NWO-programma The New Delta van start

Delta’s in de hele wereld, en daarmee ook de Nederlandse delta, staan voor grote uitdagingen op het gebied van waterveiligheid, waterbeschikbaarheid en duurzaam economisch gebruik van de waterinfrastructuur. De gehonoreerde twaalf projecten moeten fundamentele kennis gaan opleveren die helpt om delta’s duurzaam en veilig te maken. 

Impact of forecast and projection quality on mixtures of risk management strategies

Prof. dr. ir. B.J.J.M. van den Hurk, KNMI / VU
Beheersing van het risico op (grote) overstromingsschade berust op meerdere pijlers zoals lange termijn infrastructurele beschermingsmaatregelen (het Nederlandse Deltaprogramma) en rampenbestrijding (noodhulp, evacuatie). Desondanks blijft er een restrisico op extreme gebeurtenissen, die adequate waarschuwingen (weeralarm) deels kunnen opvangen. Dit onderzoek verbindt de verschillende vormen van risicobeheersing met elkaar. Het analyseert hoe klimaatverandering, voorspelbaarheid van extremen en beschikbaarheid van middelen de optimale mix tussen structurele en incidentele risicomaatregelen bepalen. Case studies uit het Deltaprogramma en Rode Kruis noodhulp worden hierbij meegenomen. 

Exploring spatial and temporal dependencies of rainfall extremes to enable adaptation in The Netherlands delta: Space2rain


Dr. G. Lenderink, KNMI

Extreme neerslag in een klein gebied (<30 km) of op een tijdschaal van enkele uren kan veel schade veroorzaken. Klimaatmodellen hebben hiervoor geen oog; veranderingen op grotere schaal (dagelijks en >50 km) zouden representatief zijn voor veranderingen op kleinere schaal. Maar die kunnen wel twee keer zo groot zijn, vooral bij de steeds vaker voorkomende georganiseerde buienclusters (Mesoschaal Convectieve Systemen MCS). MCS worden wel opgelost in atmosferische mesoschaal modellen, die sinds kort in de weersverwachting worden ingezet en de verwachting van extreme weersomstandigheden hebben verbeterd. We gaan zo’n model inzetten in klimaatcontext om veranderingen in kleinschalige neerslagextremen te onderzoeken. We passen de resultaten toe in applicaties waarbij kleinschalige neerslag meespeelt: adaptatie aan klimaatveranderingen door een waterschap (Rijnland), de dimensionering van wegen en het stedelijk waterbeheer. Dit onderzoek moet de grote onzekerheid in toekomstprojecties van lokale en regionale neerslagextremen gaan verminderen. 

Developing an indicator system for estuarine ecosystem transitions based on spatial patterns


Prof. dr. J. van de Koppel, NIOZ

Toenemende economische activiteiten hebben effect op estuariene (riviermondingen) ecosystemen wereldwijd. Inschatting van de impact daarvan is belangrijk, omdat het kan leiden tot plotse transities en verlies van de functies van deze ecosystemen voor de maatschappij. Dit project wil een nieuwe techniek toepassen voor monitoring van de effecten van menselijk handelen op basis van ruimtelijke patronen op estuariene ecosystemen. We voegen waterstroming en golfslag toe aan bestaande modellen, beschrijven hoe estuariene ecosystemen er van nature uitzien en hoe ze veranderen. Zo kwantificeren we de effecten van door de mens veroorzaakte veranderingen, zoals zeespiegelstijging en verdieping van waterwegen, op het functioneren van estuariene ecosystemen. De focus ligt op degradatie van bestaande ecosystemen en op het ontstaan van nieuwe ecosystemen in Building with Nature projecten. Dit project moet nieuwe technieken opleveren voor het beheer van veranderende estuariene ecosystemen. 

Future weather extremes and their impact in major deltas

Prof. dr. ir. W. Hazeleger, WUR / KNMI / NLeSC


De kwetsbaarheid van de Rijn/Maas delta heeft recent geleid tot het Deltaprogramma; orkaan Katrina heeft een enorme impact op de Mississippi delta gehad. Nederlandse bedrijven, zoals projectpartner Arcadis, zijn betrokken bij de herinrichting van het gebied. Beide delta’s zijn kwetsbaar voor weersextremen maar in Nederland gaat het om herfst- en winterstormen, bij de Mississippi om orkanen. Klimaatmodellen kunnen deze meteorologische fenomenen nog niet goed simuleren. Wij gaan met weersvoorspelling vergelijkbare modellen gebruiken die toekomstige veranderingen voor de gebieden simuleren, ook voor de impact op het watersysteem. We gebruiken gedetailleerde hydrologische en stormopzet modellen. De samenwerking tussen KNMI, Deltares, Wageningen Universiteit, Arcadis en het Netherlands eScience Center maakt dat we alle wetenschappelijke en technologische kennis in huis hebben voor dit project. 

Model-Based Implementation of Adaptive Delta Management


Dr. ir. J.H. Kwakkel, TUD

Adaptief delta management is de basis voor het Delta Plan. Adaptief beleid heeft meerdere nadelen, bijvoorbeeld dat het uitgaat van de beperkte huidige kennis. Recente ontwikkelingen in de geautomatiseerde optimale sturing van systemen op basis van voorspellende modellen bieden aanknopingspunten die de zwakke kanten van adaptieve beleidsontwikkeling kunnen aanpakken. Dit onderzoek vertaalt deze nieuwe ideeën naar adaptief delta management. Mogelijk is dit een opmaat naar een nieuw business model, vergelijkbaar met de Schiphol Groep die buitenlandse vliegvelden beheert, waarin Nederlandse adviesbureaus operationeel adaptief delta management leveren aan delta’s wereldwijd. 

Aquifer-Penetrating Measurements of Subsurface Temperatures to Characterize Groundwater Flow Systems

Dr. ir. M. Bakker, TUD


De snelheid waarmee grondwater door de bodem stroomt, bepaalt onder andere de veiligheidszones rond drinkwaterputten, de verspreiding van verontreinigingen en de kans op piping onder dijken. Grondwater stroomt langzaam naar zeeën, rivieren en kanalen, maar ook naar grondwaterputten voor drinkwater, industrie of landbouw. De snelheid is moeilijk meetbaar omdat het water onder de grond is en de snelheid laag. Temperatuurveranderingen van grondwater kunnen de stroming bepalen. Glasvezelkabels in boorgaten kunnen de temperatuur nauwkeurig meten maar boren is duur en verstoort de ondergrond en de grondwaterstroming. In dit project drukt een sondeerwagen glasvezelkabels in de grond. Deze nieuwe methode verstoort de ondergrond weinig en is relatief goedkoop. Een eerste test was positief en de onderzoekers gaan de methode toepassen in vijf testgebieden. 

Assessing and addressing inter-annual variability in blue water scarcity at high spatiotemporal resolution on a global scale

Prof. dr. ir. A.Y. Hoekstra, UT
Zoet water staat onder druk van klimaatverandering, bevolkingsgroei, economische ontwikkeling en veranderende consumptiepatronen. De waterconsumptie overschrijdt nu al op veel plaatsen de beschikbaarheid ervan. Waar en wanneer treedt schaarste op? Overheden zouden een maximaal duurzaam te onttrekken hoeveelheid water per stroomgebied kunnen vaststellen en samen met bedrijven een maximaal redelijk watervolume per activiteit kunnen vaststellen. Tot dusver moesten we voor lange termijn mondiale wateranalyses langjarige gemiddelden gebruiken, terwijl schaarste juist optreedt in relatief droge jaren, niet in een gemiddeld jaar. Dit onderzoek gaat watergebruik, waterbeschikbaarheid en waterschaarste op een hoge resolutie in ruimte en tijd modelleren. We beginnen onze analyse met de Rijndelta en het achterliggende stroomgebied en werken op naar een wereldwijd model. 

Experimental and numerical assessment of near/far-field flow interaction at storm surge barriers with hydro-turbines


Dr. ir. R.J. Labeur, TUD

Stormvloedkeringen beschermen laaggelegen deltagebieden tegen overstromingen vanuit zee. De keringen dienen tegenwoordig ook ter verbetering van de ecologie van het achterliggende deltagebied en als duurzame energiebron via stroomturbines. Maar hoe worden de turbines aangestroomd en hoe beïnvloeden ze de stroming van en naar de delta? Dit is belangrijk om de maximale hoeveelheid energie te kunnen opwekken maar ook voor de waarborg dat de kering veilig en de delta ongeschonden blijft. Verschillende stromingsverschijnselen spelen een rol met zeer uiteenlopende ruimtelijke schalen, variërend van enkele meters nabij de kering tot kilometers verderop in de delta. Dat maakt het lastig deze combinatie van verschijnselen te berekenen. Dit project bestudeert de stromingen, via laboratoriumexperimenten en veldmetingen bij de Oosterscheldekering. Vervolgens worden de gegevens gebruikt voor berekeningen die het stroombeeld bij de kering en in de delta weergeven. Zulke modellen zijn onmisbaar bij het vormgeven en onderhouden van de delta. 

Ebb-tidal deltas on the move: Causes, problems and mitigation routes

Dr. M. van der Vegt, UU

Buitendelta’s zijn grote ondieptes aan de zeewaartse kant tussen twee eilanden, met hoge golven en sterke stromingen die sediment eroderen en vervoeren. De buitendelta’s laten de golven breken en beschermen zo de eilanden en de achterliggende Waddenzee. Ook is de buitendelta een bron van sediment voor de koppen van de eilanden en voor wadplaten. Met dat sediment kunnen wadplaten de zeespiegelstijging bijhouden of zelfs aangroeien, essentieel voor de instandhouding van het Wadden ecosysteem. Zorgelijk is dat de buitendelta’s kleiner worden. Daarom moeten we begrijpen hoe de afkalving van de buitendelta’s de golven, stromingen en sediment transport beïnvloedt en we moeten maatregelen ontwikkelen die dit proces stabiliseren of omkeren zoals zand op de buitendelta storten. De onderzoekers gaan metingen aan golven en stromingen op de buitendelta’s verwerken in procesmodellen die de precieze reden van eroderen van de buitendelta’s kunnen achterhalen. Daarna berekenen ze hoe je optimaal zand kunt storten op de buitendelta om het erosieproces te stoppen. Het onderzoek is cruciaal om de Waddenzee te redden van de ‘verdrinkingsdood’ bij de verwachte zeespiegelstijging. 

Building a sustainable greenhouse gas sink in Dutch delta soils

Dr. J. van Huissteden, VU

Nederland heeft iets unieks bereikt: emissie van broeikasgas door windenergie. Eeuwenlang hebben poldermolens veenlagen gedraineerd, waardoor het veen werd omgezet in het broeikasgas CO2. Natuurbeheer kan deze trend keren door veenbodems weer te vernatten en het veen te laten aangroeien. Maar in het begin kan de broeikasgasbalans verkeerd uitpakken, door de hoge emissie van het sterke broeikasgas methaan. Toch is snel succes mogelijk, door hoge opname van CO2 in de veenbodem, minder af te voeren water en verbetering van waterkwaliteit. Wij ontwikkelen een model dat veengroei, vegetatieverandering, broeikasgas uitstoot en waterkwaliteit en –kwantiteit voorspelt. Het multidisciplinaire model moet specifiek het begin van veengroei en de ontwikkelingen in de eerste decennia (belangrijk voor beheer en beleid) voorspellen. Tijdens het project onderhouden de onderzoekers contact met belanghebbenden en eindgebruikers van het model. 

Flocs and fluff in the Delta: towards dynamic particle properties in a SPM model for the Rhine-Scheldt ROFI

Dr. C. Chassagne, TUD

Slibtransport in de kustzone berekenen is belangrijk want het bepaalt de snelheid van aanslibbing, en daarmee de verontreiniging in havens. Ook bepaalt slibtransport de troebelheid van het water die de ecologie van het kustsysteem beïnvloedt. De huidige slibtransportmodellen moeten eerst worden gekalibreerd met lokale meetgegevens. Zo’n kalibratie is echter locatie-specifiek en slechts gedurende een beperkte periode geldig; dat vermindert de voorspellende kwaliteit voor de lange termijn. Daarom moeten de op fysische processen gebaseerde formuleringen in het model verder worden ontwikkeld en de op empirie en kalibratie gebaseerde formuleringen worden vervangen. Dit onderzoeksvoorstel overbrugt principes en processen uit de colloïdchemie met effecten in de kustzone. We ontwikkelen een sub-model voor deeltjeseigenschappen zoals valsnelheid in tijd en ruimte. Met wiskundige formuleringen overbruggen we deze schaalsprong zonder dat de modellen te traag worden voor praktische toepassing. 

Deciding about the New Delta: Towards governance arrangements that enable forward-looking decisions on critical water infrastructure


Dr. A.R.P.J. Dewulf, WUR

Een toekomstbestendige waterinfrastructuur, het systeem van stuwen, gemalen, sluizen, stormvloedkeringen, rioleringen en waterzuivering, is essentieel voor een duurzame delta. Besluitvorming over waterinfrastructuur, met een levensduur van 50 tot 100 jaar, is complex vanwege de onzekere toekomstige ontwikkelingen. De langere termijn is een inherent onderdeel van besluitvorming maar bestaande bestuurlijke regels, processen en instrumenten kunnen nauwelijks daarmee omgaan. Redenen daarvoor zijn bijvoorbeeld korte bestuurlijke cycli, huidige gevestigde belangen of gebrek aan kennis en kunde. Nieuwe governance-arrangementen zijn nodig die zogenoemde ‘vooruitziende beslissingen’ mogelijk maken en stimuleren. Dit project analyseert en ontwerpt dergelijke arrangementen door: 1) analyse van lessen over ‘vooruitziende beslissingen’ uit andere sectoren met langetermijn uitdagingen (transport, woningmarkt, energiesector) 2) toepassing van deze inzichten op casuïstiek van natte kunstwerken en afvalwatersystemen 3) met stakeholders de resultaten vertalen in praktisch toepasbare ontwerpcriteria voor governance-arrangementen die vooruitziende beslissingen ondersteunen en stimuleren.