Met wiskunde beter begrijpen waarom de Eems dichtslibt

Hoe komt het toch dat de rivier de Eems en de Groningse zeearm de Dollard zo troebel zijn dat er bijna geen leven meer is? Wiskundige Henk Schuttelaars (TU Delft) werkt aan nieuwe modellen om de raadselachtige rivier beter te begrijpen en oplossingen te bedenken.

Om de raadselachtige rivier beter te begrijpen en oplossingen te bedenken, werk ik aan nieuwe wiskundige modellen.

In het Noorden van Nederland en Duitsland liggen de Eems en de Dollard. Wie daar in het water kijkt, ziet vrijwel niets. Het lijkt welhaast vloeibare modder. Hoe komt dat?

“Het wordt veroorzaakt door het slib, een modderig goedje dat bestaat uit kleideeltjes en dode organismen. Het neemt de laatste decennia toe. Delen van de rivier zijn net vloeibare modder. Daardoor groeien algen slecht, die aan het begin van de voedselketen staan. Garnalen en schelpdieren eten ze normaal, die op hun beurt weer voedsel zijn voor vogels. Daardoor gaat het gebied ecologisch flink achteruit en is er vrijwel geen leven onder water.”

Hoe kwam al dat slib daar terecht?

“Dat zijn wij aan het onderzoeken. We weten het namelijk nog niet precies. Er is wel het een en ander veranderd de afgelopen decennia. Zo is de Eems flink uitgediept, door baggerwerkzaamheden. Onder meer vanwege de steeds groter wordende cruiseschepen die bij een werf in het Duitse Papenburg worden gebouwd. Daarnaast speelt de inpoldering van de Dollard waarschijnlijk een rol. Daardoor werd de zee-arm kleiner. We willen ook beter weten waar het slib vandaan komt en heen gaat. Als we oplossingen willen bedenken om de hoeveelheid slib te beperken, zodat het water weer helder wordt, dan is het eerst nodig dat we begrijpen welke processen er allemaal een rol spelen. Anders heeft het geen nut om iets te veranderen, voor hetzelfde geldt vererger je het.”

Foto: Herman Verheij

Hoe onderzoekt u dat?

“We kijken naar verschillende factoren, die van invloed zijn op het transport van slib. Zoals de verdeling van het sediment over de waterkolom: van het wateroppervlak tot aan de bodem. We willen ook nagaan waar het slib in het water terechtkomt. Ook checken we wat er gebeurt bij hypertroebelheid. Dat vindt plaats als er veel sediment op een plek in het water zit. Dit beïnvloedt de waterbeweging, die verandert en hierdoor raakt het slib weer anders verdeeld. Kortom, we kijken naar ontzettend veel dingen tegelijkertijd.”

U ontwikkelt een model voor de Dollard en de Eems om beter inzicht te krijgen wat allemaal een rol speelt. Wat voor model is dit precies?

“Er bestaan al grote numerieke modellen, die onder meer door Rijkswaterstaat en Deltares worden gebruikt. Maar die modellen zijn niet ontwikkeld om precies te begrijpen wat er aan de hand is rond de Eems. Als wiskundigen maken wij een ander model, dat de numerieke modellen als het ware aanvult. Wij kijken daarvoor onder meer naar het verleden. In 1965 was het water niet hypertroebel. Toen ging het ecologisch goed. Wij zijn nieuwsgierig wat er sindsdien is gebeurd. Als we weten wat de troebelheid precies heeft veroorzaakt, kunnen we ook beter het effect van toekomstige ingrepen voorspellen.”

In het verleden was het water, onder andere, niet hypertroebel. Als we precies weten wat de oorzaak hiervan is, kunnen we het effect van toekomstige interventies beter voorspellen.

Hoe weet u wat er in 1965 speelde?

“Dat was nog niet zo eenvoudig. Het was niet bekend of er nog gegevens waren. Dus zijn we op de bonnefooi naar de Duitse stad Emden gereden. Daar belandden we in een archief bovenop zolder met kasten vol met stapels papier. Het was een winterse dag. Op de zolder was geen verwarming; het was koud en tochtig. We bladerden de papieren door in de hoop iets bruikbaars te vinden. Dat lukte. We vonden de waterbeweging van 1965. Met de hand waren de cijfers op een groot stuk papier geschreven. Ook vonden we bodemkaarten, waarbij de dieptes werden aangegeven, en bodemprofielen van meerdere jaren. We waren zo blij met deze informatie, want daarmee konden we reconstrueren hoe de situatie in 1965 was. We ontdekten dat in jaren daarna, met name vanaf de jaren tachtig, de rivier steeds dieper werd en er minder wrijving onder water kwam. Doordat er meer slib is, wordt de bodem modderachtiger en ook gladder. Hierdoor ontstaat minder turbulentie en een andere waterbeweging. Dat zie je ook aan de waterstanden. In 1965 was de waterstand aan de zeekant hoger dan landinwaarts. Nu is het andersom.”

Hoe verbeterden deze vondsten jullie model?

“We weten nu beter welke processen een rol hebben gespeeld. In ons model kunnen we aangeven wat er tussen 1965, dat we als een nulmeting zien, en nu is veranderd. We krijgen dan ook inzicht wat de rol is geweest van turbulentie en wrijving onder water. Door de verdieping kwam er meer sediment in het systeem, waardoor de wrijving en turbulentie afnam en weer tot gevolg had dat er nog meer sedimentimport kwam. Zo ontstonden extreem hoge sedumentconcentraties. Maar er zijn ook aspecten die we nog niet weten. Zoals wat de invloed van het sediment is op de menging in de waterkolom, van het wateroppervlak tot aan de bodem, en hoe dit verandert door eb en vloed.”

Begin september was er een grote meetcampagne geweest met maar liefst acht schepen over de Eems. Hoe belangrijk was dit?

“Met deze meetcampagne werd onder meer nagegaan wat de invloed van het getij is op de transport van slib. Daar wordt ons model straks weer beter van. Het is een wisselwerking. Wij geven voor de meetcampagne aan welke informatie we nog graag willen hebben. Vervolgens meet je dat en verbeter je het model met de resultaten. Daarom is tijdens de metingen in september ook specifiek gekeken naar wat er gebeurt met het slib in de rivier bij eb en vloed.”

“Maar er is tijdens deze meetcampagne nog veel meer onderzocht natuurlijk. Met speciale schepen gingen we de watersnelheden, slib- en zoutconcentratie en turbulentie na. Vier schepen lagen vast op een plek. Drie anderen gingen dwars op de stroomrichting heen en weer over het water. Een boot startte in Papenburg in Duitsland en voer stroomafwaarts het Eems-estuarium af tot aan de Dollard. Op die manier hebben we informatie over bepaalde plekken, maar ook over mogelijke verschillen in het water over een grote afstand.”

Bij dit onderzoek zijn veel partijen betrokken, voornamelijk uit Nederland en Duitsland. Het wordt gecoördineerd door Rijkswaterstaat en Royal Haskoning, maar ook de TU Delft, universiteiten van Oldenburg, Maine en Warnemunde en veel lokale overheden zijn erbij betrokken. Hoe is het om met zoveel partijen samen te werken?

“Al deze partners zijn nodig, anders kan je geen totaalbeeld krijgen van het estuarium. Dit is een enorm project over een groot gebied dat door landsgrenzen gaat en we meten ontzettend veel. Dat is heel duur en alleen mogelijk als je het samen doet. We gebruiken bijvoorbeeld boten van partners en zeer specialistische meetapparatuur. We komen een keer per jaar samen en dan bespreken we de voortgang van het project en zijn er workshops. Ik ken vrijwel iedereen en de samenwerking gaat goed. Voor ons is het nu wachten op de verwerking van de data bij de laatste meetcampagne. De resultaten worden begin 2019 verwacht. Die gegevens gebruiken wij dan weer in ons model en natuurlijk om publicaties van te maken. Ook vergelijkbare gebieden als de Schelde of gebieden in Azië waar veel gebaggerd wordt, kunnen baat hebben bij onze bevindingen. Het is ook in ieders belang om samen te werken, omdat je dan minder kosten hebt, minder overlast, de rivier veiliger wordt en we allemaal meer kennis opbouwen.”

We kijken naar ontzettend veel dingen tegelijkertijd.

Tijdens de meetcampagne was je mee aan boord. Hoe was dat?

“Ik heb drie dagen mee gevaren en was er ook bij tijdens de meting die een duur had van 13 uur. We deden onder meer een meting naar de slibconcentratie. Daarvoor haalde ik iedere twintig minuten een fles met water naar boven. Ik kreeg nog meer respect voor de mensen die deze metingen normaal gesproken doen. Het is hard werken aan boord. Ik zou het liefste die gegevens over een periode van drie maanden weten. Dat bedenk ik dan achter mijn bureau, omdat ik die gegevens graag wil. Maar je kan bijna niet van mensen vragen dat ze zo lang aan een project werken.”

“Ook het praten met de kapitein vond ik interessant. Aan boord zag ik dat bepaalde delen van de rivier doorstroomden en andere stukken niet. De kapitein legde uit dat dit vaker gebeurt en bijvoorbeeld wordt veroorzaakt door een riviertje dat aftakt. Dat vond ik een verrassende andere blik. Wij rekenen de hele tijd aan de Eems, zoeken vooral patronen en zien het dan als een geheel. Door zelf mee te varen tijdens de meetcampagne deed ik nieuwe inzichten op en zag ik de rivier op een andere manier.”

Tekst: Robert Visscher | Fotografie: Mark Prins, Herman Verheij