Lange termijn gedrag Westerschelde
definitiestudie zeespiegelrijzing
Project: Verdieping
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
INHOUDSOPGAVE
Pag. nr.
V o o r w o o r d ...- 3 -
1 . I n l e i d i n g ... - 4 -
1.1 ONDERZOEKSPROGRAMMA V E R D IE P IN G ...- 4 -
1.2 PROBLEEMSCHETS ... - 4 -
1.3 OPZET D E FIN ITIE S TU D IE ... - 5 -
1.4 BESCHRIJVING STUDIEGEBIED ...- 5 -
1.5 OPBOUW V A N HET R A P P O R T ... - 6 -
2 . P r o b l e e m a n a l y s e ... - 7 -
2.1 A L G E M E E N ...- 7 -
2 .2 HYDRAULISCHE RANDVOORW AARDEN W E S TER SC H ELD E...- 7 -
2 .3 WATERBEWEGING, MORFOLOGIE EN SEDIMENTHUISHOUDING ...- 10 -
2 .3 .1 A lg e m e e n ...- 1 0 - 2 .3 .2 In itië le verandering van de w a te rb e w e g in g ... - 10 -
2 .3 .3 M o rfo lo g is c h e a a n p a s s in g e n ... - 1 3 - 2 .3 .4 Veranderingen in de s e d im e n th u is h o u d in g ...- 14 -
2 .3 .5 Veranderingen in de u itw is s e lin g m e t om liggende gebieden . . . - 1 7 - 2 .3 .6 In v lo e d n a tu u rlijke m orfo lo g isch e veranderingen op de w a te r be w e g in g ...- 1 8 - 2 .4 MENSEUJKE ACTIVITEITEN ... - 18 -
3 . T o e k o m s t v e r k e n n in g ... - 21 -
3.1 A L G E M E E N ... - 21 -
3 .2 NATUURLIJKE ONTWIKKELINGEN ...- 21 -
3 .3 INVLOED MENSEUJKE ACTIVITEITEN - 22 - 3 .4 ONZEKERHEDEN IN DE PROGNOSE - 22 -
4 . O n d e r z o e k s m e t h o d ie k e n ... - 2 4 - 4.1 ALGEMEEN ... - 24 -
4 .2 B E N A D E R IN G E N ...- 2 4 - 4 .3 MEETGEGEVENS ... - 25 -
4 .4 MODELLEN ... - 26 -
4 .5 PARALLEL ONDERZOEK ...- 26 -
5 . O n d e r z o e k s v o o r s t e l - 29 -
5.1 A L G E M E E N - 29 - 5 .2 PLAN V A N A A N P A K - 29 - 5 .3 BUDGET EN P L A N N IN G - 32 - 5 .4 AFSTEM M ING MET ANDERE STUDIES - 32 -
6 . C o n c l u s i e s - 33 - R e f e r e n t i e s - 34 - L ijs t v a n t a b e l l e n - 35 - L ijs t v a n f i g u r e n ... - 35 -
L ijs t v a n b ijla g e n - 35 -
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 6 mei 1 9 9 8
S v a ie k B .V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeesplegelrljzlng
Voorw oord
Het voorliggende rapport Is de eindrapportage van de de fin itie stu d ie Zeespiegelrijzing W esterschelde. Deze studie is in opdracht van het RIKZ M iddelburg uitgevoerd ais
onderdeel van het onderzoeksproject Verdieping. De centrale onderzoeksvragen zijn welke invloed de zeespiegelrijzing op het estuarium zal hebben en hoe realistisch de kans op verdrinken van het estuarium d o o r versnelde zeespiegelrijzing Is. Om de laatste vraag te kunnen beantw o orden zijn ook andere invloeden op het lange term ijn gedrag van de W esterschelde bestudeerd.
U it de d efinitiestu die is gebleken dat de komende honderd jaar versnelde zeespiegelrijzing geen bedreiging van de n a tu u rfu n ctie van de W esterschelde to t gevolg zal hebben. De gevolgen van getijveranderingen en menselijke activiteiten ais vaargeulbeheer en zandw in
ning kunnen even g ro o t o f zelfs groter zijn, De gevolgen van versnelde zeespiegelrijzing en menselijke’ a ctivite ite n samen zouden op de lange term ijn w el o n g e w e n st kunnen zijn. Om
dat deze ontw ikke lin g e n elkaar wederzijds beïnvloeden is het bestuderen van de gevolgen van alleen versnelde zeespiegelrijzing niet zinvol, De tite l van d it rapport is dan ook algemeen geform uleerd.
Het voorgestelde onderzoek is erop gericht om vo o r een aantal verschillende beleidsscena
rio 's de lange term ijn o n tw ikke lin g van de W esterschelde te kunnen bepalen, zodat de huidige fu n ctie s van de W esterschelde ook op de lange term ijn gew aarborgd kunnen w o rd e n .
Deze studie is uitgevoerd door Bram Bliek, A rie de Gelder en M aarten Jansen (Svaèek) en Tom Pieters (Bureau G etijdew ateren) onder ve rantw oord elijkheid van eerstgenoem de.
Hierbij w illen w ij Ad Langerak (RIKZ) bedanken voor zijn stim ulerende begeleiding en Aline Arends, Bart Kornm an, Plet Roelse en Jacques Vroon voor hun adviezen naar aanleiding van het co n ce p t rapport. Ook gaat onze dank uit naar John de Ronde (RIKZ) en diverse m edew erkers van RIKZ M iddelburg en Directie Zeeland vo o r de assistentie bij het verza
melen van de benodigde gegevens.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 2 - 6 mei 1 9 9 8
SvaSek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
1. Inleiding
1.1 ONDERZOEKSPROGRAMMA VERDIEPING
De W esterschelde Is een belangrijke vaarw eg en een ecologisch uniek gebied. In dit estuarium beïnvloeden natuurlijke o n tw ikke lin g e n , m enselijk ingrepen en hydrodynam ica elkaar. Om A n tw e rp e n bereikbaar te houden voor de scheepvaart w o rd t vo o rtd u re n d gebaggerd. M om enteel w o rd t g e w e rk t aan een verdere verdieping van ondiepe gedeelten van de vaargeul om A n tw e rp e n beter bereikbaar te maken vo o r g rotere schepen. De m orfologische o n tw ikke lin g van het estuarium zal op korte en m iddellange te rm ijn vo o rn a m elijk bepaald w orden door deze verdieping. Op lange term ijn kan naast de bagger- en s to rta c tiv ite ite n {zandw inning en vaargeulbeheerl versnelde zeespiegelrijzing en toenem end getij een belangrijke invloed op de o n tw ikke lin g van de W esterschelde hebben.
Om de beleidsuitvoering van D irectie Zeeland ten aanzien van de W esterschelde te ondersteunen w o rd t door het RIKZ M iddelburg het onderzoeksprogram m a Verdieping uitgevoerd. In samenhang hiermee w o rd t een m o d elinstrum en tarium o n tw ik k e ld en w orden studies uitgevoerd naar natuurlijkheid (m orfologische dynam iek), veiligheid tegen o ve rstro men en zeespiegelrijzing. Daarnaast w o rd t een m onitoring van de verdieping uitgevoerd.
H et onderzoek naar zeespiegelrijzing m o e t leiden to t een m o rfo lo g is c h refere n tie ka d e r op basis van n a tu u rlijke externe invloeden waartegen de lange term ijn e ffecten van eventuele m enselijke ingrepen in h e t estuarium kunnen w orden afgezet.
1.2 PROBLEEMSCHETS
In het beleidsplan W esterschelde staat dat er dient te w orden gestreefd naar behoud van de W esterschelde ais een w aardevol natuurlijk w atersysteem , m et inachtnem ing van de scheepvaartfunctie en uiteraard de veiligheid tegen overstrom en.
De n a tu u rfu n ctie van de W esterschelde hangt nauw samen m et de d iv e rs ite it van het estuarium : een ruim telijke variatie in zoutgehalte en diepte, Een o ngew e nste lange term ijn o n tw ikke lin g is daarom het verdw ijnen of verkleinen van ondiep w a te r, plaat-, slik- en schorarealen. M inder belangrijk ís de exacte lokatie van deze gebieden. N atuurlijke
dynam iek Is zelfs een w aardevolle eigenschap. Wel is van belang dat deze gebieden in alle delen van het estuarium {zout, brak en zoet) aanwezig blijven.
V erdw ijnen of verkleinen van de ondiep w ater, plaat-, slik- en schorarealen zou kunnen plaatsvinden door verlanden o f verdrinken. Het lange term ijn perspectief van verlanden is onderzocht binnen de O o stw e st studies (Pieters, 1991 en V roon, 19 9 7 ). Van verdrinken is sprake ais door versnelde zeespiegelrijzing e n /o f erosie genoem de arealen verd w ijn e n o f afnem en. V erdrinking staat binnen deze studie centraal.
Zeespiegelrijzing is een zeer geleidelijk verlopend proces. De orde van g ro o tte is 20 to t 100 cm per eeuw . Ais gevolg van versnelde zeespiegelrijzing zou in g ro te lijnen het volgende kunnen gebeuren. De platen komen lager te liggen ten opzichte van gem iddeld zeeniveau en de geulen w orden dieper. Door de initiële afname van de snelheden In de geulen zullen deze geulen gaan aanzanden. A is er niet genoeg zand w o rd t geim portee rd om deze aanpassing m ogelijk te maken, zal dit ten koste gaan van de ondiep w a te r,
plaat, -slik- en schorgebieden, die hierdoor nog verder zullen verlagen ten opzichte van gemiddeld zeeniveau.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 3 - 6 mei 1 9 9 8
SvaSek S .V . Lange termijn gedrag Westerschetde, definitiestudie zeespiegelrijzing
N aast een m iddenstandsverhoging zal de kom ende honderd jaar w a a rsch ijn lijk ook een getijslagtoenam e op de Noordzee van enkele centim eters optreden , w aa rd o o r de snelheden In de geulen zullen toenem en. De aanzandlng van de geulen zal hierdoor w o rden beperkt of zelfs om slaan ín verruim ing.
Ook grootschalige m enselijke activiteiten ais vaargeulonderhoud, zandw inn ing en in- of ontpold eringen beinvloeden de w aterbew eg ing door de geulen. De lange term ijn gevolgen hiervan op w a te rb e w e g in g en m orfologie kunnen even g ro o t o f zelfs groter zijn dan de zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e.
De verschillende o n tw ikke lin g e n beïnvloeden elkaar w ederzijds. Bij het o n tw ikke le n van een lange term ijn visie op het gedrag van de W esterschelde dienen dan ook verschillende sce n a rio 's te w orden bestudeerd. Bij deze stu d ie lig t de nadruk op de gevolgen van versnelde zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e op de Noordzee in de kom ende h o n d e rd jaar.
1.3 OPZET DEFINITIESTUDIE
Het doei van deze d e fin itie stu d ie is om aan te geven hoe kan w o rd e n vastgesteld w a t de gevolgen van versnelde zeespiegelrijzing voor het W esterschelde estuarium zijn en welke m aatregelen genom en kunnen w orden om eventuele ongew e nste gevolgen te voorkom en.
De tijdschaal van de processen díe ín de studie naar zeespiegelrijzing w orden bestudeerd is 50 to t 1 0 0 jaar. De processen m et een tijdschaal to t 50 jaar w o rd e n binnen de studies naar natuurlijkheid (m orfologische dynam iek) en veiligheid bestudeerd. Enige overlap is hierbij niet te verm ijden o m dat de getijbew eging de dom inante drijvende kra ch t van de m orfologische processen is.
De ruim teschaal die tijdens deze d e finitiestu die gehanteerd w o rd t is de W esterschelde en de u itw is s e lin g hiervan m et om liggende gebieden, het m ondingsgebied en de Zeeschelde (zie fig u u r 1.1). Binnen de W esterschelde w orden de volgende onderverdelingen gehan
teerd (zie Huijs, 1 996 e n /o f V roon, 1 997 voor de geografische ligging):
a. diep w a te r/o n d ie p w a te r, plaat-, slik- en schorarealen;
b. w e ste lijk deel/m iddendeel/oostelijk deel.
Er w o rd t gezien de tijdschaal geen onderverdeling gem aakt In afzonderlijke geul- en plaatgebleden.
De d e fin itie stu d ie bestaat u it een analyse van de problem atiek op basis van bestaande kennis en gegevens. Op basis hiervan is een toekom stverken ning uitgevoe rd , w aarbij de om vang van de lange term ijn gevolgen van natuurlijke o n tw ikke lin g e n en menselijke a c tiv ite ite n is bepaald. Verder zijn de kennisleem ten en beschikbare m ethodieken om deze prognose uit te w erken geinventariseerd. Tenslotte w o rd t een onderzoeksplan voorgesteld.
Deze onderdelen zijn uitgevoerd door het verzamelen en analyseren van relevante gege
vens en literatuur, het in te rvie w e n van onderzoekers, enkele m athem atische m odelbe
rekeningen en overleg m et de opdrachtgever.
Tijdens de studie is d u idelijk gew orden d a t de gevolgen van versnelde zeespiegelrijzing b e p e rk t zijn en n ie t ios van andere o n tw ikke lin g e n en m enselijke ingrepen kunnen w orden bepaald. D it is de reden d a t de tite l van h e t ra p p o rt en h e t onderzoeksplan algem ener zijn geform uleerd,
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 4 - 6 mei 1 9 9 8
S vaSek B .V . Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
1 .4 BESCHRIJVING STUDIEGEBIED
Het studiegebied, de W esterschelde is een onderdeel van het Schelde-estuarium , De oorsprong van de Schelde lig t in Frankrijk ca. 3 5 0 km van V lissingen. 167 km van Vlissingen w o rd t de getij-invloed gestopt door een sluis bij G entbrugge. H et Nederlandse deel van de W esterschelde is ongeveer 60 km lang en gem iddeld 5 km breed.
Het geulareaal (het gebied beneden NAP-5m) bedraagt ongeveer 17 0 km 2. Het overige deel bestaat uit ondiep w a te r (tussen NAP-5m en NAP-2m , ca. 3 0 km 2), platen, slikken of schorren (boven N AP-2m , ca. 75 km 2). De w aterinhoud van alle geulen in clusief het ondiep w atergebied (onder NAP-2m ) is ruim 2 2 0 0 M m 3. Het zandvolum e boven NAP-2m is ongeveer 100 M m 3.
Het vloedvolum e bij Vlissingen is ruim 100 0 M m 3 met een d o o d tij/s p rin g tijv a ria tie van 2 0 % . Bij de grens is het vloedvolum e nog ruim 100 M m 3. De rivierafvoer bij Schelle schom m elt tussen 180 m 3/s in de w in te r en 50 m 3/s in de zom er m et een gem iddelde van 1 0 0 m3/s. Daarnaast w o rd t nog zo 'n 50 m3/s in de W esterschelde a fg e w a te rd . De
z o e tw a te ra fvo e r tijdens een getij (maximaal 10 M m 3) is dus klein ten opzichte van de getijvolum ina .
Het gem iddelde getij verschil neem t toe van ruim 3 .8 m bij V lissingen to t een m axim um van ruim 5.2 m bij Schelle. B ovenstroom s van Schelle neem t het getijverschil snel af en
bedraagt bij de sluis in G entbrugge nog 1.9 m. Het w ater s tijg t sneller dan het zakt en de m axim ale vloedsnelheden zijn hoger dan de m axim ale ebsnelheden,
Het zandtransp ort bestaat voornam elijk uit suspensietransport en is tijdens springtij 10 to t 2 0 keer groter dan tijdens d o o d tij. K w a lita tie f bestaat het volgende beeld: het residueel zandtransp ort v o lg t het patroon van de eb- en vloedgedom ineerde s tro m in g , hierdoor ontstaan circulatiecellen om de platen heen. Deze circulatiecellen w isselen zand uit, dit resulteerde de afgelopen honderd jaar in een ne tto landw aarts, vloedgedom ineerd zand
tra n sp o rt. De laatste decennia w o rd t de zandhuishouding sterk beinvloe dt door grote hoeveelheden zand die ten behoeve van vaargeulonderhoud en zandw inn ing in de W ester- schelde w orden gebaggerd en (gedeeltelijk) teruggesto rt.
V o o r meer gegevens en details w o rd t verw ezen naar V roon, 1 99 7 .
1.5 OPBOUW VAN HET RAPPORT
In h o o fd s tu k 2 w orden het lange term ijn gedrag van de W esterschelde verder geanaly
seerd. Na een algemene probleem analyse (2.1) w orden in 2 ,2 de huidige verw a ch tin g e n ten aanzien van zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e beschreven. V ervolgen s w o rd t stilgestaan bij de invloed hiervan op w aterbew eg ing en m orfologie (2 .3 ), de invloed van eventuele beheersm aatregelen (2.4) en de historische o n tw ik k e lin g van de W esterschelde (2.5).
In h o o fd stu k 3 w o rd t op basis van deze analyse een in sch a ttin g gem aakt van de gevolgen van de beschreven o n tw ikke lin g e n aan het eind van de volgende eeuw . Ook de gevoelig
heid van deze voorlopige prognose vo o r verschillende scenario's en aannames is onder
zocht.
In h o o fd stu k 4 w orden de beschikbare en te ontw ikkelen onderzoeksm ethodieken om de onzekerheden in de voorlopige prognose te verkleinen beschreven. Het ra p p o rt sluit af met een voo rste l vo o r vervolgonderzoek (hoofdstuk 5) en algemene conclusies (ho o fd stu k 6).
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 5 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B .V . Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
Een belangrijk deel van het rapport w o rd t gevorm d door de bijlagen. Deze bijlagen
bevatten een ove rzich t van de beschikbare lite ra tu u r, m eetgegevens en m odellen die voor de studie naar het lange term ijn gedrag van de W esterschelde van belang zijn. In bijlage 4 zijn de opzet en resultaten van een aantal berekeningen m et een m athem atisch w aterbe- w egingsm odel beschreven.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 6 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
2. Probleemanalyse
2.1 ALGEMEEN
Om aan te kunnen geven hoe realistisch bepaalde veranderingen in gem iddeld zeeniveau en getij zijn w orden in d it h o o fd stu k de historische o n tw ikke lin g e n en to e ko m stve rw a ch - tlngen beschreven.
V ervolgens w o rd t u itg e w e rk t hoe veranderingen in deze hydraulische randvoorw aarden doorw erken op de W esterschelde. Hierbij is gebruik gem aakt van theo re tisch e beschou
w in g e n , de resultaten van m athem atische m odelresultaten en ervaringsgegevens.
A llereerst w o rd t de Initiële aanpassing van de w aterbew eg ing aan veranderende randvoor
w aarden beschreven, vervolgens de m orfologische aanpassingen. M orfo lo g isch e aanpas
singen zullen alleen optreden ais er een herverdeling van zand binnen het estuarium of u itw isse lin g van zand m et om liggende gebieden optreedt. De vraag is o f en hoe het systeem deze zandtransporten kan realiseren. De interactie tussen veranderende w a te rb e w e g in g , m orfologie en zandtransporten is een geleidelijk verlopend en con tin u proces. Ter vereenvoudiging zijn de van belang zijnde invloeden en m echanism en eerst afzonderlijk beschreven. Bij de toekom stve rke n n in g (hoofdstuk 3) w orden een aantal aannames gedaan over het verband tussen de verschillende onderdelen, w aardoor de gevolgen vo o r de kom ende eeuw kunnen w o rd e n bepaald.
Ook m enselijke a ctivite ite n beinvloeden de w aterbew eging, zandhuishouding en m orfologie in de W esterschelde. De om vang van een aantal van deze a c tiv ite ite n is zo g ro o t dat ze ook op de lange term ijn gevolgen op de m orfologie hebben e n /o f h e t n atuurlijke lange term ijn gedrag kunnen beinvloeden. Deze effecten en invloeden w orden beschreven.
2 .2 HYDRAULISCHE RANDVOORWAARDEN WESTERSCHELDE
De info rm a tie over h istorische ontw ikkeling en en to e ko m stve rw a ch tin g e n van het gem id
deld zeeniveau is grotendeels ontleend aan een recente publicatie van het RIKZ (De Ronde, 19 9 8 ). Daarin w o rd t ook aandacht besteed aan veranderingen in getij, sto rm klim a a t en rivierafvoeren.
Zeespiegelrijzing
Langs de Nederlandse kust w orden al meer dan honderd jaar stijgende w aterstande n gem eten. Dit w o rd t zow el veroorzaakt door stijging van de gem iddelde w a te rsta n d ais daling van de bodem . W e spreken dan ook van relatieve zeespiegelstijging. Deze relatieve zeespiegelstijging bedroeg over de laatste honderd jaar ín Nederland gem iddeld zo 'n 20 cm (Dillingh en Heinen, 1 9 9 4 ). Uit genoemde studie b lijkt echter ook dat er belangrijke
verschillen tussen de verschillende m eetstations zijn (zie fig u u r 2 .2 ). V oor de W esterschel- de zijn deze verschillen beperkt (zie figuur 2.3).
Op grotere schaal zijn de verschillen veel groter (zie figuur 2 .1 ). V oor het gebied rond de Noordzee neem t naar het noorden toe de relatieve zeespiegelstijging af. Bij N oorw egen tre e d t zelfs een relatieve zeespiegeldaling op. Verschillen in bodem stijgin g en bodem daling vorm en de voornaam ste verklaring voor deze ruim telijke verschillen.
Naast bodem dalingen en -stijgingen speelt in de trends de zeespiegeltoenam e door veranderingen in de te m p e ra tu u r een grote rol. Uit de analyse van vele m etingen ís gebleken dat de te m p e ra tu u r op aarde de laatste honderd jaar gestegen is m et ongeveer
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 7 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B .V . Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
0.6°C . Een toenam e van het b roeikaseffe ct (de belem m ering van u itstra lin g van energie naar de ruim te buiten de atm osfeer) levert hieraan een belangrijke bijdrage. Deze toenam e van het broeikaseffect kom t o.a. doordat de C 0 2~concentratie in de atm o sfe e r door de verbranding van fossiele brandstoffen de laatste decennia sterk is gestegen. Ook andere effecten van menselijke a ctivite ite n spelen echter een rol. Door de u its to o t van zw a ve ld i
oxine neem t het verm ogen van de atm osfeer om zon lich t te reflecteren toe. D it leidt ju is t to t afkoeling.
De Ronde (1998) be sch rijft verder de tem peratuur- en zeespiegelstijgingen zoals die recent zijn berekend door het IPPC (Intergovernm ental Panel on Clim ate Change) en het IM AU
(In s titu u t vo o r Marien en A tm o sfe risch onderzoek, U tre ch t). V e rw a c h t w o rd t dat de te m peratuu rstijg ing voor de komende eeuw aanzienlijk g ro te r zal zijn dan de w aargenom en te m peratuu rstijg ing in de afgelopen eeuw . De u itko m st van klim aatm odelberekeningen vo o r diverse em issiescenario's varieert tussen 1°C en 3°C (van 1 9 9 0 to t 2 1 0 0 ).
Ook de invloed van deze tem peratuu rstijg ingen op het zeespiegelniveau zijn berekend voor de periode van 199 0 to t 2 1 0 0 en de resultaten variëren tussen 27 en 55 cm (zie fig u u r 2 .4 ). Een g ro o t deel van de w aargenom en zeespiegelrijzing b lijft echter onverklaarbaar met deze klim aatm odellen. De voorspelling voor de kom ende eeuw m oet hiervoor gecorrigeerd w orden m et ca. 11 cm. Hoewel de voorspellingen daarmee lager zijn dan in het verleden (De Ronde e.a,, 1 988: 35 to t 85 cm) handhaaft R ijksw aterstaat, gezien de g ro te onzeker
heden 6 0 cm ais ve rw achte relatieve zeespiegelrijzing.
U it de in Dillingh en Heinen (1994) gepresenteerde tijdreeksen b lijk t dat de gem iddelde relatieve zeespiegelrijzing in de W esterschelde in grote lijnen ove re e n ko m t m et die van de andere Nederlandse stations (vergelijk fig u u r 2 .2 en 2 .3 ). Een opm erkelijk fenom een is wel de daling van de gemiddelde zeestand bij V lissingen rond 1 8 8 0 ; een so ortgelijke daling is ook bij IJm uiden goed waarneem baar. Hiervoor is to t nu toe geen goede verklaring gevonden. M isschien is in Vlissingen sprake gew eest van een o njuiste aansluiting op het referentievlak.
In aansluiting op de beschreven verw a ch tin g e n vo o r Nederland kan ook vo o r de W ester- schelde w orden gesteld dat de relatieve zeespiegelrijzing, die de afgelopen eeuw 2 0 cm bedroeg, naar verw achting zal toenem en to t 60 cm vo o r de kom ende eeuw . Gezien de onzekerheden t.a. v. deze ve rw a ch tin g is h e t echter w e i b e lang rijk de gevolgen van verschillende scenario's van zeespiegelrijzing voor h e t estuarium te onderzoeken.
G etijverandering
Het getij in de Noordzee w o rd t bepaald door het getij op de A tla n tis c h e Oceaan, de ligging van de kusten en de diepte (zie RIKZ, 19 9 6 ). Er is sprake van drie am phidrom ische
system en. Het Noordzee getij langs de Nederlandse kust is te karakteriseren ais een lopende ge tijg o lf, die loopt van zuid naar noord. In de W esterschelde lo o p t de g e tijg o lf naar binnen, waarbij de am plitude toeneem t to t bij A n tw e rp e n , w aarna de am plitude weer afneem t. Naast de gem iddelde zeestand is ook het getij aan verandering onderhevig. Het tijve rsch il neem t op bijna alle plaatsen in Nederland toe (gem iddeld zo 'n 10 cm /eeuw . In de Eems-Dollard en de W esterschelde is de stijging nog sterker (zie fig u u r 2 ,5 ). Veranderingen in de m orfologie, o.a. door menselijke verdieping van de vaargeulen lijkt de belangrijkste oorzaak te zijn van deze verschillen. De rol die de stijgende zeespiegel (toenam e diepte en vo o rtp la n tin g getijgolf) hierin speelt is w a arschijnlijk gering. Op basis van Noordzee m odel
berekeningen (Bavelaar, 198 7 en Langendoen, 1987) v o lg t u it een zeespiegelrijzing van 20 cm een getijslagtoenam e van ca. 2 cm (0.5% ) en een vervroeging van ca. 10 m inuten bij V lissingen. Bij IJm uiden en Den Helder tre e d t in deze m odelberekeningen zelfs een afname van de getijslag op t.g .v . een andere ligging van de am phidrom ische system en. Opvallend is dat de waargenom en getijverschillen bíj IJm uiden to t 1 9 6 0 een geringe daling vertonen.
Bij Den Helder is dit daarentegen niet het geval.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 8 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B .V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
Ook in de W esterschelde zijn er sterke ruim telijke verschillen in de o n tw ik k e lin g van de getij verschillen (zie fig u u r 2 .6 ), Gemiddeld treedt voor alle sta tio n s een getijslagtoenam e op, die sterker w o rd t naarm ate de stations verder landinw a arts liggen.
Gezien de vele onduidelijkheden over de oorzaken van de getijslagtoenam e is de pragm ati
sche v e rw a ch tin g die voorlopig door R ijksw aterstaat w o rd t gehanteerd dat de veranderin
gen die zich de afgelopen honderd jaar in de zuidelijke Noordzee hebben voorgedaan, de kom ende eeuw zullen vo o rtze tte n .
In tegenste lling to t de zeespiegelrijzing laten de in Dillingh en Heinen (1 9 9 4 ) gepresenteer
de tijverschülen over de afgelopen eeuw voor de W esterschelde duidelijke verschillen zien.
In grote lijnen een vo o r de laatste honderd jaar naar binnen toe steeds g ro te r w ordende getijslagtoenam e: van ca. 3% bij W estkapelle via Vlissingen (4% ), Terneuzen (5% ), H answ eert (7% ) to t ca. 9% bij Bath (zie fig u u r 2.6). Het verloop van deze g e tijslagto ena
me In de tijd is echter vo o r elk van de stations verschillend. Opvallend is verder de toegenom en voo rtp la n tin g ssn e lh e id van de g e tijg o lf in het Schelde-estuarium . Het
ho o g w a te r bereikt nu ten opzichte van Vlissingen H answ eert gem iddeld 15 m inuten sneller en A n tw e rp e n zelfs 40 m inuten sneller dan in 1895 (Claessens en M eijvis, 1 9 9 4 in V roon,
1997).
De oorzaken van de getijslagto enam e bij Vlissingen zijn alleen bij benadering bekend, m o rfologische veranderingen ín het m ondingsgebied o.a. verdieping van de S cheur/W ielin
gen lijken een rol te spelen (zie Langendoen, 1987). Daarnaast lijk t ook het getijsysteem van het bekken zelf een grote invloed te hebben. T .g .v. de verdiepingen binnen en buiten zou de g e tijg o lf beter doordringen en de opslingering van het systeem versterken (Svaáek,
19 9 7 ). D it laatste fenom een verklaart ook de relatief grotere getijslagto enam e naar binnen to e . Binnen het K 2 0 0 0 *K O P onderzoeksprogram m a w o rd t hier m om enteel m iddels een g e tljre co n stru ctie verder onderzoek naar gedaan.
Uitgaande van de huidige trends zal de volgende 100 jaar het g e tijverschil bij Vlissingen m et 4 % stijgen. De spreiding rond deze ve rw achting is echter g ro o t. O m dat de W ester- schelde verder verdiept w o rd t is het w aarschijnlijk dat de getijslagtoenam e landinw aarts nog g roter zal zijn. Om te bepalen o f de huidige trends inderdaad aan zuilen houden zal verder onderzoek naar de oorzaken van de getijslagtoenam e m oeten w orden gedaan.
Zolang deze n o g n ie t bekend zijn zat ook voor verschillende sce n a rio 's van g e tijsla g to e n a me de in vlo e d op h e t estuarium m oeten w orden bestudeerd. G etijslagafnam e is n ie t w aarschijnlijk, m aar w e i m ogelijk.
S torm en en afvoeren
In de laatste honderd jaar is de storm frequentie in en rond de Noordzee niet toegenom en.
Wel w erd de om vang van depressies boven de N o ord-A tlantisch e Oceaan g ro te r en zijn een aantal depressies m et zeer lage kerndrukken w aargenom en. De verklaring hiervoor o n tbreekt, daarom zíjn conclusies om tre n t eventuele veranderingen in w in d k ra c h t en w in d ric h tin g erg onzeker. Wel zijn er aanwijzingen dat t.p .v . de Noordzee het huidige patroon van depressies e.d. naar het noorden zal gaan verschuiven. Binnen deze studie w o rd t een verandering van h e t s to rm k lim a a t n ie t verder bestudeerd. Voor de studie naar de veiligheid tegen ove rstro m e n is een verandering in s to rm k lim a a t op de lange term ijn w e!
van belang.
De gem iddelde afvoeren van de Nederlandse rivieren zijn w el duidelijk aan verandering onderhevig. Naar de huidige inzichten w o rd t geschat dat bijvoorbeeld de afvoer van de Maas m et zo 'n 2 0 % zal toenem en. Een eventuele verandering van de afvoer van de Schelde zal invloed hebben op de zoet-zout verdeling binnen het estuarium .
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 9 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeesplegetrijzing
Voor h e t N ederlandse dee! van de W esterschelde is de in v lo e d van h e t g e tij op de w a te rb e w e g in g vele m alen g ro te r dan de a fv o e r van de Schelde. D aarom w o rd t een eventuele toe- o f afnam e van de a fvo e r in deze s tu d ie voorlopig buiten b e sch o u w in g gelaten.
2 ,3 WATERBEWEGING, MORFOLOGIE EN SEDIMENTHUISHOUDING
2 .3 . 7 A lgem een
Relatieve zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e beïnvloeden d ire ct de w a te rb e w e g in g in de W esterschelde. De veranderende w aterbew eging beïnvloedt door verplaatsing van zand de m orfo lo g ie . De Interactie tussen veranderende w a te rb e w e g in g , m orfologie en zandtrans
porten is een geleidelijk verlopend en continu proces. Ter vereenvoudiging w o rd e n de van belang zijnde Invloeden en m echanism en afzonderlijk beschreven, Het verband tussen de verschillende onderdelen Is geschem atiseerd weergegeven In fig u u r 2 .7 . Een aantal begrippen w o rden to e g e lich t in fig u u r 2 .1 0 t/m 2 .1 2 .
Naast the o re tisch e beschouw ingen zijn ook m athem atische berekeningen (bijlage 4), ve rw e rkte m eetgegevens en em pirische relaties gebruikt. De om vang van de te v e rw a c h ten o n tw ikke lin g e n zijn geconfronteerd met w aargenom en o n tw ik k e lin g e n om het belang van de beschreven fenom enen aan te geven.
2 .3 .2 In itië le verandering van de w aterbew eg ing R andvoorw aarden
De directe invloed van relatieve zeespiegelrijzing Is een verhoging van het m iddenstands- vlak {gem iddeld zeeniveau) en een getijslagtoenam e op de Noordzee (bij de m ond van de W esterschelde). Daarnaast is een van de m iddenstandsverhoging onafhankelijke g e tijsla g toenam e aan de zeew aartse rand (bij Vlissingen) te ve rw a ch te n . A lle re e rst zal alleen de invloed van een verandering van de m iddenstand (gemiddeld zeeniveau) op het getij w o rd e n beschreven, Vervolgens w o rd t apart aandacht aan de getijslagto enam e op de Noordzee besteed.
M iddenstan ds verhoging
Verhoging van het m iddenstandsvlak in een estuarium w e rk t ais v o lg t door:
• Het directe e ffe c t Is verruim ing van de d o o rstro o m p ro fie le n , toenam e van de diepte en een toenam e van de bergende breedte (zie fig u u r 2 ,1 0 ). Eerst w o rd t de Invloed van verruim ing besproken. Op de bergende breedte kom en w e later terug.
• Door de toenam e van de doorstroom pro fielen verlagen de snelheden In de geulen en neem t de w eerstand af.
• de g e tljvo o rtp la n tin g op het bekken w o rd t beïnvloed door verandering van de verhoudingen tussen w eerstand en traagheid en verandering van de verhouding tussen bekkenlengte en getijgolffengte. Door afnam e van de w e e rsta n d neem t de dem ping van de g e tijg o lf af, w aardoor de getijslag in het bekken en dus de interne berging zullen toenem en (zie figuur 2 .1 1 ). De invloed van de verhouding tussen bekkenlengte en g e tijg o lf lengte ligt m om enteel w a a rsch ijn lijk in de b u u rt van de w aarde, w aarbij de opslingering m axim aal Is, De invloed hiervan Is dus niet k w a lita tie f aan te geven.
• Door de toenam e van de bergende breedte neemt de interne berging van het systeem toe.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 10 - 6 mei 1 9 9 8
Svaêek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
• De invloed op de snelheden is dus niet eenduidig: door ve rg ro tin g van de d o o r
stro o m p ro fie le n zuilen de snelheden afnem en, d oo r de toenam e van de interne berging (horizontaal: bergende breedte en verticaal: getijslagtoenam e) w o rd t deze snelhedenafnam e beperkt.
• A is de toenam e van de bergende breedte erg g ro o t is, zouden de snelheden netto zelfs groter kunnen w orden. In dat geval neemt de w rijv in g toe en zal een getijs- lagafnam e en vertraging van het getij optreden. H oew el de horizontale berging dan toenee m t zal de verticale berging dus afnem en.
• In alle gevallen zal de to ta le interne berging toenem en. De hieruit resulterende debietentoenam e zal zeew aarts het g ro o ts t zijn, o m dat alle landinw a arts o p treden
de bergingstoenam en m eetellen. De uit de interne bergingstoenam e resulterende debietentoenam e zul dus in landw aartse richting afnem en.
• De verdere ruim telijke verdeling van snelhedenveranderingen en getijslagverande- ringen is niet d ire ct te bepalen. Hierin speelt de com plexe geom etrie een belangrijke rol. In een m eergeulenstelsel als de W esterschelde is daarbij ook nog een herverde
ling van debieten over de geulen (eb- vloeddom inantie) m ogelijk.
Om to ch een indruk te krijgen van de resulterende veranderingen in de w aterbew eg ing t.g .v . een m iddenstandsverandering is m et het w a terbew eg ingsm odel SCALWEST een experim ent uitgevoerd (zie bijlage 4, run 1 ten opzichte van run 0). Ondanks de beperkin
gen van het gebruikte model vo o r deze toepassing (geen m orfologische aanpassingen) zijn w el de volgende gevolgen van een m iddenstandsverhoging m et 0 .5 m aan te geven: een vervroeging van het getij bij Bath m et ca. 3 m inuten, een toenam e van de getijverschillen tussen V lissingen en Bath van ca. 0.1 %.
De geringe vervroeging en lichte getijslagtoenam e w ijzen erop dat de snelheden en
w rijv in g iets afnem en. De invloed van de verruim ing van de d o orstroom op pervlaktes op de snelheden overheerst dus t.o .v . de invloed van de toegenom en interne berging, maar is m inim aal. De getijvo lu m in a door een aantal raaien laten een toenam e van ruim 4 % zien.
Dit kom t inderdaad ongeveer overeen m et de verruim ing van de geulen (0 .5 * 1 7 0 km 2 ten opzichte van 2 2 0 0 M m 3).
Bij A n tw e rp e n (Zeeschelde) en W estkapelle en Cadzand (m ondingsgebied) is een lichte afnam e van het g etijverschil te zien. Bij A n tw e rp e n is de toenam e van de bergende breedte (horizontale berging) blijkbaar zo g ro o t dat de snelheden en w rijv in g toenem en en hierdoor de verticale berging afneem t.
De reden van de afnam e in het m ondingsgebied is m inder duidelijk aan te geven.
Externe getijslagto enam e
Het e ffe c t van een getijslagtoenam e op de Noordzee w e rk t door ais een interne bergings
toenam e:
• Ingeval van afnem ende snelheden w o rd t door getijslagtoenam e de debietenafnam e beperkt.
• Ingeval van toenem ende snelheden w o rd t door getijslagtoenam e de snelhedentoe
nam e versterkt.
• Ook door deze bijdrage aan de interne berging zal de snelheidstoenam e zeewaarts het g ro o ts t zijn en landinw a arts afnem en.
Berekeningen m et een m athem atisch model (zie bijlage 4, run 2 ten opzichte van run 1 ) geven de volgende gevolgen bij een getijslagtoenam e op de Noordzee van 4 % aan: een verlating van het getij bij Bath m et ongeveer 2 m inuten en een landinw aarts afnemende toenam e van de getijverschillen van 4 to t 2% . De snelheden en w eerstand nemen dus inderdaad toe.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 11 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
C o n fro n ta tie m e t waargenom en veranderingen
De over de afgelopen eeuw waargenom en veranderingen zijn een zeespiegelrijzing van ca, 20 cm , een getijslagtoenam e van 4 % bij Vlissingen to t 9% bij Bath en een vervroeging van 15 m inuten bij H answ eert to t 4 0 m inuten bij A ntw erpen , Hierbij vergeleken zijn de zonder m orfo lo g isch e aanpassingen berekende veranderingen bij een m iddenstan dsverhoglng van 50 cm en getijslagtoenam e op de Noordzee van 4% zeer klein. In de afgelopen eeuw hebben dus andere Invloeden over de invloed van zeespiegelrijzing en N oordzeegetij- veranderingen gedom ineerd è f zijn de initiële veranderingen in de w a te rb e w e g in g ve rste rkt door m orfologische aanpassingen.
U it een recent uitgevoerde getijreconstru ctie uitgevoerd binnen K U S T *2 0 0 0 (Svaëek, 1998) b lijk t inderdaad dat de m orfologische veranderingen van het m ondingsgebied en de W esterschelde tussen 1 9 7 0 en 1 996 een niet te verw aarlozen invloed hebben op de getijverschillen (30 cm toenam e bij Bath). De zeespiegelrijzing is de afgelopen honderd jaar redelijk co n sta n t gew eest {niet versneld!). De getijverschillen bij Bath zijn de afgelopen 25 jaar daarentegen wèl versneld toegenom en. Een verband m et de in deze periode u itg e vo e r
de vaargeulverdleping ligt voor de hand.
De invloed van een getijslagtoenam e op de Noordzee kan ook bepaald w orden door een nadere bestudering van de doorw e rkin g van de d o o d tij/sp rin g tij cyclus en de 1 8 ,6 jarige cyclus t.g .v . de w enteling van het maansbaanvlak. Door de d o o d tij/s p rin g tij cyclus varieert het g etijverschil bij Vlissingen m et meer dan 20% , Door de 1 8 ,6 jarige cyclus varieert het getij m et ongeveer 4 % {zíe fig u u r 2 .6 ). In tabel 2.1 . zijn vo o r beide cycli en de m odelruns de getijverschillen bij Vlissingen en Bath en de onderlinge relatie gegeven.
Bij Vlissingen is de invloed van de 18 ,6 jarige cyclus op de belangrijkste tw eem aal daagse com ponen t van het verticale getij (M2) ongeveer de he lft van de invloed op de oceaan. Bij Bath is de invloed op de getijverschillen weer duidelijk m inder dan bij V lissingen (respectie
velijk 8 en 14 cm , zie fig u u r 2 ,6 en Scheldecom missle, 1 9 8 4 , bijlage 4 .1 ,8 en 4 .1 .1 1 ), De verklaring hiervoor is dat bij grotere getijverschillen tussen V lissingen en Bath meer dem ping o p tre e d t (hogere snelheden, meer w rijvin g ). De sp rin g tij-d o o d tij cyclus laat dit fenom een duidelijk zien: bij springtij is de opslingerlng tussen Bath en V lissingen maar 2 1 % te rw ijl deze bij doodtij 3 1 % bedraagt (gebaseerd op RWS, 1 9 9 4 ). Ook in het uitgevoerde m odelexperim ent (zie bijlage 4) b lijkt bij een getijslagtoenam e aan de zee- w aartse grens de opslingering iets af te nemen (getijverschilfacto r B ath/V lissingen 1.20 i.p .v . 1 .2 1 ).
Een getijslagtoenam e op de Noordzee zal dus in itie e l naar binnen toe uitdem pen. M o rfo lo gische aanpassingen (verdieping van de geulen) kunnen op term ijn la n d in w a a rts de getijve rsch ille n doen toenemen.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 12 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
getij verschil Vlissingen g e tijve rsch ilfa cto r Bath/V lissingen
ge tijverschil Bath
gemiddeld tij 3 .8 6 1.2 5 4 .8 3
gem iddeld springtij 4 .4 7 1.22 5 .4 5
gemiddeld doodtij 3 .0 2 1.31 3 .9 7
1 8 ,6 jarige cyclus:
m aximaal 3 .9 3 1.2 4 4 .8 7
minimaal 3 .7 9 1.26 4 .7 9
m odel:
run 0: fo rs springtij 4 .7 5 1.21 5 .7 6
run 1 : run 0 + 0 . 5m 4 .7 6 1.21 5 .7 7
run 2: run 1 + 4 % 4 .9 3 1 .2 0 5 .9 2
Tabel 2.1 Getijverschillen Vlissingen en Bath (gebaseerd op RW S, 1 9 9 4 en Scheldecom missie, 1 9 8 4 )
2 .3 .3 M o rfo lo g isch e aanpassingen Algem een
In deze paragraaf w orden de m orfologische aanpassingen aan een m lddenstandsverhoging en getijslagtoenam e op de Noordzee op basis van em pirische e ve n w ich tsre la tle s beschre
ven. M orfologische aanpassingen aan veranderingen in de w a te rb e w e g in g verlopen over het algemeen ais vo lg t:
• Ais de snelheden In een geul afnem en zal deze geul gaan aanzanden, ais de snelheden In een geul toenem en zal deze geul gaan verruim en.
• Door aanzanding o f verruim ing van een geul zal herverdeling van sedim ent plaats
vinden. Bij aanzanding zal het zand in de om liggende geulen en overige delen geborgen w orden, bij verruim ing zal zand aan deze gebieden w orden ontrokken.
M orfologische aanpassingen zullen alleen optreden ais er een herverdeling van zand binnen het estuarium of uitw isseling van zand m et opliggende gebieden o p tre e d t (zie fig u u r 2.1 2).
Deze aspecten zijn in paragraaf 2 ,3 .4 en 2 .3 .5 u itg e w e rk t.
A anpassing aan zeespiegelrijzing en getijslagto enam e op de Noordzee
In paragraaf 2 .2 .3 zijn de initiële veranderingen van de w a te rb e w e g in g ten gevolge van zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e beschreven. Ais er geen m orfo lo g isch e aanpassingen zouden plaatsvinden zouden de snelheden bij een zeespiegelrijzing van 0 .5 m ongeveer gelijk blijven (licht afnem en), maar in com binatie m et een getijslagtoenam e op de Noordzee toenem en.
Ais alleen m iddenstandsverhoging o p treedt zullen de geulen zich nauw elijks aanpassen.
Ais geen zandim port o p tre e d t zal de bodem een halve meter lager kom en te liggen ten opzichte van gem iddeld zeeniveau, indien de platen, slikken en schorren m e t de stijgende g e tijn ive a u 's m eegroeien zat h e t ondiep w aterareaal w a arschijnlijk toenem en. D it v o rm t geen bedreiging vo o r de n a tu u rfu n c tie , integendeel. A is de platen, stikken en schorren n ie t m eegroeien zuilen ze dieper kom en te liggen en zullen vaker g ro te re delen overspoeld
worden. Ook d it is n ie t p e r d e fin itie een a antastin g van de n a tu u rfu n ctie . Volledig v e rd w ij
nen van de platen, slikken en schorren is n ie t w aarschijnlijk.
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 13 - 6 mei 1 9 9 8
Svaäek B .V . Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
A ls er naast een m iddenstandsverhoging van 0 .5 m ook een getijslagto enam e op de Noordzee van 4 % o p tre e d t zullen de snelheden in de geulen als geen m orfo lo g isch e aanpassingen plaatsvinden iets toenem en. De geulen zullen in w erkelijkheid gaan v e rru i
men to t de snelheden het oude niveau hebben bereikt. Bij een snelheidstoenam e van 3% , die leidt to t verruim ing van de geulen met een w a terinhou d van 2 2 0 0 M m 3 onder NAP -2m zou d it ervan uitgaande dat al d it zand boven NAP -2m w o rd t geborgen, een toenam e van de zandinhoud boven NAP -2m van 88 M m 3 betekenen leen gem iddelde verhoging van 0 .8 m ). De in itië le verlaging van de plaat-, slik- en schorgebieden ten o p z ic h t van gem iddeld zeeniveau (0 .5 m j kan dus volledig gecom penseerd worden. Z elfs overcom pen satie is m ogelijk.
C o n fro n ta tie m e t w aargenom en o n tw ikke lin g e n
De W esterschelde heeft zich vanaf 1 6 5 0 to t 1 968 o n tw ik k e ld van een g ro o t, breed, ondiep getljdebekken m et meerdere laterale overstrom ingsgebieden to t een relatief smal tre c h te rv o rm ig estuarium . Dit is het gecom bineerde e ffe c t van natuurlijke o n tw ikke lin g e n {sedim entatie van de overstrom ingsgebieden) en menselijke ingrepen (bedijkingen en Inpolderingen) gew eest, (zie fig u u r 2 .8 ). Na 1 968 zijn door de verdiepingen de geulen verder uitg e d ie p t en is m et name in het oostelijk deel de natuurlijke dynam iek afgenom en w a a rd o o r een min o f meer star systeem is ontstaan. De natuurlijke d ynam iek in het oo ste lijk deel is afgenom en door een verstelling, w aarbij het ondiep w a te r areaal is afgenom en (V roon, 19 9 7 ). De afnam e van het ondiep w aterareaal, die ais negatief w o rd t beschou w d zal door de m iddenstandsverhoging w orden gecom penseerd.
Om eventuele m orfologische aanpassingen aan een getijslagtoenam e op de Noordzee te bepalen is een globale inventarisatie uitgevoerd van w aarneem bare m orfo lo g isch e verande
ringen in de W esterschelde die sam envallen m et de 18 ,6 jarige cyclus in het getij. Dit is gedaan op basis van eerder uitgevoerde studies naar m orfologische o n tw ikke lin g e n (U itdenBogaard, 1 9 9 5 ; Huljs, 1 9 9 6 , Tank, 199 5 en H oogeboom , 1 9 9 6 ). A lleen in de o n tw ik k e lin g van de diepere delen van de geulen in het w e s te lijk deel zoals gepresenteerd in UitdenBogaard (1 9 9 5 ) zijn zw akke aanwijzingen voor een aanpassing aan de 1 8 ,6 jarige cyclus gevonden. Tijdens perioden m et grotere getijverschillen (rond 1 9 6 0 en 1980) neem t het oppervlak beneden -5 m NAP in het meest w estelijke lodingsva k m et ongeveer 2% toe ten opzichte van perioden m et kleinere getijverschillen (rond 1 9 7 0 en 1 9 9 0 ). Over het algemeen lijken de o n tw ikke lin g e n meer door andere fenom enen dan deze periodieke toe- en afnam e van g e tijverschillen bepaald te w orden.
2 .3 .4 Veranderingen in de sedim enthu ishouding A lgem een
Eventuele m orfologische veranderingen ten gevolge van veranderingen in de w a te rb e w e ging zullen gepaard gaan m et een herverdeling van zand. De drijvende kra ch t achter deze herverdeling ís in de W esterschelde het getij.
Hoew el over de om vang van de zandbew eging tijdens een getij geen d u idelijk beeld bestaat bestaan er w el verschillende beschrijvingen van de getijresiduele zandtransporten in de W esterschelde. De van belang zijnde m echanismen zijn geinventariseerd door Storm , 1 996. De belangrijkste zijn:
• asym m etrie in de w a te rb e w e g in g , door getijasym m etrle, getijgedreven residuele stro m in g en dichtheid sstro m ing
• asym m etrie in de sedim entlast door traagheid seffecten en ru im telijke variatie van de hoeveelheid sedim ent in suspensie
• tra n s p o rt door g o lfw e rk in g .
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 14 - 6 mai 1 9 9 8
SvaSek B .V . Lange termijn gedrag W esterschelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
Het zandtransp ort in de W esterschelde bestaat voornam elijk uit suspensie tra nsport en Is tijdens sp rin g tij 10 to t 20 keer groter dan tijdens doodtij, K w a lita tie f bestaat het volgende beeld: het residueel zandtransp ort v o lg t het patroon van de eb- en vloedgedom lneerde strom ing en verloopt voornam elijk via circulatiecellen om de platen heen. Deze circu la tie cellen w isselen zand uit, dit resulteerde de afgelopen honderd jaar In een n etto landw aarts, vloedgedom lneerd zandtransport. De laatste decennia w o rd t de zandhuishouding sterk beïnvloedt door grote hoeveelheden zand die ten behoeve van vaargeulonderhoud en zandw inn ing in de W esterschelde w orden gebaggerd en (gedeeltelijk) te ru g g e sto rt.
In deze paragraaf w orden een aantal verschillende benaderingen gebruikt om de invloed van zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e op de zandhuishouding te beschrijven. In dit verband is de vraag van belang o f het systeem in staat is om een initiële verlaging van de ondiep w a te r-, plaat-, slik- en schorgebleden ten opzichte van gem iddeld zeeniveau met een orde van gro o tte van 0 ,5 m te com penseren. Dat w il zeggen: een tra n s p o rt van 50 M m 3/e e u w van geulen naar overige gebieden. Per getij betekent d it een tra n s p o rt van ca, 7 0 0 m 3. Eventuele uitw isse lin g m et aangrenzende gebieden (Noordzee en Zeeschelde) w o rd t in paragraaf 2 .3 .5 behandeld.
O v e rsch o ts/te ko rt benadering
Bij de o v e rs c h o ts /te k o rt benadering w o rd t voor de verschillende onderdelen van het systeem (geulen, platen, slikken en schorren, circulatiecellen o f andere delen) een m o rfo lo g isch e ve n w ich t gedefinieerd. Ais een verstoring van d it e v e n w ic h t o p treedt zal aanpassing optreden. Hierdoor zal een horizontale herverdeling van beschikbaar zand tussen overschots- en tekortgebleden ontstaan.
V o o r m enselijke ingrepen (zandw innin g, baggeren en storten) in de W esterschelde is op basis van deze benadering de herverdeling van zand bepaald m et A S M IT A en ESTMORF m odellen, w aarbij voor een beschrijving van het zandtransp ort een advectie-dtffusie-relatie op basis van getijgem iddelde karakteristieken w aterbew eg ing is g e b ru ikt (zie bijlage 3).
Door W ang, (mei 1997) zijn de effecten van zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e m et het A S M IT A model bepaald. Zeespiegelrijzing is gem odelleerd ais een stru ctu re le o n ttre kkin g van zand, w aardoor de zandhuishouding w o rd t beinvloed. De resultaten van deze bereke
ning zijn dan ook een geleidelijke toenam e van de Im port. W el kan enige vertraging optreden, om dat ook in het m ondingsgebied een zandvraag w o rd t opgelegd. Door deze vertraging tre e d t een verruim ing van de geulen op.
G etijslagtoenam e is gem odelleerd ais een evenredige toenam e van de g e tijvo lu m in a / e ve n w ich tsvo lu m e s en een toenam e van de e ve n w ich tsh o o g te van de platen. De invloed van de getijvolum ina blijkt het g ro o ts t te zijn. D oordat de geullnhoud van het m ondingsge
bied groter Is dan die van de W esterschelde zelf, neem t bij procentuele toenam e van de geulinhoud de im port van het estuarium toe.
Uit de theoretische beschouw ingen in 2 .3 .2 en SCALW EST-berekeningen b lijk t dat de w aterbew eg ing com plexer reageert dan ín A S M ITA -benadering w o rd t aangenom en.
V eranderingen in de w a te rb e w e g in g kunnen dan ook niet buiten b eschou w ing w orden gelaten o f lineair verondersteld, Wel maken de m odelresultaten duidelijk dat de o n tw ik k e lingen In het m ondingsgebied niet buiten beschouw ing kunnen w orden gelaten.
T ransportcapa citeit benadering
Bij de tra nsportcap aciteltsbenaderlng w o rd t op basis van de w a te rb e w e g in g bepaald hoeveel zand getransporteerd w o rd t. Naast de tra n sp o rtca p a cite it speelt echter ook de beschikbaarheid van sedim ent in suspensie een rol. De aanpassingslengte van het
sedim e n ttra n sp o rt in de W esterschelde is 2 à 3 km. V oor een bepaalde locatie betekent dit
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 15 - 6 mei 1 9 9 8
SvaSek B .V . Lange termijn gedrag W estersehelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
dat de sedim entbeschikbaarheid en tra n sp o rtca p a cite it van de strom ing to t 2 à 3 km stro o m o p w a a rts van invloed zijn op de zandtransporten. Daardoor kan over- en onderver- zadiging ten opzichte van de tra n sp o rtca p a cite it op deze locatie optreden.
Om het in zich t in de zandcirculatie tijdens een getij te vergroten kan de tra n sp o rtca p a cite it van de stro m in g w orden berekend. Ais w o rd t aangenomen dat onder- en oververzadiging verw aarloosb aar is kunnen de zandtransporten eenvoudig op basis van w ate rb e w e g in g s- rmodellen bepaald w orden, Ook voor de W estersehelde zijn hier aanzetten toe geleverd (De Gelder, 1 9 9 6 , Schaap, 199 7 en Jansen, 1997b . Calibratie van de e v e n w ic h ts tra n s p o rtfo r- m uleringen Is uitgevoerd m et behulp van gemeten zandconcentraties. V o o r het oostelijk deel kw am en de gem eten en berekende zandconcentraties over het algemeen goed overeen. W el w as de naijling in de tijd duidelijk zichtbaar. De fo rm uleringen zouden hiervoor m oeten w orden aangepast. Gezien de aanpassingslengte van het sedim enttrans- p o rt in de W estersehelde zal ook naijling in de ruim te een rol spelen. V oor de u itw isseling m et het m ondingsgebied dient daarnaast ook aandacht aan de invloed van golven te w orden besteed (zie 2 .3 .5 ),
Een beperking van transportcap aciteitsbenadering is dat het berekenen van getijresiduele zandtransp orten u itsluitend op basis van deze m ethode zeer gevoelig is. Algem een w o rd t aangenom en dat het residueel tra n s p o rt het verschil is tussen grote eb- en vloedtranspor- ten. V erder zijn de calibratiegegevens (zandconcentratie m etingen) beperkt.
Ondanks deze beperking is in z e t van deze m ethode gew enst. O m dat in tegenstelling to t de andere m ethoden de zandbe w eging tijdens een g e tij kan w orden beschreven en hie r de transporten to t s ta n d kom en, z a l toepassing van za n d tra n sp o rtfo rm u /e rln g e n in com binatie m e t zandbalansen en overschot/te kortbenaderingen een belangrijke ro l kunnen spelen in h e t verklaren en begrijpen van de zandcirculatie in de Westersehelde.
Om aan te kunnen geven o f het systeem in staat is bepaalde zandtransp orten te realiseren, zijn in een spreadsheet vo o r de raai Vlissingen-Breskens de e ve n w ich tstra n sp o rte n
(Engelund-Hansen) berekend op basis van SCALW EST-resultaten (zie bijlage 4 ). De gebruikte co ë fficië n te n zijn bepaald op basis van calibratie van de form uleringen voor het o o stelijk deel (zie De Gelder, 1 9 9 6 ). U it deze berekeningen v o lg t vo o r een fo rs springtij een tra n s p o rt tijdens eb en vloed samen van ca. 0 .2 0 M m 3. De vlo e d ca p a cite it is in deze berekening ca. 2 keer zo hoog ais de ebcapaclteit, het ne tto tra n sp o rt zou dan 0 .0 8 M m 3 zijn. Ais w o rd t aangenom en dat de gemiddelde transporten een fa c to r 5 lager zijn dan de transporten tijdens springtij is de totale tra n sp o rtca p a cite it (eb en vloed) door deze raai ongeveer 3 0 M m 3 zand per jaar en is het verschil tussen vloed- en e bcapa citeit ongeveer 10 M m 3 zand per jaar.
C o n fro n ta tie m e t waargenom en o n tw ikkeling en
Uit een o ve rzich t uit S torm (1996) v o lg t dat de uit gem eten zandconcentraties berekende zandtransporten door een raai sterk variëren: 3 0 0 0 to t 1 2 5 0 0 0 ton tijdens één getij (eb en vloed), Uitgaande van een gem iddelde van 2 5 0 0 0 ton per getij betekent d it ongeveer 14 M m 3 tra n s p o rt door een raai per jaar (droge s to f 1 250 k g /m 3). Deze tra nsporten zijn vele malen g ro te r dan de tra n sp o rte n die benodigd zijn om eventuele m o rfo lo g isch e aanpassin
gen ten gevolge van zeespiegelrijzing en getijslagtoenam e te com penseren (voor de totale W estersehelde ca. 1 0 0 0 m 3/getlj).
D it geldt ook vo o r de ne tto zandverplaatslngen die uit opgestelde zandbalansen volgen (orde 1 M m 3/jaar).
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 16 - 6 mai 1 9 9 8
Svaäek B.V. Lange termijn gedrag W estersehelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
2 .3 .5 Veranderingen in de u itw is s e lin g m e t om liggende gebieden A lgem een
Naast een herverdeling van zand binnen de W estersehelde kan ook u itw isse lin g van zand m et de Noordzee en de Zeeschelde de ondiep w ater-, plaat,- slik- en schorgebieden beïnvloeden.
O v e rs c h o ts /te k o rt benadering
Indien het estuarium een te k o rt o f overschot aan zand heeft zal op lange term ijn (na interne herverdeling) uitw isseling m et het m ondingsgebied o f de Zeeschelde plaatsvinden.
D oordat de Scheldeafvoer relatief klein is t.o .v . het getij en in de Zeeschelde geen grote hoeveelheden zand beschikbaar zijn zal deze uitw isseling m et name m oeten plaatsvinden m et het m ondingsgebied. Ook d it m ondingsgebied w o rd t beinvloed door de zeespiegelrij
zing en zal op haar beurt zand uitw isselen met de kusten en het zeegebied.
Z a n d tra n sp o rtca p a cite it benadering
Z andim port o f -export van het estuarium zal plaats m oeten vinden via de hydraulische processen tussen m ondingsgebied en estuarium (ongeveer de raai Vlissingen-B reskens, hals). Naast veranderingen In de strom ing (m.n. getijasym m etrie) speelt hierbij evenals bij horizontale verplaatsingen binnen het estuarium ook de beschikbaarheid van sedim ent in suspensie een rol. De aanpassingslengte van het se d im e n ttra n sp o rt in de W estersehelde 2 à 3 km , de veranderingen in lokale bodem ligging en stroom beeld bepalen dus o f en m et w elke snelheid een nieuw e v e n w ic h t tussen estuarium en m onding zich in ste lt en de vertraging die hierbij o p treedt. V o o r het zandtransport in de hals is dus niet alleen de o n tw ik k e lin g van de W estersehelde zelf, maar ook dat van het m ondingsgebied van groot belang, In tegenstelling to t de horizontale uitw isselingen in het estuarium speelt bij de overgang tussen estuarium en m ondingsgebied de g o lfw e rk in g een belangrijke rol. Doordat in het m ondingsgebied meer o pw oelin g van sedim ent o p treedt dan in het bekken zou bij volledig sym m etrische w ate rb e w e g in g en m orfologie toch im p o rt van zand optreden.
R econstructies
Naar veranderingen in de vorm van de debietkrom m e op lange term ijn is onderzoek gedaan d .m .v . reconstructies (Van der Spek, 1994). Hieruit is geconcludeerd dat de g etijasym m e
trie in de m onding (Vlissingen/Breskens) bij veranderingen in het W estersehelde bekken kan veranderen. Het zandtransp ort door de mond beïnvloedt dus het lange te rm ijn gedrag van de W estersehelde, maar verandert zelf door veranderingen in de W estersehelde, Daarom w o rd t h e t za n d tra n sp o rt d o o r de m ond n ie t ais een randvo o rw a a rd e , m aar ais een onderdeel van h e t systeem behandeld.
Volgens Van der Spek (1996) zijn de ontw ikkeling en van de W estersehelde tussen 1650 en 1 9 6 8 gepaard gegaan m et een afnemende getijasym m etrie, w aarbij getijasym m etrie gedefinieerd w o rd t ais de verhouding tussen m axim ale vloed- en ebsnelheden. Een afname van de getijasym m etrie (vloeddom inantie) heeft over het algemeen een afnam e van de zandim port to t gevolg, Hierin speelt ook de duur van eb- en vloed en de sedim entbeschik- baarheid een rol. In dit verband is ook de veranderde vorm van de krom m e (zie fig u u r 2.9) van belang. De huidige situatie laat vo o r springtij het volgende zien van vloed naar eb nemen de snelheden zeer snel af. In w erkelijkheid blijven de zandtransp orten daarom ook tijdens het begin van de ebfase nog enige tijd vrij hoog. Bij de kentering van eb naar vloed tre e d t d it niet zo sterk op. Het ne tto zandtransport w o rd t daarom in een aantal gevallen sterker door de eb gedom ineerd dan de getijasym m etrie doet verm oeden. Ais het bij netto tra n sp o rt gaat om kleine verschillen tussen grote eb- en vloedhoeveelheden kan dit
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 17 - 6 mei 1 9 9 8
SvaSek B .V . Lange termijn gedrag W estersehelde, definitiestudie zeespiegelrijzing
verschijnsel van g ro o t belang zijn en zal de jaarlijkse im p o rt g ro te r zijn dan de g e tija sym m etrie van de w a terbew eg ing doet verm oeden.
C on fro n ta tie m e t waargenom en o n tw ikke lin g e n
Over de periode van 1 6 5 0 to t 1 96 8 zou volgens Van der Spek een gem iddeld jaarlijks zandim port van 0 .6 miljoen m 3 zijn opgetreden, w aarbij de tra n sp o rte n in de laatste jaren onder het gemiddelde liggen. De zandbalans van 1 955 to t 1 9 9 3 laat a fw isselend im p o rt en export zien. Een uitzondering v o rm t de grote im port rond 1 9 7 0 (ca. 8 m iljoen m 3 per jaar).
Na 1981 tre e d t afw isselend im p o rt en export op m et een gem iddelde im p o rt van ca. 0 .3 m iljoen m 3 per jaar.
De W estersehelde ais geheel lijk t gezien de tage im p o rt- en e x p o rtc ijfe rs die volgen u it de zandbalansen m om e n te e l redelijk in e v e n w ic h t te zijn. In de nabije to e k o m s t (1 5 jaar) zal w aarschijnlijk w el een aanpassing aan de verdieping 4 8 7 4 3 ' gaan plaatsvinden.
2 .3 .6 In v lo e d natu u rlijke m o rfo lo g isch e veranderingen op de w a te rb e w e g in g
De invloed van de w a te rb e w e g in g op de m orfologie is nog onvoldoende gedetailleerd bekend om eventuele m o rfologische veranderingen m et voldoende zekerheid te kunnen voorspellen. Ook de invloed van de veranderende m orfologie op de w a te rb e w e g in g is daarom nog onduidelijk. Eventuele veranderingen van de vorm van de getijkrom m e (verticaal) en de getijasym m etrie (horizontaal) zullen echter niet alleen het gevolg van de m orfologische aanpassingen zijn, maar zullen deze aanpassingen ook beinvloeden. Bij het bepalen van het lange term ijn gedrag van het estuarium zullen deze tw e e d e orde effecten niet verw aarloosd kunnen w orden. Eventuele verdrinking van de gebieden boven NAP -2 m zal bijvoorbeeld gepaard gaan m et toenam e van de bergende breedte, toenam e van de snelheden etc. V erdrinking lijk t dus in prin cip e geen z ic h z e lf ve rste rke n d proces te zijn.
2 .4 MENSELIJKE ACTIVITEITEN A/gem een
Eventuele beheersm aatregelen die in reactie op de gevolgen van zeespiegelrijzing kunnen w orden uitgevoerd hangen nauw samen m et gew enste situatie t.a .v . veiligheid, na tu u r
fu n ctie en vaarw egbeheer. In de loop der tijd zijn een aantal m aatregelen voorgesteld . Hier w o rd t indien m ogelijk beschreven w elke rol deze m aatregelen kunnen spelen in een
eventuefe verdrinking van de W estersehelde door versnelde zeespiegelrijzing. V oor de beschreven historische o n tw ikke lin g e n is gebruik gem aakt van de rapportages van het Project O ostw est (zie V roon e.a., 1997).
Vaargeu/beheer
In het kader van de va a rw e g fu n ctie zijn in het verleden verdiepingen van de ondiepere delen van de vaargeul (de drem pels) voorgesteld en uitgevoerd. Deze verdiepingen hebben plaatsgevonden door baggeren, w aarbij het gebaggerde materiaal vo o r een deel elders in het estuarium w o rd t te ru g g e s to rt. Het sedim ent uit de geulen is m ogelijk vo o r een belangrijk deel geborgen in het intergetijdegebied, w aardoor de kom berging afnam . Doordat de geulen dieper w erden is het binnendringen van het getij v e rs te rk t, zodat de getijverschillen m .n. in het o o stelijk deel zijn toegenom en. H ierdoor is de eventuele kom bergingsafnam e gecom penseerd. Om verdere verlanding van het ooste lijk deel van de W estersehelde tegen te gaan w orden de gebaggerde hoeveelheden nu voornam elijk in het w e ste lijk deel gestort. Door deze bagger- en stortstrategie w o rd t aan het o o ste lijk deel netto sedim ent ontrokken en in het w e ste lijk deel ne tto sedim ent toegevoegd.
De invloed van de verdere verdiepingen en de sto rtstra te g ie is w a a rsch ijn lijk ais v o lg t:
9 8 1 0 1 /1 0 4 4 - 18 - 6 mei 1 9 9 8
