2. Systeem- en literatuurachtergrond

2.1. De Rijndelta als gereguleerd riviersysteem

De Nederlandse Rijndelta vormt het benedenstroomse deel van het Rijnsysteem. De Rijn komt Nederland binnen bij Lobith en splitst zich vervolgens via verschillende opeenvolgende bifurcaties in verschillende Rijntakken (Figuur 2.1). Bij de Pannerdense Kop verdeelt de Boven-Rijn zich over de Waal en het Pannerdensch Kanaal. Verder benedenstrooms splitst het Pannerdensch Kanaal bij de IJsselkop in de Nederrijn-Lek en de IJssel. Daarmee vormt de afvoer bij Lobith de bovenstroomse randvoorwaarde voor de Nederlandse Rijntakken, maar wordt de uiteindelijke waterbeschikbaarheid op de IJssel mede bepaald door de afvoerverdeling bij de Pannerdense Kop en de IJsselkop (Chowdhury e.a., 2023; Chowdhury e.a., 2026). De Rijndelta is geen natuurlijk vrij ontwikkeld riviersysteem, maar een sterk gereguleerd en historisch aangepast systeem. Grote rivieren reageren langdurig op menselijke ingrepen, waarbij aanpassingen in bodemligging en morfologie nog lang kunnen doorwerken (de Vriend, 2015). Voor de Lower Rhine hebben ingrepen zoals bedijking, kribben, stuwen, vaste lagen, kanaalverkorting, baggerwerk en sedimentbeheer geleid tot een grotendeels vastgelegde planvorm en breedte van de rivier (Chowdhury e.a., 2023; Chowdhury e.a., 2026). In zulke gereguleerde riviersystemen kan de rivier slechts beperkt reageren door laterale verplaatsing of natuurlijke verbreding. De morfologische aanpassing vindt daardoor vooral plaats via veranderingen in bodemligging, bodemhelling en sedimentsamenstelling. De afvoer bij Lobith vormt in dit onderzoek de bovenstroomse hydrologische indicator voor lage afvoercondities in de Rijntakken. Omdat de uiteindelijke waterstand en vaardiepte op de IJssel ook worden beïnvloed door afvoerverdeling, bodemligging en stuwbeheer, worden de resultaten geïnterpreteerd als een eerste-orde-inschatting van bevaarbaarheidsrisico’s en niet als een volledig lokaal nautisch model.

2.2. De Pannerdense Kop en IJsselkop als bifurcaties

Binnen het gereguleerde Rijnsysteem vormen de Pannerdense Kop en de IJsselkop twee bepalende afvoerverdelingspunten. Bij de Pannerdense Kop wordt de afvoer vanuit de Boven-Rijn verdeeld over de Waal en het Pannerdensch Kanaal. Vervolgens splitst het Pannerdensch Kanaal zich bij de IJs

Figuur 2.1: Schematische weergave van de Nederlandse Rijntakken. Met splitsingen respectievelijk vanaf Boven-Rijn naar de IJssel: Pannerdensche Kop en IJsselkop. (A. Blom, 2024) 4 2.3. De rol van de IJssel binnen de Rijndelta 5 selkop in de Nederrijn-Lek en de IJssel. Dit betekent dat de beschikbare afvoer van de IJssel niet direct volgt uit de Rijnafvoer bij Lobith, maar afhankelijk is van twee opeenvolgende verdelingstappen. (Chowdhury e.a., 2023). De verdeling over de Rijntakken wordt beïnvloed door verschillende hydraulische eigenschappen van de benedenstroomse takken. Daarbij spelen onder andere breedte, bodemligging, ruwheid, waterstandsverhang en stuwbeheer een rol. In algemene zin trekt een tak met een grotere afvoercapaciteit relatief meer water aan. Gensen (2021) beschrijft dat de afvoerverdeling bij bifurcaties samenhangt met de afvoercapaciteit van benedenstroomse takken, waarbij geometrie en ruwheid belangrijke factoren zijn. Ook Chowdhury e.a. (2023) laten zien dat de Pannerdense Kop en de IJsselkop samen een bepalende rol spelen in de afvoerverdeling binnen de bovenste Rijndelta. Voor dit onderzoek wordt gebruikgemaakt van een nautische referentie voor de bevaarbaarheid op de IJssel, die gekoppeld is aan de afvoer bij Lobith. De afvoerverdeling bij de Pannerdense Kop en de IJsselkop wordt daarbij niet expliciet hydraulisch gemodelleerd, maar later meegenomen via gevoeligheidsdrempels.

from IPython.display import Image, display
from pathlib import Path

figuur_2_1 = Path("figures/figuur_2_1_rijntakken.jpg")

if figuur_2_1.exists():
    display(Image(filename=str(figuur_2_1)))
else:
    print("Figuur 2.1 is een handmatige/schematische figuur en staat niet als Python-output in deze map.")

De verdeling over de Rijntakken wordt beïnvloed door verschillende hydraulische eigenschappen van de benedenstroomse takken. Daarbij spelen onder andere breedte, bodemligging, ruwheid, waterstandsverhang en stuwbeheer een rol. In algemene zin trekt een tak met een grotere afvoercapaciteit relatief meer water aan. Voor dit onderzoek wordt gebruikgemaakt van een nautische referentie voor de bevaarbaarheid op de IJssel, die gekoppeld is aan de afvoer bij Lobith. De afvoerverdeling bij de Pannerdense Kop en de IJsselkop wordt daarbij niet expliciet hydraulisch gemodelleerd, maar later meegenomen via gevoeligheidsdrempels.

2.3 De rol van de IJssel binnen de Rijndelta

De IJssel heeft binnen de Rijndelta een andere rol dan de Waal. De Waal is de dominante afvoerende tak en de belangrijkste internationale scheepvaartroute, terwijl de IJssel een kleiner aandeel van de Rijnafvoer ontvangt. Toch heeft de IJssel een belangrijke regionale functie voor de scheepvaart richting onder meer Zutphen, Deventer, Zwolle en de Twentekanalen. Daarnaast is de IJssel belangrijk voor de aanvoer van zoetwater richting het IJsselmeer.

Tegelijkertijd is de IJssel kwetsbaar als vaarweg. Het vaarwegprofiel van de Boven-IJssel, vooral het traject IJsselkop-Zutphen, voldoet niet overal aan de richtlijnen voor een klasse Va-vaarweg. Door diepe buitenbochten, ondiepe binnenbochten en lokale ondieptes worden bij lage afvoer niet alleen de beschikbare diepte, maar ook de bevaarbare breedte beperkt.

Deze lokale kwetsbaarheid maakt de IJssel gevoelig voor verandering in de lage afvoercondities. De lokale knelpunten worden in dit onderzoek niet afzonderlijk hydraulisch doorgerekend, maar onderbouwen wel waarom een toename van lage afvoeren bij Lobith relevant is als indicator voor een verhoogd bevaarbaarheidsrisico op de IJssel.

2.4 Historische ontwikkeling van de afvoerverdeling

De huidige afvoerverdeling in de Rijndelta is het resultaat van een lange geschiedenis van menselijke ingrepen en morfologische ontwikkeling. Historisch gezien is de verdeling van water over de Waal, IJssel en Nederrijn-Lek altijd een belangrijk waterstaatkundig vraagstuk geweest. Ook in de huidige situatie blijft deze verdeling van belang, omdat zij direct doorwerkt in waterveiligheid, zoetwaterbeschikbaarheid, ecologie en scheepvaart.

De afvoerverdeling bij de Pannerdense Kop is in de afgelopen decennia veranderd. De Waal ontvangt sinds de jaren negentig een groter aandeel van de Lobithafvoer, terwijl het Pannerdensch Kanaal relatief minder afvoer ontvangt. Deze ontwikkeling is belangrijk voor de IJssel, omdat de aanvoer naar de IJsselkop afhankelijk is van de hoeveelheid water die bij de Pannerdense Kop naar het Pannerdensch Kanaal stroomt. Wanneer de Waal structureel meer water aantrekt, zal er relatief minder water overblijven voor het Pannerdensch Kanaal en daarmee mogelijk ook voor de IJssel.

Voor dit onderzoek betekent dit dat een vaste afvoerdrempel bij Lobith niet één-op-één gelijkstaat aan een vaste lokale vaardiepte op de IJssel. De drempelwaarde wordt daarom gebruikt als benadering van hydrologische laagwaterdruk op het systeem, niet als exacte lokale waterdieptevoorspelling.

2.5 Invloed van klimaatverandering op lage afvoer

Klimaatverandering beïnvloedt het afvoerregime van de Rijn via veranderingen in neerslag, temperatuur, verdamping, sneeuwopslag en gletsjerbijdrage. Voor lage afvoercondities zijn vooral droge en warme perioden in de zomer en de nazomer relevant. Tijdens zulke perioden kan een combinatie van minder neerslag, hogere verdamping en veranderende sneeuw- en gletsjerdynamiek leiden tot lagere rivierafvoeren.

In dit onderzoek worden toekomstige afvoeren bij Lobith niet direct overgenomen uit bestaande KNMI’23-afvoerreeksen. De afvoer bij Lobith wordt gemodelleerd met eWaterCycle, waarbij klimaatverandering via de gebruikte meteorologische forcing en modelopzet doorwerkt in de gesimuleerde afvoer. De resulterende Lobithafvoer vormt vervolgens de hydrologische basis voor de analyse van lage afvoercondities.

De mogelijke verandering in afvoerverdeling richting de IJssel wordt niet afzonderlijk doorgerekend, maar is wel belangrijk voor de interpretatie van de resultaten. De kwetsbaarheid van de IJssel voor klimaatverandering ontstaat dus uit de combinatie van veranderende lage-afvoercondities bij Lobith en een systeemcontext waarin de verdeling richting de IJssel niet volledig stationair is.

2.6 Lage afvoer en gevolgen voor bevaarbaarheid

Lage rivierafvoeren beïnvloeden de bevaarbaarheid doordat de waterstand en daarmee de beschikbare vaardiepte in het zomerbed afnemen. Voor de binnenvaart is niet alleen de totale afvoer van belang, maar vooral de combinatie van beschikbare diepte, beschikbare breedte en lokale morfologische knelpunten. Wanneer de vaardiepte afneemt, kunnen schepen minder diep laden, waardoor de transportcapaciteit en betrouwbaarheid van de vaarweg afnemen.

Voor de IJssel is deze problematiek relatief belangrijk, omdat de rivier smal en bochtig is en daardoor gevoelig is voor breedte-diepteknelpunten. Een relevante hydrologische referentie is de Overeengekomen Lage Afvoer (OLA) van 1.020 m3/s bij Lobith, die hoort bij de OLR. Deze waarde wordt gebruikt als hydrologische referentiedrempel voor verhoogde laagwaterdruk.

De gevoeligheid van de IJssel voor lage afvoer wordt versterkt door morfologische ontwikkeling en veranderende afvoerverdeling. Bij Lobith-afvoeren tussen 1600 en 2600 m3/s wordt stuw Driel ingezet om minimaal 285 m3/s over de IJssel te behouden, terwijl deze waarde bij afvoeren onder 1600 m3/s niet meer wordt gehaald. Projecties van de afvoerverdeling in de Rijndelta wijzen erop dat dit probleem onder toekomstige klimaatcondities kan toenemen.