April 2023
Hoe houden we droge voeten bij een stijgende zeespiegel?
Wereldwijd vechten mensen tegen een stijgende zeespiegel. Rijke landen met omvangrijke technische installaties, de armere landen met datgene wat de natuur biedt. Wetenschappers van de Universiteit van Utrecht kijken naar oorzaken en gevolgen, maar ook naar bestaande oplossingen over de hele wereld met de focus vooral op het opbouwen van land boven de zeespiegel.
De Nederlandse kust wordt hoofdzakelijk beschermd door duinen en deels door technische bouwwerken in de vorm van dammen en bijvoorbeeld de deltawerken. Voor de toekomst zal dit om verschillende redenen niet meer afdoende zijn. Een eerste bedreiging vormt de stijging van de zeespiegel die grotendeels te wijten is aan klimaatverandering.
Prof dr. Roderik van de Wal, gespecialiseerd in verandering van het klimaat en de zeespiegel: ‘Door de toenemende uitstoot van broeikasgassen stijgt de gemiddelde temperatuur. Oceanen absorberen meer dan 90 procent van deze extra warmte en zetten hierdoor uit, aangevuld met water afkomstig van smeltend landijs. Op dit moment is het verlies van ijs van Groenland en Antarctica ongeveer de helft van de huidige stijging van de zeespiegel.’ Een tweede dreiging betreft de kuststormen: door de stijging van de temperatuur van zowel de lucht als de oceanen, zullen deze intenser en frequenter worden, waarmee de kust vaker te maken krijgt met zogenaamde stormvloeden.
Hoe groot deze dreigingen zijn, blijkt onder meer uit een onderzoek van het KNMI uit 2021. De resultaten hiervan geven aan dat alle onderzoeken naar de verwachte zeespiegelstijgingen die sinds 2014 worden uitgevoerd, gebaseerd zijn op onderschattingen. Drs. Jana Cox, fysisch geografe: ‘Het nieuwe worstcase-scenario gaat uit van het dubbele van de eerdere verwachtingen. Hierdoor zullen alle bijbehorende oplossingen, zoals het versterken van dijken en het aanleggen van de Deltawerken, in de toekomst onvoldoende bescherming bieden.’ Zij wijst erop dat we ons hiermee niet alleen zorgen moeten maken over wateroverlast als gevolg van overstromingen, maar ook over een tekort aan drinkwater wanneer dit vermengt raakt met zout water.
Drijvend kantoor in de Rotterdamse Rijnhaven.
Oplossingen
De beste oplossing is uiteraard om de zeespiegelstijging zoveel mogelijk te voorkomen. Volgens prof.dr. Seline Trevisanut, leerstoel Internationaal Recht en Duurzaamheid aan de Universiteit Utrecht en leider van het Sustainable Ocean Research project, betekent dit dat we ons moeten richten op het beschermen van de oceanen. ‘Oceanen zijn de echte longen van onze planeet. Door deze te vervuilen en hun zuurgraad te verhogen, verminderen we hun capaciteit als natuurlijke opslag van CO2. We moeten dus aan de slag met het voorkomen dat onder meer kunststoffen, pesticiden en anderen bijproducten van de landbouw in de oceaan terecht komen. Dat geldt natuurlijk ook voor lozingen van industriële processen en andere vervuilers.’
Omdat de kans klein is dat we op korte termijn de oceanen schoon krijgen en houden, richten verschillende onderzoekers van de Universiteit Utrecht zich op oplossingen die het land beschermen tegen de gevolgen van de stijgende zeespiegel. Cox ziet daarbij niet zozeer oplossingen in het traditioneel versterken van dijken, dammen en stormvloedkeringen. Dat alleen gaat ons niet redden. Sterker nog: de kans dat harde, betonnen kunstwerken beschadigd raken door weer en wind wordt steeds groter, terwijl ze gelijktijdig het sedimenttransport vanaf de kust verstoren. Hierdoor zal na verloop van tijd het land achter de dijken wegzakken wat nadelig is voor het adaptieve vermogen van de regio.
Cox berekende dat door menselijk ingrijpen – onder andere baggerwerkzaamheden in de riviermonding voor de scheepvaart – het Nederlandse deltagebied jaarlijks ongeveer twee miljard sediment verliest. Veelal erodeert het sediment ook uit de rivieroevers en -beddingen verder stroomopwaarts waardoor deze snel achteruit gaan. ‘Uiteindelijk kan dit leiden tot het bloot komen te liggen van bijvoorbeeld pijpen, tunnels en kabels waardoor zoiets vanzelfsprekends als internetverbindingen, beschadigd kunnen raken. Kortom: onze focus moet liggen op oplossingen die de afzetting van sediment bevorderen om zo de relatieve hoogte van het land ten opzichte van de zeespiegel te handhaven.
Met deze focus in het achterhoofd hebben wetenschappers van de hub Water, Climate and Future Deltas een eerste wereldwijde dataset opgesteld die de efficiëntie en duurzaamheid documenteert van 21 bijbehorende strategieën. Hieruit is inmiddels gebleken dat 84 procent van deze strategieën de meest negatief ingeschatte zeespiegelstijging kan compenseren. Cox: ‘Positief nieuws dus, maar omdat deze methodes pas na enige tijd echt effectief zijn, is het van belang de bijbehorende processen nu in gang te zetten.’
Oude (links) en nieuwe situatie in Bloemendaal.
Strategieën
Eén van de strategieën is het werken met dubbele dijken met wisselpolders. Deze methode maakt gebruik van natuurlijke sedimentatieprocessen om het land tussen twee dijken op te hogen en extra bescherming te bieden in geval van overstromingen. Het concept ontstond toen Utrechtse wetenschappers de historische dijkdoorbraken in Nederland tijdens de Kerstvloed van 1717 en de Stormvloed van 1953 bestudeerden.
Prof.dr. Tjeerd Bouma, hoogleraar biogeomorfologische ecologie van estuaria, delta’s en kusten aan de Universiteit Utrecht en één van de auteurs van het onderzoek: ‘We toonden aan dat kwelders een dubbele functie hadden in de veiligheid tegen overstromingen: dijken die achter kwelders lagen, braken minder vaak door, en als ze doorbraken, beperkten de kwelders de maximale diepte van zo’n doorbraak. Berekeningen toonden aan dat dit effect zich vertaalt in meer tijd om te evacueren en minder doden bij een dijkdoorbraak.’
‘Op basis hiervan bedachten we het concept van dubbele dijken met daartussen een wisselpolder die meegroeit met de zeespiegelstijging. In de meest zeewaartse dijk wordt een tijdelijke opening gemaakt, zodat zeewater tijdens hoogwater de polder kan overstromen en het land geleidelijk dichtslibt. Wanneer de bodem voldoende is opgehoogd, wordt de inlaat gesloten en kan de overgangspolder weer voor agrarische doeleinden worden gebruikt. Omdat de grond dan een stuk opgehoogd is, zal de voedselproductie minder te lijden hebben van de infiltratie van zout water. En het landschap als geheel zal veel veiliger zijn.’
‘Dubbele dijken met daartussen een -wisselpolder’
Herstellen zandduinen
Een tweede strategie is het herstellen van de zandduinen langs de kust. Het planten van helmgras om de duinen te stabiliseren levert niet altijd het gewenste effect. Prof.dr. Gerben Ruessink, hoogleraar golfgedomineerde kustmorfodynamica aan de Universiteit Utrecht: ‘Hiermee creëer je hoge en smalle duinen die weliswaar de zee tegenhouden, maar ook voorkomen dat zich zand achter de voorduinen kan ophopen. De afgelopen tien jaar hebben we dan ook gekeken hoe duinen zich zonder helmgras ontwikkelen en wat er gebeurt wanneer we openingen aanbrengen die het zand van het strand doorsluizen naar de landwaartse duinen. Om te kijken of dit voldoende is, hebben we een numeriek model gemaakt dat duinherstel kan voorspellen.’
Onderzoek naar de werking van deze openingen wordt ook in de praktijk uitgevoerd in een grootschalig herstelproject in Bloemendaal. Hier zijn ruim twintig jaar geleden op vijf plekken sleuven gegraven in de zeereep waarmee de wind weer toegang krijgt tot het duin. Verder zijn vijf paraboolduinen, die in het verlengde van de sleuven liggen, ontdaan van hun begroeiing en wortellaag. De wind krijgt zo vrij spel op het kale zand waardoor deze duinen weer kunnen gaan wandelen door het landschap. Ruessink: ‘Dit experiment is overigens niet geschikt voor duingebieden waar de duinen maar een paar meter hoog zijn, zoals in de Golf van Mexico. Hier wil je geen sleuven graven. Sommige delta’s zijn tot nu toe alleen te beschermen door een combinatie van op de natuur gebaseerde oplossingen en harde infrastructuur.’
Op het strand van Jakarta (Indonesië) worden jonge mangroves geplant om in de toekomst de kust en het achterliggende land te beschermen.
Mangroves
Dr. Annisa Triyanti, onderzoeker aan de Universiteit Utrecht, doet onderzoek naar goedkopere oplossingen voor gemeenschapen die nu al op ‘geleende tijd’ leven, zoals op Java, de eilanden van Kiribati en in Bangladesh. Haar focus ligt op adaptieve oplossingen die onder meer worden gebruikt om tijd te winnen om vervolgens oplossingen verder te verbeteren en aan te scherpen. Een dergelijke oplossing is het bouwen van doorlaatbare dammen die – in tegenstelling tot gesloten dijken – de opbouw van sediment en de groei van mangroves mogelijk maken. Triyanti: ‘Deze doorlaatbare structuren zijn gemaakt van vrij goedkope en lokale materialen zoals bamboe en twijgen. Ze worden langs de kust geplaatst waar ze eroderende golven dempen, sedimenten vasthouden en het niveau van de bedding verhogen. Zo creëren ze de optimale omstandigheden voor mangroves om zich te wortelen en uit te groeien, zodat zij een stevige, eerste barrière tegen kustinundatie vormen.’
Om de toepasbaarheid van de verschillende maatregelen te kunnen beoordelen op hun geschiktheid voor toepassing in specifieke delta’s, ontwikkelen Utrechtse onderzoekers op dit moment zogenaamde klimaatadaptiepaden. Hiermee kunnen onder meer wetenschappers en beleidsmakers de beste keuze maken voor hun regio.
‘Ontwikkelingen in -drijvende verstedelijking krijgen steeds meer aandacht’
Drijvende oplossingen
Wanneer het voorkomen van de stijgende zeespiegel niet lukt en ook op de natuur gebaseerde oplossingen in combinatie met technische installaties de zee niet kunnen tegenhouden, dan is een derde mogelijkheid: anticiperen op deze zeespiegelstijging. ‘We moeten bij het nemen van beslissingen over waar en hoe we gaan bouwen, kritischer nadenken over de locatie van nieuwe projecten en meer rekening houden met de zeespiegelstijging’, zegt dr.ir. Dries Hegger. Hegger is universitair docent Regionaal Water en Klimaatbeleid in Utrecht en meent dat we misschien zelfs moeten nadenken over een gecoördineerde terugtrekking van mensen en activa. ‘Dat is echter een controversiële en politiek gevoelige kwestie. Beter kunnen we niet meer bouwen in de kwetsbare en laaggelegen kustzones en in de uiterwaarden van rivieren. Hoe verstandig is het bijvoorbeeld om 8.000 nieuwe huizen te bouwen in de Zuidplaspolder tussen Gouda en Rotterdam; een geografische locatie die zes à zeven meter onder de zeespiegel ligt.’
Maar als je dat dan toch doet, dan is de laatste mogelijkheid om eventueel te kijken naar drijvende woningen. Hegger, die deel uitmaakt van een denktank die het idee van drijvende verstedelijking onder de loep neemt, zegt hierover: ‘De technologie om op het water te leven is al beschikbaar en de ontwikkelingen in drijvende verstedelijking krijgen steeds meer aandacht: van een drijvende boerderij in Rotterdam tot hele drijvende wijken in Delft en Amsterdam. Een grote uitdaging is het toegankelijk maken van dit soort woningen voor alle mensen; niet alleen de rijken der aarden.’
Drijvend paviljoen in de Rotterdamse Rijnhaven.
Rotterdam
Een geslaagd voorbeeld van de mogelijkheden van drijvende gebouwen is het drijvende paviljoen dat in de zomer van 2010 in de Rijnhaven van Rotterdam is neergelegd. Het bouwwerk bestaat uit drie geschakelde halve bollen die één drijflichaam delen. De koepels zijn 12 m hoog en hebben een doorsnede van respectievelijk 18,5, 20 en 24 m met een totaal voeroppervlak van 46 x 24 m.
Het paviljoen fungeert als expertisecentrum van de Rotterdamse klimaataanpak en als pilot voor toekomst- en klimaatgericht bouwen. Een team van Deltasync en Public Domain Architecten tekende voor het ontwerp, de installatietechniek is gerealiseerd door Dura Vermeer en Unica. Zij kozen voor het KNX-gebouwautomatiseringssysteem tebis in Easy mode, waarmee de installaties in dit gebouw eenvoudig zijn te bedienen en aan te passen. Op deze manier is maximaal gebruik gemaakt van de mogelijkheden om verschillende systemen slim aan te sturen om zo het energieverbruik te minimaliseren.
Elektra wordt van de wal betrokken. Op een apart ingericht plein is de koppeling gemaakt met het elektriciteitsnet van Stedin 3 x 250 A. Dit is een relatief zware aansluiting die echter nodig is voor de adsorptiewarmtepompen en luchtbehandelingskast, maar ook voor de apparatuur die gebruikt wordt bij evenementen en exposities.
Het grootste deel van de warmte wordt opgewekt via zonnecollectoren die in het dak zijn geïntegreerd. Deze vangen de warmte op en slaan deze op in tanks in de bodem van het ponton. De warmte wordt enerzijds gebruikt om het paviljoen te verwarmen via Fiwihex convectoren. Dit zijn afgiftesystemen die bestaan uit fijnmazige netwerken van kleine buisjes met een efficiënte energie-uitwisseling met de omgeving. Anderzijds wordt de warmte gebruikt door een absorptiemachine, die hiermee koude maakt dat eveneens via de convectoren wordt afgegeven aan de verschillende ruimtes. Dit in combinatie met de koude van het oppervlaktewater.
Tot slot zijn in de kleinste koepel PCM’s toegepast. Deze Phase Change Materials zijn tegen de wand bevestigt en absorberen in de nachtelijke uren de kou die ze overdag – wanneer de temperatuur boven de 20 °C uitkomt – weer afgeven. De afgifte wordt ondersteund door recirculatie van lucht langs de PCMs en via indirecte adiabatische koeling.
Tekst: ing. Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: iStock, PWN, Global Center of Adaptation