Verschillende schalen: van embryoduin via stuifdijk tot eilandkern

in allerlei soorten en maten voor: van klein tot zeer groot (embryoduin versus hele duinboogcomplex of duinengordel), van cirkelvormig tot langwerpig, van tijdelijk tot semipermanent, van aangroeiend tot inkrimpend, van zeer zoet tot licht brak etc.

Hoe de grootte en vorm van de zoetwaterlens afhangen van duinbreedte, verticale weerstand van de ondergrond en het systeem (langwerpig of cirkelvormig), is weergegeven in Fig.7.10 voor de in Fig.7.1 aangegeven parameterwaarden van het zoete en zoute grondwater, eiland of duinstrip, en met verticale weerstand c = 0 of c = 1500 dagen.

We zien in Fig.7.10 een vrijwel lineaire toename van de maximale hoogte van de grondwaterstand (H), maximale diepte van de onderkant van de zoetwaterlens (Z), vormingstijd van de lens (t99) en lengte van de zoetwatertong onder zee (L). Een toename van de verticale weerstand (van 0 tot 1500 dagen) leidt tot een aanzienlijke verhoging van H, t99 en L, en verlaging van Z. En tenslotte, een cirkelvormig eiland levert logischerwijs een kleinere lens (ca. 30% kleiner) op dan een langwerpige (in principe oneindig lange) lens.

FIG. 7.10. Hoogte van de grondwaterspiegel (H), diepte van onderzijde zoetwaterlens (Z), vormingstijd (t0.99) en lengte zoetwatertong onder zee (L), met en zonder kleilaag (met weerstand c = 1500 d), als functie van de breedte van een langwerpig duinsysteem aan 1 zijde grenzend aan zee (boven) en diameter van een cirkelvormig eiland (onder). Berekeningen met het programma HYDROLENS met standaard randvoorwaarden zoals afgebeeld in Fig.7.1.

126

TABEL 7.2. Output van HYDROLENS berekeningen voor zoetwaterlenzen na bereiken evenwicht, met variabele doorsnede (2R) of breedte (B), met verschil in verticale weerstand van de ondergrond (c), en met verschil in zoutconcentratie van het onderliggende brakke/zoute grondwater .

De condities komen overeen met die in Fig.7.1. Grondwateraanvulling R = 0,45 m/j.

H = maximale grondwaterspiegel bij X=0 (midden); Z = maximale diepteligging zoet/zout gensvlak (8.300 mg Cl/L) bij X=0; t99 = tijd nodig voor vorming van 99% van zoetwaterlens; L = lengte van zoetwatertong onder zee.

In Tabel 7.2 wordt een indruk gegeven van de grootte en vormingstijd van de zoetwaterlens voor verschillende schalen zoals frequent voorkomend op Texel en Schiermonnikoog.

Wanneer de grondwateraanvulling (R) afwijkt van de waarde 0,45 m/j waarmee gerekend is in Tabel 7.2, dan dienen de waarden van H en Z vermenigvuldigd te worden met √(R/0,45), en de vormingstijd t99 met 1/√(R/0,45).

Embryoduintjes

Voor individuele, schraal begroeide embryoduintjes met R = 0,6 m/j, een cirkelvorm en diameter van 5 m wordt zo een zoetwaterlens berekend van 1,155 x 0,18 = 0,21 m dikte met een opbolling van 0,5 cm. Uit Tabel 7.2 volgt ook, dat het veel uitmaakt hoe zout het onderliggende grondwater is. Een afnemend zoet/zout-contrast betekent een toenemende dikte van de zoetwaterlens, ongeveer met een factor 2,5 bij 2250 in plaats van 16500 mg Cl/L.

Op de lagere delen van de Hors, die dagelijks overstromen met zeewater, is het grondwater rond de geïsoleerd voorkomende embryoduinen zout (ca. 15000 mg Cl/L), zoals bij B11 (Fig.5.X). Op het Groene Strand van Schiermonnikoog is het grondwater onder de zoetwaterlenzen van de embryoduinen van de 2e generatie veel minder zout (ca. 2250-5000 mg Cl/L). De vormingstijd van de kleine zoetwaterlenzen onder embryoduintjes is gering (<1 jaar), maar zo ook de stabiliteit t.g.v. een grote kans op overstroming of erosie van het duintje. De berekeningen sluiten goed aan bij de veldmetingen op Schiermonnikoog, waar in het gebied met embryoduintjes van de 2e generatie alleen zeer ondiepe zoetwaterlenzen zijn aangetroffen (<2 m; Fig.4.X). 2R or B Z H t99 L Z H t99 L m m+MSL m+MSL years m m+MSL m+MSL years m 5 -0.18 0.004 0.3 0.1 -0.1 0.01 0.5 0.4 20 -0.71 0.014 1.1 0.5 -0.4 0.02 1.8 1.8 50 -1.78 0.036 2.8 1.3 -1.1 0.06 4.6 4.4 100 -3.56 0.07 5.6 2.6 -2.2 0.12 9.2 8.8 1000 -35.6 0.72 56.1 25.3 -21.7 1.18 92.2 86.2 2000 -71.3 1.44 112.3 48.2 -43.4 2.36 184.3 164.0 50 -2.5 0.049 4.1 1.8 -1.5 0.08 6.7 6.2 100 -4.9 0.10 8.2 4 -3.0 0.16 13.4 12 1000 -49.5 0.99 81.6 36 -30.1 1.62 133.9 122 2000 -98.9 1.98 163.1 68 -60.3 3.25 267.8 232 5 -0.45 0.001 0.7 0.1 -0.3 0.00 1.1 0.4 20 -1.80 0.006 2.8 0.5 -1.1 0.01 4.6 1.8 50 -4.50 0.014 7.0 1.3 -2.7 0.02 11.4 4.4 100 -9.00 0.029 13.9 2.6 -5.5 0.05 22.9 8.8 1000 -90.0 0.289 139.3 25.3 -54.8 0.47 228.8 86.2 2000 -179.9 0.578 278.7 48.2 -109.6 0.95 457.5 164.0 50 -6.4 0.02 10.3 2 -3.9 0.03 16.9 6 100 -12.7 0.04 20.6 4 -7.7 0.06 33.8 12 1000 -127.1 0.39 206.1 36 -77.4 0.64 338.3 122 2000 -254.1 0.78 412.1 68 -154.8 1.29 676.6 232 Circular, R = 0.45 m/y, Cl-S = 2250 mg/L Elongated, R = 0.45 m/y, Cl-S = 2250 mg/L Circular, R = 0.45 m/y, Cl-S = 16500 mg/L Elongated, R = 0.45 m/y, Cl-S = 16500 mg/L c = 0 days c = 1500 days

127

FIG. 7.11. Afwijkende hydrologische situatie met een zoetwaterlens onder een embryoduincomplex op de Hors, met hellende grondwaterspiegel. De lensvorm kan benaderd worden met een cirkelvormig eiland of met een lens, waarvan de berekeningswijze is aangegeven. In beide gevallen komen we uit op een maximale dikte van de zoetwaterlens van ~3,5 m. De vorm wijkt natuurlijk wel af tussen beide benaderingen.

Wanneer embryoduinen aaneengroeien neemt de kans op overstroming en erosie af, zodat de zoetwaterlens kan doorgroeien, b.v. naar enkele meters dikte (Tabel 7.2).

Een iets afwijkende situatie ontstaat waar een embryoduin(complex) zich bevindt op een locatie met duidelijk hellende grondwaterspiegel, zoals op de Hors (Fig.7.11). Ook dan kan de lens berekend worden, namelijk zoals aangegeven in Fig.7.11.

Stuifdijken

De meeste stuifdijken, waaronder die op Schiermonnikoog en op/achter de Hors van Texel zijn 50-120 m breed. Voor een 100 m brede stuifdijk met redelijk dichte begroeiing zoals die op Schiermonnikoog (R=0,45 m/j) komen we via Tabel 7.2 uit op een 3-13 m dikke zoetwaterlens, afhankelijk van (a) het zoutgehalte onder de lens en (b) de c-waarde (verticale weerstand) van het aquifersysteem. De meetgegevens suggereren een Cl- concentratie van 2250 mg Cl/L op Schiermonnikoog, zodat een ~13 m dikke zoetwaterlens waarschijnlijk is indien c = 0 dagen (en ~8 m indien c =2250 d, wat onwaarschijnlijk is). Daarbij hoort een smalle zone van kwel, met minimale breedte vergelijkbaar met parameter L (orde 4 m). Door afzetting van slibhoudend materiaal aan de voet van de stuifdijk en een hogere c-waarde kan deze zoete kwelzone zich verbreden, waarbij tijdens hoge grondwaterstanden oppervlakkige afvoer van zoet kwelwater kan optreden.

De dikte van de overgangszone onder de zoetwaterlens (van ~50 naar 2250 mg Cl/L) bedraagt gemiddeld slechts 1,9 m volgens berekening.

Het verwijderen van de stuifdijk ten zuiden van het oostelijke deel van het Groene Strand op Schiermonnikoog heeft natuurlijk tot gevolg dat de zoetwaterlens onder de stuifdijk verdwijnt en daarmee ook de kwelzone aan zijn noordzijde. Daar profiteert de Groenknolorchis van deze zoete kwel, en zal derhalve verdwijnen als de stuifdijk verdwijnt.

De zoetwaterlens onder de Kobbeduinen, ten zuiden van de westhoek van de strandvlakte aldaar, is waarschijnlijk 20 m dik en zorgt dankzij een duinbreedte van 250 m voor een minimaal ~10 m brede zoete kwelzone. Deze zone blijft behouden, is daadwerkelijk in het veld gemeten en was ook zichtbaar aan afwijkende vegetatie.

Meer westelijk, waar de stuifdijk ontbreekt en het brede duingebied zoet grondwater naar het strand doet stromen, wordt een minimaal 68 m brede zoete kwel zone voorspeld (bij een duinbreedte van 2000 m). AB11 B11 B A ~100 m

Groundwater isohyps of the phreatic groundwater, August & September 2013 Crossection

Vegetation boundary indication for crossection Vegetation area (ha)

Shallow profile August 2013, by VU auger Shallow profile March-April 2013, by VU auger

Ground level (year 2011) AHN-2 (m+NAP) -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 H0 H1 Dx X1 X0 B11 AB11 Distance (m) NAP NW SE R2 R1 R3 DX = -R2 (X1 - X0) ΔX / (Kh ΔH)

128