6.3.1 Achtergrond
Een van de belangrijkste kenmerken van estuaria is de saliniteitsgradiënt. Deze start opwaarts waar zoetwater het estuarium binnenkomt vanuit de zijrivieren. In afwaartse richting neemt de saliniteit toe, naarmate er meer en meer zeewater wordt vermengd onder het zoete rivierwater. Deze gradiënt is bepalend voor het voorkomen van diverse soorten. Saliniteit is een van de belangrijkste factoren die de diversiteit beïnvloedt en bepaalt structurele en functionele kenmerken van aquatische biota in estuaria.
Organismen die aangepast zijn aan een verhoogde saliniteit worden halofyten genoemd. Daarnaast zijn er de euryhaliene organismen die een brede saliniteitsrange tolereren. Deze soorten hebben vaak wel een geleidelijke overgang van zoet naar zout nodig. Het tegenovergestelde van euryhaliene soorten zijn stenohaliene soorten.
In estuaria is de saliniteit(sgradiënt) een van dé hoofdfactoren die het soortenpalet van het macrobenthos zullen bepalen (zie bijvoorbeeld Wolff, 1973).
Tussen een saliniteit van 0,5 en 10 PSU worden de meeste zoetwater fytoplanktonsoorten vervangen door mariene soorten (Lionard et al, 2005). In de Schelde wordt een successie waargenomen van typische zoetwaterdiatomeeën zoals Cyclotella en Stephanodiscus bij 0,5 PSU naar mariene diatomeeën zoals Thalassiosira soorten, Skeletonema costatum en Ditylum
brightwellii boven 10 PSU (Lionard et al., 2005) wat onder andere toe te schrijven is aan de
saliniteit. Meeste fytoplanktonsoorten zijn stenohalien en zijn onderhevig aan osmotische stress bij een blootstelling aan saliniteitsveranderingen. In het brakke gedeelte van de Schelde kunnen verschillende saliniteitszones met specifieke fytoplankton gemeenschappen onderscheiden worden (Lionard et al., 2005) wat erop wijst dat verschillende brakwater fytoplanktonsoorten verschillende saliniteitstoleranties hebben.
De zone tussen 5 en 8 PSU wordt aangeduid als kritische saliniteitszone welke een barrière vormt waardoor de belangrijkste fauna en ecologische groepen van aquatische organismen worden gescheiden. Brakke wateren worden gekenmerkt door een lage soortenrijkdom met zouttolerante soorten. Alkaliniteit en hoeveelheid opgeloste anorganische koolstof nemen af naarmate saliniteit toeneemt. Toxiciteit van verschillende metalen neemt doorgaans af wanneer de saliniteit toeneemt.
De saliniteit van water is afhankelijk van neerslag, verdamping, water aan- en afvoer naar zijkanalen en import vanuit zee via het getij. Tijdens een warme zomer zal de gradiënt stroomopwaarts schuiven door verminderde afvoerdebieten aan zoetwater om de zoutintrusie via het getij weg te spoelen. Meer verdamping in de zomer zorgt ook voor stijgende zoutgehaltes, wat zich vooral kan uiten in de intergetijdengebieden. Saliniteit varieert dus in ruimte en tijd.
Saliniteit is een fysische indicator die op zichzelf invloed heeft op de fysico-chemie van het systeem (zie Figuur 6-1). Saliniteit bepaalt bijvoorbeeld de hoeveelheid opgeloste zuurstof: deze neemt af naarmate de saliniteit toeneemt. Daar waar zoet met zout water mixt, ontstaat een turbiditeitsmaximum wat belangrijk is voor sedimentatieprocessen. Daarnaast beïnvloedt saliniteit de biobeschikbaarheid en toxiciteit van zware metalen.
Figuur 6-1: Impact van saliniteit op het estuarium (Uit Meire en Maris, 2008).
De Schelde kan opgedeeld worden in verschillende saliniteitszones op basis van zoutgehalte. Deze indeling vormt de basis voor de zonering binnen de Evaluatiemethodiek (zie hiervoor het hoofdstuk Inleiding).
Evaluatiemethodiek Schelde-estuarium Waterkwaliteit
Tabel 6.1: indeling van het estuarium volgens chloride gehalte (Venice system)
Chloridegehalte Locatie limnetisch of zoet:
< 0,3g Cl-/l
Compartiment 15 tot 19 + zijrivieren Durme, Dijle, Zenne, Grote Nete, Kleine Nete
oligohalien of zwak brak: 0,3g Cl-/l tot 3g Cl-/l Compartimenten 13 en 14 + Rupel mesohalien of brak: 3g Cl-/l tot 10g Cl-/l A-mesohalien: 3 - 5,5 B-mesohalien: 5,5 - 10
Sterk variabel, in compartimenten 7, 9 en 10 en bij lage debieten tot 11 en 12
Compartiment 6 en 7, variabel in compartimenten 4, 5, 9 en 10 polyhalien: 10g Cl-/l tot 18g Cl-/l Compartiment 1 tot 4 euhalien of zout: >18g Cl-/l Sporadisch in compartiment 1
Voor saliniteit in getijdenrivieren zijn binnen wettelijke kaders voor fysico-chemie van oppervlaktewater geen normen of criteria geformuleerd, wegens niet relevant (Evers, 2006). Zout en zoutschommelingen zijn nu eenmaal inherent aan estuaria. Toch is het meer dan duidelijk dat menselijk ingrijpen een invloed heeft op het zoutgehalte in het estuarium, en dat fluctuaties in dit zoutgehalte, al dan niet veroorzaakt door menselijk ingrijpen, een belangrijke verklarende factor kunnen vormen voor tal van processen.
Factoren die getijvoortplanting en zoutintrusie bepalen komen aan bod in de communicatie- indicatoren Dynamiek Waterbeweging en Bevaarbaarheid. Een verdieping kan ervoor zorgen dat het getij verder doordringt. Naast ingrepen in de morfologie, is door menselijk ingrijpen ook de zoetwatertoevoer naar het estuarium ingrijpend gemanipuleerd. Grote debieten zoetwater worden van het estuarium weggeleid, in hoofdzaak om kanalen te voorzien van een voldoende grote toevoer aan zoetwater. Het debiet van de Bovenschelde wordt ’s zomers vaak voor meer dan de helft omgeleid naar kanalen, en komt niet meer terecht in de meest stroomopwaartse zone van het estuarium. Bij langdurige droogte zijn er zelfs dagen dat helemaal geen bovendebiet vanuit de Schelderivier in het estuarium komt. Dit heeft uiteraard gevolgen voor het functioneren van het ecosysteem. De verblijftijden nemen sterk toe, wat de eutrofiëringsproblematiek extra in de verf zet. De invloed op het zoutgehalte is ook evident: de zoutgrens schuift op in het estuarium.
6.3.2 Effecten van veranderingen in zoutgehalte
We beschouwen binnen deze evaluatiemethodiek 4 aspecten die als verklarende factor aangewend kunnen worden.
Verschuiving (lange termijn)
Verschuivingen op lange termijn (enkele jaren tot decennia) in het zoutgehalte kunnen leiden tot verschuivingen in de soortendiversiteit en verschuivingen in het ecosysteemfunctioneren. De huidige volledige gradiënt van een zout over een brak naar een zoet estuarien ecosysteem is zeer waardevol en vrij zeldzaam geworden in Europa. In de lange termijnvisie wordt duidelijk naar voren geschoven deze karakteristieke gradiënt te beschermen. Het onderzoeken van trends in saliniteit is dus zeker aan de orde.
Schommeling (middellange termijn)
Langzame toename van de saliniteit leidt tot verschuivingen in de soortendiversiteit. Schommelingen op kortere termijn (seizoenen) kan leiden tot toenemende zoutstress, en kan grote gevolgen hebben voor het ecosysteem. Na een paar maanden met lage debieten, kan het zoutgehalte langzaam toenemen, om na een periode van hevige regenval plots weer sterk te dalen. Zo kunnen organismen binnen een periode van enkele maanden blootgesteld worden aan een brede zoutrange.
Zoutstress (schommelingen binnen 1 tijbeweging)
Omdat er een zoutgradiënt bestaat langsheen de lengteas van het estuarium, zal door de beweging van het getij het zouthalte op elke plaats in het estuarium op en neer gaan met die tijbeweging. Hoe sterker de zoutgradiënt en hoe groter de tijexcursie, hoe groter ook de zoutschommelingen binnen 1 tijbeweging. Dit kan een belangrijke stressfactor zijn voor benthische organismen: binnen 1 tijbeweging moeten zij een grote range in zoutgehalte kunnen trotseren. Pelagiale organismen daarentegen kunnen mee bewegen met het getij en kunnen zo min of meer binnen de zelfde saliniteitsklasse blijven.
Stratificatie
Saliniteit kan toenemen met de waterdiepte als het systeem niet goed gemengd is. Er kan een zoutwig ontstaan die onder een zoetwatermassa door migreert. Er ontstaat dan stratificatie, welke grote gevolgen kan hebben voor het ecosysteemfunctioneren, met onder andere ingrijpende gevolgen voor de indicator zuurstof of nutriënten en organische belasting. De Schelde wordt echter verondersteld een voldoende goed gemengd systeem te zijn, waardoor men aanneemt dat er geen stratificatie optreedt. Enkel rond kentering kan momenteel een zwakke stratificatie optreden, die beperkt is in de tijd en bijgevolg geen grote ecologische gevolgen kent.
6.3.3 Te bepalen parameters
Saliniteit is een maat voor de hoeveelheid opgeloste zouten, in hoofdzaak natriumchloride, maar ook magnesium, calciumsulfaten, bicarbonaten in het water. Saliniteit wordt vaak uitgedrukt in aantal deeltjes per duizend (ppt) of 0/00. Echte metingen van saliniteit zijn complex en gebeuren meestal niet standaard in het Schelde-estuarium. Vaak worden wel omrekeningen van geleidbaarheid naar saliniteit gemaakt, of van geleidbaarheid naar Chloride-gehalte. Deze benadering van de saliniteit moet met de nodige voorzichtigheid gebeuren, omdat zeker bij lage concentraties aan chloride, deze omrekening niet steeds nauwkeurig is. De geleidbaarheid en saliniteit worden in hoofdzaak bepaald door de aanwezige Cl--ionen, maar in het zoete, waar het gehalte aan chloride uiteraard veel lager is, vormen ook andere ionen een belangrijke bijdrage aan de geleidbaarheid.
Voor deze Evaluatiemethodiek wordt voorgesteld om trends in zoutgehalte steeds uit te drukken in chloride gehalte. In het zoete zijn voldoende chloride metingen voorhanden. In het brakke en zoute deel van de Schelde is dit minder het geval, maar is de omrekening vanuit saliniteit of specifieke geleidbaarheid betrouwbaar.
Verschuiving (lange termijn)
Om verschuivingen in het zoutgehalte te detecteren, wordt per zone (niveau 3) de trends in chloride gehalte bepaald. Een visualisatie van de gegevens kan aan de hand van een surface plot voor chloride gehalte, waarop de verschillende zones in de Schelde staan afgebakend.
Evaluatiemethodiek Schelde-estuarium Waterkwaliteit
Figuur 6-2: Surface plot met chloride gehalte, ingedeeld in klassen (volgens het Venice system), met aanduiding van de Schelde zonering
Schommelingen (middellange termijn)
Als maat voor de schommelingen in zout, wordt hier voorgesteld om jaarlijks voor elke Scheldezone (niveau 3) een variatie in chloride-concentratie te bepalen volgens volgende formule (Vos & Wolff, 2001):
variatie (%) = (4 * SD/gem) * 100 met gem = jaargemiddelde chloride gehalte
SD = standaarddeviatie op jaargemiddelde chloride gehalte Zoutstress (schommelingen binnen 1 tijbeweging)
Om een inschatting van de zoutstress te bekomen, wordt nagegaan welke de maximale zoutschommeling is binnen 1 tijbeweging, per maand en per Scheldezone (niveau 3). Hiervoor zijn de maximale tijexcursie per zone en een maandelijks chloriniteitsprofiel vereist.
Aan de hand van periodieke chloridemetingen kan voor elke maand het chlorideprofiel langsheen de lengteas van het estuarium opgesteld worden. Dit lengteprofiel kan ook langsheen de Rupel opgesteld worden.
Voor de bepaling van de tij-excursie wordt gebruik gemaakt van continue data. Wanneer we veronderstellen dat de maandelijks opgemeten chloriniteitsprofielen langsheen het estuarium indicatief en relatief constant zijn voor de maand waarin ze opgemeten zijn, kunnen continue chloride data rechtstreeks omgezet worden naar de tij-excursie. Immers, onder deze veronderstelling volgt uit het opgemeten chloriniteitsprofiel een eenduidig verband tussen chloride en de locatie langsheen het estuarium. Uit de continue chloride data kan dan de horizontale beweging van de watermassa afgeleid worden. Door de extrema te bepalen en het verschil ertussen, kennen we voor elke tijbeweging de tij-excursie. Dit kan gedaan worden voor alle stations met continue data; tussen de continue meetstations wordt de maximale tij-excursie bepaald door interpolatie.
Op basis van de maximale tijexcursie en het chlorideprofiel kan vervolgens per maand de maximale chloride fluctuatie per zone worden bepaald. Door te delen door het maandgemiddelde chloride-gehalte per zone, wordt tevens de relatieve chloride fluctuatie per maand per zone bepaald. Bij stations met lage chloride gehaltes en kleine schommelingen worden de afgeleide tij- excursies minder betrouwbaar. Doordat de zoutstress op deze locaties ook zeer klein is, vormt dit geen probleem voor de verdere evaluatie.
Stratificatie
Stratificatie komt momenteel amper voor in de Schelde. Het risico op de negatieve gevolgen van stratificatie is dus zeer klein. De kans op dit fenomeen is het grootst in die zone waar zout en zoet elkaar tegenkomen, dit is de zone met de sterke saliniteitsgradiënt. Evaluatie van de verticale geleidbaarheidsgradiënt is enkel van nut in deze zone. Maandelijks wordt op basis van het verticale zoutprofiel nagegaan of er sprake is van sterke stratificatie. Wordt duidelijke stratificatie waargenomen, kan dit gevolgen hebben voor de zuurstofhuishouding nabij de bodem, en dus voor het benthos. Aangepaste metingen en een aangepaste evaluatie zijn dan nodig.