Dit is gedaan door de weerstand van een aantal vegetaties te bepalen volgens drie alternatieve berekeningsconcepten en de resultaten te vergelijken met de weerstanden die momenteel in rivierkundige modellen worden gehanteerd. Het blijkt dat voor korte uiterwaardvegetaties, zoals graslanden en ruigtes, de alternatieve berekeningsconcepten lagere weerstanden opleveren. Een lagere ruwheid voor deze vegetatietypen zou betekenen dat er meer ruimte voor natuur is.
Inleiding
Om de veiligheid in het rivierengebied te waarborgen is een goede doorstroomcapaciteit van het zomer- en winterbed van belang. Maatregelen, zoals uiterwaardverlaging en het graven van een nevengeul, kunnen de doorstroomcapaciteit verbeteren. Bij natuurontwikkeling daarentegen kan de afvoercapaciteit van de rivier afnemen door opstuwing als gevolg van een grotere stromingsweerstand van de begroeiing. Rijkswaterstaat hanteert voor het berekenen van de afvoercapaciteit van de grote rivieren het handboek ‘Stromingsweerstand in uiterwaarden’ (Van Velzen et al., 2003a, 2003b). Hieruit volgen de ontwerp-hoogwaterstanden die gebruikt worden voor het ontwerp van veilige dijken. Uit voorgaand onderzoek van Alterra (Makaske & Maas, 2007) blijkt dat een verandering van vegetatiebeheer in uiterwaarden al binnen enkele jaren kan leiden tot een groot verlies van doorstroomcapaciteit van het winterbed bij hoogwater. Dit lijkt in belangrijke mate te wijten aan verruiging van productiegraslanden bij een natuurlijker beheer. Alterra heeft, in opdracht van het ministerie van Economische zaken onderzoek gedaan naar de stromingsweerstanden die voor natuurlijke vegetaties gelden in de uiterwaarden (Querner & Makaske, 2012). In de studie zijn graslanden, ruigte en riet betrokken. Deze vegetatiestructuurtypen spelen een rol in de eerste successiestadia, na herinrichting van uiterwaarden en bij de overgang van agrarisch naar natuurgericht beheer. Een aantal van deze vegetatiestructuurtypen is van groot belang in de Nederlandse bijdrage aan realisatie van Natura2000, het Europese netwerk van natuurgebieden. Samen vertegenwoordigen ze grote oppervlaktes in de uiterwaarden, dus hun invloed op de doorstroomcapaciteit bij hoogwater is groot.
Doel van de studie was om te verkennen of de door Rijkswaterstaat gehanteerde hydraulische ruwheden van graslanden en ruigtes realistisch zijn gezien de vegetatiehoogten in het veld, en of bijstelling van deze ruwheidsnormen overwogen zou moeten worden.
Berekening stromingsweerstanden van uiterwaardvegetaties
De doorstroomcapaciteit is in deze studie op vier manieren uitgewerkt:
1. met de ruwheden volgens het handboek van Rijkswaterstaat (het RWS-handboek);
2. met de ruwheid van de vegetatie gelijk gesteld aan de vegetatiehoogte;
3. met als uitgangspunt dat er geen stroming door de vegetatie plaatsvindt, maar alleen door het open-water-deel;
4. met de Manning-coëfficiënten uit de internationale literatuur op het gebied van vegetatieruwheid.
In het RWS-handboek (Van Velzen et al., 2003a) wordt een ruwheid van de vegetatie verondersteld die veel groter is dan de vegetatiehoogte, met name bij waterdiepten tot 2,5 à 3,0 m. Het is de vraag of er een conceptueel verschil is tussen de ruwheid van bijvoorbeeld (rots)blokken en een korte vegetatie. Bij blokken veronderstel je de hoogte van deze blokken als ruwheid, maar bij vegetatie van bijvoorbeeld 0,4 m hoog blijkt dat er voor de ruwheid uitgegaan wordt van ca. 0,84 m. Hierdoor wordt de stromingsweerstand een stuk groter. Als gevolg daarvan neemt de afvoercapaciteit aanmerkelijk af.
Verschillen in doorstroomcapaciteit in de praktijk
Voor een representatief dwarsprofiel van de IJssel met verschillende vegetatietypes is dit uitgerekend (Querner & Makaske, 2012). Het blijkt dat de afvoercapaciteit van de uiterwaarden, berekend met het RWS-handboek, tussen de 22 en 40% kleiner is dan wanneer ingeschat met de andere berekeningsmethoden. Voor het gehele dwarsprofiel (uiterwaarden en zomerbed) ligt het verschil tussen de 10 en 18%. De hydraulische ruimte die een lagere ruwheid van graslanden met zich meebrengt lijkt echter groter dan zij in feite is. De stromingsmodellen zijn namelijk gekalibreerd op het hoogwater van 1995, dus als de stromingsweerstand van de uiterwaarden lager is, dan zal de weerstand van het zomerbed groter moeten zijn. Bij herkalibratie wordt de ruwheid van het zomerbed zodanig aangepast dat de waterstand en de totale afvoer weer in overeenstemming zijn met de in 1995 bepaalde waarden. Deze herkalibratieprocedure is in deze studie ook uitgevoerd. Berekening volgens de drie alternatieve berekeningsmethoden levert na herkalibratie voor het totale dwarsprofiel een 2 tot 10% hogere afvoercapaciteit op dan berekening volgens het RWS-handboek. Een grotere afvoercapaciteit door een lagere inschatting van de ruwheid zou de mogelijkheid bieden om meer natuurontwikkeling toe te staan in de uiterwaarden. Uitgaande van de ontwerp-afvoernorm voor de IJssel (2400 m3/s) leidt het uitgangspunt ‘ruwheid = vegetatiehoogte’ tot een 0,20 m lagere waterstand dan toepassing van het RWS-handboek.
Conclusies
Nu in het kader van Ruimte voor de River en NURG (Nadere Uitwerking Rivieren Gebied) grote delen van de uiterwaarden van Rijn en Maas die voorheen in agrarisch beheer waren in een meer natuurlijk beheer komen, is het bepalen van de hydraulische effecten van deze verandering in beheer uiterst actueel. Realisatie van natuurdoelen in uiterwaarden mag de doorstroomcapaciteit bij hoogwater niet te zeer schaden. Met andere woorden: de hydraulische ruimte voor natuur is beperkt. Voor het vaststellen van de beschikbare ruimte is het cruciaal dat de ruwheid van diverse typen graslanden en ruigtes juist wordt ingeschat. Een lagere ruwheid voor deze vegetatietypen betekent dat er meer ruimte voor natuur mogelijk is.
Deze studie vergelijkt vier berekeningsconcepten voor het bepalen van de vegetatieruwheid in de uiterwaarden en de hieruit volgende afvoeren bij hoogwater. Berekening met het RWS-handboek blijkt een aanmerkelijk lagere afvoercapaciteit van de uiterwaarden op te leveren dan berekening volgens de drie andere methoden. Deze studie illustreert dat er nog steeds onzekerheid is over de werkelijke stromingsweerstand van korte vegetaties. Metingen tijdens hoogwater zijn nodig om duidelijkheid te krijgen en de beschikbare ruimte voor natuurontwikkeling beter te kunnen bepalen.
Literatuur
- Makaske, B. & Maas, G.J. (2007). Veiligheid en beheer van natuurgebieden in Ruimte voor de Rivier. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 1624, 39 blz.
- Querner, E.P. & Makaske, B. (2012). Verkenning van stromingsweerstanden; de hydraulische ruwheid van enkele natuurlijke uiterwaardvegetaties. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 2355, 38 blz.
- Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P. & Coops, H. (2003a). Stromingsweerstand in uiterwaarden; deel 1 handboek versie 1-2003. RIZA, Arnhem, RIZA rapport 2003.028 134 blz.
- Velzen, E.H. van, Jesse, P., Cornelissen, P. & Coops, H. (2003b). Stromingsweerstand in uiterwaarden; deel 2 achtergronddocument versie 1-2003. RIZA, Arnhem, RIZA rapport 2003.029 124 blz.
Download het achtergrondrapport over dit onderwerp:
Alterra rapport 2355: http://edepot.wur.nl/242897
