​Mapping and assessing evapotranspiration using MODIS-based SEBAL for groundwater potential in the Sita–Swarna river basins, coastal Karnataka, India

Water is de levensader van het land, maar het is ook een geest die elke dag in de lucht verdwijnt. In de vochtige, tropische regio's van de kust van India, waar de moessonregens zwaar zijn en de bossen dicht, wordt dit onzichtbare verlies evapotranspiratie genoemd. Het is het gecombineerde proces van water dat verdampt uit de bodem en transpireert vanuit planten, een enorme dagelijkse uitwisseling die water van de grond terugbrengt naar de hemel. Begrijpen hoeveel water er precies verloren gaat, en waar, is cruciaal voor het beheren van de verborgen reservoirs van grondwater waar gemeenschappen op vertrouwen wanneer de regen stopt. Als ingenieurs en planners niet kunnen zien waar het water naartoe gaat, kunnen ze niet effectief plannen voor de droge maanden of de aquifers beschermen tegen overmatig gebruik. De uitdaging was altijd geweest dat dit proces moeilijk te meten is over een heel landschap; traditionele instrumenten kunnen slechts een meting doen op één enkele plek, waardoor grote delen van het platteland een mysterie blijven.

Een team van onderzoekers zette zich scharpe om dit puzzelstukje op te lossen voor twee rivierbekkens in het district Udupi in Karnataka, India: de Sita- en de Swarna-rivier. Deze bekkens zijn een dramatisch deel van de West-Ghats, die zich uitstrekt van de hoge, beboste bergkammen tot aan de vlakke, bebouwde kustvlakten waar de rivieren in de zee uitmonden. Het team gebruikte een geavanceerde methode die satellietbeelden verandert in een kaart van waterverlies. Door te kijken naar de warmte die de aarde uitstraalt en de groenheid van de vegetatie, berekenden ze de energiebalans van het land. Dit stelde hen in staat om te schatten hoeveel water er uit de grond werd getrokken en in de atmosfeer werd vrijgegeven over de gehele regio, dag na dag, gedurende een periode van twee jaar. Ze gokten niet alleen; ze controleerden hun satellietberekeningen tegen de gegevens van weerstations en vergeleken de resultaten over verschillende seizoenen heen, van de natte moesson tot de droge winter.

De resultaten schetsen een duidelijk, zij het verrassend beeld van hoe water zich in dit landschap beweegt. De onderzoekers ontdekten dat de hoeveelheid water die aan de lucht verloren gaat, aanzienlijk varieerde afhankelijk van het type land en de tijd van het jaar. In het Sita-bekken varieerde het dagelijk eyes waterverlies van ongeveer 5,6 tot bijna 20 millimeter, terwijl het in het Swarna-bekken bescheidener was, variërend van ruwweg 4 tot 6 millimeter. De hoogste percentages waterverlies waren niet te vinden waar men de droogste omstandigheden zou verwachten, maar juist boven de dichte, groenblijvende bossen op de bergkammen en boven het open water van de rivierestuaria. Deze gebieden, rijk aan vocht en vegetatie, ademen voortdurend water uit naar de atmosfeer. Daarentegen werden de laagste percentages waterverlies gevonden boven de bebouwde gebieden van de kustvlakte, waar beton en gebouwen de grond bedekken.

Deze bevinding onderzette een veelvoorkomende aanname die wordt gebruikt bij de planning van grondwater. Lange tijd geloofden veel experts dat gebieden met een hoog waterverlies slechte kandidaten waren voor het aanvullen van grondwater, omdat ze de indruk wekten dat ze het water "opgebruikten". De studie toonde aan dat deze logica achterstevoren was voor deze regio. Het hoge waterverlies in de bossen was eigenlijk een teken van gezondheid; het betekende dat er veel water beschikbaar was om verloren te gaan. Deze beboste hooglanden, met hun diepe wortels en doorlatende bodem, zijn de echte motoren van grondwateraanvulling, die de zware moessonregens opzuigen en de aquifers eronder voeden. In contrast hiermee waren de gebieden met het laagste waterverlies — de steden en dorpen — het minst waarschijnlijk om het grondwater aan te vullen. Omdat de grond daar is afgesloten door asfalt en gebouwen, kan regen helemaal niet in de aarde trekken. Het lage waterverlies daar was geen teken van een wateroverschot, maar een teken dat het water volledig werd geblokkeerd om de aarde binnen te dringen.

De studie onthulde ook hoe de seizoenen het verhaal veranderen. Tijdens de winter, wanneer de lucht koeler is maar de bodem nog steeds vocht vasthoudt van de vorige regenval, bleven de bossen en waterlichamen water met hoge percentages verliezen. Echter, naarmate de droge zomer naderde en de bodem uitdroogde, daalde het waterverlies scherp in de landbouwvelden en nederzettingen, zelfs toen de lucht heter en dorster werd. Deze kloof tussen wat de lucht wilde (hoge vraag) en wat de grond kon geven (laag aanbod) is precies het moment waarop de druk op grondwaterputten het meest intens wordt. De onderzoekers ontdekten dat het verschil tussen de atmosferische vraag en het werkelijke waterverlies groter werd naarmate het droge seizoen vorderde, wat signaleert op de exacte momenten waarop gemeenschappen het meest geneigd zijn om de aquifers overmatig leeg te pompen.

Een van de meest opmerkelijke aspecten van het onderzoek was de ontdekking van een computationele artefact nabij de riviermonding. De modellen lieten een extreem hoge piek in waterverlies zien bij de estuarium, waar de rivier de oceaan ontmoet. Hoewel dit deels te wijten was aan de unieke fysica van open water en de menging met droge lucht, bepaalden de onderzoekers dat de cijfers waarschijnlijk werden overdreven door de manier waarop de satellietgegevens werden verwerkt. Ze behandelden deze extreme waarde niet als een nauwkeurige meting, maar als een bovengrens, een manier om te identificeren waar de vraag naar water het meest geconcentreerd is. Dit onderscheid is cruciaal; het toont aan dat hoewel de satellietmethode krachtig is, deze met zorg moet worden geïnterpreteerd, vooral in complexe kustmilieën waar land, water en lucht op complexe wijze met elkaar interageren.

Uiteindelijk biedt het werk een nieuwe, ruimtelijk gedetailleerde tool voor waterbeheerders. Door in kaart te brengen waar water daadwerkelijk wordt verloren, hebben de onderzoekers de specifieke zones geïdentificeerd waar de vraag in het droge seizoen het hoogst is. Deze informatie stelt ingenieurs in staat om infiltratiestructuren, zoals stuwdammen en infiltratiebekkens, op de juiste plaatsen te plaatsen om afstromend water op te vangen voordat het verloren gaat. Het benadrukt ook waar beperkingen op het oppompen van water het meest nodig zijn om te voorkomen dat zout water uit de oceaan het zoete grondwater binnendringt. De studie concludeert dat hoewel evapotranspiratie een essentieel onderdeel van de waterpuzzel is, het niet alleen gebruikt kan worden om het potentieel van een gebied om grondwater vast te houden te beoordelen. In plaats daarvan moet het worden bekeken in samenhang met landgebruik, bodemtype en geologie. In deze kustbekkens zijn de bossen de bewakers van het water, en de steden de barrières; het begrijpen van deze dynamiek is de sleutel tot het stabiel houden van de grondwaterspiegel in een veranderend klimaat.