Dr.ir. Astrid Blom onderzoekt veranderingen in de rivierbodem die veroorzaakt worden door de interactie van de stroming en de zand-grindmengsels op de bodem. Dat doet zij onder meer binnen de STW projecten WATER2015 Riviererosie en RiverCare.
De bodem van Europese rivieren als de Rijn, Elbe en Donau gaat langzaam omlaag, niet zozeer vanwege bodemdaling, maar vooral door erosie: het water voert meer materiaal van de bodem mee dan er van bovenaf wordt aangevoerd. In het Nederlandse deel van de Rijn gaat het om een erosie van bijna 2 cm per jaar. “Dat kan allerlei oorzaken hebben”, vertelt Dr. Astrid Blom. “Menselijke oorzaken zoals de aanleg van dammen en dijken, of baggerwerkzaamheden, maar misschien zijn er ook natuurlijke oorzaken.” Die bodemerosie is onderwerp van haar onderzoek in het kader van STW financieringsprogramma WATER2015; Blom’s voorstel werd eerste van 26 gehonoreerde projecten.
Binnenkort gaan twee promovendi binnen het project aan de slag; een van hen gaat kijken naar de mogelijk oorzaken van de erosie. “Waarschijnlijk is het een combinatie, maar wat is dan het aandeel van elk?”, vraagt Blom zich af. De ander zal zich bezighouden met mogelijke oplossingen. Want het zakken van de rivierbodem vormt wel degelijk een probleem, al lijkt dat in eerste instantie niet zo. “Het waterpeil zakt mee, dus worden je dijken relatief hoger. Dat lijkt gunstig, maar omdat sommige stukken bodem moeilijk eroderen zakt de bodem ongelijkmatig. Dan krijg je drempels voor de scheepvaart.” Dat heeft er inmiddels toe geleid dat het meest ondiepe punt, dat bepaalt hoe diep je schepen kunt afladen, niet meer in Duitsland ligt, maar in Nederland.
Suppletie
Minder diep kunnen laden kost de scheepvaart geld, maar dat is niet het enige probleem. “Ook de stabiliteit van constructies als kribben komt in gevaar. Het heeft bovendien invloed op het grondwaterpeil”, vertelt Blom. In Duitsland spelen deze problemen al veel langer. “Het gedeelte van de Rijn bovenstrooms van Iffezheim ligt helemaal vast door een flink aantal dammen. Dat zorgt benedenstrooms van Iffezheim voor bodemerosie. ” Daar zijn ze sinds de jaren tachtig bezig met iets wat wij in Nederland vooral met het strand in verband brengen: sedimentsuppletie. “Nu gaan we in Nederland ook kijken of we dat ook kunnen doen.”
Tussen april en oktober 2016 laat Rijkswaterstaat een grote hoeveelheid zand en grind storten in de Rijn bij Lobith. “Doel is om te kijken of we met zo’n maatregel de voortgaande bodemerosie kunnen beperken. Suppletie is namelijk een redelijk ‘groene’ oplossing, die ook nog eens flexibel en betaalbaar is.” Vergelijkbaar met de Zandmotor voor de kust van Zuid-Holland, gaat het natuurlijke gedrag van de rivier het zand en grind dan verspreiden. De huidige proef bij Lobith moet meer inzicht geven in hoe dat precies werkt. “Hoe vaak moet je suppleren en waar en met welk volume? En wat is de beste samenstelling? Te grof materiaal blijft liggen, maar is het te fijn dan helpt het niet om de bodemerosie te beperken en belandt het straks in de Rotterdamse haven en krijgen we er daar problemen mee.”
Veld en lab
De resultaten van deze grootschalige proef gaan Blom en haar collega’s gebruiken om bestaande modellen verbeteren. “Een proef waarbij je de beginsituatie weet, weet wat je toevoegt en ook heel gedetailleerd gaat meten, dat is een unieke kans. We doen in het lab allerlei proeven, maar dat is op veel kleinere schaal.” Die wisselwerking tussen veld- en labproeven is heel belangrijk. “Met veldproeven spelen er een heleboel effecten door elkaar heen; dan is het lastig om te weten wat oorzaak en wat gevolg is. In het lab kun je heel gemakkelijk een fenomeen uitlichten en het effect ervan meten.” Al die meetgegevens voeden weer de modellen, die uiteindelijk goed genoeg moeten worden om toekomstige suppleties te kunnen voorspellen.
Dit sluit precies aan bij de interesses van Blom. “Mijn onderzoek richt zich op veranderingen in bodemniveau, en dan op zand-grindmengsels in het bijzonder.” Blom studeerde Civiele Techniek in Delft en studeerde af bij het toenmalige WL Delft Hydraulics (nu onderdeel van Deltares). In Twente promoveerde ze op de interactie tussen stroming en zand-grindmengsels in rivieren, een onderwerp waar ze zich sindsdien in is blijven verdiepen. Waar ze in de beginjaren vooral bezig was met detailprocessen, kijkt ze nu meer naar de grote schaal. “Veel van de kleinschalige effecten kun je vereenvoudigd in je grootschalige model opnemen, maar sommige heb je wel nodig om die grote schaal te begrijpen. Kun je bijvoorbeeld turbulente wervels geparametriseerd opnemen, of moet je ze in detail beschrijven, en zo ja, hoe? Dat blijft zoeken.”
Zoektocht
Wat ook in de loop der jaren veranderde, is de tijd die ze voor haar eigen onderzoek overhield. “Naarmate je groeit word je steeds meer begeleider, maar veel van mijn plezier haal ik uit het doen van eigen onderzoek. Dat is wel een continue zoektocht. Na een aantal dagen vol met managementtaken heb ik echt weer even behoefte om mezelf op te laden door inhoudelijk aan mijn onderzoek te werken.” Het verbaast Blom dat er binnen een universiteit zo weinig tijd overblijft voor het primaire proces. “Voor goed onderzoek heb je wel significante tijd nodig, niet een half uurtje hier of daar. Gelukkig krijg ik hiervoor wel de ruimte van ons afdelingshoofd, Wim Uijttewaal.”
RiverCare
Promovendi begeleiden doet Blom natuurlijk ook met plezier, zoals de twee die voor het project RiverCare werken. RiverCare is een zogenaamd Perspectiefprogramma, waarbinnen universiteiten, bedrijven en organisaties als RWS, Deltares en de Stichting Toegepast Waterbeheer (STOWA) samenwerken. “In totaal zijn er zo’n twintig promotieplekken mee gemoeid, waarvan drie bij de TU Delft. Twee daarvan begeleid ik.” RiverCare sluit onder meer aan bij Ruimte voor de Rivier, waarbij het overstromingsgevaar van rivieren is verkleind door vooral maatregelen die de rivier meer ruimte geven. “Er is nu uitgebreide monitoring aan de gang van deze maatregelen. Welke lessen kunnen we daaruit trekken om duurzaam vorm te geven aan onze rivieren?”
Lange termijn
De twee RiverCare promovendi die Blom begeleidt richten zich vooral op het kunnen voorspellen van veranderingen in de rivierbodem. Een probleem dat zich daarbij aandient is dat de huidige modellen nog niet lang genoeg doorrekenen. “We kunnen een tweedimensionaal model nog niet over een periode van 200 jaar laten draaien; dat gebeurt nu standaard voor 40 jaar. Dit heeft een praktische reden, omdat de berekening anders gewoon te lang duurt.” Dat geeft echter problemen bij het doorrekenen van bijvoorbeeld die suppletiemaatregelen, omdat sediment zich heel langzaam verspreidt. “Met alleen korte berekeningen zouden we bepaalde effecten over het hoofd kunnen zien en dan misschien de verkeerde sedimentsamenstelling kunnen kiezen. Je wilt weten waar het systeem zich uiteindelijk naartoe beweegt. Als die erosie op langere termijn stopt, hoeven we misschien helemaal niet te suppleren.” Die voorspelling op lange termijn is waar de promovenda Liselot Arkesteijn zich mee bezighoudt.
Een ander probleem is dat de huidige modellen in sommige opzichten nog fundamenteel onjuist zijn. “Een aantal modelvergelijkingen kunnen we onder bepaalde omstandigheden niet gebruiken”, legt Blom uit. “Die omstandigheden bootsen we dan na in het lab om te kijken wat er gebeurt op het moment dat het model dat niet kan beschrijven. Op basis daarvan proberen we de vergelijkingen te verbeteren.” Met dat deel van het onderzoek houdt promovendus Victor Chavarrias zich bezig. “We hebben dus een stap teruggedaan om naar dat fundamentele stuk van het model te kijken. Binnen WATER2015 gaan ze daar ook weer mee verder.” De projecten WATER2015 en RiverCare zijn dus inhoudelijk nauw met elkaar verbonden. Dat is geen toeval. “Ik probeer projecten altijd te laten bijdragen aan mijn hoofdonderzoekslijn. Ik heb duidelijk voor ogen waar ik naar toe wil: werkende modellen om op lange termijn veranderingen van de rivierbodem te kunnen voorspellen.”
Gepubliceerd: mei 2016
