Grondwater - het water in poreuze en gebroken rotsen onder de grond - is de grootste zoetwaterbron op aarde, afgezien van de ijskappen en gletsjers. Het voedt zich met rivieren, meren en andere oppervlaktewaterlichamen en is essentieel voor ecosystemen. Bovendien zijn grondwatersystemen een integraal onderdeel van landbouwirrigatie, vooral in regio's met schaarse oppervlaktewatervoorraden.

Bestaande grootschalige modellen hebben de neiging om de grondwaterstroming te eenvoudig te maken, integreren vaak niet adequaat menselijk waterbeheer en werken met grovere resoluties dan nodig is voor het modelleren van kleinschalige hydrologische processen. In een nieuwe studie in Geowetenschappelijke modelontwikkeling , koppelde een team van IIASA-onderzoekers het Community Water Model (CWatM) (Burek et al., 2020) aan het grondwaterstromingsmodel MODFLOW, waardoor de reproductie van grondwaterstanden met zeer fijne ruimtelijke resoluties mogelijk werd.

Het geïntegreerde model simuleert hydrologische processen die plaatsvinden in bodem- en oppervlaktewaterlichamen op de schaal van een helling, met rastercellen kleiner dan 1 km. Het kan worden gebruikt om watercycli op verschillende geografische niveaus te modelleren, van kleine bassins tot hele landen.

Door de Oostenrijkse Seewinkel-regio en het Indiase Bhima-bekken te vergelijken, dat respectievelijk meer dan 573 en 46.000 km² beslaat, testten de onderzoekers het vermogen van het model om watertafels adequaat te reproduceren onder verschillende klimatologische, geologische en sociaaleconomische omstandigheden. De gesimuleerde resultaten zijn gevalideerd met waargenomen grondwaterstanden en fluctuaties over een periode van 35 jaar in Seewinkel en 16 jaar in Bhima.

"Deze biofysische modellen zijn belangrijk omdat watercycli gekwantificeerd moeten worden voor een goed waterbeheer. We kunnen bestuderen hoe lokale en regionale waterprocessen op elkaar inwerken door modellen op verschillende schalen aan elkaar te koppelen. Met name een model als CWatM-MODFLOW is een handig hulpmiddel om te projecteren de impact van toekomstige waterbeheerplannen, veranderingen in landbedekking of klimaatverandering", zegt Luca Guillaumot, de hoofdauteur van de studie en een onderzoeker in de IIASA Water Security Research Group.

Bovendien hebben de auteurs het model gebruikt om de impact van op grondwater gebaseerde irrigatie op de watercyclus in de twee onderzochte regio's te beoordelen. Ze ontdekten dat irrigatie de hoeveelheid water die in de atmosfeer terechtkomt verhoogt door verdamping uit de bodem en transpiratie door plantenweefsels, maar de ondersteuning van grondwater aan rivieren en vochtige gebieden vermindert, vooral tijdens droge seizoenen. De resultaten geven ook aan dat het grondwaterpeil dieper is in gebieden met intensieve irrigatiepompen.

Ondanks aanhoudende uitdagingen bij het reproduceren van dieptepatronen van de grondwaterspiegel en het kalibreren van het model op zo fijn mogelijke resoluties (~ 100 m), vertegenwoordigt het onderzoek een significante verbetering in grootschalige hydrologische modellering.

"Mensen transformeren de watersystemen van de aarde. IIASA-watermodellen kunnen belangrijke vragen beantwoorden over hoe we regionale en mondiale watersystemen op verschillende ruimtelijke en temporele schalen beïnvloeden. Regionale belanghebbenden, waaronder beleidsmakers, kunnen deze informatie gebruiken om realistische scenario's voor waterbeheer te construeren." concludeert studie co-auteur en IIASA Biodiversity and Natural Resources Program Director Yoshihide Wada. + Verder verkennen

Hoe we de wereldwijde wateropslag hervormen