Grondwaterwinning bedreigt ecosysteem van rivier en beek op grote schaal

Bijna 20% van de stroomgebieden waar grondwater wordt gewonnen, heeft te maken met te lage afvoeren van rivieren en beken om hun zoetwaterecosysteem gezond te houden. De verwachting is dat dit in 2050 zal gelden voor meer dan de helft van deze stroomgebieden. Dat concluderen onderzoekers vandaag in het tijdschrift Nature. Het onderzoek is een samenwerking tussen de Universiteit Utrecht, waterinstituut Deltares, de Universiteit van Freiburg (Duitsland) en de Universiteit van Victoria (Canada).

De sterke bevolkingsgroei en economische ontwikkeling van de afgelopen vijftig jaar hebben geleid tot een enorme toename van de vraag naar zoet water, vooral voor de irrigatie van voedselgewassen. Ongeveer de helft van dat water wordt opgepompt uit grondwater. In veel droge gebieden wordt hierdoor meer grondwater opgepompt dan er via neerslag wordt aangevuld. Dit leidt wereldwijd tot dalende grondwaterstanden.

Bedreiging voor het onderwaterleven

Een belangrijk gevolg van deze grondwaterstandsdaling is een lagere afvoer van beken en rivieren. In het bijzonder tijdens het droge seizoen, wanneer de afvoer bijna volledig afhankelijk is van de toestroom van grondwater. Dit is een grote bedreiging voor de zoetwaterecosystemen die deze beken en rivieren herbergen. Het waterniveau wordt te laag en de watertemperatuur te hoog voor organismen die onder water leven, zoals vissen, plankton en waterplanten.

Wereldwijde stroming

Om na te gaan in welke mate zoetwaterecosystemen door grondwaterwinning zijn aangetast, maken de onderzoekers gebruik van een nieuw hydrologisch model dat de wereldwijde stroming van grondwater en de interactie daarvan met oppervlaktewater beschrijft. Met dit unieke model konden zij over de hele wereld de stroming berekenen van grondwater naar het netwerk van beken en rivieren tijdens perioden met lage afvoeren.

Toenemende daling

Hoe is deze stroming door toenemende grondwaterwinning veranderd sinds 1960? En hoe zal die er de komende decennia uitzien? Rond het jaar 2010 was de daling van de grondwaterafvoer in 17-21% van de stroomgebieden met grondwaterwinningen bedreigend voor het zoetwaterecosysteem. Rond 2050 zal dit naar verwachting gelden voor 42-79% van deze gebieden, concluderen de onderzoekers.

Ecologische aantasting

“We zien dat de grondwatertoevoer van stroomgebieden in het midden van de VS en de Aziatische Indus-rivier nu al ernstig is verminderd,” zegt Inge de Graaf, onderzoeker aan de Universiteit van Freiburg en eerste auteur van de studie, waaraan ze als promovenda in Utrecht al begon. “We verwachten dat als de grondwaterwinningen op dezelfde voet doorgaan als nu, ook stroomgebieden in Zuid- en Oost-Europa, Noord-Afrika en Australië tegen hun ecologische grenzen zullen oplopen. Klimaatverandering zal het tijdstip waarop dit optreedt alleen maar versnellen, omdat we verwachten dat dit in de nu al droge gebieden tot minder neerslag en dus meer grondwaterwinning zal leiden.”

Tikkende tijdbom

Medeauteur Marc Bierkens, hoogleraar hydrologie aan de Universiteit Utrecht en onderzoeker bij Deltares, voegt hieraan toe: “Opvallend aan onze resultaten is dat er maar een geringe daling van de grondwaterstand nodig is om groot effect te hebben op de grondwaterafvoer naar een beek of rivier. Dat laat zien dat zoetwaterecosystemen extreem gevoelig zijn voor grondwaterstandsdaling.” Het onderzoek laat ook zien dat het starten van grondwaterwinning vaak pas na tientallen jaren merkbaar is in de grondwaterafvoer naar een rivier. “Je kunt dus oprecht spreken van een tikkende tijdbom, waarbij de effecten van grondwaterwinning pas jaren later merkbaar worden,” aldus Bierkens.

Conservatieve schatting

Bij hun toekomstprojecties hebben de onderzoekers alleen het effect van klimaatverandering meegenomen en verondersteld dat het aantal en de intensiteit van grondwaterwinningen gelijk blijven aan die van de laatste tien jaar. Het is echter veel waarschijnlijker dat winningen toenemen door bevolkingsgroei en economische ontwikkeling. De onderzoekers denken dan ook dat hun schattingen van de toekomstige effecten van grondwaterwinningen op zoetwaterecosystemen nog aan de conservatieve kant zijn.

Publicatie

Environmental flow limits to global groundwater pumping

Inge de Graaf, Tom Gleeson, Rens van Beek*, Edwin Sutanudjaja*, Marc Bierkens*

Nature 2019

* = werkzaam bij de Universiteit Utrecht

Dit onderzoek is mede gefinancierd door NWO.