Het eerste tijdsafhankelijke grondwatermodel met hoge resolutie van de wereld
Expert(s) |
Jarno Verkaik
Grondwaterwetenschappers en modelontwikkelaars van de Universiteit Utrecht en Deltares sloegen de handen ineen om het allereerste wereldwijde grondwatermodel van 1 km te maken. Dit is een belangrijke stap richting een betere weergave van grondwater in wereldwijde water- en klimaatmodellen.
Hoewel grotendeels aan het zicht onttrokken, wordt meer dan 97% van het niet-bevroren zoetwater op aarde opgeslagen als grondwater in watervoerende lagen onder de grond. Grondwater speelt een essentiële rol bij het aan de gang houden van rivierafvoer tijdens perioden van droogte en voor de gezondheid van wetlandecosystemen. Het is ook de bron voor de helft van het irrigatiewater dat wereldwijd wordt gebruikt. Dit is met name het geval in droge gebieden, waar grondwateronttrekking dan meestal leidt tot dalende grondwaterstanden en uitputting van watervoerende lagen.
Nieuw model GLOBGM
Ondanks het belang daarvan wordt grondwater niet erg goed gerepresenteerd in wereldwijde water- en klimaatmodellen die worden gebruikt om de effecten van klimaat- en sociaal-economische veranderingen op watervoorraden in te schatten. Grondwater wordt daarbij of helemaal niet meegenomen, of simplistisch behandeld. Pas onlangs zijn de eerste wereldwijde grondwatermodellen gemaakt, maar de resoluties daarvan zijn nog te grof om kleinere watervoerende lagen en de uitwisseling van water tussen grondwater en oppervlaktewater correct mee te nemen.
Het nieuw ontwikkelde model GLOBGM is daarbij een belangrijke stap voorwaarts omdat het probeert de wereldwijde grondwatersystemen te modelleren met de hoge ruimtelijke resolutie van 30 boogseconden (~ 1 km). Om zo'n groot model te kunnen draaien is een computercluster nodig, maar dat hoeft niet meer heel groot te zijn. Jarno Verkaik, promovendus aan de Universiteit Utrecht en grondwatersoftware-expert bij Deltares, maakte dat mogelijk.
Jarno vertelt: " Ik heb de onderliggende softwarecode van het model (MODFLOW 6) aangepast, zodat deze efficiënt parallel draait op meerdere processoren van een computercluster. Ik heb ongestructureerde roosters toegepast om het aantal rekencellen te minimaliseren en de daarbij behorende rekentijd en dataopslag. Ik heb ook parallel dataprocessing toegepast om de vele terabytes aan invoer- en uitvoergegevens te kunnen verwerken. Door deze aanpassingen zijn we nu in staat om met beperkte rekenkracht 60 jaar in 1 nacht door te rekenen. Dit maakt het gebruik van dit model ook haalbaar voor gebruikers die geen toegang hebben tot zeer grote computers."
Voorop lopen in wereldwijde grondwatermodellering
De resultaten van de mondiale berekeningen werden vergeleken met waarnemingen. De resultaten waren bevredigend, zelfs zonder ijking van het model, en bleken ook beter te zijn dan die van een eerdere grovere (~ 10 km) versie van het model.
"Met deze ontwikkeling lopen we voorop in de wereldwijde grondwatermodellering", zegt co-auteur Marc Bierkens, hoogleraar Hydrologie aan de Universiteit Utrecht. "Het combineert mooi de kracht van Deltares in het ontwikkelen van modelleringstools met die van de grootschalige modelleringsexpertise en wereldwijde datasets van onze groep."
"Daar blijft het niet bij", vult Gu Oude Essink, grondwaterexpert bij Deltares en gast hoofddocent aan de Universiteit Utrecht, aan. "In toekomstig werk willen we meer geologische details en zoveel mogelijk lokale gegevens toevoegen, inclusief grondwateronttrekkingen, en het zoute grondwater in watervoerende lagen aan de kust meenemen. Op deze manier maken we de weg vrij voor toekomstige wereldwijde watermodellen die goed genoeg zijn om relevant te zijn voor regionale waterbeheerders."
