Ruimtelijke data & … internationale waterkwaliteitsverbetering

De Brantas rivier vlakbij Surabaya. De waterkwaliteit is op veel plekken dramatisch. (Foto: Andy Bruijns)

In het Brantas stroomgebied in Indonesië had men er schoon genoeg van: er was directe actie nodig om de waterkwaliteit van de Surabaya rivier te verbeteren. Meerdere initiatieven waaronder een burgerinitiatief werden opgezet. Acties omvatten bewustwordingscampagnes om over de gevaren van vervuild water te communiceren en rechtszaken tegen de grote vervuilers [1]. Het verbeteren van de waterkwaliteit in de rivier is echter geen sinecure, al hebben de acties van de burgerinitiatieven er wel voor gezorgd dat de waterkwaliteit in elk geval niet nog vérder is afgenomen.

Innovatieve technieken
Om deze bewegingen verder te ondersteunen, is er in 2017 een groot project gestart om waterkwaliteit integraal onderdeel te laten worden van het watermanagement in het Brantas stroomgebied. Dit project, genaamd Fostering inclusive growth, health and equity by mainstreaming water quality in River Basin Management, heeft als één van de doelen de waterkwaliteit fors te verbeteren, zodat de kans op blootstelling aan wateroverdraagbare ziektes wordt teruggedrongen en de rivier (weer) een duurzame bron van water wordt. Om de voortgang te monitoren, zetten we innovatieve technieken in. Tauw voert dit Fonds Duurzaam Water project uit in een triple helix samenstelling: TU Delft, de lokale organisatie Ecoton (ngo), INDYMO (MKB) en Jasa Tirta (waterschap).

Satellietbeelden
In het kader van het gebruik van innovatieve technieken speelt de vraag of satellietbeelden ook kunnen bijdragen aan de monitoring van de waterkwaliteit. Het antwoord hangt sterk af van de ruimtelijke resolutie van de satellietbeelden en de breedte van de rivier. Onlangs zijn er door de komst van nieuwe satellieten, zoals de Sentinel-2, veel meer mogelijkheden gekomen om indicatoren voor waterkwaliteit in kaart te brengen. Zo zijn bijvoorbeeld concentraties chlorofyl en zwevend stof te bepalen met een resolutie van 20 meter. Er waren met andere satellieten al mogelijkheden om verdamping en neerslag in kaart te brengen. Gezamenlijk geeft dit veel informatie over het watersysteem.

Chlorofylconcentraties
Terug naar Brantas. Een eerste analyse van Sentinel-2 beelden uit december 2017 (figuur 1) laat zien dat de resolutie het toelaat de Surabaya rivier in kaart te brengen. De figuur toont (een proxy voor) chlorofylconcentraties voor de rivier, nabij Surabaya stad. De rivier stroomt de buitenwijken van Surabaya stad in, met een stroomrichting van zuidwest naar noordoost. Richting de stad nemen de chlorofylconcentraties toe, in de figuur te zien doordat de kleur van blauw/lichtgeel naar donkeroranje verloopt. De toename van chlorofylconcentraties richting de stad reflecteert vermoedelijk een toename van lozingen van huishoudelijk en industrieel afvalwater. Een toename van nutriënten in het water zorgt namelijk vaak voor een toename van algengroei, wat terug te zien is in de chlorofylconcentraties.

Figuur 1: Indicatie van chlorofyl-a gehalte van een gedeelte van de Surabaya rivier in het Brantas stroomgebied in Indonesië. De rivier stroomt van linksonder naar rechtsboven. De concentraties chlorofyl zijn bepaald met beelden van de Sentinel-2 satelliet in december 2017. Richting de grote stad Surabaya (rechtsboven) neemt het chlorofylgehalte toe. Ook is onder in de figuur een andere rivier met veel lagere chlorofylconcentraties te zien. Voor de zichtbaarheid zijn de rivieren uitgelicht.

Toegevoegde waarde
Wat is nu de toegevoegde waarde van monitoren met satellietbeelden? Een groot voordeel is dat we door de jaren heen kunnen monitoren of en waar de waterkwaliteit verbetert. In het geval van de Sentinel satelliet hebben we elke tien dagen een nieuw beeld. Omdat we met de satellietbeelden een groot bereik hebben, kunnen we in één keer het gehele stroomgebied monitoren, waardoor we inzicht krijgen op welke locaties de waterkwaliteit stroomafwaarts verslechtert of welke zijtakken van de rivieren juist een relatief goede waterkwaliteit hebben.

Onderwatersensoren
Een nadeel kan het wolkendek zijn: in het regenseizoen zullen de satellietbeelden vaak onbruikbaar zijn door de vele wolken. In dit project zullen we ook veel monitoren met onderwatersensoren (al dan niet op onderwaterdrones). Deze combinatie van satellietbeeldanalyse in combinatie met gerichte metingen op locatie maakt dat we de voortgang in waterkwaliteit goed in kaart kunnen brengen. Dit is van vitaal belang, omdat het noodzakelijk is te testen of ingevoerde maatregelen effect hebben (en waar ze dat nog niet hebben).

Maar welke maatregelen zullen er worden gekozen, en hoeveel effect hebben deze? Het antwoord hierop laat nog even op zich wachten, maar ik zal dat hier te zijner tijd zeker  delen.

Wordt vervolgd. Input geven? Graag! Laat hieronder je input achter.

[1] Boogaard, F., 2017. Een eerste kennismaking met onderwaterdrones in Indonesië. H2O-Online. https://www.h2owaternetwerk.nl/vakartikelen/903-een-eerste-kennismaking-met-onderwaterdrones-in-indonesie

 

Ruimtelijke data &… Waterzekerheid

Ruimtelijke data &… Waterzekerheid

Ernstige droogte, Kenia (Foto: Nico Smit)

Het zesde Sustainable Development Goal stelt dat in 2030 iedereen ter wereld toegang moet hebben tot schoon drinkwater. In 2015 gold dit helaas voor 9% van de wereldbevolking (zo’n 663 miljoen mensen) nog niet.1 Hiervan woont het merendeel in Afrika.

De droogte die de hoorn van Afrika trof in 2017, zorgt voor een verergering van deze situatie. Bronnen drogen op en de kwaliteit van het water holt achteruit, waardoor water-overgedragen ziektes zoals cholera zich makkelijker verspreiden. Klimaatverandering zorgt ervoor dat dit soort periodes van droogte heviger zullen zijn en vaker zullen optreden in de toekomst. Een bijkomend negatief effect is dat de bodem door de droogte extra vatbaar is voor landdegradatie, wat er voor zorgt dat áls er regen valt, dit niet effectief infiltreert, maar oppervlakkig afstroomt en erosie veroorzaakt.

Hoe kun je ruimtelijke data gebruiken om de waterzekerheid te verbeteren?

Een eerste stap is het in kaart brengen van de huidige situatie. Wat is de fysieke waterbeschikbaarheid? Oftewel, hoeveel zoet water is er beschikbaar in het oppervlakte- en grondwater? En waar bevinden zich de voorzieningen (waterputten of waterleidingen)?

Het in kaart brengen van de fysieke waterbeschikbaarheid is niet makkelijk, met name het kwantificeren van de hoeveelheid hernieuwbaar grondwater is ingewikkeld. Juist het in kaart brengen van het grondwater is in Afrika van belang, omdat volgens schattingen voor maar liefst 40% van de inwoners van Afrika grondwater de belangrijkste bron van drinkwater is.3 Uit onderzoek (en de praktijk) blijkt echter dat er lang niet overal voldoende grondwater beschikbaar is4. Een ander probleem is dat op veel plekken het grondwater op hele grote diepte zit. Vaak zijn dit soort diepe grondwater aquifers niet geschikt voor duurzaam gebruik, omdat ze niet snel genoeg worden aangevuld3. Nog een volgend probleem dat vooral speelt in de kustgebieden is dat het grondwater te zout is.

Wat betreft de watervoorzieningen zijn er op veel plekken geen waterleidingen aangelegd – sterker nog, maar 63% van de Afrikanen heeft toegang tot leidingwater.2 Vooral in rurale gebieden zijn mensen vaak afhankelijk van lokale grondwaterputten.

Waterput in de Sahara (Foto: Galyna Andrushko)

De waterbeschikbaarheid samen met de mate van bereikbaarheid van voorzieningen kan worden samengevat met de Global Water Security Index5. Deze index geeft een idee hoeveel zoet water er voor de mens toegankelijk is. Als je dit kan combineren met data over welke waterbronnen vervuild zijn, kun je in kaart brengen waar er schoon water beschikbaar is.

Als de hordes zijn genomen om de waterbeschikbaarheid en de voorzieningen in kaart te brengen, levert dit een overzicht van grote waarde. De data kunnen gebruikt worden om te zorgen voor een goede ruimtelijke verdeling van bijvoorbeeld waterputten zodat zoveel mogelijk mensen worden bereikt. Daarnaast is het uiteraard ook van belang om deze waterputten op strategische locaties te plaatsen, zodat het grondwater duurzaam wordt gebruikt, wat wil zeggen dat er onder andere niet meer grondwater wordt onttrokken dan er aangevuld kan worden. Het ruimtelijk overzicht kan ook gebruikt worden om de meest kwetsbare gebieden te identificeren. Vaak wordt hulporganisaties verweten dat ze niet goed genoeg samenwerken – met elkaar en met (regionale) overheden. Het beschikbaar hebben van de juiste data kan ook helpen daar verandering in te brengen. Daarnaast is data essentieel om heldere, meetbare doelen te stellen en vervolgens ook projecten te kunnen monitoren en evalueren.

Hoe komen we aan data?

Ruimtelijke data over waterbeschikbaarheid, voorzieningen en waterkwaliteit zijn dus essentieel. Maar hoe komen we aan die data? Data over de waterbeschikbaarheid kan worden gegenereerd met behulp van satellietbeelden en grondwatermodellen. Zo kan op een relatief grove schaal worden bepaald waar en hoeveel grondwater er is. In situ data over grondwaterdieptes kunnen helpen deze modellen te verbeteren en te valideren, maar dit soort metingen is vaak schaars. Data over voorzieningen is ook nog niet veel voorhanden, maar door mapathons en veldcampagnes zoals van het Humanitarian OpenStreetMap Team komt er steeds meer data beschikbaar. Waardevolle informatie zoals waar waterbronnen zich bevinden en of deze vervuild zijn kan op deze manier steeds beter worden ontsloten. Zie als voorbeeld onderstaande figuur, waarin alle waterputten zijn weergegeven van Somalië, een land waar de droogte dit jaar was uitgeroepen tot nationale ramp.

Wat te doen?

Er zijn dus verschillende redenen te noemen waarom het hebben en gebruiken van ruimtelijke data voor waterzekerheid belangrijk is: het creëert overzicht, wat er toe kan bijdragen dat het (grond)water duurzaam wordt onttrokken. Ook kan het helpen overheden of organisaties helpen bij het selecteren van aandachtsgebieden.

Grondwaterputten in Somalië

In Somalië is zowel de fysieke water beschikbaarheid als de toegang tot water (waterputten/leidingwater) zeer laag. Samen zorgt dit voor een zeer lage Global Water Security Index. Bovenstaande figuur toont alle in kaart gebrachte waterputten in Somalië van openstreetmap. De dichtheid van de in kaart gebrachte waterputten varieert van 0 tot maximaal 0.05 per km2. Op openstreetmap is geen informatie aanwezig over de locaties van waterleidingen (zover ik weet), maar dit zal voornamelijk in de grotere steden zijn. Hoewel bovenstaande data hoogst waarschijnlijk onvolledig zijn, geeft het in elk geval aanknopingspunten voor te ondernemen actie, zoals nagaan of deze putten functioneren en of de waterkwaliteit voldoende is.

Heb je aanvullingen of opmerkingen op deze post? Ik hoor het graag; laat hieronder je comment achter of stuur mij een bericht! Volgende keer: ruimtelijke data & … de gevolgen van extreme buien

1 http://www.un.org/sustainabledevelopment/water-and-sanitation/

2 Afrobarometer Round 6. New data from across Africa. Building on progress: Infrastructure development still a major challenge in Africa

3 http://www.ascleiden.nl/content/webdossiers/water-africa

4 Edmunds, W.K. (2012). Limits to the availability of groundwater in Africa. Environmental Research Letters 7.

5 Gain et al. (2016). Measuring global water security towards sustainable development goals. Environmental Research Letters 11.