Thema’s

Alle thema’s waarin WaLTER adviseert.

overzicht

Tools

Alle tools die WaLTER heeft ontwikkeld.

overzicht

Publicaties

Alle publicaties die door WaLTER zijn uitgebracht.

overzicht

Over WaLTER

Alle informatie over het project en de partners.

overzicht
Achtergrond Informatiebehoefte Huidige monitoring Walter analyse Walter advies Referenties Bijlagen
 

Walter advies

Onderdeel van Klimaat & Veiligheid

 
 

Sedimentsamenstelling

Er bestaat geen basismonitoring van de ruimtelijke verdeling van sedimentsamenstelling in de Waddenzee. Wel wordt op 17 vaste meetpunten voor de chemie ook de korrelgrootteverdeling bepaald (Bogaart-Scholte et al. 2014). Actuele ruimtelijke informatie over de sedimentsamenstelling is van belang voor zowel Klimaat en Veiligheid als andere themadossiers. Derhalve wordt hier een voorstel gedaan voor het opnemen van sedimentsamenstelling in de basismonitoring.

De vraagstelling vanuit themadossier Klimaat & Veiligheid is het vlakdekkend bepalen van de sedimentsamenstelling/korrelgrootteverdeling van de gehele Waddenzee en buitendelta’s. Het gaat daarbij om het gehele gebied tussen GHW* en de bodem van de geulen, dat wil zeggen litoraal en sublitoraal. De gegevens zijn nodig voor het bepalen van de sedimentbalans en als input voor modellen. Het betreft zowel morfologische modellen als modellen voor het bepalen van de hydraulische randvoorwaarden, en zowel om operationele monitoring als onderzoek (de Groot et al. 2014b, Oost et al. 2014). Ook kan het fungeren als indicator voor veranderingen in de dynamiek in het systeem. Het ruimtelijke beeld is belangrijker dan een verticaal bodemprofiel: voor waterbewegingsmodellen is de korrelgrootte aan het oppervlakte van belang om de hydraulische ruwheid te bepalen. Voor het bepalen van de sedimentbalans zijn ook kalkgehalte en organische stofgehalte van belang. Deze zijn over het algemeen (veel) lager dan het gehalte aan minerale bestanddelen en zijn daarmee niet prioritair. Met name het kalkgehalte kan wel informatie geven over het meegroeivermogen van de Waddenzee (de Groot et al. 2014a).

De sedimentsamenstelling van de kwelders (boven GHW) is minder noodzakelijk voor deze vraagstellingen, maar zou voor de sedimentbalans wel extra informatie opleveren.

Gebiedsdekkende metingen

De meest recente gebiedsdekkende metingen stammen uit de periode 1989-1997 in het kader van de Sedimentatlas Waddenzee (Rijkswaterstaat 1998). Dit leverde onder meer een gebiedsdekkende kaart van het slibgehalte (gewichtspercentage fijn sediment < 63 µm) van de bodem van de Waddenzee. In Zwarts (2004) wordt een overzicht gegeven van oudere metingen van met name de droogvallende delen. De korrelgrootteverdeling op de platen wordt op dit moment in het SIBES-project gemeten, op vrijwel alle platen in de Waddenzee (Compton et al. 2013). Jaarlijks worden bodemmonsters genomen van droogvallende delen, in een grid van 500 m x 500 m. Het sublitorale deel ontbreekt echter, terwijl ook de langdurige voortzetting van SIBES niet gegarandeerd is.

Om aan de vragen vanuit het themadossier Klimaat & Veiligheid te kunnen beantwoorden, is een regelmatig terugkerende monitoring van zowel litorale als sublitorale delen nodig. De monitoring binnen het SIBES project vormt hiervoor een goed startpunt. Het kan worden uitgebreid naar het sublitoraal onder gebruikmaking van hetzelfde grid van 500 m x 500 m. Dit betekent ongeveer 6000 extra monsters. Voor de beschreven doelen kan de frequentie echter omlaag naar bijvoorbeeld eens per zes jaar (gelijklopend met lodingen) of tienjaarlijks. Al kunnen trends in temporele veranderingen met jaarlijkse bepalingen worden gedetecteerd die met een minder hoge frequentie onopgemerkt blijven.

Parameters

  • Korrelgrootteverdeling
    · Percentage sediment in verschillende fracties
    · Slibgehalte (percentage < 63 μm van totaalmonster (Spronk et al. 2012)
    · D50 (mediane korrelgrootte) van de zandfractie (traditioneel) of totaalmonster (meer recent gebruikelijk)
  • Kalkgehalte
  • Organische stofgehalte

Daarvan is korrelgrootteverdeling de belangrijkste. Hiervan kunnen namelijk D50 en slibgehalte worden afgeleid, evenals andere maten voor bijvoorbeeld sortering zoals standaarddeviatie en D90 – D10. Huidige analysemethoden van sedimentmonsters met laserdiffractie resulteren in vele korrelgrootteklassen, waaruit de gewenste indicatoren eenvoudig te berekenen zijn. Overigens wordt binnen het monitoringprogramma van de Schelde, MONEOS, aanbevolen om de modus in plaats van de D50 te gebruiken (Spronk et al. 2012). Voor het bepalen van sedimentbalans is ook de bulkdichtheid van het sediment van belang. Daarvoor worden echter meestal standaardwaarden voor slib en zand aangehouden.

Meetopties

Er zijn verscheidene opties voor het meten van sedimentsamenstelling: bodemmonsters, gammaspectroscopie (natuurlijke gammastraling sediment) en remote sensing (satelliet- of luchtfoto’s). Onderstaand een uiteenzetting op welke manier deze inzetbaar zijn en welke uitkomsten, voor- en nadelen ze hebben.

Het nemen van monsters is de traditionele manier van het bepalen van de sedimentsamenstelling. Voor de huidig toepassing worden monsters genomen als mengmonster van de bovenste 5 cm van het sediment (in lijn met Bogaart-Scholte et al. 2014). Wanneer zich een duidelijke gelaagdheid aftekent in het monster, worden deelmonsters genomen van de bovenste 5 cm. Op droogvallende platen worden de monsters met een steekbuis genomen. In het sublitoraal gebeurt dit vanaf een schip met een boxcore (in het alternatief, waarbij monsters genomen met een Van Veen happer, is het niet meer mogelijk een deelmonster van de bovenste 5 cm te nemen omdat het sediment in de happer wordt gemengd). Het is mogelijk monsters op verschillende dieptes te nemen, maar dat is voor dit themadossier niet noodzakelijk (wel voor themadossiers zoals Garnalenvisserij). De monsterlocaties moeten worden vastgelegd met GPS.

Wanneer ook het organisch stofgehalte bepaald gaat worden in het sediment, moeten de monsters koel worden bewaard en in het laboratorium opgeslagen bij minimaal -18 °C. Bepaling van koolstof via de veel gebruikte methode van gloeiverlies aan zoute monsters is niet betrouwbaar; het moet via elementair analyse gebeuren (Spronk et al. 2012).

Traditionele monstername
Er bestaan verschillende analysemethoden voor sedimentmonsters, die allemaal net wat andere resultaten opleveren (Zwarts 2004, Spronk et al. 2012). Vanwege de efficiëntie, en omdat het de beste karakterisering van sediment ter plaatse geeft, gaat de voorkeur tegenwoordig uit naar laserdiffractie. Deze wordt verkozen boven de traditionele zeef- en sedimentatiemethode, al is deze laatste stabieler (Spronk et al. 2012). Tussen de uitkomsten van de afzonderlijke apparaten voor laserdiffractie kunnen verschillen bestaan, die met gelijke meetprotocollen en het gebruik van ijklijnen geminimaliseerd worden (Zwarts 2004, Spronk et al. 2012). Het is dus belangrijk een meetreeks zo veel mogelijk volgens hetzelfde protocol uit te voeren, omdat anders schijnbare verschillen in uitkomsten kunnen optreden. Daarvoor wordt verwezen naar de protocollen van SIBES (Compton et al. 2013) en MONEOS (Spronk et al. 2012).

Spronk et al. (2012) formuleren het als volgt: ‘Een nadeel van meten aan totaalsedimenten is dat in situ deeltjes erg gevoelig zijn voor veranderingen. Het nemen van een monster (onttrekken aan de natuurlijke situatie), bewaren (uitzakken, drogen, vriezen, oxidatie van organisch materiaal enz.) en uitvoeren van de analyse zelf (homogeniseren, pompen, roeren e.d.) kunnen invloed hebben op de deeltjesgrootteverdeling’. Dit heeft consequenties voor de interpretatie van de resultaten, wat in meer detail is uitgewerkt in Zwarts (2004) en Spronk et al. (2012). Om de bruikbaarheid van historische gegevens te waarborgen, moet voor het nemen en analyseren van monsters zo veel mogelijk aansluiten bij historische en huidige metingen (Zwarts 2004, SIBES), omdat veranderingen in methode tot schijnbare veranderingen kunnen leiden.

Binnen een ringonderzoek van MONEOS is dit onlangs nogmaals uitgezocht. De eerdere generaties laserdiffractieapparatuur waren beperkt in mogelijkheden en leverden niet altijd dezelfde resultaten als de huidige generatie. De monsters die met deze apparatuur zijn gemeten, kunnen ook met dit soort klassieke bodemgegevens worden herberekend (Spronk et al. 2012). De klassieke bodemgegevens betreffen een combinatie van zeven (zandfractie) en sedimentatie (fijne fractie). Daarnaast geldt dat de bepaling van de deeltjesgrootte in het totale monster (niet chemisch behandeld) minder stabiel is dan bij klassieke methoden. Het gebruik van interne laboratoriumstandaarden en een jaarlijks ringonderzoek kan behulpzaam zijn (Spronk et al. 2012). Het nemen van monsters voor korrelgroottebepaling kan goed worden gecombineerd met metingen voor bijvoorbeeld chemische samenstelling (verontreinigingen) van het sediment en water, en benthos.

Gammaspectroscopie (natuurlijke gammastraling van sediment)
Het meten van de natuurlijke gammastraling van sediment is in potentie bruikbaar om het slibgehalte (zand-slib) van wadplaten en geulen te meten, in een hogere dichtheid en in kortere tijd dan met traditionele sedimentmonsters (Venema & de Meijer 2001, van Wijngaarden et al. 2002, de Groot 2009). Deze methode is uitgewerkt in een factsheet.

Remote sensing (satellietbeelden)
Satellietbeelden kunnen gebruikt worden om sedimentkarakteristieken van drooggevallen platen te meten. Hiervoor worden zowel radarbeelden gebruikt (via de ruwheid van het sediment; van der Wal et al. 2005, van der Wal & Herman 2007) als ‘normale’ multispectrale beelden (Ryu et al. 2004, Sørensen et al. 2006, Choi et al. 2010). Voor de multispectrale beelden zijn wolkeloze opnames nodig tijdens (zeer) laag water, met hoge resolutie. Voor de Nederlandse Waddenzee zijn daarvoor verscheidene satellieten geschikt, elk met verschillende eigenschappen en mogelijkheden (Davaasuren et al. 2012, 2013). Sommige beelden zijn vanaf 1986 beschikbaar, bieden een historische referentie, maar zijn wellicht qua mogelijkheden beperkt. De resultaten bestaan uit een aantal sedimentklassen: meestal enkele zandklassen, gemengd sediment en fijn sediment. Er zijn altijd aanvullende veldmetingen nodig voor kalibratie/validatie.

Aanbevelingen
Omdat de sedimentsamenstelling van de Waddenzee tot nu toe altijd met bodem
monsters is bepaald, heeft het vanwege de continuïteit voorkeur om dit op dezelfde wijze voort te zetten. Ook al is de analysemethode in de loop van de tijd veranderd, dit is altijd nog makkelijker onderling vergelijken dan andere inwinmethoden (zie onderstaande tabel). Daarnaast kunnen monsters samen genomen worden met andere parameters zoals benthos. Omdat monsters arbeids- en kostenintensief zijn, heeft het de voorkeur projectmatige monitoring (bijvoorbeeld in het kader van programma’s zoals Kustgenese II en SIBES) zo veel mogelijk in de reguliere monitoring in te passen. Dat wil zeggen dat monstername en –analyse zo veel mogelijk volgens dezelfde protocollen worden uitgevoerd.

Een alternatief voor volledig op monsters gebaseerde monitoring is om bijvoorbeeld jaarlijks de sedimentsamenstelling van het intergetijdengebied vast te stellen aan de hand van satellietbeelden. Deze zouden elke 6-10 jaar aangevuld moeten worden met monsters van zowel litoraal als sublitoraal. Hierbij blijft het sublitoraal onderbelicht. Of dit kostentechnisch efficiënter is dan monstercampagnes om de paar jaar, moet worden uitgewerkt.

Methode Gebied Korrelgrootte
verdeling
Kalk- en organische
stofgehalte
Voor- en nadelen
Monsters Litoraal en sublitoraal Ja Ja Meer detail per locatie; best vergelijkbaar met historische gegevens; arbeidsintensief
Gamma-spectroscopie Litoraal en sublitoraal beperkt: met name slibgehalte, D50 zand via geluidsmetingen Nee Sneller en daarmee hogere opnamedichtheid dan monsters, pilot nodig; beperkt aantal sedimentklassen
Satellietbeelden optisch (multispectraal) en/of radar Litoraal Beperkt aantal sedimentklassen Nee (voor zover nu bekend) Hoge ruimtelijke resolutie, afhankelijk van beschikbaarheid geschikte beelden; kan in tijd terug worden gegaan; per gebied kalibratie nodig.

Meetgebied

Het gewenste meetgebied loopt in ieder geval van GHW aan de bovenzijde (de grens van het wad) tot aan de bodem van de geulen en de buitenzijde van de buitendelta’s. Het is aan te bevelen om ook de platen boven GHW mee te nemen (Richel, Engelsmanplaat etc.), omdat deze deel uitmaken van het sedimentdelend systeem en tijdens stormen onder water staan (en dus in hydrodynamische modellen opgenomen worden). Monsters worden genomen in een grid van 500 m x 500 m. Positiebepaling gebeurd door middel van GPS.

Meetperiode

Een Waddenzee-dekkende monitoring wordt bij voorkeur elke 6 tot 10 jaar uitgevoerd. Een zesjaarlijkse cyclus zou goed aansluiten bij andere meetprogramma’s zoals bathymetrie en VEGWAD. Daarbij valt te overwegen om een cyclus parallel aan die van de lodingen uit te voeren, zodat bathymetrie en korrelgrootte uit dezelfde jaren stammen.

Er bestaat een seizoenseffect op het slibgehalte van de Waddenzeebodem onder invloed van golven en waterstanden (’s winters) dan wel microphytobenthos en bodemdieren (’s zomers) (Kamps 1956). Het is aan te bevelen de bemonstering in een vaste periode binnen het jaar te verrichten, bij voorkeur de zomer omdat dit aansluit bij historische metingen (Zwarts 2004) en SIBES.

Kwaliteitsborging

Deze monitoring zou goed passen in een lopend monitoringprogramma, bijvoorbeeld het MWTL van Rijkswaterstaat. Bij opname moet een monitoringprotocol (zowel monstername als laboratoriummetingen) worden opgesteld om de tijdreeksen zo consistent mogelijk te maken. Voor eventuele projectmatige monitoring moet dan hetzelfde protocol gebruikt worden, om de uitkomsten onderling goed vergelijkbaar te houden en daarmee zo efficiënt mogelijk met data(budget) om te gaan.

Het is belangrijk om te realiseren dat de analysemethoden in de loop van de tijd sterk veranderd zijn, zeker de mogelijkheden van de laserdiffractiemethoden. Huidige en historische data kunnen dus niet zo maar met elkaar vergeleken worden zonder goede informatie over de gebruikte analysemethode en het gebruik van ijklijnen (Spronk et al. 2012). Ook veranderingen in monsterdiepte kunnen effect hebben op de bruikbaarheid van tijdreeksen (Zwarts 2004).

Referenties