Infiltratie – verdamping en afstroming van neerslag

Neerslag is een regionaal gegeven, alhoewel dit wel manipuleerbaar is door veranderingen in landgebruik op grote schaal. Maar ook het bodemtype en het verdampingspotentieel speelt een rol. Zo is de Kempen gekend als een regio die sneller opwarmt en afkoelt dan andere gebieden in Vlaanderen. Dit is te wijten aan de zandgrond die snel opwarmt en afkoelt. Ook de neerslag in de kuststreek kan sterk afwijken van deze in gemiddeld Vlaanderen. Dit is dan weer door de aanwezigheid van de Golfstroom. Neerslag kan zeer variabel zijn en het komt dus ook regelmatig voor dat er te veel of te weinig neerslag valt. Daarnaast is ook de temporele en spatiale variabiliteit van de neerslag een belangrijke factor.

Bij neerslag zijn er een aantal mogelijkheden: 1. Verdamping door interceptie van vegetatie 2. Ondiepe Infiltratie

3. Bodemverdamping 4. Afstroming - erosie

5. Evapotranspiratie door vegetatie 6. Diepe infiltratie

De verhouding van deze processen wordt deels bepaald door factoren waar we weinig vat op hebben zoals de temperatuur, zonnestraling, neerslagintensiteit, bodemgesteldheid, hellingsgraad. Maar voor een groot deel hebben we wel een invloed op deze processen. Bodembedekking en landgebruik hebben immers een grote invloed op de verhoudingen tussen verdamping, afstroming en infiltratie. Infiltratie en verdamping liggen aan de basis van de hydrologische cyclus. Infiltratie verzekert ons van voldoende grond- en oppervlaktewater van goede kwaliteit. Eenmaal diep geïnfiltreerd in de bodem zal het water gedurende lange tijd langzaam zijn weg vervolgen naar diepere grondwaterlagen. De lange verblijftijden van grondwater maken dat polluenten en nutriënten verwijderd worden door adsorptie, bodemchemische processen en microbiële denitrificatie processen. Een deel van dit grondwater zal terug aan de oppervlakte komen in kwelzones en zo bijdragen tot een stabiel en zuiver basisdebiet van onze waterlopen.

Het is duidelijk dat een verschuiving van infiltratie naar afstroming vele effecten heeft. In de eerste plaats draagt afstroming door zijn veel snellere afvoer bij tot extremere en frequentere overstromingen. In de tweede plaats betekent het ook een verlies aan basisdebiet, wat zich manifesteert in een hogere kans op lage waterstanden en in, door verminderde verdunning, daarmee geassocieerde waterkwaliteitsproblemen.

Maar ook landgebruik heeft zijn invloed op de balans tussen afstroming, verdamping en infiltratie. Vegetatie zal afstroming zeer sterk beperken. Dit kan infiltratie bevorderen tijdens perioden van hevige en langdurige neerslag. Maar vegetatie kan ook net infiltratie beperken tijdens perioden met matige neerslag. Door interceptie van het bladerdak van bossen, zal een groot deel van de neerslag opnieuw

verdampen. Tevens zal de vegetatie tijdens droge perioden water blijven opnemen uit de bodem. Dit zal ten koste gaan van watervoorraden in de bodem, maar anderzijds ook zorgen voor afkoeling (en de daarmee gepaard gaande schade mitigeren).

Het effect van landgebruik van de hydrologie –en dus op de geassocieerde ecosysteemdiensten- kan geïllusteerd worden met een hydrogram (Fig. 1.4). Dit hydrogram toont het klassieke beeld van een situatie met een regenbui en het daaruit voortvloeiende debietsverloop in een waterloop. Als de afvloeiing sterk vergroot, zoals na urbanisatie, dan wordt de piek van het debiet in de waterloop veel groter en de tijd tussen het optreden van de regenbui en het optreden van een zeer hoge piek veel korter. Daarbij is ook de piek nog eens toegenomen.

Figuur 1.4: Rivier corridor herstel: principes, processen, en praktijk, 10/98, door Federal Interagency Stream Restoration Working Group (FISRWG)

Bodemerosie wordt enerzijds beïnvloed door de neerslagerosiviteit (bij fijne neerslag is er veel minder erosie dan bij harde regenbuien), en anderzijds door karakteristieken van de bodem zelf en fysische karakteristieken als hellingsgraad, lengte etc. Ook de bodembedekking en de bodembewerking beïnvloeden infiltratie en afvloeiing en bijgevolg ook de bodemerosie zelf. In sommige gebieden bvb (niet bij sterk geaccidenteerd reliëf) worden, door loodrecht op de helling te ploegen, preferentiële stroombanen voor het afvoerwater en voor de sedimenten aangelegd, terwijl bij ploegen evenwijdig met de helling, er continu een drempel gecreëerd wordt voor dat sediment en het afvoerwater. Deze factoren kunnen wel beïnvloed worden. Het transport in de waterloop wordt ook beïnvloed. Zoals eerder vermeld, heeft de verhouding infiltratie en oppervlakkige afvoer een zeer grote invloed op het debiet van de waterloop. Ook de topografie, het lengteprofiel en de stabiliteit van de oevers hebben een invloed op het sedimentaanbod en sedimenttransport. De stabiliteit van de oevers is normaal in evenwicht met de stroomsnelheden en debieten die in een bepaald systeem aanwezig zijn. Er komt een vegetatie voor die zorgt voor stabiliteit van de oevers en aangroei van binnenbochten, om erosie op andere plaatsen te compenseren. Zo wordt een dynamisch evenwicht in stand gehouden. Als het

debiet van een waterloop toeneemt, dan vermindert de stabiliteit van die oevers. Dit is te wijten aan een grotere erosieve kracht van het water. Er treedt dan erosie op van de bedding en de oevers, waarbij een extra hoeveelheid sediment extra wordt afgevoerd. Door de toegenomen debieten in de waterloop is er ook een grotere transportcapaciteit van de waterloop. Hoe groter het debiet, hoe groter het sedimenttransport. In de waterloop zelf vindt sedimentatie plaats op luwere plaatsen of langsheen oevers en in overstromingsgebieden langs de benedenloop.

Interceptie speelt ook een belangrijke rol in de opbouw van het neerslagoverschot. Interceptie is het aandeel neerslag dat de grond niet bereikt omdat het opgevangen wordt door vegetatie en vrij snel terug verdampt. Hoe dichter en hoger de vegetatie, hoe meer interceptie en hoe meer er terug rechtstreeks verdampt. Dit proces speelt vooral een significante rol bij beperkte neerslag, waarbij het aandeel neerslag dat de bodem bereikt, verwaarloosbaar wordt.

Belangrijke factoren zijn dus de dekkingsgraad van het bladerdek (Leaf Area Index), de hoogte van de vegetatie en het groeiseizoen van dat bladerdek. Eiken vormen relatief laat een bladerdek in vergelijking met andere boomsoorten. Naaldbossen hebben dan weer een hoge interceptie en dit het gehele jaar door. Zo kan men voor verschillende vegetatietypen een interceptie-verdamping ranking maken.

De neerslag die de bodem bereikt kan dan infiltreren, afstromen of verdampen. De verhouding van deze processen hangt af van bodem, helling en vegetatie. Vegetatie heeft een belangrijke impact op de infiltratie omdat die de ruwheid van het terrein verhoogt, zodat afstroming en erosie quasi onmogelijk wordt. Ook zorgt de strooisellaag, het wortelstelsel en het bodemleven (regenwormen) voor een verhoogde porositeit van de bodem. De vegetatie zorgt op zichzelf dan weer voor transpiratie. Wat betreft de promotie van infiltratie en grondwateraanvulling (opbouw van neerslagoverschot), zijn vegetatietypen die aangepast zijn aan droge omstandigheden beter. Enerzijds omdat hun metabolisme een hogere waterefficiëntie heeft en anderzijds omdat ze kunnen omgaan met droogtestress. De wortelstrategie van de vegetatie is daarbij van cruciaal belang. Berken en heide wortelen zeer ondiep maar bestrijken een groot oppervlak. Andere soorten hebben dan weer zeer diep reikende wortelstelsels die in staat zijn om het grondwater te bereiken. Andere soorten combineren dan weer beide strategieën. Dus zowel de plantspecifieke waterefficiëntie, de mogelijkheid om transpiratie te beperken bij droogtestress en de wortelstrategie spelen een rol bij de mogelijke effecten van vegetatie op transpiratie. Een voorbeeld hiervan zijn de nefaste effecten van wijngaarden en eucalyptus plantages op de grondwatertafel in mediterrane gebieden – net omdat deze soorten diep wortelen – hebben zij geen droogtestress en zijn zij niet in staat om minder water te verdampen tijdens droge perioden. Men moet dus pogen om een gezonde balans te vinden tussen verhard oppervlak, bossen, grasland en akkers.

In verharde gebieden en akkergebieden kan men maatregelen treffen om de impact op infiltratie te beperken. Het water dat afstroomt, kan bij voorkeur terechtkomen in lokale depressies in het landschap (colluvia) en alsnog infiltreren of verdampen. De aanwezigheid van een microreliëf kan de infiltratie verhogen in regio’s waar de bodem weinig doorlaatbaar is. De aanwezigheid van ecologische infrastructuur zoals infiltratiepoelen, grasgangen, houtkanten… kan dus in belangrijke mate bijdragen tot een maximale infiltratie en is te verkiezen boven afvoer naar watervoerende waterlopen.

Figuur 1.5: Drainage in Vlaanderen. Op basis van de bodemkaart van Vlaanderen (OC-GIS, 2001) werd met behulp van de legende (Van Ranst et al. 2000) het drainagepotentieel in kaart gebracht en gereduceerd tot 5 categorieën. Voor de poldergebieden werd de conversiesleutel van de Vlaamse Landmaatschappij gebruikt .

Voor Vlaanderen kunnen we drainageklassen van de bodemkaart van Vlaanderen gebruiken als indicator voor het infiltratiepotentieel van de bodem (Fig. 1.5). Deze classificatie in categorieën mag echter niet rechtlijnig worden geïnterpreteerd en is afhankelijk van de bodemtextuur. Een goed gedraineerde zandgrond zal een lagere grondwaterstand hebben en meer water infiltreren dan een goed gedraineerde leemgrond. Hierbij dient tevens opgemerkt te worden dat deze drainageklassen werden opgesteld tussen 1947 en 1973 en dat deze sindsdien door menselijke ingrepen lokaal sterk veranderd kunnen zijn. Fig. 1.5 geeft echter een goed beeld van de infiltratiegradiënt in Vlaanderen.