Maasstuwen en morfologie

Het voorliggende rapport beoogt meer inzicht te geven in de vraag of en in welke mate de stuwen van invloed zijn op de bodemligging van de Maas. Daaruit zijn dan ontwerpeisen af te leiden voor de vervanging of renovatie van de stuwen. Het project richt zich op de invloed van de stuwen op netwerkniveau, niet op de invloed lokaal rondom de stuwen. Hiervoor is relevante literatuur onderzocht, zijn meetgegevens geanalyseerd en zijn de effecten van ingrepen met een numeriek model op basis van D-HYDRO gesimuleerd. De bevindingen leiden tot de volgende conclusies: De bestudeerde literatuur suggereert dat de hoogte van de drempel geen doorgang van sediment belemmert en daardoor geen rechtstreekse invloed heeft op de bodemligging van de Maas. Hooguit beïnvloedt de hoogte een lokale sedimentatie binnen enkele meters van de drempel. Uit de veldgegevens zijn hierover geen conclusies te trekken. De numerieke modellering laat zien dat de drempelhoogte erosie en sedimentatie beïnvloedt via de grootschalige waterbeweging, maar dat rechtstreekse blokkering van sediment kan leiden tot onrealistische sedimentatie waardoor berekeningen zelfs kunnen crashen. Ook dat wijst erop dat vergaande blokkering van sedimenttransport in werkelijkheid niet kan optreden. De verschillen in bodemhoogte variëren voor simulaties met verlaagde stuwdrempels lokaal tussen 0,15 m relatieve erosie en 0,3 m relatieve sedimentatie ten opzichte van de referentie. De bestudeerde literatuur suggereert verder dat ook de vorm van de drempel geen invloed heeft op de bodemligging van de Maas. Hooguit beïnvloedt de vorm een lokale sedimentatie binnen enkele meters van de drempel. Uit de veldgegevens en de numerieke modellering zijn hierover geen conclusies af te leiden. De daarvoor benodigde mate van detail is in de metingen en het model niet voorhanden. Voor het stuwtype geldt een onderscheid tussen boven- en onderafvoer. Een stuw met onderafvoer belemmert doorgaand sedimenttransport minder maar uit de bestudeerde literatuur volgt dat dit geen stabiliserend effect heeft op de grootschalige bodemligging. Uit de veldgegevens en de numerieke modellering zijn hierover geen conclusies af te leiden. Daarvoor is de beschikbare mate van detail namelijk ontoereikend. Het effect van 20% meer stroomvoerende breedte boven- en benedenstrooms van de stuw op de bodemligging van de Maas is onderzocht met numerieke modelsimulaties. Door veranderingen in de grootschalige waterbeweging treedt ter plaatse van de stuw sedimentatie op die varieert van 0,4 m bij Borgharen tot 0,8 m bij Lith. Essentiële parameters van het stuwprogramma zijn het stuwpeil en de afvoer waarbij de stuw gestreken wordt. Het effect van een hoger stuwpeil is te vergelijken met het effect van later strijken, dat van een lager stuwpeil met eerder strijken. De effecten van 0,5 m hogere en 0,5 m lagere stuwpeilen zijn onderzocht met numerieke modelsimulaties. De verhoging leidt tot veranderingen in bodemligging tussen -0,4 m en 0,5 m, met sedimentatie bovenstrooms en zich stroomafwaarts verplaatsende erosie benedenstrooms van de stuwen. De verlaging leidt tot veranderingen tussen -0,5 m en 0,4 m met erosie bovenstrooms en zich stroomafwaarts bewegende sedimentatie benedenstrooms van de stuwen, beide met lokaal enkele uitschieters. Stuwen remmen bodemerosie doordat zij de grootschalige stroming in stuwpanden vertragen. Er zijn geen aanwijzingen dat de drempels van de stuwen een aanvullende remmende werking hebben doordat ze sedimenttransport rechtstreeks blokkeren. De literatuurstudie suggereert dat drempels geen obstakel vormen voor de passage van sediment. De analyse van bodempeilingen wijst niet op enige rechtstreekse invloed van stuwdrempels op sedimenttransport. De numerieke berekeningen suggereren eveneens dat ongehinderde sedimentpassage de meest realistische situatie is. Omdat de stuwen zelf geen belemmering vormen voor de continuïteit van sedimenttransport, zijn er geen constructieve aanpassingen denkbaar die de sedimentcontinuïteit door de stuwen heen nog verder zouden kunnen bevorderen. Stuwen verminderen wel de hoeveelheid sediment die bij de stuwen arriveert omdat opstuwing de stroming in het bovenstroomse stuwpand vertraagt. Een lager stuwpeil of eerder en sneller strijken van de stuw kan de stroomsnelheden tijdelijk verhogen en daarmee de sedimentatie in stuwpanden verminderen. Ten slotte kan bovenstrooms baggeren of ontgraven en benedenstrooms storten van sediment de continuïteit ondersteunen. Dit is bijvoorbeeld de staande praktijk bij de stuw in de Rijn te Iffezheim. De effecten van specifieke strategieën voor stuwprogramma’s of mechanische sedimentpassage zijn te berekenen met behulp van regulier morfologisch modelinstrumentarium.