Search

Drought is a recurrent hazard, which has happened throughout human history, and it is anticipated to become more severe in multiple regions across the world. Drought occurs in all climate regimes from humid to dry and from hot to cold. Drought is often viewed through its impact on environment and society, including wildfire, which is the topic of this study. The nature of such impacts differs remarkably from region to region. Although drought does not directly cause wildfire, it provides favorable conditions for wildfire ignition and spread. When drought coincides with strong El Nino events in the humid tropics, e.g. Southeast Asia, the impacts worsen through uncontrolled forest fires affecting the global carbon cycle. These include reduction of the carbon stock, intensifying the haze hazard, and other severe socio-economic impacts in Southeast Asia, including areas far away from the burnt area, e.g. Singapore because of fires in Sumatra. There still remains a serious lack of scientific understanding about the fundamental role of drought in fire-generating processes. Most research, so far, suggests that climate controls wildfire occurrence in the humid tropics. However, this climate-centered approach, which is reflected in contemporary drought-fire related indices, overlooks soil and hydrological processes beneath the surface across the humid tropics. There is also uncertainty about the relative roles of climate variability and human activities in influencing the nature and distribution of drought-related wildfires. Hence, the general objective of this PhD research is to examine how characterization of hydrological drought under natural and human-modified conditions can improve understanding of wildfires in general in the humid tropics. Chapter 2 discusses the contribution of humans to an increase of hydrological drought severity in the tropical peatland of Southeast Asia. Climate variability induces drought in the region, however, human activities (human-modified drought) may increase its severity. Analyzing long time series of simulated historical groundwater levels from selected regions in Southeast Asia, which were validated against some years with observations, revealed that human interference (through canalization and land-use change) has amplified drought severity. The drought amplification due to human interference was at least double that of climate-induced drought. The amplification is even higher when peatland is converted into acacia plantation. Further, research findings suggest that even if the Paris Agreement target is met, drought risk of peatlands remains high unless sustainable water management receives top priority in the region. Chapter 3 deals with how an existing, well-known drought-fire related index, i.e. the Keetch-Byram Drought Index (KBDI), is modified to improve applicability in the humid climate environment of Southeast Asia. The improvement includes: (i) adjustment of the drought factor to the local climate, and (ii) addition of the water table depth as a dynamic factor to fine-tune the drought index. The results indicate that the modified Keetch-Byram Drought Index (mKBDI) performed well in predicting fire hazard. Furthermore, the research identified a critical water table depth, which represents maximum fire hazard (0.85 m for the wetland forest of South Sumatra). Below this value hazard does not increase anymore. The mKBDI could be more widely applied, if pedotransfer functions would be developed that link easily-obtainable soil properties to the parameters of the water table factor. Chapter 4 shows that wetland transformation (i.e. through canalization and land-use change) not only affects hydrological drought (Chapter 2), but also influences fire behaviour. In Southeast Asia, expansion of agricultural cropland and forest plantations has changed the landscape of wetlands. The findings showed that the transformation into acacia plantation has amplified the fire hazard from 4% (under natural conditions) to 17%. An even higher amplification (40% fire hazard) is expected under poor water management, that is, uncontrolled drainage. The findings derived from this observation-based modeling experiment suggest that improved water management (controlled drainage with higher dry season surface water levels) can minimize fire susceptibility. Chapter 5 explains the importance of hydrology for fire hazard studies. Borneo is selected to investigate the added value of including hydrological variables in fire hazard prediction approaches. More than 300 statistical models were tested, and the results showed that models that include hydrological variables better predict area burnt than those solely based on climate indicators/indices. Further, modelling evidence shows amplifying wildfires and greater area burnt in response to El Nino Southern Oscillation (ENSO) strength, when hydrology is considered. These results highlight the importance of considering hydrological drought for wildfire prediction. I recommend that hydrology should be considered in future studies of the impact of projected ENSO strength, including effects on tropical ecosystems and biodiversity conservation. The contributions of this thesis research to science are summarized and synthesized in Chapter 6. First, the research identified that fire hazard studies would benefit from adding hydrology, which is reflected in the improved model performance when hydrological variables are integrated. Next, the research revealed that humans play a substantial role in modifying groundwater drought characteristics, hence amplifying the fire hazard in Southeast Asia. Further, the chapter identified several relevant research findings, including the model choice, which should consider the simplicity and the applicability of the model. Another finding demonstrated that controlling canal water level through canal blocking is a practical water management tool to restore degraded wetland. This restored wetland would benefit some endemic species. However, the restored wetland still faces high drought severity. Hence they remain more fire-prone until the un-impacted hydrology condition is achieved. Finally, this research suggest that currently widely-used drought indices (such as FWI) require improvements in their model structure, which means integration of hydrological variables to increase their applicability for fire hazard studies in the humid tropics.

Theory description and user manual

On 26 August 2010 the eastern part of The Netherlands and the bordering part of Germany were struck by a series of rainfall events lasting for more than a day. Over an area of 740 km2 more than 120 mm of rainfall were observed in 24 h. This extreme event resulted in local flooding of city centres, highways and agricultural fields, and considerable financial loss. In this paper we report on the unprecedented flash flood triggered by this exceptionally heavy rainfall event in the 6.5 km2 Hupsel Brook catchment, which has been the experimental watershed employed by Wageningen University since the 1960s. This study aims to improve our understanding of the dynamics of such lowland flash floods. We present a detailed hydrometeorological analysis of this extreme event, focusing on its synoptic meteorological characteristics, its space-time rainfall dynamics as observed with rain gauges, weather radar and a microwave link, as well as the measured soil moisture, groundwater and discharge response of the catchment. At the Hupsel Brook catchment 160 mm of rainfall was observed in 24 h, corresponding to an estimated return period of well over 1000 years. As a result, discharge at the catchment outlet increased from 4.4 × 10−3 to nearly 5 m3 s−1. Within 7 h discharge rose from 5 × 10−2 to 4.5 m3 s−1. The catchment response can be divided into four phases: (1) soil moisture reservoir filling, (2) groundwater response, (3) surface depression filling and surface runoff and (4) backwater feedback. The first 35 mm of rainfall were stored in the soil without a significant increase in discharge. Relatively dry initial conditions (in comparison to those for past discharge extremes) prevented an even faster and more extreme hydrological response.

Alterra onderzocht samen met Wageningen Universiteit de gevolgen van klimaat- en landgebruikverandering op lage afvoeren in de Rijn. Hiervoor maakten ze gebruik van het grond- en oppervlaktewatermodel SIMGRO. Uit het onderzoek komt naar voren dat extreme klimaatscenario’s in 2050 zullen leiden tot aanzienlijk lagere afvoeren in de Rijn en bovendien een toename in de duur. Verder blijkt dat veranderingen in het landgebruik een veel kleiner effect hebben op lage afvoeren dan veranderingen in het klimaat. Hierdoor kunnen lagere afvoeren door klimaatverandering moeilijk opgevangen worden met alleen aanpassingen in het landgebruik

Wageningen UR hield in september 2009 een reünie voor oud-studenten, die in 1984 aan hun studie waren begonnen. In dat jaar was de opkomst hoog. Maar liefst 1.200 studenten verschenen aan de start, waarvan ongeveer driekwart de finish haalde. Deze lichting heeft twee hoogleraren voortgebracht en vele promovendi. Beide hoogleraren (Marc Bierkens, Geografische hydrologie aan de Universiteit van Utrecht, en Remko Uijlenhoet, Hydrologie en Kwantitatief waterbeheer aan Wageningen UR) kozen destijds voor dezelfde studierichting Cultuurtechniek, oriëntatie Hydrologie en waterbeheer. Een goed waterjaar, want na 25 jaar blijken ook de andere hydrologen uit 1984 nog steeds geïnspireerd door water en bekleden gevariëerde functies binnen wetenschap, overheid en bedrijfsleven.

De artikelen van Van der Gaast e.a. over verwaarlozing van ondiep in de ondergrond voorkomende verticale weerstand en de daaruit voortvloeiende 'numerieke verdroging', gepubliceerd in het tijdschrift H2O, hebben geleid tot veel discussie. Vooral de mate waarin stijghoogteverschillen in de bovenste paar meter volgens de auteurs optreden heeft verwondering gewekt en vooralsnog zijn de meningen over dit onderwerp sterk verdeeld. Om uit deze impasse te komen is getracht de verticale weerstand vanuit hydrologische kenmerken en veldmetingen te verklaren en te nuanceren.

Provincies en waterschappen bereiden zich voor op een warmer en grilliger klimaat. Met name voor watersystemen met een interactie tussen traag en snel reagerende deelsystemen is een regionaal hydrologisch model noodzakelijk om klimaateff ecten inzichtelijk te maken. In dit artikel wordt dit geïllustreerd voor het beheergebied van Waterschap Vallei & Eem. Voor de KNMI’06-klimaatscenario’s zijn de veranderingen in grondwaterstanden en kwel berekend. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen de traag reagerende systemen van de Utrechtse Heuvelrug en de Veluwe en het snel reagerende systeem van de tussenliggende Gelderse Vallei. Vervolgens wordt ingegaan op klimaatscenario’s en nat- en droogteschade voor de landbouw en de doelrealisatie voor natuur

Most lowland stream drainage-basins have a high population density and the land use is very intensive. The permeable subsoil acts as an integrating medium, thus providing a widespread dispersal of leached nutrients and transmission of water-table lowering. This leads to eutrophication and desiccation of stream ecosystems. For providing suggestions with respect to cost-effective and sustainable spatial planning solutions, the `Waterwise¿ bioeconomic model has been developed. It combines the accuracy of simulation models with the versatility of optimization techniques to generate land-use patterns along with the appropriate water management, taking into account the preferences of stakeholders with respect to peak discharges, nutrient loading on groundwater and surface water, the biological value of nature areas, and the revenue from agriculture. Computational experiments with the model show, for instance, that a certain goal for the nitrogen load on surface water can be reached at a 40% lower cost if the measures are `tailored¿ to the region instead of using generic-style measures towards the same end.

Nederland was grotendeels landbouwkundig ingericht voor de komst van de computer en het hierop volgende digitale tijdperk. De inrichting vond plaats op basis van ervaring en later systeemkennis en analytische beschrijvingen van delen van het systeem. Het inrichten van Nederland is ongetwijfeld gepaard gegaan met vallen en opstaan. De komst van de computer heeft ertoe geleid dat hydrologische systeemen in toenemende mate zijn geformaliseerd in hydrologische rekenmodellen. Deze modellen zijn in de loop der tijd aangepast en verbeterd teneinde het hydrologische systeem beter te kunnen beschrijven. Het digitale tijdperk heeft echter ook tot gevolg gehad dat de technieken en methoden om de grondwaterstanden te meten, zijn aangepast. De eisen vanuit de automatisering leidden ertoe dat een relatief eenvoudige meting van de grondwaterstand in sommige gevallen zodanig is aangepast dat de interpretatie van de metingen in een aantal situaties niet meer correct is. Hierdoor is de vraag ontstaan in hoeverre we weten wat we meten. Wellicht is het raadzaam de uitdrukking 'meten is weten' op de volgende wijze aan te scherpen: 'Meten is weten mits we weten wat we meten'

Waterschap De Dommel wil voor het stroomgebied van de Aa of Goorloop en het Dalemstroompje een samenhangende inrichtingsvisie opstellen. De visie moet beeldend en in heldere taal weergeven hoe het waterschap haar doelstellingen in dit beekdal wil realiseren. De doelstellingen zijn gekoppeld aan de functie waternatuur voor de beken en het herstel van drie zogeheten natte natuurparels. Voor het opstellen van de visie is inzicht nodig in het hydrologisch functioneren van het gebied, in de huidige situatie en na realisatie van maatregelen, om daarmee de hydrologische effectiviteit van ingrepen in het landgebruik en de waterhuishoudkundige inrichting en beheer te kunnen aangeven. Daartoe is een modelonderzoek uitgevoerd dat in dit artikel wordt beschreven

Water en de stad lijken soms veel van elkaar te houden, dan weer van elkaar vervreemd te zijn. Dit terwijl de meeste steden in hun historische oorsprong altijd aan het water werden gevestigd. Reden daarvoor was dat er vele voordelen waren verbonden - ten opzichte van alle andere mogelijke vestigingslocaties - en betrekkelijk weinig nadelen.. Dit artikel kwam tot stand mede naar aanleiding van de ervaringen en resultaten van het project Planning for Urban-Rural River Environment PURE, in het kader van Interreg IIIb, een inititatief van de provincie Groningen

During the past decades human interference in regional hydrologic systems has intensified. These systems act as an integrating medium. They link climate, human activities and ecologic processes through groundwater and surface water interactions. For simulating these linkages an integrated regional hydrologic model has been coupled to an ecologic evaluation model. The simulated ecologic effects of climate change on mesotrophic riverine grasslands are clearly positive. Simulation results also indicate a high sensitivity of the peak discharges to the precipitation. For modelling the long-term development of land use and water management an integrated 'bio-economic' model has been constructed. It includes a model for the development of agriculture. Results for the autonomous development in reaction to climate change indicate a strong increase of field drainage by agriculture. This development would substantially reduce the predicted positive effects of climate change on riverine grasslands. The challenge is to guide regional developments in such a manner that opportunities for improving nature are not lost, but that at the same time the peak discharges are kept under control. Flow retardation in the 'fine arteries' of the upstream areas appear to be a viable option for the latter. The bio-economic model can provide help in anticipating on climate change through spatial planning. Keywords Bio-economic model; climate change; desiccation; peak discharges; spatial planning

Water-level fluctuations may be used to promote the expansion of emergent vegetation along lakeshores. The authors present the case of the lake Volkerak-Zoommeer in the Netherlands, a freshwater lake created in 1987 after the enclosure of an estuary. Using an experimental area in which the water level could be manipulated, it was shown that partial summer drawdown of the shoreline created suitable conditions for germination and growth of tall emergent species (in particular Phragmites australis). Plant survival and growth depended on subsequent water-level fluctuations and grazing by waterbirds. Based on the experiment and empincai data, a model was developed to predict the effects of the water-level regime on potential reed bed development. The model was applied for four hydrological scenarios that have been considered for the water-level management of the lakeWater-level fluctuations may be used to promote the expansion of emergent vegetation along lakeshores. We present the case of the lake Volkerak-Zoommeer in the Netherlands, a freshwater lake created in 1987 after the enclosure of an estuary. Using an experimental area in which the water level could be manipulated, it was shown that partial summer drawdown of the shoreline created suitable conditions for germination and growth of tall emergent species (in particular Phragmites australis). Plant survival and growth depended on subsequent water-level fluctuations and grazing by waterbirds. Based on the experiment and empirical data, a model was developed to predict the effects of the water-level regime on potential reed bed development. The model was applied for four hydrological scenarios that have been considered for the water-level management of the lake.

Eind 2002 en begin 2003 werd het Waternoodinstrumentarium onder grote belangstelling gepresenteerd. Toch ontbreekt nog iets dat het daadwerkelijke succes in de weg staat: de toepassing in combinatie met een geschikt hydrologisch model. Juist daarmee is ervaring opgedaan in het project Langbroekerwetering. In dit artikel wordt aan de hand van praktische ervaringen aangetoond dat integratie van de GIS-applicatie AlterrAqua en het model SIMGRO met het Waternoodinstrumentarium uitstekende mogelijkheden biedt

Voor een weloverwogen integrale afweging bij de keuze van het waterpeil is kwantitatieve informatie nodig over het bodem-watersysteem. Omdat die informatie zich over verschillende bodems, grond- en oppervlaktewater uitstrekt, zijn geïntegreerde rekeninstrumenten nodig. Alterra en het Hoogheemraad van Rijnland ontwikkelden het 'Framework Integraal Waterbeheer MultiSWAP (FIW MultiSWAP ). Dit integreert op een moderne wijze de water- en zouthuishouding van bodems en oppervlaktewater

Het Rijk overweegt om het Volkerak-Zoommeer weer zout te maken, omwille van ecologische redenen en problemen die er zijn geweest met de waterkwaliteit. Voorwaarde voor een zout Volkerak-Zoommeeer is dat een alternatieve zoetwatervoorziening wordt aangelegd voor de gebieden die nu voor de zoetwatervoorziening afhankelijk zijn van het Volkerak-Zoommeer. Bij de afweging van een zout Volkerak-Zoommeer is één van de vragen wat de baten zijn van de alternatieve zoetwatervoorziening voor de landbouw.

Waterschappen in Nederland zijn constant op zoek naar kostenefficiënte alternatieven voor beekherstel. Eén van deze methoden is het verwijderen van oeverbeschoeiing, vervolgens zouden autogene morfologische processen een kronkelende loop moeten vormen. In een grootschalig veldexperiment (Hooge Raam) zijn deze morfologische processen onderzocht. De invloed van exogene processen op de initiatie van meandering zijn in detail bestudeerd in het Gelderns-Nierskanaal. In de Lunterse beek speelden stuweffecten een subtstantiële rol in de morfologische ontwikkelingen die uiteindelijk tot een bochtafsnijding hebben geleid. De term ’hermeandering´ is misleidend, vanwege de suggestie dat laaglandbeken de kenmerken zouden hebben van actief meanderende rivieren. Dit onderzoek heeft zich met name gericht op korte morfologische tijdschalen vanwege de relevantie voor het Nederlandse waterbeheer.

Het Rijk overweegt om het Volkerak-Zoommeer weer zout te maken, omwille van ecologische redenen en problemen die er zijn geweest met de waterkwaliteit. Voorwaarde voor een zout Volkerak-Zoommeeer is dat een alternatieve zoetwatervoorziening wordt aangelegd voor de gebieden die nu voor de zoetwatervoorziening afhankelijk zijn van het Volkerak-Zoommeer. Bij de afweging van een zout Volkerak-Zoommeer is één van de vragen wat de baten zijn van de alternatieve zoetwatervoorziening voor de landbouw.

Waterschappen in Nederland zijn constant op zoek naar kostenefficiënte alternatieven voor beekherstel. Eén van deze methoden is het verwijderen van oeverbeschoeiing, vervolgens zouden autogene morfologische processen een kronkelende loop moeten vormen. In een grootschalig veldexperiment (Hooge Raam) zijn deze morfologische processen onderzocht. De invloed van exogene processen op de initiatie van meandering zijn in detail bestudeerd in het Gelderns-Nierskanaal. In de Lunterse beek speelden stuweffecten een subtstantiële rol in de morfologische ontwikkelingen die uiteindelijk tot een bochtafsnijding hebben geleid. De term ’hermeandering´ is misleidend, vanwege de suggestie dat laaglandbeken de kenmerken zouden hebben van actief meanderende rivieren. Dit onderzoek heeft zich met name gericht op korte morfologische tijdschalen vanwege de relevantie voor het Nederlandse waterbeheer.

Met een nieuw ecologisch beoordelingssysteem voor stadswateren, ontwikkeld in opdracht van STOWA, zijn zowel de ecologische toestand als de belevingswaarde van stadswateren op simpele wijze te bepalen. Het systeem bestaat uit drie deeltoetsen: (1) een simpele veldtoets gericht op een snelle ecologische inventarisatie en vaststelling van de belevingswaarde, (2) een uitgebreide ecologische beoordeling op basis van watertypen en karakteristieken, uitmondend in een ecologisch profiel, (3) een vervolgtoets met een diagnose van mogelijke oorzaken van problemen en verbeteringsmaatregelen

Uit een inventarisatie is gebleken dat in bijna een kwart van de zomereikenopstanden de laatste vijftien jaar veel sterfte is opgetreden. Deze sterfte vertoont duidelijke samenhang met ongunstige factoren in de (storende bodemlagen, grote grondwaterfluctuaties e.d.). De laatste paar jaar heeft de eikenprachtkever veel eiken aangetast en wellicht versneld doen afsterven. Vanwege de slechte vitaliteit van veel eiken is de komende jaren nog meer sterfte te verwachten.

Ontwerpstudie voor de driehoek Amsterdam-Haarlem-Leiden. Met als uitgangspunt de verkeers- en waternetwerken wordt een aantrekkelijk woon- en werklandschap gecreerd met een grote randlengte en een hoge kwaliteit van de randen (groen; water)

Met behulp van modelberekeningen (SIMFLOW en MWW) is nagegaan in welke mate het opzetten van het waterpeil als anti-verdrogingsmaatregel in een gebied de piekafvoeren doet toenemen en wat dit betekent voor de frequentie van het maaionderhoud. Voorbeeldberekeningen worden gegeven voor twee waterlopen in het stroomgebied van de Poelsbeek (Twente)

Bij het huidige waterbeheer in de veenweidegebieden zal het maaiveld in de komende honderd jaar op veel plaatsen met meer dan een meter dalen. De maaivelddaling gaat door tot al het veen is verdwenen en de minerale ondergrond aan de oppervlakte ligt. Met het veen verdwijnt dan ook het bijbehorende veenlandschap. De enige mogelijkheid om deze ontwikkeling af te remmen, is door het waterpeil te verhogen. Er zijn verschillende waterpeilstrategieën denkbaar om dat te realiseren, maar die hebben de nodige gevolgen voor inrichting, bodemgebruik en waterinlaat. Een strategiestudie brengt momenteel de gevolgen in kaart en biedt daarmee de waterbeheerder handvatten om mogelijke veranderingen in het peilbeheer te beoordelen

Bufferstroken worden genoemd als mogelijke gebiedsgerichte maatregel om de belasting van oppervlaktewater met meststoffen uit de landbouw te verminderen. In dit artikel wordt ingegaan op verschillende mogelijke vormen van bufferstroken en op processen die een rol spelen bij bufferstroken. Perspectieven voor bufferstroken zijn onderzocht middels veldmetingen nabij de Mosbeek in Noordoost-Twente. Op basis van metingen van de hydrologie en chemie in het grondwater is met behulp van een modelinstrumentarium nagegaan in hoeverre bufferstroken de belasting van de beek met stikstof en fosfor kunnen verminderen

Bespreking van een drietal publicaties rond het thema "water in de stad"

Drought is a severe natural disaster resulting in high economic loss and huge ecological and societal impacts. In this thesis drought is defined as a period of below-normal water availability in precipitation (meteorological drought), soil moisture (soil moisture drought), or groundwater and discharge (hydrological drought), caused by natural variability in climate. Drought propagation is the change of the drought signal as it moves from anomalous meteorological conditions to a hydrological drought through the terrestrial part of the hydrological cycle. The objective of this PhD research is to investigate the processes underlying drought propagation and their relation with climate and catchment characteristics, both on the catchment scale and on the global scale. The catchment-scale studies are based on five headwater catchments in Europe with contrasting climate and catchment characteristics. In one of these case study areas, anthropogenic influence on the water system was significant, resulting in severe water scarcity. As I only study natural processes in this thesis, there was a need to separate drought (as defined in this thesis) from human-induced water scarcity in this case study area. I proposed an observation-modelling framework that consists of a hydrological model to simulate the ‘naturalised’ situation and an anomaly analysis method to quantify drought and water scarcity events. Both the time series and the anomaly characteristics of the ‘disturbed’ and ‘naturalised’ situation were compared to quantify human and natural influences on the hydrological system. After simulation of hydrometeorological variables of all case study areas with a conceptual hydrological model and drought identification with the variable threshold level method, time series and characteristics of drought events were analysed. I classified the drought events into six hydrological drought types that are the result of the interplay of temperature, precipitation, evapotranspiration and storage in different seasons. The most common hydrological drought type develops as a result of a rainfall deficit. However, in the development of the most severe hydrological drought events temperature and storage-related processes play an important role, for example through a lack of recovery of the drought. As I aimed to investigate drought propagation also on larger scales, I tested an ensemble mean of a number of large-scale models (both land-surface models and global hydrological models) on their ability to reproduce the drought propagation processes found in the case study areas. The large-scale models did simulate general aspects of drought propagation (e.g. fewer and longer drought events in discharge than in precipitation), but the above-mentioned effects of temperature and storage-related processes were only partly reproduced. In the large-scale model ensemble, daily runoff reacted almost immediately to changes in precipitation, resulting in important deficiencies in drought simulation in cold and semi-arid climates and regions with large storage. For the time being, this limits the use of large-scale models for the study of processes underlying drought propagation on a global scale. Consequently, I used a synthetic conceptual hydrological model to study drought propagation on the global scale. I focused on climate control by isolating forcing effects from effects of catchment properties. The drought characteristics (duration and deficit combined) of both soil moisture and subsurface discharge exhibited strongly non-linear patterns in seasonal climates. The non-linear effects in soil moisture drought were caused by the fact that the development of soil moisture droughts in warm seasonal climates is limited by the wilting point. Hydrological droughts in both warm and cold seasonal climates showed a strong increase of deficit with duration due to a lack of recovery in the dry season or snow season, respectively. This effect was strongest in cold seasonal climates, which indicates that for the development and recovery of within-year hydrological drought temperature is an important factor. The overall conclusion of this research is that, although drought is a complex, nonlinear phenomenon with drought characteristics varying with climate type and catchment characteristics, generic patterns can be derived that reflect the different hydrological processes underlying drought propagation. These processes result in different hydrological drought types that are shown to play a role both on the catchment scale and on the global scale. The non-linear effects of snow and storage-related processes on drought are not incorporated sufficiently in the currently-used large-scale models and drought indices. Possible future steps include more focus on catchment control, in particular the representation of storage, and the role of temperature and evapotranspiration. Additionally, the findings of this research can be applied to hydrological drought forecasting, prediction in ungauged basins, and prediction under global change.

Drought is a severe natural disaster resulting in high economic loss and huge ecological and societal impacts. In this thesis drought is defined as a period of below-normal water availability in precipitation (meteorological drought), soil moisture (soil moisture drought), or groundwater and discharge (hydrological drought), caused by natural variability in climate. Drought propagation is the change of the drought signal as it moves from anomalous meteorological conditions to a hydrological drought through the terrestrial part of the hydrological cycle. The objective of this PhD research is to investigate the processes underlying drought propagation and their relation with climate and catchment characteristics, both on the catchment scale and on the global scale. The catchment-scale studies are based on five headwater catchments in Europe with contrasting climate and catchment characteristics. In one of these case study areas, anthropogenic influence on the water system was significant, resulting in severe water scarcity. As I only study natural processes in this thesis, there was a need to separate drought (as defined in this thesis) from human-induced water scarcity in this case study area. I proposed an observation-modelling framework that consists of a hydrological model to simulate the ‘naturalised’ situation and an anomaly analysis method to quantify drought and water scarcity events. Both the time series and the anomaly characteristics of the ‘disturbed’ and ‘naturalised’ situation were compared to quantify human and natural influences on the hydrological system. After simulation of hydrometeorological variables of all case study areas with a conceptual hydrological model and drought identification with the variable threshold level method, time series and characteristics of drought events were analysed. I classified the drought events into six hydrological drought types that are the result of the interplay of temperature, precipitation, evapotranspiration and storage in different seasons. The most common hydrological drought type develops as a result of a rainfall deficit. However, in the development of the most severe hydrological drought events temperature and storage-related processes play an important role, for example through a lack of recovery of the drought. As I aimed to investigate drought propagation also on larger scales, I tested an ensemble mean of a number of large-scale models (both land-surface models and global hydrological models) on their ability to reproduce the drought propagation processes found in the case study areas. The large-scale models did simulate general aspects of drought propagation (e.g. fewer and longer drought events in discharge than in precipitation), but the above-mentioned effects of temperature and storage-related processes were only partly reproduced. In the large-scale model ensemble, daily runoff reacted almost immediately to changes in precipitation, resulting in important deficiencies in drought simulation in cold and semi-arid climates and regions with large storage. For the time being, this limits the use of large-scale models for the study of processes underlying drought propagation on a global scale. Consequently, I used a synthetic conceptual hydrological model to study drought propagation on the global scale. I focused on climate control by isolating forcing effects from effects of catchment properties. The drought characteristics (duration and deficit combined) of both soil moisture and subsurface discharge exhibited strongly non-linear patterns in seasonal climates. The non-linear effects in soil moisture drought were caused by the fact that the development of soil moisture droughts in warm seasonal climates is limited by the wilting point. Hydrological droughts in both warm and cold seasonal climates showed a strong increase of deficit with duration due to a lack of recovery in the dry season or snow season, respectively. This effect was strongest in cold seasonal climates, which indicates that for the development and recovery of within-year hydrological drought temperature is an important factor. The overall conclusion of this research is that, although drought is a complex, nonlinear phenomenon with drought characteristics varying with climate type and catchment characteristics, generic patterns can be derived that reflect the different hydrological processes underlying drought propagation. These processes result in different hydrological drought types that are shown to play a role both on the catchment scale and on the global scale. The non-linear effects of snow and storage-related processes on drought are not incorporated sufficiently in the currently-used large-scale models and drought indices. Possible future steps include more focus on catchment control, in particular the representation of storage, and the role of temperature and evapotranspiration. Additionally, the findings of this research can be applied to hydrological drought forecasting, prediction in ungauged basins, and prediction under global change.

Het humusprofiel geeft actuele informatie over bodemprocessen. Voorgesteld wordt de toestand van het humusprofiel te gebruiken als criterium voor beslissingen over oppervlaktewateraanvoer voor vernatting van natuurgebieden. Voor vier ecosysteemtypen zijn met veldkenmerken reeksen van humusprofieltypen opgesteld, waaruit de mate van verdroging kan worden afgeleid. De humusprofieltypen zijn beoordeeld op hun gevoeligheid voor basenverrijking, alkalinisatie en interne eutrofiëring. Het perspectief is gunstig voor het behoud van natte terrestrische systemen en het herstel van verdroogde semi-terrestrische systemen, maar ongunstig voor het herstel van verdroogde terrestrische en het behoud van natte semi-terrestrische systemen.

In Nederland wordt steeds meer naar een precisie afstemming tussen waterbeheer en landgebruik gestreefd. Informatie over het watersysteem wordt vooral verkregen via puntmetingen (neerslag, grondwaterstand). Vlakdekkende informatie, verkregen via remote-sensingtechnieken, brengt de ruimtelijke verschillen in hydrologie, het waterbeheer en het landgebruik in beeld, hetgeen de mogelijkheid biedt de achterliggende heterogeniteit te bestuderen. Het SEBAL-model is ontwikkeld om enkele hydrologische processen te kwantificeren met behulp van satellietbeelden van Landsat en NOAA

niet beschikbaar

niet beschikbaar

De behoeften van waterschappen aan gegevens en instrumenten voor integraal waterbeheer worden geschetst tegen de achtergrond van het toekomstige profiel voor een waterschap. Informatie over beschikbare kennis en methoden wordt vanuit meerdere invalshoeken geschetst. Terreinen die worden bestreken, zijn: het kwantitatieve waterbeheer; de belasting van grond- en oppervlaktewater met nutriënten en bestrijdingsmiddelen; beschikbare gegevensbestanden met informatie over bodem, grondgebruik en grondgebruiksmogelijkheden en de actualiteit ervan; de verontreiniging en sanering van waterbodems; en het tactische en operationele waterbeheer.

Alterra onderzocht samen met Wageningen Universiteit de gevolgen van klimaat- en landgebruikverandering op lage afvoeren in de Rijn. Hiervoor maakten ze gebruik van het grond- en oppervlaktewatermodel SIMGRO. Uit het onderzoek komt naar voren dat extreme klimaatscenario’s in 2050 zullen leiden tot aanzienlijk lagere afvoeren in de Rijn en bovendien een toename in de duur. Verder blijkt dat veranderingen in het landgebruik een veel kleiner effect hebben op lage afvoeren dan veranderingen in het klimaat. Hierdoor kunnen lagere afvoeren door klimaatverandering moeilijk opgevangen worden met alleen aanpassingen in het landgebruik

Alterra onderzocht samen met Wageningen Universiteit de gevolgen van klimaat- en landgebruikverandering op lage afvoeren in de Rijn. Hiervoor maakten ze gebruik van het grond- en oppervlaktewatermodel SIMGRO. Uit het onderzoek komt naar voren dat extreme klimaatscenario’s in 2050 zullen leiden tot aanzienlijk lagere afvoeren in de Rijn en bovendien een toename in de duur. Verder blijkt dat veranderingen in het landgebruik een veel kleiner effect hebben op lage afvoeren dan veranderingen in het klimaat. Hierdoor kunnen lagere afvoeren door klimaatverandering moeilijk opgevangen worden met alleen aanpassingen in het landgebruik

In het kader van hoogwatermanagement spelen berging en veerkracht van watersystemen een steeds grotere rol. In dit artikel een afvoerhydrologische analyse op stroomgebied-niveau: de complexe relaties tussen neerslagpieken, berging in verschillende reservoirs (bodem, maaivelddepressies, oppervlaktewater), ontwatering/afwatering, en resulterende afvoerpieken

De artikelen van Van der Gaast e.a. over verwaarlozing van ondiep in de ondergrond voorkomende verticale weerstand en de daaruit voortvloeiende 'numerieke verdroging', gepubliceerd in het tijdschrift H2O, hebben geleid tot veel discussie. Vooral de mate waarin stijghoogteverschillen in de bovenste paar meter volgens de auteurs optreden heeft verwondering gewekt en vooralsnog zijn de meningen over dit onderwerp sterk verdeeld. Om uit deze impasse te komen is getracht de verticale weerstand vanuit hydrologische kenmerken en veldmetingen te verklaren en te nuanceren.

Wageningen UR hield in september 2009 een reünie voor oud-studenten, die in 1984 aan hun studie waren begonnen. In dat jaar was de opkomst hoog. Maar liefst 1.200 studenten verschenen aan de start, waarvan ongeveer driekwart de finish haalde. Deze lichting heeft twee hoogleraren voortgebracht en vele promovendi. Beide hoogleraren (Marc Bierkens, Geografische hydrologie aan de Universiteit van Utrecht, en Remko Uijlenhoet, Hydrologie en Kwantitatief waterbeheer aan Wageningen UR) kozen destijds voor dezelfde studierichting Cultuurtechniek, oriëntatie Hydrologie en waterbeheer. Een goed waterjaar, want na 25 jaar blijken ook de andere hydrologen uit 1984 nog steeds geïnspireerd door water en bekleden gevariëerde functies binnen wetenschap, overheid en bedrijfsleven.

De artikelen van Van der Gaast e.a. over verwaarlozing van ondiep in de ondergrond voorkomende verticale weerstand en de daaruit voortvloeiende 'numerieke verdroging', gepubliceerd in het tijdschrift H2O, hebben geleid tot veel discussie. Vooral de mate waarin stijghoogteverschillen in de bovenste paar meter volgens de auteurs optreden heeft verwondering gewekt en vooralsnog zijn de meningen over dit onderwerp sterk verdeeld. Om uit deze impasse te komen is getracht de verticale weerstand vanuit hydrologische kenmerken en veldmetingen te verklaren en te nuanceren.

In de polder Arkemheen dient een peilbesluit te worden uitgevoerd. De bijbehorende maatregelen dienen getoetst aan het geldende natuurbeschermingsrecht. Daarbij blijkt dat niet alle maatregelen vergund kunnen worden of alleen onder voorwaarden die een praktische uitvoering belemmeren. In dit advies worden aanbevelingen gegeven voor overheden om te komen tot een vlotte uitvoering van watermaatregelen in gebieden met een meervoudige doelstelling.

In countries such as Saudi Arabia and the United Arab Emirates, water is scarce as rainfall is minimal. Growers in the Gulf Region rely on groundwater for evaporative cooling and irrigation. This source of water is running out and growers are deciding to end production. The governments of the Kingdom of Saudi Arabia and the United Arab Emirates want to create new possibilities for horticulture in the region by developing more sustainable and water-efficient techniques