Gedragsverandering van een estuarium

vrijdag 23 september 2011

Door Romke Kats


Stop een dier in een te klein kooitje en hij zal ander gedrag vertonen. Hetzelfde geldt voor grote natuurlijke systemen, zoals estuaria. Vastgelegde grenzen, zoals dijken en vaargeulen, leiden tot veranderingen in gedrag. Sommige veranderingen zijn onomkeerbaar. Andere zijn tijdelijk en herstellen zich. Soms kan er geen evenwicht meer gevonden worden en blijft het systeem steeds maar veranderen.


Estuaria zijn opgebouwd uit een reeks gekoppelde en elkaar beïnvloedende fysische systemen. Beperk je de ruimte voor ontwikkelingen in het estuarium, dan heeft dat invloed op het gehele systeem. Geulen gedragen zich dan bijvoorbeeld alleen nog vrij en natuurlijk binnen de grenzen van veiligheid (dijken) en bereikbaarheid (scheepvaart).


Inzoomen

De verschillende processen die plaatsvinden in een estuarium, kun je onderscheiden op vijf schaalniveaus in ruimte en tijd (spatio-temporeel, zie figuur 1). Het Eems-estuarium dient als voorbeeld (voor meer informatie, zie Wadweten Water naar de zee).
De grootste (of mega) schaal heeft betrekking op het gehele estuarium. Deze strekt zich uit van de Noordzeekustzone boven Rottum en Borkum tot ver stroomopwaarts in Duitsland. Morfologische veranderingen op die enorme schaal nemen eeuwen in beslag, maar kunnen tegenwoordig niet meer plaatsvinden door de aanleg van vaste structuren, zoals waterkeringen, dijken en polders.


De macroschaal valt binnen de estuariene sectie van het estuarium en bestaat uit een keten van zogenoemde ‘morfologische cellen’. Elke cel is een twee geulenstelsel: een zandplaat met aan weerszijden een geul, de eb- en vloedgeul.  Veranderingen vinden plaats gedurende een periode van 50 tot 100 jaar en zijn zeer kenmerkend op deze schaal.


Op de mesoschaal gaat het om het ontstaan, migreren en verdwijnen van kortsluitgeulen, sedimenttransport over de platen en uitwisseling van sediment tussen platen en geulen. Dit voltrekt zich op een tijdschaal variërend tussen enkele jaren tot een aantal decennia. Op dit niveau kan het systeem nog redelijk dynamisch en ongebreideld functioneren. Ga je nog kleiner dan kom je uit op bodemvormen, zoals ribbels, die dagelijks veranderen (microschaal).


Gedrag

Estuaria zijn dynamisch, altijd in beweging en dus veranderlijk. Hoe een estuarium er fysisch uitziet (morfologie), wordt bepaald door veranderingen in de bodem (zie figuur 2). Van nature verandert de bodem onder invloed van de rivierafvoer, het getij, de golven en de wind. Door te baggeren, sediment te storten en de winning van delfstoffen (zand, zout, gas) levert de mens ook een belangrijke bijdrage aan de veranderingen in de bodem. Al deze invloeden samen wordt externe forcering genoemd. Transport van sediment en vorming van bodemribbels worden gerekend tot de interne processen, ook wel het vrije gedrag van het systeem genoemd. De externe forcering en het vrije gedrag vormen het gedrag van een estuarium en verklaren de morfologische verschijningsvorm in tijd en ruimte.

 

Evenwicht

De waterbeweging in estuaria, zoals de Eems, staat vooral onder invloed van het getij. Hierdoor wordt sediment getransporteerd door middel van erosie en sedimentatie. Veranderingen in waterbeweging leiden tot veranderingen in het sedimenttransport. Dit heeft dan weer morfologische veranderingen tot gevolg en dit heeft weer invloed op de waterbeweging.


Na al deze veranderingen zijn er twee uitkomsten mogelijk:
1. Een nieuw evenwicht wordt gevonden (regime shift)
2. Het oude evenwicht herstelt zich.


Het nieuwe evenwicht van het systeem kan zowel stabiel als instabiel zijn. Het vinden van morfologisch evenwicht wordt de morfodynamische cyclus genoemd (zie figuur 3).

 

Tweegeulenstelsel

Een tweegeulenstelsel bestaat veelal uit een ebgeul en een vloedgeul. Samen omarmen ze een wadplaat. Een voorbeeld hiervan in het Eems-estuarium ligt tussen de Eemshaven en Delfzijl (zie figuur 4). Centraal ligt de wadplaat de Hond en de Paap met aan de oostkant de vloedgeul, het Oostfriese Gaatje, en aan de westkant de ebgeul, de Bocht van Watum. Water stroomt terug naar zee via de relatief diepe ebgeul. Vanwege de diepte wordt de ebgeul meestal als vaargeul gebruikt. Via de vloedgeul dringt zeewater het gebied binnen. Als de energie van de vloedstroom afneemt, versnelt de sedimentatie van zand en worden zo drempels gevormd (zie figuur 5a). In 1950 wist waterstaatkundig ingenieur Johan Van Veen, ook wel bekend als ‘de vader van het Deltaplan, precies te voorspellen dat een tweegeulenstelsel door het langdurig verdiepen of uitbaggeren van de ondiepe vloedgeul uiteindelijk zou veranderen in een één geul-systeem bestaande uit een ‘kunstmatige hoofdgeul met rechte stam en kromme takken’ (zie figuur 5b). Na de aanleg van de Eemshaven in 1973 is de Bocht van Watum (ebgeul) steeds verder dichtgeslibd door het uitblijven van onderhoud en vermoedelijk ook door de jarenlange stort van baggerspecie aan de zuidkant van de geul.


De duur van veranderingen op het schaalniveau van het tweegeulenstelsel varieert tussen 50 en 100 jaar. Door langdurige ingrepen in het Eems-estuarium is het systeem uit haar natuurlijke evenwicht gebracht, zoals al door Van Veen in 1950 is voorspeld. Vraag is nu of het systeem nog in staat is om, zelfstandig dan wel met hulp, de weg terug te vinden naar haar oorspronkelijke evenwicht van twee geulen? Of is er sprake van een regime shift waarbij de ingrepen leiden tot een nieuw, maar onomkeerbaar evenwicht van één geul?


Bron

Jager, Z. 2010. Meebewegen met de natuur – een wenkend perspectief voor het Eems-Dollard estuarium. ZW Rapport 1003.
Stive, M., Z. Wang, A. van der Weck, H. van den Boogaard & M. Baptist 1998. Definitiestudie morfologische dynamiek Westerschelde. Rapportnummer Z2427, WL | Delft Hydraulics, Delft. In opdracht van Ministerie van Verkeer en Waterstaat & Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Kust en Zee.
Voorsmit, O. 2006. Het meergeulenstelsel van de Westerschelde en de relatie met de functies van de Langetermijnvisie: Een kritische analyse van het beleidsuitgangspunt 'Instandhouding van het meergeulenstelsel van de Westerschelde'. RIKZ Rapport Z4057.



Artikel WadWeten

Het wekelijkse artikel WadWeten verschijnt in de digitale nieuwsbrief en op de websites van de Waddenvereniging en Waddenacademie. In deze serie artikelen wordt het waddengebied beschreven vanuit verschillende onderzoeksdisciplines, zoals de biologie, de geologie en de cultuurhistorie. Een wetenschappelijke benadering in heldere taal. De berichten worden beurtelings geschreven door wetenschappers van Ecomare, de Waddenacademie en de Waddenvereniging.

In 2010 werden een aantal WadWeten artikelen gebundeld in het boekje Waddenwijsheid (ISBN 9789087410230). Begin 2015 kwam er een vervolg: Meer Waddenwijsheid. Het rijk geïllustreerde boek geeft antwoorden op vragen als: welke beestjes krioelen er in het zand, welke wadvogels werden gegeten in de terpentijd, hoe oud wordt een zwaardschede, welke stormen zijn gevaarlijk voor de Wadden. Dit prachtige boek boordevol Waddenkennis is verkrijgbaar bij de boekhandel voor € 12,90 (ISBN 9789087410322).

Ecomare Waddenacademie Waddenvereniging