Nieuw onderzoek onderwaterduinen in grote rivieren

Gepubliceerd: 24 februari 2020

Onderwaterduinen en zandribbels vormen een onzichtbaar maar dynamisch landschap. In januari 2020 verscheen in Nature Geoscience een artikel waarin staat beschreven hoe deze structuren er uitzien in vijf grote rivieren wereldwijd en in de Nederlandse rivier de Waal. Co-auteur Thaiënne van Dijk is marien geoloog bij Deltares. “Ze zien er toch anders uit dan we dachten.”

Het artikel gaat over de kwantificering van bodemvormen in rivieren over de hele wereld. Van Dijk: “Wat we weten over de vorming van duinen, zandribbels en vergelijkbare structuren op rivierbodems komt voornamelijk uit experimenteel onderzoek in stroomgoten, bijvoorbeeld de Deltagoot. De analyse in het artikel is echter gebaseerd op veldmetingen in grote rivieren door dertien internationale kennis-instituten. Het gaat hier om hoge resolutie multi-beam opnames.” Samen geven die een beeld van bodemvormen in onder meer de Mekong, de Amazone en de Mississippi.

Andere hellingsgraad

Thaiënne van Dijk , als Visiting Research Professor verbonden aan de Afdeling Geologie van de Universiteit van Illinois (VS) en collega Jim Best, een wereldwijd vermaard riviermorfoloog zijn beiden co-auteur. “Hoofdauteur is Julia Cisneros op wier PhD-onderzoek het artikel is gebaseerd. Zij heeft een methode ontwikkeld om enorme hoeveelheden metingen te analyseren –  soms wel 125.000 geanalyseerde punten per riviersegment – en naar generieke informatie te vertalen.” De enorme datasets maken het mogelijk om nauwkeurig te bepalen hoe bodemstructuren er precies uitzien. “Ze blijken er anders uit te zien dan we dachten”, aldus Van Dijk. Het klassieke beeld is dat van een structuur met een flauwe loefzijde, de kant die stroomopwaarts ligt, en een steile lijzijde, dus de kant die stroomafwaarts ligt, met een helling van zo’n 30°. “In de realiteit blijkt deze helling gemiddeld maar zo’n 10° te zijn en komen de steilste hellingen vaak voor op de onderste helft van de lijzijde.”

Multibeam bathymetrie van onderwaterduinen in de Amazone, Brazilië. Data van R.P. de Almeida, 2016 (Figuur S1a en referentie in de paper)

Dit heeft gevolgen voor de interpretatie van allerlei hydro- en morfodynamische processen. “Over een lage helling stroomt het water sneller, bijvoorbeeld, en afhankelijk van de hellingshoeken verloopt de scheiding van stromen anders.” Hetzelfde geldt voor sedimentatie als gevolg van duinvorming. “Deze nieuwe informatie leidt dus ook tot andere geologische interpretaties van sedimentafzettingen die we in rivierbodems terugzien.” Verder is gekeken naar de verhouding van de hoogte van een structuur ten opzichte van de waterdiepte, die in deze grote rivieren tot wel 60 meter gaat. “Die hoogte blijkt kleiner dan we dachten, ongeveer een tiende van de waterdiepte. Met die kennis kunnen we veel beter herleiden waar en hoe de rivier vroeger stroomde.”

Rivierbeheerders profiteren

De nieuwe inzichten zijn van belang voor een beter begrip van het functioneren van een heel riviersysteem, zegt Van Dijk. “Met name daar waar de rivier nog de ruimte heeft om haar loop te veranderen.” Meer waarheidsgetrouwe input over bodemruwheid in riviersysteemmodellen levert nauwkeuriger uitkomsten op. “Daar profiteren rivierbeheerders van.” Voor het beheer van een primaire vaarweg zoals de Nederlandse Waal, is exacte kennis van waterdieptes cruciaal. “Wellicht kan nog beter bepaald worden in hoeverre de afstand tussen bodem en kiel kritiek is en dus hoe zwaar een schip kan worden beladen.” Een andere mogelijke toepassing van de nieuwe kennis is de berekening van de migratie van zand. “De stroomafwaarts migrerende duinen en ribbels zijn in feite een vorm van zandtransport. Als je de migratie door de tijd heen kwantificeert, kun je vaststellen hoeveel zand er door de rivier gaat.” In een volgend onderzoeksproject hoopt Van Dijk de interactie tussen sedimentatie en erosie van de zandige bodemstructuren in relatie tot de opslag van sediment in de bodem zelf nog scherper in beeld te krijgen. “Hiervoor kijken we naar de interne structuren in de duinen!”

Het artikel is gepubliceerd op Nature Geoscience (met dank aan Springer Nature SharedIt Initiative).