6.8.1 Achtergrond
In tegenstelling tot de andere parameters binnen dit hoofdstuk, welke een biologische of fysico- chemische basis hebben, is verblijftijd een parameter bepaald door de hydro- en morfodynamiek van het estuarium. Verblijftijd kan eenvoudig gedefinieerd worden als de tijd die een deeltje doorbrengt in een systeem. Voor riviersystemen is dit eenvoudig te bepalen door het volume van het systeem te delen door het netto debiet door het systeem. In estuaria gaat deze eenvoudige werkwijze helaas niet op. Ook door de tijwerking worden deeltjes uitgewisseld, waardoor de verblijftijd niet meer eenvoudig volume gedeeld door netto debiet is.
De verblijftijd voor verschillende deeltjes in het estuarium is niet gelijk. In deze methodiek definiëren we verblijftijd als de tijd die een pakketje water nodig heeft om zich te verplaatsen van een bepaald gebied naar een ander gebied. De verblijftijd in een bepaalde zone van het estuarium is afhankelijk van onder andere de tijamplitude, het volume en het netto debiet in die zone.
Soetaert en Herman (1995) hebben voor de 13 meest afwaartse compartimenten van hun MOSES model de verblijftijden bepaald. Hun werkwijze kan gebruikt worden om in het kader van deze evaluatiemethodiek verblijftijden te bepalen. Bovendien zijn binnen LTV andere hydraulische modellen ontwikkeld die in staat zijn om voor elk compartiment van de Schelde adequate verblijftijden te berekenen. Verblijftijden kunnen modelmatig bepaald worden aan de hand van volgende formule:
V/(Fin – Fuit) = Tverblijf - Tgetij Waarbij:
V = watervolume in de beschouwde zone Fin = waterflux in de zone (m³/s)
Fuit = waterflux uit het gebied (m³/s) Tverblijf = verblijftijd in de beschouwde zone
Tgetij = verblijftijd van het getij in de beschouwde zone
Verblijftijden kunnen ook ingeschat worden via het eenvoudige quotiënt van volume en netto debiet, waarbij dan een correctie wordt uitgevoerd voor het estuariene menggedrag. Dit laatste kan benaderd worden aan de hand van de saliniteitsgradiënt die een resultante is van de estuariene menging. Dit geeft volgende formule:
Tverblijf = V/F * (S0-S)/S0 Waarbij:
V = watervolume in de beschouwde zone F = netto (zoet)waterflux in de zone (m³/s) Tverblijf = verblijftijd in de beschouwde zone S = zoutgehalte in de beschouwde zone S0 = zoutgehalte aan de monding
6.8.2 Belang van verblijftijd
De verblijftijd is voor tal van ecologische processen van groot belang. Verblijftijd bepaalt de verversing van de waterkolom. Bij een korte verblijftijd wordt de waterkolom snel ververst. Dit betekent dat nutriënten snel worden aangevuld waardoor er minder snel depletie zal optreden. Afbraakproducten worden snel afgevoerd zodat er minder ongewenste effecten zullen optreden. Bij een korte verblijftijd zal er bijvoorbeeld onvoldoende tijd zijn om een grote organische koolstofvracht volledig te mineraliseren; bij een lange verblijftijd kan dit wel, met mogelijke zuurstofproblemen tot gevolg.
Evaluatiemethodiek Schelde-estuarium Waterkwaliteit
Bij een lange verblijftijd, in combinatie met beperkte menging, kunnen naast zwevende stof ook voedingsstoffen en organismen uitzakken, en zo de pelagiale kwaliteit beïnvloeden. Door de uitzakking kan in zones met een langere verblijftijd de rol van bodemdieren een grotere rol spelen. Een grotere verblijftijd voor water, leidt ook tot een grotere verblijftijd voor bepaalde organismen in die waterkolom die zich niet snel genoeg actief kunnen verplaatsen. Een lange verblijftijd kan leiden tot hoge densiteiten aan fytoplankton (zolang er voldoende nutriënten zijn). Ook zoöplankton kan hoge dichtheden bereiken omdat dit zoöplankton langer de tijd heeft gekregen om zich te vermenigvuldigen.
Zeer korte verblijftijden kunnen zorgen voor uitspoeling van de fyto- en zoöplanktongemeenschap, en bijgevolg voor een ontsporing van de pelagiale waterkwaliteit. Bij korte verblijftijden is ook de tijd voor biochemische processen en interacties met slik- of schorgebieden korter. Processen zoals nitrificatie en denitrificatie zullen minder sterk plaatsvinden.
Ook vanuit hydro- en morfodynamiek is verblijftijd een belangrijk gegeven, met name voor sedimentatieprocessen en de slibtransport.
Verblijftijd heeft van nature een zekere fluctuatie: de afvoerdebieten variëren immers met de seizoenen. Bovendien is het niet evident om de ideale, minimale en maximale verblijftijd te bepalen. Daarom zijn geen criteria vastgelegd voor verblijftijd, maar wordt deze parameter als toegevoegd als belangrijke verklarende parameter. Trends in verblijftijd zullen bijdragen in het inzicht in verschillende toetsparameters.
De verblijftijd wordt sterk door de mens beïnvloed. Verblijftijd is afhankelijke van de tijamplitude, het volume en het netto debiet. Alle drie zijn door menselijke ingrepen gewijzigd. Tijamplitude en volume zijn beïnvloed door grote ingrepen zoals inpolderingen en baggerwerken. Veranderingen in het netto debiet spelen vooral in de opwaartse delen van het estuarium een belangrijke rol. Dit debiet wordt in belangrijke mate beïnvloed door maatregelen in het bekken: versneld afvoeren van regenwater versus waterretentie in wachtbekkens. De belangrijkste impact op de verblijftijd vormt wellicht het sluisbeheer. Grote hoeveelheden zoetwater worden vanuit de Bovenschelde omgeleid om kanalen te voeden. In de zomer kan hierdoor het zoetwaterdebiet dat het estuarium te Gent bereikt, kortstondig tot nul herleid worden. Zelfs negatieve debieten werden geregistreerd: water uit het estuarium voedt dan de Gentse binnenwateren.
6.8.3 Te bepalen parameters
Verblijftijd
Verblijftijd wordt per Scheldezone (niveau 3) berekend, per maand. In het zoete deel van het estuarium wordt de verblijftijd in het zomerhalfjaar twee maal per maand bepaald. Deze zone is immers gevoelig aan sterke schommelingen in verblijftijd.
De bepaling gebeurt best modelmatig. Diverse modellen bestaan hiervoor. De verblijftijd kan ook berekend worden aan de hand van de formule vermeld onder 6.8.1, gebruik makend van saliniteit gegevens.
Trends in verblijftijd worden opgesteld. Minima en maxima worden geanalyseerd, evenals schommelingen in de verblijftijd.