De Rivier de Geul

Achtergrond Auteur 

De auteur is geboren en getogen in Epen  (Z-L) waar het betreffende riviertje, de Geul, doorheen stroomt. Hij studeerde Rivier Waterbouwkunde aan de TU Delft met als specialiteit Riviermorfologie. Hij werkte 25 jaar bij Rws en woont nu in Griekenland op Lesvos. 

Hoofdkemerken Rivier, m. n. De Dimensies, 

B, a, i, D, C, h en Q 

Breedte, diepte, verhang, korreldiameyer bodenlmmateriaals, Ruwheid profiel, waterhoogte(-stand), Afvoer 

De Dimensies worden verduidelijkt bij berekeningen en dimensionering. De beschrijving van de Geul richt zich vooral op Rivierkundige aspecten (hydraulica, morfologie met als input ook geotechniek). LNC waarden worden ,met nadruk, niet kwantitatief beschouwd. LNC wordt werd kwalitatief meegenomen in afwegingen maar kunnen niet worden gekwantificeerd. De afvoer is een rvw geen specifiek rivierkenmerk 

Korte beschrijving 

De rivier de Geul is een ruim ruim 50 km lang riviertje in Zuid Limburg dat vanuit Belgie uitmondt in de Maas te noorden van Maastricht.  De Geul kent zijn bron  vlakbij de Duitse grens bij Raeren in Wallonië waarna ze via Plombieres richting Nederland stroomt via Sippenaeken naar Epen. Daarna stroomt ze noordelijk via Mechelen en Gulpen , Valkenburg, Meerssen richting Maas bij Voulwames waar de instroom is in de Maas. Het riviertje meandert voort met wat stroomversnellingen in het Geuldal . In het Belgische deel stroomt de rivier door een oude loodmijn zodat er zink en lood in het water zit hetgeen weer leidt tot bijzondere planten, zoals het unieke zink viooltje. Verder wordt het gevoed door een aantal zijbeken en zijn er op het traject enkele watermolens met een bypass naar de Geul. Ook passeert het traject een groeve waar Carboon aan het oppervlak komt (Heimansgroeve). Kernbegripbtmamv het bodemmateriaal is löss, een grondsoort tussen klei en zand in geclassificeerd (eolisch van oorsprong). 

Hydraulische en morfologische kenmerken en globale kwantificering parameters 

De belangrijkste hydraulische Parameters zijn het verhang i, het debiet Q de ruwheid C en het dwarsprofiel (B, a) Voor de Geul geldt dat het een steile rivier is met een groot verhang i .. Het riviertje daalt over een afstand van 50 km van NAP + 300 m naar +0, 50 m..het verhang bedraagt dus 250/  50000 = dus  i = 5.10-3 hetgeen steil is bijv. t.o.v. de Rijn (10-4). 

De afvoer is gemiddeld 4 m3/s. Hierbij moet worden aangetekend dat de afvoer bij een flash flood een veelvoud van dit gemiddelde kan bereiken, waarbij de hoogwatergolf zich zeer snel voortplant, vrijwel zonder afvlakking of demping. Dit heeft, vooral in het recente verleden, geleid tot hoogwaterproblemen zowel benedenstrooms als bovenstrooms, mede door een gebrek aan bergingsmogelijkheden. Dit geeft al een mogelijke oplossingsrichting aan voor de huidige problematiek. 

Via de  formule van Chezy die de relatie geeft tussen de stroomsnelheid u,de ruwheid C en de waterdiepte a en verhang i kan de ruwheid worden afgeschat mits het verhang en de waterdiepte redelijk kan worden voorspeld. We hebben reeds een globale waarde voor het verhang vastgesteld en ook de waterdiepte en stroomsnelheid kan worden afgeschat. 

We stelden reeds een i=5.10-3 vast. Met stroomsneheden van 1 m/s gemiddeld met uitschieters naar 2m/s bij hoge afvoeren. Schatten we de stroomsnelheid op 1 a 2 m/s en de waterdiepte orde 1m dan leidt dit tot een afgeschatte waarde voor C van C = 25 hetgeen ruw is t.o.v. de Rijn maar zo op het oog voldoende vertrouwenwekkend en “nauwkeurig” . zonodig kan men er een gevoeliheidsanalyse oplos laten. 

Bij een dergelijke ruwheid, min of meer bekend verondersteld, kunnen er morfologische berekeningen worden uitgevoerd met een van de bekende transport formules ( Meyer Peter Müller, Engeland Hansen) om een indruk te krijgen van de hoeveelheden sediment die de rivier afvoert. Het gaat hierbij om transport van bodemmateriaal , al dan niet in suspensie..dus ofwel zwevend of rollend getransporteerd en niet de zg washload die per definitie iets meetbaar is want te fijn om te detecteren. Voor een definities here van de wijzen van transport verwijs ik naar de figuur in de desbetreffende files (Plaatje Rivierenboek). Daar waar verwezen wordt naar het Rivierenboek wordt “ Principles of River Engineering” bedoeld, de Bijbel voor Rivierkundigen. 

 Classificatie Rivier 

Gezien de steilheid kunnen op bepaalde trajecten atroomversnellingen en een vlechtende karakter worden verwacht maar in het algemeen zal de rivier stroomafwaarts meanderend zijn zonder in een uitgesproken delta uit te monden. 

Hieronder worden een aantal foto’s van de rivier getoond op verschillende locaties in België en Nederland. Dit ter illustratie van het specifieke karakter van de Geul. 

Bronnen en zijrivieren ..beken 

Waarschijnlijk de bron van veel kwaad, want zeer snel reagerend op lokaal intense neerslag vormen zij een wezenlijke bijdrage aan hoge piekafvoeren bij lokaal intense neerslag. Enkele voorbeelden t.a.v. de Geul zijn de Gulp, Cottesserbeek en Terzieterbebeek maar lang niet volledig ..er zijn er 10tallen. 

Foto’s4 

Naast deze hoofdpagina zijn er onderdelen op deze site waarin specifiek wordt ingegaan op speciale onderwerpen met betrekking op de Geul met name ingrepen met het doel hoogwaterveiligheid. Hiertoe dient  de bevolking wegwijs worden gemaakt in hoe een rivier zich gedraagt onder specifieke omstandigheden en zeker gezien het feit dat klimaatverandering leidt tot een geheel.nieuwe situatie waarbij ingrepen voor de lange termijn noodzakelijk kunnen zijn. 

Er wordt hier ingegaan op de theorie en wat dit rivierkundige en praktisch betekent met zowel informatie voorziening voor de burger, en leek op het gebied van rivieren als beleidsbepalers, lees de politiek , die uiteindelijk beslissingen moet nemen over het al dan niet nemen van maatregelen en het investeren van geld in een rivier als de Geul. 

Theorie en praktijk..de Geul als rivier..op basis van Principles of River Engineering  en Universitaire basis kennis t.a.v . Rivieren 

I Rivieren..het gebruik van Rivieren met Ingrepen. Dit is deels theorie met een aantal praktijkvoorbeelden die geldig zijn voor elke rivier maar op specifieke punten van toepassing zijn op de Geul, als een specifiek uniek riviertje met zijn eigen dynamiek..i.t.t. Grote rivieren met bijvoorbeeld Scheepvaart en vervoer. In dat opzicht lijkt de Geul nietig en onbelangrijk naar is het voor pakweg 1vmiljien mensen in België en Nederland helemaal niet onbelangrijk mits het belang wordt onderkend.  Tot nu toe kwamen alleen Natuur, Ecologie, Toerisme, Planten en Dieren aan bod maar niet de techniek en aspecten die een rivier nou eenmaal uitmaken. 

Gebruik van rivieren (algemene theorie en voorbeelden) met als doel hoogwaterbescherming m.a.w. verlaging hoogwaterstanden en voorkoming van overstromingen 

A lokale sediment onttrekking 

Bijvoorbeeld grindwinning in het hoogwaterbed van de Maas. Voorspeld kan worden dat dit leidt tot verlaging van de waterstanden hetgeen vervelend kan zijn voor Oeververdedigingen, Brugpijlers en Stortebedden achter constructies. 

Lokale sediment onttrekking benadering op 3 niveau’s 

Eerste benadering, Afvoer Q is constant, onttrekking op afstand x= L bovenstrooms van de monding in een meer met vaste waterstand. 

het aangeboden sediment is S0. Voor t > 0 wordt ∆S onttrokken. Uit de basisvergelijkingen (1) en (2) voor water en sediment kan een verandering in de waterdiepte a en verhang i worden afgeschatk leidend tot de vergelijkingen (3), (4) en (5) De genoemde vergelijkingen en bijbehorende figuren worden hier niet weergegeven maar kunnen in bijlagen worden bekeken. We beperken  ons hier tot de resultaten. Op de lange termijn, afhankelijk van de morfogische snelheid waarmee de rivier reageert op een ingreep kan worden geconcludeerd dat er vanaf de monding tot het onttrekkingspunt op x =L een verhangverkleining en dus waterstandsdaling optreedt met als maximum het onttrekkingspunt op x = L. Daar treedt een bodem sprong (drempel) op die correspondeert met de mate van onttrekking..bovenstrooms treedt het oorspronkelijke verhang op zodat de bodemdaling tot ver bovenstrooms gelijk is aan de bodem verlaging op x = L. De rivier zal dus ver bovenstrooms de onttrekking voelen a h.w. Dit is, nogmaals een eerste benadering!!! Hij zou in de buurt komen van een situatie waarbij de Geul uitmondt in een Maas met constante waterstand waarbij de afvoer in de Geul constant is. 

Tweede benadering, de afvoer Q is variabel en varieert dus in de tijd, afhankelijk van de variabele neerslag in het stroomgebied. Dit wordt als volgt behandeld: Q is nu Q(t) dus tijdsafhankelijk, maar we brengen dit tijdsafhankelijke  effect niet in rekening door met een kans dichtheid te werken..p(Q) ter bepaling van de jaarlijkse zandvracht V0 welke door de onttrekking met ΔV wordt verkleind.  Dit wordt weergegeven met de vergelijkingen (6) en (7) waarin een verhangverandering en dus bodemdaling wordt afgeschat, ditmaal realistischer dan de eerste benadering waarbij nu de tijdsafhankelijkheid van de afvoer in het spel komt. Er moet worden opgemerkt dat de verandering in het verhang alleen kan worden geschat als S0 repectievelijn V0 (sedimenttransport  en totale zandvracht ) in absolute zin bekend zijn!! 

Derde benadering, in afwijking van de tweede benadering wordt nu de tijdsafhankelijkheid van de afvoer in het spel gebracht. Dus Q(t)…Bij de eerste twee benaderingen worden veranderingen op den duur in beeld gebracht, dus na oneindig lange tijd. In deze benadering wordt een indruk gegeven van de tijdsafhankelijkheid  van waterstanden en afvoeren, in beeld gebracht door een constante sedimentonttrekking op x = 0 Een analytische oplossing van de basisvergelijkingen is niet zo gemakkelijk te verkrijgen omdat op x= 0 en x= L voowaarden gelden. Daarom ligt een Computersimulatie voor de hand en hoeven de vergelijkingen niet te worden gelineariseerd. De studie, uitgevoerd in 1988, voor constante afvoer dient hierbij als voorbeeld. (Toepassing 1D model ODIRMO, One DImensionaal Rivier MOdel) Voor de situatie t = 0 wordt uitgegaan van dimensie loze parameters volgens (8), (9)  

Rekenvoorbeeld ter Illustratie 

In de Figuren..Fig-1, -2 -3 worden de dimensieloze waterstands verlaging en relatieve bodemdaling in het onttrekkingspunt weergegeven voor een ΔS/S0 van 0,1. In de figuren Fig-4 en -5 ongeveer hetzelfde maar nu ook voor relatieve waterstandsverlaging van 2 i.p.v.1  

Getallen: 

Riviergegevens a=5 m, 

 i0=5.10-4, ΔS=0,1, L=20km, C=50 m1/2/s 

D=0:,5 mm 

Rekenresultaten