Verzilting van rivierwater ontstaat door een combinatie van factoren, zegt Julie Pietrzak, professor of Physical Oceanography. “Een belangrijke oorzaak is het uitdiepen van waterwegen en het vergroten van de sluizen voor containerschepen, zoals in de havens van Rotterdam en IJmuiden. Ook het openen van Haringvlietsluizen voor vismigratie en de zeespiegelstijging zorgen voor toenemende indringing van zeewater. Met name tijdens droge zomers, als de afvoer van rivierwater laag is, zorgt dat voor problemen, zoals in 2003, 2011 en in de afgelopen jaren. De combinatie met een sterke storm kan het zeewater nog eens extra de rivier opduwen.”

Problemen drinkwater en landbouw

Doordat het zwaardere zoute water onder het zoete rivierwater landinwaarts trekt, komt het zoutgehalte van de Rijn op verschillende plekken boven de zoetwatergrens van 150 milligram per liter. Dat heeft onder andere gevolgen voor de waterinname voor de productie van drinkwater, zegt Pietrzak. “Drinkwaterbedrijf Evides heeft al een paar keer hun water innamepunten goed moeten monitoren, omdat het water bij het innamepunt net niet te zout was. Ook de landbouw heeft last van verzilting. Het water dat boerenbedrijven normaliter onttrekken om hun gewassen water te kunnen geven, wordt steeds zouter.

Cappuccino en rivierdelta

De toenemende verzilting was voor de TU Delft en vele andere partners aanleiding om drie jaar geleden de koppen bij elkaar te steken. Dat leidde uiteindelijk tot SALTISolutions, een zesjarig programma dat in 2020 van start ging en waar Pietrzak leiding aan geeft. “Als onderzoeker heb ik veel onderzoek gedaan naar stromingsdynamieken en de wisselwerking tussen zoet en zout water in estuaria (riviermondingen, red.) en kustgebieden. Ik ben enorm gefascineerd door alle bewegingen en interacties die onder water plaatsvinden. Of het nou in m’n kopje cappuccino is of in een rivierdelta.”

Unieke samenwerking

SALTISolutions bestaat uit negen projecten met een eigen focus. Gezamenlijk dragen ze bij aan de virtuele delta. Pietrzak: “In Delft hebben we bijvoorbeeld veel expertise op het gebied van modellering en building with nature, Eindhoven heeft veel kennis van het vermengen van zout en zoet water in turbulentie en Universiteit Twente gaat aan de slag met een Delta Management Game. Ook de universiteit Wageningen en het NIOZ dragen vanuit hun eigen kennisgebieden bij aan de virtuele delta. Het is echt uniek dat zoveel verschillende partijen met zoveel uiteenlopende kennis samenwerken. In SALTISolutions kunnen we echt het brede plaatje samenbrengen, van onderzoek naar fundamentele fysieke processen tot beleid met effectieve maatregelen om verzilting tegen te gaan.”

Meer begrip onderliggende processen

Een belangrijk doel van SALTISolutions is het nauwkeuriger voorspellen van verzilting over middellange en lange termijn, zegt Pietrzak. “Het zoutgehalte in de Nederlandse rivieren wordt nu dagelijks met chloridemeters gemonitord door Rijkswaterstaat en drinkwaterbedrijven. Die metingen geven een goed beeld van verzilting binnen een aantal dagen. Maar door veel onzekerheden, zoals klimaatverandering, kunnen we moeilijk voorspellen hoe verzilting zich over een langere tijdschaal ontwikkelt. Daarvoor moeten we fysische en dynamische processen van verzilting in estuaria beter begrijpen. We weten bijvoorbeeld dat wanneer zoet en zout water vermengen door interne golven (veroorzaakt door zandgolven op de bodem) dit de verspreiding van zout water tegengaat, maar we weten nog niet precies hoe en in welke mate dit het geval is.”

Digital twin

Voor het maken van nauwkeurige voorspellingen, gaan de onderzoekers een digital twin ontwikkelen van de Rijn-Maasmonding. Pietrzak: “Deze digital twin is een virtuele kopie van het echte systeem rond het estuarium, een soort virtuele delta. Er zijn al wel 1D-modellen die bijvoorbeeld de toe- en afname van verzilting over een bepaalde tijd laten zien, maar om goede voorspellingen over langere periodes te doen hebben we een breder perspectief nodig. Met sensoren in een rond het estuarium van de Rijn-Maasmonding, de havengebieden van Rotterdam en de sluizen rond IJmuiden proberen we een nauwkeurig beeld te krijgen van hoe zout water zich landinwaarts beweegt. Naast onze eigen metingen gebruiken we ook radarbeelden, klimaatmodellen en satellietdata over bijvoorbeeld de temperatuur van het zeewater aan het oppervlak.”

Spelen met het systeem

Met een digital twin kunnen de onderzoekers kijken welke ingrepen leiden tot minder verzilting, zegt Pietrzak. “Door informatie toe te voegen en aanpassingen te doen aan de virtuele delta, spelen we als het ware met het systeem. Wat gebeurt er als we een extra aftakking in de rivier maken? En wat als we een sluis verplaatsen of voor de kust een eiland leggen? Zo’n digital twin kan voor elke delta worden ontwikkeld. Verzilting is namelijk een wereldwijd een probleem, van de delta van de Mississippi tot die van de Mekong in Vietnam. Door data over de lokale omstandigheden in te voeren, kun je per delta voorspellingen doen en maatregelen nemen.” 

Nature based solutions

Hoewel SALTISolutions nog in de kinderschoenen staat, wil Pietrzak wel alvast vooruitlopen op mogelijke maatregelen aan de Nederlandse kust. “We zoeken vooral naar nature based solutions, oplossingen waarbij de natuur leidend is. Soms met een beetje menselijke hulp, bijvoorbeeld door sedimentatie zo neer te leggen dat het verziltingsproces wordt vertraagd. Een systeem dat zichzelf op natuurlijke wijze in stand houdt, is essentieel voor een gezonde delta. Tegelijkertijd moeten we ook oog houden voor de economische belangen van een havengebied en het beschermen van de kust voor de veiligheid van Nederland. Dat kan alleen door deze uitdaging integraal aan te pakken.”