Hoe sneller de zeespiegel stijgt, hoe vaker deze noodkreet klinkt. De zin doelt natuurlijk niet op de zee zelf, maar op de intergetijdegebieden. Dit zijn ecologisch unieke gebieden met een bioproductie even groot als een tropisch regenwoud, met kraamkamers voor tientallen miljoenen vissen, voedsel voor miljoenen trekvogels en zonnebanken voor duizenden zeehonden. Wordt de Waddenzee een monotone bak water, diep en hoogomrand, en zal het wadlopen hetzelfde lot ondergaan als de Elfstedentocht?
Bij de Deltares unit Zee- en Kustsystemen ontwikkelen onderzoekers duurzame en toekomstbestendige oplossingen voor vraagstukken zoals verdrinkende intergetijdengebieden. Arno Nolte schetst de essentie en de context. De correcte formulering van de vraag of de Waddenzee verdrinkt is hoe het oppervlak, eigenlijk de ecologische gezondheid (biomassa en de biodiversiteit) van verschillende intergetijde-ecotopen zich zal ontwikkelen als functie van de zeespiegelstijging, klimaatverandering en potentiële menselijke beinvloeding. Ecologische gezondheid volgt uit hoe het biotische (levende) systeem reageert op het abiotische (niet-levende) systeem. Deze productie gaat over het abiotische systeem en daarin staat de morfologie centraal: de verandering van de bodemligging als gevolg van transport van sediment. Voor intergetijdenatuur met veel biomassa en veel diversiteit geldt in grote lijnen dat de bodem zich hoger dan het laagtij (zo’n 1 tot 1,5 meter onder het zeeniveau) moet bevinden en veel afwisseling moet kennen.
Edwin Elias en Ad van der Spek hebben, met vele anderen, het ontstaan van de Waddenzee in kaart gebracht door geologische bronnen te bestuderen. Ze ontrafelden de recente geschiedenis van de Waddenzee met analyses van historische dieptemetingen en werkten de heersende processen uit met fysische vergelijkingen en numerieke berekeningen. De Noordzeekusten van de Waddeneilanden en de zeegaten tussen de Waddeneilanden maken geen deel uit van de Waddenzee, maar spelen wel een belangrijke rol het morfologisch systeem van de Waddenzee. Dit systeem valt in drie lagen te bezien.
De basis is het natuurlijk kustsysteem. In de zuidoosthoek van de Noordzee werkt de zee met stromingen, getijdecycli en wind- en stormpatronen in op een laagland met delta’s: een grote plak zand, klei en veen onder een helling van 1:10.000, doorsneden met rivieren. Deze condities scheppen een systeem van eilanden, zeegaten, buitendelta’s en kombergingsgebieden met geulen: het huidige Waddengebied, dat nu bijna 7% van Nederland beslaat (exclusief de Noordzee). In de natuurlijke situatie verandert de ligging van de eilanden, de zeegaten en de geulen met een snelheid van meters tot tientallen meters per jaar (in stormachtige jaren meer), maar als geheel blijft het systeem stabiel; er kan niet een geheel ander kustsysteem ontstaan.
Het natuurlijk systeem. Vooral het getij zorgt in de Waddenzee voor netto sedimenttransport. De kaart is een abstractie van de werkelijkheid, gericht op globaal inzicht. Gebaseerd op vele bronnen.
Op het natuurlijk systeem ligt een door de mens aangelegd systeem van verharde elementen. Omdat te veel dynamiek niet te verenigen is met landbouw, infrastructuur en verstedelijking is de mens de contouren van het natuurlijke morfologische systeem vast gaan leggen. Zeegaten werden gesloten met dammen en dijken (de grootste waren de Zuiderzee in 1932 en de Lauwerszee in 1969) en inmiddels ligt er tussen Den Helder en Statenzijl een gesloten waterkering van 242 kilometer lang en met een kruin van gemiddeld ruim 9 meter boven NAP. Van de vele Waddeneilanden die er zijn geweest, zijn er momenteel vijf geconsolideerd en bewoond. Van het oppervlak van alle eilanden tezamen bestaat ongeveer 15% uit polders (met dijken en duinen beschermd tegen overstromingen volgens de Waterwet). De overige 85% bestaat uit duinen (die niet kunnen overstromen) en strand en kwelders (die mogen overstromen).
Niet alleen langs de Waddenzee maar ook in de Waddenzee (en rondom de zeegaten en buitendelta’s) liggen verharde elementen: strekdammen. Deze dienen om stromingen en sedimentatiepatronen te beinvloeden – vooral het voorkomen van kusterosie en het bevorderen van het opslibben van kwelders (de grote strekdammen zijn de Eierlandse dam (825 meter) en de strekdammen bij Holwerd (2 kilometer) en Paesens (1,6 kilometer)). Andere strekdammen liggen bij de vier zeehavens, zeven veerhavens en vijf jachthavens rond de Waddenzee. Strekdammen verplaatsen de hydrodynamische en morfologische dynamiek zeewaarts. Ze zorgen bedoeld of onbedoeld dat er voorlanden ontstaan vóór de dijken. Voorlanden verminderen de golfaanval op dijken en daarmee de benodigde kruinhoogte met maximaal 50 centimeter en daarmee ook de breedte.
De twee door de mens aangelegde systemen van harde elementen (links) en zachte verplaatsingen van zand en slib door suppleties en baggerwerk (rechts). De kaart is een abstractie van de werkelijkheid, gericht op globaal inzicht. Gebaseerd op vele bronnen.
Het ‘harde’ systeem van dijken en strekdammen is gedurende eeuwen gebouwd en blijft eeuwenlang van invloed. Het derde, ‘zachte’, systeem heeft vooral de laatste decennia een grote impuls gekregen. Sinds de industriële revolutie is de mens steeds grotere hoeveelheden zand gaan verplaatsen binnen de harde contouren van het tweede systeem. De 9 kilometer lange stuifdijk aan de oostkant van Terschelling (1931) is een groot succesvol zacht historisch project in het Waddengebied. De grootste recente operaties zijn de suppleties van het Nederlandse kustfundament, gericht op het ophogen van het kustfundament in gelijke tred met de zeespiegelstijging en het handhaven van de basiskustlijn van 1990. Onderliggende nationale doelen zijn het waarborgen van de stabiliteit van dijken, dammen en duinen die op het kustfundament liggen, het handhaven van strandactiviteiten en het regelmatig gehoorde doel dat “Nederland niet kleiner mag worden” (klik hier voor een korte film over kustsuppleties).
Inmiddels verplaatst de mens grotere hoeveelheden zand (netto, niet bruto) per jaar dan de natuur. De grootste menselijke verplaatsingen in en rond de Waddenzee zijn de suppleties van het kustfundament (voor Ameland, Vlieland en Texel gemiddeld 4 miljoen kuub per jaar van 2009 tot 2019), de aanleg van kustmatige vooroevers zoals bij de Prins Hendrik Zanddijk bij Texel (eenmalig 4,5 miljoen kuub) en het baggeren van scheepvaartgeulen zoals de geul naar Ameland (1 tot 5 miljoen kuub per jaar) en de zeehavens (tot 0,5 miljoen kuub per jaar). Het suppletiezand is afkomstig van buiten het kustfundament (buiten het deel van de Noordzee dat dieper is dan 20 meter). Voorheen werd het baggermateriaal verkocht (dus uit het systeem gehaald), tegenwoordig wordt het gestort in nabije geulen waar geen schepen doorheen varen (dus in het systeem gehouden).
De vraag over de toekomst van de morfologie van de Waddenzee is te beantwoorden door de vraag op te splitsen in drie vragen: hoe zal de mens vorm geven aan de toekomst van het harde en het zachte systeem, en hoe zal de het natuurlijk systeem zich vandaaruit ontwikkelen?
Wat zou er met de Waddenzee gebeuren als de huidige contouren (dijken, dammen en strekdammen) ongewijzigd blijven en de zeespiegel sneller gaat stijgen? Hier doen vooral Deltares, de TU Delft, Wageningen University & Research, Universiteit Utrecht en Rijkswaterstaat onderzoek naar. Quirijn Lodder en Zheng Bing Wang brengen het lopende onderzoek samen en benoemen de grootste onzekerheden in het fysisch systeem én in het onderzoek.
Een kombergingsgebied verdrinkt als er netto sedimentvraag is waar niet aan voldaan wordt. Dit kan drie oorzaken hebben. Als de zeespiegel niet te hard stijgt en er genoeg aanbod is, maar de zeegaten te smal zijn, is er te weinig transportcapaciteit. Als er voldoende transportcapaciteit is, maar de buitendelta’s en eilandkusten zijn al te ver geërodeerd, is er te weinig aanbod. Als derde kan er te veel vraag zijn, als de zeespiegelstijging te snel gaat. De actualiteit en waarschijnlijke ontwikkeling van deze drie manieren varieert voor elk van de acht Nederlandse kombergingsgebieden. Binnen de kombergingsgebieden is er variatie en spelen er doorgaans combinaties van de drie mechanismen.
Een eigenschap die een kombergingsgebied als geheel beschrijft is de evenwichtsdiepte: de gemiddelde diepte van een kombergingsgebied als er geen netto sedimentuitwisseling meer is. De evenwichtsdiepte blijft constant bij gelijk blijvende omstandigheden, ook al verandert de ligging van de geulen en de platen. Een stijgende zeespiegel verstoort het evenwicht en creëert vraag naar sediment. Als er voldoende aanbod is in de buitendelta’s en eilandkusten en voldoende transportcapaciteit door de zeegaten, stijgt het kombergingsgebied mee met de zeespiegel. Als een kombergingsgebied verdrinkt door een gebrek aan transportcapaciteit geeft dit een vertraging aan het sedimentatieproces; het kombergingsgebied zal dus tijdelijk verdrinken totdat de zeespiegelstijging weer afneemt. De zeegaten van Texel en Vlie zijn al gedeeltelijk verdronken. Er is wel netto sedimentatie, maar de transportcapaciteit door de zeegaten en de grote geulen is niet in staat de maximaal mogelijke sedimentatiesnelheid te faciliteren.
De kritische snelheid van de zeespiegelstijging waarbij één of meer van deze mechanismen significant worden, is door Quirijn Lodder en Zheng Bing Wang met anderen in 2019 bepaald – zie de tabel onder. Er is dus een methode om kritische zeespiegelstijgingssnelheden te bepalen, maar de waarden in de tabel worden nog met flinke onzekerheden omgeven.
| Diepte t.o.v. de gehele Waddenzee | Evenwicht | Verdrinkingsmechanisme | |||||||
| Kombergings-gebied | Ondieper dan 1,25 m -NAP | Dieper dan 1,25 m -NAP | Gemiddelde diepte in 2020 (m -NAP) | Evenwichts- diepte (m) | Kritische zeespiegel-stijgsnelheid (mm/j) * | Vraag | Aanbod | Transport-capacteit | |
| Texel | 7% | 22% | 7,6 | 2,8 | 7 | Groot | Kustsuppleties belangrijk | Beperkt | |
| Eierland | 4% | 2% | 2,8 | 1,7 | 18 | Gering | Kustsuppleties belangrijk | Toereikend | |
| Vlie | 7% | 16% | 6,3 | 3,5 | 6,3 | Groot | Kustsuppleties belangrijk | Beperkt | |
| Ameland | 4% | 7% | 4,9 | 2,7 | 10 | Redelijk | Kustsuppleties belangrijk | Toereikend | |
| Pinkegat | 1% | 1% | 6 | 1,7 | 32 | Gering | Ruime voorraad | Toereikend | |
| Zoutkamp | 3% | 2% | 5,2 | 2,1 | 17 | Gering | Ruime voorraad | Toereikend | |
Zal de Waddenzee verdrinken? Momenteel is tweederde van de Waddenzee dieper dan 1,25 meter -NAP (een aanzienlijk deel is dus al te beschouwen als ‘verdronken’). Voor de toekomst zijn er voorlopige kritische zeespiegelstijgingssnelheden afgeleid. Hoe hoger deze liggen, hoe geringer de kans op verdere verdrinking. *De zeespiegelstijging op dit moment is zo’n 2 à 3 mm/jaar. De evenwichtsdieptes en de kritische zeespiegelstijgsnelheden zijn overgenomen uit Lodder e.a., de andere getallen zijn eigen GIS bewerkingen op basis van kaarten uit diverse bronnen. De opmerkingen bij de verdrinkingsmechanismen zijn indicaties.
Uiteraard verdrinkt een kombergingsgebied niet in één keer maar geleidelijk, tot uiteindelijk de hoogst gelegen kwelders aan de beurt zijn. Exacte voorspelling is niet mogelijk: er zijn modelonvolkomendheden, onzekerheden in de kennis van het fysisch systeem, onzekerheid in de zeespiegelstijgingssnelheid zelf en onzekerheid in de mate waarin de mens het natuurlijk systeem zal beïnvloeden met beleid en andere activiteiten.
In het begrip van het fysisch systeem is de rol van stormen sterk in ontwikkeling. Enerzijds is de bijdrage van stormen op de gehele netto morfologie gering omdat ze maar weinig voorkomen, anderzijds hebben ze veel kracht en kunnen stormen een kantelpunt zijn bijvoorbeeld in de ligging van geulen. In het fysisch systeem speelt ook de samenstelling van sediment een belangrijke rol. Als de sortering van het sediment (de samenstelling van grof zand tot fijn slib) groot is bij vraag, aanbod en transport, groeit een plaat sneller aan. In de modellering hiervan zit nog veel onzekerheid, en ook in de kennis over de exacte samenstelling van het sediment in de hele Waddenzee. De derde grote onzekerheid in het huidige begrip van het fysisch systeem is de sedimentuitwisseling tussen de kombergingsgebieden.
Een ander soort onzekerheid is de bodemdaling door tektonische kanteling van heel Nederland, en door winning van gas, olie en zout. De ordegrootte van de bodemdaling door tectonische kanteling is 30-70% % van de totale toename van het sedimentatievolume; winning 20-40%. Tussen 1991 en 2019 is minstens de helft van de sedimentimport dus gaan zitten in het ‘opvullen’ van de bodemdaling, de rest aan het tegengaan van verdrinking als gevolg van de zeespiegelstijging.
De derde categorie onzekerheden is gelegen in de grilligheden van de mens (systemen 2 en 3).
Kritische zeespiegelstijgsnelheden voor zes kombergingsgebieden en zeven recente projecten die een relatie hebben met de morfologie; direct of als leerzaam pilot project.
Zullen de dijken en de strekdammen voor eeuwig op dezelfde plek blijven liggen? Het lijkt er op dat de horizontale lokatie van de huidige dijken en dammen (het systeem van primaire keringen) rondom de Waddenzee nog maar zeer sporadisch en heel weinig verandert: sinds de afsluiting van de Lauwerszee in 1969, een verkorting van de dijklengte van 32 km naar 13 km (kosten in prijspeil 2020 circa 150 miljoen euro), was de grootste dijkverlegging die op Vlieland en Terschelling in 2015: een nieuw dijktraject van in totaal minder dan 2 km (kosten 3 miljoen euro). De Waddendijken worden niet meer verlegd maar wel volop versterkt: sinds 2006 is er tot op heden in hoogwaterbeschermingsprogramma’s 69 km dijk van de in totaal 295 km waddendijken versterkt. Tot 2035 staat er nog eens 128 km op de rol (160 km inclusief de versterking van de Afsluitdijk – data HWBP projectboeken en waterveiligheidsportaal).
De Eierlandse strekdam uit 1995 gaat aan de zuidzijde erosie van 0,5 miljoen kuub per jaar tegen. Aan de noordzijde heeft de dam de stromingen door het Eierlandse zeegat veranderd en sedimentimport in de Waddenzee verminderd. Er is geopperd om vergelijkbare strekdammen rond andere eilandkoppen te leggen maar die ontmoeten weerstand. Nieuwe strekdammen ter bevordering van begroeide voorlanden (kwelderaangroei) zijn wellicht interessant voor de Friese en Groninger Waddendijken.
Een alternatief voor een verharde strekdam is een zandige strekdam. Het voordeel van een zandige boven een verharde strekdam is vaak dat er sediment aan het systeem wordt toegevoegd. Eigenlijk is dit een zachte maatregel (systeem 3).
Het lijkt er anno 2020 op dat de contouren van het morfologisch Waddensysteem vast liggen en dat de knop waar aan te draaien valt het suppletie- en baggerbeleid is. Als de zeespiegel sneller gaat stijgen zullen, volgens de huidige voorlopige inzichten, het snelst de grote kombergingsgebieden van het Vlie en Texel verdrinken en daarna zijn Ameland, Zoutkamp, Eierland en Pinkegat aan de beurt. Met slimme strekdammen is wellicht nog wat te winnen maar het grote probleem is een structureel sedimenttekort op een schaal van honderden kilometers, honderden miljoenen kuubs en eeuwen tijd. Het tekort uit zich eerst in een afname van de biomassa en biodiversiteit in het bodemleven, daarna in biomassa en biodiversiteit van vispopulaties en uiteindelijk vogels en zoogdieren, die leven van het bodemleven en van vissen.
Er zijn twee elkaar aanvullende benaderingen van het vraagstuk. De macrobenadering is gericht op de basis: het compenseren van het grote structurele sedimenttekort met megasuppleties. De microbenadering is gericht op het mitigeren van de uiteindelijke gevolgen door kleine gerichte suppleties. Ook als het structurele tekort blijft, hebben mitigerende micromaatregelen een positief effect. Ze zijn te zien als ‘beter dan niets’, maar evenzogoed als ‘dweilen met de kraan open’.
Het voordeel van de microbenadering is dat deze suppleties plaatsvinden in díe gebieden met de meeste positieve gevolgen van de suppleties, die afgelegen liggen en veel door vogels en zeehonden bezocht worden. Als het aangebrachte materiaal uit de diepe zee zou komen wordt er extern sediment in het systeem gebracht en draagt het daarmee bij aan het structurele probleem. Meestal zal echter, om kosten en transport-CO2 te besparen, het sediment van zo dichtbij mogelijk komen. In het pilot project de Slibmotor is 0,5 miljoen kuub baggermateriaal uit de scheepvaartgeul naar Harlingen in een nabijgelegen geul aangebracht met als doel om kwelderaangroei te bevorderen langs de Friese kust.
De microbenadering is in de Oosterschelde de pilotfase al voorbij. De Oosterschelde heeft een structureel sedimenttekort van zo’n 500 miljoen kuub. Er is een beleidskeuze gemaakt om dit niet te willen herstellen met een structurele macrobenadering (kosten enkele miljarden), maar door het eroderen van de platen plaatselijk te mitigeren (kosten enkele miljoenen): sinds 2008 is er op vier lokaties in de Oosterschelde bijna 2 miljoen kuub zand op verdrinkende platen aangebracht. Overigens is het probleem in de Oosterschelde structureel anders: het systeem streeft daar naar een nieuw evenwicht dat de mens niet bevalt en we proberen dat tegen te gaan. Het evenwicht waar de Waddenzee naar streeft bevalt ons juist wel en dat willen we versnellen.
De macrobenadering wordt in Nederland formeel alleen toegepast voor het handhaven van het kustfundament en niet tegen het verdrinken van intergetijdegebieden. Het blijkt echter dat twee derde van de bijna 120 miljoen kuub tussen 1991 en 2019 gesuppleerd op de Waddeneilandkusten uiteindelijk in de Waddenzee terecht is gekomen. De relatie tussen de kustsuppleties en de sediment-import in de Waddenzee is complex: als er minder zou worden gesuppleerd, zal dat leiden tot kleinere buitendelta’s, eroderende eilandkusten en afnemende import in de Waddenzee in een ingewikkeld samenspel. Met beter begrip van vooral de lokale morfologie van de buitendelta’s is het mogelijk om zodanig te suppleren dat méér sediment in de Waddenzee terecht komt, maar dit is nog geen beleid.
Het voordeel van de macrobenadering is dat het bijdraagt aan het structurele lange termijn-probleem. Grote diepe schepen halen zand van buiten het systeem en storten dit op kusten en buitendelta’s. Door schaalvoordelen is het suppletiekostentechnisch vele malen voordeliger om met een modern diepstekend megabaggerschip véél in één keer te suppleren op een makkelijk bereikbare plek, dan een klein beetje herverdelen naar een moeilijk bereikbare plek met een ondiep oud scheepje. Daar staat tegenover dat het aangebrachte zand door het megaschip niet meteen de intergetijdeplaten ten goede komt: het kan ook in een diep systeem terecht komen dat al lang verdronken is.
| Macrobenadering | Microbenadering | |
|---|---|---|
| Primair gericht op | Compenseren structureel sedimenttekort op lange termijn | Mitigeren verdrinkende intergetijdengebieden op korte termijn |
| Wáár suppleren | Buitendeltas aan de randen van de Waddenzee; lokaties die met grote schepen te bereiken zijn | Platen in het hart van de Waddenzee; lokaties waar de ecologische nood het hoogst is |
| Herkomst sediment | Van buiten het systeem | Herverdeling binnen het systeem |
| Kosten en CO2-uitstoot per kuub | Relatief laag | Relatief hoog |
| Baten op korte termijn | Laag | Relatief hoog |
| Baten op lange termijn | Waarschijnlijk hoog | Waarschijnlijk laag |
| Slim gebruik te maken van natuurlijke bruto verplaatsingen? | Ja | Ja |
De macrobenadering en de microbenadering als uiterste handelingsperspectieven voor een verdrinkende Waddenzee.
Het natuurlijk morfologisch systeem van de Waddenzee zoals dat nu is vastgelegd tussen dammen, dijken en strekdammen zal ooit, zonder maatregelen, over een termijn van eeuwen verdrinken met een snelheid afhankelijk van de zeespiegelstijging. De grote kombergingsgebieden in het westen (die al voor 2/3e lager liggen dan 1,25 -NAP) het eerst en snelst en de kleinere later en langzamer. Een structurele wijziging van de ligging van de dammen en dijken is voorlopig onwaarschijnlijk, maar het is een interessante oefening om eens te kijken of het verleggen van gehele dijktrajecten positief voor het verdrinkingsprobleem kan zijn. Nieuwe strekdammen bevorderen plaatselijk sedimentatie en vertragen daarmee niet alleen het verdrinken van de kwelders maar zijn ook een aanvulling op de waterveiligheid. Sedimentvangers lossen het structurele tekort echter niet op: om het kustfundament een zeespiegelstijging van 8 mm/jaar (vier maal sneller dan de snelheid in 2020) te laten bijhouden zou 40 miljoen kuub per jaar nodig zijn.
Hoop is vooral te vestigen op groeiend inzicht in effectief suppletiebeleid. De kern van slim suppleren is een doordachte balans tussen de kosten en baten van het suppleren aan de randen van de Waddenzee versus suppleren in het hart ervan. Suppleren aan de randen heeft als voordeel dat zand ingebracht wordt van buiten het systeem, getransporteerd over korte afstanden met grote relatief energiezuinige schepen (totdat slimme kleine robots het wellicht ooit zuiniger kunnen dan megabaggerschepen) en als nadeel dat het zand niet meteen dáár terecht komt waar het de meeste ecologische baten heeft: het is grof geschut.
Suppleren in het hart van de verdrinkende Wadplaten heeft omgekeerde voor- en nadelen: met kleine schepen zand van buiten het systeem halen is duur en kost veel energie; zand lokaal verplaatsen voegt geen materiaal van buiten toe, maar de suppleties vinden wel plaats dáár waar de ecologische nood het hoogst is.
Misschien ligt de waarheid in het midden: met middelgrote schepen zand over middellange afstanden verplaatsen naar gebieden tussen het hart en de rand van het Waddengebied in. Het groeiende wetenschappelijke inzicht in de complexiteit én potentie van het morfologisch systeem van vraag, aanbod en transportcapacteit levert inzichten op om de kracht van het water (de bruto verplaatsingen) slim in te zetten. Suppleren ín een geul bijvoorbeeld lijkt onwenselijk, maar het kan tien kilometer verderop moeilijk bereikbare kwelders doen aangroeien. Het aanleggen van een zandige barriere creëert een luwtegebied over vele kilometers, waarachter zand en slib bezinkt dat anders weer terug naar de zeegaten zou zijn gestroomd.
Het vraagstuk vraagt boven alles een constructieve dialoog tussen deskundigen, probleemeigenaren en budgetbeheerders. Idealiter wordt deze dialoog gevoed met een model dat voor grote tijdsspannes suppletie-CO2-efficientie en het ledigen van ecologische nood optimaliseert. Maar zo ver zijn we nog niet.
Ties Rijcken (Flows), met medewerking van
Ad van der Spek (Deltares)
Laura Lijdsman en Ties Rijcken (Flows), met medewerking van Edwin Elias (Deltares)
Vincent de Gooijer (Flows)
Arno Nolte en Ankie Bruens (Deltares)
Kick Stokvis (Flows)
Deltares
