Rivieren: debiet, regiem, verval en verhang berekenen

Stroomgebied, waterscheiding en stroomstelsel

Een rivier begint bij een bron en eindigt bij de monding. Onderweg komen er zijrivieren bij. Het geheel van hoofdrivier en zijrivieren heet het stroomstelsel.

Een waterscheiding hoeft geen hoog gebergte te zijn. In Nederland loopt de waterscheiding tussen het stroomgebied van de Rijn en dat van de Maas over hoogteverschillen van soms maar een paar meter. Regen die aan de ene kant van die lijn valt komt via de Waal in zee, regen aan de andere kant via de Maas.

Het stroomgebied van de Rijn is ongeveer 185.000 vierkante kilometer groot en strekt zich uit over negen landen. Dat is belangrijk voor het waterbeheer: wat in Zwitserland en Duitsland met het water gebeurt, bepaalt mede hoeveel water Nederland te verwerken krijgt. Rivierbeheer is daardoor altijd internationaal.

Verval en verhang

Verval en verhang gaan beide over het hoogteverschil, maar ze zijn niet hetzelfde. Het verschil is een klassieke examenvraag en het gaat vrijwel altijd om de eenheid.

Het verval zegt dus alleen hoeveel meter een rivier zakt. Het verhang zegt hoe steil dat is, en dat is wat je nodig hebt om over stroomsnelheid en erosie te praten. Twee rivieren met hetzelfde verval kunnen een totaal ander verhang hebben als de een dat verval over tien kilometer en de ander over duizend kilometer aflegt.

Rekenvoorbeeld verhang

Een rivier ligt bij punt A op 480 meter boven zeeniveau en bij punt B op 120 meter. De afstand tussen A en B is 90 kilometer, gemeten langs de rivier.

Het verhang is dus 4 meter per kilometer. Ter vergelijking: in de Alpen kan het verhang van een bergbeek boven 50 m/km liggen, terwijl de Rijn in Nederland een verhang heeft van ongeveer 0,1 m/km. Dat verklaart waarom de bergbeek keien meesleept en de Rijn hier alleen nog fijn zand en klei vervoert.

Twee valkuilen. Meet de afstand langs de rivier en niet in rechte lijn, tenzij de opgave iets anders zegt: een meanderende rivier is veel langer dan de hemelsbrede afstand. En let op of de vraag om verval of om verhang vraagt, want het antwoord verschilt in eenheid.

Debiet

Het debiet is de hoeveelheid water die per seconde door een dwarsprofiel van de rivier stroomt. Het wordt uitgedrukt in kubieke meter per seconde, afgekort m3/s. Debiet is de belangrijkste maat voor de grootte van een rivier.

De formule is: Q is gelijk aan A maal v. Het oppervlak van het dwarsprofiel bereken je bij een eenvoudig profiel als breedte maal gemiddelde diepte.

Rekenvoorbeeld debiet

Een rivier is 40 meter breed en gemiddeld 3 meter diep. De gemiddelde stroomsnelheid is 1,5 meter per seconde.

Het debiet is dus 180 kubieke meter per seconde. Ter vergelijking: de Rijn voert bij Lobith gemiddeld ongeveer 2.200 m3/s aan, met een minimum van rond 600 en een maximum bij hoogwater van meer dan 12.000 m3/s.

Uit de formule volgt iets belangrijks. Als het debiet toeneemt bij hoogwater, moet een van de twee andere factoren mee omhoog: de rivier wordt breder en dieper, of hij gaat sneller stromen. In een ingedijkte rivier kan hij niet breder worden, dus stijgt het waterpeil en neemt de snelheid toe. Dat is precies waarom ruimte voor de rivier als maatregel werkt: geef je de rivier meer breedte, dan hoeft het peil minder te stijgen.

Regiem: het afvoerpatroon over het jaar

Het regiem van een rivier is het patroon waarin de afvoer over het jaar varieert. Dat patroon hangt af van de manier waarop het water in het stroomgebied vrijkomt.

Het verschil tussen de Rijn en de Maas is het standaardvoorbeeld in Nederlandse methodes. De Maas is een pure regenrivier: valt er in de Ardennen veel regen, dan is de afvoer binnen dagen hoog, en in een droge zomer valt hij bijna droog. De Rijn heeft een gemengd regiem met smeltwater uit de Alpen, waardoor de afvoer veel gelijkmatiger is en er in de zomer altijd aanvoer blijft.

Dat verschil heeft praktische gevolgen. In droge zomers kan de scheepvaart op de Maas eerder in de problemen komen dan op de Waal, en bij langdurige regen in de Ardennen ontstaat op de Maas sneller hoogwater dan op de Rijn.

Wat het regiem beïnvloedt

Verstedelijking is een belangrijk actueel punt. In een stad kan regenwater niet de bodem in en stroomt het via straten en riolen direct naar de rivier. De afvoerpiek komt daardoor sneller en is hoger, wat de kans op wateroverlast vergroot. Dat is de reden achter maatregelen als wadi's, groene daken en waterdoorlatende bestrating.

Erosie en sedimentatie in de rivier

Het verhang bepaalt de stroomsnelheid, en de stroomsnelheid bepaalt of de rivier materiaal opneemt of afzet. Daaruit volgt de vorm van elk riviersysteem.

Meanders

In de middenloop gaat de rivier kronkelen. Dat is geen willekeur: in een bocht stroomt het water aan de buitenkant sneller dan aan de binnenkant. Aan de buitenbocht erodeert de rivier daardoor de oever weg, en aan de binnenbocht zet hij sediment af omdat het water daar te langzaam is om het te dragen.

Het gevolg is dat de bocht steeds scherper wordt en langzaam naar buiten opschuift. Wordt de bocht zo scherp dat de rivier bij hoogwater de hals doorsnijdt, dan snijdt hij de bocht af en blijft er een hoefijzermeer of afgesneden meander achter. Dat is goed te zien in het Nederlandse rivierengebied, waar oude Rijnlopen als brede laagten in het landschap zichtbaar zijn.

Oeverwallen en komgronden

Bij een overstroming stroomt de rivier buiten zijn bedding en verliest daar direct snelheid. Het grofste materiaal, zand, valt vlak naast de bedding neer en vormt een oeverwal: een licht verhoogde rug langs de rivier. Het fijnste materiaal, klei, blijft langer in het water en zakt verder weg neer in de komgronden.

Dat verklaart het nederzettingspatroon in het Nederlandse rivierengebied. De dorpen liggen op de oeverwallen, want die zijn hoger, droger en beter doorlatend. De komgronden ertussen waren te nat en zijn tot in de negentiende eeuw vooral als grasland gebruikt. Kijk je nu op een kaart van de Bommelerwaard of het Land van Maas en Waal, dan zie je de dorpen nog steeds in linten langs de rivieren liggen.

Rivierbeheer in Nederland

Nederland ligt aan het einde van twee grote stroomgebieden en onder zeeniveau, dus rivierbeheer is hier existentieel. De aanpak is in de afgelopen decennia veranderd.

De omslag kwam na de bijna-overstromingen van 1993 en 1995, toen bleek dat steeds hogere dijken het probleem doorschuiven in plaats van oplossen. Uit de debietformule volgt waarom: als je de breedte niet laat toenemen terwijl het debiet stijgt, moet het peil omhoog. Meer ruimte betekent minder peilstijging bij hetzelfde debiet.

Klimaatverandering maakt dit urgenter. De verwachting is dat winters natter worden, wat hogere pieken geeft, en zomers droger, wat lage afvoer en problemen met scheepvaart, koelwater en verzilting oplevert. Rivierbeheer moet dus tegelijk op te veel en op te weinig water voorbereid zijn.

Deel deze pagina met je vrienden