Hoe zou de Rijn er vandaag uitzien als onze voorouders de afgelopen eeuwen niet hadden ingegrepen? Om een beeld te krijgen van de natuurlijke rivierdynamiek, gaan we uit van het patroon van meerdere geulen en eilanden in 1700, en laten de dijken en andere menselijke ingrepen weg. Op basis hiervan kunnen we dan extrapoleren tot een model van de natuurlijke dynamiek zoals die er nu uit zou zien.
Stroomopwaarts, in de Alpen, zou het riviersysteem er ongeveer hetzelfde uitzien als in de huidige situatie, met kleine bergstroompjes die samenvloeien met grotere. Er zou echter veel meer variatie in de afvoer zijn, omdat er geen dammen zijn die de water- en sedimentstromen beheersen. Dit zou hebben geleid tot een grotere variatie in de hoeveelheid sediment die stroomafwaarts wordt getransporteerd, waardoor een dynamisch systeem van afzetting en erosie zou zijn ontstaan. Zand en grind zouden drempels vormen waar de riviertakken omheen zouden stromen en hun loop steeds weer zouden veranderen in een proces dat bekend staat als “vlechten”.
Stroomafwaarts zou de natuurlijke rivier geleidelijk overgegaan zijn van vlechtend naar meanderend, zoals nu het geval is. Maar deze rivier zou verschillende geulen hebben ontwikkeld, die zich weer zouden verdelen en samenkomen rond stabiele eilanden van zand en grind, zij het minder dynamisch dan die van de gevlochten gedeelten, een proces dat bekend staat als “anabranching”. Na enkele eeuwen zou een bepaalde tak buiten zijn oevers treden en een nieuwe weg naar zee vinden, waardoor de takken zich zouden uitspreiden in een deltavlakte en op verschillende plaatsen in de Noordzee zouden uitmonden.
Rivierdynamiek aan de bron
De bron van de Rijn ligt in de Zwitserse Alpen. Twee bovenloopstromen, de Vorderrhein en de Hinterrhein, vormen samen de Alpenrhein. Deze mondt uit in het Bodenmeer waar hij zijn sediment afzet. Het grind bezinkt het eerst en vormt een kleine delta die in het meer uitsteekt. Het zand, slib en klei bezinken verder in het meer.
De bovenlopen en de Alpenrhein worden gevoed door smeltende sneeuw en de grootste afvoer vindt meestal plaats in het voorjaar. De hoeveelheid zand en grind die door de beken wordt meegevoerd, varieert echter sterk in tijd en ruimte. De hoeveelheden kunnen bijzonder groot zijn wanneer grote hoeveelheden zand, grind en rotsen van de berghellingen in de beken terechtkomen, maar het kan jaren duren voor deze sedimenten verder stroomafwaarts worden getransporteerd. Wanneer de aanvoer van sediment groter is dan de rivierstroom aankan, kunnen riviertakken geblokkeerd raken en wordt het water gedwongen zijn loop te wijzigen. Een dergelijk vlechtproces is bijzonder hevig in tijden van hoogwater.
Het bodenmeer, een natuurlijke sedimentval
Terwijl de continuïteit van het sedimenttransport langs een rivier kenmerkend is voor natuurlijke rivieren, geldt dit niet voor de Rijn. Stroomopwaarts wordt zijn loop onderbroken wanneer het stroomgebied van de Alphenrhein uitmondt in het Bodenmeer. Bij de stad Konstanz stroomt de Rijn vervolgens uit het meer. In feite snijdt het meer het stroomgebied in tweeën.
Wanneer de rivier het Bodenmeer binnenstroomt, wordt de stroomsnelheid van het water onderbroken en valt het sediment dat het met zich meevoert weg. Bij de uitstroom uit het meer begint de rivier echter haar sedimentgehalte weer op te bouwen. Het netto-effect hiervan is dat het Bodenmeer het sedimenttransport in de Alpenrhein loskoppelt van het sedimenttransport in de benedenloop van de rivier, waardoor de bronzone in de Alpen grotendeels irrelevant wordt voor het sedimenttransport en de morfodynamiek in de Rijn stroomafwaarts van het Bodenmeer.
Rivierdynamiek in het overgangsgebied
Stroomafwaarts van het Bodenmeer stroomt de Rijn door een landschap van heuvels en lage bergen. Zonder ingrijpen van de mens zou de rivier een paar kilometer breed zijn geweest, met veel afzonderlijke geulen en eilanden. Een dergelijk geulenpatroon is minder chaotisch dan een vlechtende rivier, maar niet zo rustig en stabiel als een meanderende rivier.
In het overgangsgebied tussen de bergen en de delta verandert de natuurlijke dynamiek van de Rijn niet veel. De rivier begint opnieuw bij het Bodenmeer en is afgesneden van het sterk wisselende afvoerregime en de grindstromen in het alpiene deel. Zonder het Bodenmeer zouden de sterk wisselende afvoer en de grindfluxen in het bovenstroomse deel van de overgangszone een vlechtend karakter hebben bevorderd.
Delta dynamiek
Zonder menselijk ingrijpen zouden de zijtakken van de Rijn een paar kilometer breed zijn. Elke tak zou bestaan uit een paar meanderende geulen, die zich verdelen en samenkomen rond eilanden van voornamelijk zand. Op momenten van zeer hoge afvoer zou het water over de natuurlijke dijken stromen en grote delen van het land onder water zetten. Zand zette zich af in de buurt van de rivier, terwijl slib en klei zich in een groot deel van het lager gelegen terrein vestigden. Een dergelijk proces zou het deltaplan van Nederland verder hebben opgebouwd. In andere perioden van het jaar zouden de vertakkingen in de natuurlijke, ongestoorde rivierdelta slechts in een deel van hun loop water meevoeren, en in droge zomers en herfsten zou het grootste deel van de rivierbedding droog staan.
De loop van de rivier legt de ondergrond waarover zij stroomt bloot. Bij grote meanders en bij hoefijzermeren die ontstaan zijn waar vroegere meanders van de rivier zijn afgesneden, komt een ondergrond van overwegend zand te voorschijn; een dergelijke ondergrond is bevorderlijk voor de meandervorming. Een ondergrond van veen of kleiachtige afzettingen komt aan het licht bij rechtere gedeelten van de rivier; een dergelijke ondergrond belemmert de vorming van meanders.
Op een aantal plaatsen langs de zandige kustlijn zijn er estuaria waar rivier- en zeewater zich vermengen, en een rijke biodiversiteit tot ontwikkeling komt langs de zoute gradiënt van de rivierafvoer naar de zee.
Menselijk ingrijpen heeft het afvoerregime van de Rijn over de hele lengte veranderd – van de bovenloop in de bergen tot de uitstroom in de Noordzee. Als gevolg daarvan zijn ook het sedimenttransport en de morfodynamiek veranderd.
De eerste directe menselijke ingrepen dateren van een millennium geleden, met het begin van de bedijking. Indirect gaan de menselijke invloeden duizenden jaren terug, met ontbossing en verandering van landgebruik in grote delen van het stroomgebied. Meer recentelijk zijn rond 1700 grote ingrepen begonnen.
Een Alpengebied waar dammen de rivierafvoer regelen en sedimenten worden vastgehouden in stuwmeren en het Bodenmeer.
De aanwezigheid van veel stuwdammen in de bovenloop van het stroomgebied van de Alpenrijn heeft het afvoerregime van de bovenlopen en de Alpenrijn veranderd. Het debiet van de rivieren wordt nog steeds gedomineerd door het smelten van de sneeuw en de afvoer is nog steeds maximaal in het voorjaar, maar de extremen in hoog- en laagwater zijn nu minder extreem dan vóór de bouw van de dammen. De afvoer is regelmatiger over het jaar gespreid. Soms glijden nog grote hoeveelheden zand, grind en rotsen van de bergen in de riviertakken, maar in vele riviertakken verhinderen de dammen het transport van deze sedimenten verder stroomafwaarts.
Omdat de dammen de continuïteit van het sedimenttransport hebben verstoord, is sedimentbeheer noodzakelijk geworden. Dit houdt in dat sedimenten worden verwijderd op de plaatsen waar zij de stromen blokkeren, en dat stroomafwaarts van de dammen sediment kunstmatig wordt toegevoegd. Dit laatste gebeurt om erosie van de bedding tegen te gaan, aangezien de dammen de natuurlijke sedimentstroom van stroomopwaarts blokkeren. Bovendien heeft de grindwinning in de Alpenrijn op verschillende plaatsen de rivierbedding geërodeerd; de winning begon in de jaren veertig, bereikte een hoogtepunt in de jaren zestig, maar is sinds 1970 aanzienlijk teruggedrongen. Desondanks is er langs een deel van de Alpenrhein nog steeds bodemerosie te vinden en worden er beddingstabiliserende maatregelen genomen om de erosie een halt toe te roepen. Elders worden grind en zand afgezet en moet worden gebaggerd om het overstromingsgevaar te beheersen.
Een opgestuwd gedeelte net stroomafwaarts van dit meer waar dammen het transport van grind en zand verhinderen.
De uitstroom bij het Bodenmeer vormt het begin van het gestuwde riviergedeelte, een 310 km lang traject dat door 21 dammen wordt gereguleerd. De dammen zijn gebouwd tussen 1898 en 1977 en zijn bedoeld om de afvoer te reguleren en waterkracht op te wekken. Het netto-effect van het gestuwde gedeelte is dat er een door de mens veroorzaakte uitbreiding ontstaat van de natuurlijke sedimentvang die door het Bodenmeer wordt gevormd.
Vóór de bouw van de stuwdammen werd de sedimentbelasting van de Rijn stroomafwaarts van het alpiene gedeelte opgebouwd vanaf de afvoer bij Konstanz. Nu ligt dit punt voor de grove sedimentfractie bij de stuwdam bij Iffezheim, die meer dan 300 km verder stroomafwaarts ligt. Door de stuwen is er in dit deel van de Rijn geen sprake van continuïteit in het grindtransport. Waarschijnlijk passeren alleen fijn zand, slib en klei de stuwdammen.
Een vrij stromend traject dat het grootste deel van de Rijn in Duitsland beslaat.
Alleen het fijnste sediment worden naar het vrijstromende deel getransporteerd. Dit sediment heeeft weinig invloed op de morfologie van dit deel van de rivier, aangezien het meeste sediment in suspensie blijft in het water totdat het worden afgezet in het min of meer stilstaande water van de delta. Het opgestuwde deel verhindert dat grofkorrelig sediment in het vrijstromende deel terechtkomen. Daarom zijn specifieke maatregelen nodig om erosie van delen van de rivierbedding te voorkomen.
De erosie van de rivierbedding begint onmiddellijk stroomafwaarts van het opgestuwde deel en daarom moet de rivierbedding worden gestabiliseerd. In Iffezheim wordt sinds 1978 jaarlijks 166.000 m3 grind toegevoegd aan de rivier stroomafwaarts van de dam om verdere aantasting van de bedding te voorkomen.
Een deel van de bovendelta waar de rivier zich in verschillende takken verdeelt.
De rivierbedding van het vrij stromende deel is al tientallen jaren aan het eroderen. Terwijl het geërodeerde materiaal hoofdzakelijk uit zand bestaat, blijft grind liggen waardoor de rivierbodem ruwer wordt. Dit wordt waargenomen langs het gehele vrij afstromende deel en tot in het deltagedeelte. Aangezien er minder zand naar de bovendelta wordt getransporteerd en de bodemsamenstelling grover wordt, is het waarschijnlijk dat dit in de komende decennia de morfologie van de rivierbedding zal veranderen.
De rivierbedding van het bovenste deel van de delta is al meer dan een eeuw aan het eroderen als gevolg van menselijk ingrijpen, waaronder grootschalig baggeren. Deze erosie is nog steeds aan de gang, zij het in een trager tempo dan in de 20e eeuw, en in de Nederlandse Bovenrijn, dicht bij de grens met Duitsland, lijkt de erosie te zijn gestopt. De aantasting van de rivierbedding zal verder worden beïnvloed door vroegere, huidige en toekomstige ingrepen, door veranderingen in de sedimentbelasting die van bovenstrooms komt, en waarschijnlijk door de effecten van klimaatverandering.
De uiterwaarden langs deze rivieren vertonen weinig morfodynamische kenmerken. Ze zijn zo sterk opgehoogd dat ze zelden overstromen en de sedimentatie is nu zeer gering. Af en toe komt er nog fijne sedimenten in de uiterwaarden terecht tijdens een hoogwater. Het meeste slib en klei van de Duitse Rijn passeert de bovendelta en slaat neer in de benedendelta.
Een lager delta-gedeelte waar slib en klei bezinken, en getijdenstromingen ook invloed hebben op sedimenttransport en morfologie.
De hydrodynamica van de benedenloop van de delta bij Rotterdam is complex. De gecombineerde afvoer van meerdere rivieren mondt uit in de Noordzee bij twee mondingen. De zuidelijke monding, het Haringvliet, is het grootste deel van de tijd vrijwel volledig afgesloten door een dam; de sluizen in deze dam staan alleen volledig open wanneer de rivierafvoer hoog is en het eb is. De dam in het noorden, de Nieuwe Waterweg, is de open uitmonding van de rivieren Maas en Rijn. De twee uitmondingen worden verbonden door kleinere rivieren die noord-zuid stromen. Omdat het getij alleen via de noordelijke monding dit gebied binnenkomt, is het verschil in waterpeil tussen de noordelijke en de zuidelijke monding groot. Daardoor ontstaan sterke stromingen in de verbindende riviertakken die zorgen voor erosiekuilen in de rivierbodem. Er zijn reeds meer dan 100 van dergelijke erosiekuilen ontstaan.
De toekomstige morfodynamiek van de Rijn zal worden bepaald door een combinatie van ingrepen in het verleden waarop de rivier nu nog reageert, door toekomstige ingrepen en door de klimaatverandering. In de loop van de huidige eeuw zullen de piekafvoeren in de rivier waarschijnlijk toenemen; de lage rivierafvoeren zullen afnemen en langer aanhouden in de zomer en de herfst. Zeespiegelstijging zal invloed hebben op de rivierstroming en op veranderingen van de bedding in de deltagedeelten en verder stroomopwaarts.
Rijkswaterstaat (Nederland) heeft het onderzoeksprogramma Rivers2Morrow opgezet om zich te richten op de waarschijnlijke gevolgen van deze ontwikkelingen voor het sedimenttransport en de morfologie van de benedenloop van de Rijn in de loop van deze eeuw. Het heeft tot doel de kennis over het functioneren van laaglandrivieren op het gebied van hydraulica en morfologie te vergroten.
De aanvoer van fijn sediment uit het stroomgebied van de Rijn
Fijne sedimenten vormen het voornaamste bestanddeel van de sedimenthuishouding in de benedenloop van de Rijn. In de afgelopen decennia bestond ongeveer driekwart van de sedimentstroom die de Nederlandse Rijn in stroomt uit slib, de rest bestond uit zand en grind. Bij hogere afvoeren bezinkt een deel van deze sedimenten op de uiterwaarden en in de nevengeulen. Het merendeel bezinkt echter in de Rotterdamse havenbekkens en in de min of meer stilstaande wateren van de benedenloop van de delta.
Een belangrijke ontwikkeling van de afgelopen decennia is de afname van de jaarlijkse hoeveelheid fijn sediment die de Rijn vanuit Duitsland naar Nederland transporteert. Dit heeft gevolgen voor het rivierbeheer. Als we kunnen begrijpen wat de afnemende slibconcentraties in de Rijn bepaalt, kunnen we ook inschatten hoe die trend zich in de toekomst zal ontwikkelen.
De stabiliteit van riviersplitsingen in het deltagedeelte
In een dichtbevolkt land als Nederland is het van vitaal belang de verdeling van de rivierafvoer en de sedimentstroom in de riviertakken te kunnen beheersen, en de autoriteiten hebben daar sinds 1707 aandacht aan besteed. De situatie is complex. Veranderingen in de hydrodynamica en het sedimenttransport kunnen leiden tot veranderingen in de morfologie van riviervertakkingen, die op hun beurt ook de afvoerverdeling veranderen. Zo zal een verlaging van de bedding van een van de twee riviertakken, de afvoer naar deze tak toenemen. Ten koste van de andere.
De hoogte en sterkte van de dijken langs de Nederlandse Rijntakken zijn ontworpen op basis van specifieke aannames over de afvoerverdeling over de takken in tijden van extreem hoge afvoer. Als deze aannames niet meer kloppen, kan een verschuiving in de afvoerverdeling gevolgen hebben voor de hoogwaterbescherming. Een verschuiving kan ook gevolgen hebben voor de zoetwatervoorziening benedenstrooms in tijden van droogte, wanneer die nodig is om zoutindringing in de afvoer bij Rotterdam tegen te gaan en om te zorgen voor voldoende zoetwatervoorraad in meren die reservoirs zijn voor landbouw en drinkwater. Ten slotte kan een verschuiving gevolgen hebben voor de bevaarbaarheid van de Waal en de IJsseltakken in tijden van lage afvoer.
Onderzoek naar de morfodynamiek van riviertakken geeft inzicht in de verdeling van water en sediment bij de Rijntakken en verkent hoe menselijk handelen, zeespiegelstijging en een veranderend afvoerregime hierop van invloed zijn. Een goed begrip van de variabiliteit in de afvoerverdeling bij riviertakken is relevant voor alle belangrijke rivierfuncties, en daarmee voor alle beleidsterreinen die deze functies bedienen, zoals hoogwaterbescherming, scheepvaart bij lage afvoer, zoetwatervoorziening (inclusief bestrijding van zoutindringing), natuur en grondwaterstanden, en waterkwaliteit. Drie ‘waterkranen’ regelen min of meer de waterverdeling in de Nederlandse delta: een stuw in de Nederrijntak bij Driel, sluizen in de Haringvlietdam ten zuiden van Rotterdam, en sluizen in de Afsluitdijk ten noorden van het IJsselmeer. Deze bediening wordt ook beïnvloed door eventuele veranderingen in de rivierbeddingen van de verschillende takken in de buurt van de splitsingen.
De effecten van klimaatverandering en zeespiegelstijging op het bodemniveau van de Nederlandse Rijntakken
De langdurige insnijding van de rivierbedding van de takken in de bovendelta heeft veel nadelige gevolgen. Zo zullen er ondieptes ontstaan rond door de mens aangelegde obstakels op de bedding terwijl de rest van de bedding wegslijt, wat problemen oplevert voor de scheepvaart. Bovendien zullen de bescherming tegen overstromingen en de zoetwatervoorziening worden verstoord door een verschil in insnijdingssnelheid tussen de vertakkingen, wat gevolgen heeft voor de afvoerverdeling. Tenslotte zal de natuur te lijden hebben van dalende grondwaterniveaus op momenten van lage afvoer, en van een verminderde overstromingsfrequentie van de uiterwaarden.
De insnijding wordt veroorzaakt door een combinatie van menselijke ingrepen. Twee eeuwen geleden zijn de rivieren versmald door rechttrek- en normalisatiewerkzaamheden. Dit bracht een insnijding van de rivieren op gang, een morfologische reactie die de rivieren op weg zette naar een nieuw evenwicht met een lagere beddinghoogte. De grote hoeveelheid zand en grind die in de eerste helft van de vorige eeuw uit de rivieren is verwijderd, was mede bedoeld om sneller een nieuw evenwicht in de bedding te bereiken.
Ook in de tweede helft van de vorige eeuw werden grote ingrepen in de rivieren uitgevoerd. Meanderafsnijdingen verkortten de lengte van de IJssel, waardoor de helling toenam en de erosie van de rivierbedding versnelde. De aanleg van stuwen in het Nederrijn-Lek heeft de continuïteit van het zand- en grindtransport aldaar sterk verminderd, wat op zijn beurt de erosie van de bedding stroomafwaarts heeft versneld. Meer recent hebben de maatregelen die aan het begin van de huidige eeuw zijn genomen in het kader van het programma “Ruimte voor de Rivier” deze grootschalige insnijding plaatselijk versnipperd, wat afhankelijk van het type maatregel op de ene plaats tot erosie en op de andere tot sedimentatie heeft geleid.
Hoe de rivierbedding zich in de toekomst zal ontwikkelen, hangt af van het gecombineerde effect van dergelijke ingrepen, in combinatie met ontwikkelingen over de grens en klimaatverandering. De morfologische effecten op lange termijn van het Ruimte voor de Rivier-programma worden nog bestudeerd, waarbij de veranderingen in het hele systeem worden gevolgd en gemeten.
Dankzij een goed begrip van de rivierbeddynamiek van de Rijntakken in het bovenste deel van de delta kunnen we voorspellen hoe de rivierbedding zich zal ontwikkelen als reactie op ingrepen in het verleden en op toekomstige zeespiegelstijging en een veranderend afvoerregime. Als we weten hoe deze bijdragen aan de beddingontwikkeling, kunnen we ingrijpen in de drijvende krachten en de ontwikkeling ombuigen naar een wenselijke rivierbeddinghoogte. Op deze manier kan de hoofdvraag van beleid en beheer worden beantwoord: Wat is de wenselijke rivierbedhoogte, in het licht van de verschillende rivierfuncties, en hoe kan die worden bereikt?
De effecten van klimaatverandering en zeespiegelstijging op de morfologie van de Rijn-Maasmonding
Erosie van de rivierbedding in de benedenloop komt vooral plaatselijk voor, met diepe erosiekuilen in een aantal vertakkingen. Deze kuilen bedreigen de stabiliteit van oevers, kunstwerken en kabels en pijpleidingen. Daarom is rivierbeheer nodig om de ontwikkeling ervan een halt toe te roepen of ten minste te beperken, naast de aanpak van andere belangrijke problemen zoals zoutintrusie.
De dynamiek van de rivierbedding in de benedenloop van de delta wordt bepaald door het gedrag van zand en slib (dat laatste samengesteld uit slib en klei). In dit deel van de rivier bewegen deze materialen als een betrekkelijk ongedifferentieerd mengsel. De kleefeigenschappen van moddervlokken zorgen dat de zandtransport niet volgende dezelfde formules bepaald kan worden als die stroomopwaarts gelden. Fysisch onderzoek is nodig om nieuwe formules te bedenken die in modellen kunnen worden ingebouwd. Een complicerende factor doet zich voor wanneer rivierwater zich mengt met zout water: het zout versterkt de adhesie van de modderdeeltjes en dit verandert het gedrag van de zand-moddermengsels.
Erosie van de rivierbedding treedt niet alleen op in de bovenloop, maar ook in de benedenloop van de delta. De onderliggende processen en de schaal van de erosie zijn echter verschillend. In de benedenloop treedt de erosie vooral plaatselijk op, met diepe erosiekuilen in een aantal takken. De belangrijkste sturende processen achter de erosie zijn gerelateerd aan de Deltawerken. Omdat de beddingafzettingen in dit deel uit mengsels van zand en slib bestaan, moet het gedrag van dergelijke mengsels worden opgenomen in de formules en modellen die worden gebruikt om de dynamiek van de rivierbedding te onderzoeken. Naarmate de numerieke modellen verbeteren, zullen beleidsmakers en rivierbeheerders beter toegerust zijn om een stabiele rivierbedding voor het gehele gebied te waarborgen en lokale erosie te bestrijden.
Verbeterde kwantificering van sedimenttransport
Terwijl onderzoekers gegevens over waterstroming, sedimentstroming en morfologische ontwikkelingen nodig hebben om de processen in de rivier te begrijpen en formules en modellen te ijken en te valideren, zijn gegevens ook nodig voor beleid en rivierbeheer. Monitoring en evaluatie zijn belangrijke onderdelen van de beleidscyclus om na te gaan of het beleid tot de beoogde resultaten leidt, dan wel of bijstelling nodig is. De rivierbeheerder heeft gegevens nodig om de juiste beslissingen te kunnen nemen. Bodemhoogtes zijn bijvoorbeeld nodig om te bepalen waar gebaggerd moet worden en waar de baggerspecie moet worden gestort.
De kracht van een goede dataset ligt in de optimale combinatie van verschillende meettechnieken, die elk het best een bepaalde parameter kunnen detecteren, samen met een slimme interpretatie van de verzamelde gegevens. Met akoestische metingen kan bijvoorbeeld zowel de zandconcentratie in het water als de stroomsnelheid van dat water worden berekend door dezelfde signalen verschillend te interpreteren. Metingen van de beddingvormen kunnen ook worden vertaald in waarden voor de beddingruwheid en, door de migratie van beddingvormen te volgen, kan een maat voor het zandtransport over de bedding worden afgeleid.
De benedenloop van de delta is een sedimentvanger voor sedimenten afkomstig van zowel de verschillende riviertakken als van de zee; daarom moet deze zone worden beheerd om de scheepvaart, de ecologie, de stabiliteit van de bedding en de veiligheid tegen overstromingen te waarborgen. Beleidsmakers en rivierbeheerders moeten het scala aan mogelijkheden voor sedimentbeheer op lange termijn in dit gebied in overweging nemen en deze mogelijkheden beoordelen op basis van een grondig begrip van het sedimentbudget van de benedenloop van de delta. Dit vergt inzicht in de trends in de hoeveelheid sediment die aanwezig is in de lagere takken, of het nu gaat om sediment dat wordt afgezet door de rivieren en de zee, toegevoegd door storten, verwijderd door baggeren of geërodeerd door de werking van het water.
De dynamiek van rivierbedvormen
De rivierbedding is niet vlak. Naarmate de rivierafvoer toeneemt, ontstaan er door het water dat over de rivierbedding stroomt bedvormingen die het waterpeil doen stijgen. Bij zeer hoge rivierafvoeren kunnen dergelijke beddingen uitgroeien tot hoge duinen, waardoor het waterpeil hoger komt te liggen dan anders het geval zou zijn. Zodra de vloedgolf voorbij is, vlakt de bedding weer af; dit kost echter tijd en wanneer het waterpeil snel daalt, kunnen ondieptes obstakels vormen voor de scheepvaart.
De dynamiek van dergelijke beddingen op de rivierbedding is relevant voor de bescherming tegen overstromingen en het laagwaterbeleid. Ze kunnen bijdragen aan extreem hoge waterstanden in de Rijntakken, maar het is niet duidelijk of de duinen extreem hoge afvoeren overleven . Als we deze invloed begrijpen, kunnen we de hoogwaterstanden berekenen die nodig zijn om de hoogte en sterkte van rivierdijken vast te stellen, en kunnen we de vorming van ondieptes na het passeren van hoogwatergolven vaststellen om de noodzaak van eventueel extra baggeren te bepalen.
De veiligheidsnormen voor Nederlandse rivierdijken zijn streng, bedoeld om een zeer hoog beschermingsniveau tegen overstromingen te garanderen. De dynamiek van beddingen op de rivierbedding is relevant voor deze veiligheidsnormen, omdat ze de ruwheid van de bedding kunnen vergroten, waardoor de waterstroming wordt vertraagd en het waterpeil stijgt. Dit effect zou aanzienlijk zijn onder omstandigheden met hoge afvoer, maar er is weinig onderzoek naar gedaan. Het onderzoeksthema zal in deze leemte voorzien en de informatie opleveren die beleidsmakers en rivierbeheerders nodig hebben. Onderzoekers zullen inzicht krijgen in de snelheid waarmee beddingen stijgen en dalen, de aard van de ruwheid, en het effect op waterstroming en piekwaterstanden.
Zodra het waterpeil daalt nadat de vloedgolf is gepasseerd, verdwijnen de beddingen en wordt de rivierbedding weer vlak. Tussen het dalen van de waterstand en het afvlakken van de bedding zit echter vaak een tijdsverschil. Wanneer beddingformaties blijven bestaan, kunnen zij ondiepten creëren die een bedreiging vormen voor de scheepvaart en die vervolgens moeten worden uitgebaggerd. Kennis over de groei en het verval van beddingformaties is daarom niet alleen van belang voor de bescherming tegen overstromingen, maar ook voor het onderhoud van scheepvaartroutes.
Sedimentdynamiek in de Rijn-Maasmonding
Sedimentbudgetten voor zand en slib in de benedenloop van de delta zijn het resultaat van een groot aantal processen. Factoren zijn onder andere de aanvoer van zand en slib vanuit de rivieren en de zee, de menging van zoet en zout water, veranderingen in het afvoerregime van rivieren, zeespiegelstijging, en bagger- en stortwerkzaamheden. De invloed van deze processen op de zand- en slibbegroting moet goed worden begrepen om scenario’s te kunnen opstellen voor morfologische ontwikkelingen in dit gebied, bijvoorbeeld in relatie tot klimaatverandering.
Een sedimentbalans is een belangrijk instrument voor rivierbeheerders. Het maakt onder andere effectief sedimentbeheer mogelijk en helpt bij de ontwikkeling van een slimme strategie voor baggeren en storten, om de rivierbedding zo stabiel mogelijk te houden.
Als het sedimentaanbod verandert als gevolg van klimaatverandering en menselijk ingrijpen, in hoeverre is ons huidige beleid dan houdbaar? Met deze vraag in het achterhoofd bestuderen de beleidsmakers gegevens over de sedimentstromen in het riviersysteem van de Rijn. Zij moeten echter weten of zij op deze gegevens kunnen vertrouwen. Het wordt bijvoorbeeld relevant om te weten of veranderingen in de sedimentstromen een teken zijn van veranderingen in het riviersysteem of komen door een gebrek aan voldoende gegevens van goede kwaliteit. Studies in het verleden hebben aangetoond dat de technieken voor het genereren van gegevens verre van perfect zijn. In dit onderzoeksthema zullen de onderzoekers daarom de technieken verbeteren door de nieuwste innovaties op het gebied van de kwantificering van sedimentstromen te bestuderen. Zij zullen beleidsmakers en rivierbeheerders de best mogelijke kwantificering van sedimenttransport voorleggen door een combinatie van verschillende meettechnieken en slimme methoden voor gegevensverwerking.
Last modified: 27/12/2023