Meandering Rivers - Feedbacks between channel dynamics, floodplain and vegetation
SAMENVATTING - Rivieren hebben kenmerkende kanaalpatronen zoals meerkanaals vlechtwerk en enkelkanaals meandering. Waarom deze verschillende rivierpatronen ontstaan, wordt alleen kwalitatief begrepen. Toch zijn we er niet in geslaagd om dynamisch meanderen vast te houden in laboratoriumexperimenten. Het hoofddoel van dit proefschrift was het ontwikkelen van experimentele omgevingen in het laboratorium die leiden tot dynamische meandering, om te bepalen hoe rivieren hun morfologie zelf organiseren door interacties tussen kanalen, uiterwaarden en vegetatie. Ik heb deze interacties ontrafeld in een reeks gecontroleerde gootexperimenten. Ik ontdekte dat klassieke gelijkheidsschaling zoals gebruikt in technische schaalmodellen niet goed werkt, omdat de kanaalbreedte-diepteverhouding die de balkvorming bepaalt een afhankelijke parameter is in zelfgevormde kanalen. Daarom heb ik de schaalregels versoepeld. Systematische kleinschalige proeven toonden aan dat er een beperkt bereik is van geschikte voorwaarden voor continue meandering wat betreft sedimentmobiliteit en oeversterkte. Aanvankelijk ontwikkelen zich in een rechte geul met een lage breedte-diepteverhouding afwisselend staven en evolueren naar meanderbochten. Een stroomopwaartse verstoring is vereist om staafvorming te initiëren, maar de experimenten toonden aan dat een statische verstoring leidde tot buigingen met lage amplitude. Daarentegen veroorzaakte een transversaal bewegend inlaatpunt dynamische meanders met een hoge amplitude met schuifbalken en zeldzame parachute-onderbrekingen.
De ontwikkeling van uiterwaarden definieerde het resulterende rivierpatroon verder. In experimenten met alleen kanaalsediment leidde de overstroming van de oever tot afsnijdingen van glijbanen die een einde maakten aan de ontwikkeling van meanderbochten en die het begin vormden van een gevlochten rivier met meerdere parallelle kanalen. Oevererosie door bochtmigratie wordt gecompenseerd door afzetting van sediment dat nieuwe uiterwaarden en afsnijdingen vormt, zoals ook wordt bevestigd door numerieke modellering. Ik heb laten zien dat vegetatie en fijn sediment op de uiterwaarden het aantal afgesneden stortkokers verminderde, waardoor meanderbochten verder konden groeien. Het fijne sediment voegt cohesie toe aan de uiterwaarden en vergroot de oeversterkte, terwijl planten de oeversterkte en ruwheid vergroten. De combinatie van gootexperimenten en resultaten van numerieke modellen laat zien dat de dynamiek van de geul wordt bepaald door de afvoercondities van de oever, maar dat de stroming over de oever van groot belang is bij het aanleggen en vernietigen van de uiterwaarden. De samenstelling van de uiterwaarden, bijvoorbeeld de samenhang van de oevers en de aanwezigheid van begroeiing, bepaalt of er een gevlochten of een meanderend rivierpatroon ontstaat.