Het effect van golven op habitats

Golven hebben een direct effect op de kwaliteit van habitats van bodemdieren (benthos) in de Schelde. Bij een hoge bodemschuifspanning (de kracht die ontstaat door de combinatie van stroming en golven) is er een grotere kans op erosie. Hierdoor kunnen bodemdieren wegspoelen. De aanwezigheid van bodemdieren heeft indirect ook invloed op de aanwezigheid van vogels en zeezoogdieren, omdat zij voor hun voedsel afhankelijk zijn van de bodemdieren. De aanwezigheid van al deze dieren dragen dus bij aan de unieke ecologie van het Schelde-estuarium. Door beter te begrijpen hoe allerlei factoren invloed hebben op verschillende dieren uit de voedselketen, houden we de Scheldenatuur in optimale conditie.

Het Waterbouwkundig Laboratorium (WL), Wageningen Marine Research (WMR) en Deltares hebben allemaal onderzoek gedaan naar de effecten van golven op habitats in de Schelde. Tijdens een digitale kennissessie op 12 november 2020 presenteerde Luca van Duren van Deltares de resultaten van deze onderzoeken, en lichtte ze toe welke vragen tot op heden onbeantwoord blijven.

Een foto van bodemdieren die het voedsel van vogels in de Westerschelde vormen.

Hydrodynamiek op ecotopenkaarten

De ecotopenkaarten die nu in Nederland en Vlaanderen worden gebruikt hebben een beperkte voorspellende kracht als het gaat om het voorkomen van bodemdieren in de Schelde. Eén factor die hieraan bijdraagt is waarschijnlijk het feit dat golven niet worden meegenomen in de ecotopenkaarten, terwijl de hydrodynamiek (de beweging van het water) voor een groot deel bepaalt waar bodemdieren zich kunnen vestigen.

Voor Nederlandse ecotopenkaarten wordt aan de hand van stroomsnelheid bepaald of een subtidaal gebied hoog- of laagdynamisch is. Bij een stroomsnelheid hoger dan 80 cm per seconde is het gebied hoogdynamisch, bij een lagere stroomsnelheid laagdynamisch. Voor intergetijdengebieden wordt de dynamiek aan de hand van luchtfoto’s bepaald. Daarbij wordt gekeken naar bodemvormen, zoals zandribbels. De luchtfoto’s geven een beeld van hoe het gebied over tijd is veranderd, maar je kunt er niet mee voorspellen wat er in de toekomst gaat gebeuren.

Op Vlaamse ecotopenkaarten ontbreekt hydrodynamiek helemaal. Wel heeft het Vlaamse Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek (INBO) onderzoek gedaan naar de effecten van stroming en hydrodynamische belasting op het voorkomen van bodemdieren. De resultaten van dit onderzoek zijn nog niet beschikbaar.

In de toekomst is het de bedoeling dat ecotopenkaarten in Nederland en Vlaanderen op dezelfde manier worden gemaakt. Een voorspellend systeem heeft daarbij de voorkeur. Door stroming en golven op een goede manier in de kaarten mee te nemen kun je bijvoorbeeld zien hoe de stroming en golfbelasting veranderen op het moment dat er in het systeem iets verandert, bijvoorbeeld door baggeren.

Verschillende soorten golven

Er zijn drie type golven:

Getijgolven komen het Schelde-estuarium in vanaf de Noordzee. Getijgolven zijn lange golven die vooral invloed hebben op de hydrodynamiek in de monding van de rivier.
Windgolven zijn in de Westerschelde de belangrijkste bron van golven. Deze golven zijn enerzijds afhankelijk van de kracht van de wind, maar ook de lengte waar de wind vat heeft op het water (strijklengte). Hoe groter de strijklengte, hoe groter de golven.
Scheepsgolven worden veroorzaakt door scheepsbewegingen. Deze golven hebben veel invloed op de hydrodynamiek in de Zeeschelde, maar de invloed van deze golven in de Westerschelde is nog onduidelijk.

Effect van windgolven vs. scheepsgolven

De onderzoeken van het Waterbouwkundig Laboratorium, Wageningen Marine Research en Deltares gaan over wind- en scheepsgolven. In de Westerschelde, waar het systeem heel breed is, heeft de wind veel vat op het water en dus invloed op de hydrodynamiek. De schepen zijn hier in verhouding tot de breedte van het estuarium relatief klein, waardoor scheepsgolven minder invloed hebben. Hogerop in het systeem, ter hoogte van Antwerpen, nemen de effecten van windgolven af. Tegelijkertijd neemt de grootte van schepen ten opzichte van de rivier toe, waardoor scheepsgolven hier een grotere invloed hebben. Hoog boven in de Zeeschelde is het effect van wind miniem, terwijl een klein schip hier al grote golven kan veroorzaken.

Schepen veroorzaken twee type golven:

De boeggolf, ofwel primaire golf: deze golf ontstaat vlak naast het schip en zorgt voor een grote daling in de waterspiegel.
De hekgolf, ofwel secundaire golf: de uitwaaierende golf achter schepen. Deze golf kan behoorlijk groot zijn.

Twee afbeeldingen: links zie je hoe een boeggolf opspat tegen de voorboeg van een schip en plaatselijk het waterpeil daalt. Rechts zie je hoe het schip achter zich een hekgolf achterlaat, die uitwaaiert over de Schelde. — Links: een boeggolf. Rechts: een hekgolf.

Onderzoek Waterbouwkundig Laboratorium (WL) Borgerhout: scheepsgolven vs. windgolven

Het WL Borgerhout en Deltares hebben elk een onderzoek uitgevoerd naar de aanwezigheid van scheepsgolven. Het doel van het onderzoek van het WL was inzicht krijgen in de relatie tussen het type schip en de vaarsnelheid, en de veroorzaakte scheepsgolf. Het WL heeft voor dit onderzoek gewerkt met waarnemingen van wind- en scheepsgolven. De metingen vonden plaats op verschillende plekken in de Westerschelde en de Zeeschelde: rond de Hooge Platen, bij Saeftinghe, bij Rupelmonde en bij Dendermonde. Deze informatie is vervolgens met behulp van het Automatic Identification System (AIS) en camera’s gekoppeld aan de vaarbewegingen van schepen. Ook werden de schepen in categorieën ingedeeld, zodat bepaald kon worden welke schepen welke golven veroorzaakten.

Uit de metingen van het WL blijkt dat windgolven vooral van belang zijn in het westelijk deel van de rivier. Alleen bij de Hooge Platen waren windgolven belangrijker dan scheepsgolven. Stroomopwaarts neemt het belang van windgolven t.o.v. scheepsgolven sterk af. De secundaire golf (hekgolf) was op alle meetpunten waarneembaar, maar de primaire golf alleen bij de Hoge Springer en bij Saeftinghe. De data van de secundaire golven zijn via lineaire golftheorie omgezet naar berekende stroomsnelheden nabij de bodem. Dit geeft inzicht in mogelijkheden tot sedimenttransport ten gevolge van golven. Windgolven kunnen vooral in het mondingsgebied leiden tot sedimenttransport. Secundaire scheepsgolven leiden in datzelfde gebied ook tot sedimenttransport. Stroomopwaarts van Saeftinghe is dat niet meer het geval.

Onderzoek Deltares: hotspots in de Schelde

Het doel van het onderzoek van Deltares was het identificeren van hotspots in de Westerschelde waar scheepsgolven belangrijker zijn dan windgolven. Voor dit onderzoek gebruikte Deltares bestaande informatie over de lengte van schepen en hun vaarsnelheid om de grootte van de golf te bepalen. Uit dit onderzoek zijn drie hotspots naar voren gekomen: Vlissingen (vooral secundaire golven), de slikken van Bath (vooral primaire scheepsgolven) en een geultje bij de Middelplaat (secundaire golven). Hiervan waren de eerste twee hotspots al bekend. In Vlissingen geldt ondertussen een snelheidsbeperking in de vaargeul, en bij Bath zijn maatregelen genomen om het slik en achterliggende schor te beschermen. De oorzaak en het effect van de golven bij Middelplaat moet verder onderzocht worden. Hier hebben de golven potentieel effect op de natuurwaarden, maar waarschijnlijk worden deze vooral veroorzaakt door kleinere boten. Het is onduidelijk of de gebruikte onderzoeksmethode goed werkt voor kleinere boten.

In deze afbeelding zijn twee modelkaarten te zien van de secondaire scheepsgolven rondom de Middelplaat. Te zien is het hoogdynamisch fijnzandig litoraal aan de plaatranden en laagdynamisch fijnzandig laag litoraal in het midden van de plaat. Te zien is dat de secondaire scheepsgolven het hoogst zijn tussen de twee platen in.

Onderzoek naar relatie tussen windgolven en bodemdieren

Wageningen Marine Research (WMR) heeft onderzoek gedaan naar de relatie tussen windgolven en bodemdieren. Voor dit onderzoek heeft WMR gekozen voor een versimpelde analyse, omdat een analyse op basis van een volledig golfmodel veel voeten in de aarde heeft. Daarom maakte WMR scenariokaarten op basis van kaarten die al beschikbaar waren, met verschillende stormmodellen. Het onderzoek begon met de aanname dat de gemiddelde golfbelasting niet hoog hoeft te zijn, maar een paar flinke stormen in een jaar al kunnen zorgen voor erosie. Op de plekken waar erosie plaatsvindt, verwacht je alleen bodemdieren met een korte levenscyclus, omdat langlevende soorten hier geen voet aan de grond kunnen krijgen.

In het onderzoek combineerde WMR de scenariokaarten met golfhoogtes en bodemschuifspanning ten gevolge van golven met beschikbare data over bodemdieren. Daarbij keken ze naar een aantal indices: het aantal soorten wat voor kon komen, totale dichtheid, totale biomassa en de ecologische rijkdom. Uit de resultaten blijkt dat de relatie tussen biomassa en biodiversiteit en bodemschuifspanning duidelijker is dan de relatie tussen deze twee indices en golven. Opvallend is dat de correlaties omgekeerd zijn ten opzichte van wat de onderzoekers verwachtten: een hogere bodemschuifspanning leidde tot een hogere biomassa en biodiversiteit. De onderzoekers hebben nog geen goede verklaring gevonden voor deze resultaten. De onderzoekers voerden de analyses uit op basis van geïnterpoleerde kaarten, waardoor sommige grenzen verschuiven en vervagen. Bij een onderzoek waarin de onderzoekers de originele data gebruikten waren de relaties tussen bodemschuifspanning en biomassa en biodiversiteit minder sterk, maar ze bleven positief. Misschien is de methode die de onderzoekers gebruikten niet ideaal, en moeten in de toekomst toch golfmodellen doorberekend worden.

Werk in uitvoering

Door de onderzoeken hebben we meer inzicht gekregen in golven in de Schelde: welke golven treden waar op, waar zijn ze belangrijk, welke schepen veroorzaken wat voor golven? De relatie tussen golven en ecologie moet echter verder onderzocht worden, dus het blijft werk in uitvoering.