Congres Watersysteemkennis - Studiedag ‘Modellen voor integraal waterbeheer’ Abstract voor poster Fundamentele studie van uitwisselingsprocessen in rivierecosystemen (FWO project G.0306.04) K. Buis (1), C. Anibas (2), K. Bal (1), R. Banasiak (3), L. DeDoncker (3), N. DeSmet (1), M. Gerard (1), Sofie van Belleghem (1), O. Batelaan (2), P. Troch (3), R. Verhoeven (3) & P. Meire (1) (1) Ecosystem management Research Group, University of Antwerp, Belgium, (2) Dept. of Hydrology and Hydraulic Engineering, Free University Brussels, Belgium, (3) Hydraulics Laboratory, Dept. Civil Engineering, Ghent University, Belgium
De kwaliteit en kwantiteit van het naar zee afgevoerde water wordt bepaald in het rivierbekken. Niet alleen vind hier de toevoer plaats, maar resulteren hydrologische, chemische en ecologische processen in transformatie en verwijdering van materiaal. Voor een accurate beschrijving van uitwisselingsprocessen op (sub)bekkenschaal is een goed begrip van het functioneren van land-water overgangen (ecotones) nodig. De hoofddoelstelling van dit project is om te onderzoeken hoe de diverse fysische en biologische processen en hun interacties invloed hebben op uitwisseling van water, opgeloste stoffen en particulair materiaal in twee kenmerkende rivierecosystemen; beken met hun oeverzones (de AA in de Kleine Nete vallei) en overstromingsgebieden in verbinding met de rivier (het Demerbroek tussen Zichem en Testelt). De aard van de activiteiten is te verdelen in het verrichten van metingen (veldcampagnes, monitoring en experimenten) en modelontwikkeling. De uitgevoerde metingen kennen een tweeledig karakter. Enerzijds worden daarmee data gegenereerd om de modellen te calibreren en valideren. Anderzijds worden de uitgevoerde metingen en experimenten gebruikt om procesbeschrijvingen te formuleren en te ijken. De ontwikkeling van geïntegreerde numerieke ecosysteemmodellen is essentieel in dit project. De interactie van verschillende ecosysteemcomponenten dienen hiertoe te worden gekoppeld, waarmee cascade en terugkoppelingsprocessen kunnen worden toegelaten. Er is gekozen voor ‘Femme’ (‘A flexible environment for mathematically modelling the environment’ http://www.nioo.knaw.nl/cemo/femme/ ) dat een dergelijke modulaire opbouw toelaat. Een aanzet tot dit geïntegreerde modulaire model is gemaakt. Een koppeling kon tot stand worden gebracht tussen modules, die a) hydraulica, b) macrofyten/planten model, c) transport van opgeloste stoffen, d) sedimentatie en erosie e) sediment met kwelformulering, f) reactiviteitprocessen beschrijven. Voor de beek wordt één geïntegreerd model specifiek ontwikkeld voor de AA op grond van beschikbare data. De rol van macrofyten staat hierin centraal op het ecosysteem functioneren. Het tweede model is conceptueler van aard en verbind meerdere processen en interacties. Dit laat ook toe om de verworven (model)kennis naar beken met andere bepalende processen in de uitwisseling van materiaal te verwezenlijken of scenario studies uit te voeren.
########################## tekststukken
De hoofddoelstelling van dit project is om te onderzoeken hoe de diverse fysische en biologische processen en hun interacties invloed hebben op uitwisseling van water, opgelost en particulair materiaal in de twee kenmerkende uitwisselingszones van stroomgebieden: oeverzones en overstromingsgebieden. Voor het verwezenlijken van de hoofddoelstelling is het noodzakelijk modellen van enerzijds de oever en anderzijds het overstromingsgebied te ontwikkelen. Daarvoor is multidisciplinair onderzoek en geïntegreerde modellering van hydrodynamische transportkarakteristieken en biologische transformatie processen vereist. Het koppelen van de verschillende modellen en beschrijvingen vormt de methodische uitdaging in het voorgestelde project. De modelontwikkeling kent een tweeledig karakter. Aan de ene kant worden modellen ontwikkeld om verzamelde data van experimenten en veldmetingen te analyseren, bijvoorbeeld om massabalansen op te stellen om inzicht in invoer, transformatie en afvoer van nutrienten te verkrijgen. Daarnaast vindt modelontwikkeling plaats om tot functionele beschrijvingen te komen voor rivierecosystemen. Deze modellen moeten het toelaten om scenario en conceptuele studies toe te laten, bijvoorbeeld de verwachting van het ecosysteemfunctioneren bij veranderde morfologie of randvoorwaarden. Het geïntegreerde beek/rivier model kent een modulair karakter en is ontwikkeld binnen FEMME (fortran omgeving). Modules van verschillende complexiteit kunnen worden geïmplementeerd. On De hoofddoelstelling van dit project is om te onderzoeken hoe de diverse fysische en biologische processen en hun interacties invloed hebben op uitwisseling van water, opgeloste stoffen en particulair materiaal in twee kenmerkende rivierecosystemen; beken met hun oeverzones en overstromingsgebieden in verbinding met de rivier. De aard van de activiteiten is te verdelen in het verrichten van metingen (veldcampagnes, monitoring en experimenten) en modelontwikkeling. De uitgevoerde metingen kennen een tweeledig karakter. Enerzijds worden daarmee data gegenereerd om de modellen te calibreren en te valideren. Anderzijds worden de uitgevoerde metingen en experimenten gebruikt om procesbeschrijvingen te formuleren en te ijken. De meet- en modelleeractiviteiten zijn gericht op twee studieterreinen: de AA (beek in de Kleine Nete vallei) en het Demerbroek (overstromingsgebied van de Demer tussen Zichem en Testelt). Eerst zullen de activiteiten gericht op de meetinspanningen worden gepresenteerd, daarna volgt de uitéénzetting van de modelleringontwikkelingen. Ook zullen de activiteiten aan de Biebrza rivier in Polen kort worden aangestipt. Om tot geïntegreerde modellen van grondwater, hydraulica en waterkwaliteit/biogeochemie te komen is gekozen om te starten met modellen of software, waarmee men in de verschillende disciplines gewoon is te werken. Deze fase beoogt nog geen hechte interactie met de andere disciplines, maar sluit perfect aan bij de toepassing van modellen voor analyse van de verkregen meetresultaten. In deze fase worden modellen gemaakt om inzicht in processen te genereren. Vervolgens treedt een
omkering op door functionele modellen te ontwikkelen, die gerichte formuleringen voor de procesinteracties bevatten, gebaseerd op de resultaten van de metingen en de literatuur. Deze modellen laten bestudering van het systeemgedrag en uitvoering van scenario studies toe, het uiteindelijke doel van dit project. gekozen voor het modulaire systeem ‘Femme’ (Fortran code) waarin de stromingsvergelijkingen succesvol zijn ingebouwd. Het opzetten van een eigen numeriek model is essentieel in het project waarbij niet enkel het oppervlaktewater zal gemodelleerd worden, maar ook de interactie met het ecosysteem en het grondwatertransport mee zal geïmplementeerd worden. Een aanzet tot dit geïntegreerde modulaire model is gemaakt. Een koppeling kon tot stand worden gebracht tussen modules, die a) hydraulica, b) rudimentair planten model, c) transport van opgeloste stoffen, d) sedimentatie en erosie e) sediment met kwelformulering, f) reactiviteitprocessen beschreven. Hoofdaccent zal liggen op de ontwikkeling van geïntegreerde modellen. Hierin kunnen 2 fasen worden onderscheiden. Allereerst, na de al uitgevoerde analyse voor koppeling van modules in de FEMME-omgeving, zullen de verschillende modules verder geformuleerd en gecalibreerd worden met de verzamelde data uit de meetcampagnes en uitgevoerde experimenten. Dit geïntegreerde model zal bestaan uit de modules, waarvoor in dit project data is verzameld. Verder zal validatie plaats vinden voor het ecosysteem dat als studiegebied is verkozen. De vraagstelling gericht op retentie van materiaal in rivierecosystemen kan zo voor een beek met sterke waterplantengroei en interactie met waterbodem en ondiep grondwater worden bestudeerd. (planning: eind april afgerond) Voor algemeen en conceptueel inzicht in retentieprocessen in beken dienen nog andere processen beschreven te worden. Dit laat ook toe om de verworven (model)kennis naar beken met andere bepalende processen in de uitwisseling van materiaal te verwezenlijken. Binnen de beschikbare menskracht in dit project is het praktisch onmogelijk om overal eigenhandig data voor te genereren. Mogelijkheden om deze processen te modelleren, nu gekoppeld aan literatuur gegevens, liggen echter binnen handbereik. Zo zullen de hydraulische beschrijvingen uitgebreid worden voor ‘overbank flow’ en ‘storage zones’. Verder zullen erosie- en sedimentatiebeschrijvingen ingebouwd worden om het gedrag van gesuspendeerd materiaal in relatie tot de aanwezigheid van waterplanten mogelijk te maken. Dit resulteert in een uitgebreider conceptueel ecosysteemmodel voor beken. (planning: afronding eind september)
FEMME - ‘A flexible environment for mathematically modelling the environment’ http://www.nioo.knaw.nl/cemo/femme/
The quantity and quality of water transferred to the coastal zone is determined within the river basin. Not only because here the major input takes place, but also because hydrological and ecological processes lead to transformation or removal of materials. For an accurate description of exchanges at (sub)basin scale, a detailed understanding of the functioning of the land-water interfaces (ecotones) is necessary. Retention can be seen as a key feature of river ecosystems to describe transfer dynamics. The main goal of our research project is to investigate how the diverse physical and biological processes and their interactions in land-water interfaces determine the exchange of water, dissolved compounds and particulate matter. This is studied at the stream-margin and the river-floodplain scale. In order to achieve this goal multidisciplinary research and integrated modeling of groundwater, hydraulic and ecological processes is required. The coupling of different models and model descriptions forms a methodological challenge. The processes of incorporation of dissolved components in particulate form, biota (e.g. macrophytes, algae) or ecosystem compartments (sediments) will increase the residence time of matter within the basin. The role of hydraulics is twofold: it transports matter and influences the uptake and release of components. Within a stream, macrophytes affect the (resistance against) flow of water, take up or release of components, and create different in-stream environments. Patches of macrophytes will tend to have different flow conditions and accumulate organic matter. This leads to nutrient rich sediments with reduced environments. For nitrogen cycling, this results in preferential sites of denitrification and thus removal of nitrogen from the system. This can be seen as a cascade structure. On the other hand the increased growth of macrophytes as influenced by nutrient rich sediments effect the discharge and flow regime characteristics and thus form a feed back structure, though on longer time scales. We will illustrate our attempts to develop submodels and their integration on ecosystem scale to gain insight into the functioning of the stream ecosystem and its role in transport and retention of matter in river (sub)basins.
Fundamentele studie van uitwisselingsprocessen in rivierecosystemen 1. Probleemstelling Rivieren hebben door hun afvoer van sedimenten, organisch materiaal en nutriënten naar de kustzeeën een grote invloed op het mariene ecosysteem. Dit vormt het onderwerp van veel onderzoeksprojecten binnen het IGBP-programma “Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone”. De kwalitatieve en kwantitatieve karakteristieken van die input alsmede de temporele dynamiek zijn echter sterk afhankelijk van processen in de stroomopwaarts gelegen delen van de rivieren (1). Daar vindt niet alleen de afgifte plaats van terrestrisch materiaal door oppervlakte afvoer of via grondwaterstroming, maar leiden geomorfologische, hydraulische en biologische processen ook tot opslag en transformatie van dat materiaal (2). De laatste jaren wordt gepoogd het transport van water, opgeloste stoffen en sedimenten te beschrijven op schaal van (deel)stroomgebieden. De modellen zijn veelal op macroschaal geformuleerd met beschrijving van ecosysteemtypes als bos, landgebruik, wetland etc. en uitwisselingstermen tussen die systemen (figuur 1). Waar land en water elkaar ontmoeten vinden we juist ecotonen (3): overgangszones als resultante van hydrodynamiek met een eigen flora en fauna en daaraan gekoppelde intensieve omzetting en opname van materiaal. Voor een goede beschrijving van uitwisseling op macroschaal is dus een gedetailleerd begrip van het functioneren van dergelijke zones noodzakelijk. 2. Het onderzoeksteam De in dit project betrokken onderzoeksgroepen werken reeds verschillende jaren samen in het kader van bilaterale samenwerking met Polen rond het beheer van ‘wetlands’ in het Biebrza-stroomgebied. Deze samenwerking richt zich voornamelijk op het bestuderen van de rol van het water in het functioneren en de evolutie van ecosystemen. De Universiteit Gent brengt zijn expertise in m.b.t. de verzameling en analyse van hydrometrische gegevens en de wiskundige modellering van het oppervlaktewater (met speciale aandacht voor de uitwisseling van water tussen rivier en de overstromingsgebieden) en het sedimententransport. De Vrije Universiteit Brussel verzamelt en analyseert grondwatergegevens en werkt aan een wiskundig model van de grondwaterstroming met bijzondere aandacht voor de uitwisseling tussen het grondwater en het oppervlaktewater in de moerasgebieden. De Universiteit van Antwerpen spitst zich vooral toe op het bestuderen van plantenlevensgemeenschappen in de (grotendeels ongestoorde) ‘wetland’ omgeving in relatie tot hydrodynamiek en beschikbaarheid van nutriënten. In de drie disciplines van grondwatermodellering, hydraulica en de biologie zijn interacties permanent aanwezing. Zo behoort in watermodellering verdamping door vegetatie beschreven te worden en vormen juist in de biologie de grondwaterstand en – kwaliteit belangrijke randvoorwaarden voor voorkomen en functioneren van vegetatie. In overstromingsgebieden beïnvloedt de vegetatie zowel de stroming en verblijftijd van water, als de sedimentaties van gesuspendeerd materiaal. Overstromingsfrequentie en duur zijn juist weer bepalend voor het type vegetatie dat zich daar kan ontwikkelen. Een gerichte integratie van de disciplines is dan ook een sine qua non om het wetenschappelijk inzicht in het functioneren van dergelijke wetlands vooruit te helpen.
Figuur 1. De te ontwikkelen detailmodellen van de wetland-oever-waterloop overgang (links) en het overstromingsgebied (rechts) moeten bijdragen tot een betere definitie van de interne randvoorwaarden van een stroomgebiedsmodel op macro-schaal. De interactiezones (zie paragraaf 4) met hun uitwisselingskenmerken voor water, opgeloste stoffen en gesuspendeerd materiaal staan centraal in de voorgestelde studie. Veldmetingen en experimenten worden uitgevoerd om modellen en parameters op te stellen en te toetsen. 3. Doelstelling De hoofddoelstelling van dit project is om te onderzoeken hoe de diverse fysische en biologische processen en hun interacties invloed hebben op uitwisseling van water, opgelost en particulair materiaal in de twee kenmerkende uitwisselingszones van stroomgebieden: oeverzones en overstromingsgebieden (figuur 1). 4. Overzicht van het project Voor het verwezenlijken van de hoofddoelstelling is het noodzakelijk modellen van enerzijds de oever en anderzijds het overstromingsgebied te ontwikkelen. Daarvoor is multidisciplinair onderzoek en geïntegreerde modellering van hydrodynamische transportkarakteristieken en biologische transformatie processen vereist (4,5). Het koppelen van de verschillende modellen en beschrijvingen vormt de methodische
uitdaging in het voorgestelde project. Naast algemene modelbeschrijvingen van grondwaterstroming, hydraulica en biologische kenmerken worden een aantal kenmerkende interactie zones onderscheiden (zie figuur 1) waarbinnen de uitwisselingsprocessen in detail onderzocht en modelmatig beschreven zullen worden: 1. interactie ondiep grondwater en terrestrisch of wetland (bodem als grensvlak) (UA + VUB) 2. interactie dieper grondwater en de waterloop (waterbodem als grensvlak) (RUG + VUB) 3. interactie waterloop met de oeverzone (RUG + UA) 4. interactie (on)diep grondwater en overstromingsgebied (RUG + UA + VUB) 5. interactie waterloop en overstromingsgebied (RUG + UA) Een gerichte beschrijving van de uitwisselingen wordt allereerst bepaald door de component die onderzocht wordt. Er zijn drie groepen van componenten met elk hun eigen karakteristieke “uitwisselings”-beschrijvingen, namelijk: a) Water Water staat centraal met een dubbele rol, enerzijds is transport en uitwisseling van water van levensbelang voor ecosystemen anderzijds speelt het de rol van transport medium waarmede de componenten b) en c) zich kunnen verplaatsen. Binnen de watercomponent onderscheiden en bestuderen we uitwisselingen tussen het grondwater, oppervlakte water en het water in de planten. Voor ieder van deze watercomponenten bestaan fysische theoretische beschrijvingen en modellen. Uitwisseling is echter veel problematischer te beschrijven daar ruimte en tijdschalen perfect op elkaar afgestemd moeten worden. Doel is hier tot een afgestemde theoretische en praktische (model) uitwerking te komen van transport van water in de verschillende onderscheiden interactie zones zodanig dat uitwisseling van water bestudeerd kan worden. Concreet worden de volgende uitwisselingen geïntegreerd in bestaande formuleringen: - Grondwater-oppervlakte water interactie - Retentie oppervlakte water in overstromingsgebieden en oeverzones - Verdamping van water door planten b) Opgeloste stoffen (o.a. nutriënten, polluenten) Transport en uitwisseling van opgeloste stoffen wordt zowel door advectie als dispersie (en/of diffusie) bepaald. Welk proces belangrijk is hangt van de (hydrodynamische) kenmerken van de zone af. De advectieve term is gebaseerd op de concentratie van de opgeloste stoffen in het compartiment water dat zich verplaatst. Door een grensvlak kan zo een uitwisselingsflux worden bepaald. Dispersie en diffusie zijn vormen van uitwisselingsprocessen die gebaseerd zijn op een gradiënt van de opgeloste stof (verschil in concentratie over het uitwisselingsoppervlak). Vaak ontstaat een gradiënt door (biologische) reactie- of transformatieprocessen. c) Particulair of gesuspendeerd materiaal Transport en uitwisseling van particulair materiaal kan onderverdeeld worden in: Advectief: Het materiaal blijft in suspensie en wordt met het debiet meegevoerd.
Dispersie die de uitwisseling van materiaal in de watermassa t.g.v. het verschil in stroomsnelheden beschrijft. Sedimentatie en erosiebeschrijvingen. Invloed van biologische processen ligt in de beïnvloeding van deze uitwisselingen. Hierbij moet vooral gedacht worden aan de invloed van vegetatie op weerstand tegen stroming en erosie- en sedimentatieprocessen. In het voorgestelde project zullen van twee gebieden detailmodellen voor de uitwisseling en gedrag van de bovengenoemde componenten worden opgesteld, één voor een kleine waterloop met uitwisseling met het omliggend land en één voor een overstromingsgebied. Per interactiezone worden de procesinteracties van de 3 compontentgroepen geanalyseerd en beschreven. Veldmetingen zullen worden uitgevoerd om massabalansen op te kunnen stellen voor calibratie en validatie van zowel de beschrijvingen van de interactiezones, als het samengestelde model voor oever en overstromingsgebied. Daarnaast zal gebruik worden gemaakt van lopend en afgerond experimenteel onderzoek voor gedetaileerde transformatieprocessen. Stikstof wordt als “voorbeeld”-component in de modellen beschreven. De besproken transport-mechanismen zijn alle drie noodzakelijk voor een goede beschrijving van het gedrag van stikstof. Daarnaast zijn biologische transformaties erg belangrijk. Enerzijds door opname van opgeloste nutriënten (nitraat en ammonium) door planten en algen met daaraan verbonden de vorming van particulair organisch materiaal. Daarnaast wordt stikstof verwijderd door denitrificatie (de omzetting van nitraat naar stikstofgas). De onderzoeksgroep van de UIA heeft veel expertise opgebouwd in dit terrein. 5. Projectfasen Het gehele project wordt opgedeeld in 4 uit te voeren werkpakketten: Pakket 1. Project initialisatie (jaar 1, duur is een half jaar) De initialisatie fase van het project bestaat uit een algemene discussie en afstemming van modellen en procesbeschrijvingen, meetprogramma en gegevensverzameling. Allereerst zal er intensief worden gesproken over de processen die zullen moeten worden beschreven en op welke modelmatige wijze ze geïntegreerd kunnen worden. Een analyse van de beschikbare modellen in de onderzoeksgroepen zal plaats vinden en formulering van de aanpassingen en/of ontwikkeling zal worden besproken. Hieruit zal een op elkaar afgestemd pakket van gegevens en metingen geformuleerd worden, dat nodig is voor ontwikkeling, calibratie en toetsing van de modellen voor oeverzone en overstromingsgebied. Onder meer zullen de data sets bestaan uit kwantitatieve en kwalitatieve parameters voor hydrodynamische en biologische beschrijvingen, zoals stroomsnelheden, peilen, debieten, grondwaterstanden, nutriënten en andere fysisch/chemische parameters en biologische kenmerken. Een GIS-omgeving wordt opgezet om de gegevens op te slaan en toegankelijk te maken voor de modellen (6). Een aantal modellen voor watertransport op bekkenschaal zijn reeds beschikbaar en zullen verder uitgewerkt worden in functie van het aanleveren van randvoorwaarden naar de meer gedetailleerde, te ontwikkelen, beschrijvingen en modellen voor de verschillende interactie zones (pakketten 2 en 3). De studiegebieden zullen worden gekozen in het bekken van de Kleine Nete. In dit gebied zijn al veel veldgegevens (landgebruik,
topografie, bodemtypes, grondwaterstand, grondwaterkwaliteit, debieten, waterstanden, vegetatiekenmerken) beschikbaar. Pakket 2. Ontwikkeling van het geïntegreerd model van een wetland-oever-waterloop interactiezone (jaren 1, 2 en 3; duur 2,5 jaar) In pakket 2 wordt een gedetailleerd model ontwikkeld van oeverzones van waterlopen. Op grond van de algemene discussie in pakket 1 worden relevante modelbeschrijvingen voor grondwaterstroming, hydraulica van de waterloop en biologische transformatieprocessen geïntegreerd voor beschrijving van het studiegebied. Informatie over modelvariabelen en parameters worden verzameld uit literatuur, data en experimentele gegevens. De uitwisselingszone zal in lage resolutie worden beschreven op grond van de transport-reactie (massabalans) modules. De grootte van de resolutie is afhankelijk van de geobserveerde gradiënten in componenten. Het accent zal hier vooral op oploste stoffen gericht zijn. Een raamwerk van veldmetingen voor het studiegebied wordt opgezet om het model te kunnen calibreren. Dit bestaat uit transecten van peilbuizen voor grondwaterstanden nodig voor grondwaterstromingsbeschrijving en concentraties van componenten. Verder zullen waterstanden, debieten en stroomsnelheden voor de waterloop worden bepaald. Inventarisatie van vegetatie (ondergrondse en bovengrondse kenmerken) en macrofyten, samen met hun biomassa en nutriëntsamenstelling. Naast deze algemene veldmetingen zullen een aantal experimenten met behulp van tracers uitgevoerd worden om transportkarakteristieken te genereren in de uitwisselingszone van grondwater en waterloop. Het product is een gecalibreerd geïntegreerd detailmodel van een oeverzone. Pakket 3. Ontwikkeling van het geïntegreerd model van een overstromingsgebied (jaren 1, 2 en 3; duur is 2,5 jaar) In pakket 3 wordt het accent gelegd op het opstellen van een gedetailleerd model van een land-overstromingsgebied-waterloop systeem. De aanpak is gelijk aan die beschreven in pakket 2. Het accent zal in deze studie naast opgeloste nutriënten vooral op gesuspendeerd materiaal gericht zijn. Het product is een gecalibreerd geïntegreerd detailmodel van een overstromingsgebied. Pakket 4. Analyse van de geïntegreerde modellen (jaar 4; duur 1 jaar) In dit werkpakket worden de detailmodellen en de verschillende interactiezones geanalyseerd op hun uitwisselingskarakteristieken. Gericht zal worden gekeken naar welke typen van uitwisseling belangrijk zijn voor de hoeveelheid en kwaliteit of vorm van componenten die door de waterloop worden afgevoerd. Daarnaast worden ook de modelmatige aspecten bediscussiëerd die spelen in het koppelen van de verschillende typen modelbeschrijvingen. 6. Referenties (1) Billen et al. (1991) N, P and Si retention along the aquatic continuum from land to ocean. In: Ocean margin processes in global change. Editors R.F.C, Mantoura, J.M. Martin and R. Wollast, New York: John Wiley and Sons. p19-44 (2) Fisher et al. (1998) Material spiralling in stream corridors : A telescoping ecosystem model. Ecosystems 1: p19-34
(3) Lachavanne & Juge (1997) Biodiversity in land-inland water ecotones. Man and the Biosphere series, vol.18. Unesco & The Parthenon Publishing Group (4) Amoros et al. (1996) Interactions between units of fluvial hydrosystem. Fluvial Hydrosystems, hoofdstuk 9, Ed. Petts & Amoros, Chapmann & Hall, London (5) Brookes, A. & Shields F.D. (1996) River channel restoration: guiding principles for sustainable development. John Wiley and sons, Chichester UK (6) Johnson, L.B. & Gage, S.H. (1997) Landscape approaches to the analysis of aquatic ecosystems. Freshwater Biology 37: p113-132 A. Het projectvoorstel is gericht om inzicht te verkrijgen in de uitwisselingskarakteristieken van kleine waterlopen met hun oever of overstromingsvlakte. De hiervoor benodigde expertise op het terrein van de geomorfologie, hydrodynamiek en ecologie is in principe aanwezig. Wat ontbreekt is een fundamentele synthese van de fysische en ecologische beschrijvingen in één model(structuur) dat het complex van land-water interacties gestalte geeft en kan analyseren. Iets algemener kan men stellen dat voor het beschrijven van complexe eocsystemen, met name bij de integratie van de disciplines in de randgebieden een lacune in de kennis heerst. Mede daarom vormt het hier gevormde multidisciplinaire onderzoeksteam een echt unicum in Vlaanderen, dat een goede basis kan leggen voor een fundamentele stroomgebiedsbenadering, waarin de biologische levensgemeenschappen, de functionaliteit in nutriëntverwijdering of vastlegging, sedimenttransport en waterberging van waterloop en omgeving alle zijn verankerd. B. Elk der partners is reeds gedurende meerdere jaren actief in de omschreven respectievelijke onderzoeksdomeinen. Het onderzoek naar de interactie land-water in kleinere waterlopen met een beperkt overstromingsgebied en diffuse land-water overgang is nieuw in die zin dat er fundamenteel naar de wisselwerkingen met andere disciplines zal worden gekeken. Verder zijn de hydrodynamische deelonderzoeken sterk kwantitatief gericht. Een uitbreiding naar de kwaliteit van het getransporteerde materiaal in deze studie vormt een nieuw accent.Voor het ecologisch deelonderzoek vormt de omgang met de inbedding van de biologische modelbeschrijvingen in de hydrodynamische modelbeschrijvingen een nieuw aspect. In het OMES onderzoek (Onderzoek Milieu Effecten Sigmaplan) wordt een ecosysteemmodel gemaakt van het Schelde estuarium waarin de verschillende processen worden gesimuleerd. Daarnaast lopen er verschillende projecten, die werken aan de ecologie van kleine waterlopen, onder andere de rol van vegetaties in de nutriëntcyclus, de rol van (grond)waterkwaliteit en inventarisatiestudies. Dit onderzoeksproject sluit dus volledig aan bij het lopend onderzoek. C.Middels internationale programma’s, zoals IGBP, LOICZ en de Europese invulling ELOISE, krijgt de nauwe integratie van hydrodynamiek en biologie, dat zich weerspiegelt in ecologische structuren van het ecosysteem, sterk de aandacht in oceanologisch, zee en estuarien onderzoek. Een dergelijke benadering van een volledig stroombekken, waarin de koppeling van de verschillende disciplines plaats vindt, wordt niet alleen als een uitdaging gezien, maar essentiëel geacht. Ook is vanuit de Europese commissie binnen het 5de Kaderprogramma een kernactiviteit omtrent “Duurzaam Waterbeheer en waterkwaliteit” uitgeschreven, waarin eenzelfde benadering gewenst is.
In Vlaanderen is met de recente aandacht voor een geïntegreerd waterbeheer tevens een aanzet gegeven tot een multidisciplinaire studie van kleine stroomgebieden. Recente beleidsvisies gaan er van uit dat het geïntegreerd waterbeleid niet langer hoofdzakelijk gericht moet zijn op een veilige en efficiënte organisatie van de afvoer van oppervlakteen hemelwater. De rivieromgeving moet worden beschouwd als één volledig ecosysteem, zoals is uitgewerkt in het MINA-plan 2 en het decreet omtrent natuurbehoud en het natuurlijk milieu van de Vlaamse regering (d.d. 21/10/97). De biodiversiteit, functionaliteit in nutriënt verwijdering of vastlegging en waterberging van oevers en overstromingsgebieden zijn aspecten, die samen genomen dienen te worden met de waterloop om tot een gedegen inzicht in de werking en dus beheer of inrichting te komen van het watervoerend ecosysteem. Dit opgesteld team van disciplines moet de nodige fundamentele kennis verzamelen en formuleren om in de nabije toekomst nationaal een basis voor dergelijke multidisciplinaire, geïntegreerde waterbeheers- en onderzoeksprojecten te leggen en om internationaal een rol van betekenis te kunnen blijven spelen.
