Module Het Rivierengebied

Transcriptie

1 De watergame De watermanager is een serious game voor de onderbouw van het voortgezet onderwijs. Spelenderwijs leren leerlingen hoe over twee waterbeheervraagstukken in Nederland. In de game nemen leerlingen de rol aan van watermanager. Ze zitten zelf aan de knoppen: ze evalueren de effecten van inrichting- en beheermaatregelen, en zoeken naar een optimale oplossing. Hoe beter ze het systeem inrichten en beheren, hoe meer punten ze krijgen. Leerdoelen: Kennis over de opbouw en het functioneren van het watersysteem Kennis over de gebruiksfuncties van het watersysteem Kennis over de uitdagingen voor het watersysteem Kennis over de maatregelen die genomen kunnen worden om het watersysteem op orde te brengen, en de effecten van die maatregelen op het watersysteem en de gebruiksfuncties. Vaardigheden in het oplossen van een ruimtelijke vraagstuk. De watergame bestaat uit twee modules: (1) het rivierengebied; en (2) de delta. Elke module beslaat een lesuur, inclusief voorbespreking en nabespreking.

2 Module Het Rivierengebied Opzet Deze module bestaat uit drie games. Game 1 is een quizgame. Leerlingen moeten een aantal vragen beantwoorden over het rivierengebied. Hierbij wordt een schematische kaart van het rivierengebied geïntroduceerd. In deze game leren leerlingen wat de verschillende onderdelen van het rivierengebied zijn (de geul, de uiterwaarden, de dijken en het binnendijksgebied), en wat de functie van de verschillende onderdelen is. Ook leren ze de begrippen waterafvoer en waterstand. Game 2 is een oefengame. Stuk voor stuk worden maatregelen geintroduceerd die tot doel hebben de waterstand bij hoge afvoer te verlagen: dijkverleggingen, obstakels verwijderen, uiterwaard afgraven, vloedbos aanleggen en retentiepolders aanleggen. Leerlingen moeten steeds, per maatregel, kiezen wat de meest geschikte locatie is. Na het klikken op een maatregel zien ze de kosten, en de effecten op de bevolking, natuur en waterstand. In deze game leren ze dat de kosten en effecten verschillen per locatie. Game 3 is een vrije inrichtingsgame. In deze game moeten leerlingen zelf een groot stuk van de rivier inrichten. Ze kunnen kiezen uit 80 maatregellocaties, verspreid over 4 riviersegmenten. Met een beperkt budget moeten ze ervoor zorgen dat de waterstand bij hoge afvoer voor elk van de segmenten een meter wordt verlaagd. Als ze klaar zijn met het selecteren van maatregelen klikken ze op de knop uitvoeren. Dan komt er een hoogwatergolf aan. Als de waterstand niet voldoende is verlaagd vinden er overstromingen plaats. Leerlingen kunnen het dan opnieuw proberen. Als het gelukt is om de waterstand voldoende te verlagen in elk van de segmenten, kan de docent de leerling een extra opdracht geven: richt het systeem zo in volgens de variant veilig en goedkoop (veel waterstandverlaging en weinig kosten), veilig en natuurlijk (veel waterstandverlaging en goed voor de natuur) of veilig en goed voor de bevolking (veel waterstandverlaging en hoge bewonerstevredenheid). Zo leren de leerlingen dat de belangen kunnen conflicteren. Theoretische achtergrond De hoeveelheid water die door een rivier stroomt heet de afvoer. De afvoer wordt meestal uitgedrukt in m3/s. De gemiddelde afvoer van de Rijn bij de Nederlands- Duitse grens is ongeveer m3/s. Dit is ongeveer 3 (25-meter) zwembaden per seconde. Het riviersysteem van de Rijn bestaat uit drie takken: (1) de Waal; (2) de Nederrijn- Lek en (3) de IJssel. De Waal is de belangrijkste Rijntak. Deze Rijntak voert 2/3 van het water van de Rijn af. Het gebied waarbinnen alle neerslag afwatert naar één rivier heet het stroomgebied. Het stroomgebied van de Rijn omvat delen van Nederland, Duitsland, Frankrijk en Zwitserland.

3 Figuur: De Rijn en Maas in Nederland. Figuur: Het stroomgebied van de Rijn en Maas.

4 In Midden Nederland heeft de Rijn en Maas het karakter van een laagland rivier. Het riviersysteem is hier in de loop der eeuwen door de mens ingericht. In de 11 e en 12 e eeuw hebben mensen dijken gelegd om overstromingen tegen te gaan. Deze dijken zijn in de loop der eeuwen steeds verder verhoogd en versterkt. De dijken liggen soms een paar kilometer van de hoofdgeul af. Het gebied tussen de hoofdgeul en de dijk heet de uiterwaard. In de winter is de afvoer meestal hoger dan in de zomer. Een paar keer per jaar komt de afvoer boven de m3/s. Dan lopen de uiterwaarden onder water. Dit is geen probleem, want de uiterwaarden zijn ervoor gemaakt! De uiterwaarden zorgen voor extra wateropvang en betere waterdoorstroming. Er zijn geen dorpen in de uiterwaarden. Wel zijn er enkele boerderijen, steenfabrieken en campings. Deze staan op heuveltjes, zodat ze bij hoog water niet overstromen. Figuur: Opbouw van de Rijn en Maas in Nederland, met riviergeul, dijk, uiterwaarden, binnendijks gebied. Het figuur laat de situaties bij lage afvoer zien. De uiterwaarden staan dan niet onder water. Figuur: Opbouw van de Rijn en Maas in Nederland bij hoge afvoer. De uiterwaarden staan dan onder water! Op sommige plaatsten stroomt het water, op andere plaatsten (in de uithoeken) stroomt het water niet.

5 In het verleden waren de dijken minder hoog en stevig dan nu. Tot in de 19 e eeuw vonden er af en toe dijkdoorbraken plaats bij hoge afvoeren. Op de plekken van de dijkdoorbraak heeft het stromende water een gat uitgesleten uit de bodem. Deze gaten zijn gevuld met water. Dit heet een wiel. Het zand en de klei die is weggesleten is verderop in het afgezet. Figuur: Riviersysteem met wielen (uitkolkgaten) en dijkdoorbraakafzettingen. De dijken van de Rijntakken zijn zo gemaakt dat zee en afvoer van m3/s op een veilige manier (dus zonder overstromingen of dijkdoorbraken) kunnen afvoeren. Deze extreem hoge afvoer heet de Maatgevende Afvoer. De afvoer komt eens in de 1250 jaar voor. In de winter van 1993 en in de winter van 1995 was er zeer veel regen in de Alpen en in Duitsland. Als gevolg daarvan moest de Rijn zeer veel water afvoeren. De afvoer was toen rond de m3/s. Dat ging dus net goed! Foto: De bijna-overstroming in 1993.

6 Door de klimaatverandering zullen hoge afvoeren vaker voorkomen. Om daarop voorbereid te zijn op de toekomst heeft de regering besloten om de Maatgevende Afvoer te verhogen tot m 3 /s. Dat betekent dat de Rijntakken m 3 /s meer water moeten kunnen afvoeren (de Waal 2000 m3/s extra, de Nederrijn/Lek en IJssel samen 1000 m3/s extra). Een verhoging van de Maatgevende Afvoer betekent dat de dijken verder verhoogd en versterkt moeten worden. De regering vond dit ongewenst: dit kost heel veel en er zouden dan veel dijkhuizen moeten verdwijnen. Daarom heeft daarom besloten dat er andere oplossingen gezocht moeten worden, namelijk het verruimen van de rivieren zodat de waterstand bij extreem hoge afvoer niet te hoog zijn. In het project Ruimte voor de Rivier wordt onderzocht welke maatregelen op welke locatie genomen kunnen worden. Rijkswaterstaat heeft de volgende maatregelen gedefinieerd: 1) Dijkverlegging. Verlegging van de dijk zorgt ervoor dat de uiterwaard groter wordt. Hierdoor verhoogd de opvangcapaciteit en de doorstroomcapaciteit van het riviersysteem. Bij de dijkverlegging komen er huizen die eerst in het binnendijkse gebied lagen in de uiterwaard te liggen. Aangezien de uiterwaard een paar keer onder water staat, kunnen deze huizen niet blijven staan. Ze moeten daarom verdwijnen. 2) Verwijdering van obstakels. Heuvels met steenfabrieken en andere bouwerken in de uiterwaarden vormen obstakels voor de snelle afvoer van water door de uiterwaard tijdens hoog waters. Het verwijderen van deze knelpunten versterkt de doorstroomcapaciteit van het riviersysteem. 3) Uiterwaard afgraving. In de loop der eeuwen heeft de rivier tijdens hoog waters zand en klei afgezet in de uiterwaard. Hierdoor is de bodem enkele meters opgehoogd. Door deze zand en klei af te graven wordt de opvangcapaciteit en doorstroomcapaciteit van de uiterwaarden vergroot. De bodemkwaliteit is wel een groot probleem. Een groot deel van de bodem van de uiterwaard is sterk vervuild. Het verwerken van vervuilde grond kost veel geld. Na afgraving van de uiterwaard ontstaat er een ondiepe plas of een drassig weiland. Daarom hebben uiterwaardafgravingen een positief effect op de natuur. 4) Nevengeulen. Nevengeulen zijn kleine geulen in de uiterwaard. Door het graven van nevengeulen wordt de doorstroomcapaciteit van het riviersysteem vergroot. Nevengeulen zijn ook goed voor de natuur, omdat er veel vissen zitten en ze natuurlijke oevers hebben. 5) Retentie polders. Retentiepolders zijn grote gebieden die omgeven zijn door een dijk. Er is een inlaat in de winterdijk Bij zeer hoge waterstanden (zeg maar de waterstanden die eens in de paar honderd jaar voor komen), wordt de inlaat open gezet en stroomt de retentiepolder vol met water. De retentiepolder dient om de top van de afvoer af te vlakken. Ze hebben dus een tijdelijk effect op de opvangcapaciteit. Maar: Omdat retentiepolders water uit de rivier wegnemen, leidt het tot waterstandsverlaging in het gehele stroomafwaardse gebied. Dit is dus anders dan de bovengenoemde maatregelen, die alleen een heel locaal effect hebben. Bij retentiepolders blijft het huidige landgebruik bestaan, net als bij by-passes / groene rivieren. Huizen hoeven niet te verdwijnen. In plaats daarvan krijgen de bewoners compensatie voor waterschade. Desondanks leidt

7 het aanleggen van retentiepolders leiden tot veel weerstand bij de bevolking. Niemand wil in een gebied wonen wat als badkuip bekend staan. 6) By-passes / groene rivieren. Een by-pass / groene rivier is een soort by-pass in de polder tussen twee nieuwe dijken. Bij hoge waterstanden stroomt er water door de by-pass / groene rivier. Dit vergroot de doorstroomcapaciteit en opvangcapaciteit van het riviersysteem. De by-pass / groene rivier zal slechts eens in de paar honderd jaar (alleen bij extreem hoge waterstanden) gebruikt worden. Bij de meeste by-passes / groene rivieren blijft het huidige landgebruik (meestal landbouw) bestaan. De huizen die er staan hoeven niet weg. In plaats daarvan zal de overheid de mensen compenseren voor waterschade. Om de effecten op de bevolking te beperken worden de bypasses / groene rivieren natuurlijk wel gepland op locaties waar weinig bebouwing is. 7) Kribverlaging. Kribben zorgen ervoor dat de rivier de oevers niet kan eroderen. Ze kunnen echter ook een obstakel vormen tegen de afvoer van water. Door de kribben te verlagen met enkele meters worden de uiterwaarden gladder en kan het water makkelijker doorstromen. Kribverlaging zorgt dus voor verhoging van de doorstroomcapaciteit. Er is echter wel een nadelig effect voor de scheepvaart: Als de kribben verlaagd worden, wordt de rivier onrustiger. De draaikolken zullen toenemen. 8) Verdieping van de hoofdgeul (zomerbed verlaging). Het verdiepen van de hoofdgeul zorgt voor extra doorstroomcapaciteit. Er zitten wel een paar nadelige gevolgen aan. Door het uitdiepen van de hoofdgeul is de waterstand in de rivier in de zomer ook lager. Als gevolg hiervan is het grondwaterpeil ook lager. Dit is niet goed voor natuur en landbouw in de omgeving van de rivier. Uiterwaardplannen zijn plannen voor herinrichting van uiterwaarden. In een uiterwaardplan zijn meestal maatregelen opgenomen zoals uiterwaardverlaging, verwijdering van obstakels en het graven van nevengeulen. Ook is er vaak ruimte voor natuurontwikkeling. Zo kan er gekozen worden om vloedbos aan te leggen. Dit is een soort bos dat enkele malen per jaar onder water staat. Vloedbos bestaat vooral uit wilgen en elzen. Het is voor deze bomen geen probleem dat ze af en toe onder water staan. Het is zelfs goed! Maar vloedbos zorgt wel voor vertraging van de het stromende water. Dit leidt tot opstuwing van water, en dus hogere waterstanden. Daarom is het handig om vloedbos alleen in afgelegen delen van de uiterwaarden aan te leggen, waar het water niet of langzaam stroomt.

8 De effecten van de maatregelen op de waterstanden bij extreem hoge afvoer verschillen per locatie. Zie de tabel hieronder. Maatregel Effecten Opvang Doorstroom Waterstand Capaciteit Capaciteit Dijkverplaatsing + 0 (brede uiterwaard) + tot (smalle uiterwaard Obstakel verwijderen 0 0 (stromingsluwte) 0 tot (smalle uiterwaard) Uiterwaard afgraving + 0 (brede uiterwaard) + tot (smalle uiterwaard) Nevengeul + 0 (brede uiterwaard) + tot (smalle uiterwaard) Retentie polders By-passes / groene rivieren Kribverlaging Verdieping van de hoofdgeul Aanleg vloedbos 0 0 (stromingsluwte) -- (smalle uiterwaard) -- De kosten en de effecten op de bevolking en natuur verschillen ook per locatie! Zie de tabel hieronder. Maatregel Kosten Effect op bevolking Effect op natuur Dijkverplaatsing $ tot $$$ 0 tot Obstakel verwijderen $ tot $$$ 0 tot - 0 Uiterwaard afgraving $ tot $$$ 0 + Nevengeul $ tot $$$ 0 + Retentie polders $$$$$$ By-passes / groene $$$$$$ rivieren Kribverlaging $$$ 0 0 Verdieping van de $$$ 0 - hoofdgeul Aanleg vloedbos $ 0 +

9 Doordat de kosten en effecten zo sterk afhankelijk zijn van de locatie, kan een bepaalde maatregel op locatie A heel gunstig zijn, en bij locatie B ongunstig. Ook kan het zo zijn dat het bij rivier A handig is om een grote maatregel uit te voeren, terwijl het bij rivier B handig is om een groot aantal kleine maatregelen uit te voeren. Tips voor nabespreking In een nabespreking kunnen de volgende zaken aan de orde komen: de betekenis van de concepten afvoer, waterstand, stroomgebied doorstroomcapaciteit, afvoercapaciteit de opbouw van het riviersysteem: hoofdgeul, dijk, uiterwaard en binnendijksgebied de functie van de uiterwaard de verschillende maatregelen, en de effecten van die maatregelen. Waar is een maatregel effectief, en waar niet? Het kan ook waardevol zijn om in een nabespreking de werkelijke situatie te bekijken, en een kaart van het rivierengebied te pakken, of een inrichtingsplan uit het Ruimte voor de Rivier project.

10 Module De Delta Opzet Deze module bestaat uit drie games. Game 1 is een quizgame. Leerlingen moeten 5 vragen beantwoorden over het deltasysteem. Hierbij wordt een schematische kaart geïntroduceerd van de Zeeuws- Hollandse delta. In de quizgame leren de leerlingen wat de verschillende onderdelen van het deltasysteem zijn (de zee, estuaria, rivieren, polders, duinen, etc), en hoe het watersysteem in de delta functioneert (zoet-zout overgangen, stromingen, etc). Game 2 is een oefengame. Er worden drie stappen doorlopen: Stap 1: normaal weer. Bij normaal weer kunnen leerlingen geld verdienen: (1) schepen varen naar havens en lossen hun lading; (2) mossels groeien en worden geoogst; en (3) gewassen groeien en landbouwproducten worden geoogst. Stap 2: droog weer. Bij droog weer kunnen leerlingen ook geld verdienen. Echter, de gewassen verdrogen en er zijn geen landbouw producten om te oogsten. Leerlingen kunnen dan water uit het estuarium of uit de rivier inlaten om de verdroging tegen te gaan. Als ze zoet water inlaten, herstellen de gewassen en kunnen ze landbouwproducten oogsten. Als ze zout water inlaten gaan de gewassen dood zijn er geen landbouwproducten om te oogsten. In dat geval verdienen ze geen geld. Stap 3: stormachtig weer. Bij stormachtig weer vindt er opstuwing van water plaats in de estuaria en zijn er overstromingen. Er is schade aan de dijken en dorpen. Leerlingen verliezen geld. Figuur: Bij rustig weer varen er schepen, groeien er landbouwgewassen, en groeien er mossels. Leerlingen kunnen geld verdienen door op de schepen, wortels en mossels te klikken.

11 In game 2 leren leerlingen dus dat er verschillende functies er zijn in de delta (wonen, scheepvaart, landbouw, mosselkwekerij), en dat deze functies afhankelijk zijn of bedreigd worden door water. Ook leren ze wat de uitdagingen zijn bij droog weer (watertekort voor de landbouw) en stormachtig weer (overstromingen door opstuwing in de estuaria). Game 3 is een vrije inrichtingsgame. Dit is de belangrijkste game. In de game moeten leerlingen zelf een set van inrichtingsmaatregelen samenstellen om te zorgen dat het deltasysteem op orde is tijdens droog weer en stormachtig weer. Ze moeten zorgen voor voldoende beschikbaarheid van zoet water in droge periodes, en voor bescherming tegen overstromingen tijdens storm. Dezelfde drie stappen worden doorlopen als in game 2. Echter, er gaat nu een stap aan vooraf waarin leerlingen inrichtingsmaatregelen kunnen uitvoeren. Leerlingen kunnen dijken verhogen en verschillende typen waterkeringen bouwen op afsluitlocaties: vaste dammen, keringen van het type Oosterscheldedam en keringen van het type Maaslantkering. De kosten verschillen per maatregel en per locatie. De maatregelen hebben ook effect op het watersysteem, en op de functies van het watersysteem. Als leerlingen bijvoorbeeld een vaste dam aanleggen in een estuarium wordt de haven onbereikbaar, en lopen ze geld mis. Aan de andere kant leidt een vaste dam tot verzoeting van het water in het estuarium, en is er in droge periodes zoet water beschikbaar voor de landbouw. In game 3 is de vraag dus Hoe zorgen we ervoor dat het deltasysteem op orde is, en de verschillende functies mogelijk blijven terwijl de bedreigingen verminderen?. Leerlingen moeten kijken welke maatregelen zouden uitgevoerd moeten worden, en waar deze maatregelen het beste uitgevoerd kunnen worden. Aan het eind van game 3 krijgen leerlingen een overzicht van de uitgaven (inrichtingsmaatregelen), de inkomsten (scheepvaart, landbouw en mosselkwekerij), en kosten voor schade (gevolgen van overstromingen). Leerlingen worden uitgedaagd om game 3 opnieuw te spelen en hun score te verbeteren. Theoretische achtergrond De morfologie van het deltasysteem is ontstaan onder invloed van golven, rivieren en getijde: Golven zorgen voor zandaanvoer naar de kust en de opbouw van strandwallen. Door de westelijke winden wordt zand weggeblazen van het strand en afgezet waar de begroeiing begint. Zo ontstaan duinen. Rivieren zorgen voor de aanvoer van zoet water en sediment (zand en klei). Getijdewerking zorgt voor het ontstaan van een systeem met vertakkende geulen en wadplaten. De zeearmen, ook wel estuaria genoemd, kunnen wel meer dan 10 km breed zijn. Bij vloed komen de wadplaten onder water te staan. Bij eb staan ze droog. Het water in de estuaria is zoet, maar door de instroom van zoet rivierwater is het iets zoeter dan het zeewater. Menselijk handelen, sinds de Romeinse tijd, heeft ook een sterke invloed op het landschap. Mensen hebben dijken aangelegd om het land te beschermen. De kaart in de oefen module geeft de situatie aan zoals die was voor Toen waren de dijken onvoldoende hoog en sterk.

12 Bij sterke westenwind is er sprake van opstuwing van water in de zeearmen. Deze opstuwing gaat ver door: zelfs het rivierwater wordt opgestuwd. In 1953 was er sprake van stormvloed. Het was springvloed, en er was sterke opstuwing van water door de noordwester storm. Er vonden toen dijkdoorbraken plaats tot ver in het binnenland. Let op: Er was toen wel sprake van kustafslag bij de duinen, maar nergens stroomde er water over de duinen heen de polder in. Na 1953 is besloten om de Zeeuws-Hollandse delta beter te beschermen. Er is toen een Delta plan opgezet. Dit plan omvatte: dijkverhogingen langs de Westerschelde een stormvloedkering (type A) in de Oosterschelde een vaste dam in de Grevelingen een stormvloedkering (type A) in het Haringvliet een stormvloedkering (type B) in de Nieuwe Waterweg In de game gaan leerlingen naar een situatie die sterk lijkt op de situatie van voor Ze kunnen het systeem op verschillende manieren inrichten. Hierbij varieren de effecten van de maatregelen per locatie. Ook hebben maatregelen vaak effecten verder stroomopwaarts en stroomafwaarts. Maatregel water systeem bevolking mosselkwekers scheepvaart landbouw Dijkverhoging Vaste dam Stormvloedkering (type A) Stormvloedkering (type B) Verzoeting (stroomopwaarts) Geen overstromingen bij extreme storm Geen overstromingen bij extreme storm Geen overstromingen bij extreme storm Geen overstromingen bij extreme storm Negatief (mossels dood) gaan Negatief (havens zijn onbereikbaar) Negatief (havens zijn onbereikbaar) Positief (zoet water beschikbaar in droge periodes) In de game wordt duidelijk dat er tegenstrijdige belangen zijn: voor de mosselkwekers en de scheepvaart is het handig als een zee-arm open blijft. Voor de landbouw is het handig als een zee-arm wordt afgesloten, zodat er zoet water beschikbaar is in de zomer. De keuze voor een maatregel hangt dus sterk af van de locale omstandigheden. Als er veel mosselkwekers en veel havens zijn (zoals in de meest zuidelijke zee-arm), is het handig om de zee-arm niet af te sluiten, en de dijken langs de zee-arm te verhogen. Als er weinig havens en mosselkwekers zijn is het handig om de zee-arm af te sluiten met een vaste dam, zodat er een zoet watervoorraad ontstaat. Als er wel havens zijn

13 maar geen mosselkwekers (zoals in de meest noordelijke zee-arm), is het handig om te kiezen voor een beweegbare stormvloedkering (type B). Verder is het zo dat dicht bevolkte gebieden hoe dan ook goed beschermd moeten worden. Bij dun bevolkte gebieden kun je ook kiezen om het gebied niet goed te beschermen. De investeringen in dijken en dammen wegen soms niet op tegen de schade die ontstaat bij overstromingen. Tips voor nabespreking In een nabespreking kunnen de volgende zaken aan de orde komen: de opbouw van het delta-systeem: rivieren, estuaria, duine en polders de verschillende gebruiksfuncties in de delta, en hoe deze functies afhangen of bedreigd worden door water. de verschillende maatregelen, en de effecten van die maatregelen. Waar is een maatregel effectief, en waar niet? Het kan ook waardevol zijn om in een nabespreking de werkelijke situatie te bekijken, en een kaart van de delta erbij te pakken, of een stuk tekst over de Deltawerken. Na het doen van de game kunnen leerlingen beter begrijpen waarom er bij bepaalde locaties voor een bepaalde maatregel is gekozen.