Uitkomst
Dit project benadrukt de waarde van natuurlijke kustecosystemen bij het verlagen van de golfbelastingen op dijken en het zorgen voor erosiebestendige verhoogde bodems voor de dijken (Figuur 1). Meer specifiek geven we inzicht in i) het belang van hoogte en breedte van zowel wadplaten als schorren voor golfoploop naar de dijken, ii) het belang van wadverhoging (veranderingen) op schorontwikkeling op de lange termijn, iii) het gebruik van ‘groene’ beheersmaatregelen om wadplaten te stabiliseren en daarmee schoruitzetting te vergemakkelijken, iv) de erosieweerstand van de bovengrond van schorren in vergelijking met kaal wad onder snelle waterstroming, zoals zou optreden bij een dijkdoorbraak en v) de erosieweerstand van kwelderkliffen door begrazingsbeheer en sedimenttype, aangezien dit de kwelderbreedte voor een dijk drijft.
Figuur 1- boven: Dijk beschermd door een kwelder in de Nederlandse Waddenzee. Midden links: meting van strandwier op de dijken na de storm. Midden rechts: kwelderrand. Linksonder: biologisch afbreekbare kunstmatige riffen ingezet in de droogvallende platen van Griend. Rechtsonder: vee grazend in een kwelder. Foto's door: Beatriz Marin-Diaz.
Motivatie en praktische uitdaging
Van de kustgebieden bij mijn huis in Barcelona tot de Nederlandse kust die ik nu bestudeer, erken ik dat harde bouwkundige maatregelen zoals dijken op veel plaatsen nodig zijn voor bescherming tegen overstromingen (Figuur 1 midden-links). De vereiste technische maatregelen kunnen echter minder ingrijpend worden als we ze weten te combineren met natuurlijke vooroeverecosystemen zoals kwelders, wat leidt tot hybride oplossingen (Figuur 1 boven). De zout- en overstromingstolerante planten die in deze kwelders groeien, kunnen bijdragen aan kustbescherming door de bodem te stabiliseren en golven te verminderen, naast het leveren van andere belangrijke ecosysteemdiensten zoals verbetering van de waterkwaliteit, koolstofvastlegging en habitat voor biodiversiteit (Figuur 1 midden-rechts). Dit is veelbelovend, omdat bijvoorbeeld door het behoud en herstel van natuurlijke ecosystemen zoals schorren en slikken, ongeveer 100 km dijken langs de Waddenzee in theorie hun veiligheidsstatus van onvoldoende naar veilig kunnen veranderen. Tot op heden belemmeren onzekerheden over de daadwerkelijke effectiviteit de praktische uitvoering van deze ecosysteemgerichte maatregelen. Daarom ben ik als milieubioloog zeer gemotiveerd om kennis te genereren die de implementatie van op ecosystemen gebaseerde kustverdediging mogelijk maakt en daarmee de afnemende kustecosystemen beschermt en herstelt.
Onderzoeksuitdaging
In dit project adresseer ik belangrijke kennislacunes over het functioneren van natuurlijke kustecosystemen zoals kwelders en slikken voor waterkeringen, en hoe hun beheer zowel de bescherming tegen overstromingen als de ecologische waarde ten goede kan komen.
Innovatieve componenten
- De rol van wadplaten en schorren op golfdemping en vermindering van golfoploop op zeedijken werd gekwantificeerd door drie jaar durende metingen langs de Waddenzeekust (Figuur 1 midden-links en kaart).
- Door een 20-jarige tijdreeks van luchtfoto’s en hoogtekaarten te analyseren, heb ik vastgesteld welke factoren de ontwikkeling van kwelders in de Waddenzee stimuleren.
- Het potentieel om kunstmatige riffen te gebruiken voor de uitbreiding van kwelders door het aangroeien van de frontale wadplaten, werd experimenteel onderzocht door met veel collega’s een uniek kunstrifexperiment te creëren (zie locatie op de kaart). Ik concentreerde me op de golfdemping en elevatie-effecten (Figuur 1 linksonder).
- De bovenste bodemerosiemechanismen van kwelders en slikken, belangrijk voor het minimaliseren van de diepte van dijkdoorbraken. Met een snelstroomgoot heb ik de weerstand bestudeerd van kwelders en droogvallende platen met verschillende bodem- en vegetatie-eigenschappen tegen snelstroomerosie, die kan optreden tijdens een dijkdoorbraak.
- Het effect van begrazingsbeheer op de laterale erosieweerstand, belangrijk om het effect op de kwelderbreedte te begrijpen. Met golfgoten heb ik de laterale erodibiliteit getest van kwelderbodems verzameld in gebieden met verschillend begrazingsbeheer, kwelderleeftijd en kwelderhoogte (Figuur 1 rechtsonder).
Relevant voor wie en waar?
Alle overheden die betrokken zijn bij het ontwerp van kustverdediging op basis van ecosystemen, zoals waterschappen, natuurbeheerders en NGO’s.
Voortgang en praktische toepassing
Figuur 2 vat de belangrijkste bevindingen van kustecosysteemdynamiek over kustbescherming samen, samen met een illustratie die het belang van ecosysteemconnectiviteit benadrukt.
Figuur 2. De illustratie met een samenvatting van de bevindingen benadrukt ook het belang van ecosysteemconnectiviteit. Zo kunnen schelpdierriffen golven verminderen en sediment vasthouden, wat gunstig kan zijn voor de uitzetting van de kwelder. In ruil daarvoor beschermen kwelders de dijk door voor de dijken erosiebestendige bodems aan te brengen en de golfoploop bij storm te verminderen. Illustratie door: Beatriz Marin-Diaz.
Bestudeerde locaties nabij de Noord- en Zuid-Nederlandse kust en het kunstmatige experiment op het noordereiland Griend.
Verwijzend naar de samenvatting van de bevindingen in Figuur 2 (zie voor details de gerelateerde output):
- Verminderde oploop: Kwelders (zelfs met korte begroeiing) verminderden altijd de golfoploop in vergelijking met kaal wad.
- Kwelderexpansie: Kwelderexpansie offshore houdt verband met een verhoging van de aangrenzende wadplaten. Door technische maatregelen kan alleen op locaties met een lage sedimentdepositie schorvorming worden bereikt.
- Biologisch afbreekbare kunstmatige riffen: Het experiment toont het potentieel aan om de morfologie van de wadplaten te veranderen. De afmetingen van de riffen moeten echter groter zijn en de materiaalkeuze moet overeenkomen met de hydrodynamische blootstelling.
- Weerstand tegen snelle erosie van de waterstroom: De kweldervegetatie vangt fijn sediment en organisch materiaal op, waardoor een zeer resistente samenhangende toplaag ontstaat. Alleen pioniervegetatie op zanderige plekken was niet erosiebestendig, vergelijkbaar met kaal wad. Schorren voor hoogwaterveiligheid mogen echter niet met zand worden gebouwd, omdat deze gevoelig kunnen zijn voor laterale erosie.
- Begrazing voor verminderde erodibiliteit: Begrazing door zowel kleine (bijv. hazen, ganzen) als grote herbivoren (bijv. runderen) vermindert de laterale erodibiliteit van kwelder op fijnkorrelige bodems. Intensieve begrazing van runderen kan echter de bodem verdichten, wat een negatief effect kan hebben op de veerkracht van de kwelder tegen zeespiegelstijging in gebieden met een lage sedimentaanvoer.
Aanbevelingen voor de praktijk:
- Wij raden aan om bestaande schorren te behouden, omdat deze onafhankelijk van seizoen, vegetatietoestand of begrazingsbeheer zorgen voor een stabiele bodem en vermindering van golfoploop op de dijken. Om kweldererosie te voorkomen en nieuwe kwelders te creëren, moet u zich concentreren op het beheer van de hoogte van de frontale getijdenplaten en hun netto sedimentaanwas stimuleren, bijvoorbeeld door de ecosysteemconnectiviteit te verbeteren.
- Voor toekomstige kwelderrestauraties wordt aanbevolen om fijnkorrelige sedimenten of slib te gebruiken in plaats van grof zand, wat kwelders gevoelig maakt voor erosie of ervoor zorgt dat het erg lang kan duren voordat ze erosiebestendig zijn.
- Begrazing met hoge intensiteit moet worden vermeden, aangezien dit negatief is voor de biodiversiteit en de hoogte van de bodem kan verlagen. We raden echter aan om kleine herbivoren zoals hazen en ganzen in de lage kwelders te behouden, omdat ze erosie kunnen beperken en de biodiversiteit kunnen vergroten zonder mogelijk negatieve bijwerkingen.
Last modified: 30/12/2021
Contributing researchers
Beatriz Marin-Diaz
NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research
- Marin‐Diaz, B., Bouma, T. J., & Infantes, E. (2019). Role of eelgrass on bed‐load transport and sediment resuspension under oscillatory flow. Limnology and Oceanography. https://doi.org/10.1002/lno.11312.
- Marin‐Diaz, B., Govers, L. L., van der Wal, D., Olff, H., & Bouma, T. J. (accepted with minor revisions). The importance of marshes providing soil stabilization to resist fast-flow erosion in case of a dike breach. Ecological Applications.
- Marin‐Diaz, B., Govers, L. L., van der Wal, D., Olff, H., & Bouma, T. J. (in prep.). Lateral and top erosion in sandy systems: case study of a managed fetch-limited barrier island.
- Marin‐Diaz, B., Govers, L. L., van der Wal, D., Olff, H., & Bouma, T. J. (in prep.). Using salt marshes for coastal protection: effective but hard to get where most needed.
- Nauta J., Temmink, R.J.M., Fivash, G.S., Marin-Diaz, B., Cruijsen, P.P.M.J.M., Reijers V.C., Didderen, K., Penning, E., Olff, H., Heusinkveld, J.H.T., Lamers L.P.M., Lengkeek, W., Christianen, M.J.A., Bouma, T. J. & van der Heide, T., Govers, L. L. (in prep.). Temporal changes in food web assembly on artificial reef structures.
