1

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Sediment onderzoek WL

Sediment en erosieBronnen van sediment

Jan de Schutter

2

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

“sediment”

= Alle bodemdeeltjes die door erosie getransporteerd w(e)orden en ergens afgezet w(e)orden!

Speciaal geval: authigeen

sediment, wat lokaal is ontstaan (anorganisch, organisch …)

Bronnen van “sediment”

3

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

4

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

“sediment”, is er een probleem??

⇒Sedimentatie dus baggeren (kost)

⇒Erosie: gevaar voor constructies (kost)

⇒Sedimentatie en erosie in overstromingsgebieden (GGG/GOG)

⇒Sediment bepaalt mee de “kwaliteit” van water (chemisch & biologisch, MORFOLOGIE): E-KRW!

⇒Nautische bodem, varen in sliblagen

⇒Specifieke problemen Scheldebekken: zand en slib, turbiditeitsmaxima in getijdengebieden,Antwerpen Haven (Deurganckdok, toegang sluizen),

⇒Efficiënt en effectief baggeren en storten (effecten)

5

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

1. MECHANISCHE EROSIE van bodem, rivierbedding en oevers …

2. AFSPOELING van verharde oppervlakten (wegen, daken, …)

3. LOZINGEN huishoudens, bedrijven, riool(overstorten)

4. CHEMISCHE EROSIE van de ondergrond

AUTHIGENE OORSPRONG o.m. vorming colloïden vlokken,

(algen, planten (OS), …)

6

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”MECHANISCHE EROSIE van de bodem

7

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”AFSPOELING van verharde oppervlakten (wegen, daken, …)

RegenVerontreiniging N-Z-Holland La Cabine Lelystad Breda

DAB ZOAB DAB DAB DAB DABZwevend stof mg/l 187 17 49 90 150

(153 - 354) (2 - 70) (5 - 300) (105 - 270)NOx-N mg/l 0,5 / 0,9 1 / 2 13 0,9

(1 - 26)Kj-N mg/l 1 / 2 1 / 2 2,7CZV mg/l 143 / 149 16 / 18 78BZV mg/l 6 1 5 8,7

(4,1 - 16)Cd μg/l 1 0,1 0,7 < 0,4 1,6 0,2

(1 - 5) (0,1 - 1) (0,1 - 6,5) (< 0,4 - 0,52) 10 0,5Cr μg/l 5 1 12 3,5

(3 - 26) (0,4 - 3) (1 - 47) (< 2 - 14,8)Cu μg/l 121 40 37 82 49,2 2,0

(11 - 163) (14 - 107) (2 - 160) (22,8 - 140)Ni μg/l 5 1 5 < 10 0,6

(4 - 15) (1 - 9) (1 - 21) (< 10 - < 10)Pb μg/l 93 7 18 29 342,5 * 10 4,6

(51 - 195) (2 - 34) (5 - 110) (< 10 - 100) 5 - 110)Zn μg/l 452 47 152 181 247,5 135 15

(225 - 530) (18 - 133) (22 - 700) (111 - 313) (52 - 900)Olie mg/l 4 < 0,1 0,5 1,0 4,1 0,58 < 0,1

(3 - 8) (< 0,1 - 0,2) (0,025 - 2,7) (0,55 - 1,2) (0,10 - 0,86)PAK(VROM) μg/l 3,7 / 4,3 < 0,2 / 0,2 0,9 0,8 2,5 0,4

(0,0 - 5,3) (0,43 - 1) (1,3 - 14)* Gemeten in 1980 toen nog loodhoudende benzine werd gebruikt.

GemeentewegProvinciale autowegAutosnelweg

Kwaliteit van afstromend wegwater bij rijkswegen en provinciale en gemeentelijke wegen

8

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”CHEMISCHE EROSIE van de ondergrond

9

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”CHEMISCHE EROSIE van de ondergrond

10

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”CHEMISCHE EROSIE van de ondergrond

11

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”AUTHIGEEN “SEDIMENT” diatomeeën in scheldeslib (t.h.v. Hamme)

12

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”AUTHIGEEN “SEDIMENT” diatomeeën in scheldeslib (t.h.v. Hamme)

13

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

14

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

lozingen: jaar 2000(ton/jaar) % (ton/jaar) % (ton/jaar) % (ton/jaar) % (ton/jaar) %

Netebekken 7316,0 2.130 29 4.440 61 746 10Maasbekken 13.002 11.000 85 1.757 14 245 2

Dijle- Zennebekken 35.618,8 24.463 69 10.255 29 293 1 607,75 2

Gentse Kanalen 6.400 1.380 22 3.700 58Boven Schelde 35.846 30.240 84 5.206 15 400 1Ijzerbekken 10.109 7.260 72 2.363 23 252 2 97 1 137 1Demerbekken-scen1 37.000 30.906 84 3.593 10 1.163 3 338 1 1.000 3Demerbekken-scen2 118.470 112.376 95 3.593 3 1.163 1 338 0 1.000 1Leie 19.188 10.714 56 6.425 33 530 3 775 4 744 4Dender 34.638 31.273 90 2.790 8 383 1 112 0 80 0Beneden Schelde 44.290 33.000 75 9.552 22 ? 1738 4 ?Brugse Polders 22.482 17.000 76 3.437 15 1882 8 163 1 0totaal Vlaanderen 265.890totaal Scheldebekken 219.629 164.106 75 45.961 21 2.621 1 5.116 2 1.824 1

Bronnen sediment in Vlaanderen (gegevens uit Omgevingsanalyses Bekkenbeleidsplannen AMINAL afd. Water/ VMM)sedimentbronnen

opmerking: ongeveer 1/3 van de hoeveelheid sediment afkomstig van huishoudens en industrie komt via waterzuivering

opmerking: met het aandeel van het Brussels hoofdstedelijk Gewest wordt geen rekening gehouden voor de berekening van sedimentaanvoer

niet gekendniet gekend

totale export (ton/jaar) bodemerosie huishoudens waterzuivering bedrijven overstorten

niet gekend

niet gekendniet gekend

niet gekend

niet gekendniet gekend

1335 ton/jaar = 21%

OVERZICHTSTABEL SEDIMENTBRONNEN cf. BEKKENRAPPORTEN

Enerzijds berekende waarden voor erosie (Soil Loss Equation), anderzijds meetwaarden voor lozingen (VMM)

15

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”OVERZICHTSTABEL SEDIMENTBRONNEN cf. MONITORING WL

Overzichtstabel fluviatiele sedimentfluxen berekend met gegevens sedimentmeetnet WL 1999 - 2005 (ton/j)Leie Dender Dijle Demer Zenne Grote Nete Kleine Nete

Jaar (Menen) (Overboelare) (Haacht) (Aarschot) (Eppegem) (Itegem) (Grobbendonk) Totale vracht %1999 108.258 32.177 350.116 78.838 69.250 12.036 15.418 666.093 672000 108.041 17.019 253.967 48.656 81.474 13.879 12.133 535.169 542001 187.061 37.840 420.519 87.237 67.415 18.309 18.983 837.364 852002 138.786 81.445 522.182 137.943 68.222 19.801 20.205 988.584 1002003 80.710 30.622 282.603 94.479 47.197 12.422 7.930 555.963 562004 36.145 11.322 189.661 35.460 50.606 9.721 7.984 340.899 342005 50.796 8.841 141.659 28.602 46.830 7.215 6.214 290.157 29

G e s u s p e n d e e r d e s e d i m e n t v r a c h t e n b e r e k e n d u i t g e g e v e n s W a t e r b o u w k u n d i g L a b o r a t o r i u m ( 1 9 9 9 - 2 0 0 5 )

0

1 0 0 . 0 0 0

2 0 0 . 0 0 0

3 0 0 . 0 0 0

4 0 0 . 0 0 0

5 0 0 . 0 0 0

6 0 0 . 0 0 0

1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5

j a a r

gesu

spen

deer

de s

edim

entv

rach

t (to

n/j)

( M e n e n )( O v e r b o e l a r e )( H a a c h t )( A a r s c h o t )( E p p e g e m )( I t e g e m )( G r o b b e n d o n k )

Afgeleid uit meetwaarden

16

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

Conclusie:

• Grote discrepantie tussen berekende waarden en gemeten waarden

•Sedimentconcentraties komen voort uit verschillende bronnen, met eigen karakteristieken en dynamiek.

Complexiteit: monitoren móet!

17

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

Sedimenttransport, ja maar:

• Wat is de sedimentbalans (erosie/sedimentatie)? Verblijftijd?

• Wat met bodemtransport??

• … en uiteindelijk de MORFOLOGIE van de rivier??

!

18

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Morfologische evolutie Westerschelde (1636 -

1800)

Natuurlijke sedimentatie, landwinning en baggeren

19

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Morfologische evolutie slikken & schorren Schelde

4.00

4.20

4.40

4.60

4.80

5.00

5.20

5.40

5.60

5.80

6.00

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

year

Mar

sh s

urfa

ce e

leva

tion

/ mea

n hi

gh w

ater

leve

l (m

TAW

)

20

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”ONDERZOEKSVRAGEN …

⇒Hoeveel komt er binnen in het getijdengebied: via bovenlopen (fluviatiel) en vanuit zee(marien)?

⇒Wat komt er binnen (samenstelling, afkomst en kwaliteit)

⇒Wat gebeurt er met het sediment in het getijdengebied?(flocculatie, sedimentatie, transportpaden zand/slib,…)

⇒Hoe meten we dit best? (economisch verantwoord,wetenschappelijk correct)

⇒Welke parameters zijn nodig om tot modelleren tekunnen komen ..?

⇒Als we het uiteindelijk begrijpen: hoe lossen we deproblemen of beleidsvragen dan op?

21

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”BELEIDSVRAGEN worden onderzoeksvragen…

⇒Hoeveel sediment komt er binnen in Vlaanderen: via bovenlopen (buitenland, Wallonië) en vanuit zee(marien)?

⇒Wat komt er binnen (kwaliteit)?⇒Welke bronnen van sediment (slib) zijn belangrijk?

⇒Wanneer moet er gebaggerd/ geruimd worden? Afvoer! Nautische bodem! (SUP bagger- & ruimingspecie)?

⇒Hoe pakken we dit best aan? (economisch verantwoord,wetenschappelijk correct)

⇒Kunnen we ontwikkelingen voorspellen? Modelleren? Welke parameters zijn nodig om tot modelleren te

kunnen komen ..?

Als we het uiteindelijk begrijpen: hoe lossen we deproblemen of beleidsvragen dan op?

22

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”ONDERZOEKSVRAGEN worden beleidsvragen…

⇒ Momenteel ligt de klemtoon op MONITORING!

⇒ Snelle indicatoren sedimenttransport door vereenvoudigde monstername enconcentratiebepaling op vaste stations en vanop meetschepen

⇒ Dertien uur metingen in getijdengebied (snelheden en afgeleidesedimenttransporten) (backscatter ADCP – multiparametersonde Aanderaa)

⇒ Cyclische morfologische monitoring (hydrografische technieken) in hetgetijdengebied (multibeam)

⇒Totaalstations in het opwaartse gedeelte van het Scheldebekken meten continu

Fundamenteel- en toegepast onderzoek naar oorsprong sediment en flocculatie (case Nete)

Opwaarts: fingerprinting: wat komt van waar en in welke omstandigheden (case Demer)

23

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”Monitoring: morfologie, zand- en slibtransport …

24

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

Bepalen van de nautische bodem voor optimalisatie baggerwerken via densiteit “Mud”

25

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”FLUVIATIEL MEETNET: suspensietransport bovenlopen Schelde

Start metingen: 1993 - 2000

26

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

– Multiparametermetingen• Turbiditeit, conductiviteit, pH,

redoxpotentiaal en temperatuur • elke 15 minuten• Omzetting van NTU naar mg/l• Uitmiddelen naar uurlijkse en

dagelijkse waarden• Van puntwaarde naar waarde

voor de natte doorsnede

– 7 uurlijkse staalname• Concentratie bepaald door

filtratie

– Debiet meting

FLUVIATIEL MEETNET: suspensietransport bovenlopen Schelde

27

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

Berekening van de sedimentlading (uit ISO, 1977)

onderste grens van de bemonsteringszonea) snelheidsprofiel b) verdeling van de sedimentconcentraties c) verdeling van het sedimenttransport

FLUVIATIEL MEETNET: suspensietransport bovenlopen Schelde

28

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

Concentratie in functie van debietGrobbendonk, Kleine Nete (data 1999-2006)

y = 4,3999x - 1,1221R2 = 0,5286

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Q (m³/s)

Con

c (m

g/

FLUVIATIEL MEETNET: suspensietransport bovenlopen Schelde

29

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”FLUVIATIEL MEETNET: suspensietransport bovenlopen Schelde

DEMER Aarschot: sedimentfluxen 1999 - 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1/01

/199

9

10/0

4/19

99

18/0

7/19

99

25/1

0/19

99

1/02

/200

0

10/0

5/20

00

17/0

8/20

00

24/1

1/20

00

3/03

/200

1

10/0

6/20

01

17/0

9/20

01

25/1

2/20

01

3/04

/200

2

11/0

7/20

02

18/1

0/20

02

25/0

1/20

03

4/05

/200

3

11/0

8/20

03

18/1

1/20

03

25/0

2/20

04

3/06

/200

4

10/0

9/20

04

18/1

2/20

04

27/0

3/20

05

4/07

/200

5

11/1

0/20

05

tijdstip

gem

idde

lde

daga

fvoe

r (m

3/s)

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

10.000.000

12.000.000

sedi

men

tflux

(kg/

dag)

Q (m3/s) gem. dagdebietsedimentflux (kg/dag)

30

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”BESLUIT

1. SEDIMENT, bagger & ruimingsspecie hebben enorme impact op beheer waterwegen: kwantitatief maar ook kwalitatief (GEK/GEP)

2. Nog onvoldoende bekend en begroot: sedimentbalans!

3. Veel onderzoek nodig om tot (morfologische)modellering te komen!

4. SUP BRS: planmatige aanpak “historische achterstand”

5. Decreet IWB: waterbodemnormering!

1. Wat met suspensietransport (concentratie SS & kwaliteit)?

31

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

32

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

33

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

34

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

35

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”

36

WL – Introductiecursus Integraal Waterbeheer – 29 & 30 november 2007

Bronnen van “sediment”