Risicoanalyse binnen het regionale waterbeheer

Transcriptie

1 Risicoanalyse binnen het regionale waterbeheer G.F. Verhoeven juni

2 Afstudeerrapport Risicoanalyse binnen het regionale waterbeheer Delft juni 2006 G.F. Verhoeven Begeleidingscommissie: Prof.dr.ir. van de Giesen Dr.ir. P.E.R.M. van Leeuwen Ir. O.A.C. Hoes Dr.ir. J. de Koning TU Delft TU Delft / WL Delft Hydraulics TU Delft / Nelen en Schuurmans Consultants TU Delft

3 Voorwoord Dit rapport is het eindverslag van mijn afstudeeronderzoek Risicoanalyse binnen het regionale waterbeheer. Het afstudeeronderzoek vormt de afsluiting van de studie Civiele Techniek aan de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de Technische Universiteit Delft. Het onderzoek is uitgevoerd bij WL Delft Hydraulics in Delft. Hierbij wil ik graag de leden van mijn afstudeercommissie bedanken: professor Van de Giesen als voorzitter van de afstudeercommissie, dhr. De Koning voor de algemene begeleiding van mijn afstuderen, dhr. Van Leeuwen en dhr. Hoes voor hun dagelijkse begeleiding en hun positieve bijdrage tijdens het afstudeeronderzoek. Dhr. van Leeuwen en het WL Delft Hydraulics ben ik tevens dankbaar voor het beschikbaar stellen van een afstudeerplaats. Tot slot wil ik nog mijn ouders en Kristina Reinders bedanken voor hun steun tijdens mijn studie en mijn afstudeerperiode. Delft, juni 2006 Govert Verhoeven i

4 Samenvatting Eind jaren negentig heeft hevige regenval geleid tot aanzienlijke wateroverlast in Nederland. Met name poldergebieden hebben toen veel schade ondervonden door ondergelopen velden en akkers. Dit heeft geleid tot een onderzoek naar de waterhuishoudkundige inrichting van Nederland. Uit de conclusies van dit onderzoek bleek dat de huidige waterhuishouding niet goed op orde is en niet goed is voorbereid op de verwachte klimaatsveranderingen en de toekomstige ontwikkelingen in de ruimtelijke ordening. Naar aanleiding van dit advies zijn er in het Nationaal Bestuursakkoord Water van 2003 werknormen opgenomen voor de beoordeling van regionale watersystemen met betrekking tot wateroverlast. In deze werknormen zijn voor verschillende functies en typen van grondgebruik de toelaatbare overschrijdingsfrequenties voor inundatie van het maaiveld vastgelegd. Het uitgangspunt hierbij is dat als een gebied voldoet aan de werknormen, het watersysteem op orde is. Van de waterschappen wordt verwacht dat zij hun watersystemen toetsen aan de werknormen en indien nodig maatregelen opstellen om de watersystemen binnen de werknormen te krijgen. Het instellen van deze werknormen heeft echter de vraag doen rijzen of de toetsing van een watersysteem aan de normwaarden voor inundatie een goede manier is om te beoordelen of een watersysteem op orde is. De normwaarden schrijven namelijk een maximale kans voor aan het optreden van inundatie, zonder dat er naar de werkelijke risico s van wateroverlast binnen een gebied wordt gekeken. Voor het opstellen van maatregelen is, vanuit een economisch oogpunt, een beoordeling op basis van een risicoanalyse wellicht een betere aanpak. Het is echter onduidelijk in hoeverre een beoordeling van een watersysteem op basis van een risicoanalyse een beter beeld geeft van het op orde zijn van een watersysteem en van de kwetsbaarheid voor klimaatveranderingen en ruimtelijke ontwikkelingen dan met de werknormen voor inundatie. De doelstelling van dit onderzoek is het opstellen van een op risico s gebaseerde methode voor het beoordelen van een regionaal watersysteem. De bruikbaarheid van deze methode is onderzocht door deze in een casestudie te vergelijken met de toetsing aan de werknormen en de maatregelen die nodig zijn om aan de werknormen te voldoen. Het casestudiegebeid in dit onderzoek is het poldergebied Duiveland, dat valt binnen het beheersgebied van het waterschap Zeeuwse Eilanden. Met behulp van een neerslagafvoermodel en met het gebruik van GIS zijn de risico s van wateroverlast bepaald. Hierbij is gekeken naar de risico s veroorzaakt door hoge grondwaterstanden en inundaties, als gevolg van de beperkte afwatering van het open watersysteem bij extreme neerslag gebeurtenissen. Uit de resultaten van de risicoanalyse blijkt dat het jaarlijkse risico s in het poldergebied Duiveland ,- bedraagt, wat relatief laag is. Door alleen maatregelen te nemen in het gebied met de hoogste risico s kunnen met beperkte kosten de risico s van poldergebied Duiveland verlaagd worden van ,- naar ,- per jaar. De totale kosten van deze maatregelen zijn ,- en de totale baten, gezien over een periode van 50 jaar, zijn ,-. Indien het gebied getoetst wordt aan de werknormen blijkt dat drie van de tweeënvijftig peilvakken niet voldoen aan de werknormen. Er is gekeken welke maatregelen getroffen moeten worden om het gebied aan de werknormen te laten voldoen, en wat hiervan de kosten zijn. Het blijkt dat er voor één peilvak hoge kosten gemaakt moeten worden terwijl de risico s in dat peilvak relatief laag zijn. De totale kosten om het poldergebied Duiveland binnen de werknormen te krijgen komen neer op ,-, terwijl de baten, gezien over een periode van 50 jaar, slechts ,- zijn. Op basis van het verrichte onderzoek kan er geconcludeerd worden dat de beoordeling van een watersysteem op basis van de toetsing aan de werknormen en op basis van een risicoanalyse kan leiden tot verschillende uitkomsten met betrekking tot het lokaliseren van zwakke plekken binnen een watersysteem. Het is daarom onverstandig om de werknormen als uitgangspunt te hanteren bij het opstellen van maatregelen ter verbetering van het watersysteem. Maatregelen die nodig zijn om een watersysteem aan de werknormen te laten voldoen zijn namelijk niet altijd gericht op de gebieden met de hoogste risico s. Het is beter om een watersysteem te beoordelen en maatregelen op te stellen aan de hand van een risicoanalyse. Aan de hand van risico s kan namelijk een goede afweging worden gemaakt tussen de kosten van maatregelen en de baten die deze maatregelen opleveren. Hierdoor kan het beschikbare budget beter en op de juiste locatie besteed worden. ii

5 Inhoudsopgave Voorwoord...i Samenvatting...ii Inhoudsopgave... iii 1 Inleiding Aanleiding Probleembeschrijving Doelstelling Randvoorwaarden en uitgangspunten Leeswijzer Beoordeling watersysteem Inleiding Het watersysteem in een polder Belangrijke processen bij extreme neerslag Wateroverlast situaties De onderdelen van de beoordeling Gebruikelijke beoordelingsmethoden Beoordeling aan de hand van capaciteitseisen Beoordeling aan de hand van ontwerpbuien Beoordeling aan de hand van overschrijdingsfrequenties Toetsing aan de werknormen Inleiding De toetsing van een watersysteem Beoordeling op basis van risico s Risico methode Van neerslaggegevens naar open waterstanden Neerslag Neerslag-afvoermodel Van open waterstanden naar een frequentieverdeling Statistiek voor extreme waterstanden Frequentieverdeling Van een frequentieverdeling naar risico s Schade Bepalen van risico s Omgaan met risico s Beoordeling van het watersysteem op basis van risico s Afwegen van maatregelen Casestudie Duiveland Casestudiegebied Duiveland Gebiedsbeschrijving Modelschematisatie Resultaten van risicoanalyse Maatregelen Opstellen maatregelen Resultaten maatregelen Kosten-batenanalyse Evaluatie Toetsing aan de normen Resultaten van de toetsing Maatregelen Evaluatie Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen Literatuurlijst Bijlagen iii

6 1 Inleiding 1.1 Aanleiding Eind jaren negentig heeft regenval in verschillende delen van Nederland voor waterschade gezorgd. Deze en voorafgaande gebeurtenissen hebben maatschappelijk en politiek de vraag doen rijzen of de Nederlandse waterhuishouding nog wel op orde is en of Nederland voldoende is voorbereid op veranderingen in het klimaat en de ruimtelijke ontwikkelingen. In 1999 is daarom de Commissie Waterbeheer 21 e eeuw ingesteld met als opdracht onderzoek te doen en advies uit te brengen over de waterhuishoudkundige inrichting van Nederland. In 2000 wordt hun advies, Waterbeleid voor de 21 e eeuw, naar buiten gebracht. Hierin wordt onder meer geconcludeerd dat de huidige waterhuishouding niet op orde is 1. Daarnaast stelt de commissie dat het huidige systeem niet berekend is op de verwachte klimaatveranderingen, zeespiegelstijging, bodemdaling en op veranderingen in ruimte- en grondgebruik (Zie tabel 1.1). Tabel 1.1: Verwachte veranderingen in neerslag, verdamping en zeespiegel door klimaatverandering (Können, 2001) T=0.5 C T=1 C T=2 C Jaarneerslag +1.5% +3% +6% Zomerneerslag +0.5% +1% +2% Winterneerslag +3% +6% +12% Neerslagintensiteit in buien +5% +10% +20% Verdamping +2% +4% +8% Zeespiegelstijging +10 cm +25 cm +45 cm Naar aanleiding van dit advies zijn in 2003 werknormen voor regionale wateroverlast geïntroduceerd in het Nationaal Bestuursakkoord Water, zie tabel 1.2. De normen zijn uitgedrukt in de kans dat het peil van het oppervlaktewater het niveau van het maaiveld overschrijdt, waarbij dus inundatie optreedt. Daarbij worden voor verschillende vormen van landgebruik uiteenlopende normwaarden gehanteerd waar het watersysteem minimaal aan moet voldoen. Het is de bedoeling dat deze normen het vertrekpunt vormen bij het voorbereiden van waterhuishoudkundige en ruimtelijke maatregelen gericht op het op orde brengen van de regionale watersystemen. De werknormen worden verder toegelicht in paragraaf 2.4. Tabel 1.2: Werknormen uit het Nationaal Bestuursakkoord Water (2003) Grondgebruiktype Maaiveldcriterium Basis werkcriterium [1/jr] Grasland 5% 1/10 Akkerbouw 1% 1/25 Hoogwaardige land- en tuinbouw 1% 1/50 Glastuinbouw 1% 1/50 Bebouwd gebied 0% 1/ Probleembeschrijving Het instellen van deze werknormen heeft echter de vraag doen rijzen of de toetsing van een watersysteem aan de normwaarden voor inundatie een goede manier is om te beoordelen of een watersysteem op orde is. De normwaarden schrijven namelijk een maximale kans voor aan het optreden van inundatie voor de verschillende typen grondgebruik, zonder dat er expliciet gekeken wordt naar de risico s in het gebied. Voor het vaststellen van de normwaarden per type grondgebruik is uitgegaan van gemiddelde schadebedragen bij inundatie. Deze schadebedragen hoeven niet overeen te komen met de 1 Een onderbouwing van deze stelling van de Commissie WB21 ontbreekt en het is meer een politiek statement waarin een gevoel wordt verwoord. 1

7 werkelijke schade in een gebied, door de verschillen tussen het gebied waar de norm wordt toegepast en de basiswatersystemen waarvan de norm is afgeleid. Een meer gebiedsgerichte aanpak, waarbij het risico van wateroverlast in het systeem dat bestudeerd wordt in beschouwing worden genomen is vanuit een economisch oogpunt wellicht een beter vertrekpunt voor het afleiden van maatregelen. Hierbij beperkt de analyse zich dus niet tot het bepalen van de kans van optredende waterstanden die leiden tot inundatie, maar wordt dit uitgebreid met een risicoanalyse voor het betreffende gebied (zie figuur 1.1). Deze discussie over de wijze waarop een regionaal watersysteem het best getoetst kan worden en of het gebruik van de normen een goed vertrekpunt is voor het opstellen van maatregelen is de aanleiding voor dit afstudeeronderzoek. Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling risico model risico s toetsing aan de werknormen Figuur 1.1: Beoordeling systeemgedrag van een regionaal watersysteem De probleemstelling van voorliggend onderzoek luidt: Het is onduidelijk of een beoordeling van een watersysteem op basis van een risicoanalyse een beter beeld geeft van het op orde zijn van een watersysteem en de kwetsbaarheid voor klimaatverandering en ruimtelijke ontwikkelingen dan met normen voor inundatie. 1.3 Doelstelling De doelstelling van dit afstudeeronderzoek is: Het opstellen van een op risico s gebaseerde methode voor het beoordelen van een regionaal watersysteem. De bruikbaarheid van de op risico s gebaseerde methode zal worden onderzocht door deze in een case studie te vergelijken met de toetsing aan de werknormen en de maatregelen die nodig zijn om aan de werknormen te voldoen. 1.4 Randvoorwaarden en uitgangspunten De beoordeling van wateroverlast door overvloedige neerslag in een regionaal watersysteem heeft niets te maken met veiligheid, maar met het voorkomen van schade. De inundatiedieptes zijn te klein om te verdrinken. Deze schade is onder te verdelen in economische en emotionele aspecten. In voorliggend onderzoek wordt alleen gekeken naar economische beslisinformatie die voor de waterbeheerder van belang is om het risico van wateroverlast efficiënt en effectief te beperken. Er wordt alleen gekeken naar de risico s die onder de verantwoordelijkheid vallen van de waterbeheerder, die dus door het watersysteem veroorzaakt zijn. Overige risico s van extreme neerslag, bijvoorbeeld hoge grondwaterstanden door een slechte ontwatering, worden niet in beschouwing genomen. 2

8 In de risicoanalyse wordt uitsluitend rekening gehouden met de risico s van hoge waterstanden ten gevolge van extreme neerslag. De risico s van het bezwijken van (boezem)kaden, falende pompen, uitvallen van elektriciteit, een verstopt krooshek of maalstops en dergelijke worden niet meegenomen. In dit afstudeeronderzoek wordt uitsluitend gekeken naar poldergebieden, vrij afwaterende regionale watersystemen vallen buiten het onderzoeksveld. 1.5 Leeswijzer Allereerst wordt in hoofdstuk 2 een theoretische beschouwing gegeven over het systeemgedrag van een regionaal watersysteem en de manier waarop dit beoordeeld kan worden. De voor dit onderzoek relevante karakteristieke processen binnen een poldersysteem worden in het kort beschreven en de verschillende beoordelingmethoden worden toegelicht. In hoofdstuk 3 wordt stap voor stap de risico methode voor het beoordelen van een regionaal watersysteem toegelicht. In hoofdstuk 4 wordt deze methode getoetst aan de hand van een casestudie. Het casestudiegebied betreft het poldergebied Duiveland in het beheersgebied van het Waterschap Zeeuwse Eilanden. Naast het beoordelen van het watersysteem op basis van deze methode worden er ook maatregelen opgesteld ter verbetering van het watersysteem. De effecten van deze maatregelen worden vervolgens geëvalueerd aan de hand van een kosten-batenanalyse. Het watersysteem uit de casestudie wordt ook getoetst aan de normen. Maatregelen ter verbetering van het watersysteem worden op basis hiervan opgesteld en de effecten van deze maatregelen zullen worden geëvalueerd aan de hand van een kosten-batenanalyse. Vervolgens zullen de verschillen en de overeenkomsten tussen de resultaten van deze twee methoden besroken worden. In hoofdstuk 5 zal er getracht worden algemene conclusies te verbinden aan het gebruik van de beide methoden. 3

9 2 Beoordeling watersysteem 2.1 Inleiding Het watersysteem in een polder Het watersysteem is het samenhangende en elkaar wederzijds beïnvloedende geheel van het open watersysteem en het grondwatersysteem. De belangrijkste taak van een watersysteem in een poldergebied is het verkrijgen van een optimaal grondwaterpeil voor één of meerdere gebruiksfuncties in het poldergebied, zoals landbouw, veeteelt, wonen en natuur. Het watersysteem van een polder bestaat meestal uit een aantal peilvakken. Elk peilvak heeft zijn eigen streefpeil voor het open water. Deze peilvakken staan met elkaar in verbinding door middel van kunstwerken, zoals stuwen of schuiven. In het meest benedenstroomse peilvak wordt het overtollige water door een gemaal uitgeslagen op het omringende boezemwater of direct op het omringende rivier- of zeewater. Het geheel van met elkaar verbonden peilvakken is een afwateringseenheid. (zie fig. 2.1) Fig. 2.1: Afwateringseenheid Binnen een poldergebied vinden verschillende hydrologische processen plaats, zie figuur 2.2. Voor de precieze beschrijving van de verschillende hydrologische processen wordt verwezen naar de literatuur. Figuur 2.2: Hydrologische processen in een poldergebied (Gerrits, A.M.J., TU Delft) 4

10 Door de juiste inrichting van het watersysteem kan het openwaterpeil gecontroleerd worden. Het waterpeil beïnvloedt de grondwaterstanden. Via de open waterstanden tracht men de grondwaterstanden te beheersen. Deze interactie tussen de open waterstand en de grondwaterstand is weergegeven in figuur 2.3. Om de grondwaterstand te verlagen wordt het open waterpeil kunstmatig laag gehouden en om de grondwaterstand te verhogen wordt het open waterpeil kunstmatig hoog gehouden. Fig 2.3: Interactie tussen grondwaterstand en openwaterstand De waterschappen beheren in Nederland de regionale watersystemen. Zij zijn verantwoordelijk voor de watergangen, stuwen, overige kunstwerken en gemalen. De waterbeheerder is dus geheel verantwoordelijk voor het open watersysteem, en omdat met het open watersysteem het grondwatersysteem wordt beïnvloed is de waterbeheerder ook deels verantwoordelijk voor het grondwatersysteem. Het grondwatersysteem wordt daarnaast ook sterk beïnvloed door o.a. de grondeigenschappen, de drainage en het grondgebruik, hiervoor is de waterbeheerder niet verantwoordelijk Belangrijke processen bij extreme neerslag Bij zware of langdurige neerslag wordt het watersysteem intensief belast. Het watersysteem dient dan voldoende capaciteit te hebben om de grote hoeveelheden overtollig water te kunnen bergen en af te voeren. De belangrijkste processen bij een dergelijke gebeurtenis zijn: Neerslag Berging in de grond De ontwatering (drainage naar het openwater) De afwatering (open water afvoer) Neerslag De neerslag vormt de grootste belasting op het watersysteem. De invloed van de neerslag op het watersysteem is afhankelijk van de hoeveelheid neerslag en het neerslagpatroon. Korte hevige buien hebben bijvoorbeeld een andere invloed op het watersysteem dan lange minder hevige buien. Figuur 2.4 geeft een voorbeeld van twee verschillende neerslagpatronen. Fig. 2.4: Verschillende neerslagpatronen Berging in de bodem Een groot deel van de regen die in een gebied valt, wordt geborgen in de grond. Het water infiltreert in de bodem en wordt daar geborgen in de onverzadigde zone. De onverzadigde zone is de laag in de grond tussen het maaiveld en de grondwaterstand. Afhankelijk van de grondeigenschappen en van de initiële condities van zowel de grondwaterstand als het vochtgehalte in de grond kan er veel of weinig water geborgen worden in de bodem. 5

11 De ontwatering (drainage naar het openwater) Door de infiltratie van het neerslagwater in de bodem stijgt de grondwaterstad. Het verschil tussen de grondwaterstand en het openwaterpeil is de drijvende kracht achter de uitstroom vanuit het grondwater naar het openwater. Dit verschil wordt ook wel het potentiaalverschil genoemd. Het potentiaalverschil, de doorlatendheid van de grond en de dikte van de doorlatende laag bepalen de hoeveel water die uitstroomt naar het openwater. Figuur 2.5 geeft een schematische weergaven van het drainageproces. Om de uitstroom van grondwater naar het openwater te versnellen worden er vaak drainagebuizen geplaatst in de bodem. Fig. 2.5: Schematische weergave van het drainageproces (Ritzema, 1994) De afwatering (open water afvoer) Door het drainagewater vanuit de grond, de verbindingen met bovenstroomse peilvakken, en door de neerslag op het water zelf wordt het water aangevoerd naar de open waterlopen. Als het water eenmaal in de waterlopen is gekomen is het de vraag hoe snel het uit het gebied kan worden afgevoerd. Als er meer water in de waterlopen komt dan er wordt afgevoerd stijgt het peil in de waterlopen. Deze stijging is extra berging in het systeem. Het waterpeil in de waterlopen is afhankelijk van de snelheid waarmee het water afgevoerd kan worden. Hoe snel water afgevoerd kan worden is van vele aspecten afhankelijk; de afmetingen van waterlopen, de afmetingen van de kunstwerken in de waterlopen, de gemalen in het systeem, etc. Op een zeker moment kan het peil zo ver stijgen dat het tot boven de oevers komt, op dat moment is er spraken van inundatie vanuit het oppervlaktewater. Als er met grote regelmaat zeer hoge waterstanden optreden in het open water of als er zelfs inundatie optreedt vanuit het oppervlaktewater, is er sprake van een beperkte afwatering. In dat geval is er te weinig berging in het systeem, zijn de waterlopen of de kunstwerken ondergedimensioneerd of is de bemalingscapaciteit te beperkt. Het kan ook zijn dat er een maximum aan de bemalingscapaciteit wordt opgelegd. Dit is het geval wanneer het water uit een afwateringseenheid wordt uitgemalen op een boezemwater, dat op zijn beurt ook weer wordt uitgemalen op rivier- of zee water. Als er door de beperking van de bemalingscapaciteit overlast ontstaat in de afwateringseenheid, is de capaciteit van het boezemwatersysteem de beperking. 6

12 2.1.3 Wateroverlast situaties De wateroverlast van een watersysteem in een poldergebied wordt veroorzaakt door inundatie en door hoge grondwaterstanden. Het open watersysteem, en dus de waterbeheerder, is niet altijd verantwoordelijk voor deze wateroverlast. Er kunnen in essentie drie vormen van wateroverlast worden onderscheiden: 1 - Overlast door inundatie vanuit het oppervlaktewater De overlast en schade die hierdoor ontstaat, is geheel te wijten aan de beperkingen van de afwatering. (zie figuur 2.6) Fig. 2.6: Overlast door inundatie vanuit het oppervlaktewater 2 - Overlast door hoge grondwaterstanden ten gevolge van een beperkte afwatering Doordat de ontwatering van de grond gehinderd wordt door het hoge peil in de waterlopen is de overlast en schade die hierdoor ontstaat deels te wijten aan de beperkingen van de afwatering. (zie figuur 2.7) Fig. 2.7: Overlast hoge grondwaterstanden ten gevolge van een beperkte afwatering 3 - Overlast door hoge grondwaterstanden ten gevolge van een beperkte ontwatering. Hierbij ontstaat er wateroverlast door plassen op het land of door hoge grondwaterstanden, zonder dat er noemenswaardige stijgingen van het openwaterpeil zijn opgetreden. De overlast en schade die hierdoor ontstaat, is geheel te wijten aan de beperkte ontwatering. Dit is echter geen taak voor de waterbeheerder, en valt dus ook niet onder zijn verantwoordelijkheid. (zie figuur 2.8) Fig. 2.8: Overlast hoge grondwaterstanden ten gevolge van een beperkte ontwatering 7

13 2.2 De onderdelen van de beoordeling Om een regionaal watersysteem te kunnen beoordelen is het van belang om inzicht te verkrijgen in de onderdelen waarop het watersysteem beoordeeld kan worden, en hoe deze onderling met elkaar in verband staan. In figuur 2.8 zijn deze onderdelen schematisch weergegeven. Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving Overlast t.g.v. beperkte ontwatering Grondwatersysteem Gedrag grondwater Kwel Overlast t.g.v. beperkte afwatering Neerslag Open watersysteem Gedrag open water & Fig. 2.9: Onderdelen beoordeling watersysteem en hun onderlinge relatie Belasting De belasting die op het watersysteem wordt uitgeoefend en die door het watersysteem moet worden opgevangen en worden verwerkt, bestaat uit neerslag en kwel. Bij de beoordeling van het watersysteem speelt eigenlijk alleen de neerslag een rol. Deze belasting is veel groter en veel ongelijkmatiger dan kwel. Watersysteem Het watersysteem bestaat uit het grondwatersysteem en het open watersysteem. Deze zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Ook bij extreme neerslagsituaties zijn beide systemen van invloed op elkaar. Systeemgedrag De belastingen op het watersysteem resulteren in het systeemgedrag. Dit systeemgedrag kan onderscheiden worden in het grondwatergedrag en het open watergedrag. Deze beide vormen van het systeemgedrag kunnen leiden tot wateroverlast (zie par ). De belangrijkste kenmerken van het systeemgedrag voor de beoordeling van een watersysteem zijn de grondwaterstanden en de open waterstanden. Effecten op omgeving Het systeemgedrag van het watersysteem heeft zijn effecten op de omgeving. Wateroverlast is een van deze effecten. De economische schade die ontstaat door deze wateroverlast is een belangrijk onderdeel waar het watersysteem op beoordeeld kan worden. 8

14 2.3 Gebruikelijke beoordelingsmethoden De beoordeling van een watersysteem, met betrekking tot wateroverlast in extreme situaties, kan op verschillende manieren worden uitgevoerd: 1. door het beoordelen van de systeemkarakteristieken 2. door het beoordelen van het systeemgedrag. In de praktijk worden hiervoor verschillende methoden gebruikt, zie tabel 2.1. Tabel 2.1: Onderdelen en methoden bij de beoordeling van een watersysteem Onderdelen Methoden Beoordeling op basis van de systeemkarakteristieken aan de hand van capaciteitseisen Beoordeling op basis van het systeemgedrag aan de hand van ontwerpbuien aan de hand van overschrijdingsfrequenties In figuur 2.10 staan deze beoordelingsmethoden aangegeven. De drie verschillende beoordelingsmethoden worden hieronder kort toegelicht. Voor een gedetailleerdere beschrijving wordt verwezen naar het afstudeeronderzoek: Beoordeling van afwateringsstelels in poldergebieden van H. Smit uit Beoordeling a.d.h.v. capaciteitseisen Beoordeling a.d.h.v. ontwerpbuien Beoordeling a.d.h.v. overschrijdingsfrequenties Figuur 2.10: Onderdelen beoordeling watersysteem met de gebruikelijke beoordelingsmethoden Beoordeling aan de hand van capaciteitseisen Van oudsher werd het open watersysteem ingericht en beoordeeld op basis van capaciteitseisen en ervaringscijfers. Deze capaciteitseisen en ervaringscijfers hebben betrekking op de bemalingscapaciteit, het percentage open water en de drooglegging Beoordeling aan de hand van ontwerpbuien Bij deze methode worden maatgevende neerslagbuien afgeleid voor de belasting van het watersysteem. Met behulp van een neerslag-afvoermodel kunnen oppervlaktewaterstanden gesimuleerd worden die door deze ontwerpbuien veroorzaakt worden. Het watersysteem wordt beoordeeld op het gedrag van het open watersysteem naar aanleiding van de gekozen ontwerpbuien. 9

15 2.3.3 Beoordeling aan de hand van overschrijdingsfrequenties Bij de beoordeling aan de hand van overschrijdingsfrequenties, wordt er gekeken naar de overschrijdingskans van de optredende open waterstanden. Hierbij wordt de kansverdeling bepaald die hoort bij de optredende waterstanden. Aangezien elk peilvak zijn eigen streefpeil heeft wordt het bepalen van de overschrijdingskansen per peilvak uitgevoerd. Er zijn verschillende methoden om deze kansverdeling, of frequentieverdeling van de openwaterstanden te bepalen. In de praktijk worden de volgende twee methoden toegepast: de tijdreeksmethode de stochastenmethode De tijdreeksmethode Bij de tijdreeksmethode wordt een lange neerslagreeks als invoer gebruikt voor het neerslagafvoermodel. Op de daaruit voortkomende open waterstandreeks wordt statistiek toegepast om te komen tot de frequentieverdeling van de open waterstanden. De stochastenmethode Bij de stochastenmethode worden diverse factoren vastgesteld die kunnen leiden tot hoge waterstanden. Deze factoren worden gecombineerd tot gebeurtenissen, waar de kans van voorkomen van wordt bepaald. Deze gebeurtenissen (stochasten) leiden tot een hoge waterstand, die wordt berekend met behulp van een neerslag-afvoermodel. Om de frequentieverdeling van open waterstanden te bepalen worden de kansen van alle gebeurtenissen die tot dezelfde hoge waterstand leiden gesommeerd. Voor een gedetailleerde beschrijving van de tijdreeksmethode en de stochastenmethode met hun voor- en nadelen, wordt verwezen naar het afstudeeronderzoek: Statistiek vóóraf of statistiek achteraf van J.C. Bossenbroek uit Figuur 2.11 geeft een voorbeeld van een frequentieverdeling van open waterstanden. Fig. 2.11: Voorbeeld frequentieverdeling van open waterstanden 10

16 2.4 Toetsing aan de werknormen Inleiding De werknormen bestaan uit landelijke uniforme normwaarden, die zijn opgesteld voor wateroverlast als gevolg van buiten de oevers tredend regionaal oppervlaktewater (zie tabel 2.2). De werknormen zijn uitgedrukt in de kans dat het peil van het oppervlaktewater het niveau van het maaiveld overschrijdt. Daarbij worden voor verschillende vormen van landgebruik uiteenlopende normwaarden gehanteerd. De achterliggende gedachte hiervan is dat voor gebieden met een hogere economische waarde meer schade te verwachten valt. Voor akkerbouw geldt bijvoorbeeld dat de jaarlijkse kans op inundatie niet hoger mag zijn dan 1/25, wat neerkomt op een theoretische herhalingstijd van 25 jaar voor het optreden van inundatie. Voor bebouwd gebied geldt een zwaardere normwaarde en mag de jaarlijkse kans op inundatie niet hoger zijn dan 1/100. Het maaiveldhoogtecriterium geeft de referentiehoogte aan ten opzichte waarvan de normwaarde wordt uitgedrukt. Zo geldt bijvoorbeeld voor grasland dat er pas van overlast wordt gesproken bij inundatie van meer dan 5% van het maaiveldoppervlak. Bij bebouwd gebied geldt het 0% maaiveldcriterium en wordt iedere inundatie als overlast beschouwd. Tabel 2.2: werknormen regionaal wateroverlast Normklasse gerelateerd aan grondgebruikstype Maaiveldhoogtecriterium Basis criterium [1/jr] Grasland 5 procent 1/10 Akkerbouw 1 procent 1/25 Hoogwaardige land- en tuinbouw 1 procent 1/50 Glastuinbouw 1 procent 1/50 Bebouwd gebied 0 procent 1/ De toetsing van een watersysteem De toetsing van een watersysteem aan de werknormen wordt gedaan op basis van het gedrag van het open watersysteem. De frequentieverdeling van de optredende open waterstanden dient bepaald te worden om deze te kunnen toetsen aan de normwaarden. Bij de toetsing wordt er gekeken of de werkelijk optredende waterstand met de herhalingstijd uit de werknormen gelijk of lager ligt dan de referentiehoogte van het bijbehorende grondgebruikstype. Figuur 2.12 geeft de frequentieverdelingen weer van twee verschillende peilvakken, met daarin de stippen van de referentiehoogte voor de verschillende type grondgebruik. Het peilvak faalt als één of meerdere referentiepunten onder de lijn van de frequentieverdeling vallen. Fig. 2.12: Twee voorbeelden van toetsing aan de hand van een frequentieverdeling 11

17 2.5 Beoordeling op basis van risico s Bij de beoordeling op basis van risico s wordt er gekeken naar de effecten van het watersysteem op zijn omgeving. De risico s worden bepaald door de kans van de optredende waterstanden te vermenigvuldigen met de schade die deze waterstanden veroorzaken. In figuur 2.13 staat dit schematisch weergegeven. Figuur 2.13: Bepaling van risico s door hoge waterstanden Wateroverlast kan ontstaan door een beperkte afwatering en door een beperkte ontwatering. Bij de beoordeling van het watersysteem gaat het echter uitsluitend om de risico s die zijn veroorzaakt door een beperkte afwatering, zoals weergegeven staat in figuur 2.14, aangezien alleen de afwatering onder de verantwoordelijkheid valt van de waterbeheerder.. Beoordeling a.d.h.v. risico s Figuur 2.14: Beoordeling van de effecten t.g.v. een beperkte afwatering Bij hoge grondwaterstanden én hoge open waterstanden is het echter moeilijk om te bepalen welk deel van de grondwaterstandverhoging veroorzaakt is door de beperkte ontwatering en welk deel door de beperkte afwatering. Ter vereenvoudiging kan bij verhogingen van het openwaterpeil de grondwaterstand gelijk worden gesteld aan de open waterstand. Zo kan de wateroverlast worden bepaald die in ieder geval door de beperkte afwatering is veroorzaakt. Deze vereenvoudiging is staat schematisch weergegeven in figuur Figuur 2.15: Gelijkstelling grondwaterstand aan openwaterstand 12

18 De kans op deze gelijke grond- en openwaterstand kan worden afgelezen van de frequentieverdeling van de open waterstanden. Door de schade die bij deze gelijke grond- en openwaterstand ontstaat te vermenigvuldigen met deze kans wordt het risico bepaald. De verschillende stappen die doorlopen moeten worden om tot deze risico s te komen staan weergegeven in figuur De hiervoor opgestelde methode wordt beschreven in het volgende hoofdstuk. Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling Risico model risico s Figuur 2.16: Stappen bij beoordeling watersysteem op basis van risico s 13

19 3 Risico methode 3.1 Van neerslaggegevens naar open waterstanden Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling Risico model risico s Figuur 3.1: Van neerslaggegevens naar open waterstanden, de betreffende stappen in het beoordelingsschema Neerslag Het omzetten van neerslaggegevens naar open waterstanden is de eerste stap in de beoordelingsmethode. Neerslag vormt de grootste belasting op een watersysteem en is hierdoor de voornaamste oorzaak van peilstijgingen in het open watersysteem. Een goede representatie van de neerslagdata is daarom essentieel. In deze methode wordt gebruik gemaakt van de langste beschikbare reeks van neerslagwaarnemingen in Nederland, die van het weermeetstation de Bilt. Hierbij is vanaf 1906 is voor elk uur de hoeveelheid neerslag geregistreerd. In figuur 3.2 staat de neerslagreeks van 1906 tot 2004 weergeven. Deze bestaat uit totaal neerslaguurwaarden Figuur 3.2: Neerslagwaarnemingen (uurwaarden) van weermeetstation de Bilt Bij het bepalen van de open waterstanden wordt gebruik gemaakt van alle uurwaarden uit de neerslagreeks van 1906 tot Het voordeel van het gebruik van één continue neerslagreeks is dat de voorgeschiedenis (droog of nat) op de initiële grondwaterstanden goed wordt meegenomen. Dit is namelijk van invloed op het effect van een regenbui. Naast de neerslag heeft ook de verdamping een belangrijke invloed op het vochtgehalte in de bodem. Omdat de verdampingswaarden per dag sterk kunnen variëren is het van belang te beschikken over de juiste waarden. De dagwaarden van het weermeetstation de Bilt van de periode 1906 tot 2004 worden hiervoor gebruikt 14

20 Volgens de huidige metingen en voorspellingen verandert het klimaat (KNMI, mei 2005 Waargenomen klimaatveranderingen ). De aarde wordt warmer waardoor de zeespiegel zal stijgen. Dit heeft ook zijn invloed op de neerslag en de verdamping. De verwachtingen zijn dat het klimaat extremer wordt in Nederland. In de winter zal het vaker en harder gaan regenen terwijl de zomer droger zal zijn. Kortom natte winters en droge zomers. Voor de verwachte veranderingen in neerslag en verdamping en voor de verwachte zeespiegelrijzing zijn klimaatscenario s opgesteld. In tabel 3.1 staan de drie klimaatscenario s die zijn opgesteld door Können (2001) 2. De drie klimaatscenario s zijn gebaseerd op verschillende verwachtingen van de gemiddelde temperatuurstijging. Het lage scenario met een gemiddelde temperatuurstijging van 0.5 C, een midden scenario met een gemiddelde temperatuurstijging van 1 C en het hoge scenario met een gemiddelde temperatuurstijging van 2 C. Tabel 3.1: Klimaatscenario s met verwachte veranderingen in neerslag, verdamping en zeespiegel (Können, 2001) T=0.5 C T=1 C T=2 C Jaarneerslag +1.5% +3% +6% Zomerneerslag +0.5% +1% +2% Winterneerslag +3% +6% +12% Neerslagintensiteit in buien +5% +10% +20% Verdamping +2% +4% +8% Zeespiegelstijging +10 cm +25 cm +45 cm Aan de hand van deze klimaatscenario s kunnen gemeten waarden van verdamping en neerslag worden omgezet in verdampings- en neerslagreeksen, die representatief worden geacht voor de verwachte klimaatsveranderingen. De wijze waarop deze omzetting wordt gedaan kan van grote invloed zijn op modeluitkomsten die aan de hand van deze omgezette reeksen worden verkregen. Dit valt echter buiten het kader van deze studie Voor de beoordeling van regionale watersystemen wordt uitgegaan van het midden klimaat scenario. Dit is tussen de waterschappen onderling afgesproken. In deze methode wordt hierom gebruik gemaakt van gegenereerde neerslag en verdamping voor het midden klimaat scenario op basis van de meetreeksen van het weerstation de Bilt. 2 Op 30 mei 2006 zijn door het KNMI nieuwe klimaatscenario s (KNMI 06 scenario s) naar buiten gebracht. Deze nieuwe klimaatscenario s zijn in dit onderzoek niet meer meegenomen. 15

21 3.1.2 Neerslag-afvoermodel Voor het berekenen van de waterstanden wordt gebruik gemaakt van een neerslagafvoermodel. Een neerslag-afvoermodel simuleert de transformatie van neerslag in afvoer naar het open water. Er zijn verschillende soorten neerslag-afvoermodellen. Het belangrijkste onderscheid is de wijze waarop het watersysteem is geschematiseerd in deze modellen. Hoe gedetailleerder de schematisatie van het watersysteem is, hoe complexer het model wordt. Een nadeel van een erg gedetailleerde schematisatie is dat er veel gegevens nodig zijn van het watersysteem. Deze gegevens zijn vaak niet beschikbaar en zijn tevens moeilijk verkrijgbaar. Een te vereenvoudigde schematisatie van het watersysteem geeft echter ook geen goede resultaten. In deze methode wordt gebruik gemaakt van het model Sobek-RR. Dit model wordt veelvuldig gebruikt voor neerslag-afvoerberekeningen in het Nederlandse waterbeheer. Sobek-RR is een nul dimensionaal (0-D) balansmodel, ook wel bakjesmodel genoemd. Een bakjesmodel is een model waarbij de verschillende deelgebieden, in dit geval peilvakken, worden geschematiseerd als reservoirs (bakjes) die onderling met elkaar verbonden kunnen worden (zie figuur 3.3). In elk reservoir wordt de waterstand bepaald die het open waterpeil van een peilvak representeert. De opstuwing van water door hydraulische knelpunten en de weerstand van de watergangen binnen het peilvak worden dus niet meegenomen. Het debiet tussen de verschillende reservoirs wordt bepaald aan de hand van de schematisatie van het verbindende kunstwerk en het onderlinge verschil in waterstand. De waterafvoer vanuit het land naar het open water binnen elk reservoir wordt bepaald afhankelijk van de grootte van het peilvak en de eigenschappen van de grond en het landgebruik. Deze eigenschappen worden geschematiseerd in knopen die het onverharde oppervlak of het verharde oppervlak representeren, en verbonden zijn met de reservoirs behorende bij het peilvak. Voor de precieze werk- en berekeningswijze van Sobek-RR wordt verwezen naar de handleiding Figuur 3.3: Schematisatie bakjesmodel Met als invoer de gegenereerde neerslaguurwaarden en de verdampingsdagwaarden van het midden klimaat scenario, gebaseerd op de continue meetreeks van 1906 tot 2004 van meetstation de Bilt, wordt door het neerslag-afvoermodel de open waterstanden in de peilvakken bepaald voor dezelfde periode (zie figuur 3.4). neerslagwaarden verdampingswaarden 0-D neerslag- afvoermodel Sobek-RR open waterstanden Figuur 3.4: Bepalen van de open waterstanden door het neerslag-afvoermodel a.d.h.v. de meetgegevens. 16

22 3.2 Van open waterstanden naar een frequentieverdeling Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling Risico model risico s Figuur 3.5: Van open waterstanden naar een frequentieverdeling, de betreffende stappen in het beoordelingsschema Statistiek voor extreme waterstanden Om een goed inzicht te krijgen in het systeemgedrag zijn vooral de overschrijdingskansen van de optredende open waterstanden van belang. Door het uitvoeren van een frequentieanalyse kan een beeld worden gekregen van deze overschrijdingskansen. Hierbij wordt statistiek toegepast op de door het model berekende open waterstanden. Het uitgangspunt van een frequentieanalyse is dat de grootte van een gebeurtenis omgekeerd evenredig is met zijn frequentie van optreden. Met andere woorden buitengewone gebeurtenissen (zeer hoge waterstanden) komen minder vaak voor dan gematigde gebeurtenissen (minder hoge waterstanden). Het doel van een frequentieanalyse is om de grootte van de verschillende gebeurtenissen te relateren aan hun kans van optreden met behulp van een bepaalde kans- of waardeverdeling. Aangezien de interesse vooral uit gaat naar de extreme gebeurtenissen, dus de hoge waterstanden, wordt er gebruik gemaakt van een extreme waarde verdeling. Afhankelijk van het te beschrijven fenomeen worden er binnen de hydrologie verschillende extreme waarde verdelingen gebruikt. Voor extreme waterstanden wordt veelal de Gumbel type 1 verdeling gebruikt. Deze extreme waarde verdeling maakt gebruik van de jaarmaxima van waterstanden om de relatie tussen de verschillende gebeurtenissen en hun kans van optreden te beschrijven. De Gumbel type 1 verdeling (bron: Savenije, Hydrology of catchments, rivers and delta s) Binnen de statistiek wordt er onderscheid gemaakt tussen de kans van overschrijden en de kans van niet overschrijden. De kans van overschrijden van een waterstand, is de kans dat die waterstand gedurende een jaar optreedt of wordt overschreden. De kans van nietoverschrijden, is de kans dat de waterstand in een jaar niet wordt overschreden. Voor een bepaalde waterstand is de som van deze twee kansen altijd gelijk aan 1. In formulevorm geldt: p = 1 q [1] Waarin: p q = de kans van overschrijden van een waterstand = de kans van niet overschrijden van een waterstand De kans van overschrijden van een waterstand is direct gerelateerd aan de herhalingstijd. Deze herhalingstijd is de theoretische herhalingstijd in jaren behorende bij een bepaalde waterstand. In formule vorm geldt: 1 T = p Waarin: T [2] = de herhalingstijd van een waterstand 17

23 Met dit als achtergrond komen we tot de fundamentele theorie achter de Gumbel type 1 verdeling. Deze stelt dat: Als X 1, X 2, X 3,.., X n onafhankelijke extreme waarden zijn, geobserveerd in n waarnemingen van gelijke grootte N (b.v. jaren), en als X een onbegrensde exponentieel verdeelde variabele is, dan geldt, als n en N naderen aan oneindig, dat de cumulatieve kans q dat een extreme waarde kleiner is dan een gegeven waarde Waarin: y X i gegeven kan worden door: q= exp( exp( y )) [3] = de reduced variate Aan de hand van de formules [1] en [2] kan dit herschreven worden tot: 1 y = ln( ln(1 p)) = (ln( ln(1 )) T [4] Nu is er volgens de theorie van Gumbel een lineaire relatie tussen de waterstand X en de reduced variate y, volgens de formule: 1 y = ( X X 0 ) B Waarin: B X 0 [5] of herschreven: X = B y+ X 0 [6] = de schaalparameter = de locatieparameter Met een set van n geobserveerde extreme waarden ( X 1, X 2, X 3,.., X n ) kunnen deze parameters geschat worden aan de hand van verschillende methoden, waaronder de Maximum Likelihood methode. Deze observaties kunnen vervolgens geplot worden in een grafiek, waarbij de horizontale as lineair is in y (de reduced variate ). Op de verticale as staan de waterstanden. Vergelijking [6] geeft in deze grafiek een rechte lijn, die zoveel mogelijk door de observatiepunten heen gaat, dit is de frequentieverdeling (zie figuur 3.6). Figuur 3.6: Frequentieverdeling van open waterstanden 18

24 3.2.2 Frequentieverdeling Uit de waterstandreeksen van de verschillende peilvakken wordt voor elk jaar de hoogste waterstand gedestilleerd. Dit geeft dus voor een waterstandreeks van 1906 tot 2004 voor elk peilvak 98 maxima van waterstanden. Aan de hand van de Gumbel type 1 verdeling (zie par ) wordt op basis van deze jaarlijkse maxima de frequentieverdeling van de open waterstanden bepaald. Deze jaarlijkse maxima en de frequentieverdeling worden vervolgens geplot in een waterstand-herhalingstijdgrafiek. Voor het bepalen van een frequentieverdeling volgens de Gumbel type 1 verdeling, is in deze methode gebruik gemaakt van het programma Hymos. Figuur 3.7 geeft een voorbeeld van een waterstand-herhalingstijd-grafiek, met daarin weergegeven de jaarlijkse maxima (rode stippen) en de frequentieverdeling (groene lijn). Op de verticale as staan de waterstanden en op de horizontale as de herhalingtijden (boven) en de frequenties (onder). Deze frequenties zijn de jaarlijkse frequenties van niet overschrijden, wat overeen komt met de jaarlijkse kans van niet overschrijden. Deze kunnen vervolgens omgerekend worden naar de jaarlijkse kans van overschrijden (zie par ). In de figuur is bijvoorbeeld te zien dat bij de waterstand van ongeveer m een herhalingstijd hoort van 100 jaar. Dit komt overeen met een jaarlijkse kans van niet overschrijden van Onderaan de grafiek staan de waarden van de frequentieparameters vermeld. In dit geval is de schaalparameter (B) gelijk aan 0.15 en de locatieparameter (X0) gelijk aan Met deze parameters B en X0 van de frequentieverdeling kan voor elke verhoogde waterstand in een peilvak de kans van overschrijden, de kans van niet overschrijden en de herhalingstijd bepaald worden (zie par 3.2.1). Figuur 3.7: waterstand-herhalingstijd-grafiek, met de jaarlijkse maxima en de frequentieverdeling Censoring Bij het bepalen van de frequentieverdeling volgens de Gumbel type 1 verdeling wordt uitgegaan van een homogene dataset van de jaarlijkse maxima van waterstanden. Dit betekent dat er binnen het systeem waarin deze waterstanden optreden geen discontinuïteit mag zitten. Binnen het openwatersysteem van een poldergebied stijgen de waterstanden tijdens hevige of extreme neerslag wanneer aanvoer van water groter is dan de afvoercapaciteit of de bemalingscapaciteit. Inhomogeniteit in de dataset van de jaarlijkse maxima van waterstanden kan verschillende oorzaken hebben. De belangrijkste oorzaken zijn: 1. maxima die tot het maaiveld komen 2. maxima die tegen het streefpeil aan liggen 19

25 Als de waterstand in een peilvak in verschillende jaren tot aan het maaiveld komt, liggen er meerdere jaarlijkse maxima op één lijn ter hoogte van het maaiveld in de waterstandherhalingstijd-grafiek. Als het open waterpeil ter hoogte komt van het maaiveld treedt er namelijk inundatie op en zal het waterpeil niet of nauwelijks meer stijgen. Als er door voldoende afvoercapaciteit in een jaar nauwelijks waterstandsverhogingen zijn opgetreden, ligt de hoogste waterstand van dat jaar tegen het streefpeil aan. Als dit soort jaren regelmatig voorkomen geeft dit veel jaarlijkse maxima in de waterstand-herhalingstijdgrafiek die op één lijn liggen. Censoring van de dataset van jaarlijkse maxima van de waterstanden is dikwijls noodzakelijk om een homogene dataset te verkrijgen. Bij censoring worden alleen de waarden die tussen het streefpeil en de hoogte van het maaiveld liggen meegenomen voor het bepalen van de frequentieverdeling. Een voorbeeld waarbij zowel hoge en lage jaarlijkse maxima op een lijn liggen in de waterstand-herhalingstijd-grafiek is weergegeven in figuur 3.8. Door censoring wordt de frequentieverdeling bepaald die op basis van de jaarlijkse maxima tussen het streefpiel en het maaiveld de beste fit heeft. Figuur 3.9 geeft weer hoe deze frequentieverdeling eruit ziet als er geen censoring wordt toegepast. Figuur 3.8: Frequentieverdeling na censoring Figuur 3.9: Frequentieverdeling zonder censoring 20

26 3.3 Van een frequentieverdeling naar risico s Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling Risico model risico s Figuur 3.10: Van een frequentieverdeling naar risico s, de betreffende stappen in het beoordelingsschema Schade Schade ontstaat door zeer hoge grondwaterstanden en bij inundatie. Het gaat hierbij voornamelijk om oogstschade en schade aan bebouwingen. De hoogte van de schade die hierbij optreedt is afhankelijk van verschillende factoren, zoals: de hoogte van het grondwater het grondgebruik de inundatiehoogte het geïnundeerde oppervlak de waarde van de bebouwing de duur van de overlast het tijdstip in het seizoen de waterkwaliteit etc. In deze methode wordt gebruik gemaakt van een vereenvoudigde schadefunctie waarbij de schade die optreedt afhankelijk is van: de hoogte van het grondwater de inundatiehoogte het grondgebruik Voor verschillende typen grondgebruik is een maximaal schadebedrag toegekend. Dit is de schade die optreedt bij volledige inundatie van het maaiveld. Tabel 3.2 geeft de maximale schadebedragen voor de verschillende typen grondgebruik. Tabel 3.2: Maximale schadebedragen per type grondgebruik (Hoes 2005) Type grondgebruik Maximaal schadebedrag gras 500,00 per hectare maïs 2.500,00 per hectare aardappelen 2.500,00 per hectare bieten 2.500,00 per hectare granen 2.500,00 per hectare overige landbouwgewassen 2.500,00 per hectare glastuinbouw ,00 per hectare boomgaard ,00 per hectare bollen ,00 per hectare loofbos 1.000,00 per hectare stedelijk bebouwd gebied ,00 per hectare bebouwing in buitengebied ,00 per hectare gras in bebouwd gebied 1.000,00 per hectare hoofdwegen en spoorwegen ,00 per hectare De waarden voor land- en tuinbouwschade zijn afgeleid van het rapport Land- en tuinbouwcijfers 2005 van het Landbouw-Economisch Instituut (LEI) en het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS). De schadebedragen voor bebouwd gebied zijn afgeleid van de HIS schade en slachtoffermodule van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. 21

27 Het werkelijke schadebedrag dat optreedt hangt behalve van het type grondgebruik ook af van de hoogte van het grondwater of bij inundatie van de inundatiehoogte. Bij landbouwgewassen treedt er al schade op bij zeer hoge grondwaterstanden, bij bebouwd gebied pas als er daadwerkelijk sprake is van inundatie. Voor de verschillende typen grondgebruik zijn er drie schadefuncties opgesteld die het percentage van de maximale schade beschrijven afhankelijk van de hoogte van de grondwaterstand en de inundatiehoogte. In tabel 3.3 en in figuur 3.11 zijn de drie schadefuncties weergegeven. Tabel 3.3: Schadefuncties (Hoes 2005) Waterstand t.o.v. Schadefunctie het maaiveld cm 100 % 100 % 100 % + 20 cm 100 % 100 % 30 % + 10 cm 100 % 100 % 18 % 0 cm 100 % 55 % 5 % - 10 cm 70 % 10 % 0 % - 20 cm 40 % 0 % 0 % - 30 cm 10 % 0 % 0 % - 40 cm 0 % 0 % 0 % percentage van maximale schade 100% 80% 60% 40% 20% 0% waterstand t.o.v. maaiveld schadefunctie 1 schadefunctie 2 schadefunctie 3 Figuur 3.11: Schadefuncties Deze schadefuncties worden vervolgens toegekend aan de verschillende typen grondgebruik. Schadefunctie 1 is voor gewassen die snel schade ondervinden bij hoge grondwaterstanden. Aan gewassen die minder gevoelig zijn voor hoge grondwaterstanden wordt schadefunctie 2 toegekend. Schadefunctie 3 is voor bebouwd gebied. Voor de verschillende typen grondgebruik staat de toegekende schadefunctie weergegeven in tabel 3.4. Tabel 3.4: Toegekende schadefuncties aan de typen grondgebruik Type grondgebruik Schadefunctie gras 2 maïs 2 aardappelen 1 bieten 1 granen 1 overige landbouwgewassen 1 glastuinbouw 3 boomgaard 2 bloembollen 1 loofbos 2 stedelijk bebouwd gebied 3 bebouwing in buitengebied 3 gras in bebouwd gebied 2 hoofdwegen en spoorwegen 3 Nu kan afhankelijk van het type grondgebruik en de hoogte van de optredende grondwaterstand of inundatiehoogte de schade bepaald worden. De onzekerheid ten aanzien van de op deze wijze berekende schade is natuurlijk groot. Maar voor het bepalen van de risico s zijn vooral de relatieve verschillen van belang en de spreiding van de risico s ten opzichte van de aanwezige peilvakken in het watersysteem. 22

28 3.3.2 Bepalen van risico s De risico s worden bepaald door de kans van de optredende waterstanden te vermenigvuldigen met de schade die deze waterstanden veroorzaken. In figuur 3.12 staat dit schematisch weergegeven. Omdat er alleen gekeken wordt naar de risico s die worden veroorzaakt door een beperkte afwatering wordt voor de risicobepaling de grondwaterstand gelijk gesteld aan de open waterstand (zie ook par. 2.5). In deze methode wordt voor het bepalen van risico s gebruik gemaakt van het GIS programma ArcView. Met een GIS (Geografisch Informatie Systeem) programma is het mogelijk berekeningen uit te voeren met geografische gegevensbestanden, zoals bestanden voor de hoogteligging en het grondgebruik van een gebied. Zo kan voor elk gebied gedetailleerd de schadefunctie worden bepaald. De kansdichtheidsfunctie van de waterstanden wordt weergegeven door de frequentieverdeling en kan per peilvak worden bepaald. Figuur 3.12: Bepaling van risico s 23

29 3.4 Omgaan met risico s Belasting Watersysteem Systeemgedrag Effecten op omgeving meetgegevens watersysteem model open waterstanden statistisch model frequentieverdeling Risico model risico s Figuur 3.17: Van een frequentieverdeling naar risico s, de betreffende stappen in het beoordelingsschema Beoordeling van het watersysteem op basis van risico s De berekende risico s in een gebied geven de sterke en de zwakke plekken aan van het watersysteem. Daar waar de risico s het hoogst zijn, is de meeste kans op schade of is de potentiële schade het grootst. Het watersysteem wordt beoordeeld op basis van de hoogte van de aanwezige risico s. Of een watersysteem op orde wordt bevonden is afhankelijk van de locale situatie. Zijn de risico s acceptabel? En in hoeverre en tegen welke kosten zijn deze risico s te verlagen met behulp van maatregelen? Op basis van de uitkomst van een risicoanalyse kunnen maatregelen opgesteld worden voor de gebieden of peilvakken met een hoog risico. Deze maatregelen ter verbetering van het watersysteem dienen tegen beperkte kosten zoveel mogelijk de risico s te verlagen. Binnen een afwateringseenheid van een poldergebied kunnen verschillende soorten maatregelen leiden tot een verbetering van het watersysteem, hierbij kan gedacht worden aan het: vergroten van het open wateroppervlak vergroten van de gemaalcapaciteit aanpassen van de afmetingen van stuwen aanbrengen van flexibele (slimme) stuwen vergroten van de drooglegging (peilverlaging) verder opdelen van de peilvakken. De keuze voor een bepaalde maatregel wordt gemaakt afhankelijk van de gebiedssituatie en de wijze waarop de verschillende peilvakken in het poldergebied tot afstroming komen Afwegen van maatregelen Het effect van opgestelde maatregelen kan worden bepaald aan de hand van het neerslagafvoermodel. Veranderingen worden aangebracht in de modelschematisatie overeenkomstig met de opgestelde maatregelen. Vervolgens worden dezelfde stappen uitgevoerd die in dit hoofdstuk zijn beschreven om de frequentieverdeling en de uiteindelijk de risico s te bepalen. De verschillende maatregelen die zijn opgesteld worden tegen elkaar afgewogen op basis van hun kosten-baten verhouding. Aan de hand van een kosten-batenanalyse wordt voor elke opgestelde maatregel de kosten vergeleken met de baten. De baten zijn in dit geval de contante waarde van het van het jaarlijks afgenomen risico, veroorzaakt door de maatregel. Op deze wijze kunnen de verschillende maatregelen gerangschikt worden op basis van hun efficiëntie, de maatregel die het meeste rendement oplevert ten opzichte van het geïnvesteerde vermogen heeft immers de beste kosten-baten verhouding. De kosten-batenanalyse dient er met name voor om de verschillende maatregelen ten opzichte van elkaar te rangschikken naar efficiëntie. In mindere mate wordt de kostenbatenanalyse gebruikt om een grens te trekken of een maatregel al dan niet rendabel is. Door de vereenvoudigingen en onzekerheden in de beoordelingmethode van het watersysteem, 24

30 bijvoorbeeld betreffende de exacte schade, is het lastig om een precieze grens te definiëren. Normaal gesproken ligt deze grens bij een kosten-baten verhouding van 1, maar de grens waarbij een maatregel wel of niet rendabel is kan in dit geval ook liggen bij een kosten-baten verhouding van bijvoorbeeld 0.5 of 1.5. Het afwegen van maatregelen op basis van een kosten-batenanalyse maakt het echter wel goed mogelijk om onderscheid te maken tussen efficiënte maatregelen en inefficiënte maatregelen, en om op basis hiervan de prioriteit te bepalen voor het tot uitvoer brengen van verschillende maatregelen (zie tabel. 3.5). Tabel 3.5: Rangschikken van maatregelen op basis van hun kosten-baten verhouding prioriteit Maatregel Kosten : Baten maatregel E 0.3 : 1 maatregel D 0.5 : 1 maatregel B 0.6 : 1 maatregel H 0.7 : 1 maatregel F 0.9 : 1 maatregel A 1 : 1 maatregel M 1.1 : 1 maatregel J 1.3 : 1 maatregel I 1.8 : 1 maatregel K 2.9 : 1 maatregel C 6.7 : 1 maatregel G 10 : 1 maatregel L 20 : 1 efficiënt inefficiënt De werkwijze en theorie van een kosten-batenanalyse (bron: Michael Snell (1997), Cost-benefit analysis for engineers and planners; C.J.J. Eijgenraam (2005), CPB document: Veiligheid tegen overstromen Kosten-batenanalyse voor ruimte voor de rivier, deel 1; S.N. Jonkman, M. Brinkhuis, M. Kok (2004), Cost benefit analysis and flood damage mitigation in the Netherlands) De uitvoering van een kosten-batenanalyse bestaat uit diverse stappen waarbij keuzes gemaakt moeten worden voor verschillende parameters en criteria. De verschillende stappen en de daarbij gemaakte keuzes worden hier toegelicht. І Categoriseren van de kosten en de baten Alvorens een kosten-batenanalyse uitgevoerd kan worden moet er duidelijk gedefinieerd zijn wat wordt verstaan onder de kosten en wat wordt verstaan onder de baten van de maatregelen. De kosten zijn de kosten behorende bij het uitvoeren van de maatregelen. Deze kosten worden bepaald op basis van eenheidsprijzen voor o.a. gemaalcapaciteit, het vergroten van open water oppervlak en de aanpassing van stuwen. De baten van de maatregelen zijn de afname van het risico ten opzichte van de situatie zonder maatregelen. Aan de hand van de risicoanalyse wordt het jaarlijkse risico bepaald voor de situatie na uitvoering van de maatregelen. Het verschil van deze waarde met die van de situatie zonder maatregelen, gezien over de analyse periode zijn dus de totale baten. Bij de risicoanalyse wordt in deze studie alleen de directe schade meegenomen. De berekende baten bestaan uit de vermindering van het risico uitgaande van deze directe of primaire schade en neemt dus niet andere (moeilijk te bepalen) aspecten mee als secundaire en tertiaire schade. Omdat de kosten-batenanalyse niet bedoelt is om aan te geven of de verschillende maatregelen al dan niet financieel haalbaar of economisch verantwoord zijn, maar om de kosteneffectiviteit ten opzichte van elkaar te bepalen, wordt voor de vereenvoudiging volstaan met het meenemen van alleen de directe financiële kosten en baten. Hierbij worden dus aspecten als secundaire en tertiaire schade evenals maatschappelijke kosten en baten niet meegenomen. 25

31 ІІ Vaststellen van het discontopercentage Men heeft liever iets vandaag dan morgen. Deze tijdsvoorkeur wordt weergegeven met het discontopercentage. Dit percentage geeft de verhouding weer tussen de waarde van iets wat pas in de toekomst wordt verkregen en de waarde van dat zelfde dat meteen wordt verkregen. Zo wordt bijvoorbeeld aan een bedrag van 110 euro dat men pas over een jaar verkrijgt een zelfde waarde toegekend als aan een bedrag van 100 euro wat men meteen verkrijgt. In dit geval is het discontopercentage 10% per jaar. Bij civiele projecten die het algemene belang dienen wordt vaak een discontopercentage gehanteerd tussen de 2 en 6 procent. Met behulp van het discontopercentage kunnen elke, in de toekomst gemaakte kosten en ontvangen baten, verdisconteerd worden naar het jaar nul van de analyseperiode. Dit wordt dan de contante waarde (CW) genoemd. Het disconteren van een toekomstige waarde (TW) naar de contante waarde gaat aan de hand van de volgende formule: 1 CW = TW(in jaar n) * (1 ) n + r waarbij r het jaarlijkse discontopercentage is, uitgedrukt in decimalen en n het aantal jaren in de toekomst is. ІІІ Bepalen van de lengte van de analyseperiode Om de totale kosten en baten te bepalen van een maatregel of project moet de lengte van de analyseperiode worden bepaald. Immers bij een vermindering van het jaarlijkse risico als gevolg van uitgevoerde maatregelen zijn de totale baten groter bij een langere analyseperiode. Het is moeilijk om de lengte van deze analyseperiode te bepalen omdat voor de meeste maatregelen er vanuit wordt gegaan dat de effecten voor een onbepaalde tijd voortduren. Een pragmatische manier om dit probleem aan te pakken is om te bedenken dat bij een niet al te laag discontopercentage de kosten en de baten in de verre toekomst van weinig invloed zijn op de uitkomst van de contante waarde. Met andere woorden, de waarde van de baten die in de verre toekomst behaald verwachten te worden, voegen teruggerekend naar de waarde aan het begin van de analyseperiode weinig toe aan de totale baten. Zie het voorbeeld in tabel 6.1. Aangezien de schattingen van de jaarlijkse netto baten meestal met een onzekerheid gepaard gaan van tenminste 5%, wordt de nauwkeurigheid van de analyse nauwelijks beïnvloed als de analyseperiode eindigt na 40 of 50 jaar. Tabel 6.1: voorbeeldberekening contante waarde met variërende analyseperiode Jaarlijkse baten 1 mil. euro, discontopercentage: 5 % per jaar Analyseperiode Contante waarde van de baten 40 jaar 17,2 milj. euro 50 jaar 18,3 milj. euro 60 jaar 18,9 milj. euro 100 jaar 19,9 milj. euro ІІІІ Economische analyse Als de jaarlijkse kosten en de baten bekend zijn, tezamen met het discontopercentage en de analyseperiode kan de verdere economische analyse uitgevoerd worden om de relatieve verdiensten van de maatregelen te bepalen. De standaard indicatoren om de relatieve verdiensten aan te geven zijn de netto contante waarde (NCW) en de kosten-baten verhouding. Het uitvoeren van de economische analyse om tot deze indicatoren te komen gaat als volgt. Allereerst worden voor elk jaar van de analyseperiode de kosten, de baten en de netto waarde (kosten min baten) uitgezet. Deze kunnen vervolgens verdisconteerd worden naar het jaar nul van de analyseperiode. Dit geeft de totale verdisconteerde kosten, baten en netto waarde, oftewel de totale contante kosten de totale contante baten en de netto contante waarde. De netto contante waarde is het verschil tussen de totale contante baten en de totale contante kosten, en is positief als de totale contante baten groter zijn dan de totale contante kosten. De kosten baten verhouding is dan de verhouding tussen de totale contante kosten en de totale contante baten. Een voorbeeld van een economische analyse om te komen tot de NCW en de kosten-baten verhouding is gegeven in tabel

32 De NCW en de kosten-baten verhouding zijn afhankelijk van het gebruikte discontopercentage. Uitgaande dat bij het uitvoeren van maatregelen de kosten gemaakt worden in de beginjaren en de baten gespreid zijn over de latere jaren, zal bij een hoger discontopercentage de NCW afnemen en zal de verhouding tussen de kosten en de baten veranderen ten nadele van de baten. Een vaak gebruikte indicator die de invloed van het discontopercentage aangeeft is de interne rentevoet. Dit is het discontopercentage waarbij de NCW gelijk is aan nul en waarbij de verhouding tussen de kosten en de baten dus gelijk is aan 1. Tabel 6.2: voorbeeld economische analyse, discontopercentage = 7 % per jaar Jaar Baten Kosten Netto baten Contante waarden Baten 1230 Kosten-baten verhouding = 0.6 : 1 Kosten 753 NCW 477 Uit de economische analyse komen twee belangrijke economische indicatoren naar voren, de NCW en de kosten-baten verhouding. Welke economische indicator maatgevend is hangt af van het soort beslissingsprobleem. Er zijn in essentie drie soorten beslissingsproblemen: 1. het ja-nee probleem 2. de keuze tussen verschillende alternatieve maatregelen die hetzelfde doel beogen, waarvan er maar één gekozen kan worden 3. het classificatieprobleem, waarbij een aantal maatregelen moeten concurreren om een beperkt budget. 1. Bij het ja-nee probleem moet er besloten worden of één bepaald project of maatregel al dan niet ten uitvoer gebracht wordt. Met andere woorden er moet besloten worden of het project rendabel en gewenst is. In dit geval worden de economische indicatoren vergeleken aan de hand van een test discontopercentage. Dit test discontopercentage kan worden bepaald door de beleidsmakers of de financiers. Er wordt hierbij als voorwaarde gesteld dat bij het gekozen test discontopercentage het project positieve resultaten geeft. Dus de NCW moet gezien over de analyseperiode positief zijn, de verhouding tussen de kosten en de baten moet ten gunste zijn van de baten en de interne rentevoet moet hoger liggen dan het test discontopercentage. 2. Bij de keuze tussen verschillende alternatieve maatregelen die hetzelfde doel beogen, waarvan er maar één gekozen kan worden is de NCW de maatgevende economische indicator. Deze beslissing beoogt die maatregel te kiezen die het meeste rendement oplevert en dus waarbij de NCW het hoogst is. 27

33 De NCW als maatgevende indicator wordt ook gebruikt bij beslissingsproblemen waarbij een optimum gezocht wordt tussen de investeringen en de daarbij behorende afname van het risico. Een voorbeeld hiervan is te zien in figuur 6.1, waarbij de totale kosten zijn uitgezet ten opzichte van een dijkverhoging. Het verwachte risico vermindert bij een toename van de dijkverhoging. De baten zijn hier dus de vermindering van het te verwachten risico. Door het minimum te vinden van de totale kosten, dit zijn dus de investeringskosten samen met het daarbij te verwachten risicokosten, verkrijgt men de optimale oplossing. Hierbij wordt de optimale oplossing gedefinieerd als de oplossing waarbij het hoogste beschermingsniveau wordt verkregen tegen de laagste kosten. Het afzonderlijk vergelijken van de kosten en de baten of het analyseren van de totale kosten, waarbij de baten inbegrepen worden als een vermindering van de kosten, geven gelijke uitkomsten zoals ook te zien is in figuur 6.2. In beide gevallen is de NCW de maatgevende indicator en wordt er gestreefd naar een maximum waarde hiervan. Figuur 6.1: Voorbeeldweergave van totale kosten van een eenmalige dijkverhoging Figuur 6.2: Voorbeeld weergave van de kosten en baten bij een eenmalige dijkverhoging 3. Bij het classificatieprobleem zijn er verschillende soorten maatregelen of projecten die moeten concurreren om een beperkt budget of een beperkte hoeveelheid middelen. Dit beperkte budget of deze beperkte hoeveelheid middelen kunnen een vast bedrag zijn onafhankelijk van de tijd, of een vast jaarlijks bedrag voor in de toekomst. In beide gevallen moeten planners en beleidsmakers een indicatie krijgen van de mate van prioriteit van de te implementeren maatregelen of projecten. Voor dit classificatieprobleem is de kosten-baten verhouding de maatgevende economische indicator. Het kiezen van maatregelen, gerangschikt op basis van hun kosten-baten verhouding garandeert het hoogste rendement van de gemaakte investeringen. Het kiezen van maatregelen op basis van de hoogste NCW biedt in dit geval dus geen oplossing, aangezien hierbij grootschalige maatregelen die op basis van hun NCW maar net acceptabel zouden zijn, voorkeur zouden krijgen ten opzichte kleinschalige maatregelen met een uitstekende kosten-baten verhouding. Bij het beoordelen en afwegen van verschillende mogelijke maatregelen ter verbetering van het watersysteem wordt dus de kosten-baten verhouding gebruikt. Op basis van deze economische indicator kan eenvoudig de efficiëntie en de prioriteit van een maatregel ten opzichte van andere maatregelen bepaald worden. 28

34 Afstudeerverslag G.F. Verhoeven 4. Casestudie Duiveland 4.1 Casestudiegebied Duiveland Juni Gebiedsbeschrijving Het casestudiegebied betreft het poldergebied Duiveland in het beheersgebied van Waterschap Zeeuwse Eilanden (zie figuur 4.1). Het poldergebied Duiveland heeft een oppervlakte van bijna 100 vierkante kilometer en is onderdeel van het Zeeuwse eiland Schouwen-Duiveland. Binnen het poldergebied Duiveland liggen o.a. de steden Zierikzee, Bruinisse en Niewerkerk. Het gebied is omringd door het zout-brakke water van de Oosterschelde, Grevelingen en het Mastgat. Duiveland Figuur 4.1: Poldergebied Duiveland In heel Duiveland wordt het open waterpeil kunstmatig beheerst. Vanuit de meest benedenstroomse peilvakken in Duiveland wordt het overtollige water uitgeslagen naar de omringende wateren door gemalen. Aangezien het eiland Schouwen-Duiveland niet in directe verbinding staat met rivieren of ander zoet water kan er in droge perioden geen zoetwater van buitenaf ingelaten worden. Door de constante aanvoer van kwelwater levert dit voor de landbouw zelden problemen op. 29

35 De hoogteligging van het maaiveld in Duiveland varieert grofweg tussen de -1 m. N.A.P. en de +1 m. N.A.P. Figuur 4.2 geeft de gedetailleerde hoogteliggingen weer in Duiveland volgens het AHN bestand. Ahn Figuur 4.2: Hoogteligging van het maaiveld in Duiveland (AHN bestand) Hoogteligging in cm. t.o.v. N.A.P. Het watersysteem van Duiveland bestaat uit vijf afwateringseenheden: t Sas, Dreischor, Duiveland Oosterland, Duiveland Ouwerkerk en Zuidhoek. Deze afwateringseenheden stromen onafhankelijk van elkaar af en het overtollige water wordt dus afzonderlijk uitgemalen. In figuur 4.3 staan de vijf afwateringseenheden weergegeven met daarbinnen de verschillende peilvakken. In totaal bestaat het watersysteem van Duiveland uit 52 peilvakken. Voor een gedetailleerde peilvakkenkaart wordt verwezen naar bijlage A. 't Sas Dreischor Duiveland Oosterland Duiveland Ouwerkerk Zuidhoek Figuur 4.3: Afwateringeenheden met peilvakken van het watersysteem Duiveland 30

36 Het grondgebruik in Duiveland is hoofdzakelijk akkerbouw. Figuur 4.5 geeft het gedetailleerde grondgebruik weer volgens het LGN4 bestand. Door de legenda te categoriseren in de 5 klassen: bebouwd gebied, hoogwaardige land- en tuinbouw, akkerbouw, grasland en natuur ontstaat een overzichtelijker beeld van de verhoudingen van de verschillende type grondgebruik in Duiveland. Lgn25 No data gras maïs aardappelen bieten granen overige landbouwgewassen glastuinbouw boomgaard bollen loofbos naaldbos zoet water zout water stedelijk bebouwd gebied bebouwing in buitengebied loofbos in bebouwd gebied naaldbos in bebouwd gebied bos met dichte bebouwing gras in bebouwd gebied kale grond in bebouwd buitengebied hoofdwegen en spoorwegen bebouwing in agrarisch gebied kwelders open zand in kustgebied open duinvegetatie gesloten duinvegetatie duinheide open stuifzand heide matig vergraste heide sterk vergraste heide hoogveen bos in hoogveengebied overige moerasvegetatie rietvegetatie bos in moerasgebied veenweidegebied overig open gegroeid natuurgebied kale grond in natuurgebied norm grondgebruik water en natuur grasland akkerbouw hoogwaardige land- en tuinbouw bebouwd gebied Figuur 4.5: De verschillende type grondgebruik in Duiveland (LGN4 bestand) 31

37 4.1.2 Modelschematisatie Het watersysteem van Duiveland is geschematiseerd in het neerslag-afvoermodel Sobek-RR. Er is gebruik gemaakt van een reeds bestaande schematiesatie van het watersysteem van Duiveland. Deze was opgezet voor het doorrekenen van afzonderlijke buien om het gedrag van het watersysteem te bepalen. De modelschematisatie van Duiveland is gekalibreerd aan de hand van gemeten waterstanden op enkele locaties in het open watersysteem. Voor het doorrekenen van een meerjarige continue neerslagreeks zijn enkele aanpassingen in de oorspronkelijke modelschematisatie noodzakelijk. Doordat de neerslagwaarden van elk uur worden doorgerekend komen er ook lange perioden voor waarin er geen neerslag valt. Voor deze droge perioden is het van belang dat het verdampingsprocessen goed beschreven worden door het model. In de oorspronkelijke modelschematisatie was hier geen rekening mee gehouden aangezien het bestemd was voor het doorrekenen van (korte) buien. In de aangepaste schematisatie is er onderscheid gemaakt tussen het verzadigde en onverzadigde deel van de bodem. Doordat hiermee het vochtgehalte in de onverzadigde zone beter berekend kan worden, wordt de verdamping ook beter beschreven door het model. Zonder dit onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde zone vindt er een constante (hoge) verdamping plaats onafhankelijk van het vochtgehalte in de bodem. Naast deze aanpassing is ook de wateraanvoer in de grond en naar het open water door kwel verbeterd in de modelschematisatie. Het aangepaste model is opnieuw gekalibreerd met de beschikbare meetwaarden. Figuur 4.5 geeft de aangepaste modelschematisatie weer van het neerslag-afvoermodel Sobek-RR. De peilvakken zijn weergegeven door de openwater knopen (reservoirs) en de knopen voor het verharde en onverharde oppervlak. De verschillende open water knopen staan met elkaar in verbinding door middel van de geschematiseerde kunstwerken. Fig. 4.5 Modelschematisatie watersysteem Duiveland in SOBEK-RR 32