SWAT-based evaluation of multi-decadal land use dynamics and hydrological response in the data-scarce Nambul River Watershed, Manipur

Water valt niet simpelweg uit de hemel om te verdwijnen; het reist. Wanneer regen de grond raakt, hangt de reis ervan volledig af van wat eronder ligt. Als het op een bosbodem valt, werkt de bodem als een spons, die het water opzuigt en het gedurende een tijdje langzaam afgeeft aan beken. Als het op een betonnen weg of een dichtgestampte modderige akker valt, kan het water niet wegzakken. In plaats daarvan raast het over het oppervlak, waarbij het snelheid en volume wint totdat het een plotselinge, krachtige vloedgolf wordt. Dit basisprincipe van hoe het land de waterstroom vormgeeft, is de fundering van de waterschapswetenschap. Voor steden die langs rivieren zijn gebouwd, is het begrijpen van deze relatie een kwestie van veiligheid. Als een stad uitbreidt door haar natuurlijke uiterwaarden te bebouwen met beton, kan de rivier sneller en hoger aanzwellen dan voorheen, waardoor een routineuze regenbui in een ramp verandert. De vraag voor planners is niet alleen of het waterpeil zal stijgen, maar hoeveel de veranderende omgeving die stijging versnelt.

In het hart van Imphal, een stad in de noordoostelijke Indiase staat Manipur, snijdt de Nambul-rivier door een dichtbevolkt landschap. Deze rivier is de levensader van de regio en voedt uiteindelijk het uitgestrekte Loktak-meer, een beschermd wetland van internationaal belang. Toch is de rivier voor de mensen die langs de oevers wonen ook een bron van terugkerende angst. Tussen 2008 en 2021 registreerden functionarissen dagelijks het waterpeil van de rivier. De gegevens laten een verontrustend patroon zien: op 361 dagen overschreed het water de waarschuwingslijn, en op 75 dagen steeg het boven het overstromingsniveau uit. De stad is snel gegroeid en heeft landbouwvelden en laaggelegen gebieden getransformeerd in wijken van beton en baksteen. Het lijkt logisch aan te nemen dat deze verharding van het landschap de belangrijkste drijfveer van de overstromingen is, waardoor er bij elke storm meer water in het rivierkanaal stroomt. Om deze aanname te testen, maakte een onderzoeker van de Dhanamanjuri Universiteit gebruik van een krachtig computersimulatietool genaamd SWAT, wat staat voor Soil and Water Assessment Tool. Deze software fungeert als een digitale laboratoriumomgeving, waardoor wetenschappers het gedrag van de rivier onder verschillende omstandigheden kunnen nabootsen zonder te hoeven wachten op de volgende moesson.

De onderzoeker stelde een gedetailleerde digitale kaart op van het stroomgebied van de Nambul-rivier, een gebied dat ongeveer 183 vierkante kilometer beslaat. Het model werd gevoed met real-world data: de vorm van het land, het type bodem en dagelijkse neerslaggegevens die decennia teruggaan. Cruciaal was dat de studie zich richtte op drie specifieke momenten in de tijd: 2001, 2011 en 2021. Voor elk van deze jaren bracht de onderzoeker exact in kaart hoe het land werd gebruikt, waarbij onderscheid werd gemaakt tussen bossen, landbouwgrond, waterlichamen en bebouwde stedelijke gebieden. Het computermodel werd eerst gekalibreerd aan de hand van werkelijke waterstroommetingen uit de late jaren 1990 en de vroege jaren 2000 om de nauwkeurigheid te waarborgen. Zodra het model bewees dat het het verleden van de rivier betrouwbaar kon nabootsen, voerde de onderzoeker een reeks experimenten uit. Ze hielden het weer exact hetzelfde voor alle drie de scenario's, maar wisselden de landgebruikskaarten om. Dit stelde hen in staat om het effect van het veranderende landschap te isoleren, met de vraag aan de computer: "Als de regen hetzelfde is, maar de grond is veranderd van een boerderij naar een stad, hoe reageert de rivier dan?"

De resultaten van dit digitale experiment waren verrassend. De studie toonde aan dat hoewel het landschap van het stroomgebied van de Nambul-rivier in twee decennia drastisch is veranderd, de totale hoeveelheid water die uit het stroomgebied stroomt, bijna exact hetzelfde is gebleven. Tussen 2001 en 2021 groeide het gebied dat door gebouwen werd beslagen met ongeveer 15 procent, terwijl de dichte bosbedekking met meer dan 30 procent kromp. Ondanks deze enorme verschuivingen in de fysieke omgeving, lieten de computersimulaties zien dat de gemiddelde jaarlijkse afvoer van de rivier met minder dan één procent veranderde. Sterker nog, het totale volume water dat door de rivier bewoog, was zo consistent over de drie decennia dat de kleine verschillen binnen de foutmarge van het model zelf vielen. Dit suggereert dat de brute kracht van de moessonregens en de steile hellingen van de omliggende heuvels de dominante krachten zijn die het totale volume van de rivier aansturen, waarbij ze de subtiele effecten van landconversie overstemmen.

Het verhaal eindigt echter niet bij de totale hoeveelheid water. De studie onthulde dat de aard van de waterbeweging waarschijnlijk gevaarlijker is geworden, zelfs als het totale volume niet is veranderd. De computersimulaties gaven aan dat terwijl het bos en de struikgewassen het water vroeger vasthielden en het langzaam afgaven, het nieuwe stedelijke landschap ervoor zorgt dat water veel sneller over het oppervlak raast. Deze versnelling betekent dat het water tijdens zware stormen in één keer de stad bereikt, in plaats van geleidelijk binnen te druppelen. Dit verklaart waarom Imphal te maken heeft met dergelijke frequente en hevige flash floods (plotselinge overstromingen), waarbij de rivier tientallen keren per jaar de overstromingsniveaus overschrijdt, zelfs als de totale jaarlijkse watertoevoer niet is toegenomen. De overstromingen worden niet veroorzaakt door een enorme toename van het totale water in de rivier, maar door de snelheid waarmee dat water de straten van de stad bereikt.

De bevindingen dagen het eenvoudige idee uit dat meer beton altijd gelijk staat aan meer water. In deze specifieke, door moessons gedreven heuvelachtige omgeving is de relatie tussen landgebruik en rivierafvoer veel complexer. De studie concludeert dat het beheer van de Nambu-rivier een holistische aanpak vereist die verder gaat dan alleen het tellen van de hoeveelheid water. Het vereist een focus op het vertragen van de rush van het water door de stad, het herstellen van uiterwaarden en het beschermen van de resterende bossen die fungeren als natuurlijke buffers. Het onderzoek benadrukt dat in regio's met een tekort aan data, waar gedetailleerde metingen moeilijk te verkrijgen zijn, computermodellen vitale inzichten kunnen bieden, maar dat de resultaten met zorg moeten worden geïnterpreteerd. Het gedrag van de rivier is een complexe dans van klimaat, geologie en menselijke activiteit, en het oplossen van het overstromingsprobleem in Imphal vereist het begrijpen van alle drie, en niet alleen van de veranderende skyline.