Wetenschap
Beheer van meanderende waterwegen in een veranderende wereld
Net zoals water door een rivier beweegt, bewegen rivieren zelf door het landschap. Ze kerven valleien en ravijnen uit, creëren uiterwaarden en delta's, en transporteren sediment van de hooglanden naar de oceaan.
Een artikel van UC Santa Barbara presenteert een verslag van wat de migratiesnelheden van kronkelende rivieren drijft. De twee auteurs hebben een mondiale dataset van deze waterwegen samengesteld, waarbij ze analyseren hoe vegetatie en sedimentbelasting de kanaalbeweging beïnvloeden.
"We vinden een trend op mondiale schaal tussen de hoeveelheid sediment die rivieren vervoeren en hoe snel ze migreren, over alle variabelen heen", zegt hoofdauteur Evan Greenberg, een doctoraatsstudent bij de afdeling Geografie.
Hun resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Earth and Planetary Science Letters, contrast met eerder werk dat het stabiliserende effect van vegetatie benadrukte. In dit artikel benadrukken de onderzoekers hoe de activiteit van meanderende rivieren voortkomt uit de wisselwerking tussen sedimentafzetting en oeverstabilisatie door vegetatie.
Sommige van 's werelds belangrijkste waterwegen zijn kronkelende rivieren, dus een goed begrip van hun gedrag is van cruciaal belang voor het beheersen van deze natuurverschijnselen in een veranderende wereld.
Op een rivierbocht werken twee krachten, genaamd bar push en oever pull. Bar push ontstaat wanneer afzetting aan de binnenkant van een bocht een zandplaat vormt, waardoor de bocht naar buiten wordt geduwd. Tegelijkertijd trekt erosie aan de overkant de bocht nog verder naar buiten. Op eerstgenoemde heeft de sedimentbelasting een sterker effect, op laatstgenoemde heeft de stabiliserende aanwezigheid van vegetatie meer invloed.
Wetenschappers hebben verschillende hypothesen voorgesteld over welke factor een sterkere invloed uitoefent op de meandermigratie. "Dit is een behoorlijk controversieel onderwerp en het blijft heen en weer gaan", zegt senior auteur Vamsi Ganti, Greenbergs adviseur en universitair hoofddocent bij de afdeling geografie.
Om deze dynamiek te onderzoeken, hebben Greenberg en Ganti bestaande metingen van riviermigratiesnelheden verzameld en gegevens van ongeveer 60 extra rivieren toegevoegd. In totaal verzamelden ze gegevens over 139 meanderende rivieren over de hele wereld, verspreid over verschillende regio's, klimaten, afmetingen en vegetatieregimes. De onderzoekers modelleerden elk rivierkanaal als een reeks lijnsegmenten met behulp van satellietbeelden. Ze konden vervolgens volgen hoe deze segmenten in de loop van de tijd verschoven om de migratie van de rivier te meten.
Het leidende paradigma was dat vegetatie deze migratie vertraagt door de buitenoever te stabiliseren tegen erosie. Dit stond in contrast met experimenteel bewijs dat erop wees dat de sedimentbelasting een invloedrijke factor zou kunnen zijn. De aantrekkingskracht van de oevers is sterker in onbegroeide rivieren, maar zoals Greenberg en Ganti ontdekten, hebben deze doorgaans ook een grotere sedimentaanvoer, waardoor het moeilijk wordt om de relatieve bijdragen van de twee processen te onderscheiden.
Maar de analyse van Greenberg en Ganti bracht een duidelijke trend aan het licht:de migratie verliep sneller voor rivieren die in verhouding tot hun omvang veel sediment vervoerden. Het model toonde ook aan dat vegetatie de riviermigratie vertraagt, zoals gesuggereerd door eerdere studies. Het effect was echter veel bescheidener:onbegroeide rivieren migreerden vier keer sneller dan hun tegenhangers van vergelijkbare grootte, in plaats van de tienvoudige toename die door sommige van hun collega's werd gerapporteerd. Dit suggereert dat het duwen van een bar een sterkere invloed heeft op meanderende rivieren dan het trekken van een oever.
Dat gezegd hebbende, komt het gedrag van rivieren voort uit de samenvloeiing van de twee processen. "Je kunt niet hebben dat de een de ander domineert in een kronkelende rivier", zei Ganti. "Als je niet genoeg sedimentaanvoer hebt, zal de trekkracht van de oever groter zijn dan de druk op de oever, en zul je eindigen met een gevlochten rivier. En het is dus echt de balans tussen de druk op de oever en de trekkracht die deze stabiele meanderende rivieren creëert. "
Dammen bieden een kant-en-klare casestudy voor het onderzoeken van de bijdragen van deze twee mechanismen, aangezien de structuren sediment vasthouden maar nauwelijks de vegetatie beïnvloeden. Toen de auteurs keken naar de beweging van drie Noord-Amerikaanse rivieren boven en onder opmerkelijke dammen, ontdekten ze dat de migratiesnelheden stroomafwaarts vertraagden, waar de rivier geen sediment meer had. Ze konden er nu zeker van zijn dat de sedimentbelasting de bochtmigratie aanstuurde.
Greenberg onderzoekt verder het effect van dammen, niet alleen op kronkelende rivieren, maar op alle soorten rivieren met uiterwaarden. "We willen weten wat dammen doen met de migratie van rivieren", zei hij.
Veel van 's werelds belangrijkste waterwegen zijn kronkelende rivieren, en honderden miljoenen mensen leven langs de uiterwaarden, zei Ganti. "Dus weten hoe rivieren bewegen is belangrijk voor het beheersen van de risico's die gepaard gaan met oevermigratie.
In eerdere artikelen heeft Ganti gedocumenteerd hoe de stijging van de zeespiegel en veranderingen in de sedimentaanvoer de rivierdynamiek in de toekomst kunnen beïnvloeden.
De resultaten schetsen een beeld van actievere, minder voorspelbare rivieren, vooral in combinatie met extremer weer en veranderend landgebruik. Wetenschappers voorspellen bijvoorbeeld dat veel rivieren een grotere aanvoer van sediment zullen zien. "Meer sediment betekent dat rivieren meer dingen kunnen doen", merkte hij op.
Ganti is van plan de reikwijdte van hun model te verbreden. Terwijl geografen en aardwetenschappers zich historisch gezien hebben geconcentreerd op meanderende rivieren, zijn de meeste waterwegen op aarde zwervende rivieren met meerdere draden, zei hij. Hij en Greenberg werken aan het kwantificeren van de riviermobiliteit in het algemeen, over de vele riviercategorieën heen.
Idealiter willen ze een model ontwikkelen dat de migratie van een rivier kan beschrijven terwijl deze over de gehele lengte van het riviertype verandert, van bovenwater tot zee.