Meanderende rivieren nemen niet zomaar een loopje

De 'brede rivieren die traag door oneindig laagland gaan' (Marsman) vormen altijd merkwaardige kronkels, 'meanders' genaamd. De meanders verlegden zich voortdurend vroeger door erosie in de buitenbochten en aanslibbing in de binnenbochten. Op het eerste gezicht lijkt het dat de loop zich ordeloos verlegt, maar dat proces blijkt in werkelijkheid aan vrij strenge wetmatigheden gebonden (Physical Review Letters 75, blz. 3016).

Zo blijken de afzonderlijke meanderlussen een vrij constante verhouding te hebben tussen de grootste onderlinge afstand tussen twee punten van dezelfde lus en de totale lengte van die lus. Dit klinkt ingewikkeld, maar het komt erop neer dat de lussen een vorm hebben die weinig afwijkt van de Griekse hoofdletter omega, maar daarentegen nooit een vorm die lijkt op een langgerekte hoofdletter U. Deze wetmatigheid geldt zowel voor grote als voor kleine meanderlussen; de vorm is dus schaal-onafhankelijk.

Een tweede eigenaardigheid is dat meanderende rivieren, die alleen in betrekkelijk vlakke gebieden voorkomen, bij het meanderen geen gebruik maken van het totale ter beschikking staande oppervlak, maar slechts een relatief smalle strook benutten. In het verleden zijn diverse modellen ontwikkeld om dit gedrag te verklaren, maar noch empirische modellen, noch die welke waren gebaseerd op stromingstheorieën konden de loop van een meanderende rivier goed verklaren.

Rivieren zetten in hun benedenloop meer uit het bovenstroomse gebied meegevoerde deeltjes af dan ze eroderen. Vanwege het overheersende aandeel van de sedimentatie speelden erosieprocessen in de eerder opgestelde modellen nauwelijks een rol. In het nieuw opgestelde (mathematische) model, dat bewegingsvergelijkingen hanteert voor het ontstaan van bochten in een oorspronkelijk rechte rivier, is dat wel het geval. Zo houdt het model rekening met het feit dat in alle buitenbochten deeltjes van de oevers worden geërodeerd, die deels kort, deels ver worden meegevoerd. Op die wijze beïnvloedt de aard van de bedding op een willekeurige plaats de aard van de ondergrond van de meanderende rivier over zijn gehele verdere benedenloop. De oorspronkelijke aard van de ondergrond wordt dus als het ware verstoord door een 'ruis' van deeltjes die van bovenstrooms zijn aangevoerd en die deels bestaan uit andersoortig materiaal.

Introductie van deze 'ruis' in het model leverde als verrassend resultaat op dat er na verloop van tijd een dynamisch evenwicht tussen erosieve en sedimentaire processen. Dit evenwicht wordt gekenmerkt door een altijd voortgaande vorming van rivierlussen, die zich echter blijven bevinden binnen een relatief smalle zone rond de oorspronkelijk rechte loop. Dit verklaart dus waarom een meanderende rivier niet de gehele ter beschikking staande vlakte benut.

    • A.J. van Loon