Nieuwe beeldtaal voor modellen nodig

Interview met dr. Michiel van der Meulen, Hoofd Geomodellering, Geologische Dienst Nederland, TNO.

“De Basisregistratie Ondergrond levert nieuwe gegevens op, maar roept ook meteen nieuwe vragen en wensen op. Daar willen we bij TNO in voorzien. Een bijzonderheid hierbij is dat de BRO ervoor zorgt dat er meer partijen met ondergrondinformatie aan de slag gaan, die niet dezelfde bekendheid en deskundigheid hebben als de gebruikers die we tot nu toe altijd hebben bediend. Voorbeelden hiervan zijn lagere overheden die moeten wennen aan hun rol als bronhouder en de gebruiksplicht. Ik heb geleerd dat de beeldtaal van de BRO-modellen die wij maken hierin belangrijk is. Er ligt nu voor ons een grote, maar ook leuke uitdaging om hier stappen in te maken, zodat experts beter met ook niet-deskundigen kunnen communiceren over de ondergrond.”

Met de BRO is informatie over de ondergrond voor iedereen makkelijk in te zien. In het BROloket zijn vanaf januari 2020 ook de modellen van TNO en WENR opgenomen: GeoTOP, Regis, DGM, Bodemkaart en de geomorfologische kaart. In tranche 4 komt ook de kaart Grondwaterdynamiek in de BRO.

Voorspelling, geen werkelijkheid

“Eigenlijk is een BRO-model een grote bak getallen”, legt Van der Meulen uit. “Visualisaties hiervan gebruiken experts om de getallen te inspecteren, om zich een oordeel te vormen van de opbouw van de ondergrond en vaak ook om met de getallen verdere berekeningen uit te voeren. Ze kennen de beperkingen van de modellen en hun visualisaties. Wat we nu zien, is dat niet-deskundigen naar dezelfde visualisatie kijken en denken dat het ‘de werkelijkheid’ is. Ze trekken meteen een conclusie, maar zo eenvoudig ligt dat niet. Er moet dan eigenlijk iemand met kennis naast staan om de informatie te duiden. Wat hierbij helpt, is een goede, meer intuïtieve beeldtaal voor de modellen, zodat experts effectiever met niet niet-deskundigen kunnen communiceren.”

Deskundige interpretatie

Ten opzichte van onze direct waarneembare omgeving kunnen mensen zich maar moeilijk voorstellen hoe weinig we feitelijk van de ondergrond kunnen zien. “Denk eens aan een satellietbeeld”, zegt Van der Meulen. “Daar is het aardoppervlak op te zien tot in het detail van bomen en hekjes. Weinig noodzaak voor interpretatie – je kent de objecten, want je hebt ze allemaal al een keer gezien. In de ondergrond kun je niet kijken. Daarom boren we erin, zie dat als een soort rietjes waardoor je in de ondergrond in kijkt. Modelleren is dan het maken van een schatting van wat er zich tussen die rietjes bevindt. Terug naar het satellietbeeld. Leg over dat beeld nu eens een velletje papier met net zoveel gaatjes daarin als we ondiepe boringen hebben (enkele tot ~10/km²). Kun je dan nog voorspellen waar die boom, dat huis of het hekje staat? Nee, alleen je het type omgeving kent, kan je de punten überhaupt verbinden en er zijn grenzen aan het oplossend vermogen. En zo werkt het ook met de ondergrond: je moet véél verstand hebben van geologie om te voorspellen wat de opbouw van de ondergrond is tussen de boringen, tussen de rietjes. Wij werken per definitie in een gegevensarme omgeving.”

N33

De rol van een geoloog of andere deskundige blijft dus belangrijk. “Laat me dat toelichten aan de hand van een praktijkvoorbeeld: de N33 bij Groningen. Deze weg wordt tussen Zuidbroek en Appingedam verbreed en het tracé wordt gedeeltelijk verlegd. Het projectteam had beschikbare boringen langs mogelijke nieuwe tracés bekeken, waarvan de meesten aangaven dat er slappe grond aanwezig was bovenop een zandlaag. Hun vraag was: hoe weet je nou dat er onder die zandlaag niet nog veel meer slappe grond zit? Toen ik ze een model liet zien dat op grotere diepte ook nog eens hele hoop klei toonde, nam hun zorg toe. Het ging hier echter om potklei, die is gevormd in de voor-voorlaatste IJstijd waarvan we in Nederland afzettingen herkennen, en die is samengedrukt door het landijs dat zich in de voorlaatste over Noord-Nederland uitstrekte. Bij een geoloog komt het niet eens in het hoofd op om zich over deze oudere klei geotechnisch gezien zorgen te maken, maar in de visualisaties van GeoTOP heeft deze wel dezelfde groene kleur als de jonge slappe zeeklei daar.”

Gefascineerd door geologie

Van der Meulen is al van jongs af aan met geologie bezig. “Mijn vader was ook geoloog. Hij was vaak maanden op veldwerk. Mijn moeder nam ons, ook buiten schoolvakanties om, mee naar het buitenland, vooral naar Griekenland en Spanje, waar hij aan het werk was. Op jonge leeftijd vond ik vooral jammer dat hij geen dinosauriërs bestudeerde, maar plekken waar we kwamen de mensen die ik tegenkwam, het soort mens dat geoloog is en het verhaal dat de aarde je vertelt, spraken mij enorm aan. Toen ik daar groot en sterk genoeg voor werd werkte ik mee en heb ik voor tonnen aan monsters uitgehakt en gesjouwd. Dat ik later geologie ben gaan studeren was een onvermijdelijkheid.”

“Het is een vak dat een dimensie toevoegt aan de wereld zoals je die ervaart. Het gaat vaak over moeilijk voorstelbare dingen: een eeuw kunnen we nog wal bevatten, maar wat is een miljoen jaar? Wat is een miljoen kubieke meter? Het is allemaal letterlijk onvoorstelbaar voor het menselijk brein, maar als geoloog leer je daarmee omgaan.  Als ik nu ook rondrijd in de bergen, dan wordt het landschap een film en de ondergrond als het ware transparant. Wat me ook fascineert is zijn de geschiedenis van de aardwetenschappen. Het vermoeden was er al langer, maar we weten pas sinds de jaren ’60 dat aardplaten bewegen. Plotseling viel een hele hoop op zijn plaats. Waarom bepaalde diersoorten op alle continenten voorkomen. Waar vulkanisme en aardbevingen zijn en waar niet. Ik vind het fascinerend me te verplaatsen in de mensen die zo’n ontwikkeling meemaakten, waarbij je wereldbeeld helemaal op zijn kop komt te staan.”

Geologische kennis als basis

“Om de BRO-modellen te maken, gebruiken we al onze kennis over de geologische geschiedenis en processen”, vertelt Van der Meulen. “Over ouderdom, het voorkomen van ijstijden, het stromen van rivieren, oprukken en terugschrijden van de zee, over breukwerking, plaattektoniek: al dat is nodig om te bepalen hoe je gegevens interpreteert en verbindt. Met dergelijke kennis en bouwen we bij TNO met 55 mensen onze modellen.”

“De eerste stap is hier het maken van een lagenmodel, waarvan de laageenheden zijn gedefinieerd op basis van onderscheidende kenmerken. Binnen deze lagen karteren we vervolgens eigenschappen uit. In GeoTOP in de vorm van voxels (3D pixels) die je vertellen wat de grondsoort is. Binnen REGIS-II gaat het om hydraulische parameters, die je vertellen hoe grondwater erdoorheen stroomt.”

Metingen                                       Lagenmodel                            Voxelmodel

BRO: ondergrond sneller en beter in beeld

“Lange tijd zijn we in het maken van modellen beperkt geweest door rekenkracht. We konden niet eens alle gegevens gebruiken die we hadden. Nu is dat omgekeerd: we kunnen door krachtiger computers en slimmere technieken veel meer gegevens verwerken, en nu zijn gegevens dus de beperkende factor. Wij kunnen onze modellen verfijnen als we meer gegevens hebben. Daar is de BRO ons enorm helpen, ik kan geen ander mechanisme verzinnen dat zoveel gegevens op een plek samenbrengt. Zo gaan we de ondergrond steeds sneller en beter leren kennen.”

Verdichten

Op sommige plaatsen in Nederland zijn veel boringen gedaan. Dat levert dus extra data op. “We kunnen in GeoTOP nu voor individuele projecten fijnmaziger werken, met kleinere voxels. Daarbij staan we weer voor een nieuwe uitdaging: hoe laat je de verschillende resoluties naast elkaar bestaan? Voor een project als de versterking van de Lekdijk was een standaardresolutie niet voldoende. Met extra data hebben we een model met een 32 maal hogere resolutie. Nu is het de uitdaging om modellen op verschillende schalen, in samenhang te beheren. Dit zijn perspectieven die zich openen nu de basisregistratie er is.”

Toekomst

“In het buitenland kijkt men ademloos naar de ontwikkelingen rond registratie van de ondergrond. Alleen in Nederland wordt systematisch in 3D gekarteerd. De BRO, die hierin alweer de volgende stap gaat betekenen, wordt ook gezien als een heel progressief stuk wetgeving. Van alle geologische diensten in de wereld zitten hebben we de beste gegevens- en informatiepositie. Dat is heel mooi, maar het betekent ook dat we dit metier, op deze nationale schaal, grotendeels op eigen kracht moeten ontwikkelen.”

“Voor de toekomst kijken we naar een aantal innovaties. Een hogere resolutie betekent werken met meer data. In de verwerking daarvan zijn nog automatiseringstappen te maken, met gebruikmaking van artificial intelligence bijvoorbeeld. Verder is het belangrijk om te bepalen hoe we verschillende ontwikkelrichtingen willen prioriteren: meer parameters? Meer detail?“

“En we gaan toe naar 4D-modellen. Daarin is ook de component tijd opgenomen. Dan kun je dus bijvoorbeeld een proces van bodemdaling in de veenweidegebieden in een model representeren en zien hoe daling zich in de tijd ontwikkeld. Fascinerend aan 4D geologie in Nederland is 4D is de rol van de mens zelf. Wij verplaatsen jaarlijks meer zand en ander materiaal dan de natuur in het recente geologische verleden. Of kijk eens op hoeveel plekken hebben we de geologie stopgezet hebben, bijvoorbeeld door dijken te bouwen, waardoor de rivieren de zee geen klei en zand kunnen afzetten in onze kustdelta.”

“We zijn in Nederland heel ver, maar er is nog veel te doen”, concludeert Van der Meulen. “We willen nog dichter kruipen op de feitelijke dagelijkse behoefte en werken met de nieuwste inzichten en technologieën. Dat maakt het voor mij nu zo interessant om op deze plek bij TNO te werken.”