Wiki Ecologische Waterbeoordeling WEW-lid? Log dan vooral in:
B. Technisch deel > 2. Watertypen   |  volgende 
  Geschiedenis
Lezen
Bewerken
Overleg

1. Stromende wateren

Ecologisch functioneren

Onder stromende wateren vatten we in deze Wiki zowel beken (inclusief bronnen) als rivieren. Het onderscheid tussen beken en rivieren is de dimensie, maar een strikte scheiding is niet te maken. Feitelijk is er een geleidelijke overgang van beek naar rivier. Een goede parameter om de grootte van stromende wateren te karakteriseren, is de stream order (Strahler 1952; zie Figuur 1). In Nederland komen waarschijnlijk niet alle stream orders voor en is er een 'gat' tussen beken en kleine riviertjes enerzijds en de grote rivieren de Maas en de Rijn anderzijds.


Figuur 1. Principe van indeling van stromende wateren naar stream order (volgens Strahler 1952).

De feitelijke geleidelijke overgang van bron tot en met rivier wordt goed weergegeven in het River Continuum Concept (Vannote et al. 1980). In dat concept wordt het ecologisch functioneren van bron tot rivier beschreven (Figuur 2).



Figuur 2. River Continuum Concept (Vannote et al. 1980). Bron, met toestemming en bewerkt: http://www.oxbowriver.com.


Het River Contiuum Concept beschrijft ook het ecologisch functioneren van stromende wateren. In hoofdlijnen komt dat op het volgende neer:

  • In de bovenlopen is beschaduwing door bomen. Er groeien daarom weinig planten of algen. De voedselbron is extern: bladinval. Onder de macrofauna zijn veel knippers en vergaarders.
  • In de middenlopen is minder beschaduwing en er groeien meer waterplanten. Algen komen niet veel voor vanwege de sterke turbulentie en vanwege de relatief korte tijd die het water van bron tot middenloop heeft afgelegd (in die tijd hebben algen zich niet sterk kunnen vermeerderen). Periphyton (algen in het aangroeisel van planten, stenen en ander substraat) komen wel voor. Onder de macrofauna zijn veel verzamelaars en grazers.
  • In de benedenloop is vrijwel geen beschaduwing. Algen nemen een veel belangrijkere plek in de voedselketen in. De macrofauna bestaat voornamelijk uit verzamelaars.
  • Ook de visfauna past zich aan aan de milieu-omstandigheden (temperatuur, stroming, substraten) en de beschikbaarheid van voedsel, die van boven- tot benedenloop veranderen.


Een ander model over het ecologisch functioneren van stromende wateren is het 5-S model, dat voor het eerst gepubliceerd werd in Verdonschot (1995).


Figuur 3. Het 5-S-model (Verdonschot 1995).


In het 5-S-model worden de relaties tussen soorten en het milieu in stromende wateren gevisualiseerd. Er worden drie schaalniveaus van ruimte en tijd onderscheiden:

  1. Op het niveau van hoofdstroomgebied spelen klimaat en geologie als randvoorwaarde scheppend. Afgeleide parameters zijn neerslag, hoogteverschillen (verhang) en de bodem(samenstelling).
  2. Op het niveau van stroomgebied en beektraject spelen drie factorcomplexen een rol: stroming, structuren en stoffen. Belangrijke parameters daarbij zijn bijvoorbeeld de hydrologie (stroomregime, zoals de grootte van de basisafvoer en het voorkomen en de omvang van piekafvoeren, en lokale verschillen in stroomsnelheid), het moza´ek aan substraten en concentraties aan zuurstof, nutriŰnten en organische stoffen, maar ook de hoogte en variatie van de watertemperatuur.
  3. Op het niveau van habitat gaat het om soorten: de levensgemeenschappen van planten en dieren.


Alle genoemde parameters hebben veel wisselwerkingen met elkaar. De hydrologie heeft bijvoorbeeld invloed op het moza´ek aan substraten, maar ook op het zuurstofgehalte. De beschaduwing heeft invloed op de groei van planten en algen, op de voedselbron, op substraten (bladpakketten), maar ook op de temperatuur. 


Een kenmerk van stromende wateren is de meandering. Hierover is de laatste tijd gedegen onderzoek gedaan. Het blijkt dat Nederlandse laaglandbeken wel een kronkelend verloop hebben, maar dat de beek slechts zeer langzaam van loop verandert. Er vindt wel een doorlopend proces van zand- en slibtransport plaats, waarbij oevers op kleinere schaal kunnen afkalven en elders zand- of slibbanken gevormd worden. Voor het ecologisch functioneren is dit actieve proces van zand- en slibtransport van belang: het is een leidend proces voor het ontstaan van het moza´ek aan habitats. Het bochtige verloop zorgt ervoor dat dit proces in stand blijft. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat ook op andere wijzen, bijvoorbeeld door het inbrengen van dood hout (bomen en takken) een variatie aan stroomsnelheden en een moza´ek aan substraten kan ontstaan (Eekhout 2014, Eekhout & Hoitink 2014).


Biologische groepen

Algen

In beken komen van nature niet veel zwevende algen (fytoplankton) voor. De turbulentie van het water, maar ook de geringe "ouderdom" van het water zijn belangrijke oorzaken. Het water is vanaf de bron simpelweg te kort aan daglicht blootgesteld geweest om een goede fytoplankton gemeenschap te kunnen ontwikkelen. Hiervoor is een 'looptijd' van drie dagen vereist. Aangroeiende (sessiele) algen (ook wel: fytobenthos of perifyton) kunnen wel goed tot ontwikkeling komen. Omdat zij niet wegspoelen, kunnen ze ter plaatse langere tijd aan licht blootgesteld worden. De voedingsstoffen halen ze uit het langsstromende water.
In grote rivieren komen wel vrij zwevende algen voor. Door de turbulentie is het water vaak troebel. De algen die hier voorkomen, zijn aan de troebele omstandigheden aangepast.

Macro-invertebraten

In het bovengenoemde River Continuum Concept zijn de functionele groepen van de macro-invertebraten beschreven. Deze indeling heeft te maken met het beschikbare type voedsel dat van boven- naar benedenloop aanwezig is.

Een ander aspect van macrofauna in relatie tot stroming is de aanpassing van veel soorten aan het fysieke aspect van het stromende water. De stroming heeft zowel een mogelijk negatief effect (kans op wegspoelen) als een mogelijk positief effect (verzamelen van voedsel uit het langsstromende water). Om de kans op wegspoelen te verminderen, hebben veel soorten aanpassingen, zoals een afgeplat lichaam, een kokertje dat met zand of steentjes verzwaard is, en klauwen, zuignappen of andere organen om aan het substraat vast te blijven zitten. Voorbeelden van het verzamelen van voedsel uit het langsstromende water zijn sommige soorten kokerjuffers (bijvoorbeeld Plectrocnemia) en de larve van de kriebelmug (Simulium).

Macrofyten

In stromende wateren zijn voor de volgende parameters van invloed op het voorkomen van waterplanten: stroomsnelheid, voedingsstoffen, waterdiepte (niet te ondiep en niet te diep) en sediment (niet te hard).  Door de stroomsnelheid komen er nauwelijks algen en vrijdrijvende waterplanten voor zoals kroos(-achtigen). Stromende wateren komen doorgaans op zandgronden voor, waardoor het milieu fosfaatgelimiteerd is voor de vegetatie.


Afhankelijk van waar je je op de loop bevindt, kunnen er verschillende plantengemeenschappen voorkomen. Geheel bovenstrooms nabij de bron is de vegetatie zeer arm, met weinig soorten en een laag aantal individuen. Dit is te verklaren door een vaak hogere stroomsnelheid, lage concentratie aan voedingsstoffen, beperkte waterdiepte en vaak een (uit-)geharde waterbodem.


Soorten die normaliter in de reguliere bovenstroom voorkomen zijn ondergedoken waterplanten zoals Gewoon sterrenkroos,  Waterviolier en Teer vederkruid. Zij doen het prima onder mesotrofe omstandigheden en kunnen stroming verdragen.


Middenlopen kennen doorgaans een ondergedoken watervegetatie van diverse soorten fonteinkruid en waterpest. Indien het water een kwelinvloed heeft, kunnen daarin ook de Ĺbovenstroomse soortenĺ voorkomen.


In de benedenloop is de stroomsnelheid reeds sterk gereduceerd. Naast de soorten uit de middenloop, kan je hier op beschutte plaatsen en met voldoende voedingsstoffen, ook nog drijfbladplanten aantreffen.

Vissen

In natuurlijke stromende wateren is de visstand vaak divers, omdat zowel stromingsminnende (rheofiele) soorten als soorten van stilstaand water voorkomen. De soorten van stilstaand water zijn dan te vinden in luwe delen van de oevers, aangetakte meanders, en dergelijke. In bovenlopen is de soortenrijkdom vaak minder groot, vanwege de kleinere dimensies en (in het geval van sterke stroming en beschaduwing) het ontbreken van vegetatie. Plantminnende soorten zullen dan ontbreken.


Er zijn soorten die typisch (kenmerkend) zijn voor stromend water, zoals beekprik, bermpje, riviergrondel, serpeling en winde. Voor de Kaderrichtlijn water zijn voor de vissen zogenaamde gildes gedefinieerd. Er is een gilde voor stromende wateren, die nog verschilt tussen beken en rivieren. Stromende wateren worden van bron tot monding ook wel ingedeeld in verschillende zones. Van bovenloop tot monding zijn dit achtereenvolgens:

  • Forelzone
  • Vlagzalmzone
  • Barbeelzone
  • Brasemzone
  • Hoge brakwaterzone
  • Lage brakwaterzone


Menselijke be´nvloeding

In het bovengenoemde 5-S-model is aan de rechterzijde aangegeven dat menselijke be´nvloeding op alle schaalniveaus kan voorkomen. Voorbeelden van menselijke be´nvloeding zijn:

  • Klimaatverandering. Dit kan leiden tot een wijziging in de hydrologie. De verwachting is dat het weer in Nederland grilliger wordt: langere droge perioden en meer hevige buien. Het stroomregime van beken kan hierdoor wijzigen. Verder leidt de verwachte temperatuurstijging van de lucht ook tot stijging van de watertemperatuur. Dit kan allerlei gevolgen hebben, zoals een sterkere microbiŰle activiteit.
  • Geologie. Door veenwinning is de ondergrond in veel gebieden gewijzigd. Door ontwatering vindt afbraak van veenrestanten en van andere organische stoffen plaats. Dit heeft gevolgen voor de kwaliteit van het water.
  • Aanpassingen in de morfologie van stromende wateren: kanalisatie (rechttrekken), normalisatie (standaard dwarsprofiel), en stuwen. Dergelijke ingrepen hebben een hele serie effecten tot gevolg, zoals afname van de stroomsnelheid, meer lichtinval, wijziging van substraten, etcetera.
  • Verontreiniging: toevoer van nutriŰnten (eutrofiŰring, met sterkere groei van algen en/of planten tot gevolg), toevoer van organische stoffen (saprobiŰring, met afbraak en daling van het zuurstofgehalte tot gevolg), toevoer van macro-ionen (bijvoorbeeld door inlaat van gebiedsvreemd water) en lozing van allerlei toxische stoffen.
  • Directe invloed op soorten(samenstelling): uitzetten of wegvangen van vis, maaien van vegetatie, introductie van soorten.

De genoemde be´nvloedingen hebben soms een complex aan effecten op de levensgemeenschappen tot gevolg. Het genoemde 5-S-model kan als raamwerk gebruikt worden om het complex aan effecten te ontrafelen.


Instrumenten voor beoordeling, systeemanalyse en diagnose

Voor de beoordeling en diagnose van stromende wateren zijn veel instrumenten beschikbaar. Hieronder volgt een opsomming met een korte toelichting. Meer informatie over elk systeem is op de betreffende pagina te vinden (volg de link).
  • K-index (Moller Pillot 1971). Hoewel deze methode alleen op Brabantse beken toegepast mag worden en alleen de mate van be´nvloeding door organische belasting beoordeelt, is de methode jarenlang verspreid over heel Nederland toegepast op stromende en zelfs stilstaande wateren, voor een algemene beoordeling van de ecologische kwaliteit.
  • EBEOSWA. Dit is ÚÚn van de vijf beoordelingssystemen die door de STOWA ontwikkeld zijn, namelijk voor stromende wateren. De combinatie van de vijf systemen heet EBEOSYS. Dit beoordelingssysteem is diagnostisch van aard. Voor stromende wateren worden vijf aspecten beoordeeld: stroming, saprobie, trofie, substraat en voedselstrategie. Het systeem is thans gratis als webversie te gebruiken.
  • QBWat. Beoordeling van de ecologische kwaliteit volgens de KRW-maatlatten. Het eindoordeel geeft alleen de ecologische kwaliteit. Om het systeem als diagnostisch instrument te gebruiken moet ingezoomd worden op deelmaatlatten of zelfs op scores van individuele soorten.
  • Milieu- en habitatpreferenties van Nederlandse macrofauna. Feitelijk is dit een excel-tabel met een cijfermatige indicatie van macrofaunasoorten voor verschillende milieufactoren en habitats. In het begeleidende boekje zijn voorbeelden van gebruik van deze gegevens gepresenteerd. Op de pagina van dit instrument is ook een voorbeeld van een multi-metrix amoebe gepresenteerd, gebaseerd op dit systeem.
  • BINORMA. Beoordeling van genormaliseerde beken.
  • AQEM (AQEM consortium 2002). Dit is een internationaal project van acht Europese landen (waaronder Nederland) die gewerkt hebben aan de beoordeling van stromende wateren volgens KRW-vereisten. Hoewel dit systeem uiteindelijk niet in Nederland voor de KRW is ge´mplementeerd, biedt het project wel een overzicht aan een grote hoeveelheid indexen. Het gebruik van een multi-metrix methode wordt gepropageerd. Naast de indexen voor beoordeling en diagnose is er ook een klassificatie van de stromende wateren en een voorschrift voor bemonstering opgenomen.
  • BMWP-index. Dit is een index, ontwikkeld door de Biological Monitoring Working Party in Engeland (Armitage et al 1983). De index is later aangepast tot de ASAP: Average score per taxon. Het systeem is in veel andere landen toegepast, vaak met regionale aanpassing in de lijst met indicatieve soorten. 
  • De STOWA werkt momenteel aan de ontwikkeling van een beoordelings-, diagnose- en presentatiemethode aan de hand van Ecologische Sleutelfactoren, vergelijkbaar met de methode Ecologische Sleutelfactoren voor meren.


Maatregelen voor beekherstel

Door de WEW is een algemeen handboek voor beekherstel ontwikkeld (Verdonschot 1995). Hierin is als raamwerk het 5-S-model gepresenteerd, aan de hand waarvan het ecologisch functioneren van beken wordt beschreven. Zie ook de bovengenoemde beschrijving en Figuur 3. In dit 5-S-model is aan de rechterzijde van de figuur menselijke be´nvloeding aangegeven. Deze menselijke be´nvloeding kan gelezen worden als negatieve be´nlvoeding, maar ook als maatregelen voor behoud en herstel. Dit betekent dat maatregelen voor behoud en herstel op dezelfde schaalniveaus en dezelfde factoren kunnen ingrijpen, zoals beschreven bij de (negatieve) menselijke be´nvloeding. Maatregelen op het hoogste niveau (klimaat en geologie) zijn lastig en spelen in ieder geval op (zeer) lange termijn. Meestal worden dergelijke maatregelen niet onder "beekherstel" geschaard. Maatregelen voor beekherstel grijpen daarom aan op lagere schaalniveaus. Concreet kunnen maatregelen gericht zijn op:

  • Hydrologie. Maatregelen betreffen herstel van het stroomregime (afvoerpatroon). Het betreft bijvoorbeeld de grootte van de basisafvoer en de grootte en frequentie van piekafvoeren. Deze maatregelen moeten vaak in het hele stroomgebied, tot in de haarvaten bovenstrooms genomen worden.
  • Morfologie. Maatregelen richten zich vooral op de beekloop en de directe oevers. De maatregelen zijn bedoeld om lokale verschillen te creŰren in stroomsnelheid en het (daarmee samenhangend) moza´ek aan substraten.
  • Stoffen. Maatregelen zijn het saneren van punt- en diffuse bronnen van verontreiniging.
  • Soorten. Maatregelen omvatten het opheffen van migratie-barriŔres voor vis en andere beekfauna en het uitzetten van soorten.


In het handboek beekherstel (Verdonschot 1995) is een overzicht van maatregelen met een gedetailleerde beschrijving gegeven. De maatregelen zijn opgesplitst in drie categorieŰn, aansluitend aan het 5-S-model:

  1. Maatregelen ten behoeve van stroming, zoals het verwijderen van drainage en bevorderen van infiltratie in het stroomgebied, ontwikkelen van inundatiezones, het verwijderen van stuwen en het aanleggen van nevengeulen.
  2. Maatregelen ten behoeve van structuren, zoals het passief of actief ontwikkelen van meanders, verwijderen oeververdediging, aanleggen houtwallen, aanleggen stroomkuilen en zandbanken, aanleggen van een twee-fasenbedding en aanleggen van vispassages.
  3. Maatregelen ten behoeve van stoffen, zoals het verminderen van de toevoer van meststoffen, opheffen huishoudelijke lozingen en overstorten, scheiden van waterstromen, verbeteren rwzi's, aanleg helofytenfilter en bufferzones.


In het STOWA-rapport Beekdal breed hermeanderen (Verdonschot et al. 2012) wordt een integrale aanpak van beek- en beekdal herstel beschreven. Kernbegrippen daarbij zijn: een stroomgebiedsbenadering, het verbinden van beek met beekdal, gedempte afvoerdynamiek en continue stroming, en hydromorfologie in balans. Hierbij wordt ook als 'nieuwe' maatregel het inbrengen van dood hout (bomen en takken) ge´ntroduceerd. Hoewel in natuurlijke beken de variatie aan stroming en substraten mede ontstaat door het bochtige verloop van de beek, is het voor beekherstel (waarschijnlijk) niet perse noodzakelijk het bochtige verloop terug te brengen. Momenteel vindt bij Alterra onderzoek plaats naar de inbreng van dood hout (taken en bomen) in stromend water. De resultaten wijzer er op dat via deze methode ook lokale verschillen in stroomsnelheid en daarmee het ontstaan van een moza´ek aan substraten bereikt kan worden.


Referenties

  • Armigate PD, D Moss, JF Wright & MT Furse (1983) The performance of a new biological water quality score system based on macroinvertebrates over a wide range of unpolluted running-water sites. Water Res 17(3): 333-347.
  • AQEM consortium (2002) Manual for the application of the AQEM system. A comprehensive method tot assess European streams using benthic macroinvertebrates, developed for the purpose of the Water Framework Directive. Version 1.0
  • Eekhout JPC (2014) Morphological processes in lowland streams. Implications for stream restauration. PhD Theses, Wageningen University.
  • Eekhout JPC & T Hoitink (2014) Morfodynamiek van Nederlandse laaglandbeken. Rapport 2014-15, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.
  • Hoek TW & PFM Verdonschot (2001) De invloed van veranderingen in temperatuur op beek-macrofauna. Alterra-rapport 228, Alterra, Wageningen.
  • Moller Pillot H (1971) Faunistische beoordeling van de verontreiniging in laaglandbeken. Proefschrift KUN.
  • STOWA (2015a) Handleiding monitoring beekherstel. Handleiding voor het monitoren van effecten van beekherstelprojecten. Rapport 2015-11, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.
  • STOWA (2015b) Handboek geomorfologisch beekherstel. Leidraad voor een stapsgewijze en integrale ontwerpaanpak. Rapport 2015-02, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.
  • Strahler AN (1952) Hypsometric (area altitude) analysis of erosional topology. Geological Society of America.
  • Vannote RL, GW Minshall, KW Cummins, JR Sedell & CE Cushing (1980) The River Contiuum Concept. Can J Fish Aquat Sci 37: 130-137.
  • Verdonschot PFM (red) 1995. Beken stromen. Leidraad voor ecologisch beekherstel. STOWA-rapport 95-03, WEW-publicatie 06.
  • Verdonschot PFM, A Besse, J de Brouwer & J Eekhout (2012) Beekdalbreed hermeanderen: bouwstenen voor de "Leidraad voor innovatief beek- en beekdalherstel". Rapport 2012-36, Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, Amersfoort.


 

 


Bijgewerkt: 2 februari 2016   door: Ronald Bijkerk - versie 12
Grootste bijdrage door: Reinder Torenbeek ( 90 % )
Tweede lezer: Ronald Bijkerk
Openbaar: voor iedereen zichtbaar