Hoofdstuk 6 Morfologie
6.1 Afbakening, definitie en herkomst
Belang
De noemer ‘Morfologie’ wordt in deze rapportage gebruikt om een aantal geomorfologische indicatoren onder te scharen: ten eerste de bodemligging of bathymetrie zelf, die sterk bepalend is voor stromingen, golven, waterstanden, scheepvaart en ecologie. Om veranderingen in bodemligging beter te kunnen duiden zijn een aantal afgeleide morfologische indicatoren opgenomen, namelijk de hypsometrie (de verdeling van de hoogteligging naar oppervlakte), de arealen geul/subtidaal/intratidaal/supratidaal, plaathoogte en -volume en geuldiepte en -volume. Ook de netto erosie- en sedimentatie en de bijbehorende sedimentbalans zijn weergegeven.
Ook is de lengte van de laagwaterlijn opgenomen. Deze geeft aan of er veel kleine platen en geulen zijn, of juist vooral grotere en is indicatief voor het beschikbare foerageergebied voor steltlopers: hoe langer de laagwaterlijn, hoe meer gebied beschikbaar is.
Het bodemslibgehalte (relevant voor het voorkomen van biota en de erosiesnelheid van de bodem) en erosieresistente lagen zijn eveneens opgenomen. Erosieresistente of harde lagen bestaan over het algemeen uit geconsolideerde klei, veen of Holocene afzettingen en vertragen geulmigratie door hun moeilijke erodeerbaarheid. Ze zijn dus mede bepalend voor de lange-termijn morfologische ontwikkeling.
Tot slot is de Ecotopenkaart (2017) van de Waddenzee opgenomen. Deze is een aggregatie van elders in deze rapportage opgenomen of nog op te nemen kaarten. Deze is een aggregatie van elders in deze rapportage opgenomen kaarten en specifieke modelstudies, en dus geen gemeten data. Daar moet men rekening mee houden bij verder gebruik. De reden om deze toch op te nemen is dat de kaart vlakdekkende informatie geeft die voor veel gebruikers zeer informatief is.
Afbakening
De morfologische indicatoren worden meestal getoond per kombergingsgebied, ook wel bekken genoemd. Figuur 6.1 toont de begrenzing en benaming van de verschillende bekkens. Deze begrenzing is overgenomen van de Geoserver van WMR1. De begrenzing van de bekkens is relevant, omdat er evenwichtsrelaties bekend zijn voor de verhouding tussen geulen en platen afhankelijk van de bekkenoppervlakte. De begrenzing tussen de bekkens wordt gevormd door de zogenaamde ‘wantijen’. Dit zijn gebieden achter de eilanden waar de getijgolven die door de zeegaten naar binnen komen elkaar ontmoeten. De stroomsnelheden zijn daar lager, waardoor sediment kan worden afgezet. Deze gebieden hebben vaak een hogere bodemligging en zijn slibrijk. Door de morfologische ontwikkeling van de Waddenzee en de morfodynamiek hebben de wantijen geen vaste positie, ze kunnen bijvoorbeeld van ligging veranderen als gevolg van afsluitingen (Zuiderzee, Lauwerszee). Bovendien moeten ze ook meer worden gezien als overgangszone dan als een vaste lijn zoals gebruikt wordt voor de begrenzing. In deze rapportage wordt geen rekening gehouden met de verschuivende positie van de wantijen en wordt onderstaande indeling gebruikt.
Daarnaast kunnen binnen deze bekkens ook nog verschillende kombergingen worden aangewezen. In deze rapportage wordt voorlopig alleen het Marsdiep onderverdeeld in verschillende deelgebieden. De volgende deelgebieden worden gehanteerd: Balgzand, Boontjes, Doovebalg, Scheurrak, Texelstroom en Zwanenbalg, zoals te zien in Figuur 6.2. Hierin is ook te zien dat de grenzen van deze gebieden niet helemaal overeen komen met het bekken Marsdiep op de Geoserver van WMR (in rood). Voor overige bekkens moeten grenzen voor de deelgebieden nog bepaald worden.
Een overzicht van de voor dit hoofdstuk gebruikte brondata, en de berekeningswijze van de getoonde indicatoren is terug te vinden in Appendix A.7.
6.2 Bodemligging
De bodemligging voor de gehele Waddenzee is te zien in figuur 6.3. De bodemligging is een mozaïek van de verschillende vaklodingen2. In de figuur kan het tijdsinterval van de vaklodingen worden aangepast om ook oudere bodemliggingen te bekijken. Hiermee is de ontwikkeling van het geulensysteem te volgen.
Voor een schermvullende interactieve weergave van bathymetrie zoals getoond in figuur 6.3 verwijzen we naar deze viewer.
6.3 Netto erosie en sedimentatie
Figuur 6.4 laat zien dat de grootste bodemveranderingen over de periode 1927-2016 hebben plaatsgevonden in de Westelijke Waddenzee. Hier is de invloed van de afsluiting van de Zuiderzee dominant: de snelle opvulling van afgesloten geulen en sedimentatie langs de vastelandskust. Deze sedimentatie verloopt tot nu toe sneller dan de zeespiegelstijging.
6.4 Hypsometrie
De hypsometrische curve geeft de verdeling van de hoogteligging in een bepaald gebied weer. Op de verticale as wordt de bodemhoogte uitgezet, en daarbij op de horizontale as het totale areaal met een bodemligging lager of gelijk aan die bodemhoogte. Voor kombergingsgebieden in de Waddenzee hebben hypsometrische curves een vergelijkbare vorm, omdat er relatief weinig diepe geulen zijn en relatief veel intergetijdengebied. Indien een bepaalde hoogteligging weinig aanwezig is, zal de hypsometrische curve hier een steil verloop laten zien, en indien een bepaalde hoogteligging veel voorkomt wordt de curve bijna vlak. Door in eenzelfde figuur de hypsometrische curve voor verschillende jaren (bodemopnames) te tonen, kan in één oogslag worden bekeken welk areaal (bijvoorbeeld geulareaal) er door de tijd is bijgekomen of verdwenen. In de Appendix A.7 staan de brondata en berekeningswijze beschreven. Voor missende data in een bepaald jaar, is de meest recente oudere data gebruikt.
Figuur 6.5 toont de hypsometrische curves voor de bekkens in de Waddenzee. Voor de meeste bekkens (voor afbakening, zie figuur 6.1) is de zien dat de recente jaren een curve hebben met een hogere ligging, wat betekent dat de bodem omhoog is gekomen.
Figuur 6.6 toont de hypsometrische curves voor de deelgebieden (voor afbakening, zie figuur 6.2)in het Marsdiep. Sommige gebieden, zoals het Balgzand, Boontjes, Scheurrak en Zwanenbalg laten net als de bekkens een redelijk vlakke lijn zien, wat inhoudt dat het grooste deel van het areaal zich binnen een bepaalde range van diepte bevindt. In de DooveBalg en in mindere mate in de Texelstroom is de lijn meer lineair, wat betekent dat er een grotere variatie en eerlijkere verdeling is in het diepteprofiel. Vooral in de Boontjes en de Zwanenbalg is een duidelijke toename te zien in bodemhoogte over de jaren.
6.5 Arealen
Om nauwkeuriger inzicht te krijgen in de areaalveranderingen van verschillende morfologische eenheden van de kombergingsgebieden, wordt de hypsometrische curve onderverdeeld in vier verschillende hoogteklassen:
- Geul (z < -5 m)
- Proxy subgetijdengebied (-5 m < z <-1 m)
- Proxy intergetijdengebied (-1 < z <1 m)
- Proxy supragetijdengebied (z > 1 m)
Het intergetijdengebied betreft het areaal wat een deel van de tijd droogvalt. De begrenzing van het intergetijdengebied wordt enerzijds gevormd door de bodemligging en anderszijds door de waterstandvariatie. De waterstand varieert niet alleen door de tijd, maar ook in de ruimte. Achterin de bekkens is de getijslag meestal groter dan nabij de zeegaten. Daarnaast neemt de getijslag toe van west naar oost, dus tussen Den Helder en Delfzijl. De kaart met de getijslag laat dit goed zien (figuur 3.6).
De waterstand wordt echter alleen gemeten op een aantal stations. Om van de gemeten waterstand een ruimtelijk dekkende waterspiegel te reconstrueren, dient rekening te worden gehouden met de getijvoortplanting. Numerieke modellen die de waterstanden berekenen, hebben moeite om laagwaterstanden goed te reproduceren. Dit komt doordat in een numeriek model de bodem wordt geschematiseerd naar grotere gebieden (rekencellen), en daarmee de kleinere geultjes en prielen, die een belangrijke functie hebben in het efficient draineren van de intergetijdengebieden, niet in het rekenrooster zijn opgenomen. Voor de ecotopenkaart wordt de waterspiegel berekend middels een driehoeksinterpolatie van de gemeten waterstanden als invoer voor het berekenen van de droogvalduur.
Er is er voor deze rapportage voor gekozen om in eerste instantie uit te gaan van vaste begrenzingen van de hoogteklasses en daarmee niet de veranderingen in getijslag door de tijd of over het gebied mee te nemen. Dit betekent dat verandering in arealen alleen worden veroorzaakt door veranderingen in de bodemligging en niet door een verandering in getijvoortplanting. Daarom spreken we van een ‘proxy’, bijvoorbeeld voor het intergetijdengebied.
Figuur 6.7 toont de arealen per klasse (kolommen) en per bekken (rijen; voor begrenzing zie figuur 6.1). De figuur laat zien dat het intergetijdengebied in de meeste bekkens toeneemt over de tijd. Alleen voor de Lauwers en Schild is dit niet zo. Ook neemt het areaal subgetijdengebied af (dit ligt tussen de -5 m NAP en de -1 m NAP lijn). De arealen supragetijdengebied zijn klein, ook omdat enkel de gebieden (cellen) worden meegenomen die in alle jaren opgenomen zijn. Het supragetijdengebied is niet altijd volledig opgenomen in de vaklodingen data, zeker niet in oudere opnamen. De ontwikkeling van het geulareaal verschilt per bekken.
Figuur 6.8 toont de arealen per klasse (kolommen) en per bekken (rijen; voor begrenzing zie figuur 6.2). Het geulareaal is over de laatste decennia toegenomen in het Balgzand, de Boontjes, Texelstroom en Zwanenbalg. In het Scheurrak en Doovebalg is het geulareaal redelijk constant sinds de jaren 70. In het Balgzand, de Boontjes en Zwanenbalg neemt het totale subgetijdegebied (dus inclusief het geulareaal) af. Dit betekent dat een steeds groter deel van het subgetijdegebied uitdiept. In de Texelstroom neemt het subgetijdegebied toe. Het intertijdegebied laat een tegenovergesteld beeld zien. In het Balgzand, de Boontjes en Zwanenbalg komt er dus steeds meer intergetijdegebied in plaats van subgetijdegebied, terwijl in de Texelstroom juist intergetijdegebied ingewisseld wordt voor subgetijdegebied. Het supragetijdegebied is zeer klein, in sommige jaren en in het Scheurrak was er zelfs überhaupt geen areaal boven de +1 NAP.
6.6 Plaathoogte
De hoogte van het intergetijdengebied (plaathoogte) is afhankelijk van de hydrodynamiek en het aanbod van sediment. Het getij voert sediment aan, dat kan worden afgezet op de platen. Golfwerking leidt tot erosie van de platen. De balans tussen erosie en sedimentatie resulteert in een bepaalde plaathoogte. Indien er veranderingen optreden in het getij, kan dit leiden tot veranderingen in de stroomsnelheden, met andere sedimentbeschikbaarheid tot gevolg. Veranderingen in GHW (bijvoorbeeld door zeespiegelstijging) leiden tot andere overstromingsduur en kunnen leiden tot veranderende invloed van de golven. Voor platen die in evenwicht zijn, zijn er evenwichtsrelaties afgeleid door Eysink & Biegel (1992).
Bij analyse van deelgebieden is de ruimtelijke begrenzing zeer van belang voor het berekenen van de plaathoogte. Indien een intergetijdengebied bijvoorbeeld migreert of opschuift, kan een stuk met lagere bodemligging (of zelfs geul) binnen de polygoon schuiven en daarmee de gemiddelde plaathoogte beïnvloeden. Op het niveau van bekkens speelt dit minder, omdat op de wantijen weinig geulen aanwezig zijn.
In deze rapportage is er voor gekozen om in eerste instantie de gemiddelde plaathoogte per bekken te berekenen. Hiervoor wordt het volume tussen de -1 m NAP en +1 m NAP grens bepaald, en gedeeld door de oppervlakte.
De gemiddelde plaathoogte (figuur 6.9) lijkt voor de grotere bekkens licht toe te nemen. Voor de Eilanderbalg, Lauwers en Schild zijn pas in de jaren ’70 de eerste bodems opgenomen, en vertonen om die reden voor die tijd een horizontale lijn.
De gemiddelde plaathoogte (figuur 6.10) geeft een gevarieerd beeld. De plaathoogte is vrij laag voor alle deelgebieden. De plaathoogte is voor de meeste deelgebieden afgenomen tussen 1927 en 1949 of 1971, en vervolgens weer toegenomen. Het Scheurrak laat een tegenovergesteld beeld zien. Sinds 2003 is de plaathoogte redelijk stabiel, behalve in de Zwanenbalg, waar deze toeneemt.
6.7 Geuldiepte
Geuldiepte is het volume beneden -5 m NAP gedeeld door het oppervlak beneden -5 m NAP (zie ook vergelijking (A.3)).
De ontwikkeling van de geuldiepte door de jaren laat voor de westelijke bekkens (Marsdiep, Eierlandse Gat en Vlie) een toename door de tijd zien (figuur 6.11). Verdere analyse is nodig om vast te stellen waar de sprongen in de tijdseries in sommige bekkens door worden veroorzaakt. Voor de Eilanderbalg, Lauwers en Schild zijn pas in de jaren ’70 de eerste bodems opgenomen, en vertonen om die reden voor die tijd een horizontale lijn.
De ontwikkeling van de geuldiepte door de jaren laat voor de meeste deelgebieden, net als voor het Marsdiep bekken (figuur 6.11), een sterke piek zien in 1949 en vervolgens een afname zien (figuur 6.12). In de Boontjes is de daling van de geuldiepte pas later ingezet. De geuldiepte van van Texelstroom ligt een stuk dieper dan de geuldiepte in de andere gebieden. Voor dit deelgebied laat de geuldiepte ook een andere trend zien, deze werd dieper tot 1971 en is vervolgens ondieper geworden.
6.8 Geuldoorsnede
Van een aantal locaties, die ook gebruikt zullen worden in de kombergingrapportages, zijn geuldoorsnedes berekend.
6.9 Plaatvolume
Het plaatvolume is per bekken gevisualiseerd in figuur 6.13. Het verloop is grotendeels vergelijkbaar met de plaatoppervlaktes; kleine verschillen worden verzoorzaakt door geulmigratie van het ene naar het andere bekken. In veel bekkens is het plaatvolume de afgelopen 80 jaar netto toegenomen, vaak wel met tijdelijke afnames. Lauwers, Zoutkamperlaag en Schild kennen na een piek in 2003 juist een duidelijke afname. Verdere analyse is nodig om preciezer vast te stellen wat de veranderingen in de tijd heeft veroorzaakt.
Het plaatvolume is per deelgebied in het Marsdiep is gevisualiseerd in Figuur 6.14. Het verloop is grotendeels vergelijkbaar met de plaatoppervlaktes en plaathoogte. In het Balgzand, de Boontjes, Doovebalg en Zwanenbalg is het plaatvolume sinds de jaren 50 toegenomen. In de Texelstroom en het Scheurrak is het plaatvolume juist afgenomen. Verdere analyse is nodig om preciezer vast te stellen wat de veranderingen in de tijd heeft veroorzaakt.
6.10 Geulvolume
Het geulvolume is in de westelijke bekkens (Marsdiep, Eierlandse Gat, Vlie) toegenomen, terwijl deze in het Friesche Zeegat (Pinkegat en Zoutkamperlaag) is afgenomen (figuur 6.15). De scherpe afname van het volume van Zouterkamperlaag begin jaren zeventig komt door de sluiting van de Lauwerszee in 1968, waardoor er sterke sedimentatie in de geulen optrad.
Het geulvolume van de verschillende deelgebieden binnen het Marsdiep laat een eentonig beeld zien, vergelijkbaar met het geulvolume voor het gehele bekken (figuur 6.16). Sinds de jaren 50 of 70 is het geulvolume gestaag toegenomen.
6.11 Sedimentbalans
De sedimentbalans van de Waddenzee is van groot belang om te kunnen beoordelen of de Waddenzee in staat is zich aan te passen aan grootschalige veranderingen zoals zeespiegelstijging en de afsluiting van getijdebekkens. Voor deze aanpassingen zijn grote hoeveelheden sediment nodig. Omdat in de Waddenzee zelf niet gesuppleert wordt, informeert de sedimentbalans dus ook hoeveel sediment aan de Noordzeekant gesuppleerd dient te worden. De algemene sedimentbalans inventariseert op basis van de ontwikkeling van de bodemligging hoeveel sediment de Waddenzee in- en uitgaat en hoe dit verdeeld is over de verschillende kombergingen. Omdat de transportmechanismen en herkomst van zand en slib verschillen, is ook inzicht ook de aard van het materiaal van belang.
Omdat het maken van een sedimentbalans complex is, en nog niet afgerond is (verwachting: 2025), zijn de opgenomen netto erosie/sedimentatie en de sedimentbalans gebaseerd op een eerdere studie van Wang et al. (2018); de resultaten zijn daarom slechts als figuren beschikbaar en niet interactief bevraagbaar.
In alle Waddenzeebekkens is over de periode 1926-2005 netto sedimentatie opgetreden (Wang et al. (2018); figuur 6.17). De gemiddelde aangroeisnelheden per bekken over deze periode zijn allemaal beduidend hoger dan de relatieve zeespiegelstijging. De import van sediment is sterk beïnvloed door menselijke activiteiten (zie Elias et al., 2012 voor meer informatie). Texel en Vlie (met 4.69 mm/jaar) laten een reactie zien op de sluiting van de Zuiderzee in 1932, en het Friese Gat (6.66 mm/jaar) reageert op de sluiting van de Lauwerszee in 1969. Het bekken bij Ameland kent geen ingrepen en laat de laagste sedimentatiesnelheid (2.52 mm/jaar) zien. Langs de Noordzeekust, dus buiten de bekkens, vindt juist erosie plaats in dezelfde periode. Het totale volume hiervan is ongeveer gelijk aan de totale sedimentatie in de bekkens.
NB Zoals al opgemerkt in de inleiding van deze sectie Morfologie, is het bepalen van bruto- en netto erosie en een sedimentbalans geen sinecure vanwege onder meer de verschuiving van geulen en bekkens in de tijd. In 2023 is een sedimentbalansonderzoek gestart voor de gehele Waddenzee volgens een nieuwe methode die daar beter recht aan doet in het NWO perspectief project WadSED. Deze methode is in pilotvorm al toegepast rondom Ameland en uitgevoerd voor de Noordzeekant van de eilanden. De balans voor het Waddenzeebekken wordt eind 2024/begin 2025 verwacht.
6.12 Lengte laagwaterlijn
De lengte van de laagwaterlijn geeft een indruk van de lengte van de plaatrand. Deze is hier bepaald aan de hand van de -1 m NAP contourlijn (zie figuur 6.18).
De totale lengte van de laagwaterlijnen is bepaald voor dezelfde jaren als de andere indicatoren, en weer voor elk bekken. In figuur 6.19 is de cumulatieve lengte voor de hele Waddenzee (excl. Eems-estuarium) te zien. Voor de afzonderlijke bekkens geldt dat de lengte in de meeste gevallen is toegenomen over de tijd, of op zijn minst ongeveer gelijk gebleven (figuur 6.20).
6.13 Bodemsamenstelling
Synoptic Intertidal Benthic Survey (SIBES) is een lange-termijn inventarisatie macrozoobenthos (wormen, schelpdieren, kreeftachtigen) en sediment korrelgrootte in de droogvallende delen van de Nederlandse Waddenzee. Deze systematische (sinds 2008), jaarlijkse, data zijn essentieel om het voorkomen, het gedrag en de gezondheid van dieren hoger in de voedselketen (vogels, vissen) te kunnen duiden en daarmee de draagkracht van de Waddenzee te kunnen bepalen. Ook kunnen hiermee invasieve exoten gesinaleerd worden. Daarnaast is de bodemsamenstelling, maar waarschijnlijk ook het bodemleven, van groot belang voor het parameteriseren en calibreren van modellen voor morfologische veranderingen. Beide aspecten zijn cruciaal om de respons op veranderingen zoals gaswinning, pierensteken of zeespiegelstijging in te schatten.
De data wordt verzameld door het NIOZ, onder financiering van NIOZ, Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM) en Rijkswaterstaat. De data is beschikbaar van 2008 tot 2019. De hier opgenomen data betreft alleen de abiotiek, dus de korrelgrootteverdeling: de D50 korrelgrootte en het percentage silt. Deze is in de zomer bemonsterd op een regelmatig grid van 500x500 m, met een steekbuis tot een diepte van 4 cm en geanalyseerd met een particle analyzer.
De SIBES-dataset is te bekijken en te downloaden via Datahuis Wadden Waddenviewer. Meer informatie is te vinden via het Waddenregister.
Naast SIBES bestaan verschillende historische kaarten met het bodemslibgehalte (Lely ~1890, De Glopper ~1960, Sedimentatlas ~1989). De sedimentatlas is digitaal beschikbaar en geeft een volledig dekkende kaart van de bodemsamenstelling in de Waddenzee inclusief het Eems-estuarium. Het bodemslibgehalte op basis van deze sedimentatlas is getoond in figuur 6.22.
6.14 Ecotopenkaart
Voor een goed beheer van gebieden zoals de Waddenzee is een consistent, eenduidig en langjarig inzicht in de veranderingen van de diverse landschappelijke eenheden van groot belang. Eén van de manieren om veranderingen in ecosystemen en landschappen inzichtelijk te maken is met een ecotopenkaart. Ecotopen zijn “ruimtelijk te begrenzen ecologische eenheden, waarvan de samenstelling en ontwikkeling worden bepaald door abiotische, biotische en antropogene condities ter plaatse”.
De ecotopenkaart helpt beheerders om duidelijk te krijgen waar welke natuur zit in het Waddengebied. Zo kunnen beheerders inspelen op bepaalde situaties. Hoge zandruggen naast diepe geulen zijn bijvoorbeeld vaak een rustplaats voor zeehonden. Als in het veld blijkt dat die zeehonden daar toch niet liggen dan kan dit een indicatie zijn dat er wat aan de hand is. Daarnaast geeft de ecotopenkartering, door de regelmatige uitvoering, een goed inzicht in veranderingen van het Waddenlandschap.
Elk kombergingsgebied wordt eens in de zes jaar geüpdatet, waardoor er elke zes jaar een volledig nieuwe ecotopenkaart wordt opgeleverd. Dit zal gedurende een langjarige periode (+/- 30 jaar) een duidelijke verandering van de Waddenzee weergeven.
De arealen van de verschillende ecotopen (2017) en beschrijving van de methodieken van de verschillende ecotopen kunnen geëxtraheerd worden via de beschrijving in de Toelichting op de zoute ecotopenkaart.
6.14.1 Ecotopenkaart 2017
Hieronder is de ecotopenkaart (2017) weergegeven zoals opgenomen in het Nationaal Georegister. De ecotopenkaart is ook te bekijken in de Datahuis Wadden Waddenviewer, samen met andere kaartlagen. Voor de Ecotopenkaart is ruimtelijk dekkend informatie van de stroomsnelheden, orbitaalsnelheden, droogvalduren en saliniteit berekend op basis van metingen en numerieke modellen. De onderliggende kaartlagen in de Waddenviewer geven onder andere deze informatie. De basislaag voor saliniteit is opgenomen in paragraaf 5.3.