Ayunda Aulia Valencia

Delta’s zijn dynamische landvormen die ontstaan door de interactie tussen sedimentaanvoer, hydrodynamica en accommodatie. Zij herbergen grote menselijke populaties en belangrijke ecosystemen, maar worden in toenemende mate bedreigd door bodemdaling en zeespiegelstijging. Een van de belangrijkste processen die bijdraagt aan bodemdaling is sedimentcompactie. Compactie is een inherent proces in deltasystemen, maar de invloed van syn-depositionele compactie tijdens actieve deltavorming op millenniale tijdschalen is nog onvoldoende gekwantificeerd. Dit proefschrift onderzoekt hoe syn-depositionele compactie de delta-morfodynamica, sedimentverdeling en doorbraak van oeverwallen (levees) beïnvloedt, met behulp van een procesgebaseerde numerieke modelbenadering. Deze onderzoeksvragen worden behandeld in hoofdstukken 2, 3 en 4 van dit proefschrift.

Om deze vragen te beantwoorden, worden compactieformuleringen toegepast en stapsgewijs verfijnd binnen de Delft3D 4-FLOW-code. De aanpak richt zich op mechanische compactie, omdat deze in vergelijking met biologische en chemische compactie de grootste reductie in sedimentvolume veroorzaakt. Daarnaast vindt mechanische compactie voornamelijk plaats binnen het actieve deel van de deltavlakte. Dit type compactie treedt op in twee fasen, primaire en secundaire compactie, gedreven door overbelasting en gesimuleerde tijd. Beide fasen leiden tot het uitpersen van poriënvloeistof, wat resulteert in een afname van het sedimentvolume en verlaging van het bodemoppervlak (bodemdaling). Door compactie in modelsimulaties aan en uit te schakelen, worden de effecten van syn-depositionele compactie op de deltavorming geëvalueerd. Kwantitatieve maatstaven worden ontwikkeld om simulaties met elkaar te vergelijken, waaronder veranderingen in deltageometrie, sedimentmassaverdeling, accommodatiegeneratie en sedimentgevoeligheid voor erosie.

De modelresultaten tonen aan dat syn-depositionele compactie tijdens de deltavorming extra accommodatie creëert, wat leidt tot veranderingen in de deltavorm. Morfologische veranderingen zijn duidelijker zichtbaar in modderrijkere delta’s dan in zandrike delta’s, omdat deze bij hetzelfde compactiescenario een grotere compactie-geïnduceerde volumevermindering ondervinden. Bij hogere compactiesnelheden neemt de accommodatie op de deltavlakte toe, wat leidt tot meer sedimentatie en een gelijkmatigere sedimentverdeling op de deltavlakte. Dit resulteert in een minder sterke toename van het delta-oppervlak, een bredere deltavlakte en een gladdere kustlijn. Deze morfologische responsen ontstaan uit terugkoppelingen tussen compactie-geïnduceerde accommodatie, sedimentatie en kanaaldynamiek.

De extra accommodatie die door syn-depositionele compactie wordt gegenereerd, beïnvloedt ook de verdeling van sedimentmassa over de verschillende afzettingsomgevingen binnen de delta. Modelresultaten laten zien dat een toename van accommodatie op de deltavlakte sedimentatie in dit gebied bevordert, waardoor de sedimentaanvoer naar de mondingsbanken en verder offshore afneemt. Verdere toename van accommodatie leidt tot versterkte laterale sedimentherverdeling als gevolg van kanaalverplaatsing, waarbij sedimentatie voornamelijk in de mondingsbanken plaatsvindt. Veranderingen in sedimentatie binnen één afzettingsgebied gaan gepaard met compenserende veranderingen elders, wat wijst op onderlinge afhankelijkheden binnen het delta-brede sedimentbudget dat door syn-depositionele compactie wordt beïnvloed. Deze resultaten tonen aan dat door compactie geïnduceerde accommodatie sediment herverdeelt buiten het directe gebied van bodemdaling en de sedimentatie in het gehele deltasysteem beïnvloedt.

Naast het creëren van extra accommodatie vergroot syn-depositionele compactie ook de weerstand van sediment tegen resuspensie. Oeverwallen fungeren als belangrijke sedimenttransportstructuren in deltasystemen, en de locatie en timing van oeverwaldoorbraken worden doorgaans beoordeeld met behulp van indicatoren die de invloed van topografie op de hydraulische belasting van oeverwalafzettingen beschrijven. De rol van sedimenteigenschappen, in het bijzonder de weerstand van oeverwallen tegen resuspensie, is echter nog onvoldoende bekend. De modelresultaten tonen aan dat veelgebruikte indicatoren, zoals superelevatie en gradiëntvoordeel, relevant zijn voor het voorspellen van wanneer en waar oeverwaldoorbraken worden geïnitieerd, maar onvoldoende zijn om de verdere ontwikkeling van een doorbraak te beschrijven. De voortgang van een doorbraak wordt bepaald door de balans tussen door stroming veroorzaakte schuifspanning en de weerstand van het sediment tegen resuspensie. Syn-depositionele compactie beïnvloedt zowel de bodemhoogte als de sedimentgevoeligheid voor erosie, en bepaalt daarmee of doorbraken aanhouden of worden verlaten.

Samenvattend laat dit proefschrift zien dat syn-depositionele compactie een fundamenteel proces is dat de gesimuleerde delta-evolutie op millenniale tijdschalen beïnvloedt. Hoewel numerieke modellen niet alle processen in natuurlijke delta’s kunnen weergeven, bieden zij een gecontroleerd kader om procesinteracties te onderzoeken die in het veld moeilijk direct waar te nemen zijn. De resultaten tonen aan dat syn-depositionele compactie invloed heeft op deltavorm, sedimentverdeling en oeverwaldoorbraken, en daarom een essentieel mechanisme vormt dat moet worden opgenomen in procesgebaseerde deltamodelstudies.