Sedimenttransporten meten in onbevaarbare waterlopen in Vlaanderen

T. Van Hoestenberghe Vlaamse Milieumaatschappij, Afdeling Water J. Eylenbosch en M . Voet

Sedimenttransport meten in

onbevaarbare waterlopen in

Vlaanderen

H e t sedim entm eetnet v a n de a fd e lin g W a te r ( V M M ) bestaat u it 18 m eetstations in het hellend gebied v a n V la a n d e re n . D e resu lta te n w o rd e n gegeven va n de 8 m eetstations die reeds 4 ja a r co n tin u de sedim entexport u it stroom gebieden m et op p ervla kte n tussen ca. 2 0 0 en 5 0 0 0 ha ín het Bovenscheldebekken bemeten.

H e t g e b ru ik v a n tu rbiditeitsensoren om de sedim entconcentratie va n de w a te rlo o p te meten w o rd t geëvalueerd. D e goede w e rk in g v a n de sensoren h a n g t a f v a n het u itschakelen v a n storende elementen vo o r de m etingen en h et bem onsteren v a n voldoende hoogw aterevents tijd e n s de ca lib ra tie p e rio d e . E e n m a a l voldoende gecaUbreerd, k u n n e n de sensoren m et grote n a u w k e u rig h e id sedim entconcentraties en se d im e n ti'ra ch te n meten.

D e gem iddelde ja a rlijk s e se d im e n ti'ra c h t vo o r de laatste 4 ja a r v a n de bemeten stroom gebieden in het Bovenscheldebekken va rie e rt va n 1 ,5 to t 4 ,7 t o n . ( h a . j) - l. E r is d a a r b ij geen a fn am e v a n de specifieke se d im e n ti'ra c h t m et toenemende stroom gebiedsoppervlakte. D o o r het grote ve rh a n g v a n de M a a rke b e e k is e r w e in ig sedimentstockage in de rivie rb e d d in g . E xtrem e zomerevents geven de grootste se d im e n ti'rach te n p e r event, m a a r w in te rsto rm e n m e t kleinere se d im e n ti'rach te n kom en m eer voor. G e m id d e ld genomen over de p e rio d e 2 0 0 3 - 2 0 0 6 hebben zom er- en w in te rs to rm e n ongeveer een even g ro o t a a n d e e l in de to ta le sedim entexport. H e t is d a n ook b e la n g rijk langere tijdreeksen te hebben, zo d a t n ie t alleen ja re n m et o f zonder extrem e storm en w o rde n bemeten.

WATER

1. In le id in g

D o o r het to e ne m e n d belang van de s lib p ro b le - m a tie k is de to e n m a lig e a fd e lin g W a te r van A M IN A L , nu de a fd e lin g W a te r van V M M , b e ­ g on ne n m et de u itb o u w van een se d im e n tm e et­ net in het zu id e lijk (hellend) deel van V la a n d e re n . M e t d it se d im entm eetnet wenst m en m eer zicht te krijgen o p de hoeveelheid erosie, o p het aandeel van het g e ë ro d e e rd m ate ria a l d a t de w ate rlo p e n bereikt en o p de processen die hierin een rol sp e ­ len.

Het o ntbreken van m eetgegevens over se d im e n t­ b e w egingen is de rechtstreekse a a n le id in g v o o r de u itb o u w van het sedim entm eetnet. Het inschat­ ten va n s e d im e n ta tie in w a c h tb e k k e n s o f het be g ro te n van e rosiew erende m a a tre g elen dient g e fundeerd te w o rde n d o o r la n g e re tijdreeksen van se d im e n td e b ie te n . Deze d e b ie te n ku n n en vervolgens ais in p u t dienen v o o r m od e lle n v o o r de b e g ro tin g van sedim entexporten in een w ille ­ keurig stro o m g e b ie d . De verkregen inzichten in se d im e n ttran sp o rt m oeten tevens b ijd ra g e n to t de evaluatie van erosiew erende m aa tre g elen o p het veld en u ite in d e lijk resulteren in een v e rm in d e ­ ring van de kosten v o o r de ruim in g van slib in w a te rlo p e n .

2. O v e rzic h t se d im e n tm e e tn e t V M M , a fd e ­

ling W a te r

a . Situering

H e t s e d im e n tm e e tn e t va n de a fd e lin g W a te r (VM M ) bestaat uit 1 8 m eetstations in het zu id e lijk deel van V la a n d e re n (fig 1 ). Elke 1 5 m inuten zijn

m eetw aarden b e schikbaar van h e tsed im e n td eb ie t in de w a te rlo o p die het stro o m g e b ie d draineert. Het se d im e n td e b ie t van een w a te rlo o p is de h o e ­ veelheid sedim ent die per tijdseenheid d o o r de w a te rlo o p w o rd t g e tra n sp o rte e rd . Sinds 2 0 0 2 / 2 0 0 3 w o rde n 8 stro o m g e b ie d e n m et stroo m g e - b ie d so pp e rvla kten tussen ca. 2 0 0 en 5 0 0 0 ha co n tin u bem eten in het Bovenscheldebekken. V ijf m eetstations zijn gesitueerd in het stroo m g e bied van de M a a rke b e e k, 1 station bem eet een b o ­ ve n lo o p van de Z w alm en 2 stations bem eten de Plankbeek o p - en afw aarts een G O G (G e c o n ­ tro le e rd O v e rs ro m in g s G e b ie d ). In de lo o p van 2 0 0 5 / 2 0 0 6 zijn 10 stations o p e ra tio n e e l g e w o r­ d e n in d e z u id e lijk e b o v e n lo p e n v a n h e t D e m erb e kke n , m et s tro o m g e b ie d s o p p e rv la k te n tussen 2 0 0 en 10 0 0 0 ha. Een overzicht van de lig g in g van de stations in V la a n d e re n is in fig 1 w eergegeven. Bij de selectie van de s tro o m g e ­ bieden werd binnen eenzelfde hyd ro lo g isch e re ­ g io gestreefd n a a r een zo g ro o t m o g e lijke ver­ sch e id e n h e id in s tro o m g e b ie d s o p p e rv la k te s en s tro o m g e bied ske n m erken.

De bem eten stro o m g e b ie d e n zowel in het Boven­ scheldebekken ais in het zu id e lijk D em erbekken bestaan grotendeels uit leem bodem s (bodem types A o f L). De g e m id d e ld e ko rre ld ia m e te r van het se dim ent lig t tussen 1 0 en 3 0 ¡Um.

Congres Watersysteemkennis 2 0 0 6 - 2 0 0 7 W ater en Sediment

4

4

Fig 1. Situering van de sedimentstations in Vlaanderen. D e stations zijn genoemd n a a r ofwel de naam van de bemeten waterloop ofwel de naa m van de gemeente w a a rin het meetstation is gelegen. D e stroomgebieden van de meeste stations zijn ingekleurd, het stroomgebied van het station ‘Leupegem’ in het Bovenscheldebekken is gearceerd

H u ise op G O G lis e a f G O G

Schelde

Demer

WATER

b. M e e tm e th o d e

Het se d im e n td e b ie t van een w a te rlo o p w o rd t ver­ kregen d o o r gem eten w a te rdebieten en sedim ent- concentraties m et e lka a r te v e rm e n ig vu ld ig e n . De sedim entvracht van een w a te rlo o p is de som van het s e d im e n td e b ie t o v e r een b e p a a ld e tijd s ­ p e rio d e . Het w a te rd e b ie t w o rd t gem eten m et een pe ilm ete r in co m b in a tie m et ofwel een m ee tg o o t ofw el een m ee tka n a a l m et snelheidsm eter. Twee vo o rb e e ld e n van sedim entm eetstations zijn in fig 2 w eergegeven.

De sed im e n tco n ce n tra tie van de w a te rlo o p w o rd t in d irect gem eten d o o r een turbiditeitsensor, die de relatieve helderheid van het w a te r m eet. Dit is m o g e lijk o m d a t h e t s e d im e n ttra n s p o rt in de bemeten stroom gebieden hoo fd za ke lijk bestaat uit suspensietransport van lemig b o d e m m a te ria a l. De tu rb id ite it is een in directe m a a t v o o r se d im e n t­ co n ce ntra tie : naast de co n ce ntra tie van het se d i­ m ent is de tu rb id ite it van het w a te r eveneens a f­ h a n ke lijk van an d ere p aram eters van het se d i­ m ent zoals de k o rre lg ro o tte , de kleur, het gehalte aan o rg anisch m a te ria a l, ea. O m de se d im e n t­ co n ce ntra tie uit de tu rb id ite it te kunnen a fle id e n , m oet dan o o k per m ee tlo ca tie de relatie tussen s e d im e n tco n ce n tra tie s en tu rb id ite ite n b e p a a ld w o rde n . Dit g e b eu rt d o o r de se d im e n tco n ce n tra ­ ties afkom stig van g e a uto m a tise erd e staalnam es (staal w o rd t g e n om e n in functie van vera n d e ren d w a te r p e il o f t u r b id it e it ) te v e r g e lijk e n m e t turbiditeiten o p het m om e n t van iedere staalnam e.

Het regressieverband tussen sedim entconcentratie en tu rb id ite it is dan de c a lib ra tie c u rv e van de s e n s o r. Een v o o r b e e ld v a n e e n d e r g e lijk e ca lib ratie cu rve w o rd t in fig 3 w eergegeven v o o r het station 'H uise opw aarts G O G '. De sta a ln am e - p la a ts w o r d t z o d a n ig g e k o z e n d a t e r g e e n c o n c e n tra tie g ra d ië n t in het d w a rsp ro fie l a a n w e ­ zig is, bvb na een intense m en g in g afw aarts een b o d em va l (fig 2).

Het v o o rd e e l van het g e b ru ik van de tu rb id ite it­ sensor is d a t ze co n tin u m eten. In kleine hellende stroom gebieden kan de sedim entconcentratie zeer snel v e ra n d e re n , w a a rd o o r zelfs m et freq u e n te sta a ln am e s b e la n g rijk e c o n c e n tra tie w ijz ig in g e n w o rde n gem ist. In het sedim entm eetnet meten de turbiditeitsensoren elke 15 m inuten .

Fig 2. Twee voorbeelden v an sedimentstations. Links het station op de Vaanbuikbeek in het Bovenscheldebekken (zicht n a a r opwaarts tijdens laagwater), rechts het station op de H e rk te Wellen in het zuidelijk Demerbekken (zicht n a a r opwaarts tijdens hoogwater)

T urbiditeitsensor

m et afscherm kap

Staalnam eplaats

Peilm eter

Fig 3. Puntenkoppels en calibratiecurve ‘sedimentconcentratie-turbiditeit’ voor de huidige sensorconfiguraiie van het station ‘Huise opwaarts G O G ’. De puntenkoppels aangeduid door kruisjes werden ina regressietechnieken verwijderd ( ‘outliers j .

sedimentconcentratie

%

--I- +

-Turbiditeit (g/l)

WATEg

3. Resultaten

Enkel de resultaten van de stations in het Boven­ scheldebekken w o rde n besproken. De beperkte m e e tp e rio d e en het o n tbre ke n van h o o g w a te r- events laten nog geen u itspraken to e v o o r het zu id e lijk D em erbekken.

a . C alib ratiecu rves turbiditeitsensoren

V o o r a lle stations is de m e e tp e rio de m instens 4 ja a r (tabel 1). Er gebeu rd e n in die p e rio d e v o o r e lk station h o n de rd e n staalnam es, die g e b ru ikt w erden te r ca lib ra tie van de turbiditeitsensor. T ij­ dens de m e e tp e rio d e g e b e u rd e n ve rsch ille n d e w ijz ig in g e n a a n de m e e to p s te llin g o f se n so r- co n fig u ra tie . De d atum van de laatste w ijziging van de se n so rco n fig u ra tie is in tabel 1 w e e rg e g e ­ ven. V o o r elke se n sorconfiguratie m oet een aparte ca lib ratie cu rve opgesteld w o rd e n , aangezien de tu rb id ite ite n v o o r eenzelfde sed im e n tco n ce n tra tie ve randeren. V o o r de ca lib ra tie van de sensor met de h u id ig e se n so rco n fig u ra tie kunnen enkel de stalen g e b ru ik t w o rde n die g e n om e n zijn sinds de la a tse c o n fig u r a tie w ijz ig in g . V o o r h et s ta tio n 'B ro e k b e e k ' zijn zo 8 4 stalen g e n o m e n sinds de la a tste w ijz ig in g va n de s e n s o rc o n fig u ra tie in m a a rt 2 0 0 5 . M e t die 84 stalen is een c a lib ra tie ­ curve opgesteld m et een RMSE o f ge m id d e ld e fo u t van 2 ,0 2 g /l. Deze curve is g e ld ig v o o r de o m ­ zetting van tu rb iditeiten n a a rse d im e ntco n ce n tra tie va n a f m a a rt 2 0 0 5 .

De ca lib ra tie van de tu rb id ite itse n so re n steunt op m instens 8 4 ijk in g s k o p p e ls 's ta a lc o n c e n tra tie - tu rb id ite it'. Een e e n voudige lineaire regressie werd to e g e p a st o p deze ijkin g sko p p els. Extra h yd ro - gra m ke n m e rke n zoals w aterpeil o f seizoen w e r­ den niet in de regressie betrokken. De m axim um bem eten s e d im e n tc o n c e n tra tie is in e lk sta tio n g ro te r dan 2 5 g /l, in een a a ntal stations zelfs m eer

d a n 1 0 0 g /l. De RMSE van de c a lib ra tie cu rve b e d ra a g t m axim a a l 3 .7 g /l. Een vo o rb e e ld van een d e rg e lijk e c a lib ra tie c u rv e v o o r het sta tio n 'H u ise o p w aarts G O G ' w o rd t in fig 3 w e e rg e g e ­ ven. V ia re g re s s ie te c h n ie k e n zjin een a a n ta l ca lib ra tie ko p p e ls niet w e e rh o u d e n bij het o p ste l­ len van de ca lib ra tie cu rve , deze 'o u tlie rs ' w o rde n in de fig u u r d o o r kruisjes a a n g e d u id .

b. A c c u ra a th e id turbiditeitsensoren

D o o r tu rb id ite ite n om te zetten m et de c a lib ra tie ­ curve van de sensor, w o rd e n 'ru w e ' se d im e n t- co n ce n tra tie s b e ko m e n . De 'b e s t b e sch ikb a re ' se d im entconcentraties w o rde n b e kom en d o o r de 'ru w e ' se d im entconcentraties te co rrig e ren indien d e z e te v e e l a fw ijk e n v a n d e s ta a ln a m e - concentraties (fig 4). D o o r de g rote hoeveelheid stalen tijdens praktisch a lle h o o gw aterevents kan ervan uitg e ga a n w o rden d a t de 'b e s t beschikbare' se d im entconcentraties zeer b e tro u w b a a r zijn.

Het doei van het g e b ru ik van de turbiditeitsensoren is, éénm aal deze v o ld o e n d e zijn g e ca lib re e rd , de fre q u e n te en in te n s ie v e w a te rs ta a ln a m e s b ij h o ogw aterevents te kunnen stoppen. B e la n g rijk is te weten w a n n e e r een sensor 'v o ld o e n d e ' is g e calibreerd. W a t bepalend is v o o r een geslaagde ca lib ra tie , is d a t er v o ld o e n d e stalen g e n om e n zijn v o o r het v o lle d ig e b e re ik van tu rb id ite ite n . V o o r de m axim um tu rb id ite ite n , die enkel v o o r­ kom en bij de grootste storm en ('sto rm ' in de zin van neerslagevenem ent), is sta a ln am e het m oe i- lijkst. U it fig 3 kan afg eleid w o rde n d a t er v o o r het station 'H u ise op w a a rts G O G ' veel monsters zijn g e n om e n to t tu rb id ite ite n van o n g eve e r 2 0 g /l, m a a r d a t stalen bij g rotere tu rb id ite ite n ze ld ­ zaam zijn.

Tabel 1. Meetperiode, a a n ta l stalen en calibratiegegevens v an de turbiditeitsensoren voor de verschillende stations in het Bovenscheldebekken

Station Start m etingen Totaal a a n ta l stalen Laatste w ijzig in g se n so r-co n fig u ra tie

A a n ta l stalen sinds laatste

w ijzig in g se n so r-co n fig u ra tie

RMSE c a lib ra tie ­ curve ( g / l ) M axim a le co n ce ntra tie ( g / l ) B roekbeek 0 7 /2 0 0 2 3 4 8 0 3 / 2 0 0 5 84 2 ,0 2 2 7 Etikhove 0 7 / 2 0 0 2 791 0 8 / 2 0 0 5 1 4 3 0 ,7 3 8 5 D o n d e rij 1 0 /2 0 0 2 4 8 4 0 7 / 2 0 0 5 1 8 9 1 ,0 9 4 6 M aa rke -K e rke m 0 1 / 2 0 0 3 4 2 2 0 1 / 2 0 0 3 3 6 5 1 ,5 2 6 8 Leupegem 11 /2 0 0 2 3 8 3 0 8 /2 0 0 4 124 1 ,4 3 2 9 Huise o p w aarts G O G 0 6 /2 0 0 2 5 9 5 1 2 /2 0 0 4 2 4 4 1 ,9 7 5 8

Huise afw aarts G O G 0 6 /2 0 0 2 411 1 2 /2 0 0 4 1 0 3 1 ,0 8 122

V a a n b u ik-b e e k 1 2 /2 0 0 2 4 0 5 1 2 /2 0 0 4 114 3 ,7 0 111

WATER

Fig 4. Correctie van ‘ru w e ’ sedimentconcentratie ( turbídíteitsmetíng omgezet met calibratiecurve) voor het hoogwaterevent van 4 /7 /2 0 0 5 voor het meetstation ‘Huise opwaarts G O G Tussen 4h en 6h is er een groot verschil tussen ruwe sedimentconcentratie en staalnameconcentratie, mogelijks door verstoring van de turbiditeitsensor door v u il in de waterloop. Voor de berekening van ‘best beschikbare’ sedimentconcentraties werden de ruwe sedimentconcentraties tussen 4h en 6h herschaald totdat betere overeenkomst met staalnameconcentraties werd verkregen.

U) _CO

Debiet (Q, m 3/s)

'R uw e'sed im entco ncen tratie berekend uit turbiditeit (GFM, g/l)

LL_

'Gecorrigeerde' sedim entconcentratie, aa ngep ast aan stalen (GFM, g/l) S edim entconcentratie w aterstaal (GFM, g/l)

4 0

-2 0

0 ,5

-0

,

0

-04/07/2005

02:00

04/07/2005

06:00

04/07/2005

10:00

Time t

Eenm aal stalen zijn g e n om e n v o o r het vo lle d ig e tu rb id ite itsb e re ik, kan aan de hand van regressie- technieken de ca lib ratie cu rve w orde n opgesteld (fig 3). De kw a lite it van de regressie en b ijg e vo lg de m ate van ca lib ra tie van de sensor kan g e ë va ­ lueerd w o rde n aan de hand van statistische p a ­ ram eters zoals RMSE, breedte van het b e tro u w ­ b a a rh e id sin te rva l, ....

D a a rn a a st m oe t de ca lib ra tie van de sensor o o k g e ëvalueerd w orde n d o o r na te g a a n hoe n a u w ­ keurig de sedim entvracht w o rd t gem eten m et b e ­ hulp van de sensor. De se d im entvracht w o rd t im ­ m ers n ie t a lle e n b e p a a ld d o o r de s e d im e n t­ co n ce ntra tie , m a a r o o k d o o r het d e b ie t van de w a te rlo o p . O m d it na te g a a n , w orde n de o n g e ­ co rrig e e rd e o f ruwe sedim entvrachten (d.i. ruwe s e d im e n tc o n c e n tr a tie s v e r m e n ig v u ld ig d m e t debielen) vergeleken m et de 'b e s t b e sch ikb are ' s e d im e n tv r a c h te n ( d .i. 'b e s t b e s c h ik b a r e ' s e d im e n tc o n c e n tr a tie s v e r m e n ig v u ld ig d m e t de bielen) v o o r eenzelfde p e rio d e . De a fw ijkin g tussen b e id e s e d im e n tv ra c h te n m o e t zo kle in m o g e lijk zijn. Deze berekening g e b eu rd e v o o r de p e r io d e v a n a f d e la a ts te w ijz ig in g a a n d e se n so rco n fig u ra tie (tabel 1). In fig 5 w o rd t de a f­ w ijkin g van de ruwe se d im entvracht ten opzichte van de 'b e s t be sch ikb are ' se d im entvracht w eer­ gegeven ('b e st b e s c h ik b a re ' se d im e n tvra ch t = 1 00% ). De a fw ijk in g b e d ra a g t m a xim a a l 2 2 % v o o r het station 'V a a n b u ik b e e k '.

WATER

De se d im entvracht werd eveneens berekend met boven- en o n dergrens van het 9 5 % b e tro u w b a a r­ heidsinterval van de ca lib ra tie cu rve (fig 5). M en be ko m t aldus een b e tro u w b a a rh e id sin te rva l van de ruwe sedim entvrachten. De g ro o tte van d it in ­ terval geeft de m o g e lijke fo u t o p de se d im e n t­ vrach t a an bij het g e b ru ik van de ca lib ratie cu rve .

U it ve rg e lijkin g tussen ruwe en 'b e st be sch ikb are ' sedim entvrachten kunnen 2 extra criteria a fg eleid w o rde n om na te g a a n in hoeverre de c a lib ra tie van de sensoren vo ld o e t: het verschil tussen de ruwe sedim entvrachten en de 'b e s t be sch ikb are ' sedim entvrachten en de g ro o tte van het b e tro u w ­ baa rh e id sin te rva l van de ruwe sedim entvracht.

Bij 6 van de 8 stations is de ve rbetering van de 'ru w e ' sedim entvrachten n a a r de 'b e s t beschik­ b a re ' vrach te n m a rg in a a l (verschil kle in e r dan 1 0%). De tu rb id ite itse n so r is dus v o o r de meeste stations in staat om m et g ro te n a u w ke urig h e id de sedim entvrachten te vo o rsp e lle n . Deze n a u w ke u ­ righeid g e ld t enkel v o o r schattingen van sedim ent­ vrachten van la ngere periodes. D o o r de c a lib ra ­ tiecurve van de tu rb id ite itsm e te rte gebruiken w o rdt de sp re id in g in se d im e n tco n ce n tra tie v o o r e e n ­ zelfde tu rb id ite it im m ers u itg e m id d e ld . Bij schat­ tin g van sedim entvrachten v o o r a p a rte storm en kan de fo u t veel g ro te r d an 1 0% zijn.

V o o r vie r van de 6 hierboven ve rm elde stations is het 9 5 % b e tro u w b a a rh e id sin te rva l van de ruwe se d im e n tvra ch t o p v a lle n d sm al nl. kle in e r dan

Fig 5. Vergelijking v an ruw e sedimentvrachten en sedimentvrachten bekomen door toepassing v a n het 9 5 % betrouwbaarheidsinterval van de calibratiecurve met ‘best beschikbare’ sedimentvrachten ( ‘best beschikbare‘ sedimentvrachten = 100 % )

0) +■» . e

1

12(^

c

L\ _{Berekende sedim entvracht}

a ahv bovengrens betrouwbaarheidsinterval calbratiecurve

Li ¿\

Is.

Berekende sedim entvracht _ ahv ondergrens V betrouwbaarheidsinterval calbratiecurve n m i >

«

A

1

\

Berekende sedim entvracht ahv calibratiecurve m 1 0 ° " S g 1 90- a> I 80-§ +■»

1

♦

\

X7

7

\

7

7

t A

\

7

i

>

s

7

V

5

w

\

\

X

X X

X

_%

\

\

s

V

_%

b

°c

b

\

1 5%. V o o r deze 4 stations kan de sta a ln am e b e ­ perkt w o rde n to t co n tro le sta le n . C o n tro le sta le n m o e te n w ijz ig in g e n in s e d im e n tk e n m e rk e n o f sensorinstellingen (bvb d rift van m eetsignaal d o o r ve ro u d e rin g toestel) a a n to n e n . Indien de c a li­ b ratiecurve sig n ifica n t verschilt bij het in rekening brengen van de co n tro le sta le n , kan de c a lib ra ­ tie cu rve a a n g e p a st w o rd e n . Ais fre q u e n tie van co n tro le sta a ln a m e kan bvb. bem onsteren van 1 storm per seizoen én alle extrem e storm en g e k o ­ zen w orden.

van de sedim entvracht van het zomerseizoen (april to t en m et septem ber) gegeven ten opzichte van de se d im entvracht van het vo lle d ig e jaar, en d it zowel ais g e m id d e ld e van de laatste 4 ja a r ais van een ja a r m et extrem e zom erstorm en nl 2 0 0 5 . O o k de 'to p - 3 ' van storm en van de a fg e lo p e n 4 ja a r w o rd t in de tabel w eergegeven, m et het a a n ­ deel van de g e cu m u le e rd e se d im e n tvra cht van de storm in de ja a rlijkse se d im e n tvra cht van het ja a r w a a rin de storm zich vo o rd o e t.

V o o r h et s ta tio n 'V a a n b u ik b e e k ' is h et 9 5 % b e tro u w b a a rh e id sin te rva l kle in e r dan 15% , m a a r o nd ersch a t de ruwe se d im e n tvra cht de 'b e s t b e ­ sch ikb a re ' se d im e n tvra cht m et ruim 2 0% . Dit is w e llich t te w ijten aan een ond ersch a ttin g d o o r de ca lib ratie cu rve van de se d im e n tco n ce n tra tie van enkele g rote storm en. Extra stalen bij h o o gw ate r- co n d itie s zijn n o o d z a k e lijk v o o r d it station. En­ kele stations hebben een g ro o t b e tro u w b a a rh e id ­ s in te rv a l va n s e d im e n tv r a c h te n : B ro e k b e e k , D o n d e rij, Huise afw aarts G O G . O o k v o o r deze stations kunnen de staalnam es nog niet g e re d u ­ ceerd w o rde n to t controlestalen.

e. O v e rzic h t sed im en tvrachten

WATER

Een overzicht van de sedim entvrachten (per o p - p e rvlakte-eenheid van stroo m g e bied ) van de la a t­ ste 4 ja a r w o rd t v o o r de verschillende stations in fig 6 w eergegeven. In tabel 2 staat naast de g e ­ m id de ld e specifieke sedim entvracht (d.i. se dim ent­ vracht p e ro p p e rvla kte -e e n h e id van stroom gebied) van de p e rio d e 2 0 0 3 - 2 0 0 6 tevens het aandeel

e

4

4

Fig 6. Overzicht van de specifieke sedimentvrachten (to n .fh a .j)1) van de laatste 4 ja a r voor de verschillende sedimentstations Bovenscheldebekken. V ijf van deze sedimentstations liggen in het. stroomgebied van de Maarkebeek

het

_ 5

re

1 4

5

c

E

■ 2003

■ 2004

■ 2005

M 2006

■ gemiddelde 03-06

BroekbeeK 223 ha Etikhove, 281 ha Donderij, 336 ha MaarkE-Kerkem, 2622Lba____

Leupegem, 4947 ha^ Huise opw. GOG, _________ — ' 479 ha

Huise afw. GOG, 479 ha

VaanbuikbeeK 229

Stroomgebied Maarkebeek

G esteld d a t de bem eten p e rio d e representatief is v o o rd e la n g e -te rm ijn sw a a rd en , kunnen vo lg e n de b e vindingen uit de analyse van sedim entvrachten van 2 0 0 3 to t en m et 2 0 0 6 w o rde n g e h a a ld :

• Er zijn sterke verschillen in specifieke se dim ent­ export tussen de stroom gebieden. Deze verschil­ le n z ijn d e e ls te v e rk la r e n d o o r s tr o o m - gebiedskenm erken zoals h e llingsgraad, bodem - types, b o d e m g e b ru ik ,.... Z o hebben de stro o m ­

geb ie de n m et de grootste specifieke se dim ent­ e xport (nl. de stations D o n d e rij en V a a n b u ik- beek) o o k de grootste g e m id d e ld e helling van het stro o m g e b ie d . De relatie tussen se dim ent­ export en stroo m g e bied ske n m erke n m oe t nog m eer in detail w o rde n onderzocht.

• Het is o p va lle n d hoe de bem eten s tro o m g e ­ bieden o n a fh a n k e lijk van e lk a a r reageren v o o r de hoogste se d im e n tg o lve n , ond an ks hun g e o

-Tabel 2. Gemiddelde specifieke sedimentvrachten voor de periode 2003-2006 (to n .fh a .j)1), aandeel sedimentvracht van het zomerseizoen (a pril tot en met september) in totale

jaa rvra ch t voor het ja a r 2005 en aandeel van de sedimentvracht van de zomerseizoenen ín de totale jaa rvra ch t voor de periode 2003-2006. Rechterkolommen: 3 stormen met grootste aandeel in sedimentvracht voor de periode 2003-2006 (tussen haakjes: aandeel in % van de gecumuleerde sedimentvracht. tijdens storm in de jaa rvra ch t van het ja a r w aa rin de storm voorkomt)

Station op p ervla kte

stro o m ­ g e b ie d (ha) g e m id d e ld e se d im e n tvra cht 2 0 0 3 - 2 0 0 6 (to n .(h a .j)'1) a a n de e l zo m e r in 2 0 0 5 (%) a a ndeel zo m e r laatste 4 jaar(%)

storm 1 storm 2 storm 3

Broek-beek 2 2 3 1 ,5 4 73 5 5 0 8 / 0 6 / 2 0 0 3 (30%) 2 1 / 0 1 / 2 0 0 4 (30%) 4 / 0 7 / 2 0 0 5 (29%) Etikhove 281 1 ,8 9 71 5 0 0 2 / 0 6 / 2 0 0 3 (30%) 0 8 / 0 6 / 2 0 0 3 (20%) 1 4 / 0 1 / 2 0 0 4 (32%) D o n d e rij 3 6 6 2 ,8 4 8 8 5 3 2 8 / 0 5 / 2 0 0 6 (39%) 2 0 / 0 8 / 2 0 0 5 (32%) 0 3 / 0 1 / 2 0 0 3 (35%) M a a rke-Kerke m 2 6 3 8 1 ,7 2 81 4 4 1 6 / 0 1 / 2 0 0 4 (52%) 0 4 / 0 2 / 2 0 0 3 (46%) 0 5 / 0 7 / 2 0 0 5 (29%) Leupegem 4 9 4 7 2 ,1 3 8 4 4 5 0 5 / 0 7 / 2 0 0 5 (46%) 0 4 / 0 1 / 2 0 0 3 (48%) 1 3 / 0 1 / 2 0 0 4 (44%) Huise o p w aarts G O G 5 4 6 1 ,9 3 8 5 5 7 0 8 / 0 6 / 2 0 0 3 (46%) 2 0 / 0 8 / 2 0 0 5 (27%) 0 3 / 0 5 / 2 0 0 5 (20%)

Huise afw aarts G O G 5 4 6 1 ,2 4 8 0 5 3 0 9 / 0 6 / 2 0 0 3

(29%) 0 3 / 0 6 / 2 0 0 3 (16%) 3 0 / 0 1 / 2 0 0 3 (15%) V a a n b u ik-b e e k 2 3 5 3 ,8 4 9 6 63 0 4 / 0 7 / 2 0 0 5 (60%) 0 3 / 0 1 / 2 0 0 3 (56%) 1 3 / 0 1 / 2 0 0 4 (37%)

WATER

grafische n a b ijh e id . Z ow el het verschil in tijd ­ stip van m axim um se d im entgolven ais hun re­ latieve b ijd ra g e to t het ja a rto ta a l bewijzen hun g e rin g e o n d e rlin g e a fh a n ke lijkh e id . D it la a t toe v o o r g lo b a le studies de jaren van ie d e r station v o o r een b e p a a ld percentage sam en te v o e ­ gen om langere tijdreeksen te sim uleren. • In het station Leupegem w erd in de p e rio d e

2 0 0 3 - 2 0 0 6 ja a rlijks g e m id d e ld 2,1 to n /h a o f ruim 10 0 0 0 ton sedim entvracht gem eten. Dit ko m t overeen m et enkele tienden mm b o d em - m ate ria a l die ja a rlijks o ve r het hele s tro o m g e ­ bied van de M a a rk e b e e k a fs p o e lt to t in de M a a rke b e e k. A fw aarts het station 'L eu p e g e m ' bevindt de M a a rk e b e e k zich o n g eve e r 1 km in de vlakkere S ch eldevallei, w a a r een deel van de s e d im e n tv r a c h t in de b e d d in g va n de M a a rk e b e e k kan w o rd e n g e s to c k e e rd . Een kleine 10 0 0 0 ton ko m t e ch ter ja a rlijks in de Schelde terecht.

• In het stroo m g e bied van de M a a rke b e e k is er geen sprake van een a fn a m e van de specifieke sedim entvracht m et toenem ende stroom gebied- soppervlakte. Dit is in tegenstelling m et de b e ­ vin d in g e n van an d ere studies n a a r se d im e n t­ e x p o rt in w a te rlo p e n (e .g . VERSTRAETEN, 2 0 0 0 ). Z o is er zelfs een to e n a m e van sp e ci­ fieke se d im entexport van het station 'M a a rk e - Kerkem ' (ca. helft stroo m g e bied M aa rke b e ek) n a a r het station 'L e u p e g e m ' (95% s tro o m g e ­ bied M a a rke b e e k), te verklaren d o o r de m o n ­ d ing van een z ijlo o p afko m stig van zeer h e l­ lend g e b ie d (oa. s tro o m g e b ie d m e e tsta tio n Donderij) in de M a a rke b e e k stroom afw aarts het

m eetstation 'M a a rk e -K e rk e m '. D it h o u d t in d a t e r w e in ig s e d im e n ts to c k a g e g e b e u rt in de M a a rke b e e k to t aan het m eetstation Leupegem , w a t ee n vou d ig kan ve rklaa rd w o rde n d o o r het g ro te ve rhang van de M a a rk e b e e k van m in ­ ste n s 2 m / k m . H e t f e it d a t d e s e d im e n t- co n ce n tra tie p ie k in a lle stations v o o rn a m e lijk v ó ó r de w a te ra fvo e rp ie k ko m t, wijst eveneens o p een flush van het sedim ent bij elke storm va n de b o v e n lo p e n to t in h et m e e ts ta tio n Leupegem (fig 7).

• Tijdens de p e rio d e 2 0 0 3 - 2 0 0 6 zijn de to ta le s e d im e n tv ra c h te n van de zo m e r- en w in te r­ m aa n d e n o n g e ve e r g e lijk (tabel 2 , ko lo m 5). G e m id d e ld g e n o m e n is d e so m v a n d e se d im e n tvra ch te n van de w in te rsto rm e n dus even b e la n g rijk ais de som van de se d im e n t­ vrachten van de zom erstorm en. A ndere studies n a a r se d im entexport uit kleine stroo m g e bied e n (STEEGEN, 2 0 0 1 ) v o n d e n v o o r het w in te r­ seizoen een a a n de e l in de ja arlijkse se d im e n t­ export van slechts 25% . Z ow el in deze studie ais in de studie van Steegen (2 0 0 1 ) kom en de g ro o tste se d im e n tco n ce n tra tie s en -d e b ie te n v o o r tijdens de zom erstorm en. In tegenstelling to t de studie van Steegen (2001 ) w orden in deze studie de kleinere se d im entdebieten in de w in ­ te r echter gecom p e n se e rd d o o r de hogere fre ­ qu e ntie van vo o rko m e n en de langere d u u r van de w interstorm en. In tabel 2 w o rd e n in de k o ­ lo m m e n 6 to t 8 de b e langrijkste 3 storm en van de laatste 4 ja a r o p g e so m d (met aan de e l van de storm in de to ta le vrach t van het ja a r w a a rin de storm zich vo o rd o e t). De zom erstorm en h e b ­

Fig 7. Sedimentconcentratiepiek kom t voor waterafvoerpiek ín station ‘Etikhove' voor de storm van 4 /7 /2 0 0 5

U i _CO LL o

-2 0

-1

,

0 0

'G ecorrigeerde' s e d im e n tc o n c e n tra tie (G F M ,

0,7

5-S e d im e n tco n ce n tra tie w a te rsta a l (G F M , g/l)

WATER

ben ove r het alg e m e e n een g ro te r a andeel in de ja a rvra ch t en kom en dan o o k m eer v o o r in deze 'to p 3 '. M a a r d o o rd a t er m eer w in te rsto r­ m e n v o o r k o m e n m e t w e lis w a a r k le in e r e se d im e n tv ra c h te n , is de som van s e d im e n t­ vrachten van zom er- en w interstorm en o n g e ­ ve e r g e lijk . Bij e ro s ie m o d e lle rin g o f e ro sie - bestrijd in g sm a atre g e le n m oet dus aan beide ty­ pes storm en a a n d a c h t w o rde n geschonken. Het belang van tijdreeksen van m eerdere ¡aren w o rd t d u id e lijk ais m en het a a n d e e l van de sedim entvracht van winter- en zomerseizoen ver­ g e lijkt v o o r het ¡aar 2 0 0 5 m et het g e m id d e ld aandeel van se d im e n tvra cht van w inter- en z o ­ m erseizoen v o o r de v o o rb ije 4 ¡aar (tabel 2 , ko lo m m e n 4 en 5). In het ¡aar 2 0 0 5 kw am en e n ke le z o m e rsto rm e n vo o r, m e t de extrem e z o m e rsto rm van 4 / 7 / 2 0 0 5 m et een re to u r- p e rio d e van de regen van m instens 2 0 0 ¡aar (vergelijking re g e n h o o g te n m eetstation Broek­ beek m et IDF-curven van M elle). In 2 0 0 5 was het a a n de e l van de sedim entvrachten van de zom erstorm en m instens 71% (tot 9 6 % l) in de totale jaarvracht v o o r de verschillende sedim ent­ sta tio n s. G e m id d e ld is het a a n d e e l van de zom erstorm en in de jaarvracht echter m a a r 50% v o o r de v o o rb ije 4 ¡aar. Het is dus b e la n g rijk o o k te meten in ¡aren w a a rin d e rg e lijke extrem e storm en niet v o o rko m e n om een representatief beeld te krijg e n ove r ve rsch ille nd e ¡aren van de g e m id d e ld e verdeling van de sedim entexport o ve r de seizoenen.

Tijdens de zom erstorm en in ¡uii en augustus van 2 0 0 5 w e rde n re c o rd -s e d im e n td e b ie te n en - vrachten gem eten. Z o werd in de M a a rke b e e k te r h o o g te van het station 'L eu p e g e m ' in 1 Oh tijd 5 0 0 0 ton se d im e n te xp o rt o f 1 to n /h a g e ­ m eten, in het station 'V a a n b u ik b e e k ' was d it in dezelfde tijd ruim 3 to n /h a . De hoge ve g e ta tie - b e d ekking sg ra ad hield d u id e lijk niet a lle se d i­ m ent tegen.

De va n g efficië n tie van het G O G te Huise (d.i. het p e rcentage van de in ko m e n d e se d im e n t­ vrach t die in het G O G te Huise a ch terb lijft) kan a fg eleid w o rd e n uit het verschil in s e d im e n t­ vrach t gem eten in het station 'H u ise opw aarts w a ch tb ekke n ' en 'H u ise afw aarts w achtbekken'. Deze va n g efficië n tie va riëe rd e de laatste 4 ¡aar tussen 3 0 en 5 0% , m et een g e m id d e ld e v a n g ­ efficiëntie van on g eve e r 4 0% . Regelm atige t o ­ po g ra fisch e o p m e tin g e n , die een strenge c o n ­ tro le zijn v o o r de sedim e n tb e re ke n in g e n o p - en afw aarts het G O G , bevestigen dit.

4 . Conclusie

T u rb id ite itse n so re n ku n n en m et succes ingezet w o rde n om sedim entvrachten te meten die b e ­ staan uit suspensielading. Het vo o rd e e l van deze se n so re n is d a t zij c o n tin u m e te n , en d a t na ca lib ra tie van de sensoren de staalnam es ku n ­ nen beperkt w o rde n to t co n tro le sta le n . De g o ede w erking van de sensoren h a n g t a f van het u it­ schakelen van storende elem enten v o o r de m e ­ tingen en het vo o rko m e n van hoogw aterevents tijdens de ca lib ra tie p e rio d e .

V o o r d e h e lft v a n d e m e e ts ta tio n s v a n h e t se d im entm eetnet van de a fd e lin g W a te r staat de c a lib ra tie van de sensoren o p p u n t en zijn de tu rb id ite its e n s o re n in s ta a t de g e c u m u le e rd e sedim entvrachten van langere periodes n a u w ke u ­ rig te m eten. V o o r de a ndere stations zijn extra staalnam es nodig om de fo u t op de calibratiecurve van de sensor te verkleinen.

In het stro o m g e b ie d van de M a a rke b e e k variëert de g e m id d e ld e specifieke se d im entvracht van de verschillende m eetstations v o o r de laatste 4 ¡aar van 1 ,5 to t 2 ,8 to n .( h a .j/1. Er is d a a rb ij geen a f­ nam e van de specifieke se d im entvracht m et to e ­ n e m e n d e s tro o m g e b ie d s o p p e rv la k te . D o o r het g rote verhang van de M a a rke b e e k w o rd t p ra k­ tisch a lle sedim ent die tijdens een storm in een b o v e n lo o p van de M a a rke b e e k te re ch tko m t to t v o o rb ij het meest afw aartse station (Leupegem) getransporteerd. Een kleine 1 0 0 0 0 ton kom t ja a r­ lijks in de Schelde terecht.

E xtre m e z o m e r s to rm e n z o a ls d e s to rm va n 4 / 7 / 2 0 0 5 geven de g rootste se d im entvrachten per storm . M a a r de w interstorm en m et kleinere sedim entvrachten kom en m eer voor. G e m id d e ld g e n om e n o ver de p e rio d e 2 0 0 3 - 2 0 0 6 hebben zom er- en w interstorm en o n g eveer een even g ro o t a andeel in de to ta le sedim entexport. Het is dan o o k b e la n g rijk lan g e re tijdreeksen te hebben, z o ­ d a t niet alleen ¡aren m et o f zo n d er extrem e stor­ men w o rde n bem eten. Het b lijft een vraag o f de 4 ¡aar m etingen een representatief beeld van de se d im e n tvra cht en de ve rd e lin g van de se d im e n t­ v ra c h t o v e r se izo e n e n g e ve n . L a n ge re m e e t- p e rio d e n zullen d it uitwijzen.

R e feren tielijst:

VERSTRAETEN, G . ( 2 0 0 0 ) , M o d d e r o v e r la s t, sed im e n ta tie in w achtbekkens en b e g ro tin g van de se d im e n te xp o rt n a a r w a te rlo p e n in M id d e n - België, Ph.D.Thesis, Leuven, 2 5 2 p.

STEEGEN, A. (2001 ), Sedim ent d e p osition in and e x p o rt fro m s m a ll a g r ic u ltu r a l c a tc h m e n ts , Ph.D.Thesis, Leuven, 2 2 0 p.

A u te u rs :

T hom as V a n Hoestenberghe, Johan Eylenhosch, M a rc e l Voet Eerste a u te u r T hom as V a n Hoestenberghe S luizenweg 2 9 0 5 0 G entbrugge 0 9 /2 1 0 .8 3 .6 2

W etenschappelijk m edew erker A fd e lin g W a te r v a n de V M M , S luizenweg 2 9 0 5 0 G entbrugge Tel: 0 9 /2 1 0 .8 3 .6 0 F ax: 0 9 /2 1 0 .8 3 .6 8

e