Evenwichtsoordeel MetaSWAP, bevindingen

Dit laatste onderdeel is gericht op het geaggregeerde resultaat van de antwoorden op de verschillende vragen en de meningen van de verschillende betrokkenen, en kan indirect ook tot adviezen leiden ter verbetering van het model of bestand.

Deze vraag moet specifiek met het oog op de toepassing gesteld worden, en eigenlijk moet deze vraag dus ook per toepassing opnieuw bekeken worden. In dit geval ligt de nadruk op het NHI, dus is dit niet echt nodig.

12A. Beoordeel de mate van vertrouwen in het model/bestand in het algemeen, mede gebaseerd op wat er is gedaan aan testen, verificatie, kalibratie, validatie, gevoeligheids- en onzekerheidsanalyses, en motiveer deze.

MetaSWAP is behoorlijk getoetst; er is dus wel vertrouwen bij ontwikkelaar en gebruiker. Wel is er verschil van inzicht in de beoordeling van de complexiteit: terwijl bv. Deltares van mening is dat MetaSWAP simpeler moet, is men bij Waterkwaliteit juist van mening dat MetaSWAP meer op SWAP zou moeten lijken. Ironisch genoeg lijkt MetaSWAP daarmee wel aardig het midden te houden in termen van complexiteit. Naar de mening van de ontwikkelaar is de code wel in orde, maar ontbreekt er nog veel aan de ondersteuning door data. Versnellen van de code is verder weinig zinvol: MetaSWAP is een grensconditie op MODFLOW, en is op dit moment zeker niet trager dan MODFLOW. Het is dan ook niet de bottleneck binnen het NHI, en investeren in versnellen is daarmee niet erg zinvol. Overigens zijn er (zoals al gemeld) pogingen binnen het NMDC om het NHI te versnellen via parallel programmeren.

12B. Zijn er veel missende zaken? Zijn er veel vragen waar de zaken als ‘te eenvoudig’ zijn beoordeeld? Motiveer.

Een aantal missende zaken zijn genoemd in 3C en 3D, maar die betreffen vooral fysische aspecten, als hysterese en vries- en dooiprocessen. Hysterese wordt toch gezien als een belangrijk proces. Wösten et al (2001) bv. vermelden dat: “[g]ezien de rol van hysterese als veroorzaker van preferente waterstroming in gronden, is te verwachten dat in de toekomst zowel de uitdrogings- als de bevochtigingscurve bepaald gaat worden [in de Staringreeks]” (p. 13). Om dit aspect te dekken zou de database van MetaSWAP uitgebreid moet worden met twee vochtprofielen per set selectie- variabelen, en een ‘geheugen’ om de keuze tussen de uitdrogings- en de bevochtigings-curve te kunnen maken (anders is het niet mogelijk om te bepalen of de kolom in een uitdrogings- of vernattingsfase zit). Dit maakt het model wel weer complexer en trager, maar het is nog niet helder hoeveel beter de voorspellingen daarmee worden voor de toepassing. Voor klei- en veengronden is preferente stroming een belangrijk aspect. De preferente stroming, nu nog niet in MetaSWAP, wordt beschreven door een morfologische functie die poriedichtheid als functie van diepte beschrijft (mondelinge correspondentie, Ab Veldhuizen), maar dit houdt weer veel meer parameters en dus complexiteit in. Een ‘oplossing’ is wellicht om dit op de een of andere manier in de database met SWAP-uitvoer te verwerken, m.a.w. het zit wel in SWAP maar niet direct in MetaSWAP verwerkt. Voor de toepassing van waterbeheer binnen toekomstscenario’s, bv. met klimaatverandering, moet ook breder gekeken worden. Hierbij valt te denken aan fysisch georiënteerde zaken als de invloed van klimaatverandering op neerslag en verdamping, maar ook aan andere zaken, zoals socio- economische veranderingen. Deze zijn echter meer relevant voor de toepassing van het NHI als geheel, dan voor MetaSWAP als onderdeel van het NHI. Een aantal aspecten die nog bij MetaSWAP bekeken zouden kunnen worden betreffen vooral data-aspecten, waaronder de opschaling van puntmetingen naar vlakken. Verder kan ook gedacht worden aan de verdamping door vegetatie, die wellicht te weinig dynamisch is. In elk geval zijn de parameterwaarden inmiddels ruim verouderd, maar de gewasgroei-module is wellicht te simpel t.o.v. de hydrologie achter MetaSWAP. Verder zijn de opmerkingen relevant die genoemd zijn bij de “verkennende” onzekerheidsanalyse (vraag 9A), bv.

klimaateffecten zouden marginaal kunnen zijn t.o.v. de onzekerheid m.b.t. de reacties van boeren op de veranderde waterbeschikbaarheid.

12C. Zijn er veel overbodige componenten? Zijn er veel onderdelen waar het eenvoudiger zou kunnen? Motiveer.

Er lijken niet echt overbodige componenten te zijn, al zou de gewasmodule buiten MetaSWAP geplaatst kunnen worden. De gebruikte aanpak in MetaSWAP is wel als “sympathiek” aan te duiden, en lijkt een redelijk evenwichtige oplossing voor het probleem m.b.t. het numeriek benaderen van de Richards’ vergelijking. De vraag is wellicht beter te beantwoorden als ze in een historische context wordt geïnterpreteerd. De “voorganger” van SWAP en MetaSWAP is CAPSIM/CAPSEV, dat conceptueel een grondwaterfilter beschrijft, waarbij de diepere bodem een bergingscoëfficiënt is (Wesseling, 1991). CAPSEV gebruikt al het idee van een steady state in de capillaire opstijging, maar werd toch te simplistisch bevonden voor het voldoende beschrijven van de stromingen in de onverzadigde zone. MetaSWAP zit qua complexiteit en reken-snelheid tussen CAPSEV en SWAP in. Een kritische noot is nog wel te maken m.b.t. het hele bestaansrecht van MetaSWAP; in het hypothetisch geval dat SWAP met andere (nieuwere) methoden voor het numeriek benaderen veel te versnellen valt, dan is MetaSWAP wellicht in zijn geheel niet nodig. Maar dat neemt dan niet weg dan de complexiteit van MetaSWAP veel minder is dan die van SWAP.

Opmerkingen bij vragen 12B en C:

De vragen zijn wellicht beter te beantwoorden als ze in een historische context worden gesteld en/of door vergelijking met alternatieve modellen. Een vergelijking met in de peer-reviewed literatuur gepubliceerde modellen lijkt hierbij een voor de hand liggende optie.

12D. Is er voldoende datasteun, en waaruit blijkt dat? Motiveer

Bij een aantal vragen (5, 6, 9) is al naar boven gekomen dat er op een aantal punten een zwakke onderbouwing is door de data. De PAWN-schematisering wordt als zeer problematisch ervaren, er zijn weinig betrouwbare metingen van het grondwaterpeil (hoewel de metingen tegenwoordig semi- continu zijn, kunnen buizen fout staan, filters kunnen verkeerd staan t.o.v. de verschillende bodemlagen, buizen kunnen droogvallen en kapotgaan, er zijn bodemkundige veranderingen als huizen- en wegenbouw, etc.), er is een typisch punt-vlakprobleem (van punt-data van buizen naar vlakken van 250 bij 250 m2_{), de verdamping is weinig onderbouwd, en de gewasgroei-gegevens zijn}

verouderd. Bovendien is de gewasgroei-module eenvoudig, en wellicht te eenvoudig voor een toepassing als de verkenning van effecten van klimaatverandering; anderzijds zijn voor een deel data voor die laatste toepassing ook al lastig, omdat het een toekomstprojectie betreft, waarover weinig zekerheid bestaat (bv. wanneer het data over het toekomstig atmosferisch gehalte CO2 betreft).

12E. Welke specifieke suggesties voor verbetering en data- aanlevering komen naar voren uit deze analyse?

De complexiteit van MetaSWAP lijkt redelijk overeen te stemmen met wat voor de toepassing binnen het NHI nodig is, maar de datasteun voor MetaSWAP (eigenlijk vooral SWAP) is nog problematisch. Een aantal suggesties om dit punt te verbeteren zijn genoemd in de antwoorden bij de verschillende vragen. De verdamping kan wellicht een stuk beter geschat worden o.b.v. satellietmetingen. De PAWN-schematisering zou waar-schijnlijk vervangen moeten worden voor een indeling naar ‘natuurlijke’ eigenschappen die veel flexibeler is. Nieuwe proeven voor het verkrijgen van gegevens m.b.t. de groei van de huidige gewassen zijn nodig. Bovenal is het nodig om een voldoende dekking in ruimte en tijd te krijgen van de waterstanden. Op het vlak van het model zelf zijn er suggesties om het concept van MetaSWAP te ‘verbeteren’ (bv. hysterese), maar het loont de moeite om ook te zien of SWAP zelf te versnellen valt door bv. een numeriek wiskundige naar de integratiemethode te laten kijken.

Opmerkingen bij vraag 12E:

Deze vraag zou uitgebreid kunnen worden. Men zou willen weten wat voor andere opties overwogen zijn, en waarom er niet voor die opties gekozen is uiteindelijk.

Opmerkingen bij vraag 12:

Het hangt nogal af van de toepassing of het model evenwichtig gevonden wordt of niet. Echter, in vraag 12 wordt geen specifiek onderscheid gemaakt t.a.v. de toepassing. Het is nodig om expliciet bij te voegen dat vraag 12 per toepassing opnieuw moet worden bekeken.