewassen verdampen in dat geval ook maximaal (ook wel ‘potentiele gewasverdamping’ genoemd), terwijl reductie van verdamping optreedt wanneer gewassen niet voldoende water beschikbaar hebben (‘actuele gewasverdamping’). Kaart 5c is daarmee een goede maat voor de effectiviteit van beregening. Om de getallen in perspectief te zetten: een gewas verdampt in Nederland tijdens het groeiseizoen ongeveer 300 mm per jaar.

Belangrijkste boodschap bij de kaart:
Beregeningsonttrekkingen vinden plaats in relatieve korte perioden in het jaar (droge zomers, perioden met vochttekort in de wortelzone van gewassen), maar bereiken gezamenlijk een flinke omvang. Deze omvang is ’s zomers vergelijkbaar met die van de grote drinkwateronttrekkingen. De effecten zijn daarom ook niet gering en kunnen grote effecten hebben op andere ecosysteemdiensten, zoals drinkwatervoorziening en water voor terrestrische en aquatische natuur. Als deze ecosysteemdiensten maken namelijk gebruik van dezelfde watervoorraad. Onttrekking van grondwater zorgt, via verlaging van grondwaterstanden en stijghoogte, bijvoorbeeld voor afname van grondwaterkwel en daarmee basisafvoer in beken en verminderde beschikbaarheid van water van goede kwaliteit voor natte natuurgebieden.

Uitgebreidere toelichting
Beregeningswater wordt zowel onttrokken uit grondwater als uit oppervlaktewater. Het percentage dat uit grondwater wordt onttrokken varieert tussen ca. 80 en 65% van het irrigatiewater voor respectievelijk droge en natte jaren (Hoogeveen e.a., 2003) Veel provincies verplichten gebruik van oppervlaktewater. Steeds vaker wordt echter grondwater als alternatief genoemd, zeker in droge perioden. In gebieden waar gewassen worden verbouwd die gevoelig zijn voor bruinrot en ringrot, zoals aardappelen, is irrigatie uit oppervlaktewater verboden en is grondwater het enige alternatief.

Onttrekking van grondwater en oppervlaktewater ten behoeve van irrigatie gebeurt voornamelijk in perioden met een neerslagtekort. Beregening vindt dan plaats om het vochttekort in de wortelzone aan te vullen, ten behoeve van agrarische productie. In gebieden met fruitteelt wordt soms beregening uit grondwater ook toegepast om vorstschade aan bloesem in het vroege voorjaar te voorkomen.

Meerdere ecosysteemdiensten maken gebruik van dezelfde watervoorraad. Voor beregening is het van belang dat voldoende oppervlaktewater of grondwater op beperkte diepte aanwezig is. De capaciteit van deze voorraden neemt af door beregeningsonttrekkingen, waardoor deze ook voor andere ecosysteemdiensten, zoals water voor drinkwater en industrie, water voor waterafhankelijke natuurgebieden en watervoerendheid en waterkwaliteit van beken afneemt (figuur 1).
Beregeningsonttrekkingen hebben op zowel het oppervlaktewater- als het grondwatersysteem effect. Directe onttrekking uit het oppervlaktewater verlaagt de, in deze perioden reeds lage, beekafvoer waarvan waternatuur afhankelijk is. Onttrekking van grondwater zorgt, via verlaging van grondwaterstanden en stijghoogte, voor afname van zowel grondwaterkwel als beekafvoer. Vooral in droge perioden is deze kwel in de beek de belangrijkste bron voor beekafvoer en afname van kwel betekent een directe afname van de afvoer van beken. Veel natte natuurgebieden zijn afhankelijk van kwel omdat het zorgt voor (permanent) natte condities (hoge grondwaterstanden) en een bijzondere kwaliteit (bijvoorbeeld kalkrijk). Afname van kwel leidt tot een verslechtering van deze standplaatscondities voor de vaak bijzondere vegetatie in kwelafhankelijke natuurgebieden.

Boeren investeren steeds meer in het beregenen van landbouwgrond. Het potentieel te beregenen areaal open landbouwgrond (dus zonder glastuinbouw) is de afgelopen jaren gestegen van 18 procent in 2003 naar 26 procent in 2010. Het deel van de landbouwgrond dat daadwerkelijk beregend werd is zelfs harder gestegen. In de periode 2002-2009 is het beregende areaal verdubbeld (Bron: CBS).
Met name in de provincies Noord-Brabant, Limburg, Flevoland en de kop van Noord-Holland wordt een groot areaal beregend. Onderzoek in Noord-Brabant toont aan dat de vraag naar irrigatiewater evenredig toeneemt met het neerslagtekort. In de provincie Noord-Brabant is de ruimtelijke spreiding van het effect van irrigatieonttrekkingen op de grondwaterstijghoogte veel groter dan het effect op de freatische grondwaterstand. Dit komt door de aanwezigheid van weerstandbiedende lagen op geringe diepte (figuur 2).

De omvang van de beregeningsonttrekkingen uit het grondwater kan in de zomerperiode een omvang bereiken gelijk aan die van alle drinkwaterwinningen samen (Kuijper e.a., 2012). Deze grote hoeveelheid die in een korte tijd wordt onttrokken, zorgt voor zeer sterke effecten. Figuur 3 toont een meting van het zogenaamde ELS-effect ( Extreem-Lage-Standen). Dit treedt op door beregeningsonttrekkingen in het grondwater en is op veel plaatsen in Noord-Brabant gemeten. Tijdens de beregeningsperiode neemt de kwel en basisafvoer sterk af. Voor veel gebieden verdwijnt de kwel zelfs (Figuur 3) en dit vindt juist plaats tijdens droge periodes waarin ook terrestrische en aquatische natuur water nodig heeft. Na het stoppen van beregening herstelt het watersysteem zich weer gedeeltelijk (zie Figuur 3). In de hoger gelegen infiltratiegebieden treden echter structurele dalingen van de freatische grondwaterstand als gevolg van beregeningsonttrekkingen uit het grondwater.

Herkomst:
Kaart 5a Effect op grondwaterkwel: Deze kaartlaag (gridfile) is berekend met het Nationaal Hydrologisch Instrumentarium (NHI) versie 3.0.2.
Kaart 5b (deze kaart) Onttrekingslocaties voor beregening: Deze kaartlaag (punten, shapefile) toont de beregeningslocaties uit grond- danwel oppervlaktewater zoals deze zijn opgenomen in het Nationaal Hydrologisch Instrumentarium (NHI) (De Lange e.a., 2014), versie 3.0.2
Kaart 5c Vermeden verdampingsreductie als gevolg van beregening: De kaartlaag (gridfile) is berekend met NHI versie 3.0.2 (De Lange e.a., 2014). Het resultaat is tot stand gekomen door naast de referentierun, waarin normaal wordt beregend, het model door te rekenen voor een situatie waarin niet wordt beregend. De kaart toont het verschil in cumulatieve verdampingsreductie tussen beide modeluitkomsten voor het groeiseizoen (april tot oktober) van het droge jaar 2003 (frequentie ongeveer 1 maal per 10 jaar.

该‘灌溉水源’数据集由以下三个图层组合而成：
•5a：灌溉取水对地下水涌流的影响（该生态系统服务使用效果的指标，针对‘陆地自然用水’和‘水生自然用水’两种生态系统服务）。
•5b（本图层）：地下水灌溉取水位置（使用/流量指标）。
•5c：由于灌溉而避免的作物蒸散量减少（该生态系统服务使用效果对农业生产影响的指标）。
5a图层和5b图层旨在结合查看。5b图层中的点位置（5b）指示取水发生的位置（基于NHI的估计），而5a图层显示了地下水涌流的影响。在放大视图时，仅可见取水位置。在放大特定区域后，将显示取水的影响。
5c图层和5b图层旨在结合查看。5b图层中的点位置（5b）指示取水发生的位置（基于NHI的估计），而5c图层显示了避免的蒸散量减少。在放大视图时，仅可见取水位置。在放大特定区域后，将显示灌溉的影响。
5a图层展示了灌溉取水对荷兰南部和东部地下水涌流的影响。地下水涌流的影响被选为衡量该生态系统服务使用效果对其他两种生态系统服务（‘陆地自然用水’和‘水生自然用水’）的指标。这一影响在荷兰南部和东部尤为重要，因为这些地区的大部分灌溉都依赖于地下水，而涌流对溪流基础径流和良好质量水源对湿润自然区域的可用性起着重要作用。地下水涌流图层显示了涌流（每日毫米）的减少以及因灌溉取水而完全消失的涌流区域，并转变为渗透。
5b图层（本图层）展示了荷兰灌溉取水的位置，该图层基于对效果的解释并提供对效果图层的支持（5a和5c）。
5c图层展示了由于灌溉而避免的蒸散量减少。农作物灌溉的目的是确保作物始终有足够的水分以实现最佳生长。在这种情况下，作物的蒸散量也会达到最大（也称为‘潜在作物蒸散量’），而当作物没有足够的水分时，蒸散量会减少（也称为‘实际作物蒸散量’）。因此，5c图层是衡量灌溉有效性的良好指标。为了将数字置于适当的背景中：荷兰作物在生长季节中大约蒸散300毫米。
关于图层的最重要的信息：灌溉取水在一年中相对较短的时间内发生（干旱夏季，作物根区水分短缺期），但总体上达到相当大的规模。因此，其影响也不容小觑，可能对其他生态系统服务产生重大影响，如供水和陆地与水生自然用水。因为这些生态系统服务共同使用同一水源。
详细说明：灌溉水既可从地下水提取，也可从地表水提取。从地下水中提取的比例在干旱年份和湿润年份的灌溉水中分别约为80%至65%（Hoogeveen等人，2003年）。许多省份强制使用地表水。然而，越来越多的地区将地下水作为替代品，特别是在干旱时期。在种植对褐腐病和环腐病敏感的作物（如土豆）的地区，禁止使用地表水进行灌溉，而地下水是唯一的替代品。
灌溉取水和地表水主要用于降雨短缺期。在这种情况下，灌溉的目的是补充作物根区的水分短缺，以满足农业生产的需要。在果树种植区，有时也会使用地下水进行灌溉，以防止春季开花时的霜冻损伤。
多个生态系统服务共同使用同一水源。对于灌溉来说，重要的是在有限的深度上存在足够的地表水或地下水。这些储备的能力由于灌溉取水而减少，从而减少了这些储备对其他生态系统服务（如饮用水和工业用水、依赖水源的自然区域用水以及溪流的水质和保水性）的可用性（图1）。
灌溉取水对地表水和地下水系统都有影响。直接从地表水取水会降低在这些时期已经较低的溪流径流，而溪流径流是水生自然所依赖的。地下水取水通过降低地下水位和上升高度，导致地下水涌流和溪流径流减少。特别是在干旱时期，涌流是溪流径流的主要来源，涌流的减少直接导致溪流径流减少。许多湿润的自然区域依赖于涌流，因为它提供了（永久性的）湿润条件（高地下水位）和独特的质量（例如，富含钙）。涌流的减少会导致这些对涌流依赖的自然区域的植被条件恶化。
农民在农业土地灌溉方面的投资越来越多。过去几年中，可灌溉的开放农业用地（不包括温室）的比例从2003年的18%上升到2010年的26%。实际上被灌溉的农业用地比例甚至上升得更快。在2002-2009年间，灌溉面积翻了一番（来源：CBS）。特别是在北布拉班特省、林堡省、弗莱福兰省和北荷兰省的顶部地区，灌溉面积很大。在北布拉班特省的研究表明，灌溉用水的需求与降雨短缺程度成正比。在北布拉班特省，灌溉取水对地下水上升高度的影响在空间上的分布范围大于对潜流地下水水位的影响。这归因于浅层具有抵抗力的层存在（图2）。
在夏季期间，地下水取水的规模可以达到所有饮用水取水的总和（Kuijper等人，2012年）。在短时间内提取如此大量的水会导致非常强烈的影响。图3展示了所谓的ELS效应（极端低水位）的测量。这种效应是由于地下水取水而出现的，在北布拉班特省的许多地方都进行了测量。在灌溉期间，涌流和基础径流显著减少。在许多地区，涌流甚至消失（图3），这正好发生在陆地和水生自然也需要水分的干旱时期。在停止灌溉后，水系统会部分恢复（见图3）。然而，在较高的渗透地区，由于地下水取水，潜流地下水水位会出现结构性的下降。
来源：5a图层（地下水涌流影响）：该图层（网格文件）使用国家水文仪器（NHI）版本3.0.2进行计算。
5b图层（本图层）（灌溉取水位置）：该图层（点，shapefile）展示了记录在国家水文仪器（NHI）中的灌溉取水位置（无论是从地下水还是地表水提取），如De Lange等人（2014年）所述，版本3.0.2。
5c图层（由于灌溉而避免的蒸散量减少）：该图层（网格文件）使用NHI版本3.0.2（De Lange等人，2014年）进行计算。该结果是通过除了正常的灌溉参考运行之外，还对不进行灌溉的情况进行计算而得。该图层显示了两种模型输出之间的累积蒸散量减少差异，针对干旱年份（频率约为10年一次）的生长季节（4月至10月）。