20241015 Aanvullende info Rapport Bodemdalingsprognose_Flevoland.PDF
Tekst van het document
Bodemdalingsprognose Flevoland versie 2023
Bodemdalingsprognose Flevoland versie 2023
Auteur(s) Henk Kooi Guido Bakema Jan Gunnink Roel Melman Dennis Walvoort Bas Knaake Siem Jansen Gilles Erkens
2 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Bodemdalingsprognose Flevoland versie 2023 Opdrachtgever
Waterschap Zuiderzeeland Provincie Flevoland
Contactpersoon
de heer M. Heuser de heer C. Klepper
Documentgegevens Versie
0.1
Datum
22-11-2023
Projectnummer
11208645-002
Document ID
11208645-002-BGS-0003
Pagina’s
114
Classificatie Status
definitief
Auteur(s) Henk Kooi Guido Bakema Jan Gunnink En anderen
3 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Samenvatting Aanleiding en opdracht Provincie Flevoland (PFL) en waterschap Zuiderzeeland (ZZL) hebben een gezamenlijke verantwoordelijkheid voor het creëren, onderhouden en aanpassen van randvoorwaarden waarbinnen de functies wonen, werken, landbouw en natuur zo optimaal mogelijk kunnen bestaan. Een goed functionerende waterhuishouding en een goede bodemgesteldheid zijn essentiële onderdelen van die randvoorwaarden. Eén van de factoren die bodemgesteldheid en de waterhuishouding in de loop van de tijd veranderen, en waar beide overheden rekening mee moeten en willen houden, is de bodemdaling in het beheergebied. Bodemdaling is relevant voor actuele beleidsopgaven van de provincie zoals de stedelijke gebiedsontwikkeling en klimaatadaptatie. Een prognose van bodemdaling is onder andere nodig voor de toetsing aan de normen voor regionale wateroverlast waarvan de eerstvolgende in 2024 zal plaatsvinden. De meest recente gebiedsdekkende bodemdalingsprognose dateert van ruim tien jaar geleden (De Lange e.a., 2012). Omdat wetenschappelijke inzichten en datasets rond bodemdaling zich snel ontwikkelen, hebben ZZL en PFL een consortium van Deltares, WENR en TNO een voorstudie voor de nieuwe prognose laten uitvoeren (Kooi e.a., 2022), en aansluitend opdracht verleend om de nieuwe prognose op te stellen.
Dit rapport doet verslag van de werkzaamheden voor en resultaten van de nieuwe prognose. De vorige en de nieuwe prognose worden verder respectievelijk aangeduid met prognose 2012 en prognose 2023. Werkwijze Waar prognose 2012 was gemaakt vanuit een retrospectieve benadering, waarin de berekeningen werden geleid door de historische ontwikkeling vanaf de drooglegging van de verschillende polders, is voor prognose 2023 om verschillende redenen overgestapt op een actuele benadering waarin berekeningen starten bij de huidige, of recente, bodemopbouw en grondwatersituatie. Daarin is/zijn: o Een nieuw ondergrondmodel van Flevoland gebouwd dat de actuele bodemopbouw in termen van zand, leem, klei, en veen beschrijft. Voor de bovenste 1,6 m van dit model is gebruik gemaakt van de meest actuele informatie van de bodemkaart. Voor diepere delen is gebruik gemaakt van een recent model van TNO. o Het meest actuele grondwaterdieptemodel (WDM) gebruikt. o Rekenwijzen geactualiseerd en modelparameters aangepast voor de Flevolandse situatie. Hiervoor zijn verschillende deelstudies en ondersteunende karteringen uitgevoerd, zoals van typen veen in Flevoland en de rijpingsgraad van de ondiepe zand/klei/leem ondergrond.
Er is voor prognose 2023 gebruik gemaakt van een breed scala aan bronnen en inzichten, en een state-of-the-art productiewijze die in samenspraak met deskundigen van ZZL en PFL zijn ingezet. Het scenario Prognose 2023 betreft een toekomstscenario waarin: o Waterpeilen in Flevoland onveranderd blijven. o Zich een gematigde klimaatontwikkeling voordoet volgens het KNMI’14 GL scenario. o Landgebruik en ondiepe grondwaterwinning ongewijzigd blijven. De nieuwe klimaatscenario’s 2023 van het KNMI konden nog niet worden gebruikt voor deze prognose, maar kunnen relatief makkelijk worden opgenomen in een update. Ook extra scenario’s kunnen vrij gemakkelijk worden toegevoegd.
4 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Opname in Atlantis De productie van prognose 2023 voor Flevoland is vastgelegd en uitgevoerd in Atlantis, de open source productieomgeving waarmee Deltares, TNO en WENR ook de nationale bodemdalingsvoorspellingenkaarten maken die o.a. worden gepubliceerd in de nationale klimaateffectatlas. Zowel prognose 2023 voor Flevoland als toekomstige updates daarvan worden daardoor ‘automatisch’ verwerkt in updates van de nationale klimaateffectatlas. Door opname in Atlantis is reproduceerbaarheid van de prognose gegarandeerd (dit was niet het geval voor de vorige prognose), kunnen verbeteringen in de datasets voor bodem en grondwater in Flevoland relatief eenvoudig worden verwerkt tot een nieuwe prognose, en kunnen ook generieke verbeteringen in de doorontwikkeling van Atlantis worden benut. De prognose Prognose 2023 bestaat uit een basiskaart en twee kaarten die lagere en hogere bodemdalingsverwachtingen tonen. De basiskaart betreft ‘de beste’ schatting. De kaarten ‘prognose laag’ en ‘prognose hoog’ geven een beeld van de onzekerheid (bandbreedte) van de prognose. Prognose 2012 voorspelde een forse bodemdaling in grote delen van Zuidelijk Flevoland, het sterkst direct ten noorden en ten oosten van Almere Buiten met daling voor de periode 20112100 van meer dan een meter1. Volgens prognose 2023 is de bodemdaling in dit gebied zeer onzeker maar ook geringer (voor het gebruikte scenario).
De basisprognose toont daling tot enkele decimeters voor de periode 2020-2100. ‘Prognose hoog’ laat zien dat daling van meer dan een halve meter op diverse plaatsen niet kan worden uitgesloten, met name door (rest)rijping van het minerale dek en oxidatie van onderliggend veen. Daling in de orde van meer dan een halve meter wordt echter niet verwacht. ‘Prognose laag’ laat zien dat de daling in Zuidelijk Flevoland voor het gekozen scenario ook beperkt zou kunnen blijven tot maximaal een decimeter. In Oostelijk Flevoland wordt in prognose 2023 alleen significante bodemdaling (ca. een halve meter) in 2100 berekend in een zone ten noord(oosten) van Dronten. De grote daling ten noorden van Lelystad die prognose 2012 toonde, is in de nieuwe prognose niet aanwezig. Voor de Noordoostpolder toont de basisprognose diverse gebieden waar daling tussen 40 en 75 cm wordt bereikt in 2100, vooral door veenoxidatie (nabij Schokland, ten zuiden van Tollebeek, ten noorden van Urk, ten noordwesten van Emmeloord, op de overgang naar het oude land rond Kuinre en tussen Emmeloord en Marknesse). De bebouwde omgeving is niet opgenomen in de prognose, met uitzondering van Oosterwold.
De reden om bebouwd gebied niet op te nemen is dat maaiveldhoogteverandering in stedelijk gebied gecompliceerd is door renovaties/ophogingen, de daling sterk wordt bepaald door de wijze waarop wijken bouwrijp zijn gemaakt en/of gerenoveerd. Ook kan de bodemdaling in de bebouwde omgeving over het algemeen sterk verschillen voor wegdelen, bermen/parken, sportvelden e.d. Prognose in de stedelijke omgeving vraagt om een andere benadering dan de landelijke omgeving. Omdat een prognose altijd onzekerheid met zich draagt – de mate van onzekerheid is in beeld gebracht met ‘prognose laag’ en ‘prognose hoog’ – zijn verdere afwegingen en keuzes nodig voor gebruik van de prognose in specifieke toepassingen. Bijvoorbeeld of kan worden volstaan met gebruik van de basisprognose, de hoge prognose, een onderbouwde aanpassing daarvan, of dat meerdere varianten moeten worden gebruikt. Deze afwegingen en keuzes zijn toepassingsafhankelijk en moeten door de gebruiker worden gemaakt. Inzet van deskundigen van ZZL en/of PZL en, waar nodig van externe experts, is daarbij wenselijk. Aanbevelingen —————————————— 1
Bij de vorige prognose zijn factoren die bijdragen aan onzekerheid daarvan wel besproken in de rapportage, maar is geen poging gedaan om deze te schatten en ruimtelijk in beeld te brengen.
5 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Om de bodemdalingsprognose voor Flevoland verder te kunnen verbeteren, en de onzekerheid daarin te verkleinen, is het vooral noodzakelijk om feitelijke informatie over de ‘actuele’ bodemdaling in Flevoland en de bijdragen daarin van (rest)rijping, oxidatie en compactie te vergaren. Sinds het beëindigen van het onderzoek op de voormalige rijpingsterreinen begin jaren ’90 van de vorige eeuw, is het zicht op bodemdaling en bodemdalingsprocessen in de provincie min of meer weggevallen. Daarom wordt sterk aanbevolen om op meerdere plaatsen in de provincie bodemdalingsmeetsites te realiseren, zoals dat ook gebeurt in andere delen van Nederland waar bodemdaling belangrijk is voor de duurzame inrichting, zoals in het Groene Hart. Daarnaast wordt aanbevolen om meer duidelijkheid te verkrijgen over een aantal specifieke aspecten van rijping en oxidatie zoals het achterblijven van rijping voor specifieke kleitypen en de afbraakgevoeligheid van de verschillende veentypen, en wordt aanbevolen de basisgegevens over bodemopbouw en grondwater in de provincie te blijven uitbreiden, met name in de bodemdalingsgevoelige gebieden van prognose 2023.
6 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Inhoud
1
Samenvatting
4
Introductie
10
1.1
Aanleiding en opdracht
10
1.2
Leeswijzer
10
I Algemeen deel
11
2
Uitgangspunten
12
3
Aanpak
15
3.1
Fase 1 Voorbereidende werkzaamheden
16
3.2
Fase 2 Berekeningen, kaartproductie en rapportage
18
3.3
Belangrijkste verschillen ten opzichte van prognose 2012
18
4
De prognosekaart(en)
20
4.1
Overzichtstabel
20
4.2
Impressie en kengetallen van de bodemdalingsprognose
20
4.3
Verschillen in dalingsbeeld ten opzichte van prognose 2012
24
4.4
Relevante aspecten voor kaartgebruik
26
5
Mogelijkheden voor aanvulling en verbetering
28
II: Technische toelichting
30
6
Kaartproductieomgeving Atlantis
31
7
AHN analyse
33
7.1 7.1.1 7.1.2
Aangevulde tijdreeksen maaivelddaling rijpingsterreinen Methode Resultaten
33 33 33
7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3
Maaivelddalingssnelheidskaart op basis van AHN2,3,4 Methode Resultaat Duiding
34 34 36 37
8
Ondergrondmodel
39
8.1
Inleiding
39
8.2
Productiewijze ‘diepe deel’
39
8.3
Productiewijze bodemdeel
40
8.4
NAP hoogte
44
7 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
9
Kartering rijpingsgraad
45
9.1
Werkwijze
45
9.2
Resultaten
46
10
Kartering veentypen
51
10.1
Werkwijze
51
10.2
Resultaten
52
11
Rekenwijze rijping
56
11.1
Inleiding
56
11.2
Uitgangspunten
56
11.3
Rekenwijze
57
12
Rekenwijze oxidatie
59
12.1
Rekenwijze
59
12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4
Onderzoek naar gebiedsspecifieke parametrisatie De invloed van veentypen Invloed minerale dek Hoogte boven de GLG zonder oxidatie Organische stofdichtheid veen
60 60 62 63 67
12.3
Verwerking van de temperatuurontwikkeling in het klimaatscenario
68
13
Rekenwijze compactie
71
14
GLG
72
14.1
Startconditie
72
14.2 14.2.1 14.2.2
Ontwikkeling van GLG in de tijd Aanpak verwerking klimaatscenario Aanpak verwerking maaivelddaling
73 73 74
15
Startparametrisatie
75
15.1
Parameterwaarden op basis van ruimtelijke kartering
75
15.2
Parameterwaarden gekoppeld aan lithoklassen en ruimtelijk uniforme parameterwaarden
76
15.3
Tijdsdiscretisatie
77
16
Gevoeligheidsanalyse
78
16.1
Geselecteerde locaties
78
16.2
Variatie parameterwaarden in gevoeligheidsanalyse
79
16.3 16.3.1 16.3.2
Resultaten Statistieken Bespreking
79 80 81
17 17.1
8 van 114
Definitieve parametrisatie basiskaart en bandbreedtekaarten Overwegingen voor de basiskaart
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
82 82
17.2
Overwegingen voor de bandbreedtekaarten
83
17.3
Parametrisatie
83
18
Referenties
85
19
Bijlagen
88
A
Digitale bijlagen
89
A.1
Prognosekaarten_2023
89
A.2
Dalingstijdreeksen rijpingsterreinen_2023
89
A.3
Dalingstijdreeksen rijpingsterreinen_2023_incl_prognose
89
A.4
DalingssnelheidskaartAHN2,3,4
89
A.5
Voxelmodel_2023
89
B
n-factor
90
C
Afleiding factor voor volumeverlies door rijping
91
D
Resultaten gevoeligheidsanalyse per locatie met toelichting
92
D.1
ZF.A
92
D.2
ZF.B
93
D.3
ZF.C
94
D.4
ZF.D
95
D.5
ZF.E
96
D.6
OF.A
97
D.7
OF.B
98
D.8
NOP.A
99
D.9
NOP.B
100
D.10
NOP.C
101
D.11
Toelichting
102
E
Voxelmodel kaartbeelden
104
E.1
Lithoklassen (bodemdeel)
104
E.2
Rijpingsklassen (bodemdeel)
106
E.3
Massapercentage lutum (bodemdeel)
108
E.4
Massapercentage organische stof (bodemdeel)
110
E.5
Trofiegraad van het veen; veentype
112
9 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
1
Introductie
1.1
Aanleiding en opdracht Provincie Flevoland en waterschap Zuiderzeeland hebben een gezamenlijke verantwoordelijkheid voor het creëren, onderhouden en aanpassen van randvoorwaarden waarbinnen de functies wonen, werken, landbouw en natuur zo optimaal mogelijk kunnen bestaan. Een goed functionerende waterhuishouding en een goede bodemgesteldheid zijn essentiële onderdelen van die randvoorwaarden. Eén van de factoren die bodemgesteldheid en de waterhuishouding in de loop van de tijd veranderen, en waar beide overheden rekening mee moeten en willen houden, is de bodemdaling in het beheergebied. Bodemdaling is relevant voor actuele beleidsopgaven van de provincie zoals de stedelijke gebiedsontwikkeling en klimaatadaptatie. Een prognose van bodemdaling is onder andere nodig voor de watersysteemtoets waarvan de eerstvolgende in 2024 zal plaatsvinden. De meest recente gebiedsdekkende bodemdalingsprognose dateert van ruim tien jaar geleden (De Lange e.a., 2012). Omdat wetenschappelijke inzichten en datasets rond bodemdaling zich snel ontwikkelen, hebben waterschap Zuiderzeeland (ZZL) en de provincie Flevoland (PFL) Deltares eind 2021 gevraagd om samen met WENR en TNO een voorstudie te doen voor een nieuwe prognose.
In de voorstudie is de vorige bodemdalingsprognose uit 2012 geëvalueerd en is op grond van de ontwikkeling van kennis en technische mogelijkheden een aantal mogelijkheden voor de aanpak van een nieuwe prognose geformuleerd (Kooi e.a., 2022). Op basis daarvan hebben het waterschap en de provincie een voorkeursaanpak gekozen en is aan de genoemde partners de opdracht gegeven om de nieuwe prognose op te stellen. Dit rapport doet verslag van uitgevoerde werkzaamheden en geeft een toelichting op de geproduceerde kaarten en aanvullende producten.
1.2
Leeswijzer Dit rapport bestaat uit een algemeen deel (Hoofdstukken 2 t/m 5) en een technische toelichting (Hoofdstuk 6 en verder, inclusief bijlagen). Het algemene deel beschrijft het project op hoofdlijnen en presenteert de nieuwe prognose. Dit deel is zelfstandig te lezen. Voor verdieping wordt verwezen naar hoofdstukken van de technische toelichting. In het technische deel wordt uitgebreider ingegaan op de uitgevoerde deelstudies, keuzes die op basis van die studies zijn gemaakt, en op de meer technische aspecten van de productiewijze van de prognose. In deze hoofdstukken worden diverse aanvullende producten gepresenteerd zoals schattingen van de opgetreden bodemdaling op basis van metingen en kaarten met ondergrondinformatie. Deze hoofdstukken zijn met name bedoeld voor de meer technisch onderlegde en geïnteresseerde lezer. De vorige en de nieuwe prognose worden verder respectievelijk aangeduid met prognose 2012 en prognose 2023.
10 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
I Algemeen deel
11 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
2
Uitgangspunten Op basis van de voorstudie (Kooi e.a., 2022) is door ZZL en de provincie Flevoland een aantal uitgangspunten geformuleerd voor de vervaardiging van de prognose. De belangrijkste uitgangspunten worden toegelicht in dit hoofdstuk. Hoofdstuk 3 (beschrijving van de werkwijze) bevat enkele aanvullende uitgangspunten die meer in detail invulling geven aan deze hoofduitgangspunten. De hoofduitgangspunten zijn de volgende. 1. Baseer de prognose op berekeningen die starten bij de actuele situatie. Dit wijkt af van de aanpak van prognose 2012 waarin berekeningen startten vanaf het moment van drooglegging van de polders. De reden voor de andere aanpak is drieledig: - De bijdrage van de verschillende processen die de bodemdaling verklaren zijn steeds minder bepaald door de grote veranderingen die plaatsvonden bij de drooglegging; het historische verleden heeft nu weinig voorspellende waarde meer. - Anders dan bij de vorig prognose, is nu meer informatie beschikbaar over de ‘actuele’ bodemopbouw en de ‘actuele’ grondwatersituatie. - Een rekenwijze op basis van de actuele situatie sluit aan bij de rekenwijze die voor de rest van Nederland wordt gebruikt voor de nationale bodemdalingsvoorspellingskaarten. Zie ook punt 3. 2. Maak in het procesmodel onderscheid naar rijping/krimp, compactie en veenoxidatie2 (zie Box 1).
Voor veenoxidatie moet bekeken worden in hoeverre de oxidatiesnelheid die wordt gehanteerd voor de nationale bodemdalingsvoorspellingskaarten, en die gebaseerd is op langjarige metingen in het veenweidegebied van Zuid Holland, aanpassing behoeft voor de Flevolandse situatie, waarbij o.a. veentype en de dikte van het minerale dek een rol kan spelen. 3. Ga voor de prognose uit van een vast streefpeil en een gematigd scenario voor klimaatverandering (KNMI’14 GL-scenario)3. Hanteer de zichtjaren 2030, 2036, 2050, 2085 en 2100. Gebruik een resolutie van de kaartbeelden die past bij de gebruikte brondata4. Prognosekaarten betreffen: (A) maaiveldhoogte (inclusief referentie/actuele hoogte); (B) bodemdaling (maaiveldhoogtezakking); (C) individuele bijdragen van veenoxidatie, rijping en compactie aan (B); (D) een kaartbeeld met een expert-judgement van de bandbreedte van (B) om een beeld te geven van de nauwkeurigheid/betrouwbaarheid van de schatting (E) de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) (inclusief referentie/actueel); (F) drooglegging (inclusief referentie/actueel) 4. Stedelijk gebied maakt géén deel uit van de prognose met uitzondering van Oosterwold. De reden om bebouwd gebied buiten beschouwing te laten is dat maaiveldhoogteverandering in stedelijk gebied gecompliceerd is door renovaties/ophogingen, de daling sterk wordt bepaald door de wijze waarop wijken —————————————— 2
In de vorige prognose werden rijping/krimp en compactie niet als onderscheidende processen gemodelleerd. Box 1
geeft een korte omschrijving van de drie deelprocessen. 3 Aanvullende scenario’s kunnen in een aanvullende opdracht vrij snel worden toegevoegd. 4 Niet te grof, maar ook niet te fijn om schijnnauwkeurigheid te vermijden.
12 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
bouwrijp zijn gemaakt en/of gerenoveerd, en de ruimtelijke variatie van bodemdaling over het algemeen sterk kan verschillen voor wegdelen, bermen/parken, sportvelden e.d. Prognose in de stedelijke omgeving vraagt om een andere benadering. Voor Oosterwold gelden deze beperkingen niet, of in mindere mate. Het plangebied “Oosterwold” ten zuidoosten van Almere wordt vooralsnog betiteld als landelijk gebied.
Box 1: De drie onderscheiden bodemdalingsprocessen
Rijping/krimp Rijping vindt plaats bij het droogvallen (drainage/ontwatering) van klei-rijke sedimenten die onder water zijn afgezet. Luchtindringing in de bodem zet veranderingen in gang waarbij het slappe sediment geleidelijk verandert in een stevige, doorlatende bodem met structuur. Dat gaat gepaard met een onomkeerbaar verlies aan water en een aanzienlijk volumeverlies. Dit volumeverlies wordt ook wel krimp genoemd. Wateronttrekking door begroeiing versnelt het rijpingsproces aanzienlijk. Door het volumeverlies ontstaan rijpingsscheuren in de bodem en treedt maaivelddaling op. Rijping vindt dus vrij ondiep plaats in het bodemprofiel, namelijk tot waar lucht in de bodem dringt. In de Flevopolders was rijping (krimp) een hoofdoorzaak van de bodemdaling door de drooglegging van de waterbodems van het IJsselmeer. Grote delen van het minerale dek zijn inmiddels sterk gerijpt waardoor een verdere bijdrage aan bodemdaling afwezig of beperkt is. Op diverse locaties in Flevoland komen echter nog ongerijpte of onvolledig gerijpte bodemhorizonten voor. Dat betekent dat op deze locaties ook nu nog rekening moet worden gehouden met een rijpingsbijdrage (restrijping). Oxidatie De bodem van Flevoland bevat veen en organisch-rijke klei. Door ontwatering van deze bodemlagen kan zuurstof de bodem indringen.
Met de beschikbaarheid van zuurstof wordt het organisch materiaal door bacteriën afgebroken (hetzelfde als het vergaan van bladeren en hout in een bos). Met het verdwijnen van het organisch materiaal verliest de bodem volume en ontstaat bodemdaling. Dit bodemdalingsproces wordt aangeduid met de term ‘oxidatie’. Deze oxidatie onder invloed van zuurstof vindt dus ook vrij ondiep plaats in het bodemprofiel, namelijk tot waar lucht en zuurstof de bodem indringt. Compactie Beneden de diepste grondwaterstand is de porieruimte in de bodem gevuld met (grond)water. Wanneer de waterdruk van het grondwater wordt verlaagd krijgt het korrelskelet meer van het gewicht van de bovenliggende grondlagen te dragen en wordt het korrelskelet samengedrukt; er treedt verdichting op, wat gepaard gaat met volumeverlies. Dit wordt compactie genoemd.
13 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Met name veen- en kleilagen in de ondergrond van Flevoland zijn daar gevoelig voor. Compactie wordt onder andere veroorzaakt door verlaging van de grondwaterstand. Een deel van de compactie gebeurt vrij snel na een grondwaterstandsverlaging. Een ander deel (aangeduid met de term kruip) gebeurt heel langzaam en kan vele decennia doorwerken. Compactie vindt dus relatief diep in de ondergrond plaats. Voor de bodemdalingsprognose wordt compactie tot zo’n tien meter onder het maaiveld in rekening gebracht.
14 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
3
Aanpak De berekeningen en kaartproductie zijn gedaan met Atlantis (Bootsma e.a. 2020; Erkens e.a. 2021). Atlantis is een open source productieomgeving waarmee Deltares, TNO en WENR bodemdalingsvoorspellingen maken op basis van een 3D ondergrondmodel (voxelmodel). Door gebruik van Atlantis kunnen nieuwe prognoses of aanvullende scenario’s in de toekomst sneller en makkelijker worden gemaakt, en geïntegreerd in de landelijke kaarten. Bovendien wordt de productieomgeving Atlantis doorontwikkeld met eigen financiering vanuit de onderzoeksinstituten. Atlantis wordt in meer detail toegelicht in hoofdstuk 6. Het project is uitgevoerd in twee fasen (Figuur 1). Fase 1 omvat voorbereidende werkzaamheden, gericht op ontwikkelen en operationeel maken van de rekenwijze en benodigde (input)datasets. In fase 2 zijn de bodemdalingsberekeningen verricht om de voorspellingskaarten te produceren en is de rapportage ondergebracht. In deze sectie worden de verschillende stappen in beide fasen kort toegelicht. In de technische toelichting worden de stappen, keuzes en resultaten in detail beschreven.
Figuur 1 Overzicht van de verschillende activiteiten die onderdeel uitmaken van de gebruikte werkwijze, ondergebracht in een voorbereidende fase en een fase van kaartproductie en documentatie. Bij drie activiteiten heeft thematisch overleg plaatsgevonden waarin keuzes in de uiteindelijke werkwijze zijn afgestemd met de opdrachtgevers. Bij de activiteit ‘startparametrisatie en gevoeligheidsanalyse’ betrof dat twee overleggen, één over de uitvoering van de gevoeligheidsanalyse en één over de verwerking van de uitkomsten van de gevoeligheidsanalyse. De voorbereidende activiteiten konden grotendeels onafhankelijk van elkaar worden verricht (geen duidelijke volgordelijkheid).
15 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
3.1
Fase 1 Voorbereidende werkzaamheden ‘Bodemdalingsmetingen’ De opgestelde prognose betreft de ontwikkeling van de maaiveldhoogte vanaf 2020. Het is daarbij wenselijk dat de bodemdalingssnelheid bij de start, rond 2020, zo goed mogelijk aansluit bij onafhankelijke bodemdalingsmetingen rond die tijd. Gerichte bodemdalingsmetingen bestaan echter niet voor het landelijk gebied in Flevoland. Wel kunnen hoogtebestanden worden gebruikt om een beeld van de bodemdaling te verkrijgen. Daarbij moet nadrukkelijk rekening worden gehouden met de beperkte nauwkeurigheid van de hoogtewaarden. Voor dit project is een analyse gemaakt van de bodemdalingssnelheid over de periode 2009-2020 (Zuidelijk en Oostelijk Flevoland) en de periode 2009-2022 (Noordoostpolder) op basis van het actueel hoogtebestand Nederland (AHN). Dit leverde een kaart op voor de snelheid én een foutschatting van de snelheid (pararaaf 7.2.2). Ook zijn AHN hoogteschattingen voor de locaties van de voormalige rijpingsterreinen gemaakt en toegevoegd aan de databestanden van ZZL voor deze terreinen. De resultaten hiervan zijn opgenomen in een Excel bestand en een nieuwe set figuren die een schatting opleveren voor de bodemdaling sinds de drooglegging (digitale bijlage 19A.2).
Ondergrondmodel Er is een model van de ondergrond van Flevoland gemaakt dat de opbouw van de ondergrond beschrijft in termen van grondsoorten (lithoklassen veen, klei, zand, zavel). Het ondergrondmodel is een voxelmodel, d.w.z., een ruimtelijk model dat is opgebouwd uit horizontale lagen die elk bestaan uit aaneengesloten identieke blokken. Elke laag heeft een dikte van 0,2 m, elk blok meet 100 m bij 100 m in het horizontale vlak en is 0,2 m dik. Voor het “diepere deel” - dieper dan 1,6 m onder maaiveld - is gebruik gemaakt van een bestaand model dat gemaakt is ten behoeve van het AZURE grondwatermodel (Gunnink, 2021). De bovenste 1,6 m van dit model is geactualiseerd op basis van recente bodemgegevens die zijn verzameld in de periode 2012 tot en met 2018 door WENR en die zijn opgenomen in de Basisregistratie Ondergrond (BRO). Sinds de drooglegging van de polders zijn vooral ondiepe bodemlagen sterk in dikte afgenomen. Het gebruik van de recente gegevens was dus nodig om een accuraat model te verkrijgen voor de actuele situatie. Ondersteunende kartering Om geschikte rekenwijzen voor bodemdaling door oxidatie en door rijping op te stellen en te voorzien van een passende parametrisatie is een aantal karteringen verricht. Eén kartering betrof de mate van rijping van het minerale dek. Deze informatie is diepteafhankelijk gekarteerd voor een grote set boringen (hoofdstuk 9).
Een tweede kartering betrof onderscheidende typen veen die zich onder het minerale dek bevinden (hoofdstuk 10). Oorspronkelijk was het de bedoeling om ook een kartering van dikte en samenstelling van het minerale dek uit te voeren (Figuur 1) vanuit de gedachte dat dit mogelijk zou kunnen worden gebruikt om de beschermende werking van dit dek tegen veenoxidatie in de prognoseberekeningen op te nemen. Omdat bleek dat de beschermende werking daarmee echter niet verduidelijkt kon worden is ervoor gekozen deze kaart niet te maken maar deze te vervangen door een kaart met de diepte waarop veraard veen wordt aangetroffen (paragraaf 12.2.2). Rekenwijzen bodemdalingsprocessen Voor de drie onderscheiden bodemdalingsprocessen (uitgangspunt 2 in hoofdstuk 2) zijn de rekenwijzen vastgesteld. Daarvoor zijn de volgende onderzoeken verricht en aanpassingen gedaan in het rekenmodel van Atlantis. Rijping. Voor bodemdaling door rijping is een aparte rekenwijze ontwikkeld en gecodeerd in Atlantis (hoofdstuk 11). Daarvoor is onderzocht welke rekenwijze het beste aansluit bij
16 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
de actuele kennis over bodemdaling door rijping in de literatuur en bij de projectpartners. Ook zijn datasets voor de rijpingstoestand en grondwaterstand bestudeerd om verband te kunnen leggen tussen het dieptebereik van rijping en de gemiddeld diepste grondwaterstand (GLG). De ondersteunende kartering van de rijpingsgraad van het minerale dek is gebruikt voor de parametrisatie van het ondergrondmodel. Veenoxidatie. Voor de rekenwijze voor veenoxidatie is onderzocht of de modelparameters die worden gebruikt in Atlantis kunnen worden afgestemd op de Flevolandse situatie (hoofdstuk 12). Daarbij is gekeken naar vier aspecten. (1) In de ondergrond van Flevoland komen verschillende typen veen voor. Deze veentypen zijn in beeld gebracht in de ondersteunende kartering. Literatuuronderzoek is verricht om te zien in hoeverre de oxidatiesnelheid van deze veentypen verschilt. Daaruit bleek dat de wetenschappelijke basis vooralsnog onvoldoende is om dit betrouwbaar/betekenisvol te kunnen kwantificeren. Er is daarom uiteindelijk geen ruimtelijke differentiatie naar veentype toegepast in de productie van de prognosekaart. (2) In Flevoland ligt het veen onder een mineraal dek (zand, klei, zavel) dat varieert in samenstelling en dikte. Wanneer het dek de zuurstofindringing beperkt, kan dit de oxidatiesnelheid van het onderliggende veen beperken.
Verkenning van de literatuur liet ook hier zien dat er onvoldoende wetenschappelijke basis is om de parametrisatie van Atlantis op dit punt aan te passen. Er is daarom geen ruimtelijke differentiatie in de veenoxidatiesnelheid toegepast voor de invloed van minerale dek karakteristieken in de productie van de prognosekaart5. (3) De droge bulkdichtheid van het veen in Flevoland is bestudeerd en vergeleken met landelijke datasets. Daaruit bleek dat de gebruikelijke waarde voor droge bulkdichtheid van veen die wordt gebruikt in Atlantis ook voor Flevoland passend is. (4) Met behulp van berekeningen en bestaande veldmetingen is onderzocht tot welke niveau ten opzichte van de GLG lucht (en zuurstof) de bodem kan indringen (voor karakteristieke bodemprofielen in Flevoland en veenweide in het Groene Hart). Ook is de diepte onderzocht waar in Flevoland veraard veen wordt aangetroffen. De resultaten van de vier genoemde deelstudies zijn gebruikt bij het maken van de keuze van startwaarden voor relevante modelparameters en om bandbreedtes voor deze parameters te kiezen voor gebruik in de gevoeligheidsanalyse in fase 2. In de berekeningen neemt de oxidatiesnelheid van het veen geleidelijk toe in de tijd door de opwarming van de bodem voor het KNMI’14 GL-scenario. Compactie. Voor dit proces bestond geen aanleiding om de huidige rekenwijze aan te passen.
Er zijn geen specifieke nieuwe werkzaamheden verricht. De meest actuele implementatie in Atlantis is zonder aanpassing gebruikt. Grondwater In de huidige versie van Atlantis is de gemiddelde laagste grondwaterstand (GLG) de maatgevende freatische grondwaterstand in de rekenwijzen voor de bodemdalingsprocessen. Dit uitgangspunt is gehandhaafd in dit project. Voor de berekeningen is een kaart nodig voor de actuele GLG bij de start van de berekeningen én moeten aannames worden gedaan over hoe de GLG zich ontwikkelt naar de toekomst. De werkzaamheden hiervoor zijn verricht in de stappen ‘Start GLG-kaart’ en ‘GLG ontwikkeling (bodemdaling/klimaat)’ (Figuur 1), en worden beschreven in hoofdstuk 14. De keuze voor de startsituatie was een uitgangspunt: de GLG-kaart is betrokken uit het meest recente Water Diepte Model (WDM) van WENR voor de provincie. —————————————— 5
Aanwezigheid van mineraal dek beperkt wel de bodemdaling door oxidatie in de berekeningen omdat er daardoor een geringere veendikte aanwezig is in het dieptebereik waarin oxidatie kan plaatsvinden in vergelijking met de situatie zonder mineraal dek.
17 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
De GLG ontwikkeling vanaf de startconditie naar de toekomst bevat twee bijdragen: (1) de ontwikkeling door het gekozen klimaatscenario (uitgangspunt 3 in hoofdstuk 2) en (2) de ontwikkeling onder invloed van de bodemdaling. In overleg met de opdrachtgever is besloten om géén verandering GLG voor klimaatverandering toe te passen maar dit te verschuiven naar een update waarin de nieuwe klimaatscenario’s 2023 van het KNMI worden ingezet. Dit doet geen afbreuk aan de prognose 2023 omdat de invloed van het gematigde klimaatscenario KNMI’14 GL naar verwachting marginaal zijn. Startparametrisatie Met de resultaten van bovengenoemde werkzaamheden is een startparametrisatie opgesteld voor de bodemdalingsberekeningen met Atlantis (hoofdstuk 15). Drie parameters voor de rijpingsberekeningen, waaronder het rijpingsgetal dat de mate van rijping weergeeft, zijn ruimtelijk gemodelleerd met behulp van de uitgevoerde karteringen.
3.2
Fase 2 Berekeningen, kaartproductie en rapportage Gevoeligheidsanalyse en definitieve parametrisatie In de gevoeligheidsanalyse is voor een aantal geselecteerde parameters, inputbestanden en aannames, onderzocht in welke mate de bodemdalingsprognose verandert wanneer voor deze elementen (binnen redelijke grenzen) andere keuzes worden gemaakt (hoofdstuk 16). De resultaten van de gevoeligheidsanalyse zijn gebruikt om de definitieve parametrisatie voor de basisprognose(kaart) vast te stellen, en om parametersets te kiezen voor een hogere en lagere bodemdalingsprognose(kaart) die de onzekerheid (en bandbreedte) van de prognose in beeld brengen (uitgangspunt 4 in hoofdstuk 2) (hoofdstuk 17). De gevoeligheidsanalyse is gedaan voor tien geselecteerde locaties in de provincie, door berekeningen op representatieve bodemkolommen voor die locaties. De geproduceerde kaartenset wordt besproken in hoofdstuk 4 en is beschikbaar in een digitale bijlage 19A.1.
3.3
Belangrijkste verschillen ten opzichte van prognose 2012 De belangrijkste verschillen in de uitgangspunten en werkwijze die zijn gehanteerd in vergelijking met bodemdalingprognose 2012 (De Lange e.a., 2012) zijn: •
De prognose is gekoppeld aan een ander startjaar; 2020 in plaats van 2011.
•
Prognose 2012 is gemaakt op basis van een retrospectieve benadering die sterk wordt geleid door de modellering van de historische ontwikkeling vanaf de drooglegging van de verschillende polders. Voor prognose 2023 is overgestapt op een benadering die wordt gestuurd vanuit de ‘actuele situatie’. Deze benadering is meer ‘toekomstbestendig’ om de volgende redenen: De bijdrage van de verschillende processen aan de bodemdaling zijn steeds minder bepaald door de grote veranderingen die plaatsvonden bij de drooglegging; het historische verleden heeft nu naar verwachting weinig voorspellende waarde meer. Anders dan bij prognose 2012, is nu (en in de toekomst) meer informatie beschikbaar over de ‘actuele’ bodemopbouw en de ‘actuele’ grondwatersituatie. Een rekenwijze op basis van de actuele situatie sluit aan bij de rekenwijze die voor de rest van Nederland wordt gebruikt voor de nationale bodemdalingsvoorspellingskaarten. Daarmee kan de prognose voor Flevoland beter worden geïntegreerd in de nationale prognose waar periodiek updates voor worden gemaakt.
-
-
18 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
19 van 114
•
Eén van de kritieken die zijn geleverd op prognose 2012 betrof het ontbreken van een expliciet rijpingsmodel. Het rijpingsgedrag werd verondersteld impliciet te zijn meegenomen het compactiemodel. Voor prognose 2023 is een aparte rekenwijze voor rijping ontwikkeld en toegepast.
•
Er is voor prognose 2023 zoveel mogelijk gebruik gemaakt van voor de BRO ontwikkelde datasets. Dat is belangrijk voor de kwaliteitsborging. Bovendien kan efficiënt gebruik worden gemaakt van updates van deze datasets. Het betekent niet dat het niet mogelijk is om ook provinciale datasets te integreren.
•
De resolutie van de prognose is verhoogd van 250 m x 250 m naar 100 m x 100 m.
•
Er is een duidelijkere en expliciete werkwijze opgenomen voor hoe de GLG wordt beïnvloed door maaivelddaling.
•
Hoewel het niet mogelijk is om een objectieve, kwantitatieve maat voor de onzekerheid van de prognose te maken, is voor prognose 2023 (in tegenstelling tot prognose 2012) een indicatieve, kwantitatieve onzekerheid toegevoegd in de vorm van een lage en hoge bodemdalingsschatting. Ook is meer inzicht verschaft in de gevoeligheid van de prognose voor diverse parameters in de berekeningen.
•
De productie van onderliggende datasets zijn vastgelegd in scripts wat maakt dat deze datasets beter reproduceerbaar en updatebaar zijn. De rekenwijze is evenzeer vastgelegd in scripts in de productieomgeving Atlantis. Dit alles maakt dat aanvullende scenariokaarten en updates van de prognose veel efficiënter kunnen worden opgesteld dan ten tijde van prognose 2012.
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
4
De prognosekaart(en)
4.1
Overzichtstabel Tabel 1 geeft een overzicht van de geproduceerde prognosekaarten voor de verschillende zichtjaren. 2020 is het startjaar van de prognose. De kaarten zijn opgenomen in digitale bijlage 19A.1bij dit rapport. Elke kaart is beschikbaar in png-formaat voor eenvoudige visualisatie en in tiff-formaat voor gebruik in specialistische software voor digitale verwerking. Er is onderscheid gemaakt naar hoofdkaarten en bijkaarten. De hoofdkaarten bestaan uit kaarten die de maaiveldhoogteontwikkeling tonen en kaarten die de bodemdaling vanaf (januari) 2020 tonen. Voor elk zichtjaar bestaat de bodemdalingsprognose uit drie kaarten: de basisprognose, een lage schatting en een hoge schatting. Dit verschaft een beeld van de onzekerheid in de prognose. De bijkaarten leveren aanvullende informatie over bijdrage aan de (totale) bodemdaling door rijping, oxidatie en compactie, de diepte van de GLG onder maaiveld en de drooglegging6. Tabel 1 overzicht van de vervaardigde kaarten en bijbehorende zichtjaren. 2020
2030
2036
2050
2085
2100
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Bodemdaling rijping
✓
✓
✓
✓
✓
Bodemdaling oxidatie
✓
✓
✓
✓
✓
Bodemdaling compactie
✓
✓
✓
✓
✓
Hoofdkaarten Maaiveldhoogte *
Bodemdaling (totaal); basis, lage en hoge prognose (drie kaarten per zichtjaar) Bijkaarten
GLG (-mv)
✓
✓
✓
✓
✓
✓
Drooglegging
✓
✓
✓
✓
✓
✓
* = maaivelddaling
Naast de prognosekaarten hebben de werkzaamheden ook andere producten opgeleverd zoals rekenwijzen, een ondergrondmodel, kaarten en inzichten rond veen en rijping van het minerale dek en ‘bodemdalingsmetingen’. Veel van deze producten zijn belangrijk omdat ze efficiënte updates van de bodemdalingsprognose in de toekomst mogelijk maken. Deze producten worden gepresenteerd in de technische toelichting, deel II.
4.2
Impressie en kengetallen van de bodemdalingsprognose De bodemdalingsprognosekaarten voor zichtjaren 2050 en 2100 zijn respectievelijk afgebeeld in Figuur 2 en Figuur 3.
—————————————— 6
20 van 114
het verschil tussen maaiveldhoogte en het waterpeil.
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
2020-2050
Figuur 2 Bodemdalingsprognose voor de periode 2020-2050; links: lage prognose, midden: basisprognose (beste schatting); rechts: hoge prognose.
21 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
2020-2100
Figuur 3 Bodemdalingsprognose voor de periode 2020-2100; links: lage prognose, midden: basisprognose (beste schatting); rechts: hoge prognose.
22 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
De meest prominente bodemdalingsgebieden in de prognose zijn te vinden in de Noordoostpolder (NOP) en ten noorden van Dronten in Oostelijk Flevoland (OF) (de oranje/rode gebieden op de basiskaart en zichtjaar 2100). In deze gebieden levert veenoxidatie de belangrijkste bijdrage aan de bodemdaling7. De bodemdaling in Zuidelijk Flevoland (ZF) is relatief geringer in de prognose en onzeker (vrijwel afwezig in de lage prognose). Het relatief dikke minerale dek beschermt het veen daar tegen veenoxidatie, met uitzondering van het meest zuidelijke deel van ZF, waar de deklaag dun is. In centrale delen van ZF levert rijping daardoor (nog steeds) de belangrijkste bijdrage in de basisprognose. Op veel plaatsen in ZF is de bescherming tegen veenoxidatie door de deklaag echter marginaal. Een verlaging van de GLG kan er daarom toe leiden dat veenoxidatie het dominante proces wordt en de bodemdaling versnelt. Het is niet uitgesloten dat veenoxidatie nu al op uitgebreidere schaal plaatsvindt in ZF. Dat is verwerkt in de hoge prognosekaart. De verschillen tussen de basisprognose enerzijds en de hoge en lage prognose anderzijds, laten zien dat de onzekerheid van de prognose in grote delen van de provincie groot is.
Dat komt omdat de bodemdalingsprocessen gevoelig zijn voor kleine verschillen in de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) en diverse bodem- en modelparameters (hoofdstuk 16), en deze met een beperkte nauwkeurigheid bekend zijn (o.a. hoofdstukken 14 en 15). De prognose geeft daarmee vooral inzicht in bodemdalingsgevoelige gebiedsdelen waar (grond)waterbeheer een groot verschil kan maken. De verschillen in dalingsbeeld met prognose 2012 worden besproken in paragraaf 4.3. Tabel 2 geeft de gemiddelde bodemdaling in de provincie als geheel en voor de individuele polders. Tabel 2 Gemiddelde daling (in cm) voor het oppervlak waarvoor de prognose is gedaan gebied
2020-2050 laag
basis
2020-2100 hoog
laag
basis
hoog
Gemiddelde daling totaal
2,9
5,8
17,9
5,2
9,9
31,8
Gemiddelde daling ZF
3,2
6,0
22,9
5,8
9,9
40,6
Gemiddelde daling OF
2,3
4,2
13,7
4,2
7,1
24,1
Gemiddelde daling NOP
3,3
7,3
18,5
5,7
12,6
33,1
Voor de locaties van de voormalige rijpingsterreinen is de prognose ook zichtbaar gemaakt in grafieken die de tijdontwikkeling van de bodemdaling weergeven sinds de drooglegging. Deze grafieken zijn opgenomen in digitale bijlage 19A.3 bij dit rapport. Figuur 4 toont een voorbeeld voor rijpingsterrein OF 7 in Oostelijk Flevoland. De prognose is te zien in het rechterdeel van de grafiek (legenda-time ‘Atlantis’), waarbij de uiteinden van de ‘error bars’ corresponderen met de lage en hoge prognose. Over het algemeen - Figuur 4 is daar een voorbeeld van - past het trendbeeld van de prognose én de onzekerheidsschatting goed bij het beeld dat volgt uit de ‘metingen’. Voor sommige voormalige rijpingsterreinen is de hoge prognose mogelijk een overschat als wordt afgegaan op een zichtbare ‘trendbreuk’ met de voorgaande periode. Een daadwerkelijke ‘recente’ trendbreuk kan echter niet worden uitgesloten, bijvoorbeeld wanneer door ingrepen in perceeldrainage de GLG verlaagd is.
—————————————— 7
De bijdragen van de drie bodemdalingscomponenten kunnen worden bestudeerd aan de hand van de bijkaarten in digitale bijlage 19A.1.
23 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Figuur 4 Grafiek van de tijdontwikkeling van de bodemdaling op de locatie van een voormalig rijpingsterrein (OF 7). ‘Atlantis’ (paars) geeft de bodemdalingsprognose weer, waarin het symbool de basisprognose laat zien. De prognose is opgeteld bij de bodemdaling van AHN4 (in 2020)). De extremen van de ‘error bar’ corresponderen met de hoge en lage prognose. De andere informatie in de grafiek betreffen bodemdalingsschattingen uit maaiveldhoogtemetingen. Voor een toelichting daarvan wordt verwezen naar paragraaf 7.1.2.
4.3
Verschillen in dalingsbeeld ten opzichte van prognose 2012 Figuur 5 toont prognose 2012 voor zichtjaar 2100 samen met de basisprognosekaart prognose 2023 voor 2100. In deze paragraaf worden de overeenkomsten en verschillen besproken.
Figuur 5 Prognose 2023 (links) en prognose 2012 (rechts) voor zichtjaar 2100. Van de nieuwe prognose is de basisprognose weergegeven.
24 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
Zuidelijk Flevoland Prognose 2012 (De Lange et al., 2012) voorspelde een forse bodemdaling in grote delen van Zuidelijk Flevoland, het sterkst direct ten noorden en ten oosten van Almere Buiten met daling voor de periode 2011-2100 van meer dan een meter. Volgens prognose 2023 is de bodemdaling in dit gebied zeer onzeker maar ook geringer. De basisprognose toont daling tot enkele decimeters voor de periode 2020-2100; vrijwel geen compactie, lokaal een beperkte bijdrage van veenoxidatie en een zeer geringe bijdrage van (rest)rijping. ‘Prognose hoog’ laat echter zien dat daling van meer dan een halve meter op veel plaatsen niet kan worden uitgesloten door een grotere bijdrage van zowel oxidatie als (rest)rijping. Daling in de orde van een meter wordt echter nergens voorspeld voor het gebruikte scenario8. Andere scenario’s waarin sprake is van grondwaterstandsdaling door sterk toenemende droogte of door actieve ingrepen zouden tot grotere bodemdaling kunnen leiden. Grote delen van Zuidelijk Flevoland zijn daar waarschijnlijk gevoelig voor.
De dalingssnelheidskaart die is gemaakt met de hoogtebestanden van het AHN (Figuur 11) laat bijvoorbeeld zien dat er waarschijnlijk vrij veel maaivelddaling van één a twee decimeter heeft plaatsgevonden in het centrale deel van Zuidelijk Flevoland in de periode 2009-2020 voorafgaand aan de prognose - het landelijk gebied tussen de snelwegen A6, A27 in het noord- en zuidwesten en de Hoge Vaart en de Ooievaarstocht in het zuid- en noordoosten kleurt dominant blauw op de kaart. De grootste bijdrage aan die daling lijkt9 te zijn opgetreden in de periode 2016-2020. Dit kan erop duiden dat de extreme droogte van 2018 tot extra bodemdaling heeft geleid in dit gebied en dat het gebied gevoelig is voor grondwaterstandsverlaging10. Oostelijk Flevoland Met uitzondering van een zone langs het IJsselmeer vertonen de vorige en de nieuwe prognose grote overeenkomsten. De bodemdaling is over het algemeen gering. En beide prognoses bevatten een band met meer bodemdaling ten noordoosten van Dronten waar veen relatief dicht onder maaiveld voorkomt. Gebieden met sterke bodemdaling in prognose 2012 direct ten noorden van Lelystad en ten westen van Swifterbant komen niet terug in prognose 2023, waarschijnlijk omdat de voorspelde bijdrage van compactie veel geringer is.
Noordoostpolder Voor de Noordoostpolder is prognose 2023 in grote lijnen goed vergelijkbaar met prognose 2012 met zones met relatief grote daling nabij Schokland, ten zuiden van Tollebeek, ten noorden van Urk, ten noordwesten van Emmeloord en op de overgang naar het oude land rond Kuinre. Prognose 2023 laat vooral zien dat hoeveelheid bodemdaling die voor deze gebieden wordt verwacht zowel aanzienlijk meer als aanzienlijk minder kan zijn dan in prognose 2012. Tussen Emmeloord en Marknesse wordt in prognose 2023 wat meer bodemdaling verwacht.
—————————————— 8
De grote(re) bodemdaling in de vorige prognose is waarschijnlijk vooral bepaald door de polderbrede kalibratie op
basis van historische dalingstrends op voormalige rijpingsterreinen tot begin jaren ’90 van de vorige eeuw (retrospectieve benadering). Ook waren rijping en compactie niet opgenomen als verschillende processen. Daardoor is waarschijnlijk een grote bijdrage in de prognose ‘terecht gekomen’ in compactie van diepere veen- en kleilagen wat in de prognose vooral tot uiting komt op locaties waar het Holocene pakket relatief dik is (rond Almere en ten noorden van Lelystad). De nieuwe prognose gaat uit van de ‘actuele bodem- en grondwatercondities’ en de processen die daaraan gekoppeld kunnen worden. Een grote bijdrage van compactie is niet aanwezig in het gekozen scenario omdat er niet of nauwelijks belasting van de diepere lagen plaatsvindt door verlaging van de grondwaterstand. 9 De voorzichtigheid heeft te maken met de onzekerheid in de AHN hoogteschattingen (paragrafen 7.2.2 en 7.2.3) 10 Voor ‘prognose hoog’ is weliswaar gerekend met een wat lagere grondwaterstand dan voor de basisprognose, maar er is geen scenario van grondwaterstandsverlaging toegepast.
25 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
4.4
Relevante aspecten voor kaartgebruik Resolutie De prognosekaarten hebben een ruimtelijke resolutie van 100 m x 100 m. Dat betekent dat de kaarten géén informatie leveren op een fijnere schaal. Elke getalswaarde moet worden beschouwd als een representatieve waarde voor een gebied van 100 m x 100 m. Scenario De bodemdalingsprognose is gekoppeld aan een set van uitgangspunten (basis scenario) zoals een vast peil, een gematigde klimaatontwikkeling en onveranderd landgebruik. De prognose is dus niet noodzakelijk een verwachting van de ‘werkelijke ontwikkeling’. Deze kan en zal, met name op de langere termijn, op allerhande manieren lokaal of regionaal afwijken van het gekozen scenario. Wat de gevolgen zijn van andere uitgangspunten kan onderzocht worden door prognoses te maken voor aanvullende/andere scenario’s, en deze te vergelijken met het basis scenario. Onzekerheid/bandbreedte De basisprognose kan beschouwd worden als de mediane waarde11. Dat wil zeggen, er is 50% kans dat de bodemdaling ‘in werkelijkheid’ hoger en 50% kans dat deze lager is. De mate waarin de bodemaling hoger kan zijn is vaak echter aanzienlijk groter dan dat deze lager kan zijn. De basisprognose ligt daardoor vaak dichter bij de lage prognose dan bij de hoge prognose, en is soms zelfs vrijwel gelijk aan de lage prognose.
Verder moet er rekening mee worden gehouden dat de basisprognose de bodemdaling op de ene plaats kan onderschatten en op de andere plaats kan overschatten. De kaarten ‘prognose laag’ en ‘prognose hoog’ geven een indicatie hoeveel hoger of lager de prognose kan zijn dan de basisprognose (voor het gehanteerde scenario). De kans dat de waarden daarbuiten vallen wordt klein geacht. Er kan daarvoor gedacht worden aan ca. 20%11. Het verschil tussen prognose laag en prognose hoog is op diverse plaatsen meer dan 30 cm in 2050 en in 2100 loopt dit in bodemdalingsgevoelige gebieden op tot meer dan een halve meter. Voor gebruik van de prognose in specifieke toepassingen is het daarom belangrijk om rekening te houden met de onzekerheid, en zijn verdere afwegingen en keuzes nodig. Bijvoorbeeld of kan worden volstaan met gebruik van de basisprognose, de hoge prognose, een onderbouwde aanpassing daarvan, of dat meerdere varianten moeten worden gebruikt. Deze afwegingen zijn toepassingsafhankelijk; er bestaat geen standaard instructie voor. Inzet van deskundigen van ZZL en/of PZL bij gebruik van de prognose is daarom belangrijk. De onzekerheid in de bodemdaling komt voort uit onzekerheid over invoer/parameters in de onderliggende berekeningen.
De onzekerheid van de prognose is alleen getoond voor de bodemdaling, maar de marge (of: bandbreedte) die daaruit volgt is ook van toepassing op de volgende kaarten: - Maaiveldhoogte - Drooglegging Daarnaast is er onzekerheid in de initiële maaiveldhoogte. De onzekerheid in de verandering van de GLG (-mv) – deze verandering is niet expliciet getoond in de kaarten – wordt geschat op ca. 50% van de onzekerheid in de bodemdaling. De onzekerheid van de bodemdalingsbijdragen van de drie onderscheiden processen is niet goed apart te bepalen, maar per bijdrage maximaal gelijk aan de onzekerheid van de totale bodemdaling. Negatieve drooglegging Op enkele locaties laten de (basis)prognosekaarten van de drooglegging een ontwikkeling zien naar een negatieve drooglegging (o.a. bij Schokland); dat betekent dat het maaiveld —————————————— 11
26 van 114
Dit betreft een ‘expert judgement’ van de makers, het berust niet op een formele statistische analyse.
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
door de bodemdaling (gemiddeld) lager komt te liggen dan het oppervlaktewaterpeil. Deze situatie kan zich in beperkte mate voordoen in de praktijk – er zijn voorbeelden van in ZuidHolland. Echter, in de praktijk wordt dan vaak ingegrepen in de waterhuishouding en/of het landgebruik (natuur, natte teelt of onderbemaling), zodat de situatie niet ontstaat. De bodemdalingsprognose betreft een scenario zonder ingrepen.
27 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
5
Mogelijkheden voor aanvulling en verbetering Aanpassing voor het gekozen klimaatscenario Prognose 2023 is gemaakt voor het KNMI’14 GL-scenario (Gematigde opwarming en een beperkte (Laag) vernatting/verdroging van het klimaat). In overleg is besloten om alleen de invloed van de opwarming op de snelheid van veenoxidatie in rekening te brengen en de invloed van het klimaatscenario op de grondwaterstand (GLG) vooralsnog buiten beschouwing te laten gezien de benodigde inspanning, de verwachtte geringe invloed daarvan, en het feit dat de KNMI’14 scenario’s spoedig verouderd zouden zijn. Oktober 2023 zijn de nieuwe klimaatscenario’s van het KNMI gepubliceerd. Dit biedt de mogelijkheid om op een later moment de prognose te actualiseren voor het corresponderende KNMI’23 GLscenario en daarin de invloed op de GLG mee te nemen. Voor het bepalen van de GLG verandering voor het klimaatscenario moeten dan nieuwe berekeningen worden gedaan met het landelijk hydrologisch model (LHM). Mogelijkheid toevoegen aanvullende scenario’s De nieuwe prognosekaarten voor Flevoland zijn geproduceerd met Atlantis, de open source productieomgeving waarmee Deltares in samenwerking met TNO en WENR bodemdalingsvoorspellingen maakt op basis van een 3D ondergrondmodel (voxelmodel).
De inspanning daarvoor in dit project was relatief groot omdat hiervoor rekenwijzen en input datasets moesten worden ontwikkeld die zijn afgestemd op de specifieke omstandigheden in Flevoland. Nu deze basis is gelegd, kunnen efficiënt aanvullende scenario-berekeningen worden gedaan die de invloed in beeld brengen van veranderingen in (grond)waterpeilbeheer en andere KNMI-klimaatscenario’s. Daarnaast kan Atlantis worden gebruikt om efficiënt inzicht te krijgen in de ruimtelijke verschillen in zettingsgevoeligheid van de ondergrond voor ophogingen die worden toegepast voor grote nieuwbouwprojecten. Wat is nodig om de nauwkeurigheid van de basisprognose te vergroten en de onzekerheid of bandbreedte te verkleinen? De uitgevoerde studie laat zien dat de onzekerheid van de prognose in grote delen van de provincie groot is. Dit weerspiegelt beperkingen in de kennis van zowel ondergrondcondities als van de onderliggende bodemdalingsprocessen. Zo is er nauwelijks zicht op hoeveel maaivelddaling er in recente jaren plaatsvindt12. En feitelijke informatie over welke deelprocessen (rijping, oxidatie, compactie) verantwoordelijk zijn voor die maaivelddaling ontbreekt volledig. De prognose is dus eigenlijk een zo goed mogelijke schatting op basis van algemene kennis over de processen en informatie over de ondergrond van Flevoland (via ‘een geformaliseerd expert judgement systeem’).
De prognose kan dus vooral worden verbeterd, en de onzekerheid verkleind, door meer kennis te verkrijgen over de ‘actuele’ bodemdaling in Flevoland en de bijdragen daarin van de verschillende processen. Daarnaast helpt het om de ondergrondcondities – met name de grondwaterstand en bodemopbouw – (nog) nauwkeuriger in beeld te krijgen. Al deze aspecten kunnen bijdragen aan zowel verbetering van de nauwkeurigheid van de basisprognose als aan verkleining van de onzekerheid/bandbreedte. Het volgende wordt daarom aanbevolen: —————————————— 12
De uitgevoerde bepaling met AHN data laat zien waar de maaivelddaling de afgelopen tien jaar mogelijk vrij groot was (Figuur 11 en Figuur 12), maar de onzekerheid in de daling is net zo groot of groter dan de ‘meetwaarden’ zelf.
28 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
1. Het wordt aanbevolen om bodemdalingsmeetsites te realiseren die zijn uitgerust met een extensometer met meerdere bodem-ankers en een fundering in de Pleistocene ondergrond. Zulke meetsites registreren niet alleen de maaivelddaling (met mm precisie), maar registreren ook bijdragen daarin van verschillende bodemlagen. Op deze wijze kan worden vastgesteld welke bijdrage er feitelijk is van het minerale dek (krimp), van veen dat zich boven de ‘grondwaterstand’ bevindt (aerobe oxidatie), en van diepere klei en veenlagen (compactie en mogelijk anaerobe oxidatie). Deze meetsites tonen ook wat de invloed is van individuele droge zomers en welke grondwater- en bodemvochtcondities de bodemdaling bepalen. Met deze nauwkeurige informatie over wat zich daadwerkelijk afspeelt in de bodem, mede in relatie met de grondwaterstanden en bodemvocht, kunnen diverse onzekerheden in de prognoseberekeningen worden verkleind. 2. Het wordt aanbevolen om door een geodetisch kennisinstituut te laten onderzoeken of nauwkeurigere gebiedsdekkende maaivelddalingsbepalingen voor het landelijk gebied in Flevoland mogelijk zijn door combinatie van verschillende geodetische datasets (bijvoorbeeld door reductie van de systematische fout in AHN datasets met nauwkeurige waterpassingen van onderheide objecten). 3.
Het wordt aanbevolen onderzoek te doen naar de afbraakgevoeligheid (basisrespiratie) van de verschillende typen veen in Flevoland en van de organische stofdichtheid van het veen. Onzekerheid hierover levert een belangrijke bijdrage aan de onzekerheid van de prognose. 4. Er zijn gebiedsdelen waar de basisprognose forse bodemdaling voorspelt (met name door veenoxidatie), maar waar dat niet direct wordt verwacht op basis van de (recente) ontwikkelingen in het gebied. Een voorbeeld is een gebied ten noordwesten van Emmeloord. Ondanks het dunne minerale dek bevatten boorbeschrijvingen zeer weinig aanwijzingen voor het optreden van veenoxidatie (aanwezigheid veraard veen). Het wordt geadviseerd om een gerichte veldstudie te doen om de situatie in deze gebieden nader te duiden. Dit kan belangrijke inzichten opleveren waarmee de rekenwijzen mogelijk kunnen worden verbeterd/verfijnd. 5. De huidige studie gaf aanwijzingen dat de mate van rijping die op dit moment wordt aangetroffen in Flevoland mede wordt bepaald door kleitype. Het wordt geadviseerd hier nader onderzoek naar te doen. Indien kleitype van invloed is, kan dit worden gebruikt om de modellering/parametrisatie van het rijpingsgetal in het ondergrondmodel van de prognose te verbeteren. 6.
Wanneer de tijdreeksen van nog onbenutte grondwatermeetpunten van de provincie voldoende lang zijn, en deze op geschikte locaties staan, verdient het aanbeveling om deze meetpunten mee te nemen in updates van de GLG kaart van Flevoland. 7. De bodemdaling kan sterk beïnvloed worden door het landgebruik. Zo kan bodemverdichting (door zware machines) er voor zorgen dat diepe scheuren worden samengedrukt. Verder kan door diepe grondbewerking de rijping van kleilagen versnellen en kunnen diepere veenlagen naar boven worden gebracht waardoor deze versneld oxideren (Kooi et al, 2022). Het wordt geadviseerd de mogelijke invloed van het landgebruik te onderzoeken met behulp van de aanvullende scenario-berekeningen.
29 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
II: Technische toelichting
30 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023
6
Kaartproductieomgeving Atlantis De berekeningen en kaartproductie zijn gedaan in de productieomgeving Atlantis. De nationale bodemdalingsvoorspellingskaarten worden sinds 2017 vervaardigd in Atlantis (Bootsma e.a. 2020; Erkens e.a. 2021). Atlantis is een open source productieomgeving waarmee Deltares in samenwerking met TNO en WENR bodemdalingsvoorspellingen maakt op basis van een 3D ondergrondmodel (voxelmodel). Door bij Atlantis aan te sluiten kunnen nieuwe prognoses of aanvullende scenario’s in de toekomst sneller en makkelijker worden gemaakt, en geïntegreerd in de landelijke kaarten. Bovendien wordt de productieomgeving Atlantis doorontwikkeld met eigen financiering vanuit de onderzoeksinstituten. In dit hoofdstuk wordt algemene systematiek van Atlantis toegelicht. Het startpunt voor de berekeningen bestaat uit de drie elementen die links zijn weergegeven in Figuur 6: een geparametriseerd ondergrondmodel, een kaartbeeld van de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) en een onderverdeling van het gebied in “peilgebieden”. Het ondergrondmodel is opgebouwd uit 3D volume-elementen (voxels). Het voxelmodel is gestructureerd in (aaneengesloten) bodemkolommen (voxel stacks) (Figuur 7). Elke voxel wordt gekarakteriseerd met een grondsoort (lithoklasse) en aanvullende parameterwaarden. Het NAP wordt gebruikt als hoogtereferentie.
De verticale positie van bodemkolommen varieert dus ruimtelijk met de maaiveldhoogte. Ook de GLG wordt gemodelleerd als peil (t.o.v. NAP) (Figuur 7). Bodemdaling wordt vervolgens berekend per bodemkolom. Bodemdaling komt tot stand door volumeverlies van voxels. De basis van de bodemkolommen houdt een vast niveau ten opzichte van NAP. Het volumeverlies met de tijd wordt berekend voor verschillende ‘bodemdalingsprocessen’ – voor Flevoland zijn dat oxidatie, compactie en rijping (Figuur 6 en Figuur 7). De positie van de GLG ten opzichte van de voxels (en verandering van die positie) is sterk bepalend voor deze processen.
Figuur 6 “Workflow” op hoofdlijnen in Atlantis.
31 van 114
Bodemdalingsprognose Flevoland 11208645-002-BGS-0003, 22 november 2023