Systeemanalyses KPZSS zoetwater regio Rijn-Maasmonding
Op de grens van zoet en zout: het verhaal van de Rijn-Maasmonding
- Met Meike Coonen (ingenieurs- en adviesbureau HydroLogic) en Meinte Blaas (Rijkswaterstaat)
Waar de Rijn en de Maas in zee stromen, vinden we een dynamisch, open watersysteem onder invloed van getij, wind en rivieren. In hoeverre is hier sprake van verzilting, nu en als de zeespiegel stijgt? Dat is onderzocht in een deelstudie van het Kennisprogramma Zeespiegelstijging. Tot zo’n drie meter zeespiegelstijging is de verzilting te overzien, zo concludeert het rapport, maar er is wel steeds meer rivierwater nodig om tegendruk te bieden aan het zeewater. “Dat vergt technische ingrepen die nog niet zijn onderzocht”, aldus de experts. “Daarnaast is de grote vraag of er wel altijd voldoende Rijn- en Maaswater ons land binnenstroomt.”
De monding van de rivieren Rijn en Maas is een complex watersysteem. De Nieuwe Waterweg, die vanaf Rotterdam langs Europoort en de Maasvlakte stroomt, vormt een open verbinding met de zee. Hoe ver het zout hier landinwaarts dringt, hangt af van getij, wind en de wateraanvoer vanuit de grote rivieren. Ook zeespiegelstijging zal hierop zijn stempel gaan drukken. Dat laatste was onderwerp van een modelstudie binnen het Kennisprogramma Zeespiegelstijging. De bureaus HydroLogic en Arcadis voerden die studie samen uit, in opdracht van Rijkswaterstaat.
“In deze regio onderscheiden we drie aparte, halfopen zoetwaterzones”, vertelt Meike Coonen van HydroLogic. “Dat zijn de Hollandse IJssel, de Lek en het Hollandsch Diep met het oostelijk deel van het Haringvliet. En daarnaast hebben we een afgesloten zoetwaterbuffer: het Brielse Meer: een langgerekt bekken op Voorne-Putten.” Het zoete water is heel belangrijk voor de drinkwatervoorziening in de regio, benadrukt Coonen. “Maar ook voor de industrie, landbouw en natuur.”
Het is lastig de water- en zoutdynamiek nauwkeurig te modelleren, vertelt Meinte Blaas van Rijkswaterstaat. “Dat komt door het samenspel van fysische processen en de wisselwerkingen tussen de riviertakken”, legt hij uit. “Met deze studie wilden we daarom eerst beter leren begrijpen hoe dit systeem reageert op de zeespiegel en rivierafvoer, voordat we conclusies konden trekken over de invloed van zeespiegelstijging op de zoetwaterbeschikbaarheid in dit gebied.”
Dynamiek van de natuur
Beheerders kunnen het rivierwater enigszins sturen met stuwen en spuisluizen. Zo beïnvloeden de Haringvlietsluizen hoeveel water er door de Nieuwe Waterweg versus het Haringvliet naar zee stroomt. En in de Lek bij Vianen ligt het stuwcomplex Hagestein, dat mede bepaalt hoeveel Rijnwater via de Lek of de Waal naar zee stroomt. De verdeling van de rivierafvoer bepaalt hoeveel tegendruk elke deltatak kan bieden aan zoutindringing vanaf zee.
“We noemen dit een ‘beheerd systeem’ – dus niet een ‘beheerst systeem’, zoals de zoet-zoutbalans op het IJsselmeer dat bijvoorbeeld veel meer is”, legt Blaas uit. “In het Rijn-Maas-estuarium moeten we werken met de dynamiek van de natuurlijke overgang tussen zee en rivier. We kunnen de natuurlijke condities maar deels beïnvloeden.”
De hoofdvraag voor het beheer is daarbij: hoe kunnen we de effecten van zoutindringing op de zoetwaterzones zo verstandig mogelijk beperken? Blaas: “In de praktijk betekent dat: hoe kunnen we de sturing over die riviertakken verder optimaliseren? Die uitdagingen komen hier allemaal samen. Dat maakt dit een van de meest complexe zoetwatersystemen van Nederland.”
Bovenregionale keuzes
De Nieuwe Waterweg wordt weleens gezien als de ‘reststroom’ van het rivierwater dat ons land binnenkomt. Onderweg wordt er in tijden van droogte aan alle kanten water afgetapt voor de zoetwatervoorziening, onder meer via de IJssel naar het IJsselmeer, via de Prinses Irenesluizen naar het Amsterdam-Rijnkanaal en via de Volkeraksluizen naar het Volkerak. “Maar vergis je niet: de hoeveelheid water die door de Nieuwe Waterweg stroomt is nog altijd aanzienlijk”, zegt Coonen. “Grofweg de helft van het totaal, en deze reststroom blijkt daarmee heel bepalend voor hoeveel zout er landinwaarts trekt.”
Hoeveel en voor welke doelen water wordt afgetapt onder verschillende omstandigheden, is onderdeel van de landsbrede zoetwaterstrategie die in voorbereiding is, en die moet leiden tot een flexibel inzetbaar zoetwaternetwerk. Uiteindelijk zullen op basis van die strategie regionale en bovenregionale keuzes worden gemaakt, benadrukken beide experts. “In deze studie hebben we een eerste analyse gedaan van hoeveel zoetwater er nodig is”, zegt Coonen, “en omgekeerd: hoeveel zeespiegelstijging het systeem kan hebben voordat aanpassingen aan de strategie nodig zijn.”
Grote verschillen
Die analyse is heel goed gelukt, stelt Blaas, namens opdrachtgever Rijkswaterstaat. “De modelaanpak is heel systematisch aangepakt. We hebben nu heel goed in beeld welke effecten er gaan spelen bij verschillende combinaties van rivierafvoer en zeespiegelstijging – en waar het systeem robuuster is dan we dachten, en waar juist niet.”
En, wat kwam daaruit? “We dachten dat de invloed van zeespiegelstijging zo’n beetje even groot zou zijn als die van de rivierafvoer”, antwoordt Coonen, “maar dat blijkt niet zo te zijn. Het effect van rivierafvoer is groter, binnen de onderzochte bandbreedtes van rivierafvoer en zeespiegelstijging. En deze twee factoren versterken elkaar: de kwetsbaarheid voor verzilting tijdens lage rivierafvoeren neemt toe bij zeespiegelstijging.”
Het feit dat zeespiegelstijging relatief minder invloed heeft dan gedacht, is in zekere zin goed nieuws, aldus de onderzoekers. Blaas: “Hoewel dit ook betekent dat we ons echt zorgen moeten gaan maken als de droogteperioden die we in de laatste jaren hebben meegemaakt, steeds vaker gaan optreden.”
Windeffecten
Er zijn wel grote verschillen binnen de regio, merkt Coonen daarbij op. “De zeespiegelstijging maakt dat de zuidkant van het systeem relatief gevoeliger is voor de invloed van wind, en de noordkant juist voor de rivierafvoer”, legt ze uit. “Daarbij zien we dat de zoutdruk weliswaar snel toeneemt, maar dat we de zoetwaterinlaatpunten nog een hele tijd zoet kunnen houden, tot een meter of drie zeespiegelstijging, mits de capaciteit van de regionale aanvoerroutes van zoetwater wordt vergroot en er voldoende rivierwater beschikbaar is om op die routes in te zetten. Als er echter een tijdlang te weinig water ons land binnenkomt en de regionale aanvoerroutes niet toereikend zijn, zullen die systemen onvermijdelijk gaan verzilten.”
De robuustheid van deze regio voor zeespiegelstijging hangt sterk af van het samenspel van zeespiegel, rivier en windeffecten, benadrukken beide onderzoekers. “Die laatste zijn in de huidige analyse nog niet voldoende onderzocht om conclusies over dit gebied te kunnen trekken”, zegt Blaas. “Hieraan gaan we de komende periode nader onderzoek laten doen.”
Vervolgvragen
Wat er gebeurt bij méér dan drie meter zeespiegelstijging, is in het huidige model niet goed te berekenen. Ook dat is iets voor nader onderzoek, aldus Blaas. “De geschiktheid van het model staat niet ter discussie, maar we werken met veel aannames die samenhangen met beleid”, legt hij uit. “Bij extremere zeespiegelstijging zijn je resultaten dus sterker daarvan afhankelijk dan van zeespiegelstijging. Denk bijvoorbeeld aan de bovenregionale waterverdeling, maar ook aan de inrichting van buitendijkse gebieden. In dat moeras van aannames heeft het geen zin om veel verder vooruit te modelleren. We zullen daarom moeten werken met expertinschattingen.”
Daarnaast vormt de capaciteit van de infrastructuur op termijn een beperking, voegt Coonen toe: het regionale watersysteem kan bijvoorbeeld prima twee kuub rivierwater per seconde extra naar de Hollandse IJssel sturen – en dat is naar verwachting genoeg om die rivier zoet te houden bij één meter zeespiegelstijging in combinatie met minimaal 1000 kuub Rijnafvoer per seconde.
“Maar bij lagere afvoeren of hogere zeespiegel heb je op een gegeven moment een veelvoud daarvan nodig en dat past simpelweg niet door de huidige vaarten en sluizen heen”, zegt Coonen. “In de berekeningen doen we daarom nu geen aannames over hoe het regionaal systeem en sluizen eruit zien op die verre tijdshorizons. We berekenen juist hoeveel aanvoer je in principe nodig zou hebben als je een waterinlaatpunt zoet wilt houden. Daarmee wordt voor beleidsmakers nu al wel helder wat de vragen voor de toekomst zijn.”
Paradoxale effecten
Zo zullen er ook aan het stuwcomplex bij Hagestein al eerder aanpassingen nodig zijn: bij twee meter zeespiegelstijging is er geen vrij verval meer en werkt de stuw niet meer zoals hij ooit bedoeld was voor vaardiepten en zoetwaterbeheer. Met de huidige infrastructuur kunnen beheerders dus niet meer actief sturen op een zoetwaterzone op de Lek.
De modellen laten ook interessante paradoxale effecten zien, vertelt Blaas. Als de waterstanden in de Nieuwe Waterweg door zeespiegelstijging toenemen, en daarmee ook in de Oude Maas, dan wordt het gemakkelijker het Brielse Meer onder vrij verval te vullen met zoetwater. “Maar tegelijkertijd komt het zout dan wel vaker in de buurt van het waterinlaatpunt”, zegt hij. “Hetzelfde gebeurt in het Haringvliet en Hollandsch Diep met de inlaat van het Volkerak. Bij de inlaat van het Brielse Meer aan de Oude Maas zien we dat zout het snel wint van waterstand, terwijl op het Spui de balans subtieler ligt.”
‘Out of the box’ denken
Een concreet draaiboek voor beleidsmakers biedt dit rapport dus nog niet, besluiten beide experts. “Dat kan ook niet, bij dit complexe systeem en met nog zoveel onzekere factoren”, zegt Coonen. “Maar we zien nu al wel duidelijk op welke vlakken er handelingsperspectieven zijn. We zien wat de belangrijkste stuurknoppen zijn, waar op termijn knelpunten gaan optreden in de infrastructuur, en bij welke combinatie van zeespiegelstijging en rivierafvoer enige mate van verzilting onvermijdelijk wordt.”
Daardoor kunnen beleidsmakers nu alvast gaan nadenken over toekomstige keuzes: waar is het kansrijk om in te grijpen, en waar zullen we verzilting moeten accepteren, en waar kunnen we andere keuzes maken wat betreft onze afhankelijkheid van zoetwateraanvoer? Blaas: “Dat laatste levert vaak opvallend veel ruimte op.”
“Dit is in lijn met het kernidee van ‘Bodem en water sturend bij ruimtelijke ontwikkeling’, ”, vult Coonen aan.
Blaas: “Zoetwater is nu al schaars. Op termijn zullen we zéker ‘out of the box’ moeten gaan denken. En op heel andere vlakken oplossingen moeten gaan zoeken.”