Rivierkundige compensatie dijkverbetering - Werkendam Rivierkundige Analyse

Transcriptie

1 Rivierkundige compensatie dijkverbetering - Werkendam 28 oktober 2009 Definitief 9S6258.E0

2 Barbarossastraat 35 Postbus AD Nijmegen (024) Telefoon (024) Fax Internet Arnhem KvK Documenttitel Rivierkundige compensatie dijkverbetering - Werkendam Rivierkundige analyse Verkorte documenttitel Rivierkundige analyse Status Definitief Datum 28 oktober 2009 Projectnaam Rivierkundige berekeningen Werkendam Projectnummer 9S6258.E0 Opdrachtgevers Waterschap Rivierenland Referentie Auteur(s) Michiel Reneerkens MSc Collegiale toets Martin Groenewoud MSc Datum/paraaf 28 oktober 2009 Vrijgegeven door Martin Groenewoud MSc Datum/paraaf 28 oktober 2009

3 INHOUDSOPGAVE Blz. 1 INLEIDING Aanleiding Doelstelling en werkwijze 2 2 EEFECTBEOORDELING TEN BEHOEVE VAN MITIGATIE 3 3 MODEL SCHEMATISATIE EN ONTWERP COMPENSATIE Referentiesituatie Compensatiemaatregel 4 4 RIVIERKUNDIGE BEOORDELING Inleiding Afvoerverdeling MHW standen Stroomsnelheden 10 5 SAMENVATTING EN CONCLUSIES 12 Definitief rapport - i - 28 oktober 2009

4 1 INLEIDING 1.1 Aanleiding Waterschap Rivierenland heeft het plan om een dijkverbetering uit te voeren aan de Sleeuwijkse dijk te Werkendam (Figuur 1.1, rivierkm. 961). De aanleiding hiervoor is dat bij hoogwaterstanden op de rivier gevaar bestaat voor de stabiliteit van de dijk. Tegelijkertijd speelt dat de Gemeente Werkendam een gedeelte van de Beatrixhaven wil dempen. Hiervoor zijn compenserende maatregelen ontworpen in de vorm van uiterwaardvergravingen in de Cloppenwaard. Deze combinatie van activiteiten (demping plus vergraving) is meegenomen in eerdere rivierkundige effectbepalingen en dient in deze studie als T0-situatie (model rekenreferentie). T0: de referentiesituatie met gedeeltelijk gedempte Beatrixhaven en compenserende maatregelen in de Cloppenwaard. Om de dijk te verbeteren is gekozen voor een rivierwaartse uitbreiding van de dijk. Voor deze uitbreiding zijn drie varianten ontworpen: B1: Buitenwaartse dijkverbetering in grond (dijkverplaatsing 55m); B2: Dijkverbetering met verankerde damwand (dijkverplaatsing 10m); B3: Dijkverbetering Mixed in Place (dijkverplaatsing 25m). Voor het realiseren van deze rivierwaartse dijkverbetering is onder andere een Wbrvergunning nodig, te verlenen door Rijkswaterstaat, dienst Zuid-Holland, Waterdistrict Merwede & Maas. Waterschap Rivierenland heeft ten behoeve van de benodigde Wbrvergunningverlening aan Royal Haskoning gevraagd om inzichtelijk te maken wat de hydraulische effecten zijn van de verschillende rivieringrepen. In overleg met Rijkswaterstaat is in juni 2007 overeengekomen dat voor de effectbepaling rivierkundige berekeningen noodzakelijk zijn. De berekeningen zijn uitgevoerd en de resultaten zijn gerapporteerd (februari 2009): 9T8069A0_R0002_Dijkverbetering_Werkendam_Definitief_herzien. Dit rapport is een aanvulling op de rapportage: 9T8069A0_R0002_Dijkverbetering_Werkendam_Definitief_herzien. In dit rapport staan ook de (technische) achtergronden over de modelopzet, rekenmethode en modelkalibratie. Definitief rapport oktober 2009

5 Figuur 1.1: Geplande rivieringrepen nabij Werkendam 1.2 Doelstelling en werkwijze De doelstelling van dit aanvullend onderzoek is om naar aanleiding van de resultaten van 9T8069A0_R0002_Dijkverbetering_Werkendam_Definitief_herzien te beoordelen voor welke dijkverbeteringvarianten mitigerende maatregelen noodzakelijk zijn in het kader van de Wbr-vergunning. Deze beoordeling is gebaseerd op het Rivierkundige Beoordelingskader v2.0. Voor de verschillende dijkverbeteringsvarianten waarvoor compensatie noodzakelijk blijkt, wordt een mitigerende maatregel ontworpen. Het rivierkundige effect van de dijkverbetering inclusief compensatie wordt vervolgens inzichtelijk gemaakt door modelberekeningen (WAQUA) en beoordeeld op basis van het Rivierkundige Beoordelingskader v2.0. Definitief rapport oktober 2009

6 2 EEFECTBEOORDELING TEN BEHOEVE VAN MITIGATIE De resultaten van de rivierkundige effectbepaling voor de verschillende dijkverbeteringsvarianten is uitgevoerd en de resultaten zijn gerapporteerd (februari 2009) onder 9T8069A0_R0002_Dijkverbetering_Werkendam_Definitief_herzien. Uit dit onderzoek is eerst afgeleid dat de gedeeltelijke demping van de Beatrixhaven en vergravingen in de Cloppenwaard (Bea/Clop) zal dienen als referentiesituatie voor de rivierkundige effectbepaling van de verschillende dijkvarianten 1 (T0-situatie). Daarna zijn de rivierkundige effecten bepaald voor de verschillende dijkvarianten ten opzichte van de T0-situatie. Tabel 1.1 en 1.2 tonen een samenvatting van de meest bepalende resultaten: Tabel 1.1: Waterstandseffecten voor de verschillende varianten voor randvoorwaardenset A ( m 3 /s bij Lobith en matige storm op zee). Waterstandeffect op de rivieras (mm) t.o.v. de referentie Maximaal waterstandeffect aan de bandijk (mm) t.o.v. de referentie B1 (55m) B2 (10m) B3 (25m) Tabel 1.2: Waterstandseffecten voor de verschillende varianten voor randvoorwaardenset B ( m 3 /s bij Lobith en hevige storm op zee). Waterstandeffect op de rivieras (mm) t.o.v. de referentie Maximaal waterstandeffect aan de bandijk (mm) t.o.v. de referentie B1 (55m) B2 (10m) - +1 B3 (25m) - +4 Tabel 1.1 toont dat de dijkvarianten B1 en B2 resulteren in resp. 3mm en 1mm waterstandsverhoging op de as van de rivier voor randvoorwaardenset A. Gezien dit waterstandseffect zal in principe compensatie gezocht moeten worden voor de dijkverbeteringsvarianten B1 en B2. De overige resultaten laten echter zien dat een rivierwaartse dijkverplaatsing van 25m (B3, Tabel 1) niet leidt tot een waterstandsverhoging op de as van de rivier, in tegenstelling tot een rivierwaartse dijkverplaatsing van 10m (B2, Tabel 1). De berekende opstuwing op de as van de rivier van 1mm ten gevolge van dijkvariant B2 is mogelijk het gevolg van numerieke modelruis en wordt als uiterst onwaarschijnlijk beschouwd. Gezien de effecten van de andere dijkverbeteringsvarianten is dan ook bepaald dat er alleen compenserende maatregelen nodig zijn voor dijkverbeteringsvariant B1. De lokale opstuwing aan de bandijk zal beoordeeld worden door de dijkbeheerder (Waterschap Rivierenland). 1 Bevestigd door Rijkswaterstaat, dienst Zuid-Holland, Waterdistrict Merwede & Maas ( 19/06/2009). Definitief rapport oktober 2009

7 3 MODEL SCHEMATISATIE EN ONTWERP COMPENSATIE 3.1 Referentiesituatie De invoerbestanden voor de WAQUA berekeningen worden geschematiseerd met behulp van BASELINE Figuur 3.1 toont het BASELINE referentie (bodem)model inclusief oeverlaten ter hoogte van de geplande dijkverbetering. Ter compensatie worden veranderingen aangebracht aan het overlatenbestand en de bodem binnen Cloppenwaard compensatiecontour. Figuur 3.1: BASELINE bodemmodel van de referentiesituatie ter plaatse van de geplande dijkverbetering te Werkendam 3.2 Compensatiemaatregel Figuur 3.2 toont het aangepaste bodemmodel en overlatenbestand voor de situatie met dijkverbetering B1 met compensatiemaatregel. De rivierkundige compensatie bestaat uit de volgende maatregelen: Aanpassing van de bodemhoogte (reliëfvermindering). De bodemhoogtes binnen de gegeven contourlijnen van de referentie variëren tussen de 0,5 en 1,25m +NAP. Voor de compensatiesituatie worden alle hoogtes geëgaliseerd tot 0,75m +NAP. Ten opzichte van de T0-situatie resulteert deze compensatiemaatregel in een extra vergraving van m 3 in de Cloppenwaard; Verkorting van de kade (overlaat) langs de westelijke plas. Deze ingrepen moeten voor een betere doorstroming van de Cloppenwaard zorgen tijdens hoogwater. Definitief rapport oktober 2009

8 Figuur 3.2: BASELINE bodemmodel met overlaatbestanden van de nieuwe riviersituatie ten gevolge van de dijkbetering B1 en de compensatiemaatregel (vergelijk figuur 3.1). Definitief rapport oktober 2009

9 4 RIVIERKUNDIGE BEOORDELING 4.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de rivierkundige effecten beschreven van de dijkverbeteringsvariant B1 inclusief compenserende maatregel. De effecten worden onderzocht per randvoorwaardenset A en B: A. Matige storm op de Noordzee, hoogwaterstand Maasmond +2,0 m met afvoerniveau bij Lobith van m 3 /s; B. Stevige storm op de Noordzee, hoogwaterstand Maasmond +3,0 m met afvoerniveau bij Lobith van m 3 /s. Over de berekeningen met WAQUA moet worden opgemerkt dat de modelresultaten niet helemaal stabiel zijn. Het model vertoont nabij het splitsingspunt onverklaarbare verschillen in de waterstand terwijl op deze locaties geen verschillen in bodemhoogte, ruwheid of overlaten aanwezig zijn. De oorzaak hiervan is (nog) niet helemaal helder (er zijn meerdere discussies gevoerd met RWS / Deltares). De lokale instabiliteit treedt echter vooral op benedenstrooms van de ingreep en niet binnen het interessegebied, waardoor het model gebruikt kan worden om de rivierkundige effecten van de ingrepen nabij Werkendam te beoordelen. 4.2 Afvoerverdeling Figuur 4.1 en 4.2 tonen de afvoerlijnen berekend met WAQUA. Voor de referentiesituatie stroomt tijdens de randvoorwaardenset A, m 3 /s door de Nieuwe Merwede en m 3 /s door de Beneden Merwede. Figuur 4.1: WAQUA resultaten van de afvoerberekening van de referentiesituatie nabij Werkendam voor randvoorwaardenset A. Definitief rapport oktober 2009

10 In de referentiesituatie stroomt voor de randvoorwaardenset B circa m 3 /s door de Nieuwe Merwede en ongeveer m 3 /s door de Beneden Merwede. Figuur 4.2: WAQUA resultaten van de afvoerberekening van de referentiesituatie nabij Werkendam voor randvoorwaardenset B. De berekende afvoerwaarden tonen aan dat de afvoerverdeling over het splitsingspunt overeenkomen met de gehanteerde vuistregel van RWS-DZH. De vuistregel schrijft voor dat vanaf het splitsingspunt circa 2/3 van de afvoer van de Waal naar de Nieuwe Merwede stroomt en 1/3 van de Waalafvoer naar de Beneden Merwede. Definitief rapport oktober 2009

11 4.3 MHW standen Randvoorwaardenset A De berekende waterstanden voor de referentiesituatie en de dijkverbetering B1 plus compensatie zijn met elkaar vergeleken voor randvoorwaardenset A (figuur 4.3 t/m 4.5). De dijkverbetering inclusief de compenserende maatregelen zorgen voor een verlaging van de waterstand van 4 tot 5 mm bovenstrooms van de ingreep. Door de ingreep ontstaat ter hoogte van de Cloppenwaard een lokale opstuwing van de waterstand. Deze opstuwing is te verklaren doordat op deze locatie het extra toegestroomde water ten gevolge van de compensatie samenkomt. Dit effect zorgt voor een lokale waterstandverhoging van 18mm aan de bandijk. Randvoorwaardenset B Figuur 4.3 en 4.5 tonen het waterstandeffect ten gevolge van de ingreep (dijkverbetering B1 plus compensatiemaatregel) voor randvoorwaardenset B. De combinatie van ingrepen resulteert in een bovenstroomse waterstandverlaging van 3 tot 4mm in de as van de rivier over een bovenstrooms traject van meer dan een kilometer. Door de ingreep ontstaat ter hoogte van de Cloppenwaard een lokale opstuwing van 8mm aan de bandijk. De berekende lokale opstuwing aan de bandijk wordt deels veroorzaakt door de WAQAU modelschematisatie. De dijkvariant is in werkelijkheid goed gestroomlijnd maar de schematisatie is beperkt tot de resolutie van het grid (minimaal 5m). Hierdoor ontstaat een blokkige dijkgeometrie waardoor de berekende opstuwing aan de bandijk waarschijnlijk wordt overdreven. Hoeveel millimeter wordt overdreven is moeilijk aan te geven Waterstandseffect (mm) Randvoorwaardenset A Randvoorwaardenset B -7 v Cloppenwaard -8 Rivierkilometer (km) Figuur 4.3. Waterstandeffect op de as van de rivier ten gevolge van de dijkverbetering B1 plus compensatie. Definitief rapport oktober 2009

12 Figuur 4.4: waterstandsverschil tussen de referentiesituatie en de dijkverbetering B1, inclusief de compensatiemaatregel voor randvoorwaardenset A Figuur 4.5: Verschillen in waterstand tussen de referentiesituatie en de dijkverbetering in grond (B1) plus de compensatiemaatregel voor randvoorwaardenset B. Definitief rapport oktober 2009

13 4.4 Stroomsnelheden Randvoorwaardenset A Figuur 4.6 toont de stroomsnelheden en stroomrichtingen ter hoogte van de dijkverbetering B1 plus compensatie voor m 3 /s. De stroomsnelheid in de hoofdgeul bedraagt maximaal 2,3m/s. In de Cloppenwaard is de stroomsnelheid beduidend lager; in de orde van 0,3 tot 1,3 m/s. Figuur 4.7 toont het effect op de stroomsnelheid als gevolg van de ingrepen. De stroomsnelheid zal zeer lokaal toenemen met 0,15 m/s in de Cloppenwaard. Figuur 4.6: Stroomsnelheden en richting nabij dijkverbetering, inclusief compenserende maatregelen voor randvoorwaardenset A Figuur 4.7: Verschil in stroomsnelheid tussen de referentiesituatie en de dijkverbetering inclusief compenserende maatregelen voor randvoorwaardenset A Definitief rapport oktober 2009

14 Randvoorwaardenset B De stroomsnelheden in de hoofdgeul voor randvoorwaardenset B zijn lager (maximaal 0,5m/s lager) dan voor de randvoorwaardenset A. De maximale stroomsnelheid in de hoofdgeul bedraagt 1,7 m/s. Ter hoogte van de ingrepen ligt de stroomsnelheid in de orde van 0,25 1,0 m/s. De ingrepen hebben tot gevolg dat de stroomsnelheid toeneemt in de Cloppenwaard met 0,23 m/s. Figuur 4.8: Stroomsnelheden en richting nabij de ingrepen voor randvoorwaardenset B Figuur 4.9: Verschil in stroomsnelheid tussen de referentiesituatie en de combinatie van ingrepen randvoorwaardenset B. Definitief rapport oktober 2009

15 5 SAMENVATTING EN CONCLUSIES Ten behoeve van de benodigde Wbr-vergunningverlening is in dit onderzoek inzichtelijk gemaakt welke dijkverbeteringsvariant rivierkundig gecompenseerd dient te worden. Vervolgens is voor deze variant (buitenwaartse dijkverbetering in grond met rivierwaartse dijkverplaatsing van 55m, B1) een compensatiemaatregel ontworpen: Vergravingen binnen de contouren van de Cloppenwaardvergravingen tot 0,75m +NAP; Verbeterde doorstroming vlak voor de winterbedvernauwing (benedenstrooms van de dijkverbetering) door het gedeeltelijk verwijderen van een overlaat en een verbeterde aansluiting op de bovenstroomse plas. Onderstaande tabel 5.1 toont samengevat de resultaten van de rivierkundige effectbepaling voor buitenwaartse dijkverbetering in grond (B1) inclusief de compensatiemaatregel. De weergegeven resultaten zijn toegespitst op de Wbraanvraag en gebaseerd op het vigerende Rivierkundig Beoordelingskader (versie 2.0). Tabel 5.1: Relevante hydraulische effecten voor de Wbr-aanvraag voor de buitenwaartse dijkverbetering in grond (B1) inclusief compenserende maatregelen voor randvoorwaardenset A ( m 3 /s bij Lobith en matige storm) en voor randvoorwaardenset B ( m 3 /s bij Lobith en hevige storm). Randvoorwaardenset A Randvoorwaardenset B Effect op afvoerverdeling bij MHW > 5 m 3 /s > 5 m 3 /s Waterstandeffect op de rivieras bij MHW -5mm -4mm Maximaal waterstandeffect aan de bandijk (mm) t.o.v. de referentie +18mm +8mm Effect op stroomsnelheid + 0,15 m/s + 0,23 m/s Aanzanding en erosie zomerbed nvt nvt Aanzanding en erosie winterbed niet onderzocht niet onderzocht Verzilting in de Rijn-Maasmonding nvt nvt Uit de verschillende rivierkundige resultaten en beoordelingen kunnen de volgende conclusies worden getrokken: De combinatie van vergravingen in de Cloppenwaard en de gedeeltelijke overlaat verwijdering worden beschouwd als een adequate compensatiemaatregel; De resultaten van de rivierkundige berekeningen zullen beoordeeld worden door de rivierbeheerder. De lokale opstuwing aan de bandijk zal beoordeeld worden door de dijkbeheerder; De aanzanding en erosie in het winterbed is niet onderzocht. De inschatting is echter dat deze morfologische effecten gering zullen zijn gezien de algemene lage stroomsnelheden in de Cloppenwaard tijdens MHW (extreme afvoer). Definitief rapport oktober 2009