Assessment of groundwater depletion rate by numerical modelling: a case study of Johar town Lahore, Pakistan

In de bruisende steden van Zuid-Azië ontvouwt zich een stille crisis onder de straten. Grondwater, de enorme voorraad zoet water die verborgen onder de grond ligt, wordt sneller opgepompt dan de natuur het kan aanvullen. Deze verborgen hulpbron is geen eindeloze put; het is een bankrekening waarbij de opnames de stortingen overtreffen. Wanneer het regent, trekt het water in de bodem en sijpelt het langzaam naar beneden om deze ondergrondse lagen aan te vullen, een proces dat recharge (aanvulling) wordt genoemd. Echter, naarmate steden uitbreiden, bedekken beton en asfalt de grond, waardoor regen het aquifer (waterhoudende laag) eronder niet kan bereiken. Tegelijkertijd pompen groeiende populaties en industrieën water met een versnellende snelheid op. Wanneer de balans doorslaat, daalt de grondwaterstand, wat mensen dwingt diepere putten te graven, de kosten verhoogt en het risico op vermindering van de kwaliteit van het resterende water vergroot. Begrijpen hoe snel dit water precies verdwijnt in specifieke wijken, is cruciaal voor het plannen van een toekomst waarin steden niet droog komen te staan.

In het dichtbebouwde stedelijke landschap van Johar Town, een buurt in Lahore, Pakistan, hebben onderzoekers een digitale tool gebruikt om deze onzichtbare achteruitgang te meten. Het team, onder leiding van Sonia Anwar, gebruikte een geavanceerd computerprogramma om een virtuele tweeling van het ondergrondse watersysteem in dit gebied te creëren. Deze software, bekend als Visual MODFLOW, werkt als een gedetailleerde kaart die simuleert hoe water door de bodem- en rotslagen beweegt. Om dit model te bouwen, verzamelden de onderzoekers echte gegevens van lokale autoriteiten, waaronder gegevens over hoeveel water er uit putten werd gepompt, de diepte van de waterstanden en neerslagpatronen van de afgelopen tien jaar. Ze brachten de locatie van elke pompstation in kaart en de fysieke eigenschappen van de grond, zoals hoe gemakkelijk water door de bodem kan stromen, een eigenschap die hydraulische conductiviteit wordt genoemd. Door deze informatie in de computer te voeren, konden ze zien hoe de waterstanden in de simulatie in de loop van de tijd veranderden, waarbij ze effectief de geschiedenis van de afgelopen zes jaar in een digitale omgeving draaiden om te zien wat er werkelijk ondergronds gebeurde.

De resultaten van dit digitale onderzoek toonden een duidelijke en gestage trend aan. Tussen 2015 en 2021 daalde het grondwaterniveau in Johar Town met gemiddeld bijna 0,88 meter per jaar. Gedurende die zes jaar daalde de totale grondwaterstand met meer dan twee meter. Deze daling is niet slechts een getal op een grafiek; het vertegenwoordigt een tastbare verschuiving in het milieu. Naarmate het water terugwijkt, stijgen de kosten voor de winning en wordt het water zelf kwetsbaarder voor vervuiling vanaf het oppervlak. De onderzoekers ontdekten dat de belangrijkste drijfveer achter deze daling de snelle verstedelijking van het gebied is. Naarmate boerderijen en open velden worden vervangen door gebouwen en wegen, verliest de grond zijn vermogen om regenwater te absorberen. In plaats van in de aarde te trekken om het aquifer aan te vullen, stroomt de regen af over de harde oppervlakken, waardoor het ondergrondse reservoir leeg blijft. Dit probleem wordt verergerd door het enorme volume water dat wordt opgepompt om te voldoen aan de behoeften van een groeiende populatie en haar industrieën.

Om hun bevindingen te verifiëren, testten de onderzoekers hun model tegen echte observaties. Ze pasten de instellingen in de computersimulatie aan, met name de waarde voor hoe gemakkelijk water door de bodem beweegt, totdat de gesimuleerde waterstanden overeenkwamen met de werkelijke metingen die in het veld uit putten waren genomen. Ze ontdekten dat de snelheid waarmee water door de grond beweegt, de meest kritieke factor was bij het bepalen van de waterstanden. Zodra het model was afgestemd op de realiteit, bevestigde het dat de uitputtingssnelheid consistent en aanzienlijk was. De studie benadrukte ook dat hoewel regenval helpt om het aquifer aan te vullen, de hoeveelheid regen die in de regio valt niet genoeg is om de enorme hoeveelheid water die wordt weggehaald te compenseren. Zelfs in jaren met hevige regenval was het netto-effect nog steeds een verlies van water uit het ondergrondse systeem.

De implicaties van deze bevindingen reiken verder dan een enkele wijk. De studie suggereert dat de huidige manier van waterbeheer in Lahore niet duurzaam is. De onderzoekers stellen dat simpelweg wachten op regen niet langer een levensvatbare strategie is. In plaats daarvan bevelen zij een verschuiving aan in hoe de stad met haar watercyclus omgaat. Dit omvat het installeren van geïnverteerde putten, wat structuren zijn die ontworpen zijn om regenwater op te vangen en het diep de grond in te leiden, en het creëren van meer groene ruimtes waar de bodem kan ademen en water kan absorberen. Ze pleiten ook voor striktere monitoring, waarbij zij suggereren dat waterstanden maandelijks gecontroleerd moeten worden in plaats van eens per jaar, om problemen vroegtijdig te signaleren. Bovendien zouden nieuwe woningbouwprojecten verplicht moeten worden om het water dat ze onttrekken in evenwicht te brengen met het water dat ze teruggeven. Het doel is om een systeem te creëren waarin de stad niet alleen haar watervoorraad consumeert, maar actief deelneemt aan het aanvullen ervan, om ervoor te zorgen dat de kranen niet droog komen te staan voor de generaties die volgen.