Geo.brief Uitgelicht: Langs de oeverwallen van de Oude Rijn

Tijdens haar MSc-onderzoek naar de morfologie en evolutie van oeverwallen combineerde Lonneke Roelofs (Universiteit Utrecht) verschillende disciplines en onderzoeksmethoden. Een veldwerk langs de groene oevers van de Oude Rijn, het pipetteren en dateren van sedimentmonsters in het lab, en lange uren besteed aan het draaien van modelruns resulteerden in de MSc-scriptie die dit jaar is beloond met de KNGMG Escherprijs. “Het was echt teamwerk.” Onderstaand interview is afgenomen door Bjinse Dankert en uitgekozen als uitgelicht artikel van Geo.brief  2020-2 (gratis voor leden van het KNGMG). Wilt u lid worden van het KNGMG, dat kan via deze link.

Het bleek nog een hele toer om tot haar uiteindelijke onderzoeksvraag te komen, zo vertelt Roelofs in de kantineruimte van het Vening Meineszgebouw waar vroeg ochtendlicht naar binnen valt. “Toen ik met mijn masteropleiding in Utrecht begon, wist ik al dat ik graag bij Maarten Kleinhans (hoogleraar fysische geografie) mijn scriptie wilde schrijven. Hij gaf mij tijdens mijn bacheloropleiding de vrijheid om zelf sturing te geven, wat ik erg prettig vind. Ook wist ik in een vrij vroeg stadium dat ik voor mijn onderzoek graag wilde modelleren, een onderzoeksmethode die ik nog niet eerder had toegepast, en waar ik graag meer over wilde weten. Tijdens een aantal gesprekken met Maarten werkten we langzaam naar het onderwerp toe. Samen met promovendus Marcio Albernaz en postdoc Harm Jan Pierik hebben we de precieze onderzoeksvraag over de vorming van oeverwallen uitgewerkt.”

Op zoek naar oeverwallen: veldwerk langs de oevers van de Oude Rijn

“Oeverwallen ontstaan, anders dan dijken, door een natuurlijk proces. Ze vormen rondom geulen, zoals rivieren, maar ook in gebieden waar het getij domineert, zoals in het Verdronken Land van Saeftinghe. Ik had interesse in hun morfologie, dus hun hoogte en breedte, in het ontstaan van hun vorm, en hoe deze vorm in de tijd ontwikkelt. Het eindresultaat van een oeverwal is in de morfologie goed te zien, maar we weten niet goed hoe een oeverwal wordt gevormd. Er is vrij weinig onderzoek naar gedaan, en wat er aan onderzoek is, bestaat voornamelijk uit veldstudies gebaseerd op puur fluviatiele condities. We vonden bijvoorbeeld niets over hoe, en hoe sterk, getijden oevervorming beïnvloeden. Zo kwamen we op ons onderzoeksidee: laten we kijken naar de invloed van getijden- en fluviatiele processen op de vorming van oevers. Specifiek waren we geïnteresseerd in het overgangsgebied, dus niet enkel het estuarium, maar ook het bovenstroomse gedeelte van de rivier dat nog door het getij wordt beïnvloed.”

“Dat eerdere studies vooral vanuit fysisch geografisch of morfologisch oogpunt zijn uitgevoerd, vormde ook een inspiratie. In geologische studies worden oeverwallen wel genoemd, als overgang tussen geul en komgebied – maar het is moeilijk om ze aan te wijzen. Dan wordt gezegd: oeverwallen hebben een lage potentie om gepreserveerd te worden. Ik vroeg mij sterk af of dat wel echt zo is – of worden ze in het veld gewoon niet goed herkend? Morfologisch zijn ze mooi te herkennen, maar het is al lastiger om ze op basis van de lithologie te herkennen. Geulen bestaan voornamelijk uit zand, in komgronden wordt klei afgezet en oevers bestaan veelal uit silt, echter, het trekken van die grenzen is arbitrair. En identificatie is nog lastiger wanneer oeverwallen in de bodem wegzinken, of in elkaar worden gedrukt tijdens de lithificatie. Bovendien vormen oevers relatief kleine eenheden in het rivierlandschap; als ze bewaard worden, kan het best zo zijn dat ze in het veld worden gemist. En ook is het nog een mogelijkheid dat, in hele vroege riviersystemen, er nog helemaal geen oevers waren. Dat is echter een denkwijze die wij niet in de literatuur terugzagen.”

Oude Rijn

“Voor ons onderzoek kozen we de oeverwallen van de Oude Rijn als case study. Wanneer de Oude Rijn ontstond weten we niet precies, men schat vanaf zo’n vierduizend jaar voor Christus. De rivier ontwikkelde zich toen de westkust van Nederland nog een getijdengebied was, een waddensysteem waar de Oude Rijn op uitmondde. Zo’n drieduizend jaar geleden begon de Oude Rijn stapsgewijs zijn afvoer te verliezen aan rivieren die we nu kennen als de Waal, de Lek en de Hollandse IJssel. Rondom de rivier lagen dikke veenmoerassen, waar de oeverwallen geleidelijk in weg zonken en daardoor heel dik konden worden. Het mooie aan de Oude Rijn is dat de rivier zich door de tijd ontwikkelde: van een getijdengebied, naar een estuarium, naar een fluviatiel systeem. Dus bij Leiden speelde getijden nog voor langere tijd een rol, terwijl bij Utrecht het een puur fluviatiele rivier was.”

Aan het werk in het veld, van links naar rechts: Harm Jan Pierik, Jelle Moree en Lonneke Roelofs

“Het veldwerk vond vrij vroeg tijdens het onderzoek plaats, oktober 2018. Ik was voor de zomer al begonnen met literatuuronderzoek en het opbouwen van een model. Dit was overigens nog in het oude, toen al verlaten Willem van Unnik-gebouw, want in het nieuwe Vening Meineszgebouw was de computerruimte voor MSc-studenten nog niet gereed. Maarten Kleinhans had voor mij een computer geregeld in een verlaten gang. Ik heb nog zo’n twee maanden in dat lege gebouw gewerkt, gelukkig niet helemaal alleen: een studievriendin was nog bezig met experimenten in de nabijgelegen Zonneveld-vleugel. We waren daar dus met z’n tweeën, een paar technici – en de muizen.”

“In het begin dachten we dat het veldwerk standaard booronderzoek zou worden. We waren in ieder geval van plan de monsters via de 14C-methode te dateren, omdat we meer over het Oude Rijn-systeem wilde leren en over de fasering van de oevers. Maar 14C-datering duurt altijd lang, en al snel kreeg ik het idee dat er meer uit het veldwerk viel te halen. Ik wilde graag sedimentmonsters nemen, alleen had ik geen idee hoe die te verwerken. Gelukkig wist een van mijn begeleiders hoe je dat moest aanpakken, met zeven en pipetteren, en ik kreeg hulp van een andere docent in het lab.”

“Aan de hand van de monsters die wij uit het veld hadden meegenomen zagen wij een aantal trends; dat helpt dan ook met het modelleer onderzoek. Daarnaast inspireerde het veldwerk ook vervolgonderzoek: we kwamen in het veld er bijvoorbeeld achter dat het veen, waarin de oevers van de Oude Rijn liggen, een belangrijke rol speelt bij hun morfologie. Dat werd het onderwerp van later onderzoek, tijdens mijn stageperiode bij Deltares. Voor mijn MSc-scriptie is het veldwerk vooral een verificatie geweest, ook vanuit sedimentologisch oogpunt: zien wij de trends in de modelruns terug in het veld? Want de morfologie van de oevers is anders dan in het model, omdat we daar het veen niet in hebben gebouwd. Maar sedimentologisch is te zien dat de oevers van het Oude Rijn-systeem langs het profiel veranderen.”

Modelruns

“Voor ons model van de Oude Rijn bekeken we een gebied van tien bij twintig kilometer, met een stuk zee met twee barrière-eilanden gelegen bij de riviermonding, zodat we een simulatie maakten van het getijdenbekken van destijds. In het model zit geen golfslag, en we gebruikten een initiële geul om zo te controleren waar de oevers ontstaan. Specifiek heb ik de invloed van vier verschillende variabelen onderzocht, onder andere de amplitude van het getij, het volume van de rivier en de sedimentlast. Omdat we uit het veld weten dat klei en silt de bouwstenen van oeverwallen vormen, kozen we ervoor om alleen de hoeveelheid fijn sediment te variëren. Als laatste onderzocht ik de invloed van een variabele afvoer, dus met een piek in de winters en minder afvoer in de zomers. Verder zitten in het model nog feedbacks tussen de morfologie en de stroming: met het opbouwen van oeverwallen veranderen ook de morfologie en de stromingscondities van het systeem zelf, zoals sedimenttransport en sedimentneerslag.”

“Een idee dat ik en mijn begeleiders tijdens het bestuderen van de modelresultaten vormden was dat een oever aan het begin vooral hoogte opbouwt. Op een gegeven moment is een oever zo hoog dat het moeilijker wordt om sediment bovenop een oeverwal af te zetten – en vanaf dat punt gaan oevers verbreden. Dus een van onze bevindingen is: oevers groeien tot de maximale waterhoogte, vrij logisch. We hebben geprobeerd dit in het veld terug te vinden, alleen was bij de Oude Rijn nog een ander mechanisme aan het werk. Vanwege de aanwezigheid van het veen zakten de gevormde oeverwallen in de bodem weg, waardoor het pakket steeds dikker werd. Pas toen het veen niet verder compacteerde en het wegzinken stopte, kon sediment de komgronden bereiken en begonnen de oevers te verbreden.”

Crevasses

Veldwerk langs de oeverwallen van de Oude Rijn, oktober 2018. Foto: Marcio Boechat Albern

“Een andere bevinding uit het model: hoe groter de afvoer van de rivier is, hoe meer energie het systeem heeft om sediment het komgebied in te voeren, en dus hoe breder een oever kan worden. Ook zien we dat wanneer de invloed van het getij heel sterk wordt, de zee het sediment rondom oevers weer gaat opruimen. Wanneer het water in een getijdenbekken in beweging blijft kan het fijne sediment niet meer bezinken. Dus er bestaat een soort balans: een hogere tij leidt tot bredere oevers, maar tot een bepaald punt waarna het tij weer sediment afvoert.”

“Ook zien we dat er meer crevasses (een doorbraak van de oeverwal) ontstaan indien er meer fluctuaties zijn in de waterspiegel van het systeem, door variaties in de rivierafvoer of variaties in het getij. Feitelijk ontstaat een crevasse wanneer de oeverwal overstroomt en er een doorbraak van de oever plaatsvindt. Een sterke invloed van het getij leidt er toe dat crevassegeulen open blijven, dan flossen de geulen de hele tijd en blijven ze langer open, wat het systeem veel dynamischer maakt.”

“Verder troffen we in het model sedimentologische verschillen tussen puur fluviatiele oeverwallen en meer getijden gedomineerde oeverwallen. Bij puur fluviatiele oeverwallen zien we een grote afwisseling tussen silt en klei op een tien centimeter schaal zichtbaar, dus afwisselend silt-klei-silt-klei afzettingen. In getijdenoeverwallen is een veel homogener beeld zichtbaar, ik denk dat dit komt omdat een getijdenmilieu zo veel dynamischer is. Het mooie is dat deze verschillen ook te zien zijn in de monsters uit het veld.  Dat hadden we niet per se verwacht – dus dat was een leuke vondst.”

Implicaties

“Onze bevindingen kennen een aantal verschillende implicaties. De eerste komt uit een fysisch geografische, morfologische hoek: is er in een zinkende delta nog land te bouwen? We weten dat Nederlandse rivieren weinig sediment aanvoeren. Dit onderzoek laat zien dat je met hulp van getijden ook prima land zou kunnen bouwen, dus met een mariene import van sediment. Het onderzoek laat verder zien dat de aanwezigheid van fijn sediment hiervoor een absolute voorwaarde is. Dit onderzoek vormt natuurlijk nog maar het allereerste begin van een mogelijke toepassing.”

“En ook zijn er geologische implicaties. We tonen bijvoorbeeld aan dat oeverwallen weliswaar moeilijk zijn te herkennen, zeker bij getij-gedomineerde afzettingen, maar dat betekent niet dat ze er morfologisch niet waren. Dat is belangrijk om in het achterhoofd te houden bij geologische reconstructies van het landschap of vroegere condities. Met dit inzicht zou ik het interessant vinden om kritisch de geologische record te bekijken. We weten bijvoorbeeld dat er een toename is van mudstone-afzettingen wanneer de eerste landplanten verschijnen. Ik zou het interessant vinden om te onderzoek of we op dat moment ook meer oevers  aantreffen.”

Teamwerk

“In potentie zitten er drie verschillende wetenschappelijke artikelen in deze scriptie. Twee van mijn begeleiders zijn bezig met het voorbereiden van artikelen, onder andere over de modelresultaten. Maar het sedimentologische verhaal zit daar nog niet bij, en ook daar zou ik graag nog over willen publiceren. Juist de combinatie tussen sedimentologie, geologie en morfologie en de verschillenden onderzoeksmethoden was het mooie van dit project – en dat heeft heel goed uitgepakt. Daar ligt ook deels mijn kracht, om verschillende disciplines te combineren. Op dit moment werk ik als junior docent bij de Universiteit Utrecht, maar ik zou heel graag verder in de wetenschap willen en promoveren – onderzoek doen vind ik ontzettend leuk. Ik ben overigens best kieskeurig, het liefst zoek ik een promotie-onderzoek waarin een combinatie van verschillende disciplines aan bod kan komen.

“Ik heb er vooral van genoten dat we als een hecht team dit onderzoek deden, daar heb ik ook zoveel van geleerd. Al mijn begeleiders hebben een andere invalshoek, ik heb leren zeven, pipetteren, modelleren. Het was echt teamwerk, en dat het allemaal zo goed bij elkaar is gekomen, is best heel bijzonder.”

Geplaatst in KNGMG.