6 Waterkwantiteit en hydrodynamiek

6.1 Waterstanden (normaal en extreme waarden, relatie met wind)

Voor de stations Oranjeplaat, Schotsman Ruiterplaat en Katse binnen (Figuur 6.1) wordt de waterstand weergegeven. Naast deze 3 stations worden zijn er ook voor andere locaties waterstanden gemeten. Voor nu is ervoor gekozen om deze niet weer te geven omdat hier of beperkt gegevens voor beschikbaar waren of dat de locatie de waterstand van de Oosterschelde weergaf (Kats buiten).

Figuur 6.1: Ligging meetstations voor de waterstand in de Veerse Meer

De hoog- en laagwaterstanden van de laatste vijf jaar zijn zeer stabiel in het midden van het Veerse Meer (Oranjeplaat, Schenge) en varieren wat meer bij de meetlocatie in het westen (Schotsman Ruiterplaat) en het oosten (Katse Binnen) van het Veerse Meer (Figuur 6.2).
De verandering van waterstanden zijn gedaan aan de hand van het peilbesluit.

Figuur 6.2: Hoogwater- en laagwaterstanden per meetstation. De zwarte lijnen zijn de dagmediane waarden met daarnaast het onderpeil (rood) en bovenpeil (blauw) zijn voor de zomer en winter periode.

6.2 Waterbalans

Opzet water- en stoffenbalans en benodigde gegevens

Een schematisch overzicht van de waterbalans toont de verschillende bronnen en uitstroompunten van zowel water als nutriënten voor het Veerse Meer (Figuur 6.3). Het Veerse Meer heeft een oppervlak van circa 2200 ha bij NAP -0,3 m (gemiddeld winterpeil) en ongeveer 2350 ha bij NAP 0,05 m (gemiddeld zomerpeil). Daarnaast zijn er ook nog ongeveer 1900 ha aan eilanden en buitendijkse gronden. Als gevolg van het in- en uitlaten van water via de Katse Heule is er sprake van een (zeer) beperkt getij op het Veerse Meer, van minder dan 10 cm (van der Kaaij T. & Kerkhoven (2021)). Er lozen verschillende poldergemalen en uitwateringssluizen water direct op het Veerse Meer en zijn er twee gemalen die indirect via het Kanaal door Walcheren lozen (Figuur 6.4). Meer informatie over de hier gepresenteerde informatie is te vinden in (VanderHeijden2021?).

Figuur 6.3: Schematisch overzicht van wateruitwisseling (alle pijlen) en stoffenuitwisseling (dikgedrukte pijlen) voor verschillende bronnen van het Veerse Meer.

Figuur 6.4: Kaart van het Veerse Meer met de poldergemalen (blauwe stippen), de sluizen (zwarte driehoeken) en het doorlaatmiddel (rode pijl).

De waterbalans wordt opgezet aan de hand van informatie aangeleverd door Rijkswaterstaat (RWS) en het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI). Dit gaat om gegevens van weerstations (Wilhelminadorp, Kortgene, Wolphaartsdijk en Vrouwenpolder), poldergemalen (debieten), waterstanden (binnen en buiten het Veerse Meer) en informatie voor schuttingen en lekverlies van de sluizen. Vanuit RWS-ZD zijn de volgende datasets aangeleverd:

1. Waterbalans Veerse Meer 2020 – Excelbestand van RWS-ZD met meerdere tabbladen – versie 15-04-2021.
2. De debieten voor het doorlaatmiddel Katse Heule voor 2011 t/m 2020 (per 10 minuten).
3. Schutgegevens sluis Veere en Zandkreeksluis (waterstand) voor 2011 t/m 2020 (per 10 minuten).
4. Kolkgebruik sluizen Veere en Zandkreeksluis op dagbasis van 2011 t/m 2020.

Voor verdere informatie over de gebruikte bronnen verwijzen we naar het [volledige rapport](https://www.deltaexpertise.nl/images/a/aa/Water-_en_stoffenbalans_Veerse_Meer_2011-2020.pdf.

Vanuit de KNMI-website (https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/uurgegevens) zijn de volgende datareeksen opgehaald:

1. Neerslaggegevens voor station Vrouwenpolder, Wilhelminadorp, Wolphaartsdijk, en Kortgene voor de periode 1946 t/m 2021. 4.4
2. Vochtigheid, luchttemperatuur, windsnelheid, zonneschijnduur, en referentiegewasverdamping voor stations Vlissingen (station 310), Wilhelminadorp (station 323) en Woensdrecht (station 340) voor de periode 2000 t/m 2021 (april). (VERWIJZING METEO HOOFDSTUK)

Vanuit Deltares zijn er gegevens over de aanvoer van stikstof vanuit de emissieregistratie en de regionalisatie watervogels gegevens aangeleverd.

1. Emissiegegevens voor stikstof worden voor het Veerse Meer opgehaald uit het volgende excel bestand – “ERemissie-export1990-2018_AE.xlsx.”
2. Guanotrofie gegevens worden voor het Veerse Meer opgehaald uit het volgende bestand: “RegionalisatieWatervogels_2010_2015_2018.xlsx”

Resultaten waterbalans

Het inkomende water bestaat uit polderwater, neerslag, afstroming van oevers, schutwater en lekverliezen (Sluis Veere en Zandkreeksluis) en de inlaat van het Oosterscheldewater (Katse Heule). Afvoer van water vindt plaats door verdamping, door schutwater bij de Zandkreeksluis en door spuien naar de Oosterschelde (Katse Heule). De verschillende in- en uitgaande waterdebieten voor het Veerse Meer zijn relatief constant voor de jaren 2011 t/m 2020, al toont het jaar 2015 enige afwijking in de procentuele verdeling (Figuur 6.5 en Figuur 6.6) en totale debieten (Figuur 6.7). De relatief constante debieten zijn grotendeels te verklaren doordat de waterbalans gedomineerd wordt door de Katse Heule met gemiddeld circa 95% van de uitstroom en circa 85% van de instroom. De grootste invoer van zoetwater komt van de poldergemalen (3–7% van het totaal). Overige instroming van water komt van sluis Veere (2,3–4,5%), Zandkreeksluis (1,9–3,6%), neerslag (1,5–3,1%) en afstroming van oevers (1,1–2,0%). Uitvoer van Veerse Meer water vindt voor meer dan 95% plaats via de Katse Heule(naar Oosterschelde). Verdamping (< 1%) en de uitstroming bij de Zandkreeksluis (1,7–3,2%) spelen een relatief kleine rol.

Variatie over de tijd voor de in- en uitstroom van water is gering, voornamelijk voor de totale waardes. Uitzondering hierop is het jaar 2015 dat een veel lagere water in- en uitstroom bij de Katse Heule heeft wat voornamelijk veroorzaakt door ontbrekende data voor de zomermaanden. Hierdoor wordt deze weggelaten uit deze analyse en wordt dit jaar daarom niet verder meegenomen in de totale stoffenbalans .

De relatieve verandering per soort debiet laten een vergelijkbare stabiele trend zien voor de Katse Heule in- en uitstroom de grootste stijging is 21% t.o.v. het jaar ervoor (voor 2017-2018 Katse Heule instroom). De grootste variatie van jaar op jaar wordt waargenomen voor de polderlozingen die varieert van stijgingen van 43% (2017 t.o.v. 2016) tot dalingen van 37% (2014 t.o.v. 2013). Overige bronnen van aanvoerend water welke minimale variatie laten zien over jaren zijn afstroming van oevers, hemelwater, schut- en lekverlies bij Sluis Veere en schut- en lekverlies bij de Zandkreeksluis. Voor uitgaande debieten spelen de verdamping en het schut- en lekverlies bij de Zandkreeksluis een kleine rol naast de Katse Heule uitstroom.

Figuur 6.5: Procentuele verdeling van uitgaande debieten voor het Veerse Meer in de jaren 2011 t/m 2020.

Figuur 6.6: Procentuele verdeling van ingaande debieten voor het Veerse Meer in de jaren 2011 t/m 2020.

Figuur 6.7: Totale debieten (in m3) opgedeeld in verschillende in- en uitgaande debieten voor het Veerse Meer in de jaren 2011 t/m 2020. De gegevens voor 2015 zijn incompleet.

De waterbalans is niet sluitend voor deze jaren. Dat betekent dat er een verschil is tussen de berekende ingaande en uitgaande debieten dat groter is dan het in werkelijkheid optredende verschil, als gevolg van onzekerheid in de berekende debieten (Figuur (ref?)(fig:peilfluctuatie) en bijlage in (VanderHeijden2021?) ). Het verschil tussen de berekende ingaande en uitgaande debieten varieert tussen een tekort van 12 miljoen m³ en een overschot van 50 miljoen m³.

Dit debietverschil wordt door een gedeelte veroorzaakt door de variatie in peil over het jaar, en een sluitfout. Deze termen zijn hier niet verder uitgewerkt. Ter vergelijking: het watervolume van het Veerse Meer bij NAP 0 m is circa 100 miljoen m³ en voor de jaren 2011 t/m 2020 stroomt en jaarlijks tussen de 895 en 1105 miljoen m³ water het Veerse Meer in en tussen de 900 en 1055 miljoen m³ water het Veerse Meer uit.

Figuur 6.8: Gemiddelde jaarlijkse variatie in peilfluctuatie voor de jaren 2011 t/m 2020. Zwarte lijn geeft de mediaan weer en de grijze balk geeft de 95% onzekerheidsinterval weer.

Figuur 6.9: Jaarlijkse variatie in het verschil tussen inkomend en uitgaand debiet van de waterbalans (in m3) voor het Veerse Meer voor de jaren 2011 t/m 2020.

6.3 Stratificatie

In de diepere delen van het Veerse Meer treedt regelmatig stratificatie op. Dit vindt plaats doordat zout water uit de Oosterschelde onder de relatief zoete laag stroomt die beïnvloedt wordt door het polderwater. In de zomer kan stratificatie optreden of versterken doordat de bovenste waterlaag opwarmt. Het afbreken van de stratificatie gebeurt door verticale menging, en is afhankelijk van (getij)stroming, wind en golven.

De mate van stratificatie wordt bepaald door de temperatuur en saliniteit te meten als functie van de diepte op gezette tijden. Deze “vtso” (Veerse Meer temperature, salinity, oxygen) metingen worden door RWS in het Veerse Meer uitgevoerd. Een beschrijving van de resultaten per meting is hier te vinden https://waterberichtgeving.rws.nl/monitoring/tso-metingen/veerse-meer

De aanwezigheid van stratificatie is van belang voor de waterkwaliteit. Afbraak van gesedimenteerd organisch materiaal van o.a. plankton verbruikt zuurstof in het bodemwater. Bij stratificatie wordt zuurstof in de onderste waterlaag maar langzaam aangevuld uit bovenstaande lagen, waardoor er bij hoog zuurstofverbruik (in de zomer wanneer de temperatuur hoog is en er genoeg organisch materiaal wordt geproduceerd) zuurstofarme of -loze condities kunnen ontstaan. Deze hebben weer effect op het bodemleven, maar ook op biochemische processen in het water.

In 2003 is de wateruitwisseling met de Oosterschelde vergroot door het openen van de Katse Heule. Het doel hiervan was om een hoger zoutgehalte en een betere vertikale menging te krijgen in het Veerse Meer. Hierdoor zou er minder vaak of minder sterke stratificatie op moeten treden, wat gunstig is voor het zuurstofgehalte bij de bodem.

Voor een meer gedetailleerde beschrijving van de veranderingen in zuurstof in diepere waterlagen wordt verwezen naar het hoofdstuk over 7.4">“TSO metingen”.

Een voorbeeld van de gemeten stratificatie voor saliniteit (zout), temperatuur en zuurstof als ruimtelijke doorsnede door het meer op een bepaalde datum is te zien op figuren op de webpagina van Waterberichtgeving Rijkswaterstaat.

Voor de ruimtelijke verdeling van de gemeten parameters per meetdatum wordt verwezen naar de Rijkswaterstaat website. In dit hoofdstuk wordt het verloop van de fysische parameters temperatuur, saliniteit, en de afgeleide dichtheid in de tijd beschouwd.

De locaties waarop deze tso metingen gedaan worden liggen in een lijn door het diepe deel van het Veerse meer heen (figuur 6.10).

Figuur 6.10: Kaart met geclusterde locaties met meer dan 200 metingen door de tijd heen.

Tussen 2013 en 2019 zijn alleen vtso metingen gedaan voor het station dat ter hoogte van station Soelekerkepolder Oost ligt (figuur 6.10 voor ligging van stations, en figuur 6.11 voor de bemonsteringsjaren per station). Voor de verdere analyse hier zijn alleen de metingen van dit station (cluster 9 in figuur 6.10 gebruikt.

Figuur 6.11: Bemonstering van de verschillende stations.

Temperatuurstratificatie, dus een verloop in de verticale verdeling van temperatuur, komt alleen in de zomer voor en treedt in de periode voor 2003 (opening Katse Heule) op van april-mei tot september-oktober (figuur 6.12). In de periode na 2003 is er nauwelijks temperatuurstratificatie te zien in de metingen. In jaren met een zeer warme bovenste laag is er een stratificatie te zien gedurende juni-juli, bijvoorbeeld in 2018. Een gevolg van het afnemen van de stratificatie is ook dat de temperatuur van het bodemwater na 2003 in de zomer steeds veel hoger was dan in de periode voor 2003.

Figuur 6.12: Variatie in de verticale verdeling van temperatuur in het Veerse Meer bij station Soelekerkepolder Oost.

De gemeten saliniteit nam over de gehele waterkolom toe na 2003, zoals ook de bedoeling was met het openen van de Katse Heule (figuur 6.13). In de periode voor 2003 werd regelmatig een iets zoutere onderlaag gemeten. Na 2003 lijkt dit minder vaak voor te komen.

Er treden sommige periodes op met zeer hoog zoutgehalte. In de jaren 2012 en 2019 kwamen zoutgehaltes voor van boven de 34 PSU gedurende een korte periode in de zomer. Dit kan veroorzaakt worden door een hoge verdamping in combinatie met een lage instroom van zoet polderwater en neerslag.

Figuur 6.13: Variatie in de verticale verdeling van saliniteit in het Veerse Meer bij station Soelekerkepolder Oost.

De dichtheid van het water, zoals berekend uit temperatuur en salinteit (UNESCO 1981) is gepresenteerd in figuur 6.14. Hoe groter het dichtheidsverschil is over de diepte, hoe sterker de stratificatie. Een sterkere stratificatie resulteert in bijvoorbeeld een trager transport van zuurstof van de oppervlakte naar dieper water door middel van menging.

In de periode voor 2003 traden dichtheidsverschillen in de vertikaal op vanaf april rond een diepte van 7 meter. Dit is in overeenstemming met het verloop van de zoutgelaagdheid in die periode. De dichtheidsverschillen werden weer opgelost rond oktober, gelijk met het afnemen van de temperatuurstratificatie.

In de periode na 2003 is het dichtheidsverschil tussen oppervlakte en diepere waterlagen niet zo duidelijk gebonden aan de seizoenen. Sommige jaren vertonen het hele jaar een dichtheidsverschil, in andere jaren zijn er duidelijke perioden met volledige verticale menging.

Figuur 6.14: Variatie in de verticale verdeling van dichtheid in het Veerse Meer bij station Soelekerkepolder Oost.

Om de mate van stratificatie kwantitatief en objectief vast te stellen is over de tijd de potentiele energie anomaly berekend (de Boer, Pietrzak, and Winterwerp 2008) per vak.

Deze wordt beschreven door \[ \varphi = \frac{1}{H}\int_{-h}^{\eta}(\bar{\rho} - \rho)gzdz \] waarbij \(\rho\) het verticale dichtheidsprofiel over de waterkolom met diepte H is, gegeven door \(H = \eta + h\), \(\eta\) het vrije oppervlak, h de locatie van het bed, \(\bar{\rho}\) de diepte gemiddelde dichtheid, z de verticale coördinaat en g de zwaartekrachtversnelling. Voor een gegeven dichtheidsprofiel, \(\varphi\) (\(Jm^-3\)) staat voor de hoeveelheid arbeid die nodig is per volume-eenheid om de waterkolom volledig verticaal te mengen.

Bovenstaande formule is aangepast om \(\varphi\) te berekenen aan de hand van de gemiddelde dichtheid van discrete lagen van 1 meter dik: \[ \varphi = \frac{1}{Z_{max}}\sum_{0}^{Z_{max}}(\bar{\rho} - \rho_{Z})g(Z+0.5) \] waarbij \(Z\) de diepteklasse is (met dikte 1 meter)

moet nog gedaan worden