Onderzoek naar de fysische sedimentkarakteristieken van de Demer en haar bijrivieren: Sedimentatieproeven in natuurlijk rivierwater

Cant Patty

Onderzoek naar fysische sedimentkarakteristieken van de Demer en haar bijrivieren

Sedimentatieproeven in natuurlijk rivierwater

Het Demerbekken heeft een oppervlakte van 2.267 km². De Demer ontspringt te Ketsingen op een hoogte van 89 m TAW (= Tweede Algemene Waterpassing) en vloeit van hier over een afstand van 85 km naar het westen richting Werchter waar de rivier uitmondt in de Dijle op een hoogte van 10 m TAW. Tussen bron en monding wordt de Demer nog gevoed door een tiental bijrivieren.

Om het sorteringsgedrag van sediment in het Demerbekken te bestuderen werd sediment op drie verschillende locaties bemonsterd en vervolgens geanalyseerd. De gekozen locaties zijn: aan de monding van de Gete (een zuidelijke bijrivier van de Demer), aan de monding van de Mangelbeek (een noordelijke bijrivier van de Demer) en op de Demer zelf, stroomafwaarts van de samenvloeiing van de Demer met haar bijrivieren.

Het sedimentatieproces werd bestudeerd met behulp van het uitvoeren van bezinkingsproeven. Hierbij werd natuurlijk riviersediment bovenaan in een verticale buis gevuld met gecentrifugeerd rivierwater gebracht, waarbij op regelmatige tijdstippen materiaal onderaan afgetapt werd en onderzocht op verscheiden parameters. In normale omstandigheden wordt verwacht dat eerst de grove partikels bezinken en geleidelijk aan de fijnere. De manier waarop sferische deeltjes bezinken, onder invloed van de zwaartekracht wordt gevat in de wet van Stokes. Deze laat toe om te voorspellen hoelang het zal duren vooraleer een korrel met een bepaalde grootte en dichtheid zal bezinken in een vloeistofkolom met een bepaalde hoogte en vloeistof met een bepaalde viscositeit en dichtheid. Fenomenen als flocculatie (= vlokvorming) en aggregatie (= samenklitting) van fijne partikels aan grove partikels zorgen echter dat het natuurlijk sediment niet sferisch is en dat de wet van Stokes niet gebruikt kan worden, waardoor een theoretische benadering onvoldoende is en experimenten dienen uitgevoerd te worden. Elke fractie die werd afgetapt werd meermaals geanalyseerd aan de hand van het nemen van representatieve substalen, waarbij de dichtheid, chemische samenstelling, korrelgrootte, organisch materiaal en SSC (= suspended sediment concentration) werden bepaald.

Het sediment dat in Aarschot wordt gemeten heeft een combinatie van kenmerken van alle bijrivieren die in de Demer terecht gekomen zijn. In een rivier treden daarnaast nog tal van processen op. Bij trage stromingen zal een deel van het sediment op de rivierbodem terecht komen, bij snellere stromingen zal het bodemsediment opnieuw in suspensie gebracht worden.

De concentratie van het gesuspendeerd sediment van de rivieren kan men onderling niet vergelijken omdat er werd gewerkt met een geconcentreerde sedimentoplossing. De SSC van de fractie <63 µm neemt af naarmate de proef vordert. Ondanks het feit dat men pas fractie <63 µm verwacht vanaf het tijdstip van de vierde aftapping kan men in de eerste drie aftappingen ook reeds fijn materiaal waarnemen, wat op de aggregatie van fijne aan grove partikels kan wijzen. Bij het bepalen van de verhoudingen van de fractie fijn/grof werd duidelijk dat de eerste aftappingen van de Gete en de Demer reeds voor 50% bestonden uit fijn materiaal. Hoewel bij de Mangelbeek in de eerste drie aftappingen het grof materiaal toch de overhand had, was ook daar reeds 10 tot 25 % <63 µm aanwezig.

De dichtheden van de Gete en de Mangelbeek na verassen benaderden de dichtheid van kwarts, wat wijst op de aanwezigheid van löss. Het Demer-sediment wordt gekenmerkt door lagere dichtheid dan het sediment van de andere twee rivieren.

De korrelgrootteanalyses brachten aan het licht dat de fracties <63 µm allemaal nog een kleine hoeveelheid grof materiaal bezitten. Dit kan verklaard worden door de onregelmatige vorm van de sedimentpartikels, maar ook door de meetmethode van de Malvern Mastersizer 2000. De korrelgrootteanalyse van de fractie >63 µm toonde aan dat in de gezeefde fractie van alle rivieren nog een hoeveelheid fijn materiaal aanwezig was. De kleine hoeveelheid fijn materiaal die aanwezig was in de grove fractie van de Mangelbeek zorgde ervoor dat het aandeel organisch materiaal bij deze aftappingen artificieel groter werd gemaakt. Het organisch materiaal in de Mangelbeek zit namelijk verwerkt samen met de fijne fractie in combinatie met authigeen ijzer (= ijzer dat zich bevindt op de plaats waar het werd gevormd. In deze context houdt het in dat het ijzer zelf door de rivier werd gevormd en dat het niet van elders werd aangevoerd). De korrelgrootteverdelingen van de onderzochte rivieren worden gekenmerkt door een bimodale korrelverdeling, die niet bij alle aftappingen even uitgesproken is. Deze verdelingen kunnen verklaard worden door aggregatie van fijne partikels aan grove partikels en flocculatie.