Vermindering van de zoutindringing in de Haringvliet door morfologische aanpassing in het estuarium F.P.S. Driessen J.S. Vermeer J Vermindering van de zoutindringing in de Haringvliet door morfologische aanpassing in het estuarium Door F.P.S. (Fabian) Driessen 4602803, J.S. (Jort) Vermeer 4712447 Docent: Ir. Wim Luxemburg Datum: 17 januari 2020 Aantal woorden: Samenvatting: Na het kierbesluit uit 2018 staan de Haringvlietssluizen ook geregeld bij vloed deels open om ecologische waarden te bevorderen. In dit rapport is onderzocht hoe de zoutindringing als gevolg van het kierbesluit in de Haringvliet verminderd kan worden door morfologische aanpassingen aan het estuarium. Het kunstmatig verhogen van de bodemruwheid, het creëren van een ondiepte en een combinatie van deze twee opties kunnen de zoutindringing verminderen. Mits de ondiepte hoog genoeg is, kan de bodemruwheid eventueel ook verhoogd worden door het aanplanten van vegetatie. In dit onderzoek is met behulp van demonstratieve experimenten in beeld gebracht wat het effect is van de voorgestelde alternatieven. Als er gekozen wordt voor een van de voorgestelde morfologische aanpassingen aan het estuarium de Haringvliet, zullen economische, ecologische en maatschappelijke waardes tegen elkaar moeten worden afgewogen. Introductie De Haringvlietsluizen vormen een harde barrière die de inlaat van de Haringvliet bij zee afsluit. De sluizen zijn in 1970 gebouwd om het achterland te beschermen tegen overstromingen. Om het zoete water uit de Rijn en de Maas af te voeren worden de Haringvlietssluizen bij eb opengezet (Dam, bliek, & Bruens, 2005). Deze harde barrière vormt een obstakel voor trekvissen die de haringvliet op willen zwemmen om zich voort te planten (Larinier, 2001). Sinds het Kierbesluit van 2018 staan de Haringvlietsluizen nu ook geregeld op een kier bij vloed, zodat trekvissen met het zoute water mee het Haringvliet op kunnen zwemmen (Rijkswaterstaat, 2011). Door het binnenlaten van zout water in de Haringvliet, beweegt bij getijwisseling een zouttong de haringvliet in en uit. In de Haringvliet bevonden zich een aantal drinkwaterinnamepunten van waterschap Hollandse Delta en Waterbedrijf Evides. Als het water meer dan 150 mg/L zout bevat, is het ongeschikt voor verwerking van drinkwater (Rijkswaterstaat, 2012). Zo bleek het water bij het zoetwaterinnamepunt Scheelhoek aan de Haringvliet te zout wanneer de sluizen op een kier gezet werden. Daarom is deze niet meer in gebruik en is er noodgedwongen een nieuw zoetwater innamepunt gebouwd, verder stroomopwaarts. De totale kosten die gepaard gingen bij de extra zoutindringing als gevolg van het Kierbesluit bedroegen zo’n 70 miljoen euro (Rijkswaterstaat, 2011). Het is daarom van economisch belang dat het zoute water niet verder indringt in de Haringvliet. Door de opwarming van de aarde zal de zeespiegel bij Nederland naar verwachting stijgen (Carson et al., 2016);(Grinsted, Jevrejeva, Riva, & Dahl-Jensen, 2015). Hierdoor nemen de waterdieptes toe en zal ook het getij veranderen met als gevolg meer zoutindringing in estuaria en rivieren (Short & Neckles, 1999);(Robins et al., 2016);(Yang, Wang, Voisin, & Copping, 2015). Uit onderzoek van Yang et. al. (2016) blijkt daarnaast ook dat de mate van zoutindringing in rivieren exponentieel stijgt bij stijging van de zeespiegel. Voorspelde hogere afvoeren in de winter en drogere zomers maken het moeilijk om in te schatten hoe het zoutgehalte zich precies zal ontwikkelen in niet afgedamde estuaria (Robins et al., 2016). Tijdens een droge zomer zal de zoutwatertong in de toekomst steeds verder de Haringvliet in komen. Er zijn verschillende manieren denkbaar om dit tegen te gaan. Als de Haringvlietsluizen vaker opengezet kunnen worden, zou dit beter zijn voor de ecologie. Hierbij moet rekening gehouden worden met de maximaal getolereerde zoutgehaltes. Door onder meer zalmen van een zender te voorzien, worden de ecologische effecten nauwgezet gevolgd. De zoutgehaltes worden daarnaast continue gemonitord door Rijkswaterstaat (Rijkswaterstaat, 2019a). Op basis van deze gegevens worden de sluizen nu bediend. Het is dus van belang om de mate van zoutindringing tegen te gaan in een toekomstig scenario waarin er sprake is van zeespiegelstijging. Daarnaast heeft de natuur er baat bij als deze maatregelen op korte termijn geïmplementeerd worden. Zo kunnen de sluizen vaker en langer op een kier staan. In dit rapport zal een casestudy uitgevoerd worden voor de Haringvliet. Er zal naar een oplossing worden gezocht voor het zout water indringingsprobleem. In dit verslag staat de volgende vraag centraal: hoe kan de zoutindringing in de Haringvliet met behulp van aanpassingen aan het rivierbed verminderd worden? Aan de hand van een literatuurstudie zijn verschillende mogelijkheden geïdentificeerd om de zoutindringing in de Haringvliet te beperken. Met behulp van een proefopstelling zullen de voorgestelde oplossingen gedemonstreerd worden. Elk alternatief zal beschouwd worden vanuit een biologisch, fysisch en maatschappelijk invalshoek om zo de voor- en 3 nadelen van de alternatieven in kaart te brengen. bewegen Figuur 2. Dit strookt met de gegevens van Rijkswaterstaat in Figuur 1. Estuarium Haringvliet Een estuarium kan worden gedefinieerd op meerdere manieren, afhankelijk vanuit welk perspectief men kijkt. Volgens Perillo (1995) zijn er in de literatuur 40 verschillende definities van estuaria. De meest gebruikte is waarschijnlijk van Cameron and Pritchard (1963), die een estuarium definieerden als ‘a semi-enclosed coastal body of water which has free connection to the open sea and within which sea water is measurably diluted with fresh water derived from land drainage’. Duidelijk is dat estuaria gelokaliseerd zijn op de plek waar zoet en zout zeewater elkaar ontmoeten. Hierdoor ontstaat een continue interactie tussen zoet en zout water en vindt er (gedeeltelijke) menging plaats. Een maat om de menging te kwantificeren is de zoutindringingslengte; de afstand van de estuariummond tot het punt waar het zoutgehalte gelijk is aan het zoutgehalte van de rivier. Uit studies van H. H. G. Savenije (1993), Van der Burgh (1972) en Rigter (1973) is gebleken dat de zout water indringingslengte in estuaria zeer goed te voorspellen is met empirisch verkregen formules. Omdat de Haringvliet een onnatuurlijk obstakel heeft, namelijk de Haringvlietsluizen, en daarmee het natuurlijke stromingsverloop onderbreekt, zijn deze formules niet toepasbaar op de Haringvliet. Zouttong Door de Haringvlietssluizen ontstaat een situatie waarbij de afvoer dominant is. Voor het Kierbesluit werd het getijde helemaal niet toegelaten. Met de intrede van het Kierbesluit, wordt het getijde deels weer toegelaten. Als zeewater via een overlaat de rivier binnen wordt gelaten bij eb, zakt het vrijwel direct naar de bodem (Chao & Paluszkiewicz, 1991); (Bowden, 1981). Zo ontstaat er een dichtheidsstroom op de bodem, die met het getij heen en weer zal Figuur 1. Zoutgehaltes dichtstbijzijnde meetpunt rivierzijde Haringvlietsluizen. Rechter-as -2m en -6m en linker as -12m (Rijkswaterstaat, 2020). Zoals te zien variëren de zoutgehaltes op -2 en -6 meter NAP enigszins over de tijd. In beide reeksen is het effect van het getijde duidelijk terug te zien. Het zoutgehalte op -11 meter NAP is tamelijk constant en een factor 10 hoger. Figuur 2. Schematisering dichtheidsstroom in de Haringvliet (P. Jacobs, Steenkamp, B.P.C., de Goederen, S., 2003). Menging Om oplossingen te presenteren voor het probleem is eerst gekeken naar de theoretische achtergrond van de menging van zoet en zout water. Door het getijde zal het watervolume in een estuarium zich oscillerend verplaatsen bij eb en vloed. De energie die hiermee gepaard gaat is zeer groot en wordt voor een groot deel gedissipeerd in turbulentie in het waterpakket. Turbulentie kan worden beschreven door het getal van Reynolds: 𝑅𝑒 = 𝑢𝐷 𝑣 (1) 4 Wanneer het Reynoldsgetal onder 2000 zit, heeft men te maken met te maken met laminaire stroming. Een Reynoldsgetal boven 10^5 betekent vaak turbulente stroming. Tussen de twee genoemde waardes heeft men te maken met een overgangsgebied. Volgens Sternberg (1968) is een stroming in een estuarium wat onderhevig is aan getijbeweging volledig turbulent bij een Reynoldsgetal groter dan 1.5 - 3.6 *10^5, afhankelijk hoe vlak de bodem is. Turbulentie vindt in estuaria voornamelijk plaats op de bodem. Hier zorgt de ruwheid van de bodem voor frictie, wat een relatief lage stroomsnelheid aan het bodemoppervlak te weeg brengt ten opzichte van het water erboven. De kinetische energie wordt omgezet in energie die gebruikt wordt voor turbulentie. Daarnaast vindt turbulentie plaats door de aanwezigheid van frictie ter plaatse van de halocline. Dit is de overgangszone tussen waterlagen met verschillende zoutgehaltes. Doordat de lagen lastig mengen ontstaat er wrijving waardoor er vervolgens interne golven en entrainment ontstaan (Dyer, 1996). Het ontstaan van deze verschijnselen valt buiten de scope van dit verslag. De combinatie van turbulentie door frictie ter hoogte van de halocline en op de bodem zorgt voor een mengend effect in het waterpakket waardoor het relatief zware zoute zeewater mengt met het zoete water. Hierdoor ontstaat een zoutgehalte profiel in het estuarium dat relatief erg zout op bodem is en afneemt tot aan het oppervlak. Een schematisering van het zoutprofiel is te vinden in Figuur 3. Figuur 3. Schematisering van zoutprofiel voor a) gedeeltelijk gemengd estuarium waar de menglaag als gevolg van de bodemruwheid interfereert met de interne menging laag en b) een gelaagd estuarium, waar het mixen intern en bodem mixen gescheiden blijft (Dyer, 1996). De positie en grootte van de mengingszone op de bodem en de interne mengingszone zijn afhankelijk van de eigenschappen van een estuarium. Hierbij moet men denken aan de stroomsnelheid van het water, de geometrie van het estuarium en de verhouding zoet en zout water. Volgens Abraham (1988) is vooral het mixen als gevolg van de turbulentie van bodemruwheid significant ten opzichte van intern mixen. Alleen wanneer het getij omdraait en er geen sprake is van beweging in de getijrichting is intern mixen significant. Volgens Lewis (1996) is er 5 tot 30 keer meer turbulente energie op de bodem dan ter hoogte van het interne mix laag. Voor het estuarium de Haringvliet is het mengen van zoet en zout water relevant omdat bij aanwezigheid van menging de zoutconcentratie in de Haringvliet over de gehele doorsnede homogeniseert. Hierdoor zal in mindere mate een zouttong de Haringvliet in stromen. Dit is in dit onderzoek aangenomen doordat H. H. G. Savenije (1993) stelt dat de zout indringingslengte omgekeerd evenredig is met de Darcy-Weisbach coëfficiënt. Een hogere Darcy-Weisbach coëfficiënt duidt op een grotere bodemruwheid. 5 Dieptes en ondieptes In de Haringvliet ontstaat zo de eerder beschreven zouttong. Uit onderzoek van Ibaňez, Pont, and Prat (1997) blijkt dat de topografie van de estuariumbodem invloed heeft op zowel de omvang van de zouttong als de mate waarin zouttong oprukt en zich weer terugtrekt bij getijdewisselingen. Uit onderzoek van Graas and Savenije (2008) blijkt dat een zandbank in een specifiek geval kan functioneren om de zoutindringing tegen te gaan in een estuarium. In de Haringvliet zijn enkele diepere plekken, zogenoemde putten. Nadat de sluizen een aantal keer op een kier zijn gezet blijft hier zout water achter. Rijkswaterstaat is bezig met een onderzoek naar het potentiele gevaar voor de drinkwatervoorziening als dit water vrijkomt door wind bij een lage rivierafvoer (Rijkswaterstaat, 2019b). Een diepte of ondiepte zou dus in theorie het oprukken van de zouttong in de Haringvliet moeten kunnen verminderen. Omdat hier weinig onderzoek naar gedaan is, is dit onderzocht in het waterlaboratorium van de TU Delft. Dit deel zal later besproken worden. Voorgedragen oplossingen Aan de hand van de theorie zijn drie mogelijke oplossingen opgesteld voor het zout water indringingsprobleem. Allereerst is een oplossing gepresenteerd waarbij de bodem ruwer gemaakt wordt. Daarna is een oplossing gepresenteerd waarbij een ondiepte gecreëerd wordt. Tot slot is een oplossing gepresenteerd waarbij een combinatie van zowel een ondiepte als het verhogen van de bodemruwheid wordt geïmplementeerd. Bodem ruwer maken Zoals in paragraaf ‘Menging’ is uitgelegd, is menging het gevolg van voornamelijk bodemruwheid. De bodemruwheid wordt bepaald door het type ondergrond, de geometrie van de ondergrond, eventuele bebouwing, eventuele vegetatie en vervuiling. De Darcy-Weisbach coëfficiënten voor estuaria verschillen niet veel van elkaar en liggen voor de meeste estuaria tussen 0.01 en 0.03 (H. H. G. Savenije, 1993; H.H.G. Savenije, International Institute for Infrastructural, & Engineering, 1992) Aangenomen is dat deze waarde voor de Haringvliet ook binnen deze marge ligt. In deze voorgedragen oplossing wordt de bodem ruwer gemaakt. Praktische invullingen van het ruwer maken zijn bijvoorbeeld het aanbrengen van vegetatie, storten van bouwmaterialen zoals beton en het storten van puinafval. Voor het groeien van vegetatie is het milieu belangrijk. Uit gegevens van DINOloket valt op te maken dat de bodem van de Haringvliet voornamelijk uit fijn zand bestaat. Dieptes in de Haringvliet variëren van -5 tot -35 meter NAP (Rijkswaterstaat, 2019a). Vanwege de zeer beperkte lichtinval op deze dieptes en de brakke omstandigheden kan worden aangenomen dat er nauwelijks tot geen vegetatie op de rivierbodem van de Haringvliet kan groeien. Een tweede invulling van deze oplossing is het storten van bouwmaterialen. Een voordeel hiervan is dat de bodemruwheid zeer gericht kan worden vergroot en dat deze ook in het lab kan worden berekend, waardoor er bepaald kan worden hoeveel bouwmaterialen gestort moet worden. Ook is deze oplossing voor een lange levensduur mogelijk. Een nadeel hiervan is dat het niet duurzaam is om bijvoorbeeld een grote hoeveelheid beton te produceren. Daarnaast is het een relatief dure invulling en een onderbreking van de natuurlijke ecologie in de Haringvliet. Diersoorten zoals de brakwatergrondel, slakdolf en het harnasmannetje leven graag op de bodem, een ondiepte zou daarom hun habitat kunnen verstoren (Griffioen, Winter, & Hal, 2017). Een derde invulling van de voorgestelde oplossing is het storten van afval. Om te voorkomen dat er zware metalen in de Haringvliet terecht komen wordt enkel gebruik gemaakt van gerecycled beton en 6 stenen. Een voordeel van deze invulling is dus de mogelijkheid om gebruik te maken van bestaand zwaar afval. Daarnaast is het een relatief goedkope oplossing. Een nadeel is dat er toch ongewenste verontreiniging kan plaatsvinden doordat niet exact bekend is welke materialen er gebruikt worden. Ook is deze invulling een onderbreking van de natuurlijke ecologie. Ondiepte creëren Een ondiepte in een estuarium kan zoutindringing tegengaan (Graas & Savenije, 2008). Dit zou in theorie ook toegepast kunnen worden bij de Haringvliet. Hierbij kan gedacht worden aan een zandbank over de hele breedte van de rivier of aan enkelen naast elkaar gelegen eilanden waar het water dan omheen moet stromen. Naar deze mogelijkheid is nog te weinig onderzoek gedaan. De Haringvliet nabij de sluizen is een relatief diep estuarium (Figuur 4). Ook zijn de eerder beschreven diepe putten duidelijk te zien. Figuur 4. Diepte profiel van de Haringvliet (P. Jacobs, Steenkamp, B.P.C., de Goederen, S., 2003). Een ondiepte brengt een aantal voor- en nadelen met zich mee. Het voor deze studie meest interessante voordeel is dat een deel van het zoute water in theorie voor de ondiepte blijft hangen. Dieren die op de bodem van de rivier leven, zullen echter ook problemen kunnen krijgen met het overkomen van de ondiepte. Een ondiepte zorgt ook voor een verminderde maximale afvoer van de rivier. Dit kan de waterveiligheid van de omliggende gebieden in gevaar brengen. De maximale afvoer zal ook beperkt zijn door de spuicapaciteit van de Haringvlietssluizen. Als de maximale spui capaciteit met een ondiepte nog steeds gehaald kan worden, zijn de problemen met betrekking tot waterveiligheid aanzienlijk kleiner. Met een ondiepte kan gelijktijdig een natuurgebied gecreëerd worden. Door dit gebied ook in te richten voor recreatie, kan dit gebied een dubbele functie krijgen. Recent is er al een eiland midden in de Haringvliet opgespoten met geld van het WNF ten behoeve van de biodiversiteit. Ruwe ondiepte In theorie zouden de twee bovenstaande alternatieven ook gecombineerd kunnen worden. Om vegetatie te laten groeien is voldoende zonlicht nodig. Door een ondiepte zal meer zonlicht de bodem bereiken en ontstaan meer mogelijkheden voor de groei van vegetatie. Uit een studie van Dobberfuhl (2007) blijkt dat lichtdrempel waarbij groei van vegetatie nog mogelijk is hoger komt te liggen naarmate het water zouter is. In de Haringvliet zal een ondiepte dus relatief hoger moeten zijn om vegetatie mogelijk te maken. Rechts van de verticale lijn 7.2 in Figuur 4 bevinden zich de drinkwaterinnamepunten waar geen verzilting op mag treden. Het gebied waar een ondiepte interessant zou zijn om zoutindringing te verminderen loopt in Figuur 4 tot ongeveer 7.1 op de x-as. Het water in dit gebied is brak, wat beperkingen voor de eventuele vegetatie met zich mee brengt. Mits het water niet te diep is en niet te hard stroomt zouden soorten zoals de Snavelrupia (Ruppia maritima) en Engels slijkgras (Spartina anglica) wellicht kunnen overleven (S. Jacobs et al., 2009);(Kantrud, 1991). Neumeier and Amos (2006) hebben van onder andere Engels slijkgras aangetoond dat het de turbulentie in 7 zout water kan bevorderen. Uit onderzoek van Thomson, Huiskes, Cox, Wadsworth, and Boorman (2004) blijkt dat vegetatie zich in het zoute gedeelte van de Westerschelde snel kon ontwikkelen. Het grootste voordeel van dit alternatief is dat dit een duurzame oplossing is die ook de ontwikkeling van een natuur- en recreatiegebied mogelijk maakt. Het zware zoute water zal zowel achter de ondiepte blijven hangen, als beter mengen wanneer het zich wel over de ondiepte beweegt. Dit komt doordat vegetatie voor meer turbulentie zal zorgen. Dit alternatief heeft ook een aantal nadelen. Het creëren van een ondiepte waar planten op kunnen groeien, zal waarschijnlijk meer kosten met zich mee brengen dan een ondiepte waar dit niet mogelijk is. De ondiepte zal daarnaast tamelijk hoog moeten zijn om vegetatie mogelijk te maken. Hierdoor is het risico groter dat de ondiepte de maximale afvoer van de Haringvlietssluizen beperkt. Dit kan de waterveiligheid in het geding brengen en dat is onwenselijk. Een ondiepte met vegetatie in het brakke water biedt veel kansen voor de natuur. Tegelijkertijd zouden dieren die op bodem leven of zich stroomopwaarts willen bewegen, problemen kunnen ondervinden door de ondiepte. 8 Demonstratie De voorgestelde oplossingen voor het zout water indringingsprobleem zijn in het vloeistofmechanica laboratorium van de TU Delft uitgevoerd. Voor het experiment is smalle watergoot gebruikt (1250 x 50 x 250 mm) die tot 200 mm hoogte gevuld is met leidingwater. Op deze goot is een waterpomp aangesloten (20L/min) om een sterk versimpeld model van een estuarium te creëren. Doordat de pomp in één richting kan pompen is de stroming in de goot representatief voor eb óf vloed. Om een uniforme stroming over de doorsnede te krijgen is een balk gebruikt met gaten van verschillende diameters verspreid over de verticaal en een aquariumspons ter bevordering van de verspreiding en demping van de pompstroom. Figuur 5 geeft een schematisering weer van de proefopstelling. Het zeewater dat de Haringvliet instroomt heeft een zoutgehalte van ongeveer 35 g/l, wat in de demonstratie is aangenomen (Millero, Feistel, Wright, & McDougall, 2008). Daarnaast is er voor het experiment een gele kleurstof opgelost in het zoute water, zodat de verspreiding van het zeewater in de goot duidelijk te observeren is. Het zeewater is toegevoegd aan de rechterzijde van de balk ter hoogte van de bodem, zodat geen menging zou kunnen ontstaan. De verspreiding van het zoute water is bestudeerd gedurende 2 minuten. Figuur 5. Schematisering van de proefopstelling. Nulmeting Allereerst is een zogenaamde ‘nulmeting’ uitgevoerd om de zoutverspreiding in de goot te bestuderen in een obstakel vrije situatie met vlakke bodem. Figuur 6. Nulmeting van de stroomgoot. Stroming gaat van rechts naar links. De gele vloeistof is zout water, het overige zoet. Resultaten Te zien is dat het zoute water zich op de bodem voortbeweegt met de stroming mee (van rechts naar links)(Figuur 6). De kleurintensiteit van voorzijde van de zouttong neemt na verloop van tijd af. Er kan aangenomen worden dat een deel van het zeewater gemengd is met het zoete water als gevolg van turbulentie door bodemwrijving en wrijving ter plaatse van de halocline. Alternatief 1. Ondiepte Voor het maken van een ondiepte is gebruik gemaakt van een verhoging van 100 mm. Er is gebruik gemaakt van een gekantelde baksteen vanwege de standaardafmetingen (210 x 100 x 50 mm) die goed aansloten op de goot (Figuur 7). De vertaling in afmetingen van deze ondiepte in de praktijk hangt af van het Reynolds, Froude en Shields getal en valt buiten de scope van dit verslag (Kleinhans et al., 2010). Resultaten Te zien is dat de kleurintensiteit van de zouttong sterk toenam in de loop van de tijd vlak vóór het obstakel (Figuur 7). Hier hoopte het zoute water zich dus op. Het blijkt dat er een ‘wake’ ontstaat waar het zoute water in vast blijft zitten. Daarnaast versnelt de stroming ter plaatse van het obstakel. Dit is in overeenstemming met de volgende formule: 𝑄 =𝑣∗𝐴 (2) 9 Waarin 𝑄 het debiet is, 𝑣 de stroomsnelheid en 𝐴 het doorstroomoppervlak. Wanneer de zouttong over het obstakel beweegt, neemt de kleurintensiteit af. Dit wijst op menging van het zoute water met het zoete water. Dit kan verklaart worden door turbulentie die gepaard gaat met een verhoogde snelheid (1) en de abrupte verhoging van het doorstroomoppervlak. Figuur 7. Stroomgoot met in het midden van de lengte een obstakel van 100 mm hoog. Stroming gaat van rechts naar links. De gele vloeistof is zout water, het overige zoet. Alternatief 2. Bodemruwheid vergroten Voor het vergroten van de bodemruwheid zijn stenen gebruikt met een gemiddelde doorsnede van 40mm (Figuur 8). Ook geldt hier dat de vertaling van de grootte van deze stenen naar de werkelijkheid moeilijk vast te stellen is. Resultaten Te zien is dat het zoute water moeilijk langs de stenen komt. De tijd waarin het zoute water zich van de rechter- tot de linkerzijde in de goot stroomt is bijna twee keer zo lang als bij de nulmeting. Alternatief 3. Ondiepte en bodemruwheid vergroten Voor het testen van een combinatie van ondiepte met een vergrote bodemruwheid zijn dezelfde materialen gebruikt als in de losstaande alternatieven. Wederom geldt dat de afmetingen moeilijk te vertalen zijn naar de werkelijkheid. Er is in deze proef meer zout water gebruikt dan bij alternatieven 1 en 2. Dit is gedaan om duidelijker te laten zien dat het zoute water mengt ter hoogte van het midden van het obstakel. Resultaten Te zien was dat het zoute water zich vóór het obstakel zich ophoopte. Het zoute water dat na verloop van tijd over het obstakel heen ging, mengde relatief snel met het zoete water. Dit kan verklaard worden doordat het water een hogere snelheid heeft dan bij alternatief 2 ter plaatse van het obstakel, waardoor de bodemruwheid meer kan bijdragen aan het mengen. Er is dan immers meer kinetische energie die omgezet kan worden. Figuur 9. Stroomgoot met in het midden een obstakel (100 mm hoog) en stenen met een gemiddelde doorsnede van 40mm. Stroming gaat van rechts naar links. De gele vloeistof is zout water, het overige zoet. De voor- en nadelen zijn overzichtelijk gepresenteerd in Tabel 1. Figuur 8. Stroomgoot met in het midden stenen met een gemiddelde doorsnede van 40mm. Stroming gaat van rechts naar links. De gele vloeistof is zout water, het overige zoet. 10 Tabel 1. Voor- en nadelen van de gepresenteerde alternatieven voor het verminderen van de zout indringing in de Haringvliet Alternatief Bodemruwheid verhogen door toepassing beton of bouwafval Ondiepte creëren Voordelen - Meer turbulentie met als gevolg meer menging en minder zoutindringing - Zeer gericht inzetbaar, effect vooraf goed te modelleren - Lange levensduur investering - - - Ondiepte creëren + bodemruwheid verhogen - - Vermindering zoutindringing doordat het zware zoute water achter de ondiepte blijft hangen Ondiep estuarium biedt veel ontwikkelingskansen voor de natuur Mogelijkheid om ook een recreatiegebied aan te leggen Lange levensduur constructie Vermindering zoutindringing doordat het zware zoute water achter de ondiepte blijft hangen. Het zoute water dat zich toch over de ondiepte beweegt zal beter mengen door de verhoogde bodemruwheid Unieke mogelijkheden voor ontwikkeling natuur- en recreatiegebied Nadelen - Natuurlijke bodemruwheidsverhoging met behulp van vegetatie niet haalbaar bij huidige dieptes en omstandigheden - Ecologisch ingrijpend - Relatief duur - Niet duurzaam, bodem blijvend veranderd. Hoge kosten ongedaan maken - - - - - Theoretische maximale afvoer wordt verminderd, dit kan risico’s voor de waterveiligheid met zich meebrengen Hoge investeringen voor het bouwen van een robuuste ondiepte Diersoorten die op de bodem leven of stroomopwaarts bewegen kunnen door de ondiepte gehinderd worden Theoretische maximale afvoer wordt verminderd. Als de ondiepte zo hoog is dat er vegetatie kan groeien, moet de ondiepte waarschijnlijk erg hoog zijn Diersoorten die op de bodem leven of stroomopwaarts bewegen kunnen door de ondiepte gehinderd worden 11 Conclusie De Haringvliet is een afgedamde rivier die uitmondt in zee. Voorheen werd alleen water afgevoerd naar zee. Omdat vanuit ecologisch oogpunt de wens bestond om het getijde weer gedeeltelijk terug te laten komen in de rivier, is men tot het Kierbesluit gekomen. Sinds 2018 staan de sluizen daarom geregeld ook tijdens vloed op een kier. Hierdoor vindt stroomopwaarts verzilting plaats. Om drinkwater te kunnen blijven produceren zijn daardoor noodgedwongen drinkwaterinnamepunten verder stroomopwaarts verplaatst. De totale kosten om met de verzilting om te gaan bedroegen 70 miljoen euro. Het is dus van groot maatschappelijk en economisch belang dat er in de toekomst niet meer verzilting optreedt. Vanuit ecologisch oogpunt zou het langer en vaker openstellen van de Haringvlietssluizen beter zijn. Met de verwachte zeespiegelstijging zal de Haringvlietssluis bij gelijke condities straks minder vaak op een kier kunnen staan om de verzilting binnen de getolereerde waardes te houden. Maatregelen die zoutindringing kunnen beperken zijn dus zowel nu als in de toekomst relevant. In de literatuur is gevonden dat aanpassingen aan het rivierbed de zoutindringing kunnen verminderen. Zo is tot de onderstaande hoofdvraag gekomen: de Haringvliet afgedamd is ontstaat door het Kierbesluit een situatie waarbij een zouttong zich heen en weer zal bewegen. Het doel van de voorgestelde oplossingen om te bewerkstellingen is dat de zouttong zich ver stroomopwaarts uitstrekt. Een vergroting van de bodemruwheid zorgt voor meer turbulentie op de bodem van de rivier. Meer turbulentie leidt tot betere menging, waardoor de zouttong in de haringvliet minder ver stroomopwaarts zal komen. Het creëren van een ondiepte kan er in theorie voor zorgen dat een deel van het zoute water blijft hangen. Hierdoor kan de zoutindringing in de Haringvliet verminderd worden. Bovenstaande alternatieven kunnen ook gecombineerd worden. Een deel van het zoute water zal dan achter de ondiepte blijven hangen. De drie genoemde alternatieven zijn met behulp van demonstratieve experimenten onderbouwd. Hierin bleek dat de verwachtte effecten inderdaad optraden. De alternatieven lijken allemaal effectief om de zoutindringing te verminderen. Als er een keuze gemaakt moet worden dan zullen economische, ecologische en maatschappelijke effecten tegen elkaar afgewogen moeten worden. “Hoe kan de zoutindringing in de Haringvliet met behulp van aanpassingen aan het rivierbed verminderd worden?” In dit onderzoek zijn drie verschillende oplossingen om de zoutindringing in de Haringvliet te verminderen naar voren gekomen, te noemen: - vergroting van de bodemruwheid creëren van een ondiepte combinatie van de twee bovenstaande alternatieven. Zout water is zwaarder dan zoet water en zal naar de bodem van de rivier zakken. Doordat 12 Bibliografie Abraham, G. (1988). Turbulence and Mixing in Stratified Tidal Flows, Berlin, Heidelberg. Bowden, K. F. (1981). Turbulent mixing in estuaries. Ocean Management, 6(2), 117-135. doi:https://doi.org/10.1016/0302-184X(81)90033-0 Carson, M., Köhl, A., Stammer, D., A. Slangen, A. B., Katsman, C. A., W. van de Wal, R. S., . . . White, N. (2016). Coastal sea level changes, observed and projected during the 20th and 21st century. Climatic Change, 134(1), 269-281. doi:10.1007/s10584-015-1520-1 Chao, S.-Y., & Paluszkiewicz, T. (1991). The hydraulics of density currents over estuarine sills. Journal of Geophysical Research: Oceans, 96(C4), 7065-7076. doi:10.1029/91jc00004 Dam, G., bliek, b., & Bruens, A. (2005). Band width analysis morphological predictions Haringvliet estuary. DINOloket. Grondmosterprofiel. Retrieved from: https://www.dinoloket.nl/ondergrondgegevens Dobberfuhl, D. R. (2007). Light limiting thresholds for submerged aquatic vegetation in a blackwater river. Aquatic Botany, 86(4), 346-352. doi:https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2007.01.003 Dyer, K. D. (1996). Estuaries: A physical Introduction: Wiley. Graas, S., & Savenije, H. H. G. (2008). Salt intrusion in the Pungue estuary, Mozambique: effect of sand banks as a natural temporary salt intrusion barrier. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 2008, 2523-2542. doi:10.5194/hessd-5-2523-2008 Griffioen, A. B., Winter, H. V., & Hal, R. v. (2017). Prognose visstand in en rond het Haringvliet na invoering van het Kierbesluit in 2018. Retrieved from IJmuiden: https://edepot.wur.nl/425507 Grinsted, A., Jevrejeva, S., Riva, R. E. M., & Dahl-Jensen, D. (2015). Sea level rise projections for northern Europe under RCP8.5. Climate Research, 64(1), 15-23. Retrieved from https://www.int-res.com/abstracts/cr/v64/n1/p15-23/ Ibaňez, C., Pont, D., & Prat, N. (1997). Characterization of the Ebre and Rhone estuaries: A basis for defining and classifying salt-wedge estuaries. Limnology and Oceanography, 42(1), 89-101. doi:10.4319/lo.1997.42.1.0089 Jacobs, P., Steenkamp, B.P.C., de Goederen, S. (2003). Van zoet naar zout in 5 dagen : analyse zoutmetingen inlaatproef Haringvliet in maart 1997. Retrieved from Lelystad: Jacobs, S., Beauchard, O., Struyf, E., Cox, T., Maris, T., & Meire, P. (2009). Restoration of tidal freshwater vegetation using controlled reduced tide (CRT) along the Schelde Estuary (Belgium). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 85(3), 368-376. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecss.2009.09.004 Kantrud, H. A. (1991). Widgeongrass (Ruppia maritima L.): A Literature Review. U.S. Fish Wildl. Serv. Fish Wildl. Res., 10. Kleinhans, M., Van Dijk, W., Lageweg, W. I., Hoendervoogt, R., Markies, H., & Schuurman, F. (2010). From nature to lab: scaling self-formed meandering and braided rivers. Larinier, M. (2001). Environmental Issues, Dams And Fish Migration. Lewis, R. J. (1996). Relative Contributions of Interfacial and Bed Generated Mixing to the Estuarine Energy Balance. In Mixing in Estuaries and Coastal Seas (pp. 250-266). Millero, F. J., Feistel, R., Wright, D. G., & McDougall, T. J. (2008). The composition of Standard Seawater and the definition of the Reference-Composition Salinity Scale. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 55(1), 50-72. doi:https://doi.org/10.1016/j.dsr.2007.10.001 Neumeier, U. R. S., & Amos, C. L. (2006). The influence of vegetation on turbulence and flow velocities in European salt-marshes. Sedimentology, 53(2), 259-277. doi:10.1111/j.13653091.2006.00772.x Perillo, G. M. E. (1995). Chapter 1 Geomorphology and Sedimentology of Estuaries: An Introduction. In G. M. E. Perillo (Ed.), Developments in Sedimentology (Vol. 53, pp. 1-16): Elsevier. 13 Rigter, B. P. (1973). Minimum length of salt intrusion in estuaries. Journal of the Hydraulics DivisionAsce, 99(9), 1475-1496. Rijkswaterstaat. (2011). Beschrijving huidige situatie. Rijkswaterstaat. (2012). Gebiedsdossier waterwinning Andijk definitief. Rijkswaterstaat. (2019a). Haringvlietsluizen op een kier. Retrieved from https://www.rijkswaterstaat.nl/water/projectenoverzicht/haringvliet-haringvlietsluizen-opeen-kier/index.aspx Rijkswaterstaat. (2019b). Kierbesluit Haringvliet: leren over zoutverspreiding [Press release]. Retrieved from https://www.rijkswaterstaat.nl/nieuws/2019/11/kierbesluit-haringvlietleren-over-zoutverspreiding.aspx Rijkswaterstaat. (2020). Rijkswaterstaat waterinfo. Retrieved from: https://waterinfo.rws.nl/#!/kaart/zouten/ Robins, P. E., Skov, M. W., Lewis, M. J., Giménez, L., Davies, A. G., Malham, S. K., . . . Jago, C. F. (2016). Impact of climate change on UK estuaries: A review of past trends and potential projections. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 169, 119-135. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecss.2015.12.016 Savenije, H. H. G. (1993). Predictive Model for Salt Intrusion in Estuaries. Journal of Hydrology, 148(14), 203-218. doi:Doi 10.1016/0022-1694(93)90260-G Savenije, H. H. G., International Institute for Infrastructural, H., & Engineering, E. (1992). Rapid Assessment Technique for Salt Intrusion in Alluvial Estuaries: International Institute for Infrastructural, Hydraulic and Environmental Engineering. Short, F. T., & Neckles, H. A. (1999). The effects of global climate change on seagrasses. Aquatic Botany, 63(3), 169-196. doi:https://doi.org/10.1016/S0304-3770(98)00117-X Sternberg, R. W. (1968). Friction factors in tidal channels with differing bed roughness. Marine Geology, 6(3), 243-260. doi:https://doi.org/10.1016/0025-3227(68)90033-9 Thomson, A. G., Huiskes, A., Cox, R., Wadsworth, R. A., & Boorman, L. A. (2004). Short-term vegetation succession and erosion identified by airborne remote sensing of Westerschelde salt marshes, The Netherlands. International Journal of Remote Sensing, 25(20), 4151-4176. doi:10.1080/01431160310001647688 Van der Burgh, P. (1972). Ontwikkeling van een methode voor het voorspellen van zoutverdelingen in estuaria, kanalen en zeeën. Retrieved from Rijkswaterstaat Rapport: Yang, Z., Wang, T., Voisin, N., & Copping, A. (2015). Estuarine response to river flow and sea-level rise under future climate change and human development. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 156, 19-30. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecss.2014.08.015 14