Pompen of verhongeren: de economische grens aan irrigatie met grondwater

Irrigatie speelt een cruciale rol in de wereldwijde voedselvoorziening. Dit belang zal alleen maar toenemen omdat de vraag naar voedsel in 2050 waarschijnlijk is verdubbeld als gevolg van de groeiende wereldbevolking en toenemende consumptie. Waar onvoldoende neerslag valt, wordt landbouwgrond geïrrigeerd met (grond)water. De economische grenzen van grondwateronttrekking onder de huidige condities waren nog niet vastgesteld, want tot nu toe ontbrak in die berekening een belangrijke factor, namelijk het gebruik van oppervlaktewater en regen bij landbouw. Onderzoek van de Universiteit Utrecht toont niet alleen aan wat een realistische economische limiet aan grondwateronttrekking is, maar ook waar zelfs onder deze gunstigere condities de voedselvoorziening onder druk kan komen te staan.

De vraag naar grondwater is nu al zo groot dat er meer water wordt onttrokken dan er binnen een paar generaties kan bijkomen via neerslag. Per saldo daalt de grondwaterspiegel dus. Telkens is een diepere put nodig om grondwater te kunnen blijven oppompen. De bouw van een diepere put kost meer geld. De diepte waarop de kosten van het grondwatergebruik de landbouwopbrengsten overschrijden, vormt de economische limiet. Vanaf deze diepte is het niet langer economisch haalbaar grondwater te blijven oppompen.

Aan de Universiteit Utrecht is een model ontwikkeld dat wereldwijd de economische limiet van grondwater pompen vaststelt. De omzet wordt per gewastype berekend op basis van de prijs en de verkochte hoeveelheden. De investeringskosten voor het slaan van de put en energiekosten voor het omhoog pompen van het water nemen toe met de diepte van de put. Voor elke nieuwe diepte worden de kosten en omzet berekend, totdat ze gelijk zijn en de economische limiet is bereikt.

Realistischere uitkomsten

Het model hield er echter geen rekening mee dat boeren behalve grondwater ook vaak oppervlaktewater en neerslag gebruiken voor hun gewassen. En niet zo’n beetje ook:  60% van het irrigatiewater komt van rivieren, meren, beekjes en kreken.

Het model is daarop nu aangepast, wat de resultaten realistischer maakt. Doordat het water voor gewassen niet alleen uit grondwater, maar ook uit andere bronnen wordt gehaald, is er minder grondwater en dus een minder diepe put nodig. Dit is te zien in onderstaande kaarten, waar de putdiepte in de Verenigde Staten na 900 jaar wordt weergegeven. Gemiddeld genomen is de put 26 meter minder diep bij het gebruik van alle waterbronnen. Er kan dus langer worden gepompt voordat de putdiepte van de economische limiet nodig is, om aan de vraag te voldoen.

De economische limiet ligt echter ook minder diep. In het nieuwe model wordt een deel van de opbrengst geïnvesteerd in de andere waterbronnen, waardoor er minder geld over is om de put verder uit te graven.

De beste irrigatietechniek

Het aangepaste model heeft allerlei nuttige toepassingen. Zo kun je het rendement van de verschillende irrigatietechnieken per gewastype vergelijken. De efficiëntie van de irrigatietechniek beïnvloedt de investeringskosten en de energiekosten in het model.

Een wereldwijd veelgebruikte techniek is oppervlakte-irrigatie waarbij het water via verhoogde kanaaltjes, sloten en buizen wordt verdeeld en door zwaartekracht over het hele veld stroomt. Dit bespaart de kosten van bijvoorbeeld sproeiers, maar vergt relatief veel water. Beregening via sproeiers vraagt om ingewikkelder installaties, maar er gaat minder water verloren. Dat geldt nog sterker voor druppelirrigatie.

Met het model zijn twee scenario’s vergeleken in de Verenigde Staten. Het eerste gaat uit van de gangbare irrigatietechnieken. Dit houdt in dat er vooral oppervlakte-irrigatie wordt toegepast, daarna is sproei-irrigatie de meest gebruikte methode, gevolgd door druppelirrigatie. In het tweede scenario wordt in de hele VS alleen oppervlakte-irrigatie gebruikt.

Over het algemeen blijkt  dat er in het scenario met de gangbare irrigatietechnieken minder water nodig is dan in het scenario met alleen oppervlakte-irrigatie. De hogere waterefficiëntie van het scenario met de gangbare irrigatietechnieken zorgt ervoor dat grondwater langer economisch nuttig blijft. De economische limiet wordt dus eerder bereikt wanneer alleen oppervlakte-irrigatie wordt toegepast. Het inefficiënte watergebruik bij oppervlakte-irrigatie blijkt uiteindelijk veelal nadeliger te zijn dan de hoge investeringskosten bij sproei- en druppelirrigatie.

Duurzaamheid

Het model is ontwikkeld om een economische analyse te kunnen maken van grondwater oppompen, maar je kunt er ook informatie uit halen over het duurzaamheidsaspect. Grootschalige grondwateronttrekking kan ernstige gevolgen hebben voor mens en milieu. Denk aan bodemdaling en schade aan het ecosysteem. De kwaliteit van het water kan achteruitgaan door indringing van zoutwater.

De putdiepte die nodig is om aan alle vraag te voldoen, is een indicatie voor de duurzaamheid van de onttrekking. Als er namelijk genoeg regen valt om het grondwater aan te vullen, volstaat een geringe putdiepte. Zodra er meer grondwater wordt onttrokken dan bijgevuld, is een diepere put nodig. Niet duurzaam dus.

De resultaten van het model laten zien dat oppervlakte-irrigatie een stuk minder duurzaam is dan andere methoden. Daarnaast leidt de inefficiëntie van deze techniek tot hoge kosten en daardoor minder voedselzekerheid.

Door het gebruik van regen- en oppervlaktewater mee te nemen in de berekening, blijkt dat duurzaamheidsproblemen later zullen optreden dan gedacht. Dat is op zich goed nieuws maar de toekomstige grote vraag naar voedsel en grondwater blijft een grote uitdaging. Er is misschien meer tijd om naar oplossingen te zoeken, maar het betekent niet dat de oplossingen er al zijn.