Weerstand van vegetatie tegen stroming; stroombaanmaaien in theorie.

Transcriptie

1 Weerstand van vegetatie tegen stroming; stroombaanmaaien in theorie. Veerle Verschoren, Jonas Schoelynck, Kerst Buis & Patrick Meire Zutphen 15 november 2016 Kennisdag: Planten in de stroom. Kansen voor weerstand?

2 Hydraulische weerstand Zwarte Nete, Retie

3 Zwarte Nete, Retie Gevolg Maaien 30 cm

4 Hydraulische weerstand in 1D Klassieke benadering voor Manning vergelijking : De stroomsnelheid wordt bepaald door het verhang, hydraulische straal en de weerstandsterm n De weerstandsterm kan bepaald worden door allerlei beekkarakteristieken (meandering=m, vegetatie = n4)

5 Volledig begroeide beken.. maar ook ruimtelijke patronen De hydraulische weerstand in begroeide rivieren hangt af van de planten diversiteit en het ruimtelijk patroon van de vegetatie.

6 Hydraulische weerstand in 2D: nieuwe benadering Het effect van planten op de hydraulische weerstand hangt af van: 1. Plant diversiteit flexibiliteit plant morfologie 2. Het ruimtelijk patroon homogene begroeiing in heel de rivier vegetatie patches afgewisseld met onbegroeide zones

7 1a. Plant diversiteit in natura (Schoelynck et al., 2013) Reconfiguratie van flexibele waterplanten. verlaging weerstand 0.1 m s -1 Stijve emergente waterplanten buigen niet. => verhoging weerstand 0.3 m s -1 Zijaanzicht van C. platycarpa in een stroomgoot bij twee stroomsnelheden. Foto s van Schoelynck J.

8 1a. Plant diversiteit in natura Ijle waterplanten weining contact oppervlak met het water lage hydraulische weerstand (Verschoren et al., 2016) Potamogeton natans Plant oppervlak 8.5 ± 3.5 m² m -2 Dense waterplanten veel contact oppervlak met het water hoge hydraulische weerstand Callitriche sp. Plant oppervlak 43.9 ± 20.4 m² m -2

9 1b. Plant diversiteit in nummerische modellen Beschrijving hydraulische weerstand in functie van planteneigenschappen: flexibiliteit en morfologie (= plantoppervlak) 2 lagen model (Baptist): stroming door en over de vegetatie (Verschoren et al., 2016) Stijve ondergedoken planten Flexibele ondergedoken planten Flexibele ondergedoken planten C D C D C D D k A W k A W k 9 m C D (-) drag coefficient D (m) diameter m (-) aantal planten per m² k (m) plant hoogte bij lage stroomsnelheid Aw (m²) plantoppervlak k (m) plant hoogte bij hoge stroomsnelheid

10 2. Ruimtelijke patronen in natura (Verschoren et al., subm) a. Foto s nemen met een digitale camera aan een draagbare mast b. Foto s aan elkaar stitchen c. Foto-mosaic georefereren d. Vegetatie aanduiden en benoemen

11 2. Ruimtelijke patronen in nummerische modellen Bodem weerstand (s m -1/3 ) Diepte gemiddelde stroomsnelheid (m s -1 ) Water hoogte (m) 11

12 2. Ruimtelijke patronen in nummerische modellen Bodem weerstand (s m -1/3 ) Diepte gemiddelde stroomsnelheid (m s -1 ) Water hoogte (m) 12

13 manning n (m -1/3 s) 2. Ruimtelijke patronen: stroombaanmaaien leeg Gemiddelde Manning n voor elk patroon (Bal et al., 2011) pattern number Flume Flanders Hydraulics, Borgerhout leeg < patroon 1 patroon 3 < patroon % + 15 % + 23 % Bedekkingsgraad is een belangrijke factor voor de frictie. Een stroomkanaal zorgt voor voldoende afvoer.

14 2. Ruimtelijke patronen: stroombaanmaaien?? (Buis et al., 2013) weerstand bepaald door (maai)patroon en bedekkingsgraad bedekkingsgraad (-)

15 Even samenvatten Het gebruik van 1D-weerstandsterm in functie van biomassa en/of debiet gaat goed voor de locatie of situatie waar de relatie voor is opgesteld. Maar.. - weerstand homogeen verondersteld => knelpunten bepalen echter ook sterk de opstuwing - vertaling van weerstand naar andere of hernieuwde beken of waterlopen is niet eenvoudig - 1D informatie geeft moeilijk informatie over maaiaanpak Relatie weerstand en ruimtelijke patronen en/of stroompad biedt misschien meer perspectief.

16 Slot Ruimtelijke processen door o.a. vegetatie Betere ecologische condities (soortenrijkdom) Biochemische processen (waterkwaliteit) Weerstandstermen van vegetatie vaak uniform langsheen de beek bekeken Lokale blokkades kunnen de weerstand op reach schaal sterk verhogen onderhoud: check knelpunten Ruimtelijk patroon kan de weerstand sterk bepalen (stroompad) onderhoud: creëer stroompad Ruimtelijke modellering kan een instrument zijn voor Bepalen van weerstandstermen rekening houdend met vegetatieverdeling Maaistrategie

17 Bedankt voor de aandacht Contact gegevens Veerle Verschoren: Jonas Schoelynck: Referenties Bal et al. (2011). How do macrophyte distribution patterns affect hydraulic resistance? Ecol. Eng. (37) p Buis et al. (2013). The effect of spatial distribution of vegetation in lowland streams on hydraulic resistance. Conference: HydroEco. Schoelynck et al (2013). Submerged macrophytes avoiding a negative feedback in reaction to hydrodynamic stress. Limn. (43) p Verschoren et al. (2016). Resistance and reconfiguration of natural submerged vegetation in hydrodynamic river modeling. Env. Fl. Mech. (16) p Verschoren et al. (subm). Mapping the spatio-temporal distribution of aquatic vegetation at reach scale in lowland rivers using a digital cover photography technique. Env. Ass. and Mon.