Mijn onderzoeksactiviteiten bestrijken:
Chronostratigrafie Kwartair wereldwijd
PhD-begeleiding als co-promotor:
Detailed knowledge of past vegetation change is a valuable resource that contributes to addressing a variety of problems, including the planning of forest restoration projects, it assists in archaeological surveys and sheds light on past human-environment interactions. For the time before historical maps, information on past vegetation comes from pollen preserved in lake sediments and peats. While the Netherlands are particularly rich in pollen analytical investigations, data and interpretations are difficult to access and therefore often not considered. We aim to overcome this shortcoming by collecting and collating the existing Dutch pollen data into a national atlas of past vegetation and land cover change with direct applications to forest restoration, archaeology, and education. The map series will contain detailed reconstructions for the period from 15,000 years ago to the present in 1000 to 500-year timesteps. All original data will be placed into the public domain using the international Neotoma platform to ensure ease of access and long-term storage.
In constructing the maps, we will use the constraints of the abiotic landscape on the vegetation such as soil substrate, water table depth or the location of river channels for the past and present. Based on existing algorithms (Multi Scenario and Downscaling approach) we will develop a software solution for pollen-based quantitative vegetation reconstruction using environmental constraints. The wealth of information on subsurface geology in the Netherlands is internationally unprecedented providing an ideal situation to develop this approach further. The mapping will facilitate the synthesis of the many pollen diagrams spanning only a few thousand years resulting in regionally differentiated Holocene vegetation histories for the Netherlands, hitherto not available. Prior to mapping, data compilations will be used to analyse dependencies of vegetation composition and the dynamics of change on abiotic and biotic controls such as soil substrate. Resulting quantitative vegetation reconstructions will be compared to constraints not used in the map making process such as distance to the sea and known archaeological finds. Emphasis will be on reconstructions of past vegetation openness and its dependency on substrate, coastal proximity, and peat growth. The stability and resilience of different forest types will be evaluated to assist in forest restoration projects in cooperation with Staatsbosbeheer. Relationships between past vegetation patterns and archaeological finds will be analysed with support from archaeological consultants (RCE, BIAX, ADC). TNO will support the digitization of legacy data and evaluation of age models. Staatsbosbeheer and RCA will help in the dissemination of the results.
Hoe begon de akkerbouw in het Nederlandse laagland? We onderzoeken landschappen die sinds de steentijd zijn verdronken en afgedekt. Geologische datasets en geofysische metingen leiden ons naar sleutellocaties hiervoor op oeverwallen van riviersystemen. Met mechanische boringen en microscopische en palaeobotanische technieken onderzoeken we hoe en hoe snel akkerbouw hier begon.
Project getrokken door Hans Huisman (PI, RUG) en Kim Cohen (co-PI, UU).
1 PhD in Utrecht (Familetto @ Dept F.G.; supervisie: Cohen, Huisman, Hoek, Stouthamer) - RM Delta begraven oeverwallenlandschap, Centraal NLse lagune: 'Swifterbant' zoetwatergetijdeoeverwallen, paleobodems, micromorphologie, geschiktheid voor vroegste landbouw, offsite aanwijzingen for prille ontbossing en ploegen aan het begin van de Jonge Steentijd (vroegste deltaboeren).
1 PhD in Groningen (Smuk @ GIA; supervisie: Huisman, Schepers, Raemaekers, ...) - archaeobotanie, indicates voor vroege boeren in diverse vormen van gefossiliseerd plantenmateriaal.
Verdere consortium partners: Barcelona Archeobotany (Madello), BIAX (Kubiak-Martens), RAAP (Willemse).
Co-Applicant onderzoeksvoorstel. Site selectie in de RM-delta o.b.v. Rijn-Maas data sets (zie RM Delta data infrastructure). Mechanische boringen. Multidisciplinary core sampling (met Hoek e.v.a.). Paleogeografische landschapsanalyse, paleohydrologie (grondwaterstand, overstromingscondities) en rivier-bodemkunde (fluvisols, laklagen, texturele geschikheid). Integratie van het fysisch geografische bevindingen en onderzoeksvragen met offsite geoarcheologische en archeobotanische vraagstukken (hoe is meso/neolithische aanwezigheid zichtbaar; onze twee RUG-UU en UU-RUG PhD's) en steentijd cultureel-archeologische vraagstukken (neolithisatie debat, hoe verliep de overgang van jager-verzamelen naar boeren in ruimte en tijd; de Humanities kant van archeologie)
Bodemdaling in Nederland is een actueel en complex probleem in stad en poldergebieden, waarvoor toenemend aandacht bestaat. Oude oplossingen werken niet meer goed. Er wordt geïnvesteerd in het vlakdekkend meten en modelleren van de bodemdaling, en nieuwe omgangsvormen zullen worden ontwikkeld, zodat beslissingen over maatregelscenario’s zijn gebaseerd op feitelijke kennis.
Piping is a process of seepage-induced transport of sand underneath river dikes that could occur when rivers flood and can make dikes fail. Prediction of piping risk at delta scale is difficult because it demands detailed knowledge on composition of the natural substrate below the dike, e.g. grain size distribution, sorting and layering and on the way seepage water flows through this; horizontally, diagonally, via preferential paths. This project aims to identify locations of increased piping-risk below river dikes of the Dutch delta. The methods involve improved mapping of substrate below dikes throughout the delta, measurement of hydraulic characteristics of the subsurface at field test locations, and full-3D hi-res numerical modeling of the piping process. This will result in faster and more cost-efficient identification of piping-risk locations and better-informed calculation of dike stability, needed to maintain safety standards along 100-kms of dike.
Het beschermen van delta gebieden tegen zeldzame extreme rivieroverstromingen, vereist inzichten in de grootte van zulke 'eens per 1000 jaar' overstromingen. Het waterveiligheidsbeleid voor Nederland beschouwt een afvoer bij Lobith van 18.000 m3/s als een bovengrens voor extreme afvoeren. De meetreeks van jaarlijkse afvoeren is echter maar kort, waardoor er nogal wat berekeningsonzekerheid kleeft aan het inschatten van die waarde en de bijbehorende terugkeertijd, en gevoelig voor aannames in de statistische benadering. Waardevolle extra informatie over de hoge Rijnafvoeren is te verkrijgen door van historische (door de mens opgetekenend) en sedimentaire (in afzettingen van de rivier vastgelegde) archiefgegegevens over extreme afvoeren gebruik te maken. In dit interdisciplinaire project gebruiken we deze archieven om met de nieuwste generatie hydraulische modellen de allergrootste afvoeren uit de laaste 1500 jaar te schematiszeren en door te rekenenen (I: 1926, II: 1809 en 1784, III: 1658 en 1651, IV: 1374 en 1342, V: c. 784/5 na Chr). De resultaten uit deze aanpak zijn bruikbaar om de statistich voorspelde potentiele bovengrens van afvoerpieken in de huidige situatie te evalueren, en de waterhoogte-effecten in Duits-Nederlands grensgebied (Wesel-Emmerich, Gelderse Poort, Overbetuwe, Oude IJsselgebied) van het zich daar verdelende overstromingswater bij zulke extreme hoogwaters in ontwerpen te verdisconteren.
Een belangrijk aandeel van de bevolkingsgroei en economische ontwikkeling vindt plaats in de delta’s van grote rivieren. Veel van de groei concentreert zich in megasteden die een steeds groter areaal van de delta’s in beslag nemen. Deze groei en urbanisatie vormen een toenemende belasting voor de aanwezige zoete grondwaterreserves in delta’s. Dat komt enerzijds door de explosieve groei van grondwaterwinningen voor industrieel en huishoudelijk water en anderzijds omdat verstedelijking resulteert in een versterkte afvoer van regenwater en daarmee voor een afname van de grondwateraanvulling zorgt. Anderzijds is de economische groei in deltagebieden voor een belangrijk gedeelte afhankelijk van de aanwezigheid van goede kwaliteit grondwater. Dit alles speelt zich af tegen een achtergrond van zeespiegelstijging en klimaatverandering die ook bijdragen aan de toenemende verzilting van het grondwater in delta’s. In dit onderzoek gebruiken we state-of-the-art modellen van oppervlaktewaterhydrologie en dichtheidsstroming van grondwater om een schatting te maken van de huidige zoete grondwaterreserves in 40 bekende delta’s in de wereld. Daarnaast schatten we verwachte trends in zoete grondwatervoorraden onder invloed van klimaat- en socio-economische verandering. De aanpak omvat de gedetailleerde palaeo-hydrogeologische modellering in combinatie met een analyse van de belangrijkste factoren die de zoet-zout grondwaterverdeling in delta’s bepalen. Ook zal worden geanalyseerd in hoeverre mitigerende maatregelen (zoals het verminderen van grondwaterwinning of het tijdelijk opslaan van rivierwater in de ondergrond) in de nabije toekomst kunnen leiden tot het behouden of zelfs verhogen van zoete grondwatervoorraden.
Doel van het onderzoek is het ontwikkelen van een generieke methode om de fysische eigenschappen van veen op de ruimtelijke regionale schaal en de tijdschaal van het Holoceen te kunnen karakteriseren en informatiseren voor diverse veenrijke afzettingsmilieus binnen de Rijn-Maas delta. Het onderzoek sluit hierin aan en bouwt voort op eerdere projecten uit het Delta Evolution Programma waar UU, TNO en Deltares in samenwerken, en bij het project ‘4D geomodellering’ van TNO Geologische Dienst van Nederland.
Met een 3D aanpak van de kartering van gecompacteerde, in ruimte en tijd variërende natuurlijke successies aan veen in de range aan sedimentaire milieus die de Rijn-Maas delta en de omliggende venige kustvlakte in Nederland kent, wordt kenniswinst nagestreefd over de landschapsvormende processen in grotere deltagebieden tijdens ‘transgressie’ en ‘high stand’ situaties, inclusief het effect van cultivatie door de mens. Dit is fundamentele kenniswinst over het functioneren van verdrinkende deltagebieden als systeem, en over de afzettingen die daarbij ontstaan. Dit komt ten goede aan de ondergrondkartering van de delta (o.a. ten behoeve van polderwaterhuishouding), het gebruik van de delta als reservoir-analoog (o.a. ten behoeve van olie en gas) en het gebruik van delta's als bewoonde gebieden. Het voor iedere locatie in de delta beschikbaar maken van de ouderdom en compactie-geschiedenis van de bovenste meters van de ondergrond van holocene ouderdom, is generieke informatie die nieuwe gebruiksmogelijkheden creëert voor geo-ingenieurs, deltageologen en archeologen. Kenniswinst over de invloed van menselijk ingrijpen op venige deltagebieden beantwoordt kennisvragen die voortkomen uit economisch-maatschappelijk actuele vraagstukken ten aanzien van CO2-huishouding, veiligheid tegen overstromingen en voedselzekerheid in het heden en de nabije toekomst.
Rol in het project:
This research programme focuses on a period of severe pan-European economic and demographic change: the Late Roman Period (AD 300-500) and Early Middle Ages (AD 500- 1000). Physical-geographical and biogeological data point at marked climatic variability and changing landscapes during this time interval. In geomorphologically sensitive regions such as river deltas and coastal areas these changes must have had a noticeable impact on the location and lay-out of urban centres and rural settlements, land use and subsistence strategies, and connections of population centres to their economical ‘hinterland’. Recent developments in digital infrastructure in the Humanities and Geosciences in the Netherlands for the first time enable us to study these phenomena from an interregional and interdisciplinary perspective.
We study how settlement dynamics, land use, infrastructure, demography and trade between AD 300 and 1000 were related to changes of the landscape and climate, focusing on the Lowlands’ geomorphologically most sensitive regions. This reconstruction takes place within three complementary PhD-projects, in the realms of archaeology, physical geography and biogeology. Project A focuses on occupation patterns and land use in coastal, river and Pleistocene sandy regions, project B on natural geomorphologic landscape dynamics in these regions, and project C on vegetation changes and climate.
Results will be synthesized in an interdisciplinary reconstruction of the interactions between cultural and environmental dynamics in the Lowlands between AD 300 and 1000 in a broader northwest-European context. The study will greatly improve the archaeological understanding of dynamics in the Early Medieval Lowlands and strongly enhance the framework for future research of this key period.
Mijn taakopvatting van de onderzoekers- en adviseursrol in dit project is de werkzaamheden in het Dark Ages project te verbinden met de andere activiteiten in 'Rhine-Meuse delta studies'/ 'Delta Evolution' kader, te weten:
Dit draag bij aan verbeterde vernieuwde kartering van de kustvlakte en rivierdelta van Nederland (serie artikelen van HJ Pierik et al. 2016-201X), welke de eerder ontwikkelde GIS aanpak voor het netwerk van zandbanen van (voormalige) rivierlopen (Berendsen et al., 2001; 2007; Cohen et al. 2012) verbeteren en uitbreiden met ook de oeverwallen en restgeulen in het terrein, en met de architectuur van het uitgestrekte door getijdesystemen gedomineerde deel van de Nederlandse kustvlakte (geullichamen van zeeinbraken en estuaria, wadden en kwelder dekken). Vervolgens zijn deze kaarten dragers van analyses naar menselijke invloed op landschapsontwikkeling en andersom, in ieder van drie deelprojecten (zie ook: http://darkagesproject.com/)
The aim of this project is to characterize deposits, of Holocene (10,000-0 yr BP) and Eemian age (130,000-115,000 yr BP), that were originally formed in near-coastal areas. The main objectives are: (1) sedimentological and architectural characterisation of near-coastal areas, (2) determination of the preservation potential of Eemian deposits relative to Holocene deposits, (3) translation of process relationships and deposit characteristics of a Holocene near-coastal setting to an Eemian near-coastal setting, and 4) determination of sequence stratigraphic and reservoir modelling implications. In this project we use the huge datasets available at UtrechtUniversity and TNO to characterize the architecture of the near-coastal deposits from the modern (Holocene) and last-interglacial (Eemian) high stand coastal barrier-lagoon-deltaic plain system at the mouth of the River Rhine in the southern North SeaBasin. Cores, core descriptions, well logs, and seismic sections are used to characterize the Holocene and Eemian deposits.
Grote overstromingen hebben in Europa aanzienlijke schade aangericht en de nodige slachtoffers geeist. De omvang van de wateroverlast en de onvoorzien korte terugkeertijd van de herhaalde overstromingen, deden vragen rijzen over de gehandhaafde niveaus van veiligheid. In Nederland was het, na de bijna-overstroming van 1995, aanleiding de ontwerpafvoer van de Benedenrijn te vergroten van 15,000 naar 16,000 m3/s (Waterwet, 2009; kans van optreden geschat op 1 per 1250 jaar). Het hoofdprobleem bij het inschatten van overstromingsrisico en het definieren van maatgevende afvoeren en daarvan afgeleide waterhoogten, is de onzekerheid bij het opstellen van verbanden tussen herhalingstijden en piekafvoergrootte in het domein van zeldzaam optredende overstromingen. Bij een meetreeks van slechts 110 jaar lengte, mag ervan uitgegaan worden dat ze nog weinig representatief is voor de grootte van een 1/1250 per jaar of zeldzamer piekafvoer. Met het langer maken van een meetreeks wordt ook klimaatvariabiliteit (weerpatroonvariabiliteit) op de tijdschaal van tientallen jaren tot eeuwen in de waarnemingen meegenomen, en deze non-stationarititeit dient in de statistische verwerking tot een herhalingskans 'bij huidige klimaatgesteldheid' meegenomen te worden. Over de duur van het Holoceen bezien, speelt naast subtiele klimaatschommeling ook de groeiende invloed van de mens op het landschap (ontbossing van achterland en van overstromingsvlakte zelf) een rol. Deze veroorzaakt een geleidelijk verschuiving in de grootte van typische piekafvoeren, en mogelijk ook van extreme afvoeren.
In dit onderzoeksproject, zijn voor bovenstaande vraagstukken met een hiervoor nieuw ontworpen methodologie, gegevens uit sedimentaire archieven ontsloten, die lagen opgeslagen in de korrelgrootte-eigenschappen van onregelmatig fijn-gelaagde opvullingen van diepste delen van oude rivierbochten in de overstromingsvlakte van de Rijn (afgesneden meanders: hammen of oxbowlakes). Met deze gegevens, konden we de conventioneel gebruikte tijdreeksen van gemeten Rijn piekafvoeren (Lobith afvoeren sinds 1901, rivierpeilaflezingen sinds 1772) verlengen. Het onderzoek (Proefschrift dataset en peer-reviewed artikelen) produceerde de volgende reeksen: kwantitatieve piekafvoer reconstructies tot 1772 (op basis van peilaflezingen), op sedimentaire gelaagdheid gebaseerde piekafvoer reconstructies tot 1550 (op basis van de Bienener Alt-Rhein opvulling), en een millennia-lange continue reeks van sedimentair geregistreerde grote tot zeer grote overstromingen (flood event history & flood intensity record) - gebaseerd op opvullingen van oxbow lakes van deels overlappende ouderdom, verzameld in het Nederlands-Duitse grensgebied (bovenstrooms deel Rijndelta, benedenstrooms deel Niederrhein). De methodologie dwingt af dat de reeks compleet is voor grote afvoeren - in de jongste 1500 jaar voor 1/25 per jaar en zeldzamerr; tot 8200 jaar terug voor 1/100 per jaar en zeldzamer - en oormerkt overig opvullingssediment en microgelaagheid als achtergrondsedimentatie tijdens jaren met 'normale' overstroming. Behalve toepassingen in rivierbeheer (veiligheid tegen overstromingen, ontwerp van dijk en riviergeul), vinden de resultaten ook hun weg in het archeologische werkveld (Postdoc kopproject: registratie van de overstromingen op archeologisch onderzochte locaties in Middeleeuwse riviersteden, begrip van preservatie, aantasting en begraving van Romeinse archeologie met name langs de Limes), in proceskundig rivieronderzoek (lange termijn stabiliteit van splitsingspunten, initieren, slagen en falen van avulsies) en in geologische kartering van Rijndal en -delta (event-stratigrafie; bewaard blijven, 'halfwaardetijd' van landschappelijk bewaard blijven van afgesneden meanders).
Het project Floods of the past - Design for tomorrow (Universiteit Utrecht en Universiteit Twente, gefinancierd in NWO-STW Water2015 call), de NWO-ALW Rubicon persoonlijke subsidie aan Dr. Willem Toonen (Oct 2014 - Maart 2017 te Aberystwyth University, Wales, Verenigd Koninkrijk), en sedimentair overstromingsonderzoek in het Maasdal aan de VU Amsterdam (promovendus Fei Peng op een Chinese beurs; supervisie: Dr. M. Prins e.a.) zijn vervolgen op dit project. De resultaten worden ook gebruikt in onderdelen van ons 'Dark Ages in an interdisciplinary light' project (Universiteit Utrecht).
Delta Evolutie is de naam die we sinds 2005 gebruiken voor het gebundelde Utrechtse geomorfologische en kwartairgeologische onderzoek naar Laaglandgebieden in het Department Fysische Geografie, in samenwerking met andere instituten. Het is ook het label van een onderzoekssamenwerkingsverband dat het departement in 2008 is aangegaan met Deltares en TNO Geologische Dienst Nederland op dezelfde Utrechtse campus.
[ herformulering/actualisatie van de beschrijving is gaande - zie voorlopig de engelse beschrijving ]