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

Patty Cant
 
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.

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.

Bibliografie

-   Amptek Inc. (2010) X-ray Fluorescence (XRF).

     http://www.amptek.com/xrf.html

     Geraadpleegd op: 20/04/2010.

-   Belien, H. (2006) Studie van geflocculeerd ijzerhoudend sediment in de Kleine Nete. Onuitgegeven scriptie – Universiteit Gent: Faculteit Ingenieurswetenschappen.

-   Berckmans, J. (2005) Suspensietransport in het Demerbekken: een verband met de geologische gesteldheid? Onuitgegeven scriptie - Universiteit Gent: Vakgroep Geologie en Bodemkunde.

-   Caitcheon, G.G. (1993) “Sediment source tracing using environmental magnetism: a new approach with examples from Australia”. Hydrological Processes. 7 (4), 349-358.

-   Collins, A.L., Walling, D.E., Leeks, G.J.L. (1997) “Source type ascription for fluvial suspended sediment based on a quantitative composite fingerprinting technique”. Catena. 29 (1), 1-27.

-   Collins, A.L., Walling, D.E., Leeks, G.J.L. (1998) “Fingerprinting the origin of fluvial suspended sediment in larger river basins: combining assessment of spatial provenance and source type”. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. 79 A (4), 239-254.

-   Collins, A.L., Walling, D.E., Sichingabula, H.M. (2001) “Suspended sediment source fingerprinting in a small tropical catchment and some management implications”. Applied Geography. 21 (4), 387-412.

-   Collins, A.L., Walling, D.E., Webb, L., King, P. (2010) “Apportioning catchment scale sediment sources using a modified composite fingerprinting technique incorporating property weightings and prior information”. Geoderma. 155 (3-4), 249-261.

-   De Bruyn, L., De Schutter, J., Mostaert, F., Cools, G. (2009a) Instructie: Centrifugeren – I-WL-PP31-2 Versie 01. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

-   De Bruyn, L., De Schutter, J., Mostaert, F., Cools, G. (2009b) Instructie: Vriesdrogen – I-WL-PP31-3 Versie 01. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

-   Droppo, I.G., Leppard, G.G., Liss, S.N., Milligan, T.G. (Eds.) (2005) Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems. Florida: CRC Press

-   He, Q., Walling, D.E. (1996) “Interpreting particle size effects in the adsorption of 137Cs and unsupported 210Pb by mineral soils and sediments”. Journal of Environmental Radioactivity. 30 (2), 117-137.

-   Horowitz, A.J., Elrick, K.A. (1987) “The relation of stream sediment surface area, grain size and composition to trace element chemistry”. Applied Geochemistry. 2 (4), 437-451.

-   Horowitz, A.J. (1991) A Primer on sediment-trace element chemistry. Second edition. Michigan: Lewis Publishers, Inc.

-   Horowitz, A.J., Smith, J.J., Elrick, K.A. (2001) Selected laboratory evaluations of the whole-water sample-splitting capabilities of a prototype fourteen-liter Teflon® churn splitter.

     http://pubs.usgs.gov/of/2001/ofr01-386/

     Geraadpleegd op 21/05/2010

-   Integraal Waterbeleid (2008) Het bekkenbeheerplan van het Demerbekken (2008-2013). Integraal waterbeleid in de praktijk.

http://www.bekkenwerking.be/documenten/vastgestelde-bekkenbeheerplannen…

Geraadpleegd op: 20/04/2010

-   Krause, A.K., Franks, S.W., Kalma, J.D., Loughran, R.J., Rowan, J.S. (2003) “Multi-parameter fingerprinting of sediment deposition in a small gullied catchment in SE Australia”. Catena. 53 (4), 327-348.

-   Krumbein, W., Pettijohn, F. (1938) Manual of sedimentary petrography. New York: Appleton-Century-Crofts, Inc.

-   Lane, S.L., Flanagan, S., Wilde, F.D. (2002) “National field manual for the collection of water-quality data: Selection of equipment for water sampling”. In: Wilde, F.D., Radtke, D.B., Gibs, J., Iwatsubo, R.T. (Eds.) Techniques of Water-Resources Investigation - Book 9. Denver: US Geological Survey, pp. 1-125.

-   Malvern Instruments Ltd. (2007) Mastersizer 2000 User Manual – Mano384 Issue 1.0. Worcestershire: Malvern Instruments Ltd.

-   Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH. (2007) Operation Manual Freeze Dryer – Gamma 1-16 LSC/ Gamma 2-16 LSC. Osterode: Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH.

-   Matthijs, J. (1999) Kaartblad 25 Hasselt. Toelichtingen bij de geologische kaart van België – Vlaams Gewest. Brussel: Belgische Geologische Dienst en Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie.

-   Michelin (2009) Maps

     http://www.viamichelin.nl/

     Geraadpleegd op 20/05/2010

-   Micromeritics Instrument Corporation (2007) AccuPyc II 1340 for Windows – Operator’s Manual v1.02. Norcross: Micromeritics Instrument Corporation.

-   PANalytical B.V. (2002) Principles of x-ray fluorescence. Eindhoven: PANalytical B.V.

-   Pannekoek, A.J., van Straaten, L.M.J.U. (Red.) (1992) Algemene geologie. Groningen: Wolters-Noordhoff.

-   Rickly Hydrological Company (2009) Churn Sample Splitter.

     http://www.rickly.com/sai/ChurnSplitter.htm

     Geraadpleegd op: 05/04/2010.

-   Thomas, P. (2004) De overstromingsvoorspeller van de Demer. Computermodelling als methode, hoogwaterbeheer als doel.

http://publicaties.vlaanderen.be/docfolder/7125/Overstromingsvoorspelle…

Geraadpleegd op: 28/03/2010.

-   Van Meel, K., Vanlierde, E., Collins, A.L., De Cooman, W., Makarovska, Y., Mostaert, F., Jacobs, P., Van Grieken, R. (2008) “EDXRF for fingerprinting fine-grained sediment sources in the Demer basin, Belgium”. In: Fazinic, S., Jaksic, M. (Eds.) European Conference on X-Ray Spectrometry, 16th – 20th June 2008, Cavtat, Dubrovnik, Croatia: Book of abstracts. Dubrovnik: Cavtat, pp.77.

-   Van Meel, K. (2009) Application of High-energy Polarized-beam Energy-dispersive X-ray Fluorescence for Industrial and Environmental Purposes. Proefschrift voorgelegd tot het behalen van de graad van Doctor in de Wetenschappen aan de Universiteit Antwerpen – Universiteit Antwerpen: department Chemie.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Meys, J.F.A., Mostaert, F., Jacobs, P. (2005) “Contributions of authigenic iron compounds to fluvial suspended sediment concentrations and fluxes in the Nete sub-basin, Belgium.” In: Walling, D.E., Horowitz, A.J. (Eds.) IAHS publication 291: Sediment Budgets 1. Oxfordshire: IAHS Press, pp.54-63.

-   Vanlierde, E., Collins, A. L., Mostaert, F., Berckmans, J., Van Grieken, R., Jacobs, P. (2006) “Fingerprinting the origin of fluvial suspended sediment in the Demer basin, Belgium: a preliminary assessment of spatial provenance”. In: Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 04086, 2006, EGU General Assembly, Vienna, Austria 02-07 April 2006.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Jacobs, P., Mostaert, F. (2007a) “Estimating and modeling the annual contribution of authigenic sediment to the total suspended sediment load in the Kleine Nete Basin, Belgium”. Sedimentary Geology. 202 (1-2), 317-332.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Jacobs, P., Mostaert, F. (2007b) Authigeen sediment: Een belangrijke bijdrage tot de totale sedimentlading van de Kleine Nete.

     http://www.tijdschriftwater.be/water26-16HI.pdf

     Geraadpleegd op: 18/03/2010.

-   Vanlierde, E., Collins, A.L., De Cooman, W., Makarovska, Y.,Van Meel, K., Van Grieken, R., Mostaert, F., Jacobs, P. (2008) “Supporting spatial targeting of sediment mitigation methods in the Demer catchment, Belgium, using the fingerprinting approach”. In: The 11th International Symposium on the Interactions between Sediments and Water (IASWS 2008), Esperance, Australia 17-22 February 2008.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Mostaert, F., Cools, G. (2009a) Instructie: Bepalen van droogrest – I-WL-PP31-5 Versie 01. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Mostaert, F., Cools, G. (2009b) Instructie: Bepalen van as-(gloei-)rest en gloeiverlies – I-WL-PP31-6 Versie 01. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

-   Vanlierde, E., De Schutter, J., Mostaert, F., Cools, G. (2009c) Instructie: Bepalen van de dichtheid volgens gaspycnometrie – I-WL-PP31-10 Versie 01. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

-   Vold, R.D, Vold, M.J. (1983) Colloid and Interface Chemistry. Londen: Addison-Wesley.

-   Walling, D.E., Woodward, J.C., Nicholas, A.P. (1993) “A multi-parameter approach to fingerprinting suspended-sediment sources”. In: Peters, N.E., Hoehn, E., Leibundgut, Ch., Tase, N., Walling, D.E. (Eds.) IAHS publications 215: Tracers in Hydrology. Wallingford: IAHS Press, pp. 329-337.

-   Walling, D.E., Collins, A.L. (2000) Integrated Assessment of Catchment Sediment Budgets: a Technical Manual. Exeter: University of Exeter.

 

Persoonlijke communicatie

-   Van Meel, persoonlijke mededeling, 10 mei 2010

-   Vanlierde, persoonlijke mededeling, 3 mei 2010

-   Vanlierde, persoonlijke mededeling, 9 mei 2010

-   Vanlierde, persoonlijke mededeling, 18 mei 2010

Universiteit of Hogeschool
Geografie
Publicatiejaar
2010
Share this on: