De hydrologische cyclus

Wie aan natuurbeheer doet, moet iets kennen van ecohydrologie: de relatie tussen water en ecosystemen.

Zo is meer dan de helft van alle vegetatietypes afhankelijk van grondwater. Ooki drogere ecosystemen zoals mosduinen en droge heide hebben nog steeds regenwater nodig om te kunnen overleven. Het gaat daarbij niet enkel over de hoeveelheid, maar ook over de samenstelling van water.

In deze video leg ik kort de watercyclus of hydrologische cyclus uit.

We beginnen met regenwater. Dat is gewoon verdampt water, dat condenseert in koude luchtlagen. In de atmosfeer kan water stoffen opnemen zoals koolzuurgas of CO2. Die stof maakt het water licht zuur. Van nature is regenwater heel arm aan voedingsstoffen, maar wel licht zuur. Over welke hoeveelheden spreken we dan? Wel, 800 mm, dat komt overeen met 800 liter per vierkante meter per jaar.

Dat is een hele hoop water, en dat moet ergens naartoe. Een eerste mogelijkheid is dat het oppervlakkig afstroomt. Dat zal vooral gebeuren op harde oppervlakken zoals parkings, beton, daken enzovoort. Maar ook akkers, waar zware machines op gereden hebben laten geen water meer door en het water zal hier afstromen in grote hoeveelheden, eventueel via een woonwijk in een beek en tenslotte rivier. Je kan zo'n rivier dan hogere dijken geven, maar van de oppervlakkige afstroom is te groot. Van nature gebeurt dan niet en dus kan een rivier die hoeveelheden niet aan.
Afstromend oppervlaktewater neemt voedingsstoffen op en is dus vrij rijk in termen van voedselhoeveelheid.

Een andere mogelijkheid is dat water verdampt, enerzijds door de bodemwarmte. Dan gebeurt natuurlijk vooral in de lente en zomer, er is temperatuur nodig. Dat wordt evaporatie genoemd. Verdamping door levende organismen zoals bomen wordt transpiratie genoemd, ook vooral in de zomer natuurlijk. Het gecombineerde effect wordt evapotranspiratie genoemd, of simpelweg verdamping.

De derde mogelijkheid is dat water in de bodem dringt, en dat gaat om 300mm of 300 liter per vierkante meter per jaar. Veel mensen hebben een verkeerd idee van de grondwatertafel: een vlakke stilstaande laag water. In werkelijkheid volgt de grondwatertafel volgt het reliëf. Hierdoor zal er onder een heuvel de grondwatertafel hoger staan. Hier staat het water dan ook onder hogere druk dan lager in de vallei, en het water zal dus onder de grond naar beneden stromen. De stroomsnelheid hangt daarbij af van het type ondergrond. In zand zal water meters per dag stromen, in leem centimeters per dag en in klei slechts fracties van millimeters. Dat komt omdat klei de kleinste poriën heeft, daar kan water moeilijk door. Dat maakt dat klei een barrière vormt voor grondwater, een ondoorlatende laag.

Grondwater stroomt dus van hoge delen in het landschap naar lage, maar dat gaat niet lineair, het stroomt dus niet gewoon naar beneden. Het water dat het hoogste zit, wordt naar beneden geperst, en komt dus het diepste terecht. Water dat slechts een klein hoogteverschil moet overbruggen, komt snel weer boven. De stroomlijnen van grondwater vormen dus een soort bogen, waarbij het water dat van het hoogste deel komt, het verste zal bovenkomen. De plaats waar het water bovenkomt wordt een kwelzone of kwelgebied genoemd. Dit in tegenstelling tot een inzijggebied waar het water naar beneden infiltreert. Der planten in een inzijggebied hebben vooral de beschikking over zuur en arm regenwater. In een kwelgebied krijgen planten grondwater, waar eventueel kalk of ijzer in zijn opgelost. Het regenwater dat op een kwelgebied valt, blijft op het grondwater staan en wordt via greppels afgevoerd. De wortels krijgen dus vooral grondwater, wat mooie en soms zeldzame vegetatietypes geeft.

De hydrologische cyclus is de kringloop die water maakt als het verdampt, als neerslag terug neerkomt en via grondwater of rivieren terug naar de zee stroomt. Deze cyclus wordt ook de waterkringloop genoemd.

In cijfers geeft dit voor Vlaanderen de volgende gemiddelde waarden voor een jaar (Batelaan et al. (2007)). Het wordt uitgedruk in mm, dat wil zeggen dat alle neerslag op een jaar, als het verder niet verdampt, een waterlaag van 75,6 cm dik zou vormen.

  •  jaargemiddelde neerslag: 756 mm
  •  476mm evapotranspiratie (verdamping door warmte en planten, of 63 % van de neerslag),
  •  222 mm naar het grondwater (29 % van de neerslag),
  •  59 mm oppervlakkige afvoer (via beken en rivieren of 8 %).

Op deze cijfers zit echter een aanzienlijke spreiding die onder meer te maken heeft met het bodemtype, het landgebruik en het seizoen. Het zomerseizoen wordt gekarakteriseerd door een hoge evapotranspiratie (93 % van de neerslag) en 9 % oppervlakkige afvoer, dit resulteert in een netto negatieve gemiddelde grondwatervoeding, dus een tijdelijke verdroging en daling van de grondwatertafel. In de winter blijft de oppervlakkige afvoer nagenoeg dezelfde (7 %), maar de evapotranspiratie daalt tot 31 % vanwege de lagere temperaturen. Hierdoor is er meer water beschikbaar voor de grondwatervoeding (61 %). Hieruit blijkt dus dat het grootste deel van de grondwatervoeding optreedt gedurende de winter.