Dwarsprofiel en structuren in het stroombed

Met het dwarsprofiel van een beek wordt het ruimtelijke verloop loodrecht op de lengterichting van de beek tussen beide beekoevers aangeduid. Het verhang, de

60 Directie Kennis van het stroombed zijn direct van invloed op de dwarsprofieldimensies. Deze factoren

zijn bepalend voor erosie en sedimentatie. Dimensies van het dwarsprofiel passen zich dusdanig aan dat netto geen erosie of sedimentatie plaatsvindt in het stroombed. Het afvoerregime is mede verantwoordelijk voor de variatie in stroomsnelheid en is dientengevolge van invloed op de veranderingen in het dwarsprofiel. Veranderingen van de stroomsnelheid resulteren in veranderingen in het sedimenttransporterende vermogen wat kan leiden tot erosie of sedimentatie van bodem en oever. Hierdoor treden veranderingen op in beddingdimensies en -samenstelling wat de stroomsnelheid kan beïnvloeden; een terugkoppelingsmechanisme.

Van nature waren beeksystemen zeer ondiep en plaatselijk smal of breed tot zeer breed. Hierdoor was een grote structuurvariatie en daarmee biodiversiteit mogelijk. Op de ene plek treedt erosie op, terwijl op een andere plek sedimentatie optreedt.

Hierdoor ontstaat een grote variatie in de samenstelling van het beddingmateriaal in een traject en in het dwarsprofiel van een bocht. Afhankelijk van verschillen in stroomsnelheid wordt het sediment verplaatst en gesorteerd, wat leidt tot

substraatmozaïeken. Zo kan door het uitzeven van fijnere deeltjes uit de bovenste laag, deze laag een zodanig grove samenstelling krijgen dat bij het actuele stromingsregime geen erosie meer optreedt (onder andere Schumm, 1977). Oever- en bodemerosie treden vooral op tijdens en na perioden van hoge afvoer en bepalen dan de macrovormen in het stroombed. Bij lage afvoeren in de zomerperiode vormen zich onder invloed van sedimentatie mesovormen (Wolfert, 2001).

Een van de belangrijkste relaties van de beek met haar directe omgeving wordt bepaald door de waterplanten- (indien aanwezig) en oeverbegroeiing. Waterplantbegroeiingen in meanderende beken dragen bijvoorbeeld in de zomerperiode bij aan de vorming van mesovormen doordat ze sedimentatie van silt en organisch deeltjes bevorderen

(Wolfert, 2001). Ook zijn waterplant begroeiingen van grote invloed op de hydraulische weerstand van het stroombed. Van nature komen houtige gewassen veel langs beken voor (Brown, 1997). De relatie tussen het beekmilieu en de oever- en beekbegroeiing uit zich in de mate van beschaduwing (effect op watertemperatuur en hoeveelheid lichtinstraling) en de hoeveelheid (vooral dood) organisch materiaal die in het water terecht komt. Daarnaast kan ook de oevervegetatie de beekmorfologie beïnvloeden vooral als gevolg van de bewortelingsvorm (Gregory et al. 1985). Dus de begeleidende vegetatie legt het lengte- en dwarsprofiel vast en is een belangrijke bron van organisch materiaal. Juist de organische structuren hebben een cruciale invloed op de

hydraulische en morfologische processen, vooral ten aanzien van stromingsweerstand, oeverstabiliteit, oevervorm, sedimentatie en damvorming (Hickin & Nansen 1984; Collins & Montgomery, 2002). De morfologie en morfodynamiek van vegetatierijke beken is daarom niet alleen te verklaren en modelleren op grond van processen voor erosie en sedimentatie.

Door menselijke ingrepen in lengte- en dwarsprofielen (paragraaf 4.3.1) is veel van de variatie aan structuren in beken verloren gegaan en trad een sterke verkleining van het contact tussen het aquatische en terrestrische milieu op. De gradiënt veranderde in een abrupte overgang met een sterke verarming in structuurvariatie. Wanneer door

kanalisatie het water langzamer stroomt en in de zomer zelfs tijden lang stil staat, sterven zuurstofbehoeftige dieren of trekken weg. Daarnaast treden in veel beken verlies aan structuur op als gevolg van regelmatig onderhoud. Het vrij maken en houden van stroombed grijpt in op een basaal proces (patroondifferentiatie) in het functioneren van beekecosystemen. Het verwijderen van omgevallen bomen, ingevallen takken en waterplanten leidt tot een verwijderen van natuurlijke obstakels die de beekbodem vasthouden en voor het grootste deel van de habitatvariatie in een beek zorgen. Door schoningsbeheer zijn beken ook verder verdiept en hebben ze bij een basisafvoer een beekpeil dat diep onder het niveau van de dalbodem ligt. Structuren in het stroombed verdwijnen ook als gevolg van hoge pieken in stroomsnelheid in het hele genormaliseerde en verdiepte stroombed. Voor beekherstel is daarom

Directie Kennis 61 4.3.3 Organisch materiaal en substraatmozaïeken

In een natuurlijke beek is veel organisch materiaal aanwezig in de vorm van

boomstammen, takken, bladpakketten, detritusafzettingen en slibzones. Aangezien beken van nature in de laagste delen van een dal liggen, fungeren ze als

verzamelbekkens voor dood organisch materiaal zoals blad en takken die wind en oppervlaktewater worden verplaatst. Daarnaast kan ook direct organisch materiaal invallen (bos, overbegroeiing) en vormt de vegetatie in het stroombed zelf ook organisch materiaal. Deze aanvoer van organisch materiaal zorgt voor een constante voedselaanvoer in de voedselketen en de vorming van organische structuren in de beek. Opeenhopingen van organisch materiaal bieden micro-organismen (bacteriën en schimmels) en macro-organismen (macrofauna, vissen) schuilplaatsen en voedsel (Cummins 1975). De natuurlijke aanvoer van organisch materiaal is het hoogst in de herfst. De organische structuren worden vooral verplaatst, gevormd en weggeslagen tijdens afvoerpieken in vooral het voorjaar en na zomerbuien. Echter, de structuren worden ook bij en door lage afvoeren beïnvloed, bijvoorbeeld een bladdam kan na opdrogen verwaaien. Stormen kunnen leiden tot een sterk verhoogde toevoer van organisch materiaal naar de beek. Omgevallen bomen, afgebroken takken en grote hoeveelheden blad komen in de beek terecht en kunnen daar worden vastgehouden (Gregory et al. 1985).

De invloed van takjes, takken en stammen op stromende wateren uit zich in een wijziging van de (micro-)morfologie van de beek maar induceert ook wijzigingen in het lengteprofiel waardoor vertakte beekstelsels met meerdere lopen en aanwezigheid van poelen kunnen ontstaan (Walter & Merritts, 2008). In een natuurlijke laaglandbeek in bos bestaat gemiddeld ongeveer 25% van de bodem van een bronbeek of bovenloop uit dood hout terwijl nog eens gemiddeld ongeveer 25% bestaat uit detritusafzettingen, afgezet in de luwte van organische structuren (Anderson & Sedell 1979). Dit betekent dat ongeveer de helft van het natuurlijke beekmilieu wordt gevormd door organisch materiaal. Daarbij komt nog dat op macroschaal de loop van de beek sterk bepaald wordt door de aanwezigheid van levend organisch materiaal zoals bomen (Gregory et al. 1985). In de benedenlopen loopt het aandeel van dood organisch materiaal

ongeveer met de helft terug. De fysische rol van hout in de beek als vormer van de micromilieus is belangrijker dan de metabolische rol als voedselbron. Voor ingevallen blad geldt het omgekeerde (Cummins et al. 1981).

Foto 9: Losgespoelde boomwortels en holle oevers zijn belangrijke schuilplaatsen voor larven van beekbewonende insecten (foto Tim Termaat/ De Vlinderstichting).

62 Directie Kennis Door organische structuren en obstakels wordt de stroomsnelheid met een factor

twee tot drie vertraagd (opstuwing). Ook het sedimenttransport en de oevererosie nemen dan significant af terwijl de habitatdiversiteit toeneemt (Anderson et al. 1978). Door het verwijderen van organische structuren uit beken door schoningsbeheer en sterke afname van bos langs beken is de morfologie en het substraat van

laaglandbeken drastisch veranderd. Bovendien worden genormaliseerde

beekbeddingen bij hoge stroomsnelheden veel organische structuren weggeslagen. Ophoping van organisch materiaal in beken is van essentieel belang bij de vorming van opeenvolgingen van stroomversnellingen en poelen, de beddingruwheid, de oeverstabiliteit en de dwars- en lengteprofielontwikkeling. Deze laatste kan op lange termijn weer resulteren in het afsnijden van bochten en daarmee het ontstaan van oude armen. Daarbij sturen ophopingen van organisch materiaal de stroomdraad en de erosie-sedimentatie processen. Ophopingen van organisch materiaal kunnen ook leiden tot inundatie van het beekdal en retentie van organisch en anorganisch sediment bevorderen. Daarnaast zorgen accumulaties van organisch materiaal voor variatie in de stroomsnelheid en habitatvorming wat kan leiden tot een grotere soortdiversiteit (Tolkamp 1981). Plaatselijk ontstaan stroomversnellingen, waardoor vooral in sneller stromende beken, indien grind aanwezig is, grindsubstraten kunnen ontstaan, terwijl in de luwte van de stroom afzetting van fijn organisch materiaal plaatsvindt. Stroomversnellingen en watervalletjes zorgen voor turbulentie met als gevolg een goede zuurstofvoorziening. Beken zijn van nature met zuurstof verzadigd, behalve op plaatsen met weinig doorstroming en grote ophoping van blad.

Samenvattend kan gesteld worden dat de vegetatie, vooral houtige vegetatie, rond en in beken van grote invloed is op aard en variatie van beekhabitats. Belangrijke factor daarbij is de toevoer en aanwezigheid van hout en blad in de beekbedding. Door sturing van de vegetatieontwikkeling (onder andere bos- en moerasontwikkeling) en het achterwege laten van schoningsbeheer in de beekbedding, kan de ruimtelijke habitatstructuur en daarmee biodiversiteit hersteld worden.