NIEUWS & ACHTERGRONDEN
29
Mofologisch beeld van de kust bij Noordwijk.
De ogen van de kust Verspreid over de hele wereld houden batterijen videocamera’s op twintig plekken constant de kust in de gaten. Per uur maakt elke camera zeshonderd opnamen van de branding. In Nederland zijn drie van zulke locaties. Bescheiden als dat mag zijn, Nederland was wel de eerste ‘buitenlandse partij’ die zich vijftien jaar geleden gretig aanmeldde bij dit Argus-monitoringsysteem, al toen het nog in embryonaal stadium verkeerde. Prof. dr. ir Marcel J.F. Stive, hoogleraar kustwaterbouwkunde aan de TU Delft, was één van die pioniers. Hij vertelt hoe de jaarlijkse oogst van tienduizenden hoge-resolutie-tijdopnamen, geïnterpreteerd door speciale software, inmiddels betrouwbare gegevens en voorspellingen oplevert over het grillige gedrag van de kust. In ieder geval kon mede dankzij het cameranetwerk het raadsel van de terugwandelende zandbanken worden verklaard. Maar niet alleen wetenschappelijk, óók in waterbouwkundig, militair en strandrecreatief opzicht zijn de observatieposten van onschatbaar belang. Stive voorziet zelfs dat er in de nabije toekomst tientallen locaties in Nederland bijkomen. Want in dit lage land, zo ver onder de zeespiegel gelegen, wordt cameratoezicht langs de kust onvermijdelijk, nu zich als gevolg van de klimaatverandering nieuwe dreigingen uit de zee aandienen. Hij kan het niet nalaten: tijdens zijn uitleg in zijn Delftse werkkamer staat prof. Marcel Stive (1951, Amsterdam) regelmatig plots op, om met overrompelend enthousiasme websites aan te klikken en te tonen wat de Nederlandse kustcamera’s intussen aan beelden hebben binnengezogen. ‘Kijk toch eens, wat mooi’, roept hij, om op een ander moment op het prikbord twee kleurenopnamen aan te wijzen van schuimkoppen op brekende golven. Ogenschijnlijk lijken het weinig zeggende foto’s van enig onstuimig water, maar Stive kan aan de hand van de schuimstrepen exact de diepte van een zandbank bepalen. Zijn glinsterende ogen verraden het: hoge-resolutie-videowaarnemingen hebben zijn vakgebied ingrijpend verrijkt. Stive heeft de geboorte en de blakende groei van het wereldwijde camerasysteem meegemaakt. Vijftien jaar geleden kwam hij aan de weet dat prof. R.A. Holman, van de universiteit in Oregon (VS), van plan was kustgedrag te gaan delft
∫
i n t e g r a a l 2004.1
gert van engelen
Batterijen camera’s en het raadsel van de terugwandelende zandbanken
NIEUWS & ACHTERGRONDEN
30
observeren met ‘een huis-tuin-en-keuken-videocamera’. ‘Holman zag de potentie van het gebruik van zo’n camera, en wij in Nederland waren zeer gecharmeerd van dat idee.’ Met ‘wij’ bedoelt hij de TU Delft, de Universiteit van Utrecht en het Waterloopkundig Laboratorium, waar Stive werkte voordat hij in 1995 hoogleraar werd (in deeltijd; op 1 oktober 2001 voltijds). De drie instanties benaderden Holman en ontdekten dat zij ‘de eerste buitenlandse partij’ waren die met hem wilden samenwerken. Dit hield in: gezamenlijk de videotechnieken ontwikkelen en verbeteren, en vooral ook: software waarmee de tijdopnamen kunnen worden geïnterpreteerd. ‘Het Argus-project begon simpel. Met zo’n eenvoudige videocamera, die overal te koop is. In juni 1992 werd die in Oregon geïnstalleerd, op het strand. Nog steeds wordt die allereerste camerapositie gebruikt.’
‘De veiligheid die we hadden afgesproken, wordt in feite niet gehaald. We zouden méér, veel meer, moeten investeren: hogere dijken, hogere duinen’
Jarkus-loding ¶ De gedragingen van de Nederlandse kust werden voor die tijd op een tamelijk omslachtige, en noodgedwongen tijdrovende manier in de peiling gehouden. Stive: ‘Om de ligging van de bodem boven en onder water te kunnen achterhalen, gingen mensen op het strand aan het werk met een soort waterpas, op zee met een echolood. Dit is een ouderwetse meetmethode, die al meer dan honderd jaar wordt gehanteerd. Voor bepaalde doeleinden is die klassieke methode nog steeds geschikt, vandaar dat zij nog steeds wordt toegepast. Maar er zijn grote nadelen aan verbonden de werkwijze is te kostbaar, door de inzet van mankracht. Dat leidt ertoe dat er slechts eenmaal per jaar zo’n Jarkusloding is (Jaarlijkse Kustkubering). Elke 250 meter wordt gemeten, langs de hele Nederlandse kust. Dat is een enorme inspanning, die zo’n drie mensjaren kost. En doordat zo’n gelode raai meestal vlak voor de zomer plaatsvindt – niet tussendoor of vlak vóór of vlak ná een storm –, vergaar je ook niet veel inzicht, zeker niet tijdens de meest energetische condities.’ Drie jaar na Oregon, in 1995, werd bovenop het chique hotel Huis ter Duin in Noordwijk de eerste Nederlandse set camera’s geplaatst. Later volgden nog twee locaties, steeds van vijf camera’s: op de vuurtoren van Egmond aan Zee en op een speciaal gemaakte paal, vijf kilometer ten zuiden van de vuurtoren. Maar waarom dáár, zo dicht bij elkaar, en niet in Zeeland en Texel? ‘Holman was als wetenschapper’, licht Stive toe, ‘vooral geïnteresseerd in het zandbankgedrag van een gesloten kust, dus niet in zeearmen of constructies als een dam of een golfbreker.’ Maar minstens zo zwaar woog bij de locatiekeuze een Nederlands belang mee. Stive: ‘Wij vroegen ons af: «Zijn de locaties ook interessant voor Rijkswaterstaat?» Met andere woorden: hebben de opnamen maatschappelijke relevantie? Rijkswaterstaat geeft veel geld uit aan die jaarlijkse metingen. Maar nu konden de kosten worden verminderd en tegelijk de hoeveelheid onderzoeksgegevens worden vergroot. Als je dat niet laat passeren, ben je spekkoper. Wij hebben goede betrekkingen met Rijkswaterstaat, en daar waren ze meteen geïnteresseerd. Eigenlijk is de samenwerking sindsdien buitengewoon succesvol verlopen.’ Koopmansgeest ¶ Holman, de initiatiefnemer, had er aanvankelijk weinig trek in onderzoeksgegevens letterlijk uit te venten. Maar het Nederlandse team wist hem te vermurwen, vertelt Stive. ‘Holman heeft niet zo veel medewerkers. Zijn ploeg kan maar een bepaalde hoeveelheid werk aan. Dus hij maakte restricties. Maar in de loop van de tijd kreeg hij te maken met steeds meer geïnteresseerde partijen, variërend van universiteit tot kustautoriteiten. Zelf wilde Holman het liefst alleen met wetenschappers werken, en de locaties moesten ook uitsluitend van wetenschappelijk belang zijn. Dat betekende dat hij terughoudend was met het toevoegen van meetlocaties.’ Over Stive, toen nog deeltijds werkzaam bij het Waterloopkundig Laboratorium, werd de Hollandse koopmansgeest vaardig. ‘Het camerasysteem is een prachtige, goedkope, innovatieve methode om bijvoorbeeld kustontwikkelingen te volgen, nádat er een kustverdedigingswerk is uitgevoerd: zandsuppletie of een strandmuur. Dus stelde ik Holman voor: «Waarom sta je ons niet toe om jouw concept óók aan partijen te geven die jij niet interessant vindt, maar het Waterloopkundig Laboratorium wel? Daar krijg je dan een percentage voor.»’ Holman stemde toe, en zo kwam er die observatiepost op de vuurtoren van Egmond, een locatie die voor Rijkswaterstaat nogal cruciaal is, trouwens. Egmond aan Zee is in de handhaving van de kustlijn een hot spot, legt Stive uit. ‘In 1990 is het profiel van de Nederlandse kust vastgesteld, de basiskustlijn. Rijkswaterstaat moet ervoor zorgen dat die wordt gehandhaafd, dat de hoeveeldelft
∫
i n t e g r a a l 2004.1
Observatiepost op de vuurtoren bij Egmond aan Zee.
NIEUWS & ACHTERGRONDEN
31
heid zand uit 1990 daar steeds ligt. En anders moet hij het aanvullen. Bij Egmond was een slimme kustbeheerder, de Directie Noord-Holland van Rijkswaterstaat. Die had door dat hij, als hij de kustlijn van 1990 zou handhaven, problemen kreeg met de veiligheid van het dorp Egmond. Er lag daar te weinig zand voor de deur. Wat deed de kustbeheerder? Hij legde de basiskustlijn effe wat verder de zee in. Wettelijk mocht dat niet, maar hij was ondeugend.’ Sinds de basiskustlijn naar voren is gelegd, is bij Egmond de stranderosie evenwel ‘sterker dan op bijna elke andere plek’. Alleen staat nog niet vast waardoor dit wordt veroorzaakt. ‘Daarom is het een hot spot, die in de gaten moet worden gehouden. De camera’s helpen daarbij; via de opnamen kun je volgen wat daar nu precies gebeurt. We zijn er nog niet uit, wel is er een hypothese: dat het komt door de sterke driedimensionaliteit van de bodem. Vermoedelijk is er bij het verleggen te geconcentreerd zand gedumpt, en is dáárdoor het systeem van z’n stuk gebracht.’ Data-compressie ¶ Wereldwijd is er inmiddels een cameranetwerk operationeel. Op twintig locaties bespieden ritsen camera’s oprukkende golven en afkalvende zandbanken. Terwijl zij een 180 graden-panorama bestrijken, maken zij overdag elk uur gedurende tien minuten elke seconde ‘een volledig pixelbeeld’. In Nederland van rechte stukken kust, in Australië van grillige kustdelen, van drie tot vijf kilometer. De zeshonderd foto’s per camera per uur worden op een lokale pc die op afstand kan worden bestuurd, gecomprimeerd en ’s nachts via telefoonlijnen automatisch naar een server gezonden. ‘De centrale servers’, zegt Stive, ‘bevinden zich in Oregon, deelnemende landen hebben tussenservers. De Nederlandse staan in Utrecht.’ De data-compressie houdt in dat de foto’s worden ‘gemiddeld’: van de 600 beelden blijft één gemiddeld beeld over. ‘En als je kunt middelen, kun je de variantie bepalen’, zegt Stive, waarmee hij bedoelt: het variantiebeeld geeft een excellent inzicht in de intensiteit van de veranderingen, en maakt interpretatie mogelijk. In de naverwerking worden de foto’s samengevoegd tot een panoramisch overzicht van het bestreken kustgebied («Die foto bewaren we, omdat die visueel een goed beeld geeft») en een technisch bovenaanzicht van kustligging, waterbewegingen en zandbanken. Belangstellenden kunnen de losse opnamen op elk moment vrijelijk en kosteloos bekijken, via de websites www.wldelft.nl/argus/index.html en http://cilwww.oce.orst.edu:8080/. Is dat commercieel niet een beetje dom? Stive schudt het hoofd: ‘De waarde van het Argus-project zit ’m niet zozeer in de beelden, maar in de interpretatie, in hoe de foto’s worden omgezet in nuttige informatie. Die bewerking gebeurt met software die niet vrij te krijgen is. Op de websites zie je alleen het ruwe materiaal, fotootjes van stranden.’ Zijn recente promovendus Stefan Aarninkhof heeft, voegt hij toe, ‘veel bijgedragen aan technieken en software om die nuttige informatie uit de beelden los te weken’. Terugwandelen ¶ Onomstotelijk staat vast dat cameraposten hun nut al ruimschoots hebben bewezen. En volgens Stive zal hun belang alleen maar groter worden. ‘Sommige dingen zijn al uitontwikkeld en operationeel, andere zijn nog in ontwikkeling – het ideale speelveld voor een wetenschapper.’ Met voorbeelden geeft hij aan hoe en waartoe de onderzoeksgegevens zoal aangewend kunnen worden. Zandbanken vormen begrijpelijkerwijs het voornaamste onderzoeksdoel. Zandbanken zijn verraderlijk, hun diepte, positie en verplaatsingen nog steeds mysterieus. Zo ontstaan in gaten tussen zandbanken de gevaarlijke mui-stromen, die onder zwemmers en surfers jaarlijks vele slachtoffers veroorzaken. Eén raadsel kon mede dankzij de strandcamera’s worden opgelost: dat van de terugkerende zandbank. Bij zwaar weer en hoge golven ‘wandelen’ zandbanken richting zee, bij rustig weer keren ze terug, zo blijkt uit de cameraobservaties. Maar tot voor kort liet deze beweging zich moeilijk verklaren of met computermodellen simuleren. In het gezaghebbende tijdschrift Science hebben Marcel Stive en zijn collega dr. ir. Ad J.H.M. Reniers (Vloeistofmechanica) afgelopen juli uiteengezet welke aspecten een rol spelen bij het gedrag van zandbanken. Dat beknopte overzichtsartikel was een ‘soort commentaar’ op een ander artikel van twee oceanografen van het Woods Hole Instituut in Massachusetts, in hetzelfde blad, Steve Elgar en Fernanda Hoefel. In CiTG-nieuws, het orgaan van de Delftse faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, werd de eervolle bijdrage van de CiTGonderzoekers Stive en Reniers met trots gesignaleerd. delft
∫
i n t e g r a a l 2004.1
Onderzoekscamera’s op het dak van hotel Huis ter Duin in Noordwijk.
NIEUWS & ACHTERGRONDEN
32
Kort samengevat rijst uit beide publicaties volgens CiTG-nieuws dit op: sterke snelheidsveranderingen in golven zijn de oorzaak van het schuiven van zandbanken. Eerder leken de snelheden zélf belangrijk, maar die verklaarden alleen de beweging van de banken richting zee, niet die in de richting van het strand. De snelheidsveranderingen zorgen ervoor dat zand met het water wordt meegesleurd en daardoor schuift de zandbank in zijn geheel richting strand. Door de gemeten versnellingen in het computermodel op te nemen, is het beter mogelijk posities van zandbanken te voorspellen, tot zelfs enkele weken vooruit. Hoe robuust de fysica achter het mechanisme is, moet nog verder worden onderzocht. Maar ook in NRC Handelsblad zei Stive dat er ‘sprake is van een paradigmawisseling in ons vakgebied’. ‘Hartstikke mooi’, vond Stive overigens de publicatie, om haar direct te relativeren. ‘Ik denk dat ik een beetje geluk heb gehad. Ik was gevraagd om een recensie van dat andere artikel te schrijven, daarna werd ik uitgenodigd om mijn visie op het vakgebied te geven. Ik heb er toen een veelbelovende collega bij gevraagd: Ad Reniers. Samen hebben we dat overzicht geschreven en vooral: hoe wij denken hoe je onderzoek aan zandbanken moet doen. We hebben een nieuwe onderzoeksrichting bepleit.’ Strandtenten ¶ Hij pakt de draad weer op. ‘Met het cameranetwerk observeer je hoe het werkt in de natuur. Door de plaatjes kunnen wij nu de ligging van top van ondiepe zandbanken tot vijf à tien meter in het horizontale vlak vaststellen. De kennis van zulke bodemvormen is voor uiteenlopende doeleinden uitermate geschikt: voor kustonderhoud, kustveiligheid, de scheepvaart, de wetenschap.’ Hij preciseert het kustonderhoud. ‘Door de hogere resolutie in de tijd kun je observeren wat er in de seizoenen gebeurt. Dat is bijvoorbeeld van belang voor de eigenaren van strandtenten. ‘Voorheen werden die opgebouwd en afgebroken, elk jaar opnieuw. Maar doordat we nu voortdurend weten wat er gebeurt, kunnen zij in Zandvoort permanent blijven staan. Althans: er is daar een proef gaande. Vroeger had je maar één meting per jaar, dus ook maar één opname.’ Constant surveilleren met camera’s heeft ook teweeggebracht dat er nu beelden zijn van kustgedrag voor, tijdens en na een storm. ‘Tijdens storm heb je vaak extra kustafslag; het duin erodeert. Na de storm herstelt de kust zich weer enigszins. Dan wil je natuurlijk weten hoe groot de kustafslag tijdens een storm maximaal is. Want als er een huis had gestaan, of iets anders waardevols, was dat weggeweest. Met Argus kun je dat meten, omdat Argus juist bij extreme weersomstandigheden óók observeert. De jaarlijkse loding was alleen bij mooi weer. Dankzij de camera’s kun je nu de duinen en stranden beter beheren, elk strandtype zelfs. Voor de veiligheid van strandrecreatie zijn zulke gegevens onontbeerlijk.’ In andere landen, zoals Spanje en Engeland, worden camera’s ingezet om de estuaria (trechtervormige riviermondingen) die daar bevaren worden, te bewaken. Stive: ‘In Santander en Teignmouth houden de camera’s in de gaten waar de geulen en ondiepten liggen. Die gegevens zijn van belang voor de scheepvaart en de loodsen. Ze weten hoe ze moeten varen om niet vast te lopen.’ Nog een voorbeeld van buitenlands gebruik: op de Gold Coast bij het Australische Narrowneck is een kunstmatige surfrif aangelegd – van geotextiel waarin zand zit. Stive: ‘Daar bekijken de camera’s hoe effectief dit experimentele rif is om hoge, surfbare golven te maken: golven die schilsgewijs mooi als een krul breken.’ De opnamen kunnen van pas komen, zegt Stive, die onder zijn medewerkers opvallend veel surfers telt («Het vakgebied trekt dat kennelijk aan»), bij de eventuele aanleg van zulke riffen voor de Nederlandse kust. Defensie ¶ Zwijgzamer is Marcel Stive over het militair gebruik van zandbankgegevens. ‘Ik kan er niet veel over zeggen’, zegt hij, alleen erkennen dat dit gebruik bestaat. ‘Er worden databases mee aangelegd, die iets zeggen over de condities van willekeurige kustlocaties. En als je weet hoe die condities zijn bij een type kust in Spanje, kan dat vergeleken worden met zo’n type aan de Portugese kust.’ In ieder geval geeft Stive toe dat de interesse in het zogenoemde monitoren van zandbanken onder defensiedeskundigen fors is toegenomen na de inval van Irak in Koeweit in 1990 en de bevrijding van Koeweit, begin 1991. ‘Voor die bevrijding moesten landingsplekken worden geselecteerd om mensen en materiaal aan land te kunnen brengen. Net als bij D-Day gebeurde dat met amfibische landingsoperaties. In zulke gevallen wil je als eerste weten: wát kan ik op
delft
∫
i n t e g r a a l 2004.1
Kustbewaking en golfstromingen: camera-opnames van een kustlijn – links direct na een storm, rechts een fase later.
‘Er komt een moment dat in Nederland tientallen observatiestations nodig zijn, óók op de eilanden. Voor de bewaking van het kustgedrag’
NIEUWS & ACHTERGRONDEN
33
die plekken verwachten? Net als de Tweede Wereldoorlog heeft ‘Koeweit’ het kustonderzoek impulsen gegeven.’ ‘Schuimvlok’ ¶ Als laatste belangwekkende toepassing van het Argus-netwerk noemt Stive de ‘schuimvlok’. ‘Door naar de individuele foto’s – uit de serie van zeshonderd – te kijken, kun je de schuimvlok volgen. En daaruit kun je stroomsnelheden schatten. Dat is praktisch van belang, voor zwemmers en zandtransport bijvoorbeeld. Maar ook wetenschappelijk. Omdat je hiermee stromingsmodellen kunt valideren. Die heb je nodig om theoretisch te kunnen voorspellen hoe groot het zandtransport is – bijvoorbeeld bij de aanleg van de Tweede Maasvlakte. Je kunt berekenen wat voor invloed die aanleg heeft op de bestaande kust. Camera’s zijn dan veel simpeler dan wanneer je met een stroommetertje in de branding moet gaan staan. Als persoon kun je maar op één plek tegelijk zijn, met camera’s wel op honderd punten tegelijk.’ Watersnood ¶ In de toekomst zal het bescheiden aantal Nederlandse observatielocaties explosief groeien, verwacht Stive, om het land te kunnen beschermen tegen het onbetrouwbare water. Zijn gelaat wordt serieuzer: ‘Hoe snel het zal gaan, durf ik niet te zetten, maar er komt een moment dat er tientallen stations in Nederland nodig zijn, óók op de eilanden. Voor het bewaken van het kustgedrag, voor onze veiligheid. De zeespiegel stijgt, het land klinkt in. Nederland is na de watersnood van 1953 en de Deltawerken kwetsbaarder geworden dan we hadden gewild. Dat komt doordat de economische ontwikkelingen sneller zijn gegaan dan de Deltacommissie had voorzien. De veiligheid die we hadden afgesproken, wordt in feite niet gehaald. We zouden méér, veel meer, moeten investeren in veiligheid. Hogere dijken, hogere duinen.’
Met argusogen… promovendus en promotor tijdens een werkonderbreking langs de kust van Florida: links dr.ir. Stefan Aarninkhof, werkzaam bij WL/Delft Hydraulics, en kust onderzoeker prof. ir. Marcel J.F. Stive.
delft
∫
i n t e g r a a l 2004.1
