Inleiding

Een top-down beschrijving van een wetenschappelijk probleem is zeer geschikt om, met goed omschreven doelen, resultaten van wetenschappelijke onderzoek met gemak en plezier te presenteren, óók als meerdere wetenschappelijke vakgebieden samenkomen in één probleem: Het herstellen van de natuur. Daartoe worden de namen in de beschrijving zo gekozen dat we niet stellen dat de natuur hersteld wordt, door bomen te planten, om even later de bomen weer te kappen, omdat heide toch nóg beter is. Dat wisten de ecologen Koos van Zomeren en William Reppel ook al in 1980. Je hebt een algemeen concept nodig.

Daarom gebruik ik namen zoals de biotoop van het leven met bereikbaar water, en ook de groei van planten en differentieer daarbij naar de functie binnen het proces. 

Stroothuizen opnieuw hersteld

Het oostelijke gedeelte van Twente wordt doorsneden door de Dinkel. Dit riviertje drukt zulk een bijzonder stempel op het landschap, dat de naam "Het land van de Dinkel" [1] ten volle gerechtvaardigd is.

Zo begint Willem H. Dingeldein z'n prachtige boek dat de natuur, het landschap en de historie van Twente beschrijft, met bijzondere aandacht voor de Dinkel en de tijd van de Marken.

De derde en laatste druk van zijn veelgelezen boek bevat de aanzet tot een plan om het natuurgebied Stroothuizen, een natte Twentse Heide, in de omgeving van Denekamp (nu Dinkelland), te herstellen. Marjon de Boo [2] heeft de werkzaamheden uit ~1960 in 1996 in detail beschreven in een mooi boek, uitgegeven door: VEWIN, WMO, en Groep Midden Betuwe, in samenwerking met Kiwa NV.

Het toenmalige idee van één van de begeleiders van dit project, was dat de winning van water aan de Rodenmorsweg en het behoud van de natuur, heel goed samen zouden gaan.

1. W.H. Dingeldein, Het land van de Dinkel, De schoonheid van Noordoost-Twente, A. Roelofs van Goor, Vanwege de zeer grote vraag is dit boek Uitgegeven in 3 drukken.
2. M. de Boo, Luisteren naar het Landschap, Het herstel van een natte Twentse Heide.
   

Er was bij het ontwerp van het water winveld geen aandacht voor de hydrologie die in dit deel van Twente, licht hellend is, zoals dat ook op heel veel plaatsen in andere provincies het geval is (o.a. Brabant, Limburg, De Hondsrug, Stuwzandformaties in de Veluwe, Overijssel en Gelderland etc.), de bodemchemie en de groei van planten. Door het ontbreken van die samenhang was de hypothese dat het behoud van de natuur en drinkwaterwinning heel goed samengaan, vals.

Door het hellende landschap, ontstaat als gevolg van de winning van water, altijd een doorgaande trend met een geschatte eindwaarde van 1.5m, in de verlaging van de grondwaterspiegel. Bovendien zullen er in de jaarcyclus, relaxatie oscillaties ontstaan, die gekenmerkt worden door een heel snelle overgang van het ene stationaire stromingspatroon, naar naar het andere, in de jaarcyclus ontstaat, waardoor de groei van planten als regel verstoord wordt, doordat de grondwaterspiegel niet meer beweegt in het interval van volledige assimilatie {l,h} met als gevolg dat het assimilatie predicaat niet langer voldaan wordt. De cirkels staan op een driehoek rooster en hebben een straal

Door te luisteren naar het Landschap, of een dansje voor de natuur te maken, zal het dilettantisme in het vakgebied der hydrologie [3] niet verdwijnen, waardoor alle winvelden die recent voor 25.000.000.000 € 'hersteld' werden, tot in het oneindige 'opnieuw hersteld' moeten worden om de doelen die de waterleidingbedrijven in de Kader Richtlijn Water gesteld hebben: een stikstof concentratie van 50 mg/l in het grondwater en 100 mg/l in open water, en kristalhelder grondwater, om de productie van drinkwater spotgoedkoop te kunnen maken in elk winveld, met de "methode Stroothuizen".

Het onvermijdelijke geschiedde: Er was door de komst van het waterleidingbedrijf schade ontstaan aan de landbouw, en evenzeer aan de natuur, doordat de planten met hun wortels het grondwater niet meer konden bereiken. Prof. R.A. Feddes van de Landbouw Hogeschool Wageningen, had met collega's van de FAO een theorie ontwikkeld die de groei van planten beschrijft. Toepassing daarvan leert dat in Nederland gemiddeld 34% en in speciale gevallen zelfs 95% van de mestbehoefte van planten verloren gaat naar de bodem door de verlaging van de grondwaterspiegel die ontstaat als gevolg van de winning van water. Dat is heel veel mest, en de intrekking van de derogatie, is geen goed middel, omdat de verlaging van de grondwaterspiegel door het waterleidingbedrijf de oorzaak is en dat  effect treedt bij planten met dezelfde stofwisseling, zoals gras, bomen en heide, in gelijke mate op in landbouw en natuurgebieden.

Deze zeer grote mest verliezen naar de bodem, veroorzaakt door de waterleidingbedrijven, luiden de stikstof crisis in Nederland in.

Voor de waterleidingbedrijven, en voor de agrariërs en de natuur is zo'n verlies van meststoffen ondraaglijk. De waterleidingbedrijven moeten dit goedmaken met de afdracht van een compensatie vergoeding aan de agrariërs. De natuur wordt bovendien opgezadeld met een zeer grote vermesting (eutrofiëring).

Omdat de waterleidingbedrijven bestuurlijk onder de provincies vallen, kon men relatief eenvoudig het begrip achtergrond verlaging invoeren. Dit is een een verlaging groot 0.2m tot 0.4m onder Nederlandse omstandigheden. Deze verlaging is gelijk aan de winnings verlaging, waarvoor ik intussen wél een verklaring voor heb. Deze verlaging ontstaat bij een hydrologie horizontaal als gevolg van de winning van water. Het kwam erop neer dat men de grondwaterspiegel ten opzicht van het maaiveld hmv, om een reden die volgens de hydrologen niet verklaard kon worden met de bestaande kennis, tijdens de berekening van de compensatie vergoeding werd verhoogd met 0.2m tot 0.4m. Daardoor verdwijnt de compensatie vergoeding, maar het osmose verlies en het assimilatie verlies blijven bestaan, met als gevolg dat de KRW doelen niet meer gerealiseerd worden.

Wie de definitie van de compensatie vergoeding naleest, ziet onmiddellijk hoe het probleem opgelost moet worden.

Het waterleiding bedrijf moet het assimilatie predicaat voldoen en de agrariërs moeten de bemesting voorwaarde, op het eind van het teeltseizoen voldoen, zo kan de natuur hersteld worden en kunnen de KRW doelen gerealiseerd worden.

Uit de analyse van de hydrologie horizontaal blijkt dat de verlaging van de grondwaterspiegel gelijk is aan de oneigenlijke som van de transportverlaging en de winningsverlaging. Ik gebruik hier de beschrijving oneigenlijke som, want je kunt wel water winnen met uitsluitend de winnings verlaging van 0.2m tot 0.4m, onder Nederlandse omstandigheden, maar niet met uitsluitend de transportverlaging van Dupuit.

De waterleidingbedrijven wilden de compensatie vergoeding nagenoeg geheel afschaffen door de introductie van de achtergrondverlaging,

Het was prof. J.J. De Vries die tijdens de vergaderingen over de achtergrondverlaging opperde dat de schaal van de winning / het winveld, wel eens eens een rol zou kunnen spelen en die veronderstelling blijkt juist, maar ze kreeg geen opvolging onder hydrologen die uitsluitend de stationaire stroming van het grondwater bestudeerden met grondwaterformules, de tijdreeksanalyse en grondwatersimulatoren, om de oplossing van de stationaire stroming van het grondwatersysteem te berekenen.

Zij toonden de juistheid van hun berekeningen aan met een cirkel redenering. Een pompproef, die uitgaat van een grondwaterformule, werd gebruikt om vergunningen te verlenen voor water winvelden ontworpen met grondwaterformules die heel vaak niet toegepast mogen worden als mest verliezen naar de bodem een rol spelen.

Dit heeft als effect dat hydrologen niet weten wat ze niet weten, met als gevolg dat er al vele jaren, door dilettantisme [3], veel problematische winvelden zijn vergund.

Ik gebruik de existentiële logica om het bestaan van een schaal ρ ≈ 3D, met D de effectieve dikte van de watervoerende lagen vast te kunnen stellen. Hiermee kan ik ook het dynamische gedrag beschrijven, dat tot op heden niet beschreven kon worden met grondwaterformules.

Bovendien pas ik de methode van de synthese van discrete systemen, zoals beschreven door Butterweck en Cauer, in aangepaste vorm toe op het plaats (x,y) en tijd (t) continue systeem van de grondwaterstroming om de zekerheid te verkrijgen dat de hoogwaardige winvelden realiseerbaar zijn.

Die methode gaat uit van de realisatie conditie, die niet alleen zeker stelt dat er bij het gegeven klimaat en de bijbehorende meteorologie een stabiel winveld bestaat, dat het assimilatie predicaat voor alle (x,y) en voor alle (t) kan voldoen, zoals dat ook in de nul-toestand zonder winning van water het geval was.

De hoogwaardige winvelden zijn extreem nuttig omdat zij, aangepast zijn op de schaal ρ, en gebruik maken van een gespreid winveld dat snelle variaties in de hoogte van de grondwaterspiegel, rond de stationaire oplossing van het grondwatersysteem, die ik relaxatie oscillaties noem, te onderdrukken, en bovendien in staat zijn om grondwater vast te houden, daar waar nodig.

Dat kan met de winvelden die tot heden in gebruik zijn niet. Deze winvelden zijn extreem nuttig voor de waterleidingbedrijven en voor het herstel van de natuur en het klimaat.

Doordat zij, naast de gewasopbrengst ook de gewasverdamping maximaliseren, lossen zijn ook een belangrijk deel van het klimaatprobleem op. Om te beginnen herstellen zij voor een belangrijk deel, door een verhoogde groei, de balans in de CO2 kringloop door koolzuurgas CO2 om te zetten in zuurstof O2. Maar er is meer, als er potentiaal verschillen zijn in het winveld, bijvoorbeeld door het ontstaan van een kegelvormige transportverlaging bij een hydrologie horizontaal, of een instabiele drain, bij een hydrologie hellend, is de winning van water óók instabiel door de aanwezigheid van de relaxatie oscillaties. Die instabiliteit stuurt een hele keten van aanvullende instabiliteiten aan:

1. De groei van de gewassen neemt af →
2. De omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 neemt af
3.   en er ontstaan ook relaxatie oscillaties →
4. Er ontstaat een kleinere gewas verdamping →
5.   en ook minder verkoeling →
6.   en ook minder bewolking →
7.   en ook minder schaduw op het maaiveld →
8. De meteorologie reageert met extremer weer →
9. Er ontstaan overstromingen en natuurbranden →
10. Zuurstof O2 wordt omgezet in het broeikasgas CO2.

De overstromingen in Vaals en bij de Moezel in Duitsland waren niet nodig, en dat geld ook voor de natuurbranden in Griekenland, zuid Frankrijk, Spanje en Portugal, en vele andere EU landen, en ook bij Hollywood, en Hawaii, Australie en Canada, etc. Ook de problemen met de drinkwatervoorziening in Kaapstad waren niet nodig.

De recent opgetreden problemen met mest in de polder zijn ook niet nodig, want als je eerst de grondwaterspiegel verhoogt, totdat er osmose verliezen ontstaan, dan weet je zeker dat het gras in de polder de mest niet op kan nemen en dat er nog meer veen gevormd zal worden. Het moment van deze problemen was zo gekozen, dat het mogelijk was de formatie van de formatie van het beoogde Kabinet Rob Jetten, die beloofd had de stikstof crisis op te lossen, te beïnvloeden zodanig dat er nog meer geld naar de nieuwe aristocratie [] zal gaan. Want één ding was intussen al wel duidelijk, het geld werd niet besteed aan het herstel van de Natuur. Als  de stikstof crisis nog langer zou duren, zullen ook de vertegenwoordigers van waterschappen nog kunnen profiteren van de stikstof crisis, waarvan de BBB de financiering al had gestopt.

Om de oorzaak beter te kunnen begrijpen, en een stabiel kabinet te kunnen vormen, moeten we beter weten wat er speelt.

De provincies werkten met gebiedsdossiers, om de verontreiniging van water winvelden te kunnen monitoren. Door het gebruik van die systematiek waren de verantwoordelijken, in lijn met de casus Stroothuizen, tot de conclusie gekomen dat overbemesting de oorzaak zou moeten zijn van de problemen. Doordat er een rechtszaak kwam, bedoeld om de wet na te leven die de compensatie vergoeding regelt waren de waterleidingbedrijven en de verantwoordelijke provincie ambtenaren, niet blij. Er werd contact gelegd met de Wageningen Universiteit, om de vermeende overbemesting terug te dringen. Dit heeft geleid tot een publicatie van het blad Resource, met als doelgroep het personeel en de studenten van de Wageningen Universiteit. De veelzeggende titel is: 'Op zoek naar nieuwe verdienmodellen'. Pas veel later kreeg ik toegang tot EU documenten waaruit blijkt wat er was afgesproken. Het voldoen van het assimilatie predicaat werd niet genoemd. In plaats daarvan was er wetgeving gemaakt die als doel heeft om de agrarische sector af te bouwen, om de belangen van de waterleiding bedrijven te dienen. De vertegenwoordiging van de aristocratie in het bestuur, de op die manier haar eigen belangen kon dienen, en de belangen van thuis wonende jong volwassenen, op de lange baan te schuiven, door de woningbouw op slot te zetten, waren belangrijke onderdelen om het plan te laten slagen. Dit had als effect dat de Wageningen Universiteit, samen met partners, onderzoek op bestelling van de waterleidingbedrijven uitvoert, gefinancierd met een ongekend groot budget. Dan kun je als onderzoeker niet aankomen met de mededeling dat het waterleidingbedrijf het assimilatie predicaat moet voldoen om het mest probleem op te lossen. Maar als dat niet gezegd wordt, of niet gezegd mag worden, dan kán het mest probleem niet opgelost worden. Als ieder natuurgebied voortdurend opnieuw hersteld moet worden, net als de kastelen en tuinen van de nieuwe aristocratie, terwijl de aristocraten de bouw van woningen voor jong volwassenen stilleggen, dan is er iets mis met onze democratie.

Dan kan er geen stabiel kabinet gevormd worden.

1. W.H. Dingeldein, Het land van de Dinkel, De schoonheid van Noordoost-Twente, A. Roelofs van Goor, Vanwege de zeer grote vraag is dit boek Uitgegeven in 3 drukken.
2. M. de Boo, Luisteren naar het Landschap, Het herstel van een natte Twentse Heide.
3. Klemeš, V., 1986. Dilettantism in hydrology. Water Resources Research, vol. 22, nr. 9, p. 177-188
4. 
   

Daarbij gebruik ik het proces van assimilatie als een functie van de grondwaterspiegel hmv, als beschreven bij de groei van planten, ten opzichte van het maaiveld mv, om voor elke bodem b, en voor elk gewas g, het mest verlies naar de bodem te kunnen bepalen als een osmose verlies voor hmv > h, of een assimilatie verlies voor hmv < l. Bovendien definieer ik het assimilatie predicaat als de voorwaarde waarvoor geldt dat er geen mest verlies naar de bodem is. Als het assimilatie predicaat voldaan wordt voor alle (x,y) in een winveld voor water en óók voor alle (t), dan wordt zeker gesteld dat er geen mest verloren gaat naar de bodem. Daardoor kan de plant van het gewas maximaal groeien. Daardoor is tevens de omzetting van koolzuurgas CO2 naar zuurstof O2 maximaal. Bovendien zorgt de realisatie van het assimilatie predicaat bij alle winvelden van water ervoor dat een belangrijke oorzaak voor het ontstaan van extreem weer wordt weggenomen. Dat wordt later in meer detail beschreven nadat het ontstaan van relaxatie oscillaties is besproken.

Zo maken we het voor het wetenschappelijke onderwijs en onderzoek mogelijk alle oorzaak → gevolg relaties in de natuur en in de landbouw op een overzichtelijke manier in het volledige overzicht onder te brengen voor personen afkomstig uit een groot aantal vakgebieden.

Daarbij kies ik m'n woorden, als wetenschapper en ook als verslaglegger, zo dat journalisten, rechters, en burgers de processen in de natuur kunnen begrijpen en ook zelfstandig kunnen beoordelen.

Er zijn ook praktische technieken, zoals standplaats vergelijkingen in een demonstratie veld. Deze worden door verkopers van zaaigoed, gebruikt om de groei van gewassen onderling te beoordelen onder diverse omstandigheden.

Ik gebruik een standplaats vergelijking van maisvelden waarbij je met het blote oog kunt zien dat bij het niet voldoen van het assimilatie predicaat soms 95% van de mestbehoefte van de mais, verloren kan gaan als gevolg van de verlaging van de grondwaterspiegel hmv, ten opzichte van het maaiveld, bij de winning van water.

Daarbij spelen niet lineaire en instabiele processen, die samen relaxatie oscillaties en extreem weer, mogelijk maken, een grote rol.

Hydrologen zijn gewend om te werken met grondwaterformules, de tijdreeksanalyse en grondwatersimulatoren, om de oplossing van de stationaire stroming van het grondwatersysteem te berekenen.

Daarbij toonden zij de juistheid van hun berekeningen aan met een cirkel redenering. Een pompproef, die uitgaat van een grondwaterformule, werd gebruikt om vergunningen te verlenen voor water winvelden ontworpen met grondwaterformules die heel vaak niet toegepast mogen worden als mest verliezen naar de bodem een rol spelen.

Dit heeft als effect dat hydrologen niet weten wat ze niet weten, met als gevolg dat er al vele jaren, door dilettantisme, veel problematische winvelden zijn vergund door de provincie besturen.

Maar er is meer en de kennis betreffende dat meerdere, werd nooit gebruikt. Zo zijn er relaxatie oscillaties die een toestand beschrijven waarbij een deel van het grondwater zich op een plaats (x,y) en een tijdstip (t) bevindt, die geen onderdeel is van een stationaire oplossing.

Dat komt vanwege het bestaan van een straal ρ ≈ 3D, met D de effectieve dikte van de watervoerende lagen waardoor het mogelijk is om een fractie van het winbare deel van het stationaire debiet te winnen uit een cilinder C(ρ) met hoogte D en straal ρ, dat tevens gelijk is aan het winbare debiet q = aN, winnen uit het areaal a van C(ρ), met N de stationaire waarde van de neerslag. 

Op vergelijkbare wijze kunnen we het gehele debiet Q = AN, winnen uit het areaal A van C(R), met R de effectieve winningsstraal van het winveld A door gebruik te maken van ofwel een puntwinning, of een vlak dekkend gespreid winveld dat kleine debieten q =aN wint die samen gelijk zijn aan het debiet Q van het gehele winveld. 

Daarbij maken we voor de puntwinning, gebruik van de transportformule van Dupuit.

Er is nu, voor een hydrologie horizontaal,  sprake van twee stationaire verlagingen de winningsverlaging, van het gespreide winveld en de bijkomende transportverlaging uit de grondwaterformule van Dupuit.

Als gevolg van de groei van het gewas is er ook nóg een dynamische verlaging: de assimilatie verlaging die gedurende het teeltseizoen ontstaat uit de assimilatie winning. In Nederland is de stationaire waarde van de neerslag N=0.8m/jaar. Dat geeft bij een porievolume van 1/3 een waarde van de stationaire winningsverlaging van 0.2m en een actuele vorm van de puntspreidfunctie gelijk aan een Gauss curve. De totale verlaging die optreedt bij een puntwinning is de oneigenlijke som van de (optionele) transportverlaging + de winningsverlaging (met een Gauss vormige puntspreidfunctie) + de (naar de plaats (x,y) onbegrensde en naar de tijd (t) periodiek begrensde assimilatie winning), met een amplitude van ~0.8m. Ik sereek hier over een oneigenlijke som omdat er wel een realisatie mogelijk is zonder transportverlaging, maar niet zonder winningsverlaging.

De stationaire transport verlaging kunnen we met de integraalrekening berekenen, door het winbare debiet Q te sturen door de mantel van een cilinder C(r) en de daarbij horende gradiënt te integreren van ρ tot (R-ρ) en de bijbehorende integraal op te lossen, inclusief de bijbehorende integratie constante. De ontbrekende delen hebben alle een Gauss vormige puntspreidfunctie.

Het werken met een stationaire stroming is als het werken met een luidspreker waarvan de stand van de conus weliswaar kan veranderen, maar er zal nooit muziek uitkomen. Als we vervolgens blijven werken met de stationaire oplossing, en eisen dat de conus uitsluitend binnen het interval {l,h} beweegt, dan zullen we rekening moeten houden met de extreme waarden die de conus aan kan nemen. Bij het bepalen van het interval waarin de grondwaterspiegel zich mag bewegen om het assimilatie predicaat te voldoen, zullen we net als bij de conus van de luidspreker, ook rekening moeten houden met de extremen. 

De Advies Commissie Schade Grondwater (ACSG) probeert te werken met de gemiddelde schade over een de periode waarvoor de waterleidingbedrijven een vergunning hebben gekregen, en is van mening dat je mag uitgaan van een gemiddeld schade percentage, dat ook geldig is als de mest verliezen naar de bodem incidenteel heel groot zijn. Die zienswijze is heel oud, maar desalniettemin onjuist.

Er bestaan hoogwaardige water winvelden, die geen mestverlies naar de bodem kennen. Deze zijn wat ingewikkelder en vragen om meer technisch inzicht.

Omdat  ze geen mest verliezen naar de bodem geven, zijn ze extreem belangrijk voor de rentabiliteit van de waterleidingbedrijven, die op basis van kristalhelder grondwater, vrij van verontreinigingen, met een kleine zuiveringsinspanning, goedkoop drinkwater kunnen produceren. Ze zijn ook belangrijk voor het verdienvermogen van de Nederlandse Economie, omdat ze geen andere restricties opleggen aan de agrariërs, die als voorheen het overbemesting predicaat moeten voldoen.

---

Omdat het assimilatie predicaat pas voldaan wordt als de grondwaterspiegel zich in het interval b.g.{l,h}(w) van volledige assimilatie beweegt, met b de bodem, g het gewas, {l,h} het interval en (w) de actuele wortellengte van een snel groeiend gewas, zoals mais, die kan worden gebruikt om het interval te vergroten naarmate het gewas groeit.

Er wordt in de literatuur aangenomen dat hmv aan het begin van het teeltseizoen een vaste waarde h aanneemt, en als gevolg van de assimilatie verlaging in het teeltseizoen een 0.8m lagere waarde l aan zal nemen. Daar komt tenminste nog een waarde van de winningsverlaging bij van 0.2m voor een hydrologie horizontaal hoort daar ook nog in veel gevallen een transportverlaging volgens Dupuit bij. Met al die verlagingen is het onmogelijk om binnen het interval {1.4, 0.4}m -mv te blijven.

Gelukkig wordt het bruikbare deel {l,h} van het interval groter als we de relaxatie oscillatie kunnen elimineren door een hoogwaardig winveld te realiseren.

Maar in een droog teeltseizoen is er geen grondwateraanwas, waardoor er een groot assimilatie verlies zal ontstaan. Als er onder zulke omstandigheden ook nog sprake is van een relaxatie oscillatie kan hmv langdurig waarden aannemen < l. In zulke gevallen kan veel schade worden voorkomen als we onnodige verlagingen van hmv, o.a. door relaxatie oscillaties kunnen elimineren door een hoogwaardig winveld toe te passen.

Dit laat zien dat

als het winveld niet goed ontworpen is. Omdat agrariërs de komst van een waterleiding bedrijf moeten gedogen stelt art. 7.18 waterwet dat de waterleiding bedrijven een passende compensatie vergoeding verschuldigd zijn als het waterleiding bedrijf het assimilatie predicaat niet voldoet.