Wad nou Kwelder? - Golfdemping door kwelders gekoppeld aan beleid en beheer -

Transcriptie

1 Wad nou Kwelder? - Golfdemping door kwelders gekoppeld aan beleid en beheer - Afstudeerrapport Bas Effing Universiteit Twente Enschede, augustus 2005

2 Colofoon Titel Subtitel Auteur Status : Wad nou Kwelder? : Golfdemping door kwelders gekoppeld aan beleid en beheer : B.M. Effing : Definitief Datum : 22 augustus 2005 Pagina s : 91 Bijlagen : 1 Commissie Instelling : Dr. M.S. Krol (afstudeerdocent, UT) Dr. Ir. C.M. Dohmen-Janssen (begeleiding, UT) Drs. M.B. de Vries (begeleiding, WL) : Universiteit Twente (UT) Faculteit Construerende Technische Wetenschappen Afdeling Waterbeheer (WEM) Postbus AE Enschede Telefoon: +31 (0) / 4320 Website: WL Delft Hydraulics Afdeling Marine & Coastal Management Postbus MH Delft Telefoon: +31 (0) Website:

3 Voorwoord Ter afronding van de studie Civiele Techniek aan de Universiteit Twente wordt van de student verwacht onderzoek naar een zelf gekozen onderwerp te doen. Bij het zoeken naar een onderwerp is mijn interesse primair uitgegaan naar een koppeling tussen management en water. Het begrip waterstaatszorg komt dan al snel in beeld. Waterstaatszorg kan worden omschreven als dat deel van de zorg van de overheid, dat betrekking heeft op de kering van het water, de waterhuishouding en wegen en als zodanig gericht is op de bewoonbaarheid en de bruikbaarheid van de bodem en de bescherming en verbetering van het leefmilieu [Commissie Waterschapsbestuur, 1979]. Bij de afdeling Water Engineering & Management (WEM) aan de universiteit Twente krijgt de gezochte koppeling vorm door onderzoek te verrichten naar het beheer van (Friese) kwelders en de golfdempende werking die aan de kwelder(vegetatie) kan worden toegekend. Wat mij betreft houdt een kwelder veel meer in dan modder, plantjes en diertjes. En eerlijk gezegd heb ik in dat opzicht meer gekregen dan waar ik van tevoren om gevraagd heb. Vooral de Latijnse, Nederlandse en Engelse benamingen voor flora en fauna kunnen nogal eens tot de verbeelding spreken. Voorbeelden daar gelaten, is mij vaak gevraagd of ik inmiddels al een beschrijving heb gevonden van die ene bijzondere vissoort die, volgens zeggen, in het onderzoeksgebied zou voorkomen. Geïnteresseerden die zich voelen aangesproken: Helaas, ik moet jullie teleurstellen. Leg dit verslag maar terzijde, want ik ben er niet in geslaagd die vermaledijde kwelderhaai te vinden. Wanneer de interesse uitgaat naar de golfdempende werking van een kwelder en mogelijke consequenties van kwelderbeheer hierop, kan dit afstudeerverslag uitkomst bieden. Tijdens mijn onderzoek ben ik bijgestaan door Marjolein Dohmen-Janssen, Mindert de Vries en Maarten Krol aan wie ik een dankwoordje verschuldigd ben. Nooit heb ik voor een gesloten deur gestaan, maar belangrijker vind ik nog de niet aflatende kritische blik. Altijd vragen stellend en daardoor de vinger op de gevoelige plek leggend. Enschede, 22 augustus 2005 i

4 ii

5 Samenvatting In het Waddengebied liggen kwelders tegen het vasteland van de Friese en Groningse kust aan. Ook worden ze aangetroffen aan de zuidkust van de Waddeneilanden. Kwelders bestaan grotendeels uit klei, waarop zich in de loop der tijd een (zoutminnende) vegetatie ontwikkeld. Het ontwikkelingsproces van een kwelder wordt nog niet volledig begrepen, maar wordt onder andere bepaald door erosie en sedimentatie, hydrodynamische processen als getijdenstroming en golfwerking en de aanwezigheid van flora en fauna. In opdracht van Rijkswaterstaat en het RIKZ plegen verscheidene onderzoeksinstituten hier onderzoek naar. Eén van de aandachtspunten is de golfdempende werking die aan een kwelder kan worden toegekend en op dit onderwerp legt dit rapport zich toe. Bij het berekenen van golfkarakteristieken gaan veel theorieën uit van een benadering, waarin de golfenergiebalans centraal staat. Als een golf door ondiep water propageert, gaat golfenergie verloren door wrijving met de bodem. Golfkarakteristieken als golfhoogte en golflengte zullen daardoor veranderen. De aanwezigheid van vegetatie in ondiep water leidt tot additionele dissipatie van golfenergie. Voor het berekenen van golfkarakteristieken boven een kwelder (met vegetatie) wordt binnen dit onderzoek gebruik gemaakt van het numerieke golfmodel SWAN. Om energieverlies door bodemwrijving in het rekenproces mee te nemen, wordt de optie Collinscoëfficiënt aangeroepen. In deze bodemwrijvingscoëfficiënt is een experimenteel bepaalde constante c (= 0,015) opgenomen die alleen van toepassing is op onbegroeide wadplaten. Om de invloed van kweldervegetatie in het rekenproces mee te nemen, wordt binnen dit onderzoek constante c vervangen door constante c v die afhankelijk is van vegetatiekarakteristieken als vegetatiehoogte, stengeldikte en de dichtheid van de begroeiing op het maaiveld. Om meer inzicht te krijgen in wat nu precies de golfdempende werking van een kwelder bepaalt, is een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd. Alleen bij ruwe weersomstandigheden (krachtige tot stormachtige wind) staat er, door opwaaiing vanuit de Waddenzee, water boven de kwelder. Wanneer een golf de kwelder bereikt, speelt de bodemwrijving (met daarin opgenomen de aanwezigheid van vegetatie) een aanzienlijk grotere rol in het reduceren van de golfhoogte, dan wanneer sprake is van een onbegroeide wadplaat. Na passage van de kwelderrand is na 150 meter de golfhoogte met maximaal 65% gereduceerd. Hierna neemt de golfdempende werking af en zal de golfhoogte na nog eens 150 meter met een maximale reductie van 74% tot een minimum zijn gereduceerd. Strandkweek blijkt 1,5 tot 2,5 maal zo effectief te zijn in het reduceren van de golfhoogte dan een onbegroeide wadplaat. Naarmate de golf verder over de kwelder propageert, speelt de bodemwrijving een steeds kleinere rol in het reduceren van de golfhoogte. Tussen de 300 à 450 meter na het passeren van de kwelderrand kan de waterdiepte als voornaamste golfdempende factor worden aangewezen. Na 450 meter blijkt bovendien dat de constant aangenomen aanwezige wind de golfhoogte laat toenemen door een nieuw golfveld te ontwikkelen. Wanneer de kwelder langer is dan 450 meter kan voor constante c v een drempelwaarde van ongeveer 1,5 worden afgeleid. Boven deze drempelwaarde heeft een hogere c v -waarde geen additionele invloed meer op de reductie van de golfhoogte. Alle c v -waarden boven 1,5 hebben uiteindelijk dezelfde golfhoogte tot gevolg. In de provincie Friesland zijn Rijkswaterstaat, Wetterskip Fryslân (Waterschap Friesland) en It Fryske Gea (Friese natuurvereniging) betrokken bij de instandhouding en/of uitbreiding van het kwelderareaal. Eén van de aandachtspunten is beweiding van de kwelders door vee. Al dan niet uitbreiden en/of beweiden zijn beheersmaatregelen die van invloed kunnen zijn op de ontwikkeling van kweldervegetatie en daarmee ook op de vegetatiekarakteristieken die constante c v definiëren. Daarmee is een koppeling ontstaan tussen kwelderbeheer en de daaruit volgende golfdemping door vegetatie. In samenspraak met Rijkswaterstaat en Wetterskip Fryslân is De Peazemerlannen, ook wel Peasenserpolder genoemd, als onderzoeksgebied aangewezen. Rijkswaterstaat wil eind 2005 de verkenningsfase hebben afgerond, waarin de mogelijke consequenties van verkweldering van de in het gebied gelegen zomerpolder in kaart gebracht zijn. iii

6 Dit rapport legt zich toe op de consequenties van beheersmaatregelen voor de golfhoogte boven de kwelder van de Peazemerlannen. Daartoe zijn aan de hand van het vigerende kwelderbeleid en beheer een vijftal scenario s opgesteld, doorgerekend en verklaard: 1. Huidige situatie In dit scenario wordt gekeken naar de huidige stand van zaken in De Peazemerlannen. Het onderzoeksgebied wordt in het zuiden begrensd door een primaire zeewering. Aan de voet van die zeewering ligt een zomerpolder die intensief door vee wordt beweid. Tussen de zomerpolder en de Waddenzee ligt een kwelder die extensief wordt begraasd en voornamelijk begroeid is met Strandkweek. Wanneer een golf vanaf het wad de kwelderrand passeert, bereikt de golfhoogte na 300 meter een minimum van 14 centimeter. De golfhoogte is dan met 55% gereduceerd. Aan de kwelder kan dan een gemiddelde dempende werking van 0,18% per strekkende meter worden toegekend. De golfhoogte neemt boven de zomerpolder echter toe tot 20 centimeter. Een combinatie van daling in maaiveldhoogte en de constant aangenomen aanwezigheid van wind zijn daar debet aan. 2. Zomerpolder verkwelderd - De zomerpolder wordt bloot gesteld aan de natuurlijke dynamiek van de Waddenzee. Vooropgesteld dat de zomerpolder dezelfde karakteristieken als de voorgelegen kwelder aanneemt, zal de golfhoogte 15 centimeter bedragen. Intensieve of extensieve beweiding van de voormalige zomerpolder zal niet leiden tot additionele reductie van de golfhoogte. 3. Kwelderwerken in ere hersteld Met het oog op uitbreiding van het kwelderareaal worden, geheel tegen het na te streven beleid in, de kwelderwerken in ere hersteld en de rijshouten dammen weer onderhouden. Uitbreiding van het kwelderareaal, loodrecht op de kust, zal niet leiden tot additionele reductie van de golfhoogte. Ook nu zal de golfhoogte 15 centimeter bedragen. 4. (Relatieve) zeespiegelstijging In dit scenario neemt het gemiddelde hoogwater (GHW) jaarlijks meer toe, dan dat de kwelder qua verticale ontwikkeling kan bijbenen. Aangenomen wordt dat de kwelder door een zich terug tredende kwelderrand volledig zal verdwijnen. Bij een jaarlijkse zeespiegelstijging van 5 millimeter en een aangenomen daling van de bodem (de kwelder verdwijnt immers) van 15 centimeter, zal over 100 jaar de golfhoogte met 23 centimeter zijn toegenomen. 5. Extreme storm In dit scenario wordt de Peazemerlannen aan windkracht 11 onderworpen. Door opwaaiing is de waterstand toegenomen tot 5,55 m+nap en ligt daarmee boven het toetspeil van 4,65 m+nap dat door Wetterskip Fryslân wordt aangehouden. Ook de golfhoogte is toegenomen, maar ligt met een maximale hoogte van 1,67 meter nog onder de toetshoogte van 1,95 meter. Uit de gevoeligheidsanalyse en de vijf scenario s kan worden afgeleid dat, wanneer de kwelder een minimale lengte van 300 meter heeft, golven gemiddeld twee maal zo effectief worden gedempt dan wanneer er geen vegetatie aanwezig zou zijn. De volgende relaties tussen golfhoogte H en waterdiepte h zijn gevonden voor: vegetatie : H=φ.h met: φ = [0,15-0,25]; wadplaat : H=0,37.h Algemeen kan worden geconcludeerd dat verkweldering en al dan niet beweiden tot een beleidskeuze is geworden, waarbij de natuur- en/of belevingswaarden van het gebied centraal staan. iv

7 Inhoudsopgave Voorwoord... i Samenvatting... iii Inhoudsopgave... v 1 Inleiding Achtergrond Doelstelling en onderzoeksmodel Onderzoeksvragen en dataverzameling Leeswijzer Kwelderontwikkeling Begripvorming Ontstaansgeschiedenis Kwelderaanwas Horizontale groei Verticale groei Zeespiegelstijging Flora en fauna op de kwelder Inleiding Slikplaten Kweldervegetatie Vogels Beleid en beheer Inleiding Regelgeving van toepassing op het Waddengebied Habitat- en vogelrichtlijn NB-wet en PKB Waddenzee Ramsar Verklaring van Stade Beheer ten aanzien van vegetatie Inleiding Ontwatering en vegetatie Beweiding Vegetatie en golfdemping inleiding Praktijkstudie door Möller en Spencer SWAN Wat is SWAN? Collins Energieverlies door vegetatie Conclusie Discussie v

8 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen Inleiding Locatie en kenmerken Opslibbing Flora en fauna Vegetatie Vogels Beheer Partijen en verantwoordelijkheden It Fryske Gea Rijkswaterstaat Wetterskip Fryslân Derden Conclusie Peazemerlannen gemodelleerd Inleiding Een 2D-model Raster en bathymetrie Golven (Herleide) meetgegevens Lineaire golftheorie Berekende golfkarakteristieken Bodemruwheid door vegetatie Resumé Gevoeligheidsanalyse Inleiding Waterstand en golfhoogte Relatie tussen golfhoogte en waterdiepte Invloed van dijken op de golfhoogte Conclusie Discussie Scenario s Inleiding Scenario 1 Huidige situatie Scenario 2 zuidelijke zomerpolder verkwelderd : Scenario 3 Kwelderwerken in ere hersteld : Scenario 4 Relatieve zeespiegelstijging : Scenario 5 Extreme storm : Conclusies Discussie Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen Literatuurlijst Bijlage A: Lineaire golftheorie vi

9 1 Inleiding 1.1 Achtergrond Kwelders liggen in Nederland vooral tegen de Friese en Groningse vastelandskust aan. Ook liggen ze aan de zuidzijde van de Waddeneilanden. Kwelders bestaan grotendeels uit klei, waarop zich in de loop der tijd een (zoutminnende) vegetatie ontwikkeld [Janssen-Stelder, 2000]. Naast natuurlijk ontwikkelde kwelders zijn in het verleden door kustboeren middels kwelderwerken ook kunstmatige kwelders ontstaan. Gedurende de jaren 60 heeft er een cultuuromslag plaats gevonden. Kwelderwerken ter aanwinning van nieuwe (landbouw)grond worden gestaakt en het kwelderareaal wordt alleen nog in stand gehouden als beschermend voorland voor de primaire zeedijken [Dijkema e.a., 2001]. Tijdens de jaren 70 worden de natuurwaarden van kwelders als onderdeel van de Waddenzee onderkend en belangrijker geacht dan economisch gewin. Inmiddels is tot doel gesteld het natuurlijke areaal aan kwelders te behouden en daar waar mogelijk de natuur de vrije hand te geven, zodat natuurlijke dynamiek wordt bewerkstelligd. Wanneer natuurbehoud en kustverdedigingsmaatregelen op elkaar worden afgestemd, staat de veiligheid van de bewoners voorop [RA01, 1997]. Bij toetsing door waterschappen van de kruinhoogte van primaire zeeweringen kan 50 meter voorland worden betrokken. Dit voorland reduceert de golfhoogte, zodat de deze gunstiger uitvalt voor de toetsing van de kruinhoogte [TAW, 2002]. Kwelders zijn in feite begroeide stukken voorland, waaraan additionele golfdempende werking kan worden toegekend. Rijkswaterstaat neemt echter de aanwezigheid van kweldervegetatie niet mee in het ontwerp van zeeweringen [P01, 2005]. Het proces van erosie en aangroei van kwelders, evenals de interactie tussen fysische parameters als stroming, golven, sedimentaanbod, (kwelder)vegetatie, algenmatten en bodemdieren zijn nog niet volledig begrepen. Onderzoeksinstituten als WL Delft Hydraulics (WL), het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) en Rijksinstituut voor Kust en Zee (RIKZ) verrichten onderzoek naar deze biogeomorfologische processen. Eén van de aandachtspunten is de additionele golfdempende werking die aan kwelders en bijbehorende (zoutminnende) vegetatie kan worden toegekend. De Technische Universiteit Delft (TUD) heeft in samenwerking met de Universiteit Twente (UT) dit vraagstuk opgenomen en er een afstudeeropdracht van gemaakt. Waar de TUD zich vooral richt op schorren (equivalent van de kwelder) in de provincie Zeeland richt de UT zich op de kwelders in het Waddengebied. In de provincie Friesland zijn Rijkswaterstaat, Wetterskip Fryslân (Waterschap Friesland) en It Fryske Gea (Friese natuurvereniging) betrokken bij de instandhouding en/of uitbreiding van het kwelderareaal. Eén van de aandachtspunten is de beweiding van de kwelders door vee. Al dan niet uitbreiden en/of beweiden zijn beheersmaatregelen die van invloed kunnen zijn op de ontwikkeling van kweldervegetatie. Daarmee is een koppeling ontstaan tussen het gekozen beheer en de daaruit volgende consequenties voor golfdemping door kweldervegetatie. Dit onderzoek zich richten op deze koppeling tussen golfdemping door vegetatie en beheerskeuzen. 1.2 Doelstelling en onderzoeksmodel Zoals gesteld in de voorgaande paragraaf wordt aan (zoutminnende) vegetatie additionele golfdempende eigenschappen toegekend. Het doel van het onderzoek is dan ook het bepalen van de golfhoogte boven de kwelder als gevolg van kwelderbeheer. Om deze doelstelling te realiseren wordt het onderzoeksmodel gehanteerd dat in figuur 1-1 staat afgebeeld. De input voor het onderzoeksmodel wordt geleverd door het blok dataverzameling en bestaat uit literatuuronderzoek, meetgegevens en interviews met (ervarings)deskundigen. Het blok dataverzameling is boven het onderzoeksmodel geplaatst, omdat gedurende alle fasen van het onderzoek hiervan gebruik wordt gemaakt. 1

10 1 - Inleiding Interviews met deskundigen Dataverzameling Kwelder modelleren Literatuuronderzoek Meetgegevens Gevoeligheidsanalyse Scenario's (Inter)Nationaal beleid Koppeling golfdemping en beheer (a) (b) (c) Onderzoeksmodel Figuur 1-1: onderzoeksmodel Het onderzoeksmodel start met het modelleren van een kwelder. Daarbij worden aannamen gedaan die onderworpen worden aan een gevoeligheidsanalyse (a). De vertaalslag van vegetatie naar een bodemruwheidscoëfficiënt evenals de ratio tussen golfhoogte en waterdiepte staan daarbij centraal. Aan de hand van (inter)nationale wetgeving en afspraken zijn door Rijkswaterstaat, Wetterskip Fryslân en It Fryske Gea doelen opgesteld ten aanzien van kwelderbeheer. Deze doelen zijn in dit onderzoek vertaald in een vijftal scenario s, waarin specifieke beheersmaatregelen aan bod komen (b). In de laatste stap van het onderzoeksmodel worden de mogelijke consequenties voor de golfhoogte boven de kwelder beredeneerd die de scenario s met zich meebrengen (c). 1.3 Onderzoeksvragen en dataverzameling De laatste fase uit het onderzoeksmodel (c) biedt de grondslag voor de centrale vraag binnen dit onderzoek: In hoeverre zijn beheersmaatregelen van invloed op de golfdempende werking van kwelders? Om afdoende antwoord te kunnen geven, zijn de volgende subvragen gesteld: Voor fase (a) van het onderzoeksmodel: Welke variabelen bepalen de golfdempende werking van kwelders? En voor fase (b): Welke maatregelen worden toegepast bij kwelderbeheer binnen het onderzoeksgebied? Veldgegevens over bathymetrie, golfkarakteristieken, vegetatiekarakteristieken en weersomstandigheden zijn verkregen bij de volgende bedrijven en onderzoeksinstituten: Rijkswaterstaat Directie Noord Nederland (RWS-DNN); WL Delft Hydraulics (WL); Nederlands Instituut voor ecologie (NIOO-KNAW); Rijksinstituut voor kust en zee (RIKZ); Alterra; Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI). 2

11 1 - Inleiding Informatie over het vigerend beleid en beheer van Friese kwelders is verstrekt middels interviews met (ervarings)deskundigen van: Rijkswaterstaat Directie Noord Nederland (RWS-DNN); Wetterskip Fryslân (WF). 1.4 Leeswijzer De eerstvolgende vier hoofdstukken zijn de uitwerking van een literatuurstudie naar de kwelderontwikkeling in horizontale en verticale richting (hoofdstuk 2), de flora en fauna op een kwelder (hoofdstuk 3) en (inter)nationaal beleid en beheer dat van toepassing is op de kwelders in het Waddengebied (hoofdstuk 4). Ook wordt vanuit de literatuur gekeken naar (de modellering van) vegetatie en de invloed daarvan op de golfhoogte (hoofdstuk 5). In overleg met RWS-DNN en WF is de Peazemerlannen, ook wel Peasenserpolder genoemd, aangewezen als onderzoeksgebied om de verzamelde theoretische kennis over kwelders te toetsen aan de praktijk. Daartoe wordt eerst een beschrijving gegeven van het onderzoeksgebied en vigerend kwelderbeheer (hoofdstuk 6). Daarna wordt de Peazemerlannen vertaald in een 2D-model dat als input dient voor het numerieke golfmodel SWAN (hoofdstuk 7). De belangrijkste randvoorwaarden van het model zijn de bathymetrie, golfkarakteristieken en de bodemruwheid, waarin de aanwezigheid van vegetatie is verwerkt. Met behulp van SWAN wordt een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd (hoofdstuk 8), waarbij gekeken wordt naar de invloed die waterdiepte, bodemruwheid, windsnelheid en de aanwezigheid van zomerdijken uitoefenen op de golfhoogte. Aan de hand van vigerend kwelderbeheer zijn een vijftal scenario s opgesteld (hoofdstuk 9) en doorgerekend. Met de bevindingen uit de gevoeligheidsanalyse worden de resultaten verklaard en wordt de koppeling gezocht tussen kwelderbeheer en de invloed hiervan op de golfhoogte. In het laatste hoofdstuk worden de conclusies belicht en zijn aanbevelingen gedaan (hoofdstuk 10). 3

12 1 - Inleiding Figuur 2-1: Locatie van schorren in het Deltagebied en kwelders in Noord Nederland. Bron: [IN01, 2005] Frequentie van inundatie door getij (aantal/jaar) GHW slik / wad pionierzone laag midden Duur van inundatie door getij (uur/getij) Figuur 2-2: Indeling van de kwelder met inbegrip van slik of wadplaten, de pionierszone en de lager en in het midden gelegen deel van de kwelder. Verder laat de figuur de duur en frequentie van inundatie door het getij zien. GHW staat voor Gemiddeld Hoog Water Bewerking naar Erchinger [1985] 4

13 2 Kwelderontwikkeling 2.1 Begripvorming Kwelders worden in Nederland vooral langs de Friese en Groningse Waddenkust aangetroffen. Schorren zijn het equivalent van kwelders, maar komen daarentegen voor in het Deltagebied van de Provincie Zeeland (figuur 2-1). Het verschil tussen beide is dan ook alleen de geografische ligging en de benaming die ervan oudsher aan is gegeven. Omdat dit onderzoek zich voornamelijk zal toespitsen op het Waddengebied, zal vanaf nu alleen de term kwelder worden gebruikt. In de Engelstalige literatuur wordt geen onderscheid gemaakt en spreekt men van salt marsh. Over het algemeen komen kwelders voor in intergetijdegebieden met middelmatige of hoge breedtegraden en zijn gesitueerd boven 25 0 noorderbreedte en onder 25 0 zuiderbreedte. Het (sub)tropische intergetijdegebied tussen deze breedtegraden bestaat grotendeels uit mangroves. Verbeeten [1999, blz. 9] geeft een duidelijke beschrijving van de opbouw van het Waddengebied met inbegrip van kwelders: De Waddenzee kan worden gekenschetst als een getijdengebied. Getijdengebieden zijn gebieden die tijdens eb grotendeels droogvallen en tijdens vloed onder water staan. Belangrijke morfologische elementen van de Waddenzee zijn geulstelsels, wadplaten en kwelders. Wadplaten vallen tijdens eb droog en bestaan voor het grootste deel uit zand. Verder weg van de geulen bevinden zich soms klei-afzettingen en spreekt men van slikken. Kwelders liggen tegen het vasteland of de eilanden aan en overstromen alleen nog maar tijdens extra hoge waterstanden. Kwelders bestaan voor het grootste deel uit klei en er ontwikkelt zich in de loop der tijd een (zoutminnende) vegetatie. Allen en Pye [1992] stellen dat wad- en slikplaten, wat betreft de reductie van golfhoogten, onlosmakelijk verbonden zijn met de kwelder en daarom niet los van elkaar mogen worden gezien. Binnen dit onderzoek is deze mening overgenomen en zullen de wad- en slikplaten samen met de kwelder onder de noemer voorland worden geschaard. Dit voorland ligt aan de zeezijde van de primaire zeewering. Figuur 2-2 is een bewerking naar Erchinger [1985], waarin het voorland wordt onderverdeeld in: slik- en wadplaten; pionierszone; voorland lage kwelder; kwelder midden kwelder. 2.2 Ontstaansgeschiedenis Naast een natuurlijk proces van aanwas, is een groot deel van het kwelderareaal door menselijk ingrijpen ontstaan. Kweldervorming is ten tijde van het Romeinse rijk al gestimuleerd door rondom terpen plaggen met vegetatie neer te leggen. Sediment wordt hierdoor afgevangen na te zijn ondergelopen bij hoogwater [Verbeeten, 1999]. Boeren aan de noordelijke Nederlandse kustlijn hebben kwelderaanwas vanaf de 17 e eeuw gestimuleerd door een efficiëntere afwatering te bewerkstelligen, zodat vegetatie zich sneller zal ontwikkelen. Daartoe zijn stelsels van greppels en uitwateringen gegraven. In de winter, wanneer er voor de boerenarbeiders weinig werk te vinden was, werden de stelsels uitgebaggerd om dichtslibbing te voorkomen. Deze methode wordt de boerenmethode genoemd en is effectief in gebruik geweest tot halverwege de jaren 20. Door geschillen over eigendomsrecht en afnemende economische omstandigheden zijn de boeren minder bereid onderhoud te plegen aan kwelders met als resultaat afslag van de aangewonnen kwelders. Deze afslag leverde uiteindelijk zelfs gevaar op voor de toenmalige, volledig groene dijken. De Nederlandse Staat grijpt in en introduceert een nieuwe methode uit Duitsland: de Sleeswijk-Holstein methode. Parallel en loodrecht op de kust worden rijshouten dammen geplaatst die zogenaamde bezinkvelden worden genoemd. De bovenkant van de dammen ligt op 30 centimeter boven gemiddeld hoogwater (GHW) en dat komt gemiddeld overeen met 1,30 meter boven NAP [bewerking naar Dijkema e.a., 2001]. Rijshouten dammen reduceren (golfgeïnduceerde) stroming, waardoor sediment de kans krijgt te bezinken 5

14 2 - Kwelderontwikkeling [Janssen-Stelder, 2000]. Vervolgens worden de nieuw verworven kwelders ingepolderd en beschermd door dijken. Het proces begint opnieuw door aan de zeezijde van deze dijken de opslibbing van schorren en kwelders te bevorderen. Sinds de jaren 80 verandert de doelstelling van landaanwinst naar kustbescherming en bescherming en herstel van de natuurlijke waarden. [Dijkema e.a., 2001]. Hoewel intussen in het Waddengebied wordt gestreefd naar een dynamische situatie, waarin de natuur grotendeels haar gang mag gaan, wordt op sommige plaatsen de oeververdediging gehandhaafd. Dat om te hoge mate van afslag en erosie tegen te gaan. Daarmee wordt het kwelderareaal op peil gehouden en krijgt de ingepolderde kwelder een hogere natuurlijke waarde. Zo is het areaal aan kwelders de afgelopen vijf eeuwen gereduceerd tot een totaal van 5400 hectare: 2800 ha aan eilandkwelders, ongeveer 1800 ha aan vastelandskwelders en 800 ha in de Dollard [InterWad, 2005]. 2.3 Kwelderaanwas Kwelders ontstaan wanneer de accumulatie van sediment groter is dan of gelijk aan de verzakking van land en daar waar ze beschermd worden tegen fysische invloeden van golven en storm. Ofwel: rustiger getijdenwater met slibrijke bodem vormt letterlijk de bodem voor kwelders. Gebieden aan de zuidzijde van de Waddeneilanden voldoen aan een dergelijke omgeving. Vloedstromen lopen om de eilanden heen, waardoor de gebieden aan de zuidzijden van de eilanden in een luwte liggen. Slibdeeltjes in het zeewater krijgen daar de kans om naar de bodem te dalen. Dit proces van aanslibbing gaat tot dicht onder de hoogwaterlijn door. Dichtbij het eiland is de hoogwaterlijn al snel bereikt en zal de kwelder in wording alleen nog maar bij hoog water inunderen en de rest van de tijd droog vallen. Daardoor krijgt zeekraal, een taaie pionier, de kans om te groeien, waardoor nog meer zand en slib wordt vast gehouden. De kwelder groeit hoger en staat steeds minder vaak onder water. Andere planten, zoals de lamsoor, schorrenkruid en zoutmelde krijgen nu de kans om te groeien. Deze planten houden nog meer sediment vast, waarna de kwelder alleen incidenteel nog inundeert. Ondanks het feit dat kwelders beschut worden door een reeks eilanden zijn getijdenstromingen en stormachtige wind nog steeds van invloed op het sedimenttransport. Voor wat betreft het Waddengebied geldt dat de richting van het sedimenttransport overeenkomt met de richting van de snelheidsvector van de getijdenstromingen [Janssen- Stelder, 2000]. Bij vloed is de stromingsrichting overwegend zuid-zuidoost en is daarmee landinwaarts en haaks op de kust gericht. Gedurende eb is de stromingsrichting vooral noordnoordwest en is daarmee volledig de andere kant op en dus zeewaarts gericht. Uit het onderzoek van Janssen-Stelder [2000] blijkt dat zowel de stromingsrichtingen als de stromingssnelheden nauwelijks door weersomstandigheden beïnvloed worden. Dat geldt echter niet voor het sedimenttransport. Gedurende kalme weersomstandigheden is de stromingssnelheid de dominante factor. Tijdens stormachtige weersomstandigheden spelen golven de voornaamste rol bij het sedimenttransport wat tot ernstige erosie van de wadplaat kan leiden. Op een grotere tijdschaal spelen stormen een belangrijke rol. Vastelandskwelders hebben een paar jaar nodig om te herstellen van een jaar met veel stormdagen. Toenemende stormfrequentie en duur leiden tot een afname van sedimentatiesnelheden in de kwelders. Een kwelder is niet alleen een verzamelplaats voor sediment, maar kan ook als bron van sediment dienen. Analoog aan een strand-duincombinatie slaan kwelders, net als duinen, op de lange termijn sediment op om deze alleen in uitzonderlijke stormsituaties vrij te geven. Daarmee worden de wadplaten, net als het strand, voorzien van extra sediment. Dit sediment maakt het kustprofiel minder stijl en het voorland langer, waardoor golven over een langer traject hun energie kwijt raken [Allen en Pye, 1992]. Behalve hydrodynamische aspecten als getijdestroming en golfwerking spelen ook consoliderende [Amos e.a., 1988] en biochemische processen [Augustinus, 2000] een rol bij de ontwikkeling van kwelders. Consolidatie van de bodem resulteert in een hogere drempelwaarde voor erosie, omdat de benodigde schuifspanning voor erosie toeneemt. Onderzoek [Amos, e.a., 1988] wijst de mate waarin de bodem wordt bloot gesteld aan de buitenlucht en de daarmee gepaard gaande verdamping van water aan als belangrijkste factor voor de verandering van die schuifspanning. Biochemische processen hebben een dubbele werking. Algen en bacteriën maken stoffen aan die kleine, zwevende deeltjes laten 6

15 2 - Kwelderontwikkeling samen vlokken. Deze grotere vlokken hebben een hogere neerslagsnelheid en daarmee neemt sedimentatie toe. Bovendien versterkt de formatie van algenmatten de ondergrond, waardoor erosie wordt beperkt [Augustinus, 2000] Horizontale groei Allen en Pye [1992] stellen dat de opslibbing van een kwelder in de tijd een exponentiële functie beschrijft. De hoogte van het kwelderprofiel zal een horizontale asymptoot naderen, maar kan af en toe onderbroken worden door een storm, waardoor erosie optreedt. Het herstel van de kwelderranden na een storm geschiedt echter sneller dan de exponentiële curve doet vermoeden, maar zal uiteindelijk weer dezelfde exponentiële functie beschrijven. Voorwaarde voor de instandhouding van een kwelder is dat herstel sneller moet optreden dan dat er windgolven voorkomen die erosie tot gevolg hebben. In het onderzoek van Janssen-Stelder [2000] is op basis van meetgegevens van Rijkswaterstaat gedurende de periode in kaart gebracht hoeveel procent van het onderzoeksgebied is begroeid met vegetatie en zodoende als kwelder kan worden geclassificeerd. De rand van het onderzoeksgebied ligt ter hoogte van de meest zeewaarts gelegen rijshouten dam op de slikplaat. De rand aan de kant van de begroeide kwelder komt overeen met een hoogtelijn van 1 m+nap. Uit door Rijkswaterstaat beschikbaar gestelde datasets heeft Janssen-Stelder [2000] voor de Friese en Groningse kwelders geen exponentiële, maar een tweedegraads vergelijking afgeleid voor de procentuele ontwikkeling van de met vegetatie begroeide kwelders: Friesland : y = -0,006x 2 + 1,69x 71,2 (R 2 = 0,990) (2.1) Groningen : y = -0,025x 2 + 4,66x 186,1 (R 2 = 0,995) (2.2) Met: x : aantal jaren vanaf 1900; y : ontwikkeling van de kwelder als percentage van het totaal. (Zie ook figuur 2-2) In 1965 is 13,30% van het Friese deel van het onderzoeksgebied bedekt met vegetatie, terwijl in 1995 het percentage is toegenomen tot 35,20%. Voor het Groningse deel geldt een geheel andere ontwikkeling. In eerste instantie groeien de kwelders harder dan de Friese, maar in 1994 bereikt de Groningse kwelders het maximum en stagneert de groei volledig. De oorzaak daarvan wordt gezocht in de geografische ligging van de kwelders. De Friese kwelders liggen relatief beschermd achter de eilanden Terschelling en Ameland. De Groningse kwelders zijn aan ruwere hydrodynamische condities bloot gesteld, omdat ze vrijwel direct achter de zeegaten Lauwers (tussen Schiermonnikoog en Rottumerplaat) en Schild (tussen Rottumerplaat en Rottumeroog) liggen (figuur 2-3). Wanneer gekeken wordt naar de Friese kwelders zal volgens (2.1) de kwelderontwikkeling de top pas in 2041 bereiken met een dekkingspercentage van ongeveer 48%: Verticale groei Uit de meetgegevens van Rijkswaterstaat en de daaraan verbonden bevindingen van Janssen-Stelder mag gesteld worden dat de mate waarin de Friese kwelders in de afgelopen dertig jaar zijn opgehoogd, van oost naar west afneemt. Het meest oostelijk gelegen meetvak kent een verhoging van 0,20 meter over dertig jaar. Dat geeft een gemiddelde verticale groei van ongeveer 7 millimeter per jaar. 7

16 2 - Kwelderontwikkeling Kwelderontwikkeling ,04 47, percentage bedekt met vegetatie jaartal Friesland Groningen Friese ontwikkeling Groningse ontwikkeling Figuur 2-2: Ontwikkelingscurve van met vegetatie bedekte kwelders in Friesland en Groningen. Bewerking naar: Janssen-Stelder [2000] chelling Noordzee Rottumeroog Borkum Rottumerplaat R'plaat R'oog SSchiermonnikoog Ameland Ameland Eems Groningen Friesland Groningen Friesland Figuur 2-3: Friese en Groningse Waddenkust en de positie van de zeegaten tussen de eilanden: Lauwers tussen Schiermonnikoog en Rottumerplaat Schild tussen Rottumerplaat en Rottumeroog. 8

17 2 - Kwelderontwikkeling 2.4 Zeespiegelstijging De gemiddelde hoogwaterstand (GHW) in de Waddenzee is gedurende de periode met een gemiddelde van 2,6 millimeter per jaar toegenomen [Dijkema e.a., 2001]. De huidige vastelandskwelders verkeren in een stabiel stadium [Janssen-Stelder, 2000, Dijkema e.a., 1990; Houwing e.a., 1995]. Hoger gelegen delen van de kwelder zijn in staat met de stijging van het zeeniveau mee te groeien. Planten fixeren de bodem en vangen sediment af. In de pionierszone kan golfenergie onvoldoende worden gereduceerd, met erosie tot gevolg. Daardoor ontstaat een hoogteverschil tussen de hogere kwelderdelen en de pionierszone wat leidt tot de formatie van een drempel of klif [Dijkema e.a., 1990; Houwing e.a., 1995]. De positie van deze drempel kan in horizontale richting oscilleren [P02, 2005]. Geërodeerd sediment wordt bovenop de kwelder gedeponeerd, waardoor deze hoger groeit. Na het passeren van een bepaalde drempelwaarde zal de kwelder niet hoger meer kunnen groeien en wordt het sediment weer voor de drempel neergelegd. Bovenstaande impliceert dat kwelders de gemiddelde zeespiegelstijging bij kunnen houden. Belangrijke voorwaarde hierbij is dat de kwelder landinwaarts niet wordt gefixeerd door een zeewering, zodat een kwelder, bij een stijgende zeespiegel en een terug tredende kwelderrand, de vrijheid heeft in horizontale richting te kunnen verplaatsen [Janssen-Stelder, 2000]. Wanneer een kwelder is gefixeerd en er door erosie delen van een kwelder verloren gaan, is het verlies niet meer ongedaan te maken. 9

18 2 - Kwelderontwikkeling 10

19 3 Flora en fauna op de kwelder 3.1 Inleiding Overeenkomstig met de stelling van Allen en Pye [1992] dat, wat betreft golfdempende werking, de voorliggende slikplaten onder één noemer geschaard moeten worden met de kwelder, zal ook de flora op deze platen beschouwd worden. Verder laat deze paragraaf alleen een overzicht zien van de meest voorkomende kweldervegetatie. Omdat vogels in verband met Europese wetgeving in de vorm van de Vogelrichtlijn een status aparte in het Waddengebied hebben, zal de beschrijving van de fauna zich alleen op de meest voorkomende vogelsoorten toespitsen. 3.2 Slikplaten Hoewel op het eerste oog wadplaten onbegroeid lijken, zijn toch microscopisch kleine organismen aanwezig. Op de grens tussen wadbodem en water en/of lucht leeft een filmlaag van ééncellige algen, wieren en bacteriën. Vooral de algenlaag vervult een belangrijke rol als slibvanger. Algen scheiden bovendien stoffen uit, die slibdeeltjes aan elkaar doen klitten, waardoor wadplaten minder gevoelig worden voor erosie [IN02, 2005]. Een storm kan de populatiegrootte van de algen drastisch doen afnemen. Plankton valt ook onder categorie algen en is een verzamelnaam voor alle vrij in het water zwevende organismen. Hoewel in het verleden nog grote velden Zeegras op de slikplaten in het Waddengebied aanwezig waren, komt het tegenwoordig vrijwel niet meer voor. Inpoldering, infectieziekten en veranderde morfologische omstandigheden zijn daar debet aan. Herintroductie van Zeegras lijkt vooralsnog weinig succesvol [IN01, 2005]. 3.3 Kweldervegetatie Binnen deze paragraaf wordt de zonering van de kwelder volgens Erchinger [1985] aangehouden (figuur 2-2): pionierszone, lage kwelder en middenkwelder. In de pionierszone van de kwelder wordt veelal aangetroffen (tussen haakjes staat de Latijnse benaming): Groot en Klein zeegras (Zostera); Zeekraal (Salicomia); Engels slijkgras (Spartina); Gewoon kweldergras (Puccellinia). Over het algemeen kan worden gesteld dat deze plantensoorten, op het Engels Slijkgras na, kleine planten zijn die in de orde van enkele centimeters hoog groeien. Alle soorten groeien verder in clusters en zijn goed bestand tegen een zout milieu door inundatie. In de laag gelegen kwelder wordt aangetroffen: Lamsoor (Limonium vulgare); Schorrenkruid (Suaeda maritima); Strandkweek (Elymus athericus); Zoutmelde (Halimione portulacoides); Zeeaster (Aster maritime); Zeealsem (Artemisia maritima); Zilte schijnspurrie (Spergularia salina). De vegetatie groeit over het algemeen door elkaar heen en bedekt de gehele bodem. De planten groeien dichter bij elkaar dan de vegetatie in de pionierszone en bereiken een hoogte van enkele decimeters tot soms wel één meter. 11

20 3 Flora en fauna op de kwelder In de middenkwelder worden vaak dezelfde planten als in de lager gelegen delen aangetroffen, aangevuld met: Engels gras (Armeria maritima); Rood zwenkgras (Festuca rubra); Schorrenzoutgras (Triglochin maritime). Ook nu groeit de vegetatie door elkaar heen, maar de bodem is in een nog dichtere mate bedekt. De planten zijn niet veel hoger en soms zelfs lager dan de vegetatie die in de lage kwelder wordt aangetroffen. 3.4 Vogels Wanneer, volgens de afspraken die gemaakt zijn tijdens de conferentie van Ramsar (paragraaf 4.2.3), tenminste 1% van de wereldpopulatie van één bepaalde vogelsoort in één gebied voorkomt, moeten er maatregelen worden genomen om de soort te beschermen [RA02, 1979]. In het Waddengebied en dan met name de op de kwelders komen veel soorten voor die aan deze voorwaarde voldoen. Naar schatting maken jaarlijks tien miljoen vogels gebruik van het Waddengebied [IN01, 2005]. Sommige vogelsoorten verblijven er het hele jaar, terwijl andere soorten er alleen komen om te broeden of te overwinteren. Daarnaast vervult het Waddengebied ook een belangrijke rol als pleisterplaats voor vogels die op doortrek zijn. De vijf belangrijkste groepen wadvogels zijn: Meeuwen: o Zilvermeeuw; o Kokmeeuw; Sterns: o Visdief; o Noordse stern; Steltlopers; o Scholekster; o Tureluur; o Wulp; o Rosse grutto; o Strandloper; o Plevier; Ganzen; o Rotgans; o Brandgans; Eenden: o Smient; o Wintertaling; o Bergeend; o Eidereend. 12

21 4 Beleid en beheer 4.1 Inleiding Om effectief te kunnen beheren, wordt vaak eerst een beheersplan geschreven. Veel van de uitgebrachte beheersplannen die van toepassing zijn op (delen van) het Waddengebied verwijzen naar artikelen uit Europese of nationale wetgeving. Deze (inter)nationale wetgeving legt bepaalde verantwoordelijkheden op die bindend zijn voor betrokken partijen zoals de overheid zelf, maar ook voor verenigingen en particulieren. In dit hoofdstuk wordt kort de (inter)nationale wetgeving besproken die van toepassing is op het beheer van de Waddenzee en kwelders in het bijzonder. Het resterende deel van dit hoofdstuk zal zich dan voornamelijk toespitsen op beheer ten aanzien van vegetatie, omdat daaraan, binnen dit onderzoek de belangrijkste golfdempende werking wordt toegekend. In hoofdstuk 9 worden de consequenties voor de golfhoogte besproken die beheer met zich meebrengt. 4.2 Regelgeving van toepassing op het Waddengebied Habitat- en vogelrichtlijn De Raad van de Europese Gemeenschappen brengt op 21 mei 1992 Richtlijn 92/43/EEG uit. Deze richtlijn is beter bekend als de Habitatrichtlijn en heeft tot doel bij te dragen aan de waarborging van de biologische diversiteit. Daartoe moeten de natuurlijke habitats en wilde flora en fauna op het Europese grondgebied van de Lid-Staten in stand worden gehouden [RA03, 1992]. Binnen het Europese grondgebied gaan veel natuurlijke habitats achteruit en een toenemend aantal wilde soorten worden bedreigd. De Raad acht het daarom noodzakelijk op communautair niveau maatregelen te treffen voor de instandhouding en herstel van de bedreigde habitats en soorten. Soms kan het noodzakelijk zijn prioritaire habitats en soorten aan te wijzen. Dit zijn habitats of soorten die acuut dreigen te verdwijnen en bijzondere verantwoordelijkheden vragen van de Lid-Staten. Deze verantwoording moet over alle Lid-Staten worden verspreid, indien er sprake is van buitensporige financiële lasten, wanneer habitats en/of soorten ongelijkmatig over de Gemeenschap zijn verdeeld. Naleving van de richtlijn vraagt echter wel rekening te houden met vereisten op economisch, sociaal en cultureel gebied, evenals regionale en lokale bijzonderheden [RA03, 1992]. Uit bijlage I van de habitatrichtlijn Typen natuurlijke habitats van communautair belang voor de instandhouding waarvan aanwijzing van speciale beschermingszones vereist is blijkt dat het onderzoeksgebied voldoet aan de voorwaarden om als speciaal beschermingsgebied te worden aangewezen. Deze voorwaarden zijn (tussen haakjes het artikelnummer): bij eb droogvallende slikwadden en zandplaten (1140); voor eenjarige pioniersvegetaties van slik- en zandgebieden met Salicornia spp. (Zeekraal, lang- en kortarig) en andere zoutminnende soorten (1310); voor schorren (binnen dit onderzoek gelijk gesteld met kwelders) met Spartina maritimae (Slijkgrasvegetatie) (1320). Bij het aanwijzen van speciale beschermingszones volgens de Habitatrichtlijn kan richtlijn 79/409/EEG, beter bekend als de Vogelrichtlijn, complementair worden gebruikt. De Raad heeft deze richtlijn op 2 april 1979 uitgebracht ter bescherming, beheer, regulering en exploitatie van alle natuurlijk in het wildvogelsoorten op het Europese grondgebied. De richtlijn is van toepassing op vogels, hun eieren, hun nesten en hun leefgebieden. Ruim één miljoen hectare valt onder het beschermingsregime van de vogelrichtlijn, waarvan driekwart wordt ingenomen door open wateren als de Waddenzee, Deltawateren en het IJsselmeergebied [IN03, 2005]. 13

22 4 Beheer en beleid NB-wet en PKB Waddenzee De natuurbeschermingswet (NB-wet) is de Nederlandse uitwerking van de vogel- en habitatrichtlijn [IN04, 2005]. Naast de door de Lid-Staten aangewezen speciale beschermingsgebieden regelt de NB-wet ook de bescherming van gebieden die als staatsmonument of beschermd natuurmonument zijn aangewezen. Deze juridische status moet een extra bescherming geven aan bijzonder waardevol of kwetsbaar geachte natuurgebieden. Het kan dan gaan om gebieden met (zeldzame) dier- en plantensoorten, maar ook om gebieden die bijzonder zijn vanwege de ontstaansgeschiedenis, bodembouw of landschappelijke schoonheid. Met circa hectare is de Waddenzee voor 85 à 90% aangewezen als Natuurmonument. Bovendien is het gebied genomineerd om tot werelderfgoed aangewezen te worden. De overige delen van het Waddengebied die niet onder de NB-wet vallen, zijn de doorgaande vaarroutes, de grote zeegaten en de militaire terreinen Vliehors en Noordsvaarder. [IN01, 2005]. De Peazemerlannen wordt niet expliciet genoemd als Beschermd Natuurmonument, maar valt wel onder het kopje Kwelders noordkust Friesland en valt daarmee ook onder de NB-wet. In beschermde natuurmonumenten gelden ondermeer de volgende verboden: Het aanleggen van wegen; Het plaatsen van gebouwen of installaties; Het uitvoeren van graafwerkzaamheden; Het verstoren van rust; Het verontreinigen van water en bodem; In het algemeen mag generlei schade worden toegebracht aan het gebied. De planologische kernbeslissing (PKB) derde Nota Waddenzee vervat de Nederlandse wetgeving in regels voor de inrichting van de Waddenzee. Lagere overheden werken de regels verder uit tot een (beheers)plan. De PKB dient voornamelijk als toetsingskader en streeft hoofdzakelijk naar een duurzame bescherming en ontwikkeling van de Waddenzee als natuurgebied. Door alsnog economische activiteiten toe te staan, ontstaat een spanningsveld tussen economie en ecologie, maar ook tussen de overheden die vaak een andere invulling van het beheersplan in gedachten hebben Ramsar Minder dwingend en bindend dan de door de Europese Raad uitgevaardigde richtlijnen zijn de bepalingen, zoals die zijn voortgevloeid uit de Wetlands-Conventie in 1971 te Ramsar (Iran). Landen die de Wetlands-Conventie ondertekenen, dragen vooral een morele verplichting om het Ramasar Verdrag uit te voeren. Belangrijkste doel is een verantwoorde omgang met wetlands door een gezamenlijk bewustzijn te creëren. Wetlands zijn volgens artikel 1.1 in het Ramsar Verdrag gedefinieerd als: Waterrijke gebieden, moerassen, vennen, veen- of plasgebieden, natuurlijk of kunstmatig, blijvend of tijdelijk, met stilstaand of stromend water, zoet, brak of zout, met inbegrip van zeewater, waarvan de diepte bij eb niet meer is dan zes meter. Hierbij mag volgens artikel 2.1 worden inbegrepen: de aan wetlands grenzende oever- en kustgebieden en binnen deze wetlands gelegen eilanden of lichamen van zeewater, dieper dan zes meter bij laag tij, vooral wanneer ze van belang zijn voor de habitat van watervogels [RA04, 2004]. In 1980 heeft Nederland het verdrag geratificeerd en heeft tot 1995 achttien gebieden aangedragen als wetland. In 2000 zijn nog eens 26 gebieden toegevoegd. Daarmee komt Nederland op een totaal van 49 wetlands die zijn opgenomen in The Ramsar List of Wetlands of International Importance. 14

23 4 Beheer en beleid Verklaring van Stade De Europese landen Nederland, Duitsland en Denemarken zijn een driezijdig samenwerkingsverband aangegaan ter verwezenlijking van een natuurlijk en duurzaam ecosysteem, waarin natuurlijke processen op ongestoorde wijze kunnen plaatsvinden [IN01x, 2005]. Deze samenwerking wordt Trilaterale Waddenzee Samenwerking genoemd en beslaat het gebied tussen Den Helder in Nederland tot aan Blåvandshuk in Denemarken. Het totale oppervlak van het samenwerkingsgebied komt daarmee op circa km 2. De gemeenschappelijk afgesproken doelen zijn [RA01, 1997]: een groter areaal aan natuurlijke kwelders; Figuur 4-1: Overzicht Waddengebied Bron: [IN01, 2005] een grotere natuurlijke morfologie en dynamiek, waaronder natuurlijke afwateringspatronen van kunstmatige kwelders, op voorwaarde dat de huidige oppervlakte niet wordt verkleind; een verbeterde natuurlijke vegetatiestructuur van kunstmatige kwelders, inclusief de pionierszone; gunstige omstandigheden creëren voor trekkende en broedende vogels. De ministeriële verklaring van de achtste trilaterale regeringsconferentie over de bescherming van de Waddenzee [RA01, 1997] stelt dat de mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe natuurlijke kwelders beperkt zijn. De beste manier om het areaal natuurlijke kwelders uit te breiden, is het verbeteren van de natuurlijke morfologie en dynamiek van bestaande kwelders. Het ontpolderen (binnen dit onderzoek verkwelderen genoemd) van zomerpolders wordt als de oplossing gezien om het kweldergebied te vergroten. Door het ontpolderen van relatief oude en hoge kwelders kunnen ecologisch waardevolle habitats worden hersteld. De vier doelen zijn vertaald naar 21 trilaterale beleids- en beheerspunten, waarvan de volgende punten van toepassing worden geacht binnen dit onderzoek: Om kwelders adequaat te kunnen beschermen en ontwikkelingsprocessen een natuurlijk verloop toe te staan, zullen, voor zover dat nog niet is gedaan, alle kwelders onder wettelijke bescherming worden gebracht; Als uitgangspunt wordt aangenomen dat het huidige kwelderareaal niet zal afnemen en dat het areaal aan natuurlijke kwelders, waar mogelijk, zal worden uitgebreid; Op de lange termijn wordt menselijk ingrijpen in de kwelders beperkt, tenzij de randen ervan tegen erosie moeten worden beschermd; Een vergroting van het kwelderareaal zal worden nagestreefd door het ontpolderen (verkwelderen) van zomerpolders. Dit voornemen moet echter wel in overeenstemming zijn met regionale en sociaal-economische voorwaarden, evenals kustverdedigingseisen; Wanneer natuurbehoud en kustverdedigingsmaatregelen op elkaar worden afgestemd, staat de veiligheid van de bewoners voorop; Het indijken van kwelders is verboden, zodat het verlies van biotopen door kustverdediging wordt beperkt; Wanneer dan toch kustverdediging wordt toegepast, moet de Beste Milieuveilige Handelswijze (BMH) worden toegepast; De natuurlijke afwatering van kwelders zal worden vergroot door, waar mogelijk en praktisch uitvoerbaar, kunstmatige drainagewerken te verminderen en door het introduceren van meer milieuvriendelijke graafmethoden; Om de diversiteit van de vegetatie en de daarbij horende diersoorten in kwelders te vergroten, wordt gestreefd naar vermindering van en/of diversificatie in begrazing. Uitgezonderd zijn de gebieden waar begrazing noodzakelijk is vanwege de 15

24 4 Beheer en beleid aanwezigheid van groene dijken. Dit zijn dijken die volledig bedekt zijn met een grasmat. Wanneer een kwelder niet wordt begraasd, spoelen plantenresten aan die op de grasmat gaan rotten en deze aantasten. 4.3 Beheer ten aanzien van vegetatie Inleiding De kwelder wordt tegenwoordig gezien als het resultaat van de interacties tussen fysische en biologische processen. Het bewaren van ongeschonden geomorfologische processen wordt gezien als de basisvoorwaarde voor de grote natuurwaarden van de Waddenzee [Dijkema, e.a.; 2001]. Daarmee wordt ruimte gegeven aan erosie- en sedimentatieprocessen. Sturend optreden door zandsuppletie, oeververdediging en (in steeds mindere mate) ontwatering past niet meer in het huidige nationale en internationale beleid voor de Waddenzee. Het resterende deel van dit hoofdstuk zal zich voornamelijk toespitsen op beheer ten aanzien van vegetatie, omdat daaraan, binnen dit onderzoek de belangrijkste golfdempende werking wordt toegekend Ontwatering en vegetatie Zoals uit de achtste Trilaterale Regeringsconferentie naar voren komt, is het ontwikkelen van een natuurlijk drainagepatroon een belangrijke speerpunt. Alterra heeft onderzoek gepleegd naar de ontwikkeling van een natuurlijk krekenpatroon in volgroeide kwelderwerken die op kunstmatige wijze zijn ontstaan. Uit dat onderzoek kan het volgende worden geconcludeerd [Dijkema, e.a.; 2001]: Het ontstaan van een krekenstelsel is, door betere ontwatering, een belangrijke stimulans voor de groei van de meeste kwelderplanten. De ontwatering bevordert successie van opeenvolgende vegetatietypen. Tijdens de beginstadia zijn bodemaëratie en bodemstabiliteit de sleutelfactoren voor de kwelderplanten. Wanneer de kwelder in hoogte toeneemt spelen bodemsaliniteit en concurrentie een steeds belangrijker rol. Bij afwezigheid van een natuurlijk krekenstelsel wijst de praktijk in Nederland, Duitsland en Denemarken uit dat begreppeling de groeiomstandigheden verbetert. Door een geforceerde beluchting van de bodem kan kweldergras al in de pionierszone, onder de natuurlijke grens voor kweldergras, groeien, met als gevolg dat de kwelder zich uitbreidt. Bovendien is gebleken dat de bedekking met meerjarige kweldervegetatie door begreppeling toeneemt. Dit effect wordt veroudering genoemd en levert een minder diverse vegetatie op. Vooral Strandkweek wordt een dominante plantensoort. Als laatste waargenomen effect is dat door ontwatering een stabielere bodem ontstaat, wat voor de vestiging van pioniers gunstiger blijkt te zijn. Een volledig natuurlijk krekensysteem zal volgens de Krekenstudie [Reents, 1995] nooit tot stand kunnen komen. Zij stelt dat het natuurlijk krekensysteem een eindproduct is dat ontstaat vanaf de allereerste kwelderontwikkeling en afhankelijk is van natuurlijke patronen in vegetatie en hoogteligging. In een volledig volgroeid stadium van een (kunstmatige) kwelder is dat niet meer mogelijk. Wat wel reëel wordt geacht is dat door menselijk ingrijpen (verdiepen en versmallen van greppels, dempen en afdammen) een patroon kan worden gecreëerd dat meer aan de kwantitatieve eisen van een natuurlijk krekenpatroon voldoet. Dit systeem moet in de loop der jaren een kronkelend verloop krijgen en in staat zijn zichzelf in stand te houden [Dijkema, e.a.; 2001]. Wanneer de waterafvoer echter stagneert, kan de meerjarige vegetatie afsterven, waardoor waterplassen en kale plekken ontstaan. Daardoor kunnen erosiehaarden ontstaan, direct landwaarts van de pionierszone gelegen. Daardoor kunnen grote stukken kwelder veranderen in wadvlakten [Dijkema, e.a.; 2001] Beweiding Uit het Beheersplan Waddenzee [RA05] blijkt dat wat betreft kwelderbeheer alleen beweiding als beheersinstrument is toegestaan: Het beheer van kweldervegetaties zal alleen door beweiding gebeuren. Het doel is een veelzijdige vegetatiestructuur met planten- en diersoorten die van nature in het Waddengebied thuishoren. Er vindt geen beheer plaats ten behoeve van bepaalde soorten. 16

25 4 Beheer en beleid Jonge en/of dynamische kwelders kennen van nature een veelzijdige vegetatiestructuur en beweiding is dan niet noodzakelijk. Wanneer de kleilaag van de kwelder dikker dan 15 à 20 centimeter [Bakker, 1993] wordt, is de variatie aan vegetatietypen het meest volledig bij een lage beweidingsdruk op grote percelen (minimaal ha) of bij een ruimtelijke afwisseling in beweiding op kleinere percelen [Dijkema e.a.; 2001]. Een te intensieve, maar ook een te extensieve beweiding kan met name op de lagere kwelderdelen leiden tot soortenarme vegetatie zonder structuur. Volgens Dijkema e.a. [2001] is de beweiding van vastelandskwelders in Friesland te weinig gevarieerd. Particuliere oevereigenaren beweiden zeer intensief, terwijl de kleinere delen die in handen zijn van het Rijk niet of zeer extensief worden beweid, met als gevolg dat één forse plantensoort domineert [Dijkema e.a., 2001]. Met de aankoop van grote delen van zomerpolders en de aangrenzende kwelderwerken door It Fryske Gea wordt het beheer beter in overeenstemming gebracht met het geformuleerde beleid. Extensieve tot matige beweiding moet tot meer variëteit leiden. Het tijdstip van inscharing (het toelaten van vee tot te beweiden gebied) moet echter direct na het vertrek van de ganzen in het gebied liggen [Dijkema e.a., 2001]. Wachten tot het einde van het algehele broedseizoen verhoogt het risico van snelle veroudering van kwelders [Jeschke, 1983] en dat maakt het gebied weer ongeschikt voor broedvogels. Typische broedvogels die alleen van kwelders afhankelijk zijn, bestaan niet. Alle soorten die op kwelders broeden, komen ook in andere habitats voor [Dijkema e.a., 2001]. Niettemin herbergen kwelders een aanzienlijk deel van de Nederlandse vogelpopulatie en verdienen ze vaak de voorkeur boven andere habitats. Naast het type beweiding speelt ook het type vee dat de kwelder beweidt een rol. Schapen hebben een voorkeur voor de vegetatietypen die op de lage kwelder voorkomen en werken daarmee verruiging van vegetatie op de midden en hoge kwelder in de hand. Bovendien verdichten schapen de ondergrond tot een vaste, aangedrukte bodem, waarop overgebleven vegetatie is plat getrapt. Koeien zijn minder kieskeurig en dat resulteert in een grotere afwisseling in de plantengroei. Bovendien bestrijken zij een groter gebied dan schapen. Het nadeel van koeien is dat zij soms dwars door vogelkolonies heen lopen en daarmee grote schade aanrichten. Hetzelfde geldt voor de inscharing van paarden die in groepen door het terrein heen kunnen galopperen en nog meer schade aanrichten [Dijkema e.a., 2001]. 17

26 4 Beheer en beleid 18

27 5 Vegetatie en golfdemping 5.1 inleiding Wanneer een golf van diep naar ondiep water propageert, zullen karakteristieken als golfhoogte, golfperiode en golflengte, bij een gelijk blijvende energieflux, veranderen [Sorensen 1993, zie ook: Bijlage A Lineaire golftheorie]. Energieverlies door bodemwrijving wordt daarbij vaak verwaarloosd en energieverlies vindt alleen plaats wanneer de golf breekt. De praktijk is echter weerbarstiger, want naast het bieden van voedsel en bescherming, reduceert kweldervegetatie golfenergie en vermindert turbulentie, waardoor de kustlijn voor erosie wordt behoed [Mendez en Losada, 2003]. In dit hoofdstuk wordt energieverlies door bodemwrijving nader toegelicht en zal de aanwezigheid van vegetatie op een kwelder worden vertaald naar een bodemwrijvingsfactor die kan worden ingevoerd in het numerieke golfmodel SWAN. Om een beeld te vormen van (reductie) van golfhoogten in de praktijk, zal eerst de praktijkstudie door Möller en Spencer worden behandeld. 5.2 Praktijkstudie door Möller en Spencer Möller en Spencer [2002] hebben een onderzoek uitgevoerd dat is gebaseerd op een 10 maanden lange dataset van golven en getijden op twee locaties in de Dengie marshes in het oosten van Engeland. Aandacht is besteed aan de breedte van de kwelder, de inundatiediepten en seizoenafhankelijke veranderingen in de vegetatie en de invloed hiervan op de golfhoogten. De aanwas en het verdwijnen van kwelders wordt in numerieke modellen vaak verklaard door factoren als getij, wind- en golfklimaat, relatieve zeespiegelrijzing, aanvoer van sediment, vegetatie en bodemgesteldheid. Wanneer een kwelder eenmaal over een kritische hoogwatergrens is gegroeid en een goed ontwikkelde vegetatiepopulatie heeft ontwikkeld, zal het vermogen om golfenergie te reduceren drastisch toenemen. Onderzoek (Moeller, et al., 1996, Möller et al., 1999) aan kwelders aan de kust van Norfolk (Groot Brittanië) laat zien dat gemiddeld 82% van de golfenergie gereduceerd wordt boven een kwelder met vegetatie in de pioniersfase. Dat in tegenstelling tot voorliggende slikplaten die gemiddeld 29% van de energie reduceren. De verhouding tussen golfdempend vermogen tussen slikplaat en kwelder ligt ruwweg op 1:2, wat wil zeggen dat een kwelder twee maal zo effectief is in het reduceren van golfenergie dan het voorliggend wad. Reductiefactoren voor golfhoogten worden niet alleen gezocht in aanwezige vegetatie, maar ook in (micro)topografische kenmerken van een kwelder: de aanwezigheid van zoutpannen en het maaiveld van de kwelder dat doorkruist wordt door geulen, prielen en kreken. Tot nu toe is het meeste onderzoek uitgegaan naar het vertalen van fysieke eigenschappen van planten in een ruwheidscoëfficiënt. Dalrymple en Kobayashi, maar ook de TUDelft zijn hiermee bezig (geweest). Inmiddels is het vermoeden ontstaan dat zelfs een kleine kwelder aan de voet van zeeweringen al een effectieve manier is om golfenergie in grote mate te reduceren. Modelstudies door Brampton [1992] suggereren dat de meeste reductie van golfhoogten boven standaard west-europese kwelders al binnen de eerste meters plaatsvindt. Binnen het onderzoeksgebied komen twee verschillende situaties voor: kwelders met en zonder klifvorming. De aanwezigheid van een klif verandert de mate waarin een kwelder golfenergie reduceert. Uit het onderzoek van Möller en Spencer [2002] volgt een gemiddelde reductie van golfenergie van gemiddeld 1,1% (klif aanwezig) à 2,1% tot wel 4% per strekkende meter kwelder (zonder klif) loodrecht op de kust. Deze percentages gelden alleen voor de eerste 10 meter kwelderlengte. Daarna neemt het reducerend vermogen af tot ongeveer 0,1% à 0,5% per strekkende meter na 80 meter kwelderlengte. Wanneer de hele kwelderlengte in ogenschouw wordt genomen, blijkt dat over 310 meter lengte de golfhoogte is afgenomen met 92 % en dat geeft een gemiddelde demping van 0,3 % per strekkende meter. Het onderzoek ondersteunt hiermee de aanname dat de meeste reductie aan het 19

28 5 Vegetatie en golfdemping begin (zeezijde) van de kwelder plaats heeft en mag als representatief worden verondersteld voor zowel kwelders met een matig hellende bodem als voor kwelders met een klif of drempel. Wanneer een klif of drempel aanwezig is dan laat het onderzoek zien dat de golfhoogte meteen na het passeren van de drempel over korte afstand toeneemt. De oorzaak hiervan moet gezocht worden in een combinatie van reflectie en shoaling door een plotselinge afname van waterdiepte. Het verschil in golfdempende percentages wordt gezocht in het feit dat wellicht toch energie verloren gaat bij processen aan de voet van de klif, waardoor golfenergie uit het systeem verdwijnt. De golfdempende percentages blijken seizoensafhankelijk te zijn. De vegetatiedichtheid is in het midden van de kwelder het hoogst. De randen aan de zee- als aan landzijde zijn minder dicht begroeid. Over het algemeen blijkt de vegetatiedichtheid in november (herfst) het hoogst en in februari (winter) het laagst te zijn. Opgemerkt wordt dat de dichtheid, gezien over alle meetlocaties, nogal kan fluctueren. Op één uitzondering na blijken alle meetpunten wat betreft soortensamenstelling constant te blijven. De hoogst gemeten golfhoogten treden op in de maanden december tot en met februari en bereiken een significante golfhoogte van ongeveer 30 centimeter op de mudflats. De demping op zichzelf is het hoogst in de maanden september november, maar neemt af gedurende de maanden december februari en is het meest gering in de maanden maart juli. De mate waarin golven gedempt worden neemt aan de rand van de kwelder af van 3,0 % per m 1 naar 2,5 % tot een minimum van 2,0%. Wanneer nabij de kwelderovergang duidelijk sprake is van een afgetekende klif, blijkt de demping gedurende alle seizoenen ongeveer 1,1% per m 1 te zijn. Toch stellen Möller en Spencer dat seizoenen over het algemeen geen significante rol spelen in de reductie van golfhoogten. Eerdere onderzoeken door Möller et al. (1999) suggereren dat de waterdiepte als reducerende factor het meest van invloed is bij kwelders of ondiep water. Dit geldt vooral bij waterdiepten lager dan één meter. 5.3 SWAN Wat is SWAN? Binnen dit onderzoek wordt het numerieke golfmodel SWAN gebruikt om golfkarakteristieken boven slikplaten en kwelders te berekenen. SWAN staat voor Simulating Waves NearShore en is de derde generatie van de D3d-WAVE module die ontwikkeld is door TUDelft. SWAN berekent de propagatie(richting), windgeïnduceerde golfkarakteristieken (golfhoogte, golfperiode en golflengte) en niet-lineaire interactie tussen golven voor een gegeven bathymetrie, windveld, waterstand en, indien opgegeven, stromingsvelden. Alle berekeningen zijn toepasbaar op kustwateren die te classificeren zijn als diep, ondiep en het overgangsgebied daartussen [SWAN User Manual, 2003]. Veel toegepaste theorieën gaan uit van een benadering, waarin de golfenergiebalans centraal staat. Zo is ook de werking van SWAN gebaseerd op deze golfenergiebalans. In een evenwichtssituatie is de intredende en uittredende golfenergie door een element x, loodrecht op de kust (in x-richting), gelijk en kan als volgt worden uitgedrukt: F = E c = (5.1) ( g ) 0 x x waarin: F : energieflux [N 1.m 2.s -1 ]; c g : groepssnelheid, waarmee een golfveld propageert [m 1.s -1 ]; E : golfenergie [kg 1.m 2.s -2 = N 1.m 1 ]. Echter, door bodemwrijving en breking van golven (al dan niet in ondiep water) zal energieverlies optreden. De negatieve term staat voor het verlies aan energie: ( E cg ) = D (5.2) x Voor een uitgebreide beschrijving van het SWAN-model en de numerieke oplossingsmethode wordt verwezen naar Ris [1997], Holthuijsen e.a. [1999], Booij e.a. [1999] en [Padilla- Hernández en Monbaliu, 2001]. 20

29 5 Vegetatie en golfdemping Collins Om energieverlies door bodemwrijving in rekening te brengen, kan binnen SWAN de optie Collinscoëfficiënt worden aangeroepen. Hasselmann en Collins [1968] hebben een formule afgeleid om energieverlies door bodemwrijving te beschrijven die later door Collins [1972] is vereenvoudigd tot: 1 2 C fc = 2.c U 2 (5.4) g.k 2 met: U = F( σ, θ ) dσ. dθ sinh2 kh (5.5) waarin: C fc : Collins dissipatiecoëfficiënt [m 1.s -1 ]; c : constante, door Hasselmann en Collins experimenteel bepaald op 0,015 [ - ]; U : Root mean square (de wortel uit het gemiddelde kwadraat) van de orbitaalbeweging nabij de bodem [m 1.s -1 ]; g : versnelling van de zwaartekracht [m 1.s -2 ]; k : golfgetal [m -1 ]; h : waterdiepte [m 1 ]; F : energiedichtheidsspectrum [m 2.s 1.rad -1 ]. Binnen dit onderzoek staat energieverlies door (kwelder)vegetatie centraal. Daartoe is door De Vries en Roelvink [2004] een formule afgeleid om vegetatiekarakteristieken als vegetatiehoogte, stengeldikte en begroeiingdichtheid (paragraaf 5.2.4) op te nemen in de Collinscoëfficiënt. Formule 5.4 is in SWAN geïmplementeerd en het is de experimenteel bepaalde constante c die, indien gewenst, handmatig kan worden aangepast om de invloed van vegetatie in het rekenproces te betrekken. Lopende onderzoeken aan de Technische Universiteit Delft (TUDelft) en WL Delft Hydraulics (WL) moeten leiden tot die inpassing van energiedissipatie door vegetatie Energieverlies door vegetatie Bij het bepalen van D uit vergelijking (5.2) wordt vaak gekeken naar de schuifspanning van bewegende waterlagen boven de grenslaag bij een gegeven stromingssnelheid. Bij het zoeken naar een theoretische formulering van dissipatie door vegetatie gebruiken TUDelft en WL de formules van Van Rijn [1989]: 1 T D bodem τ b T 0 = U dt (5.7) δ Dit is een theoretische formulering voor de tijdgeïntegreerde dissipatie door wrijvingskracht nabij de bodem, met: D bodem : dissipatie door bodemwrijving [J 1 s -1 m -2 ]; τ b : bodemschuifspanning [kg 1 s -1 m -2 ]; U δ : stroomsnelheid vlak boven de grenslaag [m 1 s -1 ]; T : golfperiode [s 1 ]. Wanneer U δ en τ b door golfwerking worden geïnduceerd, kunnen de volgende vergelijkingen worden gesubstitueerd: ^ U = Uδ sin( ωt) (horizontale orbitale snelheid nabij de bodem) (5.8) δ ^ b = w sin ( ) 2 ω t (wrijvingsspanning door bodem) (5.9) met: f w : wrijvingscoëfficiënt [ - ] Uˆ δ : maximale horizontale orbitale snelheid nabij de bodem [m 1 s -1 ] ρ : (massa)dichtheid van de vloeistof [kg 1 m -3 ]; ω : (absolute) hoeksnelheid van de golfbeweging [s -1 ]. Na substitutie levert dat de volgende vergelijking voor de bodemgeïnduceerde dissipatie op: 21

30 5 Vegetatie en golfdemping D bodem ^ 3 T ^ 3 ρfw Uδ = sin ( ωt) dt ρfw Uδ 2T T = (5.10) 3π 0 Vergelijking (5.10) wordt door De Vries en Roelvink [2004] als startpunt gebruikt om de dissipatie van golfenergie te benaderen als een functie van vegetatiekarakteristieken als steeldiameter D, vegetatiedichtheid n en de gemiddelde vegetatiehoogte dz. Daartoe wordt eerst de kracht op één enkele steel met hoogte dz gedefinieerd, waarbij de orbitale snelheid ^ 2 U δ over de hoogte uniform wordt aangenomen: 2 1 ^ * 2 Fss = ρ fw D dz U δ sin ( ωt ) 2 (5.11) met: F ss : uitgeoefende kracht op één enkele plantensteel [N = kg.m 1.s -2 ]; * f w : wrijvingscoëfficiënt voor vegetatie [ - ]; D : steeldiameter [m 1 ]; dz : gemiddelde vegetatiehoogte [m 1 ]; t : tijd [s 1 ] De (trek)spanning τ v op vegetatie met hoogte dz (per eenheid oppervlakte) is afhankelijk van het aantal stelen per oppervlakte-eenheid, uitgedrukt als n: ^ 2 1 * 2 τ v = ρ fw D dz n U δ sin ( ωt ) (5.12) 2 met: τ v : door planten geïnduceerde spanning, veroorzaakt door wrijving [N.m -2 ]; n : aantal stelen per oppervlakte-eenheid [m -2 ]. Door over de vegetatiehoogte dz te integreren, waarbij de vegetatiedichtheid constant wordt aangenomen, kan de energiedissipatie D v worden afgeleid: D v = ^ 3 4 ρ U 3π δ f * w D n dz met: D v : Energiedissipatie per eenheid met vegetatie begroeid oppervlak [J.s -1 m -2 ] (5.13) Wanneer wordt aangenomen dat sprake is van ondiep water (waterdiepte boven een kwelder mag als ondiep worden opgevat) en een constante verticale vegetatiedichtheid (stam en takken zijn homogeen over de vegetatiehoogte verdeeld) dan kan de volgende formule worden afgeleid: * cv = fw D n dz (5.14) met: c v : wrijvingsfactor [-]. Met formule (5.14) is de energiedissipatie D v uitgedrukt in drie meetbare variabelen: D, n en dz. Wrijvingsfactor c v vervangt binnen dit onderzoek de experimenteel bepaalde Collinsconstante c met standaardwaarde 0,015 (paragraaf 5.2.3) om de invloed van vegetatie in het rekenproces met SWAN mee te nemen. Echter, de wrijvingsfactor is nog afhankelijk van andere soortafhankelijke karakteristieken, zoals stijfheid, oppervlakteruwheid en de verticale opbouw van de vegetatie. Beweging van planten die bloot staan aan stroming wordt vaak verwaarloosd, wanneer planten als verticale cilinders worden gemodelleerd. Wanneer vegetatie een bepaalde mate van beweging kent, de stijfheid laag en het drijvend vermogen hoog blijken, gelden de modellen vaak niet meer. Het NIOO heeft binnen dit kader twee plantensoorten met elkaar vergeleken [Bouma, 2005]. Daarbij is vooral gekeken naar de invloed die de plantensoorten uitoefenen op de hydrodynamica waaraan zij zijn bloot gesteld. Het gaat om de soorten Engels slijkgras (Spartina Anglica) en Zeegras (Zostera Noltii). Het onderzoek concludeert dat: vegetatie duidelijk invloed uitoefent op de reductie van golfenergie en wijst daarbij de stijfheid en dichtheid van planten als belangrijkste oorzaak aan; * f w 22

31 5 Vegetatie en golfdemping grofweg mag worden aangenomen dat stijve vegetatie ongeveer drie maal zo efficiënt is in het reduceren van golfenergie dan flexibele vegetatie; stijve vegetatie zichtbaar vibreert bij het absorberen van golfenergie, terwijl flexibele vegetatie zacht heen en weer beweegt onder invloed van de orbitale bewegingen van golvend water; vegetatie met lage stijfheid plat slaat, waardoor het te hoge trekkrachten op het wortelstelsel voorkomt en de meeste golfenergie ongemoeid door laat propageren. 5.4 Conclusie Wanneer gekeken wordt naar de invloed van kweldervegetatie op golfkarakteristieken, kan vanuit de literatuur worden gesteld dat: Reductie in golfhoogte en energie tot twee maal sterker blijkt te zijn boven kwelders met vegetatie dan boven kale wadplaten. Reductie van golfhoogte en energie het sterkst optreedt direct na de overgang van wadplaat naar begroeide kwelder. Vooral de eerste 10 meter oefent de grootste invloed uit. Het reducerend vermogen neemt landinwaarts af. Hoewel de seizoenen van invloed zijn op de samenstelling en dichtheid van de vegetatie, lijkt er geen significante verandering op te treden in het vermogen van kwelders golfhoogten te reduceren. Wanneer de waterdiepte minder dan één meter bedraagt, deze als belangrijkste factor aangewezen bij het reduceren van de golfhoogte. Golfdempende eigenschappen van vegetatie kunnen worden toegeschreven aan: geometrie; drijvend vermogen; dichtheid; stijfheid; de mate van vrijheid om te kunnen bewegen; de zonering (positie op de kwelder). Naast bovengenoemde eigenschappen, dragen Möller en Spencer [2002] aan dat ook de breedte van het veld, waarin vegetatie staat, van invloed kan zijn op reductie van golfhoogte. Binnen dit onderzoek wordt ter bepaling van golfkarakteristieken boven de kwelder gebruik gemaakt van het numerieke golfmodel SWAN. Om energieverlies door bodemwrijving in het rekenproces mee te nemen, kan de Collinscoëfficiënt worden aangeroepen. Deze Collinscoëfficiënt kent een constante c, waaraan de experimenteel vastgestelde waarde van 0,015 is toegekend. Hierin zit echter de invloed van vegetatie niet verwerkt. Daartoe kan de * volgende formule worden gebruikt: c = f.d.n.dz v w. Wrijvingsfactor cv vervangt dan de constante c in de Collinscoëfficiënt. 5.5 Discussie Omdat er zoveel variabelen zijn om rekening mee te houden, is een algemene benadering van golfdempend gedrag van planten erg lastig te beschrijven. Huidige theoretische modellen trachten door golven voortgebrachte krachten op planten te voorspellen. Beweging van planten wordt verwaarloosd door vegetatie te beschouwen als verticale cilinders. Daarnaast wordt gezocht naar een wrijvingscoëfficiënt om de trekkracht op de vegetatie uit te drukken. Deze aannamen zijn echter alleen geldig, wanneer geldt dat de planten kort zijn en geheel onder water staan en waarvan de onderkant van de plant bijzonder stijf is. Wanneer vegetatie een bepaalde mate van beweging toestaat, de stijfheid lager is en het drijvend vermogen hoog is, geldt het model niet. Bovendien wordt het breken van golven buiten beschouwing gelaten. Alle gemeten waterdiepten op de rand van de kwelder gedurende het onderzoek van Möller en Spencer hebben de 1,0 meter niet overschreden. Möller en Spencer betwijfelen de effectiviteit van vegetatie wat betreft golfdempend vermogen, wanneer deze 1,0 meter wordt overschreden. In het Waddengebied is de gemiddelde waterstand bij hoogwater 1,05 m+nap. De pionierszone ligt op ongeveer 0,50 meter + NAP. Daarmee staat er gemiddeld 23

32 5 Vegetatie en golfdemping een waterdiepte van 50 centimeter boven de kwelderrand en gelden wat betreft de waterdiepte dezelfde omstandigheden als in Engeland. Metingen aan golven boven de Paulinaschor in de Westerschelde [Mol, 2003] wijzen uit dat de golfhoogte toeneemt, wanneer een golf de overgang tussen een wadplaat en een kwelder bereikt. Dit effect lijkt op shoaling en treedt op wanneer een golf ondiep water bereikt. Het effect dat de golf in nabijheid van de bodem ondervindt lijkt te worden versterkt door de aanwezigheid van vegetatie. In hoeverre sprake is van reflectie en in welke mate dat bijdraagt aan shoaling is onbekend. Bij modelvorming wordt reflectie vaak verwaarloosd. Mendez en Losada [2004] komen tot de conclusie dat shoaling een belangrijk effect is, maar dat de toename van de golfhoogte teniet wordt gedaan door de reductie van energie, wat veroorzaakt wordt door de vegetatie. 24

33 5 Vegetatie en golfdemping 25

34 5 Vegetatie en golfdemping Figuur 6-1 :De rode lijn omkadert het onderzoeksgebied: de Peazemerlannen, ook wel Paesenserpolder genoemd. De nummers 1 t/m 4 verwijzen naar de vier verschillende beheersgebieden van It Fryske Gea. Nummer 5 geeft de primaire zeedijk aan. De in 1945 aangelegde zomerdijk wordt door nummer 6 aangegeven en de in 1973 bezweken dijk is aangegeven door nummer 7. Verder zijn op de rasterlijnen de coördinaten aangegeven. De strekdam die van oudsher al aanwezig is, wordt aangegeven door nummer 8. Bron: [Berg, 2003] Figuur 6-2: Restanten van de in 1973 door gebroken bitumen zomerdijk. 26

35 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen 6.1 Inleiding In samenspraak met Rijkswaterstaat (DNN) en Wetterskip Fryslân is De Peazemerlannen, ook wel Peasenserpolder genoemd, als onderzoeksgebied aangewezen. Rijkswaterstaat wil eind 2005 de verkenningsfase hebben afgerond, waarin de mogelijke consequenties van verkweldering van de in het gebied gelegen zomerpolder in kaart gebracht zijn. De interesse gaat daarbij vooral uit naar het beheer en de veiligheid van de primaire zeewering. Deze is over de hele lengte van het onderzoeksgebied niet voorzien van een beschermende teenconstructie. Het kostenplaatje loopt in de miljoenen, wanneer deze constructie alsnog moet worden aangebracht. Pas als de verkenningsfase is afgerond, kan een planstudie worden ondernomen die eind 2006 moet zijn afgerond. De realisatie is eind 2007 gepland. Voor fase (b) is in het onderzoeksproces de volgende centrale vraag gesteld: Welke maatregelen worden gehanteerd bij kwelderbeheer binnen het onderzoeksgebied? Alvorens een beeld wordt gegeven van het vigerende beheer zal eerst een beeld worden geschetst van de Peazemerlannen. Aan bod komen de locatie met gebiedsspecifieke kenmerken, de flora en fauna, opslibbing en ten slotte het beheer. 6.2 Locatie en kenmerken De Paezummerlannen (figuur 6-1) is een vastelandskwelder die buitendijks ligt in het noordoostelijk deel van het Friese kustgebied, nabij Paesens en Moddergat (Gemeente Dongeradeel). De oppervlakte van de kwelder, met inbegrip van de zomerpolder, is met circa 165 hectare relatief klein ten opzichte van andere kwelders. Door de situering nabij Lauwersoog vormt de Paezummerlannen de overgang tussen de Friese en Groningse kwelder(werken) en is grotendeels ontstaan door landaanwinning met rijshouten dammen. De Peazemerlannen wordt door It Fryske Gea beheerd (paragraaf 6.5.2). Aan de hand van dat beheer is het onderzoeksgebied in vieren verdeeld (figuur 6-1). De meest westelijk gelegen buitendijkse kwelder (nr. 1) valt net buiten de Peazemerlannen (door de rode lijn omgeven). In 1945 is de toenmalige kwelder ingepolderd door een zomerdijk (nr. 6) met een kruinhoogte van circa 2,25 m+nap aan te leggen. Het maaiveld van deze zomerpolder (nr. 2) kent een gemiddelde hoogte van ongeveer 1,80 m+nap. Aan de zeezijde werd opnieuw gestart met het aanwinnen van land. In 1951 is een bitumendijk (nr. 7), met een kruinhoogte van circa 3,10 m+nap, rondom het nieuw verworven gebied aangelegd, waarmee een tweede zomerpolder is ontstaan (nr. 3). Tot aan april 1973 worden beide zomerpolders gebruikt om veeteelt te bedrijven. De bitumendijk breekt in april door als gevolg van een storm (figuur 6-2) en wordt in het daarop volgende winterseizoen veelvuldig onderworpen aan stormvloeden, wat pogingen tot herstel bemoeilijkt. Vanuit een financieel oogpunt is uiteindelijk besloten om de herstelpogingen te staken en in 1979 bezwijkt een tweede deel van de bitumendijk. De zomerpolder wordt bewust bloot gesteld aan de natuurlijke dynamiek van de Waddenzee en mag verkwelderen. Daarmee ontstaat aan de rand van de kwelder opnieuw een pionierszone (nr. 4) met de daarbij behorende vegetatie. Behalve de aangelegde zomerdijken wordt de Peazemerlannen van oudsher al beschermd door een strekdam (nr. 8) die inmiddels niet meer wordt onderhouden. De primaire verdediging van de Friese kustlijn wordt gevormd door een zeedijk die voldoet aan de Deltahoogte (nr. 5). De gemiddelde kruinhoogte van deze dijk ligt op circa 8,10 m+nap. 27

36 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen Peazemerlannen Opslibbing (mm) /95 3/95 5/95 8/95 9/95 11/95 1/96 9/96 12/96 3/97 8/97 3/98 8/98 12/98 3/99 8/99 11/99 3/00 8/00 12/00 8/01 11/01 3/02 8/02 11/02 3/03 8/03 11/03 3/04 8/04 12/04 Pionier zone/gat (n=2) Sec. Pionier zone/kom (n=6) Lage kwelder (n=11) Oeverwal (n=6) Zomerpolder (n=3) Figuur 6-3: Opslibbing in het onderzoeksgebied. Bron: Rijkswaterstaat, Figuur 6-4: Twee voorbeelden van drempelvorming in de Peazemerlannen (Friesland). 28

37 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen 6.3 Opslibbing Sinds januari 1995 verricht Alterra sedimentatiemetingen in zowel de zomerpolder als de kwelder om de inklinking respectievelijk opslibbing van het maaiveld in kaart te brengen. Dertig meetpunten worden drie maal per jaar gedurende de maanden maart, augustus/september en november/december bekeken. Figuur 6-3 laat de opslibbing en inklinking als functie van de tijd voor een vijftal meetpunten zien. De pionierszone nabij en buiten het gat van de bezweken zomerdijk is gedurende vijf jaar met 200 millimeter opgeslibd. Dat geeft een jaarlijks gemiddelde van 40 millimeter. Deze waarde ligt ongeveer twee maal hoger dan die van de secundaire pionierszone met een jaarlijks gemiddelde van 20 millimeter. Voor de lage kwelder, gesitueerd in de noordelijke voormalige zomerpolder, geldt dat deze gedurende vijf jaar tussen de 85 en 120 millimeter is opgeslibd. Dat geeft een jaarlijks gemiddelde van 20 millimeter opslibbing. Daarmee houdt de (secundaire) pionierszone gelijke tred met de opslibbing van de lage kwelder. Direct achter de doorgebroken zomerdijk aan de rand van de kwelder treedt klifvorming op (figuur 6-4). Volgens Wetterskip Fryslân en Rijkswaterstaat is de ligging van de kwelderrand door de jaren heen stabiel gebleken. Uit figuur 6-3 blijkt dat de zuidelijk gelegen zomerpolder een negatieve opslibbing kent. Omdat het gebied achter een zomerdijk ligt, komt het niet vaak onder water te staan en blijft het gebied verstoken van nieuwe aanvoer van sediment. Door inklinking daalt het maaiveld met een gemiddelde van ongeveer 4 millimeter per jaar. Wat niet uit de metingen in figuur 6-3 naar voren komt, is de opslibbing van de hoger gelegen kweldergebieden. Deze kan volgens Berg [2003] worden aangenomen op een jaarlijks gemiddelde van 10 millimeter. 6.4 Flora en fauna Vegetatie Ter plaatse van de doorgebroken zomerdijk en waar een pionierzone is ontstaan, groeit alleen Zeekraal (Salicornia). Op de lager en in het midden gelegen zones van de kwelder groeit vooral Strandkweek (Elymus Athericus) en Zeeaster (Aster Maritima) (figuur 5-4). Verder groeit er nog Schorrenkruid (Suaeda Maritima) en Gewone Zoutmelde (Halimione Portulacoides) [P03 en P04, 2005]. Strandkweek is de dominante soort op de Peazemerlanner kwelder en kent een hoge bedekkingsgraad. De overige plantensoorten kennen een lagere bedekkingsgraad en hebben het uiterlijk van een struik, terwijl (het blad van) Strandkweek meer weg heeft van lange grassprieten. Zoals figuren 6-5 en 6-6 laten zien, ligt Strandkweek als het niet onder water staat enigszins plat. Als er tijdens een storm water boven de kwelder staat, zal Strandkweek zich gedeeltelijk oprichten, maar over het algemeen blijft het een dik pakket van bladeren dat als een deken over de bodem ligt [P04, 2005]. De dikte van dat bladerenpakket ligt tussen de 10 en 50 centimeter, maar mag gemiddeld op 40 centimeter worden aangenomen. Alleen tijdens de bloei in de zomerperiode zijn uitlopers waarneembaar tot 90 centimeter [P04, 2005]. Doordat sediment niet zozeer door Strandkweek wordt afgevangen en tussen de stengels, maar bovenop het bladerenpakket wordt gedeponeerd, ontstaat soms een geheel nieuwe bodemhoogte. Tijdens stormachtige omstandigheden kan het bladerenpakket zelfs geheel onder een laag sediment verdwijnen. Het Strandkweek blijft in leven en zal uiteindelijk weer door de gedeponeerde laag heen groeien. Ook voor Gewoon kweldergras (Puccinellia Maritima) geldt dat na een storm het Kweldergras volledig aan het oog kan zijn onttrokken door neergeslagen sediment. Gewoon kweldergras groeit vooral in de Peasenser zomerpolder. Uitlopers van Gewoon Kweldergras zijn slap en breken af om vervolgens elders aan te spoelen en daar wortel te schieten [P02, 2005]. De zomerpolder wordt begraasd, waardoor de sprieten niet langer zijn dan enkele centimeters. 29

38 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen Figuur 6-5: Van boven naar beneden is eerst Gewoon Kweldergras en vervolgens Zeeaster te zien. Het onderste plaatje laat hetzelfde zien, maar nu meer richting de pionierszone, alwaar de vegetatiedichtheid n is afgenomen. De schaduw van de fotograaf geeft enige indicatie van de dimensies van de vegetatie. 30

39 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen Figuur 6-6.: In de lager en in het midden gelegen delen van de Paesenserpolder komt vooral Elymus Athericus (Strandkweek) voor. De linker afbeelding laat zien dat sediment vooral bovenop het bladerdak gedeponeerd wordt Vogels Gedurende de periode zijn de totale broedvogelaantallen afgenomen, hoewel inmiddels enkele broedparen zijn aangetroffen die op de Rode Lijst vermeld staan. Rode Lijsten geven per land de in hun voortbestaan bedreigde dier- en plantensoorten aan. Naast bedreigde soorten worden ook beschermingsmaatregelen aangegeven om de soorten weer in aantal te laten toenemen [IN05, 2005]. Oorzaken voor de algehele afname in broedaantallen worden gezocht in: 1. de toename van de hoger opgaande begroeiing op de kwelder; 2. de verstoring door wandelaars, eventueel met (loslopende) honden, die vrije toegang tot aan de doorgebroken dijk hebben; 3. de kolonisatie van het gebied door vossen. [Dijkema e.a., 2001 en Berg, 2003] 31

40 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen Figuur 6-7: Overzicht van door It Fryske Gea beheerde natuurgebieden 32

41 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen 6.5 Beheer Partijen en verantwoordelijkheden In de inleiding van dit hoofdstuk is voor fase (b) in het onderzoeksproces de volgende centrale vraag gesteld: Welke maatregelen kunnen worden gehanteerd bij kwelderbeheer binnen het onderzoeksgebied? De volgende openbare lichamen en partijen zijn bij dit beheer betrokken en kennen specifieke verantwoordelijkheden: Provincie Friesland: kwantitatief en kwalitatief beheer van het grondwater. De provincie ziet toe op de naleving van de Waterschapswet en laat ruimte over aan het waterschap om doelmatige waterstaatszorg te verlenen; Waterschap Friesland (Wetterskip Fryslân): belast met de zorg voor de waterhuishouding, waartoe ook de waterkwantiteit op de Friese Waddeneilanden behoort. Het waterschap is ook belast met het beheer van de primaire en secundaire dijken in hun dijkringgebied. Rijkswaterstaat blijft echter verantwoordelijk voor het waterstaatkundig beheer. Kwelderonderhoud wordt op een drietal locaties overgelaten aan de provinciale vereniging It Fryske Gea. Het Waterschap moet zichzelf bedruipen door het heffen van belastingen. Gemeente Dongeradeel: beheer van waterstaatobjecten, zoals vaarwegen, havens, grachten en kaden. Bovendien is de gemeente verantwoordelijk voor de inzameling en transport van afvalwater dat vrijkomt van binnen haar grenzen liggende percelen. [Bewerking naar: Van den Berg, 2003]. In navolgende paragrafen komen achtereenvolgens de visie op kwelderbeheer aan bod van It Fryske Gea, Rijkswaterstaat en Wetterskip Fryslân It Fryske Gea It Fryske Gea (IFG) voert op drie locaties het onderhoud aan kwelders uit (De nummers komen overeen met de locatie, zoals weergegeven in figuur 6-7): 1. t Oerd en de Hon 560 ha; 2. Noard Fryslân Bûtendyks ha; 3. Peazemerlannen 164 ha. Alle drie de gebieden zijn in meer of mindere mate onder te verdelen in duinen, zomerpolders, kwelders en kwelderwerken. It Fryske Gea is een provinciale vereniging met als doel bescherming, behoud en ontwikkeling van natuur en landschap in de provincie Friesland. De vereniging beheert momenteel meer dan vijftig verschillende gebieden, met een totale oppervlakte van ruim hectare. Dat is ongeveer 5% van de km 2 aan totaal grondgebied van de provincie Friesland. De activiteiten spelen hoofdzakelijk op het beheers- en verenigingsvlak. Beheersactiviteiten hebben betrekking op de uitvoering van het beheer, de aankoop of verwerving van natuurterreinen, herstel en ontwikkeling van natuur- en landschapswaarden, inventarisatie en toezicht. De verenigingsactiviteiten richten zich in het bijzonder op de bescherming van natuur en landschap. De leden van de vereniging leveren een deel van de inkomsten door bij te dragen in de contributie. Met circa leden à raison van 17,50 per jaar, levert dat een jaarlijks bedrag op van Het Rijk en Provincie subsidiëren It Fryske Gea voor beheer- en organisatiekosten. Tevens wordt de aankoop van natuurterreinen vrijwel geheel door het Rijk en Provincie bekostigd. Ook weet It Fryske Gea zich gesteund door het bedrijfsleven, verenigd in YNNATURA. [IN06, 2005]. De Peazemerlannen is in eigendom van Wetterskip Fryslân, maar in beheer bij It Fryske Gea. In 1973 en 1979 is, door toedoen van een storm, de noordelijk gelegen zomerdijk op meerdere plaatsen doorgebroken. Uit financiële overwegingen zijn deze doorbraken niet hersteld en heeft spontane verkweldering plaats gevonden in de noordelijke zomerpolder. Het proces van verkweldering is geen bewust beleid geweest, maar kan als voorbeeld worden gebruikt bij het voornemen andere zomerpolders langs de Friese kust actief te verkwelderen. Het beheer in de Peazemerlannen door It Fryske Gea is te onderscheiden in vier deelgebieden met elk een eigen beheersvorm [bewerking naar: Berg, 2003]: 33

42 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen 1. De zuidelijke zomerpolder wordt intensief beweid door schapen en rundvee. Daarnaast wordt er gemaaid om distels te verwijderen. Er zijn afspraken met boeren uit omgeving gemaakt wat betreft inscharing van schapen op de zomerkade en vee in de zomerpolder. De zomerpolder is aan alle zijden door (zomer)dijken omgeven, waardoor inundatie, en daarmee de opslibbing, sterk verminderd wordt. Overtollig water wordt via negen klepduikers geloosd. 2. De voormalige noordelijke zomerpolder, nu de huidige kwelder achter de doorgebroken bitumendijk wordt in principe niet beweid, maar in het westelijk deel staan vrijwel altijd schapen. Er vindt geen grondwerk plaats. 3. Het in het westen gelegen buitendijkse kweldergebiedje wordt deels intensief en deels extensief begraasd door schapen. 4. De primaire pionierszone ligt zeewaarts van de kwelder (buitendijks) in de buurt van de gaten in de bezweken zomerdijk. Hier wordt niet actief beheerd. (zie ook figuur 6-1) Het huidige kwelderbeheer staat ter discussie en dan met name de vraag of de kwelder wel of niet beweid moet worden. Voor de soortendiversiteit binnen het gebied zelf, verdient beweiding de voorkeur. Daarmee wordt successie beteugeld, die zich manifesteert in dominantie van Strandkweek en andere hoog opgaande begroeiing. Wanneer de Peazemerlannen niet als afzonderlijk gebied wordt bekeken, maar als onderdeel van de vastelandkwelders en zomerpolders langs de Waddenzeekust wordt gezien, kan voor een andere beheersvorm worden gepleit. Veel van de kwelders langs de Waddenzeekust worden al beweid. Voor de diversiteit van de kwelders langs de hele Waddenzeekust is het van belang niet overal hetzelfde beheer te voeren en dan verdient een onbeweide situatie de voorkeur [Berg, 2003 en Dijkema e.a., 2001] Rijkswaterstaat Als verantwoordelijke partij voor het waterstaatkundig beheer is ook Rijkswaterstaat betrokken bij de Peazemerlannen. De navolgende tekst is gebaseerd op een door Rijkswaterstaat opgesteld formulier Voorstellen H&I projecten 2004 met als projecttitel Verkweldering Peazemerlannen. Bij verkweldering van de Peazemerlanner zomerpolder moet een verkennende studie naar de consequenties ervan voor de veiligheid en het beheer van de zeedijk langs de vastelandskust van Friesland worden uitgevoerd. Naar verwachting is de zomerpolder op langere termijn bij een voortgaande zeespiegelstijging moeilijk te handhaven. Het verzwaren van de zomerdijk kan dit voorkomen. Wanneer de zomerdijk echter wordt geopend, is de polder onderhevig aan periodieke overstroming door zeewater. Verwacht wordt dat het natuurlijk opslibbinsproces sterk zal toenemen en minstens gelijke tred zal houden met de zeespiegelrijzing. Met het oog op de veiligheid van de primaire zeewering gaat Rijkswaterstaat in de toekomst wellicht eisen stellen aan de zeewaarts gelegen positie van de kwelderrand dijk. Verder gaat Rijkswaterstaat uit van extensieve begrazing Wetterskip Fryslân Wetterskip Fryslân acht zich alleen verantwoordelijk voor het beheer van de primaire zeewering. Kwelderbeheer wordt geheel overgelaten aan It Fryske Gea. Omdat de kwelder aan de teen van de zomerkwelder ligt, ontstaat een spanningsveld tussen beide partijen. Het Wetterskip is gebaat bij intensieve begrazing van de huidige zomerpolder, want in geval van extensieve begrazing wordt voor stijgende onderhoudskosten gevreesd. Wanneer bij storm vegetatie los slaat en op de grasmat van de zeewering aanspoelt, moet het meteen worden verwijderd. Wanneer dat niet wordt gedaan, zal de aangespoelde vegetatie gaan rotten en de gezonde grasmat van de zeewering aantasten. Het Wetterskip brengt nog een ander probleem aan het licht. Over de hele lengte van de Peazemerlannen is de zeewering niet voorzien van een beschermende teenconstructie, bestaande uit koperslakblokken. Buiten het onderzoeksgebied lopen de wad- en slikplaten tot aan de teen van de zeewering door en daar is deze wel beschermd met koperslakblokken. De teenconstructie van de zeewering ter plaatse van de Peazemerlannen bestaat uit verticaal geplaatste houten schotten, van waarachter begonnen is met de aanleg van de zeewering. Wanneer de zomerpolder wordt verkwelderd, vreest het Wetterskip niet zozeer voor 34

43 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen golfaanvallen, maar eerder voor vernatting van de grond. In hoeverre deze drassige situatie het grondlichaam van de zeewering verweekt en welke consequenties dat met zich meebrengt, staat open voor discussie. Feit is dat de veiligheid van de dijk onder geen beding mag worden aangetast. Als dat resulteert in het alsnog aanbrengen van een beschermende teenconstructie lopen de uitvoeringskosten in de miljoenen Euro s. Daarmee is de verkweldering van de zomerpolder van tafel Derden De ornithologische waarde van het gebied is hoger, wanneer de kwelder extensief wordt beweid. Hoog groeiende planten als Strandkweek worden beteugeld en daarmee kan de geconstateerde terugloop in broedvogelaantallen worden geremd [Berg, 2003 en Dijkema e.a., 2001]. Extensieve begrazing maakt het gebied minder aantrekkelijk voor weidevogels die, voor foerage, de korte vegetatie van de zomerpolder prefereren. Vooral trekvogelsoorten, en dan vooral diverse soorten ganzen, foerageren er veelvuldig [Dijkema e.a., 2001]. De keerzijde is dat extensievere begrazing positief is voor de vestiging van broedvogelsoorten. Daarnaast wordt vanuit een cultuurhistorisch oogpunt aangedragen nog enkele zomerpolders langs de Waddenkust te behouden. 6.6 Conclusie Over het algemeen kan worden gesteld dat de neuzen van It Fryske Gea, Rijkswaterstaat en derden één kant op wijzen: de zomerpolder moet worden verkwelderd en extensieve begrazing wordt geprefereerd als beheersinstrument. Alleen Wetterskip Fryslân staat lijnrecht tegenover deze visie: De zomerpolder moet blijven bestaan en een hoge mate van beweiding verdient de voorkeur. Samengevat kan worden gesteld dat: It Fryske Gea kiest voor verkweldering om de dominantie van Strandkweek te compenseren. Extensieve begrazing zal dan worden gehanteerd als beheersinstrument. Voorlopig bestaat het beheer uit een mengeling van intensieve en extensieve beweiding; Rijkswaterstaat een voorkeur heeft voor verkweldering, omdat zij bang is dat de zomerpolder niet gehandhaafd kan worden bij een stijgende zeespiegel. Als beheersinstrument kiest zij voor extensief beweiden; Wetterskip Fryslân tegen verkweldering is, omdat gevreesd wordt voor de waarborging van de veiligheid van de winterdijk. Uit kostenoverweging prefereert zij intensieve beweiding om kosten aan onderhoud van de grasmat op de winterdijk te beperken; derde partijen uit ornithologische en cultuurhistorische overwegingen in principe tegen verkweldering zijn, maar indien daar toch voor wordt gekozen, een voorkeur hebben voor extensieve beweiding. Wanneer de terugkoppeling wordt gezocht met internationaal beleid en afspraken kan, overeenkomstig met de vier doelen en de daaruit volgende trilaterale afspraken (paragraaf 4.2.4), worden geconcludeerd dat: de Peazemerlannen tot beschermd gebied is verklaard; de intentie aanwezig is het natuurlijke areaal aan kwelders door verkweldering uit te breiden, mits dat geen problemen oplevert voor de stabiliteit van de teenconstructie van de primaire winterdijk; menselijk ingrijpen wordt beperkt, tenzij Rijkswaterstaat het nodig acht de kwelderrand tegen erosie te beschermen; automatisch aan de wens is voldaan kwelders niet in te dijken, door de bezweken zomerdijk uit economisch oogpunt niet te herstellen; de diversiteit van de vegetatie en de daarbij horende diersoorten in kwelders wordt vergroot door diversificatie in en extensivering van beweiding. 35

44 6 Een kwelder in de praktijk: de Peazemerlannen 36

45 7 Peazemerlannen gemodelleerd 7.1 Inleiding Om te kunnen rekenen aan golfhoogten boven de slikplaten, kwelder en zomerpolder van de Peazemerlannen is met behulp van diverse Delft 3D-toepassingen een model opgesteld dat vervolgens met SWAN kan worden doorgerekend. In dit hoofdstuk komen achtereenvolgens aan bod: de keuze voor een 2D-model, de bodemtopografie (bathymetrie), de in te voeren randvoorwaarden (golfhoogte, waterstand en windsnelheid) en de vervanging van de constante in de Collinscoëfficiënt (paragraaf 5.3.2) door andere waarden, zodat de aanwezigheid van kweldervegetatie in het rekenproces kan worden meegenomen. 7.2 Een 2D-model Kwelders lijken qua ecologie veel op elkaar, maar door toedoen van lokale hydrologische omstandigheden kunnen de ontwikkelingen in horizontale en verticale richting onderling verschillen [Janssen-Stelder, 2000]. Ook de kwelder van de Peazemerlannen kent vele locale depressies en kommen. Bovendien kan aan de kwelder geen uniforme lengte worden toegekend. Dat geldt ook voor de voorliggende slik- en wadplaten die worden doorsneden door (uitlopers van) de Zoutkamperlaag. Daarmee is een 1D-model met één aangenomen standaard lengte minder representatief voor het hele onderzoeksgebied. Bovendien varieert de hellingsgraad van de kwelder en voorliggende slikplaten, wanneer het onderzoeksgebied van west naar oost wordt doorkruist. Bovendien worden bij het doorrekenen van een 1Dmodel wellicht lokale effecten uitgesloten die bij een 2D-model wèl aan het licht kunnen komen. Eén van de effecten waar, bij het interpreteren van de output uit SWAN, rekening mee gehouden moet worden, is het feit dat langs de randen van het model golfenergie verloren gaat. Golfkarakteristieken langs de randen van het model zijn daarom niet representatief. Bij de keuze voor een 1D-model moet de breedte van de gestandaardiseerde kwelder dusdanig breed genomen worden dat het midden van de kwelder gevrijwaard blijft van energieverlies. Alleen het midden van de kwelder wordt dan geacht de juiste golfkarakteristieken weer te geven. Dit probleem speelt binnen dit onderzoek bij een 2D-benadering vrijwel niet, omdat de breedte van het onderzoeksgebied 5 kilometer bedraagt. De grenzen van het onderzoeksgebied liggen ruim buiten het daadwerkelijke gebied van de Peazemerlannen, waarmee meteen het probleem van energieverlies over de randen is ondervangen. Alle berekende waarden binnen de Peazermerlannen mogen als representatief worden opgevat. 7.3 Raster en bathymetrie Rijkswaterstaat (Adviesdienst Geo-Informatie en ICT Rijkswaterstaat) heeft zowel de hoogtegegevens van de zomerpolder en de kwelder als de dieptegegevens van de slikplaten beschikbaar gesteld. De hoogtegegevens zijn afkomstig uit het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) en zijn aangeleverd in een 100 meter raster. De hoogten zijn ten opzichte van NAP (verticaal ruimtelijk systeem) en zijn uitgedrukt in centimeters. Het directe ruimtelijke systeem is het Rijksdriehoekstelsel. De dieptegegevens zijn door RIKZ gemeten door middel van vaklodingen. De gegevens zijn aangeleverd in een 20 meter raster en de diepte is uitgedrukt in centimeters. 37

46 7 De Peazemerlannen gemodelleerd NOORDEN Zoutkamperlaag wad/slikplaten kwelder zomerpolder Primaire zeewering Paesens en Moddergat Figuur 7-1: overzicht van het hele onderzoeksgebied, 57 x 50 rastercellen. De primaire zeewering is in dit plaatje alleen weergegeven om de positie ervan te laten zien. Tijdens de berekeningen met SWAN is de zeewering niet aan de bathymetrie toegekend, maar is als obstakel ingevoerd. Aan de bovenzijde van het figuur ligt een uitloper van het Friese Zeegat: de Zoutkamperlaag. De verschillende kleuren representeren de (positief uitgedrukte) waterdiepte ten opzichte van NAP. 38

47 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Delft3D-RGFGRID is een applicatie, waarmee diverse soorten rasters aangemaakt of gemanipuleerd kunnen worden voor gebruik binnen het programma SWAN. Het raster kan aan een Carthesisch of bolvormig assenstelsel worden opgehangen en kent standaard een 100 meter raster (grid). De AHN-gegevens zijn op eenzelfde raster aangeleverd en om die reden wordt binnen dit onderzoek een 100 meter raster aangehouden. Gekozen is voor een rechthoekig raster dat wordt begrensd door de volgende (Rijksdriehoek)coördinaten: x- coördinaten en y- coördinaten en Deze coördinaten zijn zo gekozen, omdat de aangeleverde AHN-gegevens op coördinaten zijn aangeleverd die een veelvoud zijn van 50 meter. Bovendien komen deze gekozen coördinaten ook overeen met de coördinaten van de aangeleverde vaklodingen op het twintig meterraster. Het aangemaakte raster bestaat uit 57 cellen in de x-richting en uit 50 cellen in de y-richting. De oorsprong is gelegen in coördinaat [ , ] (figuur 7-1). Vervolgens zijn met de applicatie Delft3D-QUICKIN handmatig aan het opgestelde raster hoogte- dan wel dieptegegevens toegekend. De uitvoer van Delft3D-QUICKIN dient als input voor de bathymetrie in het programma SWAN. Op de noordelijke rand (breedtegraad , richting Waddenzee) van het raster worden de golfcondities ingevoerd. Vanuit deze rand start SWAN de berekeningen, waarna de golfcondities op de zuidelijke rand (landinwaarts richting zeedijk) kunnen worden gegeven. Een onderdeel van wat het Friese Zeegat wordt genoemd, heet de Zoutkamperlaag. Dat is een getijdengeul met diepten tot wel 15 meter. Een deel van de Zoutkamperlaag valt binnen het gerasterde gebied en alleen in het noordwesten van het raster lopen de slikplaten door tot aan de noordelijke rand. Omdat een rechthoekig raster is aangenomen, ligt de zuidelijke rand ter hoogte van breedtegraad Zoals figuur 7-1 laat zien, loopt de primaire zeewering min of meer in een boog door het onderzoeksgebied heen. Deze zeewering is tijdens het rekenproces als obstakel in SWAN ingevoerd en maakt geen deel uit van de bathymetrie. De zeewering is in figuur 7-1 alleen vanuit een visueel oogpunt ingevoerd om de positie ervan aan te geven. 7.4 Golven (Herleide) meetgegevens De bevolking aan de Nederlandse kustgebieden wordt beschermd door primaire zeeweringen die op Deltahoogte zijn gebracht. Waterschappen zijn de verantwoordelijke dijkbeheerders en toetsen geregeld de kruinhoogte van de dijken binnen hun dijkringgebied. Dat doen zij aan de hand van het door Rijkswaterstaat vijfjaarlijks uitgebrachte technische rapport Hydraulische Randvoorwaarden. Bij het opstellen van de Hydraulische Randvoorwaarden langs de Nederlandse kusten wordt SWAN gebruikt om de significante golfhoogte H s tijdens extreme (weers)situaties te bepalen. Daartoe worden golfkarakteristieken gebruikt die regelmatig voorkomen (hoge herhalingsfrequentie) en die in diepwater gemeten zijn. Met behulp van SWAN worden deze gegevens vertaald naar scenario s met een lagere herhalingsfrequentie. Afhankelijk van de positie van het dijkringgebied wordt aangenomen dat de herleide gegevens niet vaker dan bijvoorbeeld eens per of zelfs per jaar worden overschreden. Bij de toetsing van de kruinhoogte worden de dijkbeheerders vrij gelaten in hun keuze om tot 50 meter voorland in rekening te brengen. Door golfbreking boven het voorland wordt de golfhoogte gereduceerd, wat positief kan uitpakken voor de toetsing van de dijk [TAW, 2002]. Eventuele (kwelder)vegetatie wordt niet in rekening gebracht, omdat Rijkswaterstaat er niet van uitgaat dat vegetatie tijdens en na een storm (nog) aanwezig is [P01, 2005]. Waar langs de Zeeuwse en Noord- en Zuid-Hollandse kust de golfkarakteristieken met behulp van SWAN kunnen worden herleid, geldt deze aanpak niet voor de Friese en Groningse Waddenkust. Rijkswaterstaat heeft de afgelopen jaren getracht het hele Waddengebied te modelleren en vervolgens met SWAN door te rekenen, maar is niet tevreden met de resultaten [P03, 2005]. De golfkarakteristieken komen niet overeen met observaties, hoewel harde data over golfkarakteristieken in het Waddengebied ontbreekt. In 2004 zijn enkele meetboeien uitgelegd in het Friesche Zeegat (tussen de Waddeneilanden Ameland en 39

48 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Schiermonnikoog). De vergaarde data moet echter nog worden verwerkt en geïnterpreteerd [P05, 2005]. Zowel Rijkswaterstaat als RIKZ willen meer inzicht krijgen in de mate waarin golven breken op de buitendelta en welke golfkarakteristieken er dan in het Waddengebied overblijven. Bovendien is de propagatie(richting) van golven in de relatief ondiepe Waddenzee nog niet doorgrond, omdat men de invloed van de zeegaten tussen de Waddeneilanden en de getijdengeulen nog niet kent. Onderzoek door Janssen-Stelder [2000] aan Friese en Groningse kweldervakken langs een 55 kilometer lange kust, gedurende de periode van 29 september 1998 tot en met 2 november 1998, biedt enige houvast bij het bepalen van hydrodynamische condities. Met behulp van meetframes en draagbare instrumenten zijn onder andere de volgende parameters gemeten: windrichting; windkracht; waterdiepte; opwaaiing; golfhoogte. Tabel 7-1 geeft een overzicht van de door Janssen-Stelder gedocumenteerde waarnemingen bij Noord-Friese kweldervakken. van van van van tot tot tot tot Windrichting [-] Oost van West West naar Zuidwest Windkracht [Bft] 6 6 van 6 tot max. 9 (krachtig) (krachtig) (storm(achtig)) Windsnelheid [m/s] 12,0 11,1-12,0 13,6-22,7 Effect [m] setdown setup setup 0,30 1,00 2,00 Max. gemeten waterdiepte [m] 1,15 2,23 2,77 Gem. gemeten gem. waterdiepte h [m] 0,84 1,14 1,95 1,45 Golhoogte H(1/3) [m] gem. 0,06 gem. 0,08 gem. 0,2 gem. 0,11 bij gemiddelde h max. 0,10 max. 0,26 max. 0,45 max. 0,27 Tabel 7-1 : overzicht van de door Janssen-Stelder gedocumenteerde waarnemingen bij Noord-Friese kweldervakken. 40

49 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Lineaire golftheorie Omdat binnen dit onderzoek de interesse primair uitgaat naar golfkarakteristieken boven de slik/wadplaten, de kwelder en de zomerpolder is de grens van het onderzoeksgebied ter hoogte van de Zoutkamperlaag gelegd. Welke significante golfhoogte er als randvoorwaarde kan worden aangehouden, is nog maar de vraag. Behalve gegevens van het meetstation nabij Schiermonnikoog, met de Rijksdriehoekcoördinaten [ , ] en een gemiddelde waterdiepte van 19 meter, zijn geen kwantitatieve meetgegevens bekend over golfhoogten binnen het Waddengebied zelf. Het onderzoeksgebied ligt bijna 20 kilometer ten zuiden van het meetstation en golven die vanuit de Noordzee het Waddengebied binnen komen, zijn mogelijk behoorlijk veranderd voordat ze bij de rand van het onderzoeksgebied aangekomen. Volgens Janssen-Stelder [2000] mag worden aangenomen dat windgolven op de buitendelta breken en dat de golfhoogten met 50% zijn gereduceerd, wanneer zij eenmaal over en door de getijdengeulen propageren. Op de achterliggende slik- en wadplaten zullen de golfhoogten geen hogere waarde bereiken dan 1,0 meter. Volgens het RIKZ [P05, 2005] kan in de bocht van het Friese Zeegat een maximale golfhoogte van 1,5 meter worden aangenomen tijdens stormachtige condities. Om een onderbouwde inschatting te kunnen maken van de golfcondities aan de rand van het onderzoeksgebied is de lineaire golftheorie toegepast. Zoals figuur 7-2 laat zien, kent het Waddengebied een nogal grillig verloop van de bodemtopografie (bathymetrie). Wanneer de lineaire golftheorie wordt toegepast, speelt die bathymetrie geen rol meer. In diepwater heersende golfkarakteristieken kunnen direct worden omgerekend naar een punt in ondiep water, zonder dat aandacht hoeft worden geschonken aan tussenliggende bathymetrie [Sorensen, 1993]. Uitgangspunt binnen de lineaire golftheorie is dat de energieflux constant blijft en dat golfkarakteristieken als golfhoogte, golfperiode en dus ook golflengte veranderen, wanneer de waterdiepte verandert. Wanneer de waterdiepte afneemt zullen de golfkarakteristieken veranderen, maar omgekeerd geldt dat, wanneer de waterdiepte toeneemt, de golven weer de oude karakteristieken aannemen. Dit proces blijft van kracht, mits er onderweg nergens energieverlies optreedt door bijvoorbeeld breking van golven. Energieverlies door wrijving met de bodem wordt daarbij verwaarloosd. Meer uitleg over de lineaire golftheorie is terug te vinden in Bijlage A Lineaire golftheorie Berekende golfkarakteristieken Ter bepaling van de golfkarakteristieken in diepwater zijn de gegevens gebruikt van meetstation Schiermonnikoog Noord (SON) [IN07, 2005]. Dagelijks worden hier metingen verricht bij een gemiddelde waterdiepte van 19 meter. In tabel 7-2 zijn voor vier verschillende overschrijdingspercentages (quantielen) de gemeten golfhoogte en periode, evenals de windsnelheden gegeven [De Boer, 2002]. Vervolgens is golflengte L 0 in diep water uitgerekend met: 2 gt L 0 = 2π (7.1) met: L 0 : golflengte [m 1 ]; g : 9,81 [m 1.s -2 ]; T : golfperiode [s 1 ]. De propagatierichting van de golven wordt gelijk gesteld aan de windrichting die vanuit het noorden is aangenomen. Daarmee lopen de golfraaien parallel aan en staat de propagatierichting haaks op de kustlijn. Met behulp van de lineaire golftheorie zijn de golfkarakteristieken op de noordelijke rand van het onderzoeksmodel (over breedtegraad ) berekend. Het gearceerde vlak in tabel 7-2 geeft de berekende waarden: 41

50 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Richting Noordzee Lengtegraad Zoutkamperlaag breedtegraden Onderzoeksgebied diepte [cm] Figuur 7-2: verloop van de bodem langs lengtegraad (ongeveer door het midden van het onderzoeksgebied) 42

51 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Beschrijving Symbool Eenheid Golfkarakteristieken quantiel 90% 50% (gem) 10% 1% golfhoogte H 0 [m] 0,37 1,09 2,02 3,73 golfperiode T 0 [s] 3,90 5,69 7,50 9,80 golflengte L 0 [m] 23,75 50,55 87,82 149,95 windsnelheid w vel [m/s] 3,50 7,50 12,50 17,00 wind- en [ 0 N] golfrichting Lineaire golftheorie opwaaiingsverhang I tan α 1,63E-06 7,50E-06 2,08E-05 3,85E-05 opwaaiing i [m] 0,07 0,30 0,83 1,54 waterdiepte h [m] 1,82 2,05 2,58 3,29 golfhoogte H s [m] 0,35 1,16 1,68 2,14 golfperiode T s [s] 3,50 5,77 8,85 14,36 golflengte L s [m] 14,18 24,61 39,99 66,36 Tabel 7-2: Binnen dit onderzoek herleide randvoorwaarden per quantiel, aangenomen op de rand van het onderzoeksgebied, met gemiddeld hoog water (GHW) van 1,05 m+nap en de rand van de Zoutkamperlaag gepositioneerd op 0,70 m-nap. Dat levert een minimale waterdiepte op van 1,75 meter, waar bovenop de opwaaiing wordt verrekend. Bij het berekenen van de waarden uit tabel 7-2 is op- en afwaaiing in acht genomen. Op- en afwaaiing zijn gerelateerd aan windkracht en richting. Afwaaiing is het resultaat van naar zee gerichte wind, waardoor de waterstand lager kan uitvallen. Landinwaarts gerichte wind heeft opwaaiing tot gevolg en zal de gemiddelde waterstand laten toenemen, naarmate de wind aantrekt. SWAN houdt binnen het opgestelde model bij een gegeven windrichting en snelheid rekening met opwaaiing, maar verhoging van de waterstand door opwaaiing buiten het model moet handmatig worden verrekend. Daartoe is binnen dit onderzoek met formule (7.2) [Nortier en de Koning, 1998] een benadering gemaakt: 2 wvel Iopw = f h (7.2), met: I opw : opwaaiingsverhang, uitgedrukt als tanα [-] ; f : 4*10-7 (empirisch bepaalde factor) [s 2.m -1 ]; w vel : windsnelheid [m.s -1 ]; h : waterdiepte [m]. De opwaaiing kan worden bepaald door I opw te vermenigvuldigen met de afstand tussen het zwaartepunt van het wateroppervlak (waarop de opwaaiing van invloed is) en de kustlijn. Voor h is een gemiddelde waarde van 3,0 meter aangenomen. De afstand tussen de Friese kust tot aan de Noordzeekust van de Waddeneilanden bedraagt maximaal 14 kilometer. De afstand van het zwaartepunt naar de Friese kust wordt op 7 kilometer aangenomen. De gevonden opwaaiing komt echter niet overeen met de gemeten opwaaiing van Janssen- Stelder [2000]. De empirisch bepaalde factor f geldt alleen voor een gesloten waterbassin. Het Waddengebied is alles behalve een afgesloten bassin. Windrichtingen variërend tussen west en noord stuwen water vanuit de Noordzee het Waddengebied in, waardoor de waterstand hoger uitvalt dan op basis van formule 7.2 mag worden aangenomen. Pas wanneer opwaaiing i met factor 5,7 wordt vermenigvuldigd, komen de waterstanden overeen. Omdat de golfhoogten in de quantielen 10% en 1% breken, zijn de in tabel 7-2 onderstreepte waarden voor golfhoogte H berekend aan de hand van (Battjes, 1974): H = φ.h (7.3) Met: φ = [0,6-0,8] en een gekozen waarde voor φ = 0,65 [P05, 2005]. 43

52 7 De Peazemerlannen gemodelleerd plantensoort Var. [...] Zeekraal Strandkweek Kweldergras D mm 4 3 1,5 n m dz cm Tabel 7-4: Vegetatiekarakteristieken op de kwelder van de Peazemerlannen [P04, 2005]. Vegetatie Variabelen * fw D n dz c v [ - ] [mm] [m -2 ] [cm] [ - ] Strandkweek 0, ,58 0, ,15 0, ,73 0, ,10 0, ,15 0, ,20 0, ,52 0, ,15 0, ,78 0, ,35 0, ,25 0, ,15 Zeekraal 0, ,04 Kweldergras 0,6 1, ,45 Gemiddelde Strandkweek c v waarden 1,46 2,18 3,28 4,46 Tabel 7-5: Overzicht c v -waarden voor Strandkweek, Zeekraal en Kweldergras. 44

53 7 De Peazemerlannen gemodelleerd 7.5 Bodemruwheid door vegetatie In paragraaf is een vervangende waarde voor de constante c in de Collinscoëfficiënt afgeleid, waardoor de aanwezigheid van vegetatie kan worden meegenomen in het rekenproces. De vervangende wrijvingsfactor c v wordt gegeven door: * c = f D n dz v w (5.14) waarin: c v : wrijvingsfactor [ - ]. f : wrijvingscoëfficiënt voor vegetatie [ - ]; * w D : steeldiameter [m 1 ]; n : aantal stelen per oppervlakte-eenheid [m -2 ]. dz : gemiddelde vegetatiehoogte [m 1 ]; Om de variabelen van formule (5.14) in te kunnen vullen zijn veldgegevens nodig. WL Delft Hydraulics heeft in 2003 metingen verricht aan vegetatie en golfhoogte H op de Paulinaschor in de Westerschelde. Voor zes verschillende meetlocaties (tabel 7-3) zijn de variabelen dz, D en n gemeten. * Locatie dz D n f w c v [cm] [mm] [m -2 ] [ - ] [ - ] , ,9 1, , ,9 0, , ,9 0, , ,89 1, , ,89 1, , ,88 1,76 Tabel 7-3: In 2003 verrichte metingen aan Spartina op de Paulinaschor in de Westerschelde Bron: WL Delft Hydraulics Met behulp van SWAN zijn middels iteratieve rekenprocessen voor de zes locaties de c v - waarden bepaald die dezelfde golfhoogten genereren, zoals die zijn gemeten boven de * Paulinaschor. Vervolgens is met formule 5.14 de wrijvingscoëfficiënt voor vegetatie f w herleid en zoals tabel 7-3 laat zien, blijkt deze coëfficiënt vrijwel constant te zijn met een waarde van 0,9. Deze factor mag volledig aan Engels slijkgras (Spartina) worden toegeschreven, omdat blijkt dat Engels slijkgras veruit de dominerende plantensoort is op de Paulinaschor. In de pionierszone, kwelder en zomerpolder van de Peazemerlannen komen echter de volgende dominante plantensoorten voor [P03 en P04, 2005]: pionierszone : Zeekraal (Salicornia); kwelder : Strandkweek (Elymyus Athericus); zomerpolder : Gewoon kweldergras (Puccinellia Maritima). Om wrijvingsfactor c v van deze plantensoorten te herleiden worden alle vier de variabelen uit vergelijking 5.14 nagelopen. Volgens Van Duin [P04, 2005] mogen de waarden worden aangenomen die in tabel 7-4 staan weergegeven. Voor wrijvingscoëfficiënt f * w moet een waarde worden aangenomen alvorens wrijvingsfactor cv kan worden berekend. Strandkweek wordt binnen dit onderzoek als dominant vegetatietype aangenomen en omdat nog niet bekend is welke overige karakteristieken van vegetatie * wrijvingscoëfficiënt f w definiëren en er nog onzekerheid bestaat over de vegetatiekarakteristieken uit tabel 7-4, zijn er voor Strandkweek meerdere cv-waarden herleid (tabel 7-5). 45

54 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Het feit dat Strandkweek plat ligt, duidt op een lage stijfheid. Uitgaande van het onderzoek van Bouma e.a. [2005] zal flexibele vegetatie ongeveer 3 maal minder effectief zijn in het reduceren van golfenergie dan stijvere vegetatie als Engels slijkgras (Spartina). De * wrijvingscoëfficiënt voor vegetatie f w wordt mede bepaald door stijfheid en ruwheid van het bladoppervlak. Daartoe worden een drietal waarden aangehouden: * 1. f w = 0,3 ( 1 / 3 deel van 0,9 voor Spartina, waarbij wordt aangenomen dat alleen de stijfheid bepalend is); * 2. f w = 0,6 (nu wordt flexibiliteit in rekening gebracht, maar is ook enige waarde toegekend aan de ruwheid van het plat geslagen bladerdek); * 3. = 0,9 (ongewijzigde coëfficiënt voor Spartina, toegepast op Strandkweek). f w Voor n kan een grove schatting van 5000 stelen per vierkante meter worden aangenomen [P04, 2005]. Echter n kan enorm fluctueren, zoals tabel 7-3 laat zien. Locale omstandigheden zijn daar debet aan. Hoogteligging, zonlicht, saliniteit zijn daar enkele voorbeelden van. Voor n worden ook de waarden 4000 en 6000 onderzocht. De steeldiameter van Strandkweek is op 3 millimeter aangenomen, maar er wordt ook gekeken naar een diameter van 2 en 4 millimeter. De gemiddelde vegetatiehoogte dz van Strandkweek wordt geschat op 35 centimeter. Boven deze waarde lijken de bladeren plat te slaan en worden binnen dit onderzoek niet meer in de vegetatiehoogte meegenomen. Verder wordt gekeken naar vegetatiehoogten van 15, en 25 centimeter. De herleide waarden voor c v (tabel 7-5) dienen vooral als input bij de gevoeligheidsanalyse in hoofdstuk 8. In dat hoofdstuk wordt ondermeer gekeken naar de invloed van c v -waarden (en dus de bodemruwheid) op de golfhoogte boven de kwelder. In tabel 7-5 zijn 14 verschillende waarden voor c v berekend. Door middeling zijn de volgende zeven waarden voor het vervolg van dit onderzoek aangenomen en als vervangende Collinsconstante ingevoerd in SWAN: 1. zand/slik c v = 0,015 (standaardwaarde); 2. zeekraal c v = 0,04; 3. kweldergras c v = 0,45; 4. strandkweek c v = 1,46; 5. strandkweek c v = 2,18; 6. strandkweek c v = 3,28; 7. strandkweek c v = 4, Resumé Voor het vervolg van dit onderzoek zijn de volgende aannamen gedaan: Het onderzoeksgebied De Peazemerlannen wordt tweedimensionaal (2D) gemodelleerd; Over het onderzoeksgebied is een 100 meterraster gelegd dat bestaat uit 57 bij 50 cellen; De randvoorwaarden die in SWAN zullen worden ingevoerd zijn: windsnelheid : 17 [m 1.s -1 ]; windrichting : 355 [ 0 N]; waterstand : 2,29 [m+nap]; golfhoogte H : 2,14 [m 1 ]; 1 golfperiode T : 14,36 [s ]; golflengte L 1 : 66,36 [m ]. De constante c uit de Collinscoëfficiënt zal vervangen worden door de volgende c v - waarden: 1. zand/slik c v = 0,015 (standaardwaarde); 2. zeekraal c v = 0,04; 3. kweldergras c v = 0,45; 4. strandkweek c v = 1,46; 5. strandkweek c v = 2,18; 6. strandkweek c v = 3,28; 7. strandkweek c v = 4,46. 46

55 7 De Peazemerlannen gemodelleerd 47

56 7 De Peazemerlannen gemodelleerd Zand/slik c v =0,015 Figuur 8-1: 2Dfrictieveld met lengteen breedtegraden volgens het Rijksdriehoekstelsel Coördinaat , Vegetatie c v = variabel Golfhoogteverloop 2,5 2,0 Golfhoogte [m] 1,5 1,0 0,5 0, afstand [m] 1% 10% 50% 90% bodemprofiel Figuur 8-2: Verloop van golfhoogten langs lengtegraad (loodrecht op de kust) bij verschillende weersomstandigheden. 1% : windsnelheid 17,00 m 1.s -1, waterstand 2,29 m+nap; 10% : windsnelheid 12,50 m 1.s -1, waterstand 1,55 m+nap; 50% : windsnelheid 7,50 m 1.s -1, waterstand 1,05 m+nap; 90% : windsnelheid 3,50 m 1.s -1, waterstand 0,82 m+nap. Pas bij stormachtige omstandigheden (1%-lijn) staat er water boven de kwelder en kunnen er dus ook golven voorkomen. De 1%-lijn in dit voorbeeld is berekend voor Strandkweek met c v =2,18. Bij het nulpunt van de x-as begint de Zoutkamperlaag. De kwelderrand ligt op ongeveer 3450 meter (pijl). 48

57 8 Gevoeligheidsanalyse 8.1 Inleiding In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de onderzoeksvraag uit fase a van het onderzoeksmodel: Welke variabelen bepalen de golfdempende werking van kwelders? Aan de orde is geweest dat de invloed van ruwheidscoëfficiënt c v op de golfhoogte zal worden onderzocht, maar zoals uit het verloop van dit hoofdstuk zal blijken, zijn er nog meer variabelen waar rekening mee gehouden moet worden. In paragraaf 7.2 is uiteen gezet, waarom gekozen is voor een 2D-modelbenadering. Bij het doen van de gevoeligheidsanalyse voor ruwheidscoëfficiënt c v wordt specifiek naar één kwelderstrook gekeken. Gekozen is voor een strook die precies door het midden van het onderzoeksgebied loopt (figuur 8-1). Bovendien loopt de strook precies door het midden van de in 1973 bezweken zomerdijk en overlapt met lengtegraad Aangenomen wordt dat de gekozen kwelderstrook na de doorbraak het meest verkwelderd is en dus de meeste overeenkomsten vertoont met een natuurlijke kwelder. De zomerdijken worden buiten het model gelaten en niet als obstakel in SWAN ingevoerd. Omdat het onderzoeksgebied in 2D is geschematiseerd, wordt ook een 2D-frictieveld ingevoerd. Het wad krijgt een c v waarde van 0,015 (standaard Collinsconstante) toegekend, terwijl de c v waarde van de kwelder steeds wordt gevarieerd. Bij het doen van de gevoeligheidsanalyse is voor iedere c v waarde steeds aangenomen dat de pionierszone, de kwelder en de zomerpolder uit een monocultuur bestaat (figuur 8-1). Naast de gekozen kwelderstrook door het midden van het onderzoeksgebied, zal er ook gekeken worden naar de golfhoogte aan de voet van de primaire zeewering. Het waterpeil en de golfhoogte zijn twee uiterst belangrijke gegevens, waarop de kruinhoogte van de primaire zeewering wordt getoetst [TAW, 2002]. 8.2 Waterstand en golfhoogte In hoofdstuk 2 is al naar voren gekomen dat een kwelder incidenteel en bij stormachtige condities inundeert. Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat pas bij weerscondities die gedurende 1% van de tijd (3 tot 4 dagen per jaar) de gemodelleerde kwelder onder water staat (figuur 8-2). Pas wanneer er water boven de kwelder staat, kunnen er golven overheen propageren. In paragraaf (tabel 7-2) zijn de in SWAN in te voeren randvoorwaarden bepaald die gedurende stormachtige condities optreden: windsnelheid : 17,00 [m 1.s -1 ] (7-8 Beaufort); waterstand : 2,29 [m 1 +NAP]; golfhoogte H : 2,14 [m 1 ]; golfperiode T : 14,36 [s 1 ]. Opwaaiing boven de kwelder zelf is verwaarloosbaar, omdat een strijklengte van ongeveer 500 meter en de gemiddelde waterdiepte van ongeveer 80 centimeter daarvoor te gering zijn (vergelijking 7.2, paragraaf 7.4.3). Waterdiepte h aan de teen van de zeewering is volledig te herleiden uit de waterstand zoals die is ingevoerd aan de rand van het model. De hoogte van de kwelder aan de voet van de dijk (raai ) ligt op 1,5 m+nap. Aan de voet van de dijk staat dan een laag water van 79 centimeter. Figuur 8-2 laat zien dat gedurende de eerste 1200 meter de golf over de getijdengeul de Zoutkamperlaag propageert. Bij een toenemende waterdiepte neemt golfhoogte H eerst af om vervolgens weer toe te nemen door verondieping (shoaling). Na 1200 meter passeert de golf de rand van de Zoutkamperlaag waar de golfhoogte door breking sterk afneemt tot een hoogte van ongeveer 1 meter. Na ongeveer 1500 neemt de golfhoogte vrijwel lineair af totdat de rand van de kwelder na 3450 meter is bereikt. De golfhoogte wordt dan sterk gereduceerd, maar dat kan nog niet aan de verschillende c v -waarden worden toegeschreven. Het maaiveld loopt hier binnen 150 meter sterk op, waardoor golven breken. 49

58 8 Gevoeligheidsanalyse Golfhoogteverloop bij verschillende bodemruwhedenlangs lengtegraad ,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Golfhoogte H [m] afstand [m] zand/slik cv=0.015 zeekraal cv=0.04 kweldergras cv=0.45 strandkweek cv=1.46 strandkweek cv=2.18 strandkweek cv=3.28 strandkweek cv=4.46 bathymetrie Golfhoogteverloop langs de voet van de dijk bij verschillende bodemruwheden Waddenzee 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Golfhoogte H [m] afstand [m] zand/slik cv=0,015 kweldergras cv=0,45 zeekraal cv=0,04 strandkweek cv=1,46 bathymetrie strandkweek cv=4,46 Figuur 8-3 (boven): Golfhoogteverloop loodrecht op de kustlijn langs lengtegraad bij verschillende c v -waarden. De x-as geeft de afstand aan ten opzichte van de zeewaarts gelegen rand van het model die overeen komt met de rand van de Zoutkamperlaag. Na 3600 meter is de rand van de kwelder bereikt, na 4050 meter de zomerpolder en na 4350 meter de primaire zeewering. Figuur 8-4 (onder): Golfhoogteverloop parallel aan de teen van de primaire zeewering bij verschillende c v -waarden. De x-as begint bij 0 en komt overeen met lengtegraad De kwelder zit opgesloten tussen de lengtegraden en (rode pijlen). 50

59 8 Gevoeligheidsanalyse Pas na 3600 meter wordt de golfhoogte beïnvloed door toedoen van vegetatie, wat nu vertaald is naar verschillende c v -waarden (figuur 8-3). Hoe hoger de c v -waarde, des te sterker de reductie in golfhoogte, maar geen enkele golf wordt volledig gedempt. Alle golfhoogten bereiken een minimum na 3900 meter. Het maaiveld bereikt hier het hoogste punt en daaruit volgt dat waterdiepte h een minimum bereikt. Bij een c v -waarde (zand/slik) van 0,015 bedraagt de golfhoogte 20 centimeter. Daarmee is de golfhoogte, die aan de rand van de kwelder nog 32 centimeter bedroeg, met ongeveer 35% gedempt. Op hetzelfde punt bedraagt de golfhoogte 8 centimeter voor een c v -waarde van 4,46 (Strandkweek). De golfhoogte aan de rand van de kwelder is dan met 74% gedempt en dat maakt Strandkweek tot twee maal zo effectief in het dempen van golven dan een kale, onbegroeide wad/slikplaat. Nadat de golfhoogte na 3900 meter een minimum heeft bereikt, neemt deze weer toe. Na 4050 meter begint de zomerpolder, waar het maaiveld is gedaald door een inklinkende bodem. Naarmate de golf verder over de kwelder propageert, speelt een toename van de c v - waarde geen rol meer, mits geldt: c v 1,46. De golfhoogte neemt uiteindelijk toe tot ongeveer 17 centimeter Redenerend vanuit de energiebalans die ten grondslag ligt aan de lineaire golftheorie kan de golfhoogte alleen maar toenemen als er energie aan het systeem wordt toegevoegd. Deze aanvoer van energie kan worden toegeschreven aan de constant aangenomen aanwezigheid van de wind. Volgens Nortier en de Koning [1998] mag bij een gemiddelde waterdiepte h van ongeveer 0,80 meter, een strijklengte van 300 meter en een windsnelheid van 22 m 1.s -1 een golfhoogte van circa 0,25 meter verwacht worden voor zand/slikbodems. In deze situatie is de windsnelheid iets lager, namelijk 17 m 1.s -1, maar de strijklengte is 450 meter. De binnen dit model berekende golfhoogte van 0,29 meter voor zand en slikplaten lijkt daarmee door wind geïnduceerd te zijn. Figuur 8-4 laat het verloop in golfhoogte zien langs de teen van de primaire winterdijk. De kwelder ligt opgesloten tussen de lengtegraden en (rode pijlen). Binnen dit gebied fluctueert de golfhoogte boven een begroeide kwelder (met c v 1,46) tussen de 15 en 19 centimeter. Links (ten westen) van ligt nog een kleine, kunstmatig tot stand gebrachte kwelder, wat een lokale daling in de golfhoogte tot gevolg he eft. Buiten de aangegeven breedtegraden (ten westen en ten oosten van de Peazemerlannen) lopen de slikplaten door tot aan de voet van de zeewering. De golfdempende werking beperkt zich echter niet tot de kwelder zelf, maar is daarbuiten ook waarneembaar. De golfhoogten die voortvloeien uit met vegetatie begroeide kwelders blijven aan weerszijden van de kwelder onder de golfhoogten, zoals die zijn berekend voor de wad/slikplaten. 8.3 Relatie tussen golfhoogte en waterdiepte Om een eerste schatting te maken van golfhoogte H voor brekende golven is de volgende relatie tussen waterdiepte h en golfhoogte H afgeleid [Battjes, 1974]: H = γ h (8.1) met: γ = [0,60 0,80] Het RIKZ [P05, 2005] gaat uit van γ = 0,65. Binnen dit onderzoek blijkt deze waarde niet representatief. Uit berekeningen met SWAN kan afgeleid dat ratio H/h veel kleiner is en 0,37 bedraagt voor zand/slikplaten. Deze relatie blijkt grofweg ook voor de quantielen 10% en 50% te gelden (figuur 8-5). Bij een quantiel van 90% (bij zwakke tot matige wind) zijn de windgeïnduceerde golfhoogten dusdanig laag, dat deze niet zullen breken. Pas wanneer de golven verder landinwaarts propageren, zullen ze in ondieper wordend water breken en dan geldt wel weer : γ = 0, 37. Boven de kwelder gelden andere waarden voor ratio H/h. Wanneer de kwelder lang genoeg is, na deren alle golfhoogten vanaf 4050 meter een waarde van ongeveer 17 centimeter. Het verloop van ratio H/h fluctueert dan rond 0,23, waarmee kan worden gesteld dat de golfhoogte 23% van de waterdiepte boven de zomerpolder bedraagt. 51

60 8 Gevoeligheidsanalyse Verloop van ratio H/h langs lengtegraad ,6 0,5 H/h [-] 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Ratio afstand [m] 1% 10% 50% 90% bathymetrie Golfhoogteverloop bij verschillende waterstanden langs lengtegraad ,50 2,25 2,00 Go lf hoogt e H [m] 1,75 1,50 1,25 1, 00 0,75 0,50 0,25 0, afstand [m] h=2,15 [m+nap] h=2,65 [m+nap] h=3,15 [m+nap] h=3,65 [m+nap] h=4,15 [m+nap] h=4,65 [m+nap] h=5,15 [m+nap] bathymetrie Figuur 8-5 (boven): Verloop van ratio H/h loodrecht op de kust langs lengtegraad De x- as geeft de afstand weer vanaf de noordelijke rand van het onderzoeksmodel. Aan de linkerkant van het figuur: de Zoutkamperlaag. Ratio H/h fluctueert boven de wadplaat tussen 0,30 en 0,40 met een gemiddelde van 0,37. Na 3900 meter fluctueert de ratio boven de kwelder rond 0,23. Figuur 8-6 (onder): Verloop van de golfhoogte loodrecht op de kust langs lengtegraad De x-as geeft de afstand weer vanaf de noordelijke rand van het onderzoeksmodel. Na 3900 meter wordt de zomerdijk uit 1945 gepasseerd. De golfhoogte neemt drastisch af door breking. 52

61 8 Gevoeligheidsanalyse 8.4 Invloed van dijken op de golfhoogte Om de invloed van kwelders en vegetatie op golfhoogten te bestuderen zijn tot nu toe de zomerdijken buiten beschouwing gelaten. In de praktijk zijn deze dijken wel aanwezig en zijn bij het berekenen van de vijf scenario s uit hoofdstuk 9 als obstakel ingevoerd in SWAN. In deze paragraaf wordt gekeken in hoeverre de aanwezigheid van deze zomerdijken invloed uitoefenen op de golfhoogte boven de kwelder. Daartoe wordt alleen gerekend met een c v - waarde van 0,015 om additionele demping door vegetatie uit te sluiten. Om te zien of de zomerdijken bij toenemende waterstand hun beschermende werking verliezen zijn zes waterstanden tussen 2,15 m+nap en 5,15 m+nap doorgerekend (figuur 8-6). Het toetspeil uit de Hydraulische Randvoorwaarden ligt op 4,65 m+nap, een halve meter onder de maximaal doorgerekende waterstand van 5,15 m+nap. Voor elke waterstand geldt dat de golven na het passeren van de kwelderrand na 3900 meter in hoogte worden gereduceerd. Uitgezonderd de lijn van 2,15 m+nap zullen de golven pas na ongeveer 4000 meter door breking een minimum bereiken. De golven passeren daar de zomerdijk uit 1945 met een kruinhoogte van 2,25 m+nap. Voor elke waterstand geldt dat de golfhoogte aan de voet van de primaire zeewering ongeveer 22 centimeter bedraagt. Wanneer naar het verloop van ratio H/h gekeken wordt, geldt voor alle waterstanden dat deze boven de wad/slikplaten fluctueert tussen 0,33 en 0,40 met een gemiddelde van 0,37. Dit impliceert dat golfhoogten verhoudingsgewijs net zoveel veranderen als de verandering in het waterpeil. 8.5 Conclusie Voor fase (a) van het onderzoeksmodel is de volgende onderzoeksvraag gesteld: Welke variabelen bepalen de golfdempende werking van kwelders? Het antwoord daarop kan alleen worden gegeven, wanneer stormachtige condities worden aangenomen die gedurende 1% van de tijd (3 à 4 dagen per jaar) voorkomen. Door opwaaiing vanaf de Waddenzee staat er dan een laag water boven de kwelder met een diepte van minimaal 80 centimeter. Bij rustiger weersomstandigheden staat er geen water boven de kwelder en kunnen er dus ook geen golven gedempt worden. Samengevat zijn achtereenvolgends de drie volgende variabelen en één constante geïdentificeerd die van invloed zijn op de golfhoogte: waterdiepte h [m 1 ]; wrijvingsfactor c v [ - ]; windsnelheid [m 1.s -1 ]; de aanwezigheid van de zomerdijk uit 1945 [kruinhoogte: 2,15 m+nap]. Waterdiepte Wanneer een golf de rand van de Zoutkamperlaag passeert en over het wad richting de kwelder propageert, vindt de meeste reductie in golfhoogte plaats door breking. Eenmaal boven de wadplaat breekt de golf binnen 600 meter naar een hoogte van 1,0 meter. De golfhoogte is dan al met ongeveer 50% afgenomen. Daarna neemt de golfhoogte redelijk lineair af tot aan de rand van de kwelder en is dan met nog eens 50% gereduceerd tot een hoogte van 50 centimeter. Dit percentage ligt 10% hoger dan de golfdempende werking die Möller en Spencer [2002] toedichten aan het voorland voor de kwelders in Essex, waaraan zij veldmetingen hebben verricht. Het lineair verloop van de golfhoogte komt ook tot uitdrukking in ratio H/h tussen golfhoogte H en waterdiepte h. Deze ratio fluctueert tussen 0,34 en 0,41 met een gemiddelde van 0,37. Deze waarde ligt beduidend lager dan de waarde van 0,65 die vaak als eerste benadering wordt gebruikt voor het berekenen van golfhoogten bij een gegeven diepte [Battjes, 1974]. De gevonden ratio geldt ook bij rustiger weersomstandigheden (90%, 50% en 10%) en blijkt niet te veranderen bij hogere waterstanden. Dit impliceert dat golfhoogten verhoudingsgewijs net zoveel veranderen als de waterstand. 53

62 8 Gevoeligheidsanalyse Voorbij de kwelderrand bereikt de golfhoogte een minimum daar waar de waterdiepte boven de kwelder het laagst is. De aanwezigheid van vegetatie is niet van invloed op de ligging van dit minimum, dat op een afstand tussen de 300 à 450 meter na het passeren van de kwelderrand ligt. Ook dit is in overeenstemming met metingen van Möller en Spencer [2002]. Na 450 meter is de aanwezigheid van vegetatie niet meer de dominante factor in golfdemping, maar waterdiepte h. Wrijvingsfactor Tijdens berekeningen met het numerieke golfmodel SWAN is (golf)energieverlies door bodemwrijving in rekening gebracht door de Collinscoëfficiënt aan te roepen. Om de invloed van vegetatie in het rekenproces mee te nemen, is gezocht naar een vervangende waarde voor constante c in de Collinscoëfficiënt. De vervangende wrijvingsfactor c v is afhankelijk gesteld van wrijvingscoëfficiënt f w voor vegetatie, steeldiameter D, aantal stelen per oppervlakte-eenheid n en de gemiddelde vegetatiehoogte dz. Omdat Zeekraal, Kweldergras en Strandkweek de meest dominante vegetatiesoorten zijn in de Peazemerlannen, zijn voor deze soorten in totaal zeven c v -waarden afgeleid: 1. zand/slik c v = 0,015; 2. zeekraal c v = 0,04; 3. kweldergras c v = 0,45; 4. strandkweek c v = 1,46; 5. strandkweek c v = 2,18; 6. strandkweek c v = 3,28; 7. strandkweek c v = 4,46. Nadat een golf de kwelderrand is gepasseerd, laat de invloed van vegetatie zich gelden door de golfhoogte aanzienlijk meer te dempen dan een onbegroeide wadplaat dat zou doen. Na 150 meter is, bij een maximale c v -waarde van 4,46 de golfhoogte aan de kwelderrand met 65% tegen 23% voor een c v -waarde van 0,015. Dat geeft een maximale gemiddelde demping voor Strandkweek van 0,43% per strekkende meter kwelder. Dit getal komt overeen met bevindingen van Möller en Spencer [2002] die een interval hebben herleid dat ligt tussen de 0,1% à 0,5%. Vervolgens neemt de golfdempende werking af en bereikt de golfhoogte, ongeacht de c v - waarde, een minimum daar waar de waterdiepte minimaal is. Voor c v -waarde 4,46 geldt dat de golfhoogte dan met 74% is gedempt, terwijl voor c v -waarde 0,015 een demping van 35% is berekend. Aan Strandkwe ek kan binnen dit onderzoek een maximale demping van 0,25% per strekkende meter kwelder worden toegekend. Möller en Spencer hebben een maximale demping van 92% na 310 meter gemeten, met een gemiddelde demping van 0,30% per strekkende meter. Dit verschil kan aan een ander type vegetatie met een hogere c v -waarde worden toegeschreven. Wanneer de kwelder langer is dan 450 meter kan voor constante c v een drempelwaarde van 1,46 worden afgeleid. Boven deze drempelwaarde leidt een hogere c v -waarde niet tot een additionele reductie van de golfhoogte. Alle c v -waarden boven 1,46 hebben uiteindelijk dezelfde golfhoogte tot gevolg. Wanneer naar ratio H/h gekeken wordt, kan worden gesteld dat deze voor Strandkweek fluctueert tussen 0,15 en 0,25. De ratio voor een kale wadplaat is daar 0,37 en dus kan worden gesteld dat Strandkweek 1,5 à 2,5 maal zo effectief is in het reduceren van golfhoogten. Möller en Spencer [2002] komen ook tot de conclusie dat vegetatie tot twee maal zo effectief is in het dempen van golfhoogten dan een onbegroeide wadplaat. Windsnelheid Wanneer de waterdiepte boven de zomerpolder toeneemt (door een inklinkende bodem), valt op dat de golfhoogte ook toeneemt. Redenerend vanuit een energiebalans kan dat alleen wanneer energie aan het systeem wordt toegevoegd. Deze aanvoer van energie wordt toegeschreven aan de constant aanwezige wind, waardoor een nieuw golfveld wordt ontwikkeld. 54

63 8 Gevoeligheidsanalyse Zomerdijken Er is ook een constante aan te wijzen die een behoorlijke invloed op de golfhoogte uitoefent: de aanwezigheid van zomerdijken. Golfhoogten die gepaard gaan met een waterstand tussen de 2,65 en 5,15 m+nap worden ter hoogte van de zomerdijk uit 1945 allemaal gebroken tot een hoogte van 22 centimeter. Alleen golfhoogten die horen bij een waterstand beneden de 2,65 m+nap bereiken voor aankomst bij de zomerdijk al een minimum. Dit minimum ligt op 300 meter na het passeren van de kwelderrand. Samengevat kan worden gesteld dat: de relatie tussen golfhoogte H en waterdiepte h voor wad/slikplaten kan worden uitgedrukt als: H = 0,37.h; Voor vegetatie geldt de volgende relatie: H = φ.h met φ = [0,15-0,25]. wad/slikplaten niet mogen worden verwaarloosd wat betreft hun aandeel in reductie van de golfhoogte; begroeide kwelders 1,5 tot 2 maal zo effectief zijn in het reduceren van golfhoogten dan wanneer er geen begroeiing aanwezig is; ongeacht het typ e vegetatie de minimale golfhoogte bereikt wordt daar waar de hoogte van het maaiveld een maximum bereikt. Dit maximum ligt tussen de 300 à 450 meter na het passeren van de kwelderrand; aan Strandkwee k gedurende 150 meter na het passeren van de kwelderrand een golfdempende werking van maximaal 0,43% per strekkende meter kan worden toegekend; aan Strandkweek tussen 150 en 300 meter na het passeren van de kwelderrand een demping van maximaal 0,25% per strekkende meter kan worden toegekend; na 450 meter de aanwezigheid van vegetatie niet meer de dominante factor is wat betreft golfdemping, maar waterdiepte h; de aanwezigheid van de zomerdijk uit 1945 bij waterstanden boven 2,65 m+nap de golfhoogte reduceert tot 22 centimeter. 8.6 Discussie Een van de modelmatige aannamen is de aanwezigheid van een constant veronderstelde windsnelheid. Naarmate de weersomstandigheden ruwer worden, zal de wind grilliger vormen aannemen. Een storm duurt doorgaans niet langer dan zes uur [Nortier en de Koning, 1998], maar dat kan genoeg zijn om een volledig ontwikkelt golfveld te laten ontstaan. Bij een variabele wind is de kwelder wellicht wel in staat om golven volledig uit te dempen. Een tweede veronderstelling is de aanwezigheid van een monocultuur, waarbij is aangenomen dat de kwelder slechts begroeid is met één type plant. Wanneer de c v -waarde hoger uitvalt dan 1,46 dan heeft dat geen additionele golfdemping tot gevolg. Voor Strandkweek zijn vier cv-waarden afgeleid, maar hier kunnen nog enkele vraagtekens bij worden gezet. Het bladerenpakket van Strandkweek kan tijdens een storm geheel onder een laag sediment verdwijnen. In hoeverre er dan een nieuwe bodemhoogte (en dus waterdiepte) kan worden aangenomen, staat open voor discussie. Wanneer de bladeren door dit dak van sediment heen groeien, zal ook een nieuwe vegetatiehoogte dz moeten worden aangenomen. Het is bovendien nog maar de vraag in hoeverre de nieuwe bodem ook echt een solide bodem is. Misschien gedraagt een combinatie van bladerenpakket en sedimentdak zich als een verend matras, wanneer daar golven overheen propageren. De meest ingrijpende reductie van golfhoogte vindt plaats bij de overgang van de Zoutkamperlaag naar de slikplaten. Bij stormachtige condities komen boven de wad/slikplaten geen golfhoogten hoger dan 1,0 meter voor en dat is in overeenstemming met ruwe schattingen door het RIKZ [PO2; 2005] en Janssen-Stelder [2000]. 55

64 8 Gevoeligheidsanalyse Figuur 9-2: 1. strandkweek, cv=1,46; 2. zeekraal, c v =0,45; 3. wad/slik, c v =0,015; 4.kweldergras, c v =0,45; 5. zomerdijk 2,25 m+nap. De rechter foto is genomen richting het oosten, gezien vanaf de westelijke zomerdijk ( 3,10 m+nap)

65 9 Scenario s 9.1 Inleiding Om de centrale vraag uit de laatste fase (c) van het onderzoek te beantwoorden, zijn een vijftal scenario s opgesteld. De interpretatie van de uitkomsten moet antwoord geven op de vraag: In hoeverre zijn beheersmaatregelen van invloed op de golfdempende werking van kwelders? De volgende drie scenario s zijn opgesteld aan de hand van het vigerende beleid en beheer ten aanzien van kwelders (paragraaf 6.5): 1. huidige situatie; 2. zuidelijke zomerpolder verkwelderd; 3. kwelderwerken in ere hersteld; Alle drie de scenario s zullen onderworpen worden aan weersomstandigheden die gedurende 1% van de tijd wordt overschreden (zie paragraaf 7.4.3): windsnelheid : 17,00 [m 1.s -1 ] (7-8 Beaufort); waterstand : 2,29 [m 1 +NAP]; golfhoogte : 2,14 [m 1 ]; golfperiode : 14,36 [s 1 ]. In de volgende twee scenario s zijn de bovenstaande randvoorwaarden veranderd. De kwelder wordt bloot gesteld aan extremere omstandigheden. De volgende twee scenario s worden in ogenschouw genomen: 4. (relatieve) zeespiegelstijging; 5. extreme storm. 9.2 Scenario 1 Huidige situatie wa d/slikplaat kwelder zomerdijk zomerpolder zeewering Figuur 9-1: Dwarsprofiel van de huidige situatie. Het figuur is niet op schaal. In dit ee rste scenario is de huidige situatie (figuur 9-1) doorgerekend, zoals de kwelder nu onderho uden wordt. It Fryske Gea hanteert een gediversifieerd beheer dat bestaat uit extensieve (kwelder) en intensieve (zomerpolder) beweiding. Aan het begin van dit onderzoek is het onderzoeksgebied geïnventariseerd met een afvaardiging van Rijkswaterstaat en Wetterskip Fryslân. Bij de overgang van het wad naar de kwelder is een smalle rand van ongeveer 50 tot 100 meter met zeekraal (c v =0,04) aangetroffen. De kwelder kent diverse soorten vegetatie, maar Strandkweek blijkt de meest dominante soort. Binnen dit onderzoek wordt aangenomen dat Strandkweek (c v =1,46) als monocultuur op de kwelder aanwezig is. De zuidelijke zomerpolder wordt intensief beweid door lokale boeren en hier groeit hoofdzakelijk Gewoon Kweldergras (c v =0,45) (figuur 9-2). De zomerdijken die bij de gevoeligheidsanalyse uit hoofdstuk 7 zijn weggelaten, worden nu wel in het model betrokken. 57

66 9 Scenario s Scenario 1 Golfhoogteverloop boven de kwelder 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0, 15 0, 10 0,05 0,00 Scenario 1 Golfhoogte langs de teen van de zeewering 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Golfho ogt e [m] Golfhoogte [m] 4200 Afstand [m] scenario 1 bathymetrie zonder zomerdijken zand strandkweek Waddenzee Afstand [m] scenario 1 bathymetrie zonder zomerdijken zand strandkweek Figuur 9-3 (boven): Golfhoogteverloop loodrecht op de kustlijn langs lengtegraad met en zonder de aanwezigheid van de zomerdijken. De x-as geeft de afstand aan ten opzichte van de zeewaarts gelegen rand. Na 3600 meter is de rand van de kwelder bereikt, na 4050 meter de zomerpolder en na 4350 meter de primaire zeewering. Figuur 9-4 (onder): Golfhoogteverloop parallel aan de teen van de primaire zeewering. De x-as begint bij 0 en komt overeen met lengtegraad De kwelder zit opgesloten tussen de lengtegraden en (de afstand tussen 1500 meter en 5000 meter). 58

67 9 Scenario s Figuur 9-3 laat zien dat het verloop van de golfhoogte boven de kwelder langs lengtegraad (loodrecht op de kust) overeen komt met de bevindingen uit de gevoeligheidsanalyse voor Strandkweek met c v =1,46. Na 3900 meter, ofwel 300 meter na het passeren van de kwelderrand, bereikt de golfhoogte een minimum van 14 centimeter. De golfhoogte is daarmee met circa 55% gedempt en aan het Strandkweek kan dan een gemiddelde dempende werking van 0,18% per strekkende meter worden toegekend. Na 3900 meter neemt de waterdiepte toe en de constante wind is verantwoordelijk voor een toename in de golfhoogte naar 18 centimeter aan de voet van de dijk. De getrokken lijn ligt binnen de uitersten van zand (c v =0,015) en strandkweek (c v =4,46), zoals die zijn berekend in de gevoeligheidsanalyse. De golfhoogte boven de zomerpolder, begroeid met Kweldergras (c v =0,45), ligt tegen de ondergrens aan; dit ondanks een veel lagere c v -waarde. Uit figuur 9-3 wordt opgemaakt dat de kwelder de golfhoogte dusdanig heeft gereduceerd dat deze over het verdere verloop van de kwelder alleen nog maar wordt bepaald door de wind en waterdiepte h. Wat betreft reductie van golfhoogte maakt het niet (meer) uit of de zomerpolder wordt verkwelderd en of deze wel of niet extensief wordt beweid. Om het effect van de zomerdijken te achterhalen is ter controle één extra simulatie uitgevoerd met hetzelfde 2D-frictieveld, maar dan zonder zomerdijken. De curve, gegenereerd aan de teen van de zeewering (figuur 9-4), laat zien dat bij 2000 en 4500 meter (lengtegraden respectievelijk ) de golfhoogte minder hoog (2 respectievelijk 7 centimeter) is dan wanneer de dijken niet in de berekening worden meegenomen. De dijken leveren een extra demping op tussen de 11 respectievelijk 30%. Nabij lengtegraad zijn de golfhoogten identiek en kan geen extra demping worden toegekend aan de aanwezigheid van de zomerdijken. De dijken zorgen echter wel voor refractie van de golfraaien (figuur 9-5). Figuur 9-5: Lijnen van gelijke golfhoogten laten het verschijnsel diffractie zien. 59