De schijnbaar eenvoudige vraag wat de vorm van rivierkanalen bepaalt, is al lang een uitdaging voor geologen en civiel ingenieurs. Een nieuwe studie onder leiding van wetenschappers van UC Santa Cruz toont aan dat de hoeveelheid sediment die een rivier transporteert een sleutelfactor is bij het bepalen van de geometrie van rivierkanalen en de grootte van de sedimentkorrels op de rivierbedding.

De bevindingen, gepubliceerd op 13 maart in de Proceedings van de National Academy of Sciences , een algemene veronderstelling over met grind begroeide rivieren ondermijnen. Het idee, ondersteund door tientallen jaren van waarnemingen, is dat rivieren met grindbedden een evenwicht bereiken, een drempelkanaal genoemd, waar de korrels van gemiddelde grootte op de rivierbedding pas beginnen te bewegen als het kanaal vol is (de "bankfull flow"-fase, net geen overstromingen).

"Als alle kanalen drempelkanalen zijn, dat is handig omdat het ons helpt voorspellingen te doen voor managementbeslissingen en voor het modelleren van landschapsevolutie, " zei eerste auteur Allison Pfeiffer, een promovendus in aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz.

Maar Pfeiffer ontdekte dat de aanname niet opgaat voor rivieren in regio's met hoge erosiesnelheden die leiden tot grote hoeveelheden sediment die door de rivierkanalen stromen. Deze omstandigheden komen vaak voor in de steile, tektonisch actieve landschappen langs de westkust van Noord-Amerika. Toen Pfeiffer gegevens analyseerde over kanaalgeometrieën en erosiesnelheden voor met grind begroeide rivieren in heel Noord-Amerika, ze ontdekte dat de meeste rivieren die de drempelwaarde schenden zich aan de westkust bevinden.

"Rivieren in steile landschappen zoals het Santa Cruz-gebergte transporteren veel sediment in vergelijking met rivieren in, zeggen, Michigan of de staat New York, Pfeiffer zei. "Deze rivieren met een hoge sedimentaanvoer hebben hun geometrie aangepast om sedimenten te transporteren bij meer gematigde stromingen, dus er is geen overstroming nodig om veel sediment te verplaatsen."

Als resultaat, het sediment op de rivierbodem is veel fijner dan zou worden voorspeld door het drempelgeulmodel. Co-auteur Noah Finnegan, universitair hoofddocent aard- en planeetwetenschappen aan UC Santa Cruz, legde uit dat drempelkanalen zich alleen kunnen ontwikkelen in omgevingen waar een lage sedimentaanvoer het mogelijk maakt dat de kleinere korrels worden weggevaagd en niet worden vervangen. Achtergelaten is een laag "pantsering" op de rivierbedding die bestaat uit grotere korrels die alleen bij de hoogste stroomsnelheden kunnen bewegen.

"Westkustrivieren hebben meestal een minder goed ontwikkelde pantserlaag, ' zei Finnegan. 'Als je de sedimentaanvoer verandert, het snelste aan te passen is de korrelgrootte in de pantserlaag."

Als hij en zijn studenten metingen doen in lokale rivieren, hij zei, de resultaten voldoen meestal niet aan het paradigma van het drempelkanaal. Pfeiffer kwam dit tegen tijdens een project om de verspreiding van zalmpaaihabitat in het Santa Cruz-gebergte te voorspellen. Zalmen hebben grind van een bepaald formaat nodig om hun nest te bouwen. Met behulp van de drempelveronderstelling, De voorspellingen van Pfeiffer over de grootte van het grind waren een factor drie lager.

"Dat kan een enorm verschil zijn voor een Coho-zalm, " zei ze. "Nu weten we dat de aanvoer van sediment een sleutelfactor is waarmee rekening moet worden gehouden als we de zalmhabitat proberen te voorspellen."

De bevindingen kunnen ook praktische implicaties hebben voor het ontwerp van rivierherstelprojecten. Rivieren zijn zelfvormende systemen, en hun kanalen vormen en hervormen bij elke vloedgebeurtenis. Pogingen om hen menselijke ontwerpen op te leggen, zijn niet altijd succesvol.

"Rivieren zijn lastige puzzels die ons steeds weer nieuwe uitdagingen bieden, ' zei Pfeiffer. 'Het belang van de sedimentaanvoer is misschien ondergewaardeerd. We hebben nog niet het soort theoretisch model van rivierkanalen dat we zouden willen hebben, maar uit dit onderzoek blijkt dat de sedimentaanvoer een variabele is die in het model moet worden meegenomen."