Terminologie

Voor de beoordeling van de verstuwingsgraad en/of stroomvermogen van de geslecteerde rivieren worden er in hoofdstuk 6.4 drie potentiële methodes voorgesteld. Daarin worden een aantal parameters of afgeleiden ervan gebruikt zoals verhang, helling, hellingsgraad, verval en stroomvermogen. Deze termen worden hier eerst toegelicht.

6.3.1 Verhang of helling

Het verhang is het relatieve hoogteverschil van een waterloop uitgedrukt in %. In laag gelegen gebieden wordt het verhang vaak uitgedrukt in m/km of ‰. Vaak wordt ook de meer algemene term helling (‘slope’) gebruikt (Schneiders et al., 2009).

6.3.2 Verval

Het verval geeft het absolute hoogteverschil weer tussen twee punten van een waterloop. Verval wordt vaak gebruikt om een hoogteverschil van een infrastructuur zoals een sluis, een stuw of een watermolen aan te geven (Schneiders et al., 2009).

6.3.3 Stroomvermogen in functie van rivierstructuurherstel en ecologische

afvoerregime’s

Het stroomvermogen is de mate waarop potentiële energie omgezet wordt tot kinetische energie en arbeid. De arbeid is de transportcapaciteit van de stroom (Stuckens & Van Hoydonck, 2005). Stroomvermogen (‘stream power’) kan gedefinieerd worden als:

Ω = ρgQS

● Ω = stroomvermogen;

● ρ = densiteit van water (1000 kg/m³); ● g = valversnelling (9,81 m/s²); ● Q = debiet (m³/s);

● S = hellingsgraad (of slope of verhang).

Stroomvermogen heeft een directe relatie met sedimenttransport (Bagnold, 1960). Deze relatie geldt enkel boven een bepaalde drempelwaarde voor stroomvermogen, ook gekend als

kritisch stroomvermogen (‘critical stream power’). Het kritische stroomvermogen stijgt als het

sediment grover wordt. Bij een heel laag stroomvermogen is de sedimentflux minimaal tot onbestaande, maar boven de drempelwaarde voor sedimenttransport is er een duidelijk positieve relatie waarbij een hoger stroomvermogen een hogere sedimentflux teweeg brengt (Gartner, 2016). Op de meeste dagen is er weinig tot geen sedimenttransport. In onze regio wordt sediment gedurende slechts enkele dagen van het jaar getransporteerd wanneer de afvoer hoog genoeg is.

Factoren die weerstand bieden aan sedimenttransport zijn o.a.: ● het gewicht van de sedimentpartikels;

● waterplanten die de energie van het afstromend water dissiperen; ● wortels die het sediment vasthouden;

● bindingsgraad van het rivierbeddingsmateriaal (stenen en klei vs. zand en grind). Grotere sedimentpartikels bezinken daarbij sneller dan kleinere (i.e. ‘settling velocity’) (Gartner, 2016).

De transportkracht van water is afhankelijk van de snelheid ervan. De snelheid waarmee het water stroomt kan op verschillende plaatsen in een rivier zeer uiteenlopen. Daar waar deze snelheid plotseling vermindert, bijvoorbeeld doordat de rivier zich verbreedt, zal het water zijn materiaal niet meer in beweging kunnen houden. Daar vindt accumulatie/afzetting plaats. De grofste delen worden vanzelfsprekend het eerst afgezet. Deze wijze van afzetting heet

aggradatie. Indien een rivier minder materiaal vervoert dan hij uit hoofde van zijn snelheid kan

dragen, zal hij nieuw materiaal uit het dal meeslepen (degradatie) (Hermans, 1960).

De directe relatie tussen stroomvermogen en sedimenttransport wordt toegepast in tal van studies. Het werd daarbij aangetoond dat stroomvermogen invloed heeft op:

● de vorm van de rivierbedding (Chang, 1979; Kondolf et al., 2003; Wohl, 2004); ● ‘pool & riffle’ eigenschappen (Wohl et al., 1993);

● ‘channel migration’ (i.e. de rivier die zich spontaan gaat verleggen) (Nanson and Hickin, 1986; Mcewen, 1994);

● bedding aggradatie & degradatie (Bull, 1979); ● overstromingsdynamiek (Nanson and Croke, 1992);

● korrelgrootte v.d. rivierbedding (Snyder et al., 2013).

Het is waarschijnlijk dat veel bochtige rivieren morfologisch stabiel zijn in tegenstelling tot rechtgetrokken waterlichamen. Daarenboven worden ze als esthetischer beschouwd en worden ze gekenmerkt door gevariërde hydrologische processen en substraten die voorzien in diverse habitats voor fauna en flora, zoals stroomkuilenpatronen en zandbanken. De voordelen van de morfologische eigenschappen van een bochtige rivierbedding omvatten o.a. een verscheidenheid aan condities bij lage afvoer om te foerageren, om zich voort te planten en om zich te verschuilen, variërend van diepe traagstromende poelen tot snelstromend water boven riffles. Bij hogere afvoeren zijn schuilplaatsen beschikbaar als bescherming tegen overmatige stroomsnelheden. Poelen, riffles en zandbanken zijn samengesteld uit verschillend beddingsmateriaal die leefgebieden creëren voor een verscheidenheid aan benthische organismen. Deze organismen bieden op hun beurt essentiële voedselvoorziening voor andere vissen en dieren (Brookes (1987). Langs een natuurlijke rivier kunnen bomen groeien op en langs de oever als toevoeging bij de waterplanten in de rivier. Vegetatie voorziet in schuilplaatsen en voedsel voor vissen en schermt het water af tegen buitensporige temperaturen (Brookes (1987).

Brookes (1988, 1996) beschreef reeds eerder het belang van stroomvermogen. In het kader van riviermanagementdoeleinden werden er pogingen gedaan om drempelwaarden voor stroomvermogen te bepalen waarboven rechtgetrokken rivieren op een spontane, natuurlijke manier kunnen herstellen in afwezigheid van onderhoudsmaatregelen. Brookes (1987) heeft zelfs drempelwaardes voor stroomvermogen bepaald voor het initiëren van bepaalde geomorfologische processen, afhankelijk van debiet en hellingsgraad (Figuur 17).

Figuur 18 Stabiliteit van de bedding van Deense rivieren in relatie tot specifiek stroomvermogen (Brookes, 1987).

Bovenstaande figuur toont een basisleidraad die ontwikkeld werd voor Denemarken, een geografisch zeer gelijkende regio aan Vlaanderen, met hoofdzakelijk laaglandrivieren met gelijkaardig landgebruik. Het grootste deel van het Deense oppervlak is ofwel bestemd voor intensieve landbouw of ontwikkeld voor industriële of residentiële doeleinden. In het artikel stelt Brookes (1987) dat 98 % van de Deense waterlichamen artificieel werden rechtgetrokken en dus geklassificeerd konden worden als 'channelized'. Slechts 2 % hadden nog natuurlijke morfologische eigenschappen. Een situatie zeer gelijkend aan de toestand van onze Vlaamse waterlopen.

Boven een stroomvermogen van 35 W/m² hadden de rechtgetrokken rivieren uit deze studie de neiging om op natuurlijke wijze hun oorspronkelijke sinuositeit te herstellen. Brookes haalt diezelfde drempelwaarde van 35 W/m² aan als discriminator tussen stabiele en ontstabiele rivieren in navolging van het rechttrekken van rivieren in Engeland en Wales waarbij met 'stabiliteit' bedoeld wordt dat de rivier 'onvoldoende stroomvermogen' heeft om bijvoorbeeld oevers te eroderen.

Onderstaande figuur stelt de verschillende categorieën voor van aanpassingen die geïdentificeerd werden in Deense rivieren (W1-W5, D1-D2). Er zijn verschillende types aanpassingen of 'channel changes’ die kunnen voorkomen langsheen rechtgetrokken rivieren (Brookes, 1987), met name:

● degradatie van de rivierbedding (W1);

● ontwikkeling van een verstevigde laag bovenop het rivierbed (W2); ● ontwikkeling van een kronkelende ‘thalweg8

’ (W3); ● herstel van meandering (W4);

● ontwikkeling van een meanderend traject door sedimentafzetting of depositie (W5). Ten slottezijn er nog de effecten die optreden stroomafwaarts rechtgetrokken riviertrajecten (D1&D2).

Figuur 19 Mogelijke types van aanpassingen aan de rivierbedding in rechtgetrokken rivieren (Brookes, 1987):degradatie van de rivierbedding (W1); ontwikkeling van een verstevigde laag bovenop het rivierbed (W2); ontwikkeling van een kronkelende ‘thalweg ’ (W3); herstel van

8

Thalweg of talweg is de lijn die de laagste punten in de vallei van een helling met elkaar verbindt. Een talweg geeft zo ook het natuurlijke profiel weer van een waterloop.

meandering (W4); ontwikkeling van een meanderend traject door sedimentafzetting of depositie (W5); de effecten die optreden stroomafwaarts rechtgetrokken riviertrajecten (D1&D2).)

De natuurlijke dwarsdoorsnedes van kronkelende en bochtige rivieren die allen beneden de 35 W/m² lijn vallen suggereren dat onder natuurlijke condities de Deense beken zwak zijn wat stroomvermogen betreft en dat hun beddingen niet actief veranderen van positie. Talrijke laaglandrivieren in de UK hebben ‘bankfull’ stroomvermogens in dit relatief lage bereik (Keller & Brookes, 1984).

Er bestaan ook beddingen zonder erosieve aanpassingen die beneden de 35 W/m² drempelwaarde vallen, niettegenstaande de hellingsgraad verhoogd was door rechttrekking. Nochtans, deze beddingen moeten morfologisch niet stabiel zijn aangezien depositie kenmerkend kan zijn (type W5). Rechtgetrokken beken en rivieren die artificieel gestabiliseerd werden door rivierbed-fixerende-structuren worden niet tot deze categorie gerekend.

Dwarsdoorsnedes die erosieve aanpassingen ondergaan (type W1) en/of de ontwikkeling van ‘gewapende’ lagen (type W2) vallen boven de 35 W/m² drempelwaarde, niettegenstaande de meeste punten dicht bij de lijn gelegen zijn.

Tenslotte, riviertrajecten die hun sinuositeit teruggewonnen hebben nadat de rivier werd rechtgetrokken hebben de hoogste stroomvermogens van de volledige dataset, waarbij afzonderlijke rivieren krachten van 100 W/m² overschrijden (type W4).

6.4 OPMETINGSPLANNEN EN OPPERVLAKTEWATERMODELLEN