Bovenstroomse maatregelen ter preventie van hoogwaters.

Bovenstroomse maatregelen kunnen worden verdeeld in landgebruiksveranderingen, die zijn gericht om de fractie van de neerslag die de rivier in korte tijd bereikt te laten afnemen; en maatregelen om de afvoer in de rivier zelf te beïnvloeden en zodoende de hoogwatergolf af te vlakken. In hoeverre dergelijke maatregelen effectief zouden kunnen zijn in het voorkomen of beperken van hoogwater vormde een van de onderzoeksdoelen van de IRMA-SPONGE studie. IRMA-SPONGE  was een internationaal project, gefinancierd vanuit verschillende bronnen, multidisciplinair, en vele individuen en organisaties waren erbij betrokken. Onderzoek is uitgevoerd door meer dan 50 wetenschappers vanuit 30 instituten die samen aan 13 projecten meewerkten.  De nadruk van de meeste IRMA-SPONGE projecten lag op de fysische (klimaat,  hydrologie, hydraulica) en ecologische aspecten, en dit heeft voornamelijk geleid tot conclusies en aanbevelingen over de effectiviteit van maatregelen. Deze studie had de volgende resultaten:

Effect van bovenstroomse landgebruiksmaatregelen in het stroomgebied

Verandering in landgebruik zoals urbanisatie en ontbossing kunnen significante nadelige gevolgen hebben op piekafvoeren, lage afvoeren en de waterkwaliteit. Deze effecten zijn vooral waarneembaar in de kleine stroomgebieden (brongebied). Daarom is als maatregel voorgesteld om deze ontwikkelingen te keren door de infiltratie van regenwater te doen toenemen, wat een afname van de oppervlakte afstroming naar de
brongebieden tot gevolg heeft. Deze aanpak zou, indien toegepast op een groot deel van het stroomgebied, de basisafvoer vergroten en op lokaal en regionaal niveau de lagere en gemiddelde piekafvoeren doen afnemen, ['Ruimte voor Rijntakken'].

• Het is aannemelijk dat landgebruik in kleine stroomgebieden effect heeft op hoogwater. Het effect van verandering van landgebruik op de piekafvoeren heeft een directe relatie met de fractie van het stroomgebied waar verandering van landgebruik optreedt. Water retentie door middel van aanpassing van landgebruik kan bruikbaar zijn om de frequentie van extreme afvoeren in kleine stroomgebieden te reduceren en heeft mogelijk ook een verlagend effect op de waterstand van gemiddelde afvoeren in grote stroomgebieden. De effecten op extreme afvoeren zijn in kleinere  stroomgebieden beperkt doordat een extreme afvoer sterk afhangt van type neerslag (convectief t.o.v. advectief) en van initiële condities.
• Lokale maatregelen zoals de verbetering van stedelijk water beheer (met als doel het vergroten van de infiltratie) hebben alleen effect op een relatief klein gebied en zullen daarom nooit erg effectief zijn voor grotere stroomgebieden. Op de schaal van het Rijn en Maas stroomgebied zullen dergelijke maatregelen echter geen significant effect hebben op beneden-stroomse extreme afvoeren veroorzaakt door langdurige zware regenval over een groot gebied. Dit betekent dat extreme afvoeren in de Rijn en Maas niet  noemenswaardig verlaagd kunnen worden door toepassing van bovenstroomse maatregelen.
• Bovendien moet gerealiseerd worden dat effecten van klimaatsverandering op de extreme afvoeren veel groter zijn (volgens de huidige studies) dan het compenserende effect van de verandering van landgebruik. Landgebruik verandering kan deze effecten niet compenseren. Tevens moet men zich realiseren dat het terugdraaien van een verandering in landgebruik erg veel tijd kost. Effecten zijn vaak niet te verwachten binnen het tijdbestek dat voor het beheer nodig is. Ontbossing van een dicht woud kan bijvoorbeeld resulteren in hogere jaarlijkse afvoeren en hogere extreme afvoeren. Echter na herbebossing duurt het nog decades tot eeuwen voordat het woud en de bodemstructuur zich voldoende ontwikkeld hebben en de originele hydrologische situatie weer hersteld is.

Effect van tijdelijke opslag van water langs de bovenloop van de rivieren

Een veel overwogen maatregel is de inzet van retentie gebieden bovenstrooms van het gebied waar afvoeren gereduceerd dienen te worden. Retentie van afvoerwater heeft, wanneer het geleidelijk opgeslagen wordt tijdens stijging van de waterstanden, een golfafvlakking tot gevolg: de piekafvoer is kleiner en de duur van de hoge afvoer is groter. Soms wordt gesuggereerd dat dit mogelijk is door de retentie capaciteiten van wetlands te vergroten. Gebleken is echter dat de inzet van de beschikbare gebieden langs de Rijn alleen een significante afvlakking van de lagere tot gemiddelde piekafvoer tot gevolg heeft en geen effect heeft op extreme of langdurige situaties.
Wat geldt voor retentie gebieden direct langs de rivier, met ongecontroleerde instroming, geldt in mindere mate ook voor detentie gebieden. Detentie gebieden hebben een regelbare inlaat en worden ingezet om water te bergen als de piekafvoer maximaal is. Ver bovenstrooms gelegen detentie gebieden in het Rijn gebied zijn
weinig effectief om extreme afvoeren te verlagen die bedreigend zijn voor de benedenstroomse gebieden, zoals Nordrhein-Westfalen en Nederland.
De oorzaak hiervoor is als volgt:

• De timing van de piekafvoeren uit de zijrivieren is complex. Soms zal een afvlakking van een golf in een zijrivier zelfs een grotere piekafvoer in de hoofdrivier tot gevolg hebben.
• Een detentie gebied is het meest effectief wanneer deze toegepast wordt om een piekafvoer af te toppen, d.w.z. ingezet wordt op het moment dat een afvoer maximaal is en niet in een eerder stadium. Echter om een lokale overstroming te voorkomen kan een ander moment van vullen effectiever zijn. Zelfs met goede communicatie en coördinatie tussen organisaties uit de verschillende gebieden zal het moeilijk zijn om te voorkomen dat lokale belangen de overhand krijgen.
• Zowel voor retentie als detentie gebieden kan geconcludeerd worden dat hoe verder bovenstrooms zij gesitueerd zijn, hoe minder zij zullen bijdragen aan de verlaging van een piekafvoer in de benedenloop van de Rijn of Maas. Het is wel zo dat detentie gebieden over het algemeen efficiënter zijn dan retentie gebieden als het gaat om het reduceren van een piekafvoer. Natuurlijk worden retentie en detentie gebieden ook vaak beschouwd voor natuur beheer, hetgeen tot andere overweging kan leiden.

Ruimte voor de rivier

De 'ruimte voor de rivier' maatregelen vergroten de laterale ruimte die de rivier kan innemen bij hoogwaters door extra ruimte te creëren voor opslag en afvoer in het bedijkte deel van de rivier. Deze maatregelen resulteren in een verhoogde afvoer capaciteit, golfafvlakking of golfaftopping. De belangrijkste maatregelen zijn:

• Dijkverlegging, met uiterwaard verbreding tot gevolg.
• Het creëren van een hoogwater omleiding, al dan niet via een vast kanaal (groene rivier).
• Het creëren van binnendijkse detentie gebieden, waar op gecontroleerde wijze tijdens een hoogwater water geborgen kan worden. Ook deze maatregel wordt beschouwd als een 'ruimte voor de rivier' maatregel, ondanks het feit dat de ruimte alleen in extreme situaties gebruikt wordt.
• Cyclische verjonging van de uiterwaard. Met deze maatregel worden delen van de uiterwaard periodiek uitgegraven, waarna natuurlijke rivier dynamica en vegetatie successie toegestaan zijn gedurende meerdere decades. Hiermee wordt de laterale ruimte van de rivier niet vergroot, maar deze maatregel wordt vaak samen met de bovenstaande maatregelen besproken. De 'ruimte voor de rivier' maatregelen zijn zeer verschillend in hun strekking en effect, maar zijn allen maatregelen die de bergende capaciteit of het afvoerend vermogen vergroten en toegepast worden dicht bij het risico gebied. Meer  bovenstrooms toegepast hebben deze maatregelen wel een klein effect op de timing van het volledige volume van het hoogwater, maar alleen een minimale impact op de hoogwaterstand. Langs de benedenstroomse loop van de Rijn en Maas kunnen deze maatregelen wel effectief zijn.

Conclusie

Het beheer van hoogwater risico moet daarom de oplossing niet zoeken in dergelijke maatregelen, zelfs als de mogelijkheid voor toepassing er wel is. Voor het vinden van oplossingen voor het beneden Rijn en Maas gebied moeten beleidsmakers niet te ver bovenstrooms kijken, maar zich richten op maatregelen in of nabij het benedenstroomse gebied.

Voorbeeld bovenstroomse maatregelen in het Rijngebied en hun effect

De onderstaande figuur geeft een overzicht van de maatregelen voor rivierverruiming die bovenstrooms van Lobith zijn uitgevoerd.

Langs de rivier zijn een groot aantal van dergelijke maatregelen uitgevoerd. Toch hebben deze maatregelen nauwelijks invloed op de maatgevende afvoer in nederland. In Duitsland zijn de maatgevende condities afvoeren die gemiddeld veel vaker voorkomen dan eens per 1250 jaar. Dit betekent dat de retentiegebieden, de gebieden die bij zeer hoge afvoeren onder water lopen, een inlaat hebben die relatief laag ligt; bij relatief lage afvoeren wordt het retentiegebeid al gevuld. Indien de afvoer veel groter wordt, zal het gebied al vol met water staan op het moment dat het water de hoogste stand bereikt. Het gebied heeft op dat moment geen waterstandsverlagend effect meer, het is immers al vol. Het onderstaande plaatje illustreert dit effect

 
De figuur laat zien dat het te verwachten effect zich beperkt tot afvoeren tussen de 11 en 14 duizend m3/s, dit zijn afvoeren met een herhalingstijd in de orde van 1/50 tot 1/500 jaar. Voor de echte hoge afvoeren heeft de retentie geen effect. De figuur toont het effect van de gecontroleerde retentiegebieden. Wat wel een groot effect heeft op het maximaal te verwachten hoogwater bij Lobith zijn de ongestuurde overstromingen in Duitsland die gedurende een dergelijke afvoer zullen optreden, deze afvoeren zijn immers ver boven het lokale ontwerpniveau. Onder de huidige veiligheidssituatie in Duitsland hebben deze overstromingen een dusdanige omvang dat de maximale afvoer bij Lobith onder de 16,000 m3/s blijft. Zolang Duitsland geen additionele maatrelen neemt om het overstromingsrisico langs de Niederrhein substantieel te verlagen, is er een ruime veiligehidsmarge voor de Nederlandse bovenrivieren.