Knotwilg kan waterveiligheid vergroten
Er wordt veel beweerd over de bijdrage die de natuur kan leveren om ons te behoeden voor overstromingen. Bossen zouden bijvoorbeeld een rol kunnen spelen in het dempen van golven die op een dijk afkomen. Tot nu toe was er echter maar weinig kwantitatief bewijs voor het functioneren van bomen onder extreme condities. Hoe goed dempen bomen golven tijdens een grote storm en wanneer breken de bomen? Om dit te kwantificeren beproefden Deltares, TU Delft en het NIOZ in 2018 in de grootste golfgoot van de wereld, de Deltagoot, een echt bos van 40 meter breed van typisch Nederlandse knotwilgen onder de aanval van grote golven tot tweeëneenhalve meter). Uit de resultaten blijkt dat bomen uitstekend in staat zijn golven te dempen. Deze week publiceerde het team de eerste resultaten in Scientific Reports. Het artikel geeft inzicht in hoe we bomen en de kracht van de natuur het beste kunnen inzetten voor onze waterveiligheid.
Wilgenbomen in de Deltagoot tijdens de grootschalige testen (foto: Deltares).
De bomen bleven overeind, golfhoogte werd minder
De belangrijkste conclusie is dat de bomen wel degelijk kunnen werken om golven te dempen. De bomen bleven intact bij maximale golfhoogtes van 2,5 meter. De golfhoogte werd door het bos tot 22% lager. In werkelijkheid kunnen bomen echter hoger of korter zijn en dichter of minder dicht op elkaar staan. Om in te schatten hoe een bos in werkelijkheid golven dempt zijn dus goede rekenmodellen nodig. Bestaande modellen om de golfafname te berekenen die door de takken wordt veroorzaakt bleken redelijk goed te werken, zolang de structuur van de bomen maar nauwkeurig bekend is. Het in kaart brengen van de structuur van bomen bleek juist moeilijker dan gedacht, maar is uiteindelijk ook gelukt.
De bomen dempten het meeste bij middelhoge waterstanden waarbij de golf midden door de kruin gaat en daardoor het meeste boomoppervlakte tegenkomt. Verrassend genoeg bleken de bladeren aan de bomen nauwelijks bij te dragen aan de golfdemping. Ook waren de geteste wilgen veel flexibeler dan tot nu toe gedacht en de takken bewogen enigszins met de golven mee. Misschien nam daardoor bij de zeer hoge en langere golven de dempende capaciteit van de bomen af – iets om verder te onderzoeken.
Hybride keringen
De resultaten van deze test in de Deltagoot vormen de basis voor het NWO onderzoeksproject WOODY dat reeds in 2020 gestart is. WOODY-projectleider Bas Hofland: “WOODY heeft tot doel de kennis te ontwikkelen die hard nodig is om goede hybride keringen te kunnen ontwerpen. Dat zijn waterkeringen die natuur en een harde dijk combineren. Bomen kunnen dan een functioneel deel zijn van een waterkering, zoals al op één locatie in Nederland al is doorgevoerd.”
Bregje van Wesenbeeck: “Zeker met klimaatverandering en een stijgende zeespiegel moeten we beter leren werken met de van nature aanwezige systemen. Het onderzoek in WOODY richt zich erop om de functies van die systemen die daarbij kunnen helpen beter in kaart te brengen, zodat we betere oplossingen voor verschillende kustlijnen en riviergebieden in de wereld kunnen gaan ontwerpen. Combinaties van natuurlijke landschappen en harde keringen zijn veelbelovend en kunnen veel plekken in de wereld een stuk veiliger maken. Deze studie is een belangrijke stap bij het maken van ontwerpregels voor dergelijke innovatieve ontwerpen. We kunnen nu bijvoorbeeld veel beter berekenen hoe lang een bos voor een dijk moet zijn om de gewenste golfdemping te bereiken”.
Ooibos op overstroomde uiterwaard voor de dijk in Waal (foto: Hofland).
In WOODY verfijnen onderzoekers Bas Hofland, Bregje van Weesenbeeck, Su Kalloe en Alejandra Gijón van de TU Delft de rekenmodellen en meetmethoden die gebruikt worden om de golfdemping door bomen te bepalen. Ook bestuderen zij hoe de dempende werking van bomen beproefd kan worden in kleinschaligere en minder kostbare proeven.
Boompjes uit de 3D printer
Su Kalloe is co-auteur van het paper en is bezig met haar promotie op deze resultaten van het onderzoek. Zij heeft alle wilgen in de golfgoot nauwkeurig ingemeten. “Op basis van die metingen en de golfdemping in de goot heb ik de precieze vorm en oppervlakte van elke boom ingeschat. Dit boommodel gebruiken we om de golfdemping van bomen onder extreme condities na te kunnen rekenen.” Kalloe kan op basis van het boommodel nu realistische kleine bomen laten ‘groeien’ uit de 3D-printer, zodat de grootschalige proeven die in het Scientific Reports artikel staan op kleine schaal nagedaan en uitgebreid kunnen worden. Zij zal met de 3D geprinte boompjes kijken in hoeverre de flexibiliteit van de takken de geldemping inderdaad vermindert.
3D-geprinte bomen worden getest in het Hydraulic Engineering laboratorium aan de TU Delft
Biodoversiteit
Een deelstudie bij het NIOZ onder leiding van Tjeerd Bouma richt promovenda Corinne van Starrenburg zich op de natuurwaarde van de bossen. Behalve veiligheid, kunnen deze oplossingen ook bijdragen aan belangrijke natuurdoelen. “Het verder optimaliseren van de ontwerpregels om naast de veiligheid, ook de biodiversiteit te maximaliseren, is een belangrijke uitdaging waar we ons in het lopende veldonderzoek op richten” aldus Tjeerd Bouma, onderzoeker NIOZ. “Daarom wordt onder andere de biodiversiteit van diverse type wilgenbossen bepaald. Uiteindelijk moet het hiermee mogelijk worden om een bos voor golfdemping aan te leggen of te laten groeien, terwijl het ook een grote rijkdom aan biodiversiteit heeft.”
En verder
Uiteindelijk is het doel van WOODY om de resultaten van de verschillende deelonderzoeken te combineren tot ontwerpregels waarmee hybride keringen met bossen kunnen worden ontworpen die zowel veilig zijn, als een hoge natuurwaarde hebben.
Ook zal locatie-specifiek onderzoek ook in de toekomst nog nodig blijven. Bas Hofland: “Als we de rol van natuur serieus mee willen nemen in onze waterveiligheid, dan zullen we meerdere soorten bomen aan even grondige testen moeten onderwerpen. Deze grootschalige testen aan de oer-Nederlandse knotwilg laten zien dat dit goed mogelijk is.” Zo bereiden de partijen bereiden zich ook voor op vervolgonderzoek in de Deltagoot met mangrovebomen, die in tropische gebieden langs kusten voorkomen, en die nu opgroeien in een kas bij Deltares.
Meer informatie:
Partners in WOODY zijn: Boskalis, Van Oord, Deltares, Rijkswaterstaat, WNF/WWF.
Scientific Reports paper, Wave attenuation through forests under extreme conditions: www.nature.com/articles/s41598-022-05753-3
Bas Hofland (TU Delft): B.Hofland@tudelft.nl
Bregje van Wesenbeeck (Deltares, TU Delft): B.K.vanWesenbeeck@tudelft.nl
Tjeerd Bouma (NIOZ): Tjeerd.Bouma@nioz.nl
