Groots, meeslepend en een urgent maatschappelijk probleem. In haar zoektocht naar een geschikt afstudeeronderwerp legde masterstudent Watermanagement Sarah Hanus de lat hoog. De perfecte uitdaging vond zij in de Oostenrijkse Alpen, waar door klimaatverandering de waterafvoer van rivieren verandert. Met het model dat Hanus zelf ontwikkelde kan ze tot ver in de toekomst voorspellen hoe water uit de bergen zal stromen. Het leverde haar de titel Best Graduate van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen op.

De gevolgen van klimaatverandering zijn al op verschillende plekken zichtbaar. Zeker in koude regio’s, zoals de poolgebieden of hoog in de bergen, zorgt opwarming van de aarde voor grote veranderingen. Door hogere temperaturen smelten sneeuw- en ijsmassa’s steeds sneller, waardoor de afvoer van rivieren in sommige periodes sterk toeneemt. Die veranderingen hebben grote impact, zegt onderzoeker Sarah Hanus.

“Veel landen zijn in grote mate afhankelijk van water uit de bergen, bijvoorbeeld voor het besproeien van gewassen of energie van waterkrachtcentrales. Ons watermanagement is ingericht op de seizoensgeboden aanvoer van rivieren. Wanneer de hoeveelheid water of het piekmoment van de afvoer verandert, moeten we onze waterhuishouding anders inrichten. Ook hebben veranderende afvoerpatronen invloed op overstromingen en de waterbeschikbaarheid.”

Toekomstige waterafvoer

Voor haar masterscriptie onderzocht Hanus hoe de waterafvoer in zes stroomgebieden in de Oostenrijkse Alpen verandert. Hanus: “Elk gebied ligt weer op een andere hoogte, variërend van het Feistritztal op 900 meter tot het Pitztal op 2500 meter. Door die verschillende hoogteligging verschillen de gebieden ook weer in temperatuur en neerslag, en in landbedekking, zoals rotsen, ijs of grasland.”

Bij het voorspellen van veranderingen, kijkt Hanus niet naar de korte, maar naar de lange termijn. “Hoe verder weg in de toekomst, hoe meer veranderingen je kunt verwachten, bijvoorbeeld wanneer de maximale afvoer – de piek – zich voordoet. In mijn onderzoek kijk ik naar de periode 2071-2100. Eind deze eeuw zijn namelijk duidelijkere verschillen in afvoer te verwachten dan over pakweg twintig jaar.”

Klimaatverandering en hydrologie

Als kind kwam Hanus zomers al vaak in de Alpen, waar ze met haar ouders tijdens bergwandelingen genoot van het fraaie landschap. Toch werd haar interesse voor water en waterstromingen pas gewekt tijdens haar studie. Hanus: “Tijdens mijn bachelor Environmental Science in Duitsland vond ik het vak hydrologie erg boeiend. Omdat ik die kennis wilde koppelen aan praktische toepassingen ben ik in Delft de master Water Management gaan volgen.”

Vooral hydrologie in combinatie met klimaatverandering spreekt Hanus erg aan. “Het is zo’n urgent probleem. We moeten nu iets doen. Ik wil als onderzoeker bijdragen aan de ontwikkeling van kennis over dit probleem. Door mijn bevindingen toe te voegen hoop ik dat het beleid verandert om de klimaatverandering af te kunnen zwakken of maatregelen te kunnen nemen om ons aan te passen aan een veranderend klimaat.

Ik wil bijdragen aan het uitbreiden van onze kennis over hoe klimaatverandering de omgeving beïnvloedt.

Zelf een model ontwikkelen

Hanus bedacht, ontwierp en ontwikkelde haar hydrologische model voor het voorspellen van toekomstige afvoerpatronen van regen- en smeltwater helemaal zelf. Een moeilijke opgave, want het was de eerste keer dat ze zoiets ging doen. “Dit model was heel complex, door de diverse data en de hoeveelheid data die ik erin wilde verwerken. Mijn eigen model coderen was het beste en het slechtste van mijn afstuderen. Ik was echt gefrustreerd als mijn model niet bleek te kloppen en ik weer eens ergens water ‘kwijt’ was. Toen ik het plots kloppend kreeg was ik euforisch.”

Voor de ontwikkeling maakte Hanus gebruik van data uit de periode 1981-2010. “Van die periode zijn voor elk gebied veel gegevens beschikbaar. De lokale weerstations hadden bijvoorbeeld data over de neerslag en temperatuur. Daarnaast was constant gemeten hoeveel water er op een bepaalde plek en op een bepaald moment werd afgevoerd.”

Maar met alleen historische data kun je nog geen nauwkeurige voorspellingen doen. Zeker niet gezien de grilligheid van klimaatverandering. Voor haar model gebruikte Hanus daarom twee emissiescenario’s van de Verenigde Naties – eentje die uitgaat van een langzame temperatuurstijging en een extreem scenario met snelle opwarming.

Het maken van mijn eigen model was het beste en het slechtste van mijn afstudeerproject.

Maximale afvoer eerder

Een van de voorspellingen die uit het model naar voren kwam, is dat bij een extreem klimaatscenario de maximale afvoer eerder in het seizoen zal plaatsvinden, zegt Hanus. “Voor hoger gelegen gebieden ligt die piek nu in juli, maar door hogere temperaturen zal dat vervroegen naar juni, of zelfs mei. Als het warmer is, smelt de sneeuw namelijk eerder in het jaar.”

Opvallend was volgens Hanus dat de toename van de maximale afvoer op sommige plekken groter was bij het gemiddelde dan bij het extreme scenario. “Je zou verwachten: hoe groter de temperatuurstijging, hoe extremer de verschillen. Een mogelijke verklaring is dat bij hogere temperaturen een deel van het water verdampt en dus niet via de rivierstroom wordt afgevoerd.”

Vervolgonderzoek

Wat het voorspellingsmodel vooral bijzonder maakt, is dat je er meerdere scenario’s en tijdschalen in kunt verwerken, zegt Hanus. “Bij veel voorspellingen wordt maar naar één klimaatscenario of specifieke maand gekeken. Mijn model is een holistisch model waarin je verschillende klimaatscenario’s kunt verwerken en op basis daarvan de afvoer in een maand, seizoen of jaar kunt voorspellen.”

Ook parameters als weersomstandigheden of landbedekking kun je eenvoudig aanpassen, vervolgt Hanus. “Wat nog interessant kan zijn voor vervolgonderzoek is om ook te kijken naar veranderingen in landbedekking en landgebruik. Die parameters heb ik nu zelf onveranderd gelaten. Maar het model is inmiddels gepubliceerd en is open-source beschikbaar gesteld zodat andere onderzoekers er mee door kunnen.”

Best Graduate Civiele Techniek

Met haar masterscriptie werd Hanus verkozen tot best graduate van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen. Hanus: “Ik vind deze uitverkiezing een enorme eer. Ik ben vooral blij dat het me is gelukt om op basis van heel veel data een bruikbaar model te maken. Ook vind ik het erg leuk dat ik voor deze gelegenheid weer even terug kan gaan naar de TU Delft en daar mooie herinneringen van mijn master kan ophalen. Ik heb hier een hele mooie en leerzame tijd gehad.”

/* */