Water en Vuur: hydrologische voorspellingen voor de beheersing van natuurbranden

Het risico op en de verspreiding van natuurbranden zijn sterk afhankelijk van de waterhuishouding. De brandbaarheid van planten wordt namelijk mede bepaald door de beschikbaarheid van water. Hoe droger de bodem, hoe droger de plant, hoe sneller vuur zich verspreidt en des te groter de kans op een onbeheersbare brand. Door een veranderend klimaat nemen de frequentie en intensiteit van droge periodes toe. Eén van de gevolgen hiervan is een toename van de kans op natuurbranden. Tijdige signalering van brandgevaar kan mensenlevens redden en schade aan de natuur, gebouwen, de drinkwatervoorziening en de infrastructuur voorkomen.

Technologie

De brandweer gebruikt een systeem (het zogenaamde natuurbrand verspreidingsmodel, NBVM) om tijdens een brand te voorspellen hoe snel het vuur zich verspreidt. Door recente wetenschappelijke inzichten in het verdampingsgedrag van natuurlijke vegetaties is dit systeem binnen dit afgeronde project aanzienlijk verbeterd. Met nieuwe kennis over het verdampingsgedrag van natuurlijke vegetaties is een module ontwikkeld om de beschikbaarheid van water van brandgevaarlijke locaties te voorspellen en daarmee een inschatting te maken van de droogtegraad van de vegetatie. Door het NBVM met deze informatie te verbeteren, wordt het handelingsperspectief van de brandweer verfijnd en kan de brandweer beter optreden tijdens een natuurbrand. Tevens kan de module voor het simuleren van de droogtegraad worden gebruikt om te indexeren hoe droog en dus hoe brandgevaarlijk een bepaald gebied is.

Oplossing

Een vochtmodule is ontwikkeld voor het proefgebied de Veluwe. In 2017 is een veldexperiment opgezet waarin voor twee vegetatietypen (heide en pijpenstrootje) maandelijks monsters zijn genomen om het vochtgehalte te bepalen. Met deze gegevens zijn vertaalfuncties gemaakt om hydrologische modeluitkomsten te vertalen naar de vochttoestand in de vegetatie. De metingen kunnen we goed nabootsen met eenvoudige curves die het jaarlijkse verloop in vochtgehalte beschrijven. Zodra een droge periode zich voordoet, en vochttekort optreedt, gaat het vochtgehalte afwijken van deze curves.

De meerwaarde van de vochtmodule wordt vooral getoond zodra een periode van langdurige droogte zich voordoet. Op dat moment geeft het module veel inzicht in de ruimtelijke verdeling van het vochtgehalte in de begroeiing. Voor het jaar 2003 hebben we berekeningen uitgevoerd van het vochtgehalte een de snelheid waarmee het vuur zich verspreidt. Het jaar 2003 viel in augustus onder de 5 % droogste jaren sinds de start van de meteorologische metingen door het KNMI. Tussen 10 juli 2003 en 15 augustus 2003 ging het gesimuleerde vochtgehalte in de vegetatie van 0.60 naar 0.53 voor de heidebegroeiing en van 1.15 naar 0.43 voor de grasbegroeiing (gewicht water/ gewicht droge stof). Aan het einde van de droge periode was de bodem volledig uitgedroogd en een deel van de begroeiing afgestorven.

Berekeningsresultaten van de vochtmodule voor de bodem en vegetatie in 2003

Volgens onze berekeningen zou bij het uitbreken van een natuurbrand op onze onderzoekslocatie de brand vóór de droge periode met 375 m/uur en na de droge periode met 500 tot 600 m/uur zich verspreiden bij een windsnelheid van 5 m/s. De droge periode leidt dus tot een versnelling van de brandverspreiding met een factor 1.3 tot 1.6. Dit laat zien hoe gevoelig bandverspreiding is voor het vochtgehalte in de vegetatie en dat accurate cijfers van dit vochtgehalte nodig zijn voor de beheersing van natuurbranden.

De vochtmodule levert op een unieke wijze inzicht in de droogtegraad van de begroeiing in natuurterrein met diepe grondwaterstanden. Deze gegevens zijn van groot belang nu het klimaat verandert en de kans op natuurbranden toeneemt. De module kan tevens worden gebruikt om klimaatprojecties te doen zodat we toekomstige brandgevaarlijke terreinen kunnen opsporen en deze veiliger vorm kunnen geven samen met terreinbeheerders.