Achtergronddocument Morfologische berekeningen MER Zandmotor

Transcriptie

1 Achtergronddocument Morfologische berekeningen MER Zandmotor Deltares Provincie Zuid-Holland I.s.m. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, i.s.m. Gemeente Den Haag, Gemeente Westland, Hoogheemraadschap van Delfland, Milieufederatie Zuid- Holland November 2009

2 Morfologische berekeningen MER zandmotor

3

4 Morfologische berekeningen MER zandmotor Pieter Koen Tonnon Jebbe van der Werf Jan Mulder Deltares, 2009

5

6

7

8 Inhoud 1 Inleiding Achtergrond Doel van de studie Aanpak van de studie Leeswijzer 3 2 Opzet morfologisch model Modelroosters, -randen en bodems Modelroosters en -randen Modelbodems Randvoorwaarden; getij- en golfschematisatie Stromingsrandvoorwaarden en getijschematisatie Golfrandvoorwaarden en golfschematisatie Modelinstellingen en morfologisch schema Morfologisch schema Duinmodule Implementatie Instellingen duinmodule Onderhoudsuppleties voor kustlijnhandhaving Uitgevoerd onderhoud Delflandse kust tot Verschillende doelen Modelschematisatie kustonderhoud Modelcalibratie Modelvalidatie en gevoeligheidsonderzoek Modelvalidatie Resultaten Gevoeligheidsonderzoek Bandbreedte van modelresultaten 30 4 Modelberekeningen Referentie en zandmotor alternatieven Basisalternatieven en referentiescenario s Voorkeursalternatief en gewijzigd referentie-bkl scenario Modelresultaten: Analyse hydrodynamica en zandtransport Golven Stroming Zandtransporten Modelresultaten: analyse kustlijnonderhoud en analyse duinareaal Criteria kustlijnonderhoud en ontwikkeling duinareaal Basisalternatieven en referentiescenario s Voorkeursalternatief en gewijzigd referentie BKL scenario (BKL+) Modelresultaten: dwarsprofielen, MKL- en duinvoet positie Expert judgement aanslibbing zandmotor 56 i

9 5 Conclusies en aanbevelingen Conclusies modelaanpak en bandbreedte Conclusies onderhoudsbehoefte, lokatie-, vorm- en buffersuppleties Conclusies duinontwikkeling Aanbevelingen 61 6 Referenties 62 Bijlage(n) A Parameters representatieve golfklimaat 65 B Hydrodynamica en zandtransport 67 B.1 Golfconditie WC40 (Hs = 1.97 m, Tp = 5.99 s, dir = 246 ºN) 67 B.2 Golfconditie WC90 (Hs=1.97m, Tp=6.59s, dir=322ºn) 72 C Resultaten 77 C.1 Referentie BKL 77 C.2 Referentie KF 80 C.3 Eiland 83 C.4 Haak-Noord 86 C.5 Haak-Zuid 89 C.6 Onderwater 92 C.7 Gewijzigd referentie BKL scenario (BKL+) 95 C.8 Voorkeursalternatief 98 D Dwarsprofielen, MKL en Duinvoetposities 101 E Ontwikkeling bodemsamenstelling voorkeursalternatief en gewijzigd referentie BKL scenario 117 E.1 Gewijzigd referentie BKL scenario (BKL+) 117 E.2 Voorkeursalternatief 119 F Expert judgement aanslibbing zandmotor 121 F.1 Achtergrond 121 F.2 Methode 121 F.3 Resultaten 123 F.4 Overige alternatieven 125 F.5 Conclusies en aanbevelingen 127 F.6 Literatuur 129 Morfologi sche berekenin gen MER zandmoto r

10 1 Inleiding 1.1 Achtergrond De provincie Zuid-Holland heeft het voornemen een zandmotor aan te leggen voor de Delflandse kust. Het principe van de zandmotor is het eenmalig suppleren van een grote hoeveelheid zand voor de kust in plaats van periodiek kleinere suppleties op of nabij het strand uit te voeren. Het effect is dat zand zich vervolgens door natuurlijke processen langs de kust verspreidt en op deze manier kan voorzien in het noodzakelijke kustonderhoud en de gewenste kustontwikkeling. De hoofddoelstelling van de zandmotor pilot (gegeven in de richtlijnen van het bevoegd gezag) is het stimuleren van de zeewaartse en natuurlijke uitbouw van het strand en de zeereep over een relatief langgerekt kustgebied. Dit is gunstig voor de lange termijn kustveiligheid en biedt mogelijkheden voor natuurontwikkeling en recreatie. Een belangrijke nevendoelstelling is de kennisontwikkeling die kan plaatsvinden met betrekking tot de morfologische ontwikkeling en de daaraan ten grondslag liggende processen. Dit maakt het mogelijk de resultaten van het experiment ook in meer generieke zin te gebruiken. Voor het verkrijgen van de benodigde vergunningen van het bevoegd gezag (Minster van Verkeer en Waterstaat) moet een milieueffectrapportage (MER) worden opgesteld. De provincie Zuid-Holland laat de MER zandmotor opstellen door DHV en heeft Deltares opdracht versterkt de daartoe benodigde langjarige morfologische berekeningen uit te voeren. Verantwoording De provincie Zuid-Holland heeft in haar collegeprogramma het belang en de maatschappelijke urgentie erkend van een integrale inrichting van de Zuid-Hollands kust. De bestuurlijke ambities zijn vertaald in het Programma Kust. Een centraal onderdeel van dit programma is de innovatieve pilot kustontwikkeling, ofwel de aanleg van een zandmotor voor de Delflandse kust. Naar aanleiding van het symposium Kansen voor de Kust hebben V&W en de provincie Zuid-Holland samen met de overige leden van de stuurgroep Haalbaarheid Kustontwikkeling het zandmotor principe verder geconcretiseerd. In de verkenningsfase is hiertoe een procesontwerp ontwikkeld en is er een juridische analyse (Royal Haskoning, 2008a), een marktscan (Royal Haskoning, 2008b) en een risicoanalyse (Royal Haskoning, 2008c) uitgevoerd en is er een verkenning uitgevoerd naar mogelijke ontwerprichtingen voor een zandmotor en de effecten hiervan op veiligheid, ecologie en recreatie (WL Delft Hydraulics, 2007). De verdere concretisering van het zandmotor concept heeft geleid tot het afsluiten van de ambitieovereenkomst pilotproject zandmotor (2008) tussen betrokken partijen. In de eerste fase van de planstudie heeft Grontmij in opdracht van de provincie Zuid-Holland een startnotitie MER opgesteld (Grontmij, 2008). Deltares heeft hieraan een bijdrage geleverd in de vorm van langjarige morfologische berekeningen gericht op duinontwikkeling (Deltares, 2008). De tweede fase van de planstudie behelst het opstellen van MER zandmotor door DHV. De onderliggende morfologische modelstudie levert toe aan deze MER zandmotor. Morfologische berekeningen MER zandmotor 1

11 1.2 Doel van de studie Het doel van deze studie is het in kaart brengen van de grootschalige morfologische ontwikkeling van de Delflandse kust voor een viertal zandmotor alternatieven over een periode van 20 jaar in de werkingsfase van de zandmotor. De studie richt zich met name op het kwantificeren van de kustonderhoudsbehoefte en verandering van duinareaal bij verschillende zandmotor alternatieven. De inbedding en vertaling van modelresultaten in de MER maakt geen deel uit van deze studie. De effecten op slibtransporten, ecologie en de effecten van zandwinning en aanleg van de zandmotor worden in de MER beschouwd en maken geen deel uit van deze studie. 1.3 Aanpak van de studie Om de morfologische effecten van de zandmotor alternatieven te kwantificeren is een procesgebaseerd morfologisch model opgezet, gevalideerd en toegepast. Met dit morfologische model is de grootschalige morfologische kustontwikkeling in kaart gebracht en is de kustonderhoudsbehoefte en de verandering van duinareaal bij de verschillende zandmotor alternatieven gekwantificeerd. De werkwijze van deze modelstudie bestond uit drie fasen; in de eerste fase is het model opgezet en afgeregeld, waarna in fase 2 het model gevalideerd is en er een beperkte gevoeligheidsstudie is uitgevoerd. Tot slot is het model toegepast om de verschillende zandmotor alternatieven onderling te vergelijken. Hieronder volgt een korte beschrijving van elke fase. Fase 1; de opzet van het model betrof ondermeer het construeren van de modelroosters en modelbodems en het afleiden en schematiseren van de randvoorwaarden en het golfklimaat. Om morfologische berekeningen over een periode van 20 jaar mogelijk te maken binnen een beperkte rekentijd zijn geavanceerde schematisatiemethoden en modeltechieken toegepast. In deze fase is het model verder getoetst aan en afgeregeld op de onderhoudsbehoefte. Om inzicht te verschaffen in het voorspellende vermogen van het gebruikte model zijn in Fase 2 validatieberekeningen uitgevoerd over de periode inclusief kustonderhoud en is er een vergelijking gemaakt met de op basis van JARKUS data bepaalde volumeveranderingen van het strand- en duinprofiel. Met behulp van een gevoeligheidsonderzoek waarin enkele belangrijke invoergegevens zijn gevarieerd, is inzicht verschaft in de bandbreedte van de resultaten. De resultaten van deze gevoeligheidsanalyse kunnen worden gebruikt om te bepalen in welke mate de voorspelde effecten van de zandmotor alternatieven onderscheidend zijn. De derde en laatste fase betrof de morfologische modelberekeningen van vier zandmotor alternatieven en twee referentiescenario s over een periode van 20 jaar inclusief periodiek kustonderhoud. Naast berekeningen voor een eiland alternatief, een noordelijk en een zuidelijk gelegen haak en een onderwater alternatief zijn referentieberekeningen zonder zandmotor uitgevoerd voor een scenario waarbij alleen de kustlijn wordt gehandhaafd middels vooroeversuppleties en een scenario waarbij zowel de kustlijn als het kustfundament wordt gehandhaafd middels vooroeversuppleties. Tot slot is het voorkeursalternatief en een referentiescenario zonder kustfundament onderhoud doorgerekend met een gewijzigd suppletieschema en grover suppletiemateriaal. 2 Morfologische berekeningen MER zandmotor

12 1.4 Leeswijzer In hoofdstuk 2 worden de modelopzet, modelschematisaties en modelinstellingen besproken. In hoofdstuk 3 worden de resultaten van de validatieberekening en gevoeligheidsstudie behandeld Vervolgens worden in hoofdstuk 4 de modelresultaten van twee referentie scenario s en vier zandmotor alternatieven besproken, alsmede van het voorkeursalternatief en daarmee vergelijkbaar referentiescenario, waarna in hoofdstuk 5 de conclusies van deze studie worden gepresenteerd. Morfologische berekeningen MER zandmotor 3

13 2 Opzet morfologisch model Een gevalideerd morfologisch model kan worden gebruikt om de grootschalige morfologische effecten van de verschillende zandmotor alternatieven te kwantificeren en deze alternatieven op een objectieve wijze met elkaar te kunnen vergelijken. Daarom is in deze studie gekozen een zogenaamd proces-gebaseerd diepte-gemiddeld (2DH) morfologisch model op te zetten en te valideren met als gewenste toepassingen: 1 het kwantificeren van de kustonderhoudsbehoefte bij de verschillende zandmotor alternatieven 2 het kwantificeren van de verandering van duinareaal bij de verschillende zandmotor alternatieven Voor het morfologische model is het proces-gebaseerde, numerieke modelpakket Delft3D gebruikt in combinatie met het SWAN golfmodelpakket. De opzet van het morfologische model staat centraal in dit hoofdstuk. Achtereenvolgens worden de gebruikte modelroosters, bodems en randvoorwaarden beschreven en worden de fysische parameter instellingen en modelinstellingen gegeven. 2.1 Modelroosters, -randen en bodems Modelroosters en -randen Het in het stromingsmodel gebruikte modelrooster beslaat de ca. 26 km lange kustzone tussen de Maasvlakte en Meijendel en beslaat ca. 15 km in zeewaartse richting tot een diepte van meer dan 23 m. Het gebruikte golfrooster beslaat een groter gebied in zuidelijke en noordelijke richting teneinde randeffecten in het golfveld te minimaliseren. De maximale resolutie in het interessegebied tussen Hoek van Holland en Scheveningen bedraagt voor beide roosters ca. 20 m in kustdwarse richting en 80 m in kustlangse richting. De voor de validatie gebruikte modelroosters inclusief Maasvlakte 1 zijn weergegeven in Figuur 2.1. Voor de langjarige morfologische berekeningen van de referentie en zandmotor alternatieven zijn aangepaste modelroosters gebruikt, waarin rekening is gehouden met de aanleg van Maasvlakte 2. 4 Morfologische berekeningen MER zandmotor

14 Figuur 2.1 De voor de validatie gebruikte rekenroosters met in het zwart het rekenrooster van het golfmodel en in het rood het rekenrooster voor het stromingsmodel. (Voor de langjarige morfologische berekeningen van de referentie en zandmotor alternatieven zijn aangepaste rekenroosters gebruikt waarin rekening is gehouden met de aanleg van Maasvlakte 2.) Het model heeft vier open randen: twee Neumann-type randen waar waterstandsgradiënten worden opgegeven in het Zuiden en Noorden, een waterstandsrand op de Westelijke zeerand en een debietrand ter plaatse van de Nieuwe Waterweg Modelbodems De bij de opzet en validatie van het model gebruikt gebruikte modelbodems voor 1990 en 2005 zijn gebaseerd op JARKUS data, aangevuld met vakloding data. De modelbodems voor de referentie en zandmotor alternatieven zijn gebaseerd op de ontwerpprofielen voor duincompensatie en versterking, aangevuld met JARKUS en vakloding data van 2008 en eerder. De referentie en zandmotoralternatieven worden in meer detail beschreven in Hoofdstuk Randvoorwaarden; getij- en golfschematisatie Stromingsrandvoorwaarden en getijschematisatie De randvoorwaarden voor het stromingsmodel bestaan uit waterstandgradiënten op beide laterale randen, waterstanden op de offshore zeerand en debieten ter plaatse van de Nieuwe Waterweg. De gebruikte randvoorwaarden zijn afgeleid uit betrouwbare, gevalideerde stromingsmodellen voor de zuidelijke Noordzee (Zuno-fijn model) en de Maas Delta (Zeedelta Morfologische berekeningen MER zandmotor 5

15 model), zie Figuur 2.2. Bij het afleiden van de randvoorwaarden met deze modellen zijn de lange-termijn gemiddelde afvoeren toegepast (Hagesteijn 210 m 3/ s, Tiel 1270 m 3/ s, Lith 220 m 3/ s), alsmede de windsnelheid en -richting welke leiden tot de lange-termijn gemiddelde wind schuifspanning componenten (windsnelheid 7 m/s, windrichting 240ºN). Figuur 2.2 Modelroosters Zuno-fijn (zwart) en Zeedelta-grof (rood) zoals gebruikt bij het afleiden van randvoorwaarden Om de morfologische veranderingen op een tijdschaal van 20 jaar te kunnen berekenen in enkele dagen rekentijd dienen de bodemveranderingen te worden opgeschaald, hierbij wordt gebruik gemaakt van een morfologisch, representatief getij dat ook lange-termijn gemiddelde residuele transporten oplevert. Het hier gebruikte morfologische getij is afgeleid door in een tiental raaien langs de Hollandse kust de langstransporten over een doodtij-springtij cyclus te simuleren en hieruit het meest representatieve dubbeldaags getij te bepalen middels de methode van Latteux (1995). Het morfologisch getij loopt van 23 maart :32 tot 25 maart :22. Om dit getij meerdere malen achter elkaar te kunnen simuleren is het getijsignaal cyclisch gemaakt met behulp van een harmonische analyse met 16 componenten waarna alle oneven componenten worden verwijderd, overeenkomstig de aanbevelingen in Roelvink et al. (1998) Golfrandvoorwaarden en golfschematisatie Voor het afleiden van de randvoorwaarden van het golfmodel is gebruik gemaakt van golfdata afkomstig van de meetstations Euro Platform (EUR) en Meetpost Noordwijk (MPN). De data betreffen significante golfhoogte (H 1/3 ), significante golfperiode (T 1/3 ), golfvoortplantingsrichting ( golf ), magnitude van de windsnelheid (V wind ), windrichting ( wind ) en stormopzet elke 3 uur voor de periode Rijksdriehoek (RD) coördinaten van 6 Morfologische berekeningen MER zandmotor

16 meetstation EUR zijn xrd = 9963 m en yrd = m en die van meetstation MPN xrd = m en yrd = m. EUR ligt ongeveer 35 km ten westen van het zuidwestelijke roosterpunt van het golfmodel. MPN ligt op het rekenrooster, ongeveer 13 km ten oosten van de westelijke rand. Het belangrijkste verschil tussen deze meetstations is de waterdiepte waarin ze gelegen zijn. Meetstation EUR ligt op relatief diep water (32 m) en meetstation MPN op relatief ondiep water (18 m). Gezien de ligging van deze meetstations ten opzichte van de zeewaartse rand van het golfmodel en de waterdiepte langs de modelrand (22-25 m) ligt het voor de hand om de randvoorwaarden te baseren op data van beide meetstations. Aangezien de kustlangse posities van de meetstations verschillend zijn, betekent dit dat we aannemen dat de kustlangse variatie van de wind en golven gering is. Om deze aanname te verifiëren maken we een vergelijking tussen de data afkomstig van beide meetstations. Figuur 2.3 toont de golfroos, Figuur 2.4 de significante golfhoogte en Figuur 2.5 de windroos voor beide meetstations. Figuur 2.3 Golfrozen voor meetstations Europlatform (EUR) en Meetpost Noordwijk (MPN). Golfrichting is gedefinieerd op basis van de nautische conventie Morfologische berekeningen MER zandmotor 7

17 Figuur 2.4 Vergelijking tussen de significante golfhoogtes bij meetstations Europlatform (EUR) en Meetpost Noordwijk (MPN). Figuur 2.5 Windrozen voor meetstations Europlatform (EUR) en Meetpost Noordwijk (MPN). Windrichting is gedefinieerd op basis van de nautische conventie. Uit Figuur 2.3 blijkt dat de twee dominante golfrichtingen NNW en ZW zijn. Het grootste verschil tussen de twee stations zit in de oriëntatie van de golven uit noordelijke richtingen. Bij meetstation EUR vallen deze golven in onder een hoek van ongeveer 350 o N, terwijl bij MPN deze hoek ongeveer 320 o N bedraagt. Dit verschil wordt waarschijnlijk veroorzaakt door dieptegeïnduceerde golfrefractie, waardoor de golven bij MPN meer haaks op de kust staan. Figuur 2.4 laat zien dat de golfhoogtes bij de meetstations sterk gecorreleerd zijn. De correlatiecoëfficiënt, r, heeft een waarde van 0.92 (r = 0 betekent dat er geen correlatie is, r = 1 betekent dat beide datasets volledig gecorreleerd zijn). Wat opvalt, is dat de golven bij station EUR systematisch hoger zijn dan bij MPN. Dit verschil is gemiddeld 0.2 m. Dit komt 8 Morfologische berekeningen MER zandmotor

18 grotendeels door de dissipatie van golfenergie door bodemwrijving tussen 30 en 18 m waterdiepte. Figuur 2.5 toont dat de wind data bij beide stations erg op elkaar lijken. Bovenstaande analyse bevestigt dat de aanname van ruimtelijk constante golfrandvoorwaarden gerechtvaardigd is. Dit wordt onderschreven door de studie van Van de Rest (2004). Van de Rest heeft golfdata afkomstig van verschillende meetstations langs de Nederlandse kust met elkaar vergeleken. Op basis hiervan concludeert hij dat de ruimtelijke variatie van de belangrijkste golfparameters beperkt is, mits rekening gehouden wordt met de waterdiepte. Gegeven de waterdieptes en de afstand van de meetstations tot de rand van het rekenrooster is het representatieve golfklimaat afgeleid op basis van het gewogen gemiddelde van de golfen windparameters van de twee meetstations. De data zijn allereerst geclusterd in 10 golfhoogte- en 12 golfrichting-klassen. De golfhoogte-klassen lopen van 0.25 tot 5.25 m met een interval van 0.5 m; de golfrichting-klassen lopen van 0 tot 360 o N met een interval van 15 o N waarbij golven met een invalshoek tussen de 15 en 195 o N niet zijn meegenomen, aangezien het aflandige golven betreft. Het resulterende representatieve golfklimaat wordt weergeven in Tabel 2.1 en Figuur 2.6. Tabel 1 laat per gecombineerde golfhoogte- en golfrichting-klasse de kans van voorkomen zien. Dezelfde tabellen voor de golfhoogte, golfperiode, golfrichting, windsnelheid, windrichting en windopzet zijn te vinden in Bijlage A. Figuur 2.6 toont de golfroos. H 1/3 (m) golf ( o N) Totaal Totaal Tabel 2.1 Kans van voorkomen (in %) van een bepaalde golfconditie in het representatieve golfklimaat welke is bepaald aan de hand van de data van de meestations Europlatform en Meetpost Noordwijk. Morfologische berekeningen MER zandmotor 9

19 Figuur 2.6 Golfroos van het afgeleide golfklimaat. Richting is gedefinieerd op basis van de nautische conventie. Afleiden gereduceerd golfklimaat Het golfklimaat zoals weergegeven in Tabel 2.1 bevat 116 verschillende condities. Om de rekentijd van de simulaties te beperken, reduceren we dit golfklimaat tot een hanteerbaar aantal condities. Berekeningen met dit gereduceerde golfklimaat dienen een vergelijkbare morfologische ontwikkeling te geven als met het volledige aantal golfcondities. Dit zogeheten morfologische golfklimaat wordt afgeleid met behulp van het programma OPTI (Mol, 2007). Het doel van de exercitie met OPTI is het bepalen van een kleinere set golfcondities waarmee de getijgemiddelde sediment transporten op basis van alle 116 condities goed gereproduceerd worden. Aangezien het interessegebied in deze studie de Delflandse kust is, richten we ons op de transporten tussen Hoek van Holland en de haven van Scheveningen van de -20 tot de +3 m diepte contour lijn. Daartoe zijn de volgende stappen uitgevoerd. Allereerst zijn er 116 verschillende simulaties gedaan (één voor elke golfconditie) zonder morfologische bodem update. De invloed van getij, wind en golven is meegenomen met de modelinstellingen zoals beschreven in paragraaf 2.3. Voor elke simulatie zijn de getijgemiddelde transporten in het interessegebied bepaald. Vervolgens is hiervan een gewogen gemiddelde bepaald op basis van de weegfactoren (kans van voorkomen), zoals weergegeven in Tabel 2.1. Deze totaal transporten zijn het doel in de OPTI routine. Dan begint de afvalrace van golfcondities. Van elke golfconditie wordt de bijdrage aan het transportveld bepaald aan de hand van het product van de weegfactor en de wortel van de gemiddelde kwadratisch transporten. De golfconditie met de kleinste bijdrage wordt verwijderd door de weegfactor van deze conditie op 0 te zetten. Vervolgens worden de weegfactoren van de resterende golfcondities willekeurig veranderd volgens: w 2* w * ran (1) i,nieuw i,oud met ran een willekeurig getal tussen 0 en scaleto1 op basis van een uniforme kansverdeling met scaleto1 een door de gebruiker in te stellen getal tussen de Met deze nieuwe weegfactoren (en de berekende transporten per conditie) wordt bepaald hoe goed het doel, 10 Morfologische berekeningen MER zandmotor

20 het transportveld dat volgt uit alle golfcondities, wordt benaderd. De relatieve fout is hiervan de indicator. Het aanpassen van de weegfactoren en het berekenen van de relatieve fout behorende bij deze set van weegfactoren wordt maxiter keer gedaan, met maxiter het door de gebruiker in te stellen maximum aantal iteraties. Vervolgens wordt de set met weegfactoren gekozen die de laagste relatieve fout geeft, i.e. die het doel het best benadert, geselecteerd als nieuwe weegfactoren. Dan wordt er gekeken welke van de resterende 115 condities de kleinste bijdrage heeft. Deze wordt dan weer verwijderd en de exercitie wordt herhaald tot het gewenste aantal golfcondities resteert. Op basis van een aantal gevoeligheidssommen is gekozen voor de volgende instellingen van de OPTI parameters: scaleto1 = 1.0 en maxiter = Deze instellingen gaven de laagste relatieve fout en tegelijkertijd waren de resulterende 10 golfcondities evenwichtig qua richting. De relatieve fout met deze 10 condities bedraagt 7.9%, de correlatiecoëfficiënt Tabel 2.2 toont de 10 golfcondities die qua sediment transport veld in het interessegebied representatief zijn voor de 116 condities. Conditie H 1/3 (m) T 1/3 (m) golf ( o N) V wind (m/s) wind ( o N) opzet (m) weegfactor (-) wc wc wc wc wc wc wc wc wc wc Tabel 2.2 Gereduceerd golfklimaat. Het gereduceerde golfklimaat bevat 6 golven uit de zuidwestelijke sector en 4 uit de noordwestelijke sector. Qua kans van voorkomen zijn 2 condities dominant, wc29 en wc90. De som van de wegfactoren is 0.53 en dus aanzienlijk kleiner dan 1. Dit komt omdat het gereduceerde golfklimaat gewogen gemiddeld beschouwd hogere golven bevat die om hetzelfde transport (de relatie tussen het sediment transport en de golfhoogte is niet-lineair) als de totale set te geven gesommeerd een lagere weegfactor nodig hebben. Figuur 2.7 en Figuur 2.8 tonen de (berekende) netto jaarlijkse sediment transporten (exclusief poriën) door 34 raaien dwars op de kust en 16 raaien parallel aan de kust. De dwarsraaien lopen van de -12 tot de -8 m diepte contourlijn en van de -8 tot de +3 m diepte contourlijn, respectievelijk. De langsraaien lopen ongeveer langs de -8 m diepte contourlijn. Deze figuren laten zien dat het transportveld als gevolg van 116 condities goed te reproduceren is met 10 golfcondities (met aangepaste weegfactoren). Morfologische berekeningen MER zandmotor 11

21 Figuur 2.7 Getij-gemiddeld totaal sediment transport door raaien [10 3 m 3 /jaar] voor alle 116 golfcondities. Figuur 2.8 Getij-gemiddeld totaal sediment transport door raaien [10 3 m 3 /jaar] voor de gereduceerde set van 10 condities. 12 Morfologische berekeningen MER zandmotor

22 Figuur 2.9 bevestigt dit. Het toont de jaarlijks gemiddelde langstransporten tussen de -8 en -3 m dieptecontour op basis van 116 en 10 golfcondities van Hoek van Holland (118 km vanaf Den Helder) tot Scheveningen (102 km vanaf Den Helder). Positief langstransport is richting Den Helder. Deze figuur bevat ook de langstransporten in deze zone volgens een aantal andere studies (zie Van de Rest, 2004). Hieruit volgt dat de langstransporten zoals berekend met het huidige model goed overeenkomen met de waarden afkomstige uit eerdere studies. Figuur 2.9 Jaarlijks gemiddeld langstransport in de brandingszone langs de Delflandse kust zoals volgt uit de huidige studie (zwarte lijnen) en andere studies. Rode lijn: Steetzel & De Vroeg (1999), blauwe lijn: Roelvink (2001), groene lijn: Van Rijn (1995), magenta lijn: Van Rijn (1995) aangepast door Van de Rest (2004), gele lijn: Stive & Eysink (1989). Zie ook Van der Rest (2004). Figuur 2.10 laat de berekende dwarstransporten over de -8 m diepte contour zien; positief is naar de kust toe. Hieruit volgt dat het dwarstransport over het algemeen naar de kust toe is gericht, met uitzondering van nabij de havendammen van Scheveningen. Het positieve dwarstransport is gerelateerd aan het transport in kustwaardse richting van gesuspendeerd sediment als gevolg van golfasymmetrie. Uit de figuur volgt dat de fouten in het met 10 golfcondities berekende dwarstransport ten opzichte van de dwarstransporten op basis van 116 golfcondities lokaal relatief groot zijn vergeleken met de fouten in het langstransport. De kustontwikkeling van de Delflandse kust en een zandmotor wordt vooral bepaald door gradiënten in het langstransport. Het dwarstransport is hierbij van ondergeschikt belang, waarmee de relatief grotere fouten in het dwarstransport acceptabel zijn. Morfologische berekeningen MER zandmotor 13

23 Figuur 2.10 Jaarlijks gemiddeld dwarstransport over de -8 m diepte contour langs de Delflandse kust zoals berekend met 116 en met 10 golfcondities. 2.3 Modelinstellingen en morfologisch schema De meeste parameters in het model zijn op hun default waarden gehouden. Hieronder worden de belangrijkste instellingen vermeld (deze worden gemakshalve in het Engels gegeven). Flow timestep: 30 s. horizontal eddy-diffusivity: 1.0 m2/s bed roughness: predictor (van Rijn, 2007a) bottom stress formulation due to wave forces: Van Rijn (2007a) sediment transport formulation: TRANSPOR 2004 (Van Rijn, 2007a, b and c) Wave (SWAN) wave interval: 24 minutes SWAN mode: third generation physics wave-current interaction activated depth-induced breaking, alpha, beta: Battjes and Jansen (1978), 1, 0.73 wave forces based on radiation stress bottom friction formulation, coefficient: JONSWAP, white-capping, refraction and frequency shift activated 14 Morfologische berekeningen MER zandmotor

24 Sediment type: sand density: 2650 kg/m3 d50 median grain diameter sand: 215 m dry bed density: 1600 kg/m3 initial sediment layer thickness: 10 m Morphology morphological scaling factor: 188 suspended transport factor: 1 bed-load transport factor: 1 wave-related suspended transport factor: 0.2 wave-related bed-load transport factor: Morfologisch schema In onderliggende studie is gebruik gemaakt van de zogemaande parallel-online methode (Roelvink, 2006) voor het doorvoeren van morfologische bodemveranderingen. Bij deze methode worden de verschillende golfcondities simultaan doorgerekend gebruik makende van een en dezelfde bodem; na elke tijdstap worden de afzonderlijk berekende bodemveranderingen per golfconditie gewogen opgeteld en teruggekoppeld naar de gezamelijke bodemligging voor elke afzonderlijke conditie (Figuur 2.11). Figuur 2.11 Parallel-online schema voor doorvoeren bodemveranderingen (Roelvink, 2006) Het voordeel van de parallel-online methode schuilt in een aanzienlijke kortere rekentijd doordat de verschillende golfcondities niet achter elkaar, maar simultaan worden doorgerekend. Bij de parallel-online methode kunnen bovendien relatief hoge morfologische schaalfactoren worden toegepast, zeker wanneer de stromingsrandvoorwaarden per conditie iets worden verschoven en deze dus op een van elkaar verschillend moment in de getijcycus aangrijpen, zie Figuur In het gebruikte morfologisch model is gebruik gemaakt van de parallel-online Morfologische berekeningen MER zandmotor 15

25 Figuur 2.12 Faseverschuiving in harmonische stromingsrandvoorwaarden (De Vries, 2007) 2.4 Duinmodule Delft3D is een state-of-the-art modelpakket dat wereldwijd wordt gebruikt om de morfologische ontwikkelingen van kusten te simuleren op korte en middenlange termijn. Toch is er een aantal processen met betrekking tot het gedrag van het intergetijdegebied, het droge strand en de duinen dat niet of niet volledig wordt meegenomen. Zo ontbreken bijvoorbeeld formuleringen voor golfoploop verschijnselen en wordt duinafslag door stormen en duinaanwas als gevolg van aeolisch (wind) transport helemaal niet gemodelleerd in Delft3D. In het kader van het programma Building With Nature in opdracht van stichting Ecoshape is recentelijk een begin gemaakt met het modelleren van de effecten van dergelijke processen op het lange-termijn gedrag van het droge strandprofiel. Figuur 2.13 Trend in duinvoetmigratie uitgezet tegen de gemiddelde strandbreedte (DV-LW). Streepjeslijn: benadering in de buurt van de evenwichts-strandbreedte. (De Vriend en Roelvink, 1989) 16 Morfologische berekeningen MER zandmotor

26 De Vriend en Roelvink (1989) vinden op basis van historische data een evenwichtsstrandbreedte langs de Nederlandse kust van ca. 125 m en presenteren de trend in duinvoetmigratie als functie van strandbreedte (duinvoet tot laagwaterlijn), zie Figuur 2.13 Wanneer het strand breder is dan deze evenwichtsbreedte, groeien de duinen en migreert de duinvoet zeewaarts. Wanneer het strand smaller is, erodeert het duin en migreert de duinvoet landwaarts. De snelheid waarmee de duinvoet migreert, v (positief in zeewaartse richting), is evenredig met het verschil tussen de strandbreedte en de evenwichtsbreedte: v ( L L eq ) (1.1) waarin: L = strandbreedte (m) L eq = evenwichts strandbreedte (125 m) De factor is afhankelijk van de strandbreedte. Landwaartse migratie van de duinvoet wanneer het strand smaller is dan de evenwichtsbreedte treedt vooral op aan de hand van duinafslag bij grote stormen en de jaargemiddelde snelheid van dit proces ligt hoger dan het veel geleidelijker verlopende proces van zeewaartse migratie van de duinvoet als gevolg van het inwaaien van zand wanneer het strand breder is dan de evenwichtsbreedte: duinerosie (landwaartse migratie) : = m / jaar duinaanwas (zeewaartse migratie) : = m / jaar NB: Om fysisch onrealistische migratiesnelheden bij zeer brede strandbreedtes te voorkomen, is de migratiesnelheid begrensd op 4 m / jaar Implementatie De ontwikkelde duinmodule simuleert de horizontale migratie van de duinvoet. De module veronderstelt dat het hele droge profiel zijn vorm behoud en verschuift met de migratiesnelheid van de duinvoet. Na elke rekentijdstap, na het doorvoeren van de reguliere bodemveranderingen, wordt voor elke kustdwarse roosterlijn de strandbreedte bepaald en wordt de bijbehorende migratiesnelheid berekend. De bodemverandering in elke roostercel van het droge profiel wordt berekend met: z t z v x (1.2) waarin z/ xde strandhelling is en v de migratiesnelheid van de duinvoet. De totale volume toename of afname in het droge profiel wordt ofwel verdeeld over ofwel onttrokken aan de eerste tien natte roostercellen vanaf de waterlijn, dit om massabehoud te bewerkstelligen. De duinmodule is getest met behulp van een schematisch model met een golfbreker haaks op een in kustlangse richting uniform kustprofiel waarop golven invallen onder een hoek van 45 graden. Dit model laat aanzanding zien aan de lijzijde van de golfbreker en erosie aan de Morfologische berekeningen MER zandmotor 17

27 loefzijde, waarbij aan de lijzijde een landwaartse verplaatsing en aan de loefzijde een zeewaartse verplaatsing van de duinvoet optreedt, wat overeen komt met waarnemingen. Op basis van deze resultaten is geconcludeerd dat de duinmodule een efficiënte manier is om de migratie van de duinvoet te modelleren. De module dient echter nog uitgebreid gevalideerd te worden op basis van velddata. Dit is voorzien binnen het Building With Nature programma aan de hand van een hindcast van een kustvak bij IJmuiden, waar door de verlenging van de havendammen een aanzienlijke verbreding van het strand en de aanliggende duinen is waargenomen. De huidige duinmodule is een eerste aanzet voor het modelleren van de lange-termijn gemiddelde duinafslag door stormen en duinaanwas door wind en enkele belangrijke processen worden vooralsnog niet meegenomen. De resultaten dienen dan ook met zorg te worden geïnterpreteerd en relatief, ten opzichte van elkaar, te worden beschouwd Instellingen duinmodule De instellingen voor de duinmodule die gebruikt zijn in deze studie zijn weergeven in Tabel 2.3. De instellingen worden opgegeven in het blok Dunemodule in de Delft3D mor-file. parameter waarde beschrijving UseDuneModule true Duinmodule aan/uit LowWaterlevel -1 Niveau laagwaterlijn Dunefootlevel 3 Niveau duinvoet EqBeachWidth 125 Evenwichtsstrandbreedte DunerosionSpeed Duinerosiefactor DuneGrowthSpeed Duingroeifactor DuneMigrationfac 1 Compensatiefactor tbv het verschil tussen morfologische rekentijd en gesimuleerde periode NDumpCells 10 Aantal natte roostercellen vanaf laagwaterlijn waarover de volume toe- of afname wordt verdeeld Tabel 2.3 Instellingen duinmodule 2.5 Onderhoudsuppleties voor kustlijnhandhaving Uitgevoerd onderhoud Delflandse kust tot 2007 Sinds de aanleg van de van Dixhoorn-driehoek in 1971 met 19 miljoen m 3 zand, wordt in het kustvak Delfland met enige regelmaat zand gesuppleerd. Voor het onderhoud van de van Dixhoorndriehoek bedraagt de suppletiehoeveelheid over de periode jaargemiddeld 0,2 miljoen m 3. Vanaf 1986 wordt ook elders langs de Delflandse kust gesuppleerd (zie Figuur 2.14 en Figuur 2.15). 18 Morfologische berekeningen MER zandmotor

28 suppleties tussen suppleties Kijkduin tussen en Hoek Kijkduin van en Holland Ter Heijde in periode (exclusief onderhoudsuppleties aan de van Dixhoorn-driehoek) onderwater suppletie strand suppletie duin verzwaring m Figuur 2.14 Suppleties langs Delflandse kust in de periode (exclusief suppleties bij de van Dixhoorn driehoek) onderwater suppletie strand suppletie duin verzwaring Figuur 2.15 Suppletie locaties langs Delflandse kust in de periode (exclusief suppleties bij de van Dixhoorn driehoek) In de periode is buiten de van Dixhoorn-driehoek, jaargemiddeld 0,7 miljoen m 3 zand gesuppleerd langs de Deflandse kust. Naast een eenmalige duinverzwaring in 1986, is het merendeel van de suppleties uitgevoerd als strandsuppletie. Vanaf 2000 is er wel een trend naar meer onderwatersuppleties. De gemiddelde terugkeerfrequentie van suppleties langs de Delflandse Kust sinds 1990, is 2 jaar Morfologische berekeningen MER zandmotor 19

29 2.5.2 Verschillende doelen De suppleties in de voorbije periode hebben verschillende doelen gediend. Zo zijn de suppleties rond de van Dixhoorndriehoek specifiek gericht op het onderhouden van die vorm. De duinverzwaring en strandsuppletie in 1986 dienden de veiligheid tegen overstroming. In 2003 en 2004 hebben noodsuppleties plaatsgehad ten bedrage van in totaal 2,4 Mm 3, gericht op handhaving van de veiligheid. Daarnaast hebben in 2001 (3,6 Mm 3 ) en in 2005 (1,0 Mm 3 ) grote onderwatersuppleties plaatsgevonden welke bij wijze van proefneming zo n 100% waren overgedimensioneerd. In 2009 en 2010 wordt de zandbalans van de Delflandse kust positief versterkt door de natuurcompensatie voor de aanleg van 2 e Maasvlakte (5 Mm 3 ) en de Zwakke Schakel kustversterking (VKA Zeewaarts verbreden) : ~15 Mm 3 zand. Dit alles maakt dat het verleden geen representatief beeld geeft van de suppletiebehoefte voor het bereiken van de doelstellingen van het kustonderhoud : handhaven van de BKL en handhaven van het kustfundament. Evenzo ontbreekt een eenduidig en representatief beeld van de gehanteerde normen welke ten grondslag lagen aan een besluit tot suppleren en aan het ontwerp van de vorm, locaties, frequentie en omvang van de suppleties. Om een modelmatige vergelijking van zandmotorvarianten mogelijk te maken voor wat betreft hun effect op het kustonderhoud, is het dan ook noodzakelijk een aantal keuzes te maken. Deze keuzes worden in onderstaande paragrafen toegelicht Modelschematisatie kustonderhoud Om de werkelijkheid te kunnen nabootsen zijn in de modelaanpak keuzes gemaakt voor de norm (bepalend voor de vraag wanneer te suppleren) en voor de vorm, locaties, frequentie en omvang van onderhoudsuppleties. Norm voor handhaving kustlijn In de praktijk geldt als norm de in 1990 vastgestelde Basis Kustlijn (BKL). Deze norm is gerelateerd aan de zandinhoud in 1990 van het strandprofiel tussen de duinvoet en ruwweg m (Fig a). In principe geldt als basis voor het ontwerpen van een suppletieschema, het jaarlijks vaststellen van de trend in het strandprofielvolume uitmondend in een te toetsen kustlijn (TKL), waarbij tot suppleren wordt overgegaan wanneer de te toetsen kustlijn (TKL) de in 1990 vastgestelde Basis Kustlijn (BKL) dreigt te onderschrijden. 20 Morfologische berekeningen MER zandmotor

30 Figuur 2.16 Schematische weergave van A) de positie van de MKL-zone: de zandinhoud van deze zone in 1990 bepaalt de BKL; B) de modelmatig geschematiseerde onderwatersuppletie. De omvang van de onderwatersuppletie is gelijk gesteld aan tweemaal het volumetekort in de MKL-zone Na aanleg van de duincompensatie PMR en van de versterkingswerken Zwakke Schakels langs de Delflandse kust in , is nog niet formeel vastgesteld welke norm zal worden gehanteerd voor het onderhoud (in andere woorden hoe de BKL zal worden aangepast). Om een modelmatige vergelijking van de zandmotorvarianten na 2010, mogelijk te maken is daarom gekozen voor een benadering van de BKL-norm. Als norm voor kustlijnhandhaving is het zandvolume in de MKL-zone (zie Figuur 2.16) gebruikt van het referentiejaar In het model streven we naar handhaving van de kustlijnligging in de referentiebodem (2010), dat wil zeggen de uitgangsbodem na aanleg van duincompensatie en Zwakke Schakel versterking. Wanneer in een raai de zandinhoud van de MKL-zone kleiner wordt dan in het referentiejaar, dient te worden gesuppleerd. Norm voor handhaving kustfundament Een norm voor het handhaven van het kustfundament bestaat alleen op nationale schaal. De norm is vastgelegd in de afspraak om jaarlijks 12 miljoen m 3 te suppleren. De toetsing bestaat uit het controleren van deze afspraak. Dit getal vertegenwoordigt de theoretische hoeveelheid zand welke nodig is om het gehele actieve kustsysteem (kustfundament, Waddenzee en Westerschelde) te laten meegroeien met een zeespiegelstijging van 1,8 mm/jaar. Een recente evaluatie (De Ronde, 2008) heeft aangetoond dat 12 miljoen m 3 per jaar onvoldoende is om in de huidige situatie het kustfundament te handhaven; uitgaande van een huidige zeespiegelstijging van 2 mm/jaar en van bestaande andere verliesposten, zou per jaar 20 miljoen m 3 nodig zijn. Het is nog onduidelijk of beleidsmatig de norm voor het handhaven van het kustfundament zal worden bijgesteld. Tegen de achtergrond van deze onduidelijkheden zijn in de modelaanpak de volgende aannames gedaan: Als norm voor het handhaven van het kustfundament van Delfland geldt de hoeveelheid zand welke jaargemiddeld nodig is om mee te groeien met de zeespiegel (of andersgezegd om het actieve zandvolume op peil te houden); Morfologische berekeningen MER zandmotor 21

31 Voor het kustvak Delfland wordt deze hoeveelheid bepaalt door 3 factoren; (1) een hoeveelheid om het gehele oppervlak evenredig te laten stijgen met de zeespiegelstijging (0,2 Mm 3 /jaar bij een zeespiegelstijging van 2 mm/jaar); (2) zandverliezen in kustlangse of kustdwarse richting (~0,1 Mm 3 /jaar), (3) zandverliezen als gevolg van vaargeul- en havenonderhoud (0,8 Mm 3 /jaar). Gesommeerd leidt dit tot een jaarlijkse norm van 1,1 Mm 3. Toetsing bestaat uit het een controle op het jaargemiddeld uitgevoerde suppletievolume. vorm, frequentie, locaties en omvang van de onderhoudsuppleties In zijn algemeenheid worden de laatste jaren in de praktijk de suppleties bij voorkeur uitgevoerd als lange onderwatersuppleties op een diepte van ca. -5 m. NAP. De terugkeer frequentie is wisselend maar schommelt tussen 2 en 5 jaar. In de modelaanpak is gekozen voor: uitvoering in de vorm van onderwatersuppleties op een diepte van -5m NAP; met een terugkeerfrequentie van 5 jaar. het volume van deze suppleties wordt bepaald door tweemaal het bruto volumetekort in de MKL zone tussen +3 m NAP en -4.4 m NAP (zie ook Figuur 2.16). Definitie bruto volume-tekort MKL zone: Bij de bepaling van het bruto volume-tekort in de MKL-zone wordt alleen gekeken naar de raaien met een negatieve trend ten opzichte van de initiële referentiebodem. De som van deze tekorten bepaalt de minimale hoeveelheid zand die nodig is om overal (minimaal) aan de norm te voldoen: het handhaven van de referentiebodem. Een tweede aanpak vormt de volumeberekening voor referentie kustfundament (ref-kf; zie paragraaf 4.1). Daarbij is het suppletievolume bepaald door de onderhoudsbehoefte van het kustfundament (benaderd door 5,5 Mm 3 per 5 jaar, in overeenstemming met de bovenbeschreven aannames voor de norm van het kustfundament van Delfland). De kustlangse locatie van de suppleties wordt in de praktijk primair bepaald door de locaties waar de norm voor de kustlijnhandhaving niet wordt gehaald. Het verleden laat zien (Figuur 2.15) dat dit in Delfland vrijwel steeds heeft geleid tot aaneengesloten langwerpige suppleties, welke een groot deel van de Delflandse kust bedekten. Dit heeft bij de modelmatige keuze van de suppletielocatie een rol gespeeld. Een ander argument wordt gevormd door de praktische overweging om, voor de referentie-kustfundament (ref-kf), het volume per strekkende meter van de vijfjaarlijkse suppleties van 5.5 Mm 3 van realistische orde-grootte te houden en geen grotere hydrodynamische verstoringen op te leggen. Om deze reden is gekozen voor een lange onderwatersuppletie tussen Hoek van Holland en Westduinpark. Om een eenduidige vergelijking tussen alle alternatieven mogelijk te maken, is overal als kustlangse locatie gekozen voor lange onderwatersuppleties tussen Hoek van Holland en Westduinpark (Figuur 2.17). In de referentie alternatieven (ref-bkl en ref-kf) zijn deze ononderbroken; in de zandmotoralternatieven is deze lange onderwatersuppletie ter plaatse van de zandmotor lokaal onderbroken. 22 Morfologische berekeningen MER zandmotor

32 Figuur 2.17 Geschematiseerde suppletiemethodiek in de modelopzet Opgemerkt wordt dat deze bij alle alternatieven toegepaste, expliciete aanpak een onderlinge vergelijking van de alternatieven mogelijk maakt zoals vereist ten behoeve van de MER rapportage. 2.6 Modelcalibratie De calibratie van het morfologisch model is gericht op het benaderen van het veronderstelde bruto volumetekort in de MKL-zone langs de Delflandse kust tussen Hoek van Holland en Scheveningen. Definitie onderhoudsbehoefte : Het bruto volumetekort in de MKL-zone, bepaalt de minimale hoeveelheid zand die nodig is om overal (minimaal) aan de norm te voldoen: het handhaven van de referentiebodem. Het bruto volumetekort in de MKL-zone wordt daarom ook wel aangeduid als onderhoudsbehoefte. Voor de calibratie is de bovengedefinieerde onderhoudsbehoefte berekend voor de periode De bodem van 2005 is daarbij gebruikt als referentiebodem (de norm ). De berekende waarde is vervolgens vergeleken met waargenomen waarden. Voor de waargenomen waarden is uitgegaan van de in het Waterbouwrapport Versterking Delflandse Kust (DHV, 2007) gebruikte range van 0.3 tot 0.5 Mm 3 /jaar. Deze cijfers voor de onderhoudsbehoefte volgen uit een tweetal analysemethoden zoals beschreven in bovengenoemd rapport: de ondergrens van 0.3 Mm 3 /jaar volgt uit een volumebepaling met behulp van GIS tussen de duintop en de NAP -8 m. contour over de periode De bovengrens van 0.5 Mm 3 /jaar is afgeleid middels kubering van Jarkusraaien tussen de duintop en de NAP -8 m dieptelijn over de periode 2000 tot De onderhoudsbehoefte is hierbij bepaald door het gesuppleerd volume van de volumetoename af te trekken, zie (1.3). Morfologische berekeningen MER zandmotor 23

33 Onderhoudsbehoefte Volumeverschil( toename) Suppletievolume (1.3) Opgemerkt wordt dat in eerdere studies (Mulder, 2000) het zandverlies in de ondiepe zone (zeereep tot NAP -8 m.) gecorrigeerd voor uitgevoerde suppleties, een orde kleiner is geschat op 0.14 Mm 3 voor het gehele deelsysteem Hoek van Holland IJmuiden over de periode Dit geeft aan dat de onderhoudsbehoefte in verschillende studies, op basis van dezelfde onderliggende data, vooralsnog niet eenduidig is vastgesteld. Ondanks deze beperking, nog gevoegd bij het feit dat genoemde waarnemingen betrekking hebben op een andere tijdsperiode en een ruimere dieptezone dan gebruikt in de modelberekeningen (van zeereep tot -8m in de waarnemingen, tegenover duinvoet tot -4,4m in het model), zijn deze waarnemingen gebruikt in de calibratie. Voor de calibratie is met name het golfgedreven dwarstransport gevarieerd. De berekeningen met een lage calibratiecoëfficiënt op het golfgedreven dwarstransport van 0.1 resulteren in een onderhoudsbehoefte over de eerste 5 jaar van 0.23 Mm 3 /jaar (zie Tabel 3.5 en Tabel 3.5), maar blijken op langere termijn het kustonderhoud te overschatten doordat er te weinig aanvoer van zand is vanaf de suppleties naar de MKL zone. Berekeningen met een calibratiecoëfficiënt van 0.2 op het golfgedreven dwarstransport geven een lager kustonderhoud, beneden de veronderstelde range, maar leiden op langere termijn, bij vijfjaarlijkse suppleties tot een stabiele kustlijn ligging. In deze studie wordt derhalve een waarde voor de calibratiecoëfficiënt voor het golfgedreven dwarstransport van 0.2 toegepast. Dit is lager dan de standaardwaarde van 0.3 die meestal in 3D simulaties gehanteerd wordt. Dit houdt verband met het feit dat in 2DH simulaties het zeewaartse stromingsgerelateerde suspensie transport over het algemeen onderschat wordt, omdat gerekend wordt met een dieptegemiddelde snelheid die lager is dan de snelheden bij de bodem die voornamelijk het transport veroorzaken. Om hiervoor te compenseren en tegelijkertijd de kustlangse transporten niet te veel te beïnvloeden, verlagen we het golfgedreven dwarstransport welke over het algemeen naar de kust toe gericht is. Tabel 2.4 calibratiecoëfficiënt golfgedreven dwarstransport onderhoudsbehoefte berekend met model tussen duinvoet en -4.4 m NAP (Mm 3 /jr) onderhoudsbehoefte op basis van JARKUS data vol. bepaling in GIS tussen duintop en -8m NAP (Mm 3 /jr) kubering tussen duintop en -8 m NAP (Mm 3 /jr) HvH-IJm tot -8m NAP (Mm 3 /jr) Berekende onderhoudsbehoefte en onderhoudsbehoefte op basis van Jarkus data. 24 Morfologische berekeningen MER zandmotor

34 3 Modelvalidatie en gevoeligheidsonderzoek 3.1 Modelvalidatie Om inzicht te verschaffen in het voorspellende vermogen van het gebruikte model zijn twee validatieberekeningen inclusief kustonderhoud uitgevoerd over de periode De modelvalidatie richt zich op het correct weergeven van het benodigde kustonderhoud in de tijd. In onderliggende studie is op voorspraak van de Provincie Zuid-Holland en DHV voor de onderhoudsbehoefte uitgegaan van de bruto volumetekorten uit de MKL zone tussen NAP +3 m. en NAP -4.4 m. Deze definitie sluit aan bij de door Rijkswaterstaat gebruikte suppletiemethodiek, waarbij jaarlijks een MKL positie en een te toetsen kustlijn (TKL) wordt bepaald die de Basiskustlijn (BKL) niet mag onderschrijden. Het gebruikte model is gericht op het simuleren van lange-termijn morfologische effecten van zandmotor alternatieven en maakt gebruik van een suppletiemethodiek waarbij vijfjaarlijks wordt gesuppleerd aan de hand van de tekorten uit de MKL zone. De suppleties worden hierbij uitgevoerd als langgerekte onderwatersuppleties op een diepte van -5 m. NAP. De op de lange-termijn morfologische ontwikkelingen gerichte modelschematisaties en de vereenvoudigde suppletiemethodiek maken dat er geen een-op-een detailvergelijking van berekende en gesimuleerde kustontwikkeling mogelijk is waarbij voor elk jaar de gemeten JARKUS profielen worden vergeleken met de modelresultaten. Het morfologisch model wordt daarom getoetst aan geaggregeerde modelresultaten als het benodigde kustonderhoud en de ontwikkeling van het duinareaal. Er zijn twee validatieberekeningen uitgevoerd over de periode (zie Tabel 3.1) die zich onderscheiden voor wat betreft de suppletiemethodiek. In beide berekeningen wordt vijfjaarlijks gesuppleerd. In de eerste berekening wordt het suppletievolume bepaald aan de hand van de tekorten uit de MKL zone (zie paragraaf en resultaten in Tabel 3.3). berekening val-bkl val-kf Tabel 3.1 omschrijving morfologische berekening over , inclusief vijf-jaarlijks suppleren van tweemaal de bruto tekorten in de MKL zone als onderwatersuppletie op NAP -5 m. morfologische berekening over , inclusief vijf-jaarlijks suppleren van ca 5.5 Mm 3. Validatieberekeningen Resultaten De resultaten van de validatieberekeningen worden gegeven in termen van onderhoudsbehoefte van de MKL-zone en de ontwikkeling van het duinareaal. Onderhoudsbehoefte Figuur 3.1 en Tabel 3.2 geven het verloop in de tijd weer van de onderhoudsbehoefte van de MKL zone voor beide validatieberekeningen. Deze onderhoudsbehoefte is gedefinieerd in paragraaf en is gerelateerd het zandtekort in de MKL-zone ten opzichte van de beginbodem van beide berekeningen. Beide berekeningen laten aanvankelijk een toename Morfologische berekeningen MER zandmotor 25