Directe bijdrage aan de waterveiligheid: voorland

De directe bijdrage van kwelders aan de waterveiligheid bestaat enerzijds uit golfreductie en anderzijds uit stabilisatie van dijk en voorland. Daarbij is het vooral het afgezette sediment dat deze functie vervult. In het kader van het Deltaprogramma Waddengebied zijn een aantal rapporten verschenen waarin meer in detail wordt ingegaan op het functioneren van kwelders, hun randvoorwaarden en de mogelijkheid om ze in te zetten voor de waterveiligheid:

- Een dijk van een kwelder: een verkenning naar de golfreducerende werking van kwelders (Van Loon-Steensma et al., 2012c).

- Zoekkaart kwelders en waterveiligheid Waddengebied (Van Loon-Steensma et al., 2012a). - Stuurbaarheid van kwelders (De Groot et al., 2013).

- Kwelders en dijkveiligheid in het Waddengebied (Venema et al., 2012). - Doelbereik innovatieve dijkconcepten DP Wadden (Calderon en Smale, 2013).

Onderstaande is een samenvatting van relevante onderdelen uit deze rapporten, en overlapt met de factsheet “Betekenis van voorlanden voor waterveiligheid” (Van Loon-Steensma et al., 2014).

4.4.4 Stabiliteit van de dijk

De hoogte en breedte van kwelders, de samenstelling en bodemopbouw en de aanwezigheid van geulen zijn naast de invloed op de golfrandvoorwaarden en de kruinhoogte ook van belang bij de beoordeling van de stabiliteit van de dijk. Het gaat daarbij om de faalmechanismen piping en macro-instabiliteit buitenwaarts (zeezijde) of binnenwaarts (landzijde).

Piping

Opslibbing van fijn materiaal in het kweldervoorland resulteert in een ondoorlatende laag voor de dijk. Dit heeft een remmende werking op de grondwaterstroming. Dit effect treedt al op bij breedtes > 100 m. Belangrijk is dat de ‘ondoorlatende laag’ niet wordt verstoord door gaten, kleiwinputten, strangen, geulen en sloten en dat de laag tijdens maatgevende (storm)omstandigheden aanwezig is en blijft. Voor de bepaling van de kwelweglengte moet er een intreepunt aan de buitenzijde en een uittreepunt aan de binnenzijde worden bepaald. De dikte van de afsluitende deklagen is mede bepalend voor de ligging van het intreepunt. Als er geen ondoorlatende laag aanwezig is wordt het intreepunt aangenomen bij de buitenteen van de dijk (of bij de slootbodem van de buitendijkse kwelsloot). Als de ondoorlatende laag minstens uit 1 m dik kleipakket bestaat en dit ook verder zeewaarts aanwezig is, kan het punt waar deze laag stopt, worden aangehouden als intreepunt, wat een forse vergroting van de aanwezige kwelweglengte kan opleveren. Dit betekent dat de weerstand tegen kwel en piping groter wordt.

Macro-instabiliteit

De remmende werking van een ondoorlatende laag voor de dijk op de grondwaterstroming is in geval van opdrijven ook gunstig voor macro-instabiliteit. Bij opdrijven wordt de opwaartse waterdruk onder de afsluitende deklagen groter dan het gewicht daarvan, waardoor deze omhoog worden gedrukt of

opbarsten. Als opdrijven niet speelt is dit positieve effect voor macrostabiliteit van het binnentalud niet aanwezig. Voor macrostabiliteit buitenwaarts is de situatie met een hoge waterstand in de dijk en een lage buitenwaterstand (Gemiddeld Hoog Water) maatgevend. In de stabiliteitsberekeningen wordt aan de buitenzijde rekening gehouden met de hoogte van de kwelder. Voor de bepaling van de breedte B van de stabiliteitszone uit de buitenteen kan gebruik worden gemaakt van de vuistregel 4 × H, waarbij H het hoogteverschil is tussen de kruin van de dijk en het voorland bij de buitenteen van de dijk. Elementen buiten de 4H-zone hebben geen invloed op de macrostabiliteit van de dijk. Dit betekent dat enkel de hoogte van het voorland binnen de 4H-zone een positieve bijdrage kan leveren aan de buitenwaartse stabiliteit van de dijk. Opgemerkt wordt dat deze vuistregel niet mag worden toegepast als het voorland geheel uit slib is opgebouwd. In dat geval moet als maaiveldhoogte worden uitgegaan van de vaste grondslag onder het slib.

4.5 Bijdrage aan meegroeivermogen

Er is op dit moment 8510 ha kwelders aanwezig in de Waddenzee. Globaal liggen opslibbingssnelheden tussen 0,3 en 3 cm/jaar (Van Wijnen en Bakker, 2001; Dijkema et al., 2009), gemiddeld 0,5 cm/jaar op de eilanden en 1 cm/jaar aan de vastelandskust. De totale opslibbing in de Waddenzee is daarmee in de orde van een half miljoen kubieke meter per jaar, waarmee in de loop van de tijd een aanzienlijke hoeveelheid sediment wordt vastgelegd (voor details zie bijlage E).

Het sediment bestaat met name uit kleiig materiaal, maar tijdens stormvloeden kan ook zandig of zelfs grover materiaal worden afgezet (Allen, 2000; De Groot et al., 2011). Omdat kwelders over het algemeen stabieler zijn dan strand en duinen, en tijdens stormen geen significante erosie ondergaan, wordt het sediment hier langdurig (orde eeuwen) vastgelegd.

Hoewel de vastelandskwelders opslibbingssnelheden hebben die in de orde van grootte liggen waarmee een zeespiegelstijging van 0,9 cm/jaar bij te houden zou moeten zijn, is de ruimtelijke verdeling van het sediment in de kwelder een punt van aandacht. Als de kwelder te breed wordt, bereikt het sediment de landwaartse zijde minder goed. Voor zomerpolders en de eilandkwelders, waar de opslibbingssnelheden gemiddeld lager zijn, is het de vraag of ze bovengenoemde zeespiegelstijging op grote schaal kunnen bijhouden.

4.6 Afweging

Hoewel kwelders in de huidige veiligheidsbenadering bij het ontwerp geen onderdeel van de waterkering zijn, kunnen ze bij de toetsing wel onder het beheerdersoordeel als zodanig worden meegenomen. Het lijkt de moeite waard om te bekijken of voor dijken met kwelders niet een soortgelijke afslagbenadering kan worden ontwikkeld als voor de zandige kust.

1. Kwelders als functioneel onderdeel van de primaire kering:

- Het reducerend effect op golfaanval en stroming en het opslibbend vermogen geven geen directe bijdrage aan de waterkerende functie.

2. Kwelders als functioneel onderdeel van het voorland:

- Er is een reducerend effect op de hydraulische randvoorwaarden (golfcondities) van de primaire waterkering, wat een lagere kruinhoogte van de dijk oplevert en gunstig kan zijn voor de stabiliteit van de kering en de weerstand tegen piping.

- De effecten voor de kruinhoogte kunnen worden bepaald met de huidige beschikbare rekenmodellen voor de bepaling van de hydraulische randvoorwaarden voor de primaire

waterkering. De effecten op de stabiliteit en piping zijn nog niet goed kwantificeerbaar en dienen nader te worden onderzocht en daarna te worden vastgelegd in het instrumentarium. Dat geldt ook voor de mogelijke positieve bijdrage van de ruwheid van de kweldervegetatie aan de reductie van de golfaanval.

- Er is een bepaalde mate van voorspelbaarheid en er zijn geringe fluctuaties in aanwezigheid of gedrag;

- De mate van stuurbaarheid is goed en kan worden gestimuleerd door kwelderwerken en maatregelen ter bevordering van de slibvang.

3. Kwelders bijdragend aan het meegroeivermogen van het sedimentdelend systeem: - Er is een positief effect vanwege het opslibbend vermogen.

- Het is o.a. afhankelijk van de snelheid van zeespiegelstijging of de opslibbingssnelheid deze bij kan houden.

- De fluctuaties en de onzekerheden in ruimtelijke spreiding zijn een aandachtspunt. - Monitoring lijkt goed mogelijk, zodat eventuele veranderingen bijtijds kunnen worden

gedetecteerd. Welke aanvullende maatregelen nodig zijn bij falen dient nader te worden onderzocht.

Een ideale kwelder uit het oogpunt van waterveiligheid is niet automatisch een kwelder met optimale natuurwaarden: voor waterveiligheid is een hoge en stabiele kwelder van belang, terwijl voor de

natuurwaarden dynamiek en verschillende successiestadia, inclusief voldoende pioniervegetatie en jonge fasen, nodig zijn.

4.7 SWOT Strengths

- Bewezen effectiviteit als biobouwer - Functie als golfreducerend voorlanden - Weinig jaar-op-jaar fluctuaties

- Aanwijsbaar positief effect op sedimentatie - Kan potentieel meegroeien met

zeespiegelstijging

- Vrij goed stuurbaar, al dan niet in combinatie met andere technieken - Belangrijke natuurfunctie voor planten,

vogels, en kraamkamerfunctie, verhoging biodiversiteit

Weaknesses

- Kwelders kunnen niet overal worden ontwikkeld en zijn dus niet overal inzetbaar

- Niet bestand tegen geulerosie

- Invloed op stabiliteit en piping moet nog nader worden onderzocht

- Maatregelen bij falen nog onbekend - Hoge kwelders die meeste voor

waterveiligheid betekenen zijn minder interessant voor natuurwaarden

Opportunities

- Stimuleren van kwelders door slim suppleren

- Ontwikkeling afslagbenadering voor dijken met kwelders (vergelijkbaar met duinen en vooroever)

Threats

- Bij sterk versnelde zeespiegelstijging mogelijk niet meer in staat om deze bij te houden

- Beheer buiten de keurzone kan niet worden beïnvloed door de

waterkeringbeheerder

- Natuurwetgeving staat niet overal de aanleg van kwelders toe