Het model regeert

Om de natuur in Nederland te beschermen, worden veel maatregelen genomen. In dit kader wordt voor elk ­Natura 2000-gebied een beheerplan opgesteld. Hierin staat wat er moet gebeuren om de natuurdoelen voor dat gebied te halen en wie dat gaat doen. Ook wordt hierin aangegeven welke activiteiten zonder vergunning in een gebied mogen plaatsvinden. Beheerplannen worden opgesteld in nauw overleg met eigenaren, gebruikers en andere betrokken overheden, vooral gemeenten, waterschappen en provincies. In de meeste gevallen neemt de provincie het voortouw bij het opstellen van het beheerplan.

In de beheerplannen wordt gebruik gemaakt van computermodellen om te bepalen wat er moet gebeuren om de natuurdoelen te halen. Voor het berekenen van de stikstofdepositie wordt gebruik gemaakt van het model Aerius. De hydrologische maatregelen worden gebaseerd op hydrologische grondwaterstromingsmodellen. Binnen het waterbeheer wordt al veel langer gebruik gemaakt van modellen.

Modellen

Om inzicht te krijgen in een vakgebied wordt meestal begonnen met observeren en meten. Vervolgens gaat men vaak aan de slag met modellen. Bij modelonderzoek gaat het om het nabootsen van een technisch, natuurkundig, chemisch of biologisch verschijnsel. In de beginfase van modelonderzoek van vooral natuurkundige fenomenen werd dit gedaan door het nabootsen op een kleine schaal. Hiervoor werden schaalmodellen in een laboratorium of in het veld nagemaakt. Het Waterloopkundig Laboratorium was hier een goed voorbeeld van. Later is men ook gebruik gaan maken van analogiemodellen. Dit zijn modellen waarbij een natuurkundig verschijnsel door een ander natuurkundig verschijnsel wordt nagebootst. Hierbij kan gedacht worden aan magnetische velden of het nabootsen aan de hand van elektriciteit. Pas later is men gebruik gaan maken van rekenmachines en computers. Toen was men zich terdege bewust van de beperkingen van het gebruik van rekenregels: ‘In beginsel zijn ook digitale rekenmachines voor het oplossen van grondwaterstromingsvraagstukken te gebruiken. Het vraagstuk dient dan eerst met behulp van numerieke technieken te worden geanalyseerd om de uitgangsgegevens, de ‘informatie’, voor de rekenmachine te krijgen; een niet eenvoudig werk dat meestal door specialisten moet gebeuren. Een verder nadeel van de rekenmachine is, dat de door de machine uitgevoerde bewerking geen direct verband houdt met het werkelijke verloop van het technische of fysische probleem. In een analogiemodel daarentegen, heeft elke fase in de oplossing een rechtstreekse relatie tot een fase in het nagebootste stromingsgeval. Gedurende de proef wordt dus een inzicht verkregen in de loop van het verschijnsel. In een analogiemodel kunnen ook tijdens de proef nog uitgangsgegevens worden veranderd; bij de digitale rekenmachine is dat niet mogelijk. Wel is de rekenmachine zeer veel nauwkeuriger dan een analogiemodel (tot op één miljoenste procent), doch een dergelijke nauwkeurigheid is voor hydrologische vraagstukken zinloos’. (Bron: www.nhv.nu). Tegenwoordig zouden we zeggen dat, in tegenstelling tot bijvoorbeeld schaalmodellen, computermodellen betrekking hebben op een virtuele werkelijkheid die niet overeen hoeft te komen met de reële werkelijkheid. De hydrologische computermodellen vormen een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid, maar kunnen gezien de afwezigheid van de rechtstreekse fysische relaties in meer of mindere mate afwijken van de werkelijkheid. Computermodellen kunnen gebruikt worden om hydrologische vraagstukken inzichtelijk te maken. Er zal echter nooit iets anders uit kunnen komen dan wat er aan kennis in is gestopt en dan nog alleen binnen het geldigheidsgebied waarvoor de vereenvoudiging is ontwikkeld. Computermodellen worden echter in toenemende mate gebruikt om er hydrologische kennis aan te ontlenen. Indien hierdoor de resultaten van computermodellen als bewijs worden gebruikt, wordt de virtuele werkelijkheid als reële werkelijkheid gezien, iets dat ook al in 1963 als probleem werd onderkend. Het is dan ook maar goed ook dat Nederland al voor de komst van de computer was ingericht.

Wiskunde

In de periode dat men bezig was met de ontwikkeling van wiskundige modellen was men zich dan ook bewust van de beperkingen: ‘Voor de toepassing van wiskunde op techniek is voor alles – en veel meer dan kennis van wiskundige technieken – inzicht nodig. Inzicht in de betekenis van berekeningen en in de relatie tussen wiskundig model en fysische werkelijkheid. Het is niet zo moeilijk om, uitgaande van een technische situatie, een wiskundig probleem te formuleren dat aanleiding kan geven tot (wiskundig) interessante bespiegelingen en berekeningen. Evenmin is het soms moeilijk om uit zuiver kwalitatieve redeneringen of op grond van ‘praktijkervaringen’ vergaande conclusies te trekken. Maar er is groot inzicht nodig om een doelgerichte wiskundige behandeling van een technisch probleem op te zetten, tijdig te zien dat bepaalde lijnen van onderzoek onvruchtbaar zijn omdat daar het contact met de realiteit verloren dreigt te gaan en aan te geven hoe het dan wel moet. Het zal voor een groot deel van de aanwezigheid van dit inzicht bij wiskundigen en ingenieurs afhangen, hoe de wiskundige hydrologie zich verder zal ontwikkelen.’ (Bron: www.nhv.nu).

Verdroging

Naast de vermindering van stikstofdepositie als maatregel, worden voor natte natuur vaak vernattingsmaatregelen in de Natura 2000-beheerplannen opgenomen. Deze vernattingsmaatregelen worden meestal gebaseerd op modelberekeningen met een hydrologisch grondwaterstromingsmodel. Bij deze modellering blijkt vaak dat bepaalde vormen van natuur volgens het model niet voor kunnen komen, terwijl deze natuur in de praktijk gewoon in het natuurgebied voorkomt. Een veelvoorkomende situatie die wordt veroorzaakt doordat in het model de situatie vaak te droog wordt gemodelleerd (https://edepot.wur.nl/342349). Voor nadere informatie over de overschatting van de verdroging in Nederland wordt verwezen naar een eerder artikel in V-focus en www.numeriekeverdroging.nl.

Stikstof

Ook bij stikstof wordt gebruik gemaakt van een model. Het Aerius-model wordt gebruikt  om de depositie van stikstof te berekenen. Bij vergelijking met metingen blijkt dat er regelmatig verschillen zijn tussen de berekeningen en metingen. Deze verschillen worden meestal veroorzaakt doordat de modelberekeningen onjuist zijn. Deze onjuistheden kunnen ontstaan doordat de gebruikte parameters niet kloppen of doordat processen niet of op de verkeerde wijze in het model worden meegenomen. Een kenmerkend voorbeeld hiervan is het verschil tussen de gemeten en berekende stikstofdepositie in duingebieden. De veronderstelling was dat de hoge stikstofdepositie kon worden toegeschreven aan ammoniak afkomstig van zee. Inmiddels is het RIVM niet langer overtuigd van het relatief hoge aandeel (tot 30 procent) ammoniak uit zee. Dergelijke verschillen zijn kenmerkend voor processen en fenomenen die we nog onvoldoende in de vingers hebben.

Resumerend

Onze wereld  is gaandeweg steeds meer digitaal geworden. We communiceren met elkaar via sociale media en bewegen ons steeds vaker in een virtuele werkelijkheid. Door deze digitalisering worden ook beslissingen in toenemende mate op basis van algoritmen en computermodellen genomen. Een algoritme of computermodel is per definitie een vereenvoudiging van de werkelijkheid. Het nadeel van een computermodel is dat berekeningen geen direct verband hebben met het werke­lijke verloop van technische, fysische of chemische problemen. In een analogiemodel is er wel een rechtstreekse relatie met de fysische omstandigheden. Daarom werden analogiemodellen gebruikt om inzicht te ­verkrijgen.

Tegenwoordig worden computermodellen gebruikt om inzicht te krijgen. Dit betekent dat we kennis ontlenen aan modelresultaten en we deze zijn gaan zien als de werkelijkheid.  Aangezien ieder computermodel een vereenvoudiging van de werkelijkheid is, hebben we het hier dus over een vereenvoudigde werke­lijkheid waaraan we onze kennis ontlenen. Doordat we deze virtuele werkelijkheid als reële werkelijkheid gaan zien, zijn we geneigd modellen ook als bewijs te gaan gebruiken en vormt het de basis van beslissingen.

Een ander aspect dat we voor ogen moeten houden is dat algoritmen en computermodellen dermate complex geworden zijn dat een modelleur er steeds moeilijker op kan toezien in hoeverre de uitkomsten correct zijn. Dit geldt ook voor degenen die dit soort studies moeten beoordelen. Daarnaast heeft het gebruik van algoritmen en modellen vaak een verschuiving van de verantwoordelijkheid tot gevolg. Niet de modelleur als individu maar het algoritme of model is verantwoordelijk. Het heilige geloof in computermodellen, de complexiteit van modellen en het ontlopen van verantwoordelijkheid zijn vaker van ­invloed op een crisis of affaire. Dit fenomeen werd namelijk ook genoemd als een van de oorzaken van de financiële crisis die in 2007 begon. De financiële producten waren namelijk dermate ingewikkeld geworden dat de toezichthouders niet meer in staat bleken deze producten te controleren. Ook de toeslagenaffaire is mede veroorzaakt door een algoritme dat door de Belastingdienst was ontwikkeld, en de stikstofcrisis is gebaseerd op modelberekeningen die regelmatig ­afwijken van metingen. Het is niet de vraag óf stikstofdepositie moet worden gereduceerd. Het is wél de vraag of het gerechtvaardigd is bij de regionale invulling van maatregelen in het kader van stikstof en verdroging gebruik te maken van de huidige generatie modellen. Het gaat dan ook niet om twijfel zaaien maar om de maatschappij die meer geholpen is met een verbetering van de modellen alvorens deze in te zetten voor beleidsbeslissingen, aangezien dit het draagvlak voor maatregelen ten goede zal komen.