UITLEG
Satelliet Radar Interferometry (InSAR)
Van de drie gebruikte geodetische technieken voor bodemdalingskaart.nl is satelliet radar-interferometrie (InSAR) de meest recente. De techniek maakt gebruik van satellieten die continu om de aarde cirkelen, met aan boord een radarinstrument dat een paar duizend maal per seconde een puls naar beneden zendt. Die pulsen weerkaatsen op het aardoppervlak, en worden vervolgens weer opgevangen op de satelliet. Door slimme wiskundige bewerkingen op deze ontvangen pulsen uit te voeren kan een plaatje gemaakt worden van het aardoppervlak, met zo'n tienduizend metingen per vierkante kilometer, heel Nederland bedekkend.
Wanneer na een aantal dagen de satellieten weer overkomen, kan deze meting herhaald worden. Uit het verschil tussen de twee achtereenvolgende metingen kan berekend worden of, en hoeveel, de aarde bewogen heeft tussen de metingen. Doordat gebruik gemaakt wordt van 'interferometrie' kan dat met een relatieve precisie in de orde van millimeters.
Hier maken we gebruik van honderden achtereenvolgende metingen, elke 6 dagen opnieuw. Elk meetpunt op aarde wordt dus honderden malen achtereenvolgens gemeten. We noemen dit een 'tijdserie'. Uit de tijdserie kan bijvoorbeeld de gemiddelde bewegingssnelheid worden afgeleid, die vervolgens kan worden gevisualiseerd met een gekleurd punt op een kaart.
Geodetische Analyse
De digitale bestanden van Bodemdalingskaart.nl representeren de verticale deformatie van Nederland, in millimeters. In de kaart zelf worden deze deformaties uitgedrukt als een deformatiesnelheid in millimeters per jaar. GNSS metingen zorgen voor een onafhankelijke verificatie. Systematische effecten zoals aardgetijden, ocean loading, loading door atmosferische druk, en hydrologische loading, zijn verwijderd uit de schattingen.
GNSS metingen zijn alle metingen met systemen zoals GPS, Galileo en Glonass. Dit zijn honderden vaste stations die continu positiemetingen doen, in drie dimensies (noord, oost en verticaal). Doordat de stations meestal een fundering hebben op diepere grondlagen laten deze meestal niet de beweging van de bovenste grondlagen zien. Daarom worden deze metingen gebruikt om een gladde ruimtelijk snelheidstrend uit de data te schatten. De data zijn afkomstig van permanente stations van onder andere 06-GPS en het Kadaster. De data zijn verwerkt door de TU Delft.
De InSAR metingen vinden plaats op miljarden objecten in het land. Deze objecten zijn vaak huizen, straten, spoorwegen, en andere infrastructuur, maar ook van landelijk gebied. Elk object kan op zijn eigen manier bewegen, afhankelijk van verschillende oorzaken.
De oorzaken die een diepe oorzaak hebben (ver onder het funderingsniveau van de objecten, zoals gaswinning) zullen een effect hebben op alle meetpunten, terwijl processen in de ondiepe ondergrond op sommige objecten een grotere invloed zullen hebben dan op andere. De ondiepe lagen zijn dus erg dynamisch en ruimtelijk gevarieerd. Dit verschil wordt gebruikt in BDK1 om verschillen tussen diep en ondiep vast te stellen.
Productspecificaties
Bodemdalingskaart 4.0 is gemaakt met RADARSAT-2-satellietbeelden en gecombineerd met een netwerk van GNSS (GPS)-ontvangers op de grond.
Er zijn in totaal 537 stijgende en 642 dalende satellietbeelden gebruikt, verspreid over Nederland, tussen juni 2020 en december 2025. Dat zijn meer dan 17 beelden per maand. In totaal zijn er ruim 700 miljoen meetpunten, waardoor de Bodembalingskaart 4.0 in totaal 57 miljard geodetische metingen bevat.
Deze kaart bestaat uit vier stijgende en vier dalende tracks. Elke track is afzonderlijk opgenomen gedurende de stijgende of dalende baan van de satelliet en bevat unieke metingen.
Dataverwerking
De dataverwerking achter de bodemdalingskaart bestaat uit een aantal stappen. De zwaartekrachtsmetingen worden eerst gecorrigeerd voor aardgetijden, instrumentdrift en grondwaterstandsvariatie. Daarna zijn de data verwerkt middels free-air correcties, waarbij de zwaartekrachtsversnelling wordt omgerekend in de equivalente veranderingen in afstand tot het massamiddelpunt van de aarde. Tot slot wordt met een gewogen kleinste-kwadratenschatting de snelheid van de stations geschat. Deze is voor Westerbork en Epen significant, en wordt gebruikt om de absolute verticale beweging vast te pinnen.
De GNSS data worden gebruikt om een trendvlak door de snelheden te schatten. Deze kanteling wordt gebruikt om de InSAR schattingen te schranken. Daarnaast worden de GNSS data gebruikt in de toetsing van de verticale snelheden zoals afgeleid uit de zwaartekrachtsgegevens, en in de toetsing van de verwerkte InSAR data.
De InSAR dataverwerking is het meest uitgebreid, en volgt een door de TU Delft en SkyGeo ontwikkelde methode. De data van de twee RadarSAT2-XF satellieten worden daarvoor gecorrigeerd met de meest optimale numerieke weermodellen van het KNMI, en worden daarna verwerkt tot zeer precieze deformatieschattingen met de methodes van SkyGeo tot een gecombineerd product. De gemeten deformaties worden daarbij geprojecteerd op de verticale richting. Per gridcel van 25×25 meter wordt daarna de statistiek van alle meetpunten bekeken, die verder wordt geanalyseerd. Hierbij wordt, per satelliettrack, een minimum van 10 meetpunten per gridcel aangehouden. Wanneer er minder punten beschikbaar zijn, dan is aan deze gridcel geen bodemdalingsschatting toegekend.
Elk van de satellietbanen heeft elke 24 dagen een nieuwe waarneming. De geschatte deformaties worden geprojecteerd op de verticale richting, om ze onderling consistent en vergelijkbaar te maken. Indien er horizontale beweging optreed kan dat leiden tot verschillen.
Bodemdalingskaart 1: 'Totale', 'diepe', en 'ondiepe' bodemdaling
Een additionele kaart van de Bodemdalingskaart laten drie parameters zien, die informatie geven over de oorzaak van de bodemdaling. Deze parameters volgen uit de statistische analyse van alle meetpunten binnen een gridcel. Hieruit wordt afgeleid of de deformatie mogelijk twee afzonderlijke oorzaken heeft, deze noemen we 'diep' en 'ondiep'. Diep en ondiep samen is 'totaal'. Bodemdaling (of stijging) door een diepe oorzaak, zoals gas- en oliewinning, zoutwinning, en de na-ijlende effecten van de Zuid-Limburgse steenkool mijnbouw, heeft invloed op alle meetpunten binnen een gridcel.
Bodemdaling (of stijging) met een ondiepe oorzaak, zoals het inklinken van veenbodems of gevolgen van grondwaterstand veranderingen, heeft geen invloed op meetpunten die onderheid zijn op diepe zandlagen, maar wel invloed op meetpunten die dat niet zijn. De mate waarin ondiepe bodemdaling een rol speelt wordt bepaald uit de asymmetrie van de kansdichtheidsfunctie van alle meetpunten. Bij een sterk asymmetrische kansdichtheidsfunctie is er aanleiding om de gemeten beweging te scheiden in een diep en een ondiep deel. Indien de kansdichtheidsfunctie redelijk symmetrisch is, dan is de gehele beweging toe te schrijven aan ofwel diepe, ofwel ondiepe beweging.
Geodetische interpretatie
De interactieve kaart is (slechts) 1 van de mogelijke visualisaties van de bodembeweging van Nederland, waarbij de verticale bodembewegingssnelheid met een kleur wordt weergegeven. De werkelijke bodembeweging is complexer, en vertoont lokaal momenten van versnelling en vertraging; deze zijn niet weer te geven in een statische figuur. Deze tijdsvariabele gegevens zitten wel in de in datasets die kunnen worden gedownload. Per gridcel kunnen deze ook worden ingezien door op een bepaalde locatie te klikken.
Indien de kansdichtheidsfunctie sterk asymmetrisch is, met een negatieve scheefheid, dan kiezen we de 10-percentiel waarde om de totaledeformatiesnelheid weer te geven. De gevonden waarde geeft dus aan dat 10 procent van alle meetpunten sneller zakt dan de aangegeven waarde.
Het is belangrijk om in te zien dat op deze wijze het begrip bodemdaling anders wordt gedefinieerd dan conventioneel in de geodesie gebruikelijk is. De conventionele definitie is dat de deformatie wordt geschat voor 'meetpunten'. Dat is prettig, omdat dat 'aanwijsbare' punten zijn, waardoor de precisie van een enkele schatting zeer goed te bepalen is. Het grote nadeel van deze definitie is echter dat de meetpunten niet representatief kunnen zijn voor de daadwerkelijke beweging van het maaiveld. De statistische definitie die wordt gebruikt bij de bodemdalingskaart heeft het voordeel dat (a) een veel beter ruimtelijk beeld wordt verkregen van de gebieden in Nederland waar ondiepe bodemdaling een grotere rol speelt, (b) hier een statistisch solide onderbouwing voor is, en (c) een duidelijke scheiding in oorzakelijke mechanismen (diep vs. ondiep) mogelijk wordt. Een nadeel van de statistische definitie is dat deze een keuze met zich meebrengt; er moet gekozen worden welke metingen als representatief worden gezien. Een keuze voor een lagere percentiel-waarde geeft sterkere zakkingssnelheden in de kaart, maar is gebaseerd op minder meetpunten en is daarmee minder goed onderbouwd. Een keuze voor een hogere percentielwaarde toont minder zakking in de kaart, maar het is minder duidelijk waar de extremen liggen.
In deze versie van de bodemdalingskaart is gekozen voor de 10-percentiel waarde. Dat betekent dat de kaart van de totale en de ondiepe deformatie moet worden gelezen als: tien procent van alle meetpunten binnen de gridcel zakt (of stijgt) sneller dan de aangegeven waarde.
Voor de diepe deformatiesnelheid wordt aangenomen dat alle meetpunten hieraan onderhevig zijn. Om die reden wordt de mediaan van de kansdichtheidsfunctie van de snelheden gebruikt. De mediaan is minder gevoelig voor de mogelijke asymmetrie van de kansdichtheidsfunctie (of van enkele uitbijters in de data), waardoor deze representatief is voor de totale beweging.
Tot slot wordt de ondiepe deformatiesnelheid gevonden door het verschil te nemen tussen de totale en de diepe deformatiesnelheid.