Inhoud. 1 Inleiding Algemeen Doelstelling Leeswijzer Modelschematisatie en rekenrooster...

Transcriptie

1

2

3

4 Inhoud 1 Inleiding Algemeen Doelstelling Leeswijzer Modelschematisatie en rekenrooster Inleiding Rekenrooster Schematisatie met Baseline Schematisatie nevengeulen (AOR alternatief) Schematisatie voor de Referentie Randvoorwaarden Morfologische parameters en verificatie Effectbepaling nevengeulen Inleiding Simulaties Referentie situatie Resultaten van de berekeningen Figuren bovenaanzicht morfologische effecten Figuren langsprofielen morfologische effecten Discussie Effectbepaling Voorkeursalternatief Schematisatie Resultaten van de berekeningen Figuren bovenaanzicht morfologische effecten i

5 4.2.2 Figuren langsprofielen morfologische effecten Discussie Conclusies Bijlage A Rekenprocedure voor simulaties...a 1 ii

6 1 Inleiding 1.1 Algemeen Door de aanleg van winterbedverruimende maatregelen zoals nevengeulen, en door onvoldoende functionerende rivierkundige werken zoals achterloopse kribben, zal tijdens hoogwater relatief minder water door het zomerbed worden afgevoerd. Een dergelijke wateronttrekking gaat gepaard met een aanzanding in het zomerbed ten opzichte van de ongestoorde situatie. Omdat deze aanzandingen in de vaargeul kunnen liggen is het belangrijk inzicht te krijgen in hun omvang, ligging en de mogelijke hinder op de scheepvaart. Het ligt voor de hand dit tijdsafhankelijke en ruimtelijke variërende gedrag te voorspellen met behulp van een tweedimensionaal (2 D) morfologisch model. Gezien het lokale karakter en de asymmetrische ligging van de effecten (ten opzichte van het dwarsprofiel) spelen de ruimtelijke variaties in dwars en langsrichting (het tweedimensionale gedrag) namelijk een grote rol. Dit 2 D model kan dan aansluiten bij de beschikbare 2 D WAQUA modellen voor dit gebied die worden gebruikt voor het ontwerp van de maatregelen. In deze studie is een 2 D morfologisch model gebouwd en toegepast voor het Waal traject tussen km 886 en 946. Daarbij zijn de morfologische effecten (temporele en ruimtelijke variaties) bepaald van: 1. de nevengeulen bij Gameren en de nevengeulen bij Afferden en Deest (Fase 1); 2. achterloopse kribben (Fase 2); 3. Voorkeursalternatief (VKA) volgens MER Ruimte voor de Rivier (Fase 3). De morfologische berekeningen zijn uitgevoerd met het modelsysteem Delft3D. Er is gebruik gemaakt van een nieuwe Delft3D versie, waarin de functionaliteit voor de zogenaamde alluviale ruwheidvoorspeller is geïmplementeerd. Deze versie biedt de mogelijkheid de in WAQUA gebruikte ruimtelijk variërende ruwheidformuleringen direct toe te passen. Daarnaast is gebruik gemaakt van Baseline 3.3 en een ontwikkelversie van Baswaq (in overeenstemming met versie 3.4), met daarin de uitvoermogelijk van modelschematisatie in Delft3D fileformaat. Uitvoer van de hydraulische en morfologische berekeningen gebeurt via Matlab scripts. 1.2 Doelstelling Het doel van deze studie is om met behulp van een tweedimensionaal morfologische model inzicht te krijgen in de gesimuleerde ruimtelijke en tijdsafhankelijke morfologische effecten in het zomerbed van twee nevengeulen, een aantal achterloopse kribben en het VKA volgens MER Ruimte voor de Rivier. Onderdelen van de studie zijn de bouw van het model, de berekeningen voor de bovengenoemde effectbepaling, en de oplevering van deelmodellen, digitale resultaten en rapportage. 1 1

7 1.3 Leeswijzer In dit rapport staan de resultaten gepresenteerd van de door uitgevoerde onderdelen van deze studie, namelijk de bouw van het model en toepassing voor de effecten van nevengeulen, en de toepassing van het model voor het Voorkeursalternatief (VKA). De resultaten van de effecten van achterloopse kribben zijn geen onderdeel van deze rapportage. Deze effecten worden door RIZA bepaald. In hoofdstuk 2 zijn de activiteiten en resultaten ten aanzien van de bouw van het model, en de schematisatie gepresenteerd. Het betreft niet alleen de opzet van een nieuw rekenrooster, maar ook de schematisaties die zijn gemaakt voor de referentie situatie (de situatie zonder nevengeulen) en voor het AOR (de schematisatie met nevengeulen). Ook randvoorwaarden en gekozen instellingen voor de morfologische parameters zijn beschreven. De morfologische effecten van de simulaties voor nevengeulen zijn vervolgens gepresenteerd in hoofdstuk 3, en voor het Voorkeursalternatief in hoofdstuk 4. In Bijlage A worden de details beschreven van de gebruikte rekenprocedure, in de vorm zoals die kan worden toegepast voor de berekeningen voor achterloopse kribben. Ten slotte zijn in hoofdstuk 5 de belangrijkste conclusies getrokken van de gepresenteerde simulaties. 1 2

8 2 Modelschematisatie en rekenrooster 2.1 Inleiding Voor het uitvoeren van de morfologische berekeningen wordt gebruikt van het modelsysteem Delft3D MOR. Het Delft3D instrumentarium is op dit moment het meest geavanceerde instrumentarium wat voor deze toepassing beschikbaar is. Het type dieptegemiddelde morfologische berekeningen, zoals gedefinieerd voor de Waal, is al uitvoerig gevalideerd, en voor diverse projecten in de Nederlandse rivieren ingezet. Er zijn een aantal belangrijke aannamen en uitgangspunten relevant voor het gebruik van het model: Het model strekt zich uit over een lengte van 60 km van Waal kmr 886 tot kmr 946. Het model simuleert de stroming in het zomerbed en winterbed op een kromlijnig rekenrooster, waarbij het morfologisch actieve deel is begrensd door de lijn parallel aan de normaallijn (of de lijn over de kribkoppen). De hoogwaterbedding moet worden gemodelleerd omdat de beoogde grootschalige patronen worden bepaald door de stroming door het hoogwaterbed en kribvakken (bijvoorbeeld het wel en niet meestromen van de geulen). Het model is bedoeld voor het simuleren van de veranderingen in dwarsprofiel en langsprofiel in het zomerbed, met een lengteschaal van orde een kilometer en een tijdschaal van meerdere jaren. Hierbij worden duinvorming (beddingvormen met een lengteschaal van enkele tientallen meters) en kribvlammen met het model niet gesimuleerd. Voor de modelschematisatie is uitgegaan van de beschikbare WAQUA schematisatie zoals die beschikbaar is in Baseline. Deze schematisatie bestaat uit een bodemligging, een bodemruwheid (geclassificeerd volgens een ecotopenindeling), en een verzameling overlaten. De overlaten worden toegepast voor schematisatie van onder andere kribben, zomerkades, steile taluds, etc. Voor het model worden de volgende situaties (schematisaties) onderscheiden: 1. Referentie, gedefinieerd als het AOR alternatief (volgens MER Ruimte voor de Rivier) waarbij ter plaatse van de nevengeulen Gameren en Afferden en Deest de bodemligging is teruggebracht op het niveau voor aanleg van de geulen; 2. Situatie met nevengeulen, gelijk aan het AOR alternatief (volgens MER Ruimte voor de Rivier); 3. VKA, gelijk aan het Voorkeursalternatief volgens MER Ruimte voor de Rivier. De modelberekeningen zijn uitgevoerd voor het traject tussen km 886 en

9 2.2 Rekenrooster Voor het maken van tweedimensionale morfologische berekeningen met Delft3D is het belangrijk dat gebruik wordt gemaakt van een rekenrooster waarvan de roosterlijnen het zomerbed volgen. Het bestaande en meest recente (in 2003 gemaakte) WAQUA rekenrooster voor het beoogde rekentraject voldoet niet aan deze eis. Ter plaatse van onder andere de bocht bij Sint Andries liggen de roosterlijnen onder een hoek ten opzichte van de normaallijnen, zoals geïllustreerd in Figuur 2 1. De begrenzing van het zomerbed bestaat daardoor uit een trapjeslijn. Deze leidt tot ontwikkeling van kleine oscillaties in de bodemligging die zich langzaam stroomafwaarts migreren en de oplossing ernstig verstoren. Deze ongewenste numerieke storingen zijn te voorkomen door een rekenrooster te gebruiken waarbij de roosterlijnen de normaallijnen exact volgen. Figuur 2 1 WAQUA rooster ter plaatse van bocht St. Andries: trapjeslijnen langs zomerbedoever Bij aanvang van het begin van het project is daarom een nieuw rooster gemaakt met globaal dezelfde kenmerken als het WAQUA rooster; echter met dit belangrijke verschil dat de roosterlijnen in het zomerbed de normaallijnen volgen. Op basis van de reacties op deze eerste versie van het rooster zijn nog een tweetal aanpassingen uitgevoerd: algehele vergroving van het rooster ter bevordering van de rekensnelheid; verkleining van de vergrovingsfactor in de uiterwaarden om te voorkomen dat de cellen daar te langgerekt worden (loodrecht op de stroomrichting). 2 2

10 Het op deze wijze ontstane rooster (605x70 punten) heeft in het zomerbed in dwarsrichting 12 roostercellen van 22 tot 27 m breed (maximale breedte nabij de benedenstroomse rand van het model) en 592 roostercellen in stroomrichting tussen kmr. 886 en 946 (roostercel lengte varieert tussen 90 en 110 m voor binnen en buitenbocht respectievelijk met als gemiddelde waarde 100 m). Figuur 2 2, Figuur 2 3, en Figuur 2 4 tonen het rooster op een drietal locaties: uiterwaarden met nevengeulen bij Afferden en Deest en bij Gameren, en de bocht bij Sint Andries. Figuur 2 2 Normaallijnen en rooster van de bocht bij Sint Andries 2 3

11 Figuur 2 3 Normaallijnen en rooster van de uiterwaard bij Afferden en Deest Figuur 2 4 Normaallijnen en rooster van de uiterwaard bij Gameren 2 4

12 2.3 Schematisatie met Baseline Voor het bepalen van de effecten van de uiterwaardmaatregelen moeten berekeningen worden gemaakt voor een situatie met en een situatie zonder nevengeulen. Gekozen is om voor de situatie met nevengeulen uit te gaan van het AOR alternatief zoals dat is opgezet voor de MER Ruimte voor de Rivier. Aansluitend daarop is uit de schematisatie een model zonder nevengeulen afgeleid door de geulen als het ware op te vullen (de bodemligging te verhogen tot oorspronkelijk maaiveld niveau) Schematisatie nevengeulen (AOR alternatief) Voor de situatie met nevengeulen zijn met behulp van Baseline 3.3 en een ontwikkelversie van Baswaq de GIS gegevens van het AOR alternatief (inclusief de nevengeulen te Gameren en Afferden en Deest) geprojecteerd op het nieuwe rekenrooster. Deze stap is ook uit te voeren met de recent beschikbaar gekomen Baseline 3.4. Figuur 2 5, Figuur 2 6, en Figuur 2 7 tonen de geprojecteerde data (bodemligging, overlaathoogtes, modelbegrenzing en schotjes) voor dezelfde locaties als genoemd in de voorgaande paragraaf. De Baseline projectie is op de volgende punten handmatig aangepast: de modelbegrenzing bij boven en onderrand van het model is verschoven naar de dichtstbijzijnde kilometerraai, respectievelijk kmr 886 en 946; de ruwheidsformulering van de brugpijlers (code 2: watervrij terrein) is uit het zomerbed en de kribvakken verwijderd en vervangen door de lokaal gebruikte alluviale ruwheidsformulering resp. kribvakruwheidswaarde; de bodemligging in de uiterwaard op de bovenrand is glad getrokken om te voorkomen dat diepe plassen in de uiterwaard op de bovenrand veel water trekken. 2 5

13 Figuur 2 5 Delft3D schematisatie van de bocht bij Sint Andries Figuur 2 6 Delft3D schematisatie van de uiterwaard bij Afferden en Deest (inclusief nevengeulen) 2 6

14 Figuur 2 7 Delft3D schematisatie van de uiterwaard bij Gameren (inclusief nevengeulen). Om te verifiëren dat de automatisch gegenereerde Delft3D schematisatie correct en compleet was, is een hydrodynamische berekening uitgevoerd. Hierbij werd geconstateerd dat er van een aantal ruwheidstypen nog geen beschrijving was. Dit bleek samen te hangen met gecombineerde ruwheidstypen waarvoor het programma ruw_def is gebruikt om de conversie te voltooien. Na correctie kon de invoer worden geaccepteerd. Na de eerste simulaties met de in Figuur 2 6 gepresenteerde schematisatie van de nevengeul bij Afferden en Deest bleek dat zelfs bij hoge afvoeren de nevengeul vrijwel niet meestroomt in de berekening. Dit bleek het gevolg van de schematisatie vanuit Baseline, waarbij de nauwe instroomopening naar de geul en de omliggende overlaten niet juist werden gereproduceerd. Om dit op te lossen is handmatig de bodemhoogte op ter plaatse van de nauwe instroming naar de nevengeul, en een nabijgelegen overlaat verlaagd. Na uitvoering van deze aanpassing bleek wel significante doorstroming te worden gerealiseerd Schematisatie voor de Referentie De referentie situatie, zoals die wordt toegepast voor de bepaling van de effecten van de nevengeulen en het VKA, is verkregen door verwijdering van de nevengeulen bij Gameren en Afferden en Deest. Voor beide locaties geldt dat in de basis schematisatie in Baseline, het AOR alternatief, de nevengeulen reeds zijn opgenomen. De in voorgaande subparagraaf opgezette basis schematisatie voor AOR wordt daarom gebruikt als nevengeul berekening. Voor de aanpassingen is de volgende werkwijze gehanteerd: 2 7

15 Aangezien er geen bruikbare Baseline set beschikbaar is waarin de nevengeulen bij Gameren nog geheel niet aanwezig zijn, is de bodem in overleg met Rijkswaterstaat handmatig aangepast. Dit is gedaan door de nevengeulen op te hogen tot gemiddeld uiterwaard niveau waarbij de diepe plas onveranderd is gebleven. Figuur 2 8, Figuur 2 9, en Figuur 2 10 tonen respectievelijk de oude bodem (met nevengeulen), de nieuwe bodem (zonder nevengeulen) en het verschil in bodemligging in de uiterwaard bij Gameren en de directe omgeving. Voor de uiterwaard bij Afferden en Deest zijn wel oude Baseline bestanden beschikbaar waarin de nevengeulen niet zitten. Aangezien daar ook op andere plaatsen verschillen in zitten, is ertoe besloten om niet tot een geheel nieuwe projectie van Baseline data op het rooster over te gaan. Voor de uiterwaard bij Afferden & Deest is gebruik gemaakt van WAQUA modelinvoer van de referentiesituatie van de Spankracht studie: de bodemligging uit dat model is voor de uiterwaard bij Afferden en Deest geïnterpoleerd naar het Delft3D rooster. Figuur 2 11, Figuur 2 12, en Figuur 2 13 geven wederom de oude bodem (met nevengeulen), de nieuwe bodem en de verschillen weer. Figuur 2 8 Bodemligging in m t.o.v. NAP in de Gamerensche uiterwaard (en omgeving) met de nevengeulen 2 8

16 Figuur 2 9 Bodemligging in m t.o.v. NAP in de Gamerensche uiterwaard zonder de nevengeulen. Figuur 2 10 Verschil in bodemligging (in m) in de Gamerensche uiterwaard (effect nevengeulen). Ondanks de vrij grove schematisatie zijn alle drie nevengeulen nog te herkennen, evenals de onderbreking in de grootste nevengeul ter plekke van de diepe plas. 2 9

17 Figuur 2 11 Bodemligging in m t.o.v. NAP uiterwaard bij Afferden & Deest (inclusief omgeving) voor de situatie met nieuwe nevengeulen. Figuur 2 12 Bodemligging in m t.o.v. NAP bij Afferden & Deest zonder nieuwe nevengeulen. 2 10

18 Figuur 2 13 Verschil in bodemligging bij Afferden & Deest (verschillen in m) Bij de aanpassing van de uiterwaard bij Afferden en Deest valt op dat de bodemaanpassing zowel positief als negatief uitvallen. Enerzijds heeft dit te maken met het daadwerkelijk uitgevoerde grondverzet in de uiterwaard, en anderzijds hangt dit samen met een oudere afwijkende dataset voor de bodemligging waarop de aanpassingen zijn gebaseerd. Het aanleggen van de nevengeulen heeft wel een overwegend bodemverlagend effect. 2.4 Randvoorwaarden De morfologische simulaties zullen worden uitgevoerd op basis van een quasi stationaire aanpak met de hydrograaf van 5 jaar die ook voor de studie bij Nijmegen/Lent gebruikt is (Sloff en Jagers, 2004). De afvoeren tot 1693 m 3 /s komen alleen via het zomerbed (roostercellen N=29 t/m 40) binnen, daarboven wordt het debiet verdeeld over de volledige breedte (roostercellen N=12 t/m 54). De waterstanden op de benedenrand (bij kmr. 946) zijn bepaald op basis van de door Arjan Sieben voorgestelde formule: Q h = waal m+nap 2 11

19 De hieruit afgeleide waterstanden zijn weergegeven in de onderstaande tabel. afvoer (m 3 /s) waterstand benedenrand (m+nap) In Figuur 2 14 is het verloop van de afvoeren weergegeven zoals dat is opgelegd aan de bovenrand. Het betreft een herhaling van een jaarlijks karakteristiek afvoerverloop dat is gebaseerd op analyse van langjarige meetreeksen voor afvoeren bij Lobith. In verband met beperking van rekentijd (voorkomen dat stromingsberekeningen langdurig moeten inspelen) wordt het afvoerverloop geschematiseerd door een aantal periodes met constante afvoer. Figuur 2 14 Hydrograaf gebruikt in de morfologische simulaties. De aanpak met een gemiddeld karakteristieke afvoerserie is ook gehanteerd voor het Grensproject (Baur en Jagers, 2002) en de morfologische berekeningen die zijn uitgevoerd in het kader van de Projectnota/MER Dijkteruglegging Lent (Sloff en Jagers, 2004). Hierbij is uit de afvoerregistratie van 1950 tot 2000 de afvoerreeks van 1977 als karakteristiek bevonden, en is deze vervolgens geschematiseerd. In Figuur 2 15 is het resultaat aangegeven. In Figuur 2 16 is vervolgens gepresenteerd hoe deze afvoerreeks zich verhoudt tot de statistiek van afvoeren voor afgelopen eeuw. Hieruit blijkt dat de betreffende hoogwaterafvoer als een vrij extreme afvoer kan worden beschouwd. 2 12

20 Afvoerreeks Afvoer Lobith, schematisch Afvoer Waal, schematisch Afvoer Lobith, 1977 Afvoer (m 3 /s) jan 1 feb 1 mrt 1 apr 1 mei 1 jun 1 jul 1 aug 1 sep 1 okt 1 nov 1 dec Datum Figuur 2 15 Geschematiseerd afvoerverloop voor een gemiddeld jaar op de Boven Rijn (Lobith) en Waal, gebaseerd op het gemeten afvoerverloop bij Lobith in 1977 Afvoerverloop Afvoer Lobith (m 3 /s) P = 0,95 P = 0,84 P = 0,5 P = 0,15 P = 0,05 Geschematiseerd jan 1 feb 1 mrt 1 apr 1 mei 1 jun 1 jul 1 aug 1 sep 1 okt 1 nov 1 dec Datum Figuur 2 16 Geschematiseerd afvoerverloop in de Boven Rijn (gebaseerd op 1977 afvoerreeks) vergeleken met afvoerstatistiek voor periode (P = onderschrijdingskans). 2 13

21 2.5 Morfologische parameters en verificatie De morfologische simulaties worden uitgevoerd door afzonderlijke Delft3D MOR simulaties (één voor elke periode van constante afvoer) te combineren. De aansturing van de simulaties vindt plaats door middel van Linux shell scripts. De directorystructuur van een (samengestelde) morfologische simulatie is getoond in Figuur Het Linux script kopieert voorafgaand aan elke Delft3D MOR simulatie de inhoud van de directory 'sourcemor' naar de work directory. Afvoerafhankelijke parameters in de invoerbestanden worden gewijzigd en additionele bestanden worden gekopieerd vanuit de qdb (afvoerdatabase) directory. De simulatie wordt uitgevoerd en gecontroleerd op correcte afloop. Hierna wordt de uitvoer gekopieerd naar een nieuwe subdirectory onder de directory output. workdir sourcemor script qdb output TSxxxx Figuur 2 17 Directorystructuur van een morfologische simulatie Aan het eind van elke Delft3D MOR simulatie wordt het stromingsveld opgeslagen in de afvoer database. Aan het begin van elke Delft3D MOR simulatie wordt er gekeken of er al eerder een simulatie is uitgevoerd voor de gewenste afvoer. Indien er een stromingsveld beschikbaar is dan wordt dat veld gebruikt in combinatie met een korte inspeeltijd, anders wordt er een lange inspeeltijd gebruikt om de waterbeweging te laten aanpassen aan de nieuwe randvoorwaarden. Om te voorkomen dat de datahoeveelheid uit de hand loopt wordt de modeluitvoer uit de output directory simulaties verwijderd nadat de volgende Delft3D MOR simulatie met succes is afgerond. Met behulp van een vaste laag (niet erodeerbare laag) zijn de uiterwaarden tot aan de kribkoppen vastgelegd overeenkomstig de aanpak van de studie bij Nijmegen/Lent en het grensproject. Verder is de vaste laag bij Sint Andries aangebracht op een niveau op circa 3,5 m + NAP (conform de uitgangsbodemligging). Het concept waarmee de vaste laag wordt gesimuleerd laat op de betreffende locaties wel sedimentatie toe (en eventueel erosie van sediment dat de vaste laag bedekt), maar zodra de vaste laag bloot komt te liggen kan geen verdere erosie optreden van de betreffende rekenpunten. De uiterwaarden en nevengeulen vertonen daarmee geen erosie. De morfologische instellingen zijn overgenomen van de studie bij Nijmegen/Lent en andere studies langs de Waal zoals BOS Baggeren (2001) en morfologische effecten van kribverlaging (2002). 2 14

22 parameter waarde eenheid toelichting A shld 0.7 Coëfficiënt in formule voor effect van bodemdwarshellingen op richting sedimenttransport. B shld 0.5 Coëfficiënt in formule voor effect van bodemdwarshellingen op richting sedimenttransport. E spir 1.0 Coëfficiënt in formule voor effect van spiraalstroming op richting sedimenttransport. E vast 0.05 Coëfficiënt in formule voor effect van vaste laag op grootte van sedimenttransport. Varieert tussen 0.05 en 0.1. Ten aanzien van de karakteristieke diameter van het sediment en de bijbehorende sedimenttransportformule zijn er in het verleden twee instellingen gebruikt. Parameterinstelling 1 is gebruikt voor de studie bij Nijmegen/Lent. Parameterinstelling 2 is gebruikt in de eerdere morfologische studies voor het beschouwde deel van de Waal. parameter instelling 1 parameter waarde eenheid toelichting D m Korreldiameter. Transport gebaseerd op Meyer Peter & Müller formulering 0.7 Ripplefactor. cr Kritische Shields parameter Calibratiefactor. parameter instelling 2 parameter waarde eenheid toelichting D m Korreldiameter. Transport gebaseerd op Engelund Hansen formulering 1.0 Calibratiefactor. Voor beide instellingen zijn simulaties uitgevoerd: Morfologische simulatie op basis van parameter instellingen gebruikt in de studie rond Nijmegen/Lent. Hier aangeduid als parameter instelling 1. Morfologische simulatie op basis van parameter instellingen gebruikt in BOS baggeren (2001) en studie naar morfologische effecten kribverlaging (2002). Hier aangeduid als parameter instelling 2. Op de volgende pagina staan een tweetal langsprofielen van deze berekeningen. De resultaten van beide instellingen liggen dicht bij elkaar. Vanwege het karakter van transport formule gaat de voorkeur uit naar parameter instelling 2 (gebruikt Engelund Hansen) doch de verschillen zijn klein. 2 15

23 Figuur 2 18 Bodemligging langs roosterlijn 30 (45 m van normaallijn rechteroever) aan het begin (donker grijs) en aan het eind van de morfologische simulaties met parameter instellingen 1 (rood) en 2 (blauw). 2 16

24 Figuur 2 19 Bodemligging langs roosterlijn 37 (45 m van normaallijn linkeroever) aan het begin (donker grijs) en aan het eind van de morfologische simulaties met parameter instellingen 1 (rood) en 2 (blauw). De groene lijn representeert de vaste laag bij Sint Andries. In overleg met Rijkswaterstaat RIZA is (naast parameter sets 1 en 2) een derde parameter set vastgesteld met de volgende kenmerken: transportformule Engelund Hansen en korreldiameter 1 mm. Om een resultaat te krijgen dat vergelijkbaar is met de eerdere resultaten van parameter instelling 2 moesten ook de calibratiefactor van de transportformule en de coëfficiënt van de dwarshelling worden aangepast. Een A shld waarde van 0.5 zou exact dezelfde resultaten moeten geven als parameter set 2, maar er is ervoor gekozen om A shld te veranderen in 0.6 wat overeenkomt met de waarde die zij zou moeten hebben volgens Talmon et al. (1995): 9(D 50 /H) 0.3. parameter instelling 3 parameter waarde eenheid toelichting D m Korreldiameter. Transport gebaseerd op Engelund Hansen formulering 0.5 Calibratiefactor. Dwarshellingseffect A shld 0.6 Coëfficiënt in formule voor effect van bodemdwarshellingen op richting sedimenttransport. De resultaten van deze berekening zijn vergelijkbaar met de eerder getoonde resultaten van parameter sets 1 en

25 Met de definitieve parameter instelling is de referentie simulatie uitgevoerd. In Figuur 2 20 is voor deze simulatie het langsverhang weergegeven waarbij gemiddeld is over hele rivierkilometers in stroomrichting en 100 m rivierbreedte respectievelijk links en rechts van de rivieras. De punten geven het verhang weer op basis van meetdata (bovenstrooms van kmr 932 op basis van gemiddelde, benedenstrooms op basis van 2003 peilingen) zoals ter beschikking gesteld door Arjan Sieben. De getrokken lijnen geven het verhang op basis van de modelgegevens aan het begin en eind van de simulatie in respectievelijk het bovenste en onderste assenstelsel. We zien dat het verhang in het algemeen goed overeen komt met de metingen. Alleen in het gebied van de vaste laag bij St. Andries (kmr 927) en direct benedenstrooms daarvan zijn er wat grotere afwijkingen, welke echter ook in de grafiek van de beginbodem terug te vinden zijn. Figuur 2 20 Gemiddeld langsverhang over 100 m rechts van rivieras (groen) en 100 m links van rivieras (blauw): meetpunten en modelresultaten. 2 18

26 Q Effectbepaling nevengeulen 3.1 Inleiding november 2004 De simulaties ten behoeve van effectbepaling van nevengeulen zijn uitgevoerd voor nevengeulen bij Gameren en bij Afferden en Deest (AOR schematisatie). De locaties van de betreffende uiterwaarden zijn aangegeven in onderstaande figuren. Figuur 3-1 Detail van topografische kaart, Afferdensche- en Deetsche Waarden, kmr Figuur 3-2 Detail van topografische kaart, Gamerensche Waarden, kmr

27 3.2 Simulaties Referentie situatie Voor het bepalen van de effecten van de nevengeulen zijn zowel sommen met als zonder de geulen uitgevoerd. Het verschil tussen beide berekeningen (op ieder tijdstip) is een maat voor de effecten van de geulen. De berekening zonder geulen is de referentiesituatie voor de effectbepaling. Tijdens het uitvoeren van de berekeningen is geconstateerd dat de resultaten worden verstoord door allerhande fluctuaties buiten het gebied waarin het model was aangepast. Deze fluctuaties leken kleiner te worden in de loop van de simulatie. Uiteindelijk bleek dat dergelijke samenhangen met het feit dat de waterbeweging bij de overgang van de ene naar de andere afvoer onvoldoende tijd bleek te krijgen om te stabiliseren. Bij de eerste simulaties was een periode van 10 uur gebruikt. Om een betere convergentie van resultaten te realiseren is daarom de inspeelperiode opgehoogd tot 24 uur en zelfs tot 48 uur voor de hoogste afvoer. De lange tijd die nodig is voor hoogwater situaties hangt samen met het trage onderlopen van de uiterwaarden, die op zijn beurt weer wordt veroorzaakt door de compartimentering van de uiterwaard d.m.v. zomerkades. Enkele zomerkades worden net overstroomd waardoor het achterliggende gebied zich bij de gekozen afvoer relatief langzaam opvult. Dit scheelt na 24 uur toch nog altijd circa 500 m 3 /s op het totaal van 4500 m 3 /s. De inspeelperiode is nog weer extra verlengd tot 48 uur, maar daardoor duren de simulaties wel weer langer. 3.3 Resultaten van de berekeningen Om de resultaten van de 5 jarige berekeningen te presenteren is gekozen voor een tweetal typen van weergaven: 1. Bovenaanzichten van de verschillen tussen bodemligging berekend met nevengeulen (AOR) en bodemligging berekend voor de referentie. Deze verschillen worden beschouwd als het morfologische effect van de maatregelen (d.w.z., morfologisch effect = bodemligging met maatregel bodemligging zonder maatregel ). Hoewel deze vergelijking zou kunnen worden gemaakt voor de eindresultaten van de berekening, is het juist zinvol deze vergelijking op een aantal karakteristieke momenten te maken. De morfologische effecten zijn namelijk sterk afhankelijk van het verloop van de afvoer in de tijd (de effecten ontstaan tijdens hoogwater, en eroderen geleidelijk tijdens laagwaterperiodes). 2. Langsprofielen van de verschillen tussen bodemligging berekend met nevengeulen en bodemligging berekend voor de referentie (dus het morfologisch effect zoals hiervoor gedefinieerd). Ook hier wordt rekening gehouden met de periodieke variaties in het effect die optreden door de afvoerhydrograaf. Namelijk, er wordt voor het laatste jaar van de berekeningen een gemiddeld morfologisch effect en de bijbehorende bandbreedte afgeleid. Daarnaast wordt de bandbreedte als een standaardafwijking afzonderlijk weergegeven. In de volgende subparagrafen zijn deze grafieken gepresenteerd. 3 2

28 3.3.1 Figuren bovenaanzicht morfologische effecten In Figuur 3 3 en Figuur 3 4 zijn de figuren gepresenteerd voor de morfologische effecten van nevengeulen bij Afferden en Deest. Tevens zijn deze resultaten gepresenteerd voor de nevengeulen bij Gameren, namelijk Figuur 3 5 en Figuur 3 6. Voor iedere locatie geldt dat er het effect wordt getoond direct na de maximale afvoerpiek (24 februari) en een maand na het optreden van de maximale afvoerpiek (24 maart). Uit de figuren blijkt duidelijk dat morfologische effecten ter plaatse van Afferden en Deest aanzienlijk groter zijn dan de effecten ter plaatse van Gameren. Figuur 3 3 Nevengeul Afferden en Deest: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie, tijdens maximaal hoogwater (situatie ontstaan na inspeelperiode van 4 jaar) Figuur 3 4 Nevengeul Afferden en Deest: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie, maand na periode met maximale afvoer (situatie na inspeelperiode van 4 jaar) 3 3

29 Figuur 3 5 Nevengeul Gameren: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie, tijdens maximaal hoogwater (situatie ontstaan na inspeelperiode van 4 jaar) Figuur 3 6 Nevengeul Gameren: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie, maand na periode met maximale afvoer (situatie na inspeelperiode van 4 jaar) 3 4

30 3.3.2 Figuren langsprofielen morfologische effecten In Figuur 3 7 is voor drie langsprofielen (roosterlijn n=30: links, n=34: midden, en n=38: rechts) het morfologische effect van de nevengeulen gepresenteerd. Daarbij is onderscheid gemaakt in het moment tijdens de piekafvoer (aan het eind van deze periode van maximale afvoer rond 24 februari) en het moment aan het einde van de laagwaterperiode (rond 1 november). Gebruik is gemaakt van de resultaten in het 5 e jaar (2008), waarbij de eerste 4 jaar van de simulaties bedoeld zijn voor het inspelen van het model. Uit de figuren kan worden geconcludeerd dat de effecten van de nevengeulen zich langzaam stroomafwaarts ontwikkelen tijdens de laagwaterperiode, en dat daarbij relatief weinig demping optreedt. De relicten van eerdere hoogwaters verplaatsen zich voornamelijk onder invloed van de volgende hoogwaters. Bijvoorbeeld de effecten van Afferden en Deest zijn gedurende de inspeelperiode van 4 jaar tot circa 8 km benedenstrooms zichtbaar in de getoonde resultaten. Figuur 3 7 Nevengeulen: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie, situatie net na hoogwater (zwarte lijn) en aan eind van daaropvolgende laagwaterperiode (blauwe lijn). In Figuur 3 8, Figuur 3 9 en Figuur 3 10 zijn de langsprofielen gepresenteerd voor de morfologische effecten van nevengeulen voor respectievelijk de langsraai langs de linker oever (n=30), het midden van de rivier (n=34) en langs de rechteroever (n=38). ). Omdat de bodemligging tijdens een jaar (door de variatie van afvoeren) flink kan variëren, zijn voor het laatste jaar (5 e jaar van de simulatie) een tijdsgemiddelde bodemligging, en de maximale variaties om dit gemiddelde (de bandbreedte) bepaald. In de figuren zijn per langsraai dit gemiddelde en de bijbehorende bandbreedte weergegeven. 3 5

31 Ook is de bandbreedte afzonderlijk gepresenteerd in de vorm van de standaarddeviatie voor de variaties die gedurende het laatste jaar op zijn getreden. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de hier getoonde standaarddeviatie slechts een maat is voor de variatie in de gemiddelde bodemligging in het model bij de gekozen afvoerhydrograaf. Kleinschalige natuurlijke variaties in de bodemligging (zoals duinvorming) en variaties ten gevolge van onzekerheden in modelkenmerken en randvoorwaarden (zoals hydrograaf) komen dus niet tot uitdrukking in deze bandbreedte. Figuur 3 8 Nevengeulen, langsraai aan linker oever: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie gemiddeld over het laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. 3 6

32 Figuur 3 9 Nevengeulen, langsraai op rivieras: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie gemiddeld over het laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. 3 7

33 Figuur 3 10 Nevengeulen, langsraai aan rechter oever: berekende bodemligging met nevengeulen minus bodemligging referentie gemiddeld over het laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. In Figuur 3 11 is vervolgens getoond hoe de afvoer door het zomerbed verandert (als functie van de afvoer) onder invloed van de nevengeulen. Hieruit volgt dat de afname van zomerbedafvoer bij Afferden en Deest aanzienlijk groter is dan bij Gameren. 3 8

34 Gameren Afferden & Deest 955 m3/s 1388 m3/s m3/s Hoofdgeuldebiet (m 3 /s) m3/s 4516 m3/s Kilometrering (km) Figuur 3 11 Afvoer door de hoofdgeul (roosterlijnen 29 39) voor referentieberekening (streeplijn) en voor berekening met nevengeulen (getrokken lijn) voor een aantal afvoeren. Tevens zijn aangegeven de afvoeren voor de berekening voor het VKA door middel van stippellijnen (zie paragraaf 4.2.2). 3.4 Discussie Voor de interpretatie van de gepresenteerde resultaten kan rekening worden gehouden met de volgende punten: Tijdens hoogwater zal een deel van de afvoer door de uiterwaard stromen. Waar het water het zomerbed uittreedt, zal een aanzanding optreden welke het sterkst is aan de zijde van de uitstroming, maar welke vaak over de gehele breedte van het zomerbed merkbaar is. De aanzanding ontstaat omdat door deze onttrekking de snelheden in het zomerbed en dus de transportcapaciteit iets afnemen. Waar de winterbedafvoer terugstroomt in het zomerbed treedt juist een lokale erosie op. Door de aanleg van geulen wordt tijdens hoogwater meer water aan het zomerbed onttrokken en zal deze sedimentatie/erosie worden versterkt. Bij in en uitlaten van deze geulen zijn deze effecten het grootst. Na de val van het hoogwater zal de afvoer weer alleen plaatsvinden in het zomerbed, waardoor de bovengenoemde aanzandingen en erosie weer worden opgeruimd. Deze verplaatsen zich als golven vervolgens stroomafwaarts met een snelheid van 1 á 2 km/jaar, waarbij een enige demping optreedt. In het model verplaatsen zich kleine zandgolven over de vaste laag die in de bocht bij St. Andries is gedefinieerd (circa km ). Door de hogere karakteristieke morfologische voortplantingssnelheid boven de vaste laag (Struiksma, 1999) verplaatsen deze golven zich relatief snel ten opzichte van de delen zonder vaste lagen. Gezien de gevoeligheid van dit gedrag voor de modelinstellingen en het modelconcept wordt verondersteld dat deze verschijnselen niet betrouwbaar worden gesimuleerd. Ze worden daarom ook niet verder beschouwd. Wel leiden deze effecten tot kleine verschillen in referentieberekening en berekeningen met maatregelen. Het is daarom zinvol de verschillen op het traject km met zorgvuldigheid te beschouwen. 3 9

35 Het aandeel van de totale afvoer dat door de nevengeul wordt afgevoerd tijdens hoogwater is van belang voor het morfologisch effect. De invloed van de wijze van schematiseren speelt daarbij een rol. In de gepresenteerde resultaten zijn de morfologische effecten van de nevengeulen zichtbaar als duidelijke aanzandingen in het zomerbed. De resultaten geven aan dat: De resultaten voor de aanzanding bij Gameren stemmen overeen met de door RIZA uit multibeam peilingen afgeleide waarnemingen (Sieben, 2003). Zowel de grootte van de lokale verondiepingen en verdiepingen, als de ligging van de grootste aanzanding in de buitenbocht (asymmetrisch over de breedte) zijn in overeenstemming met deze waarnemingen. De nevengeulen bij Afferden en Deest leiden tot grotere aanzanding dan de nevengeulen bij Gameren doordat sprake is van een relatief grote onttrekking van water. De nevengeulafvoer in de simulatie is aanzienlijk groter dan de ontwerpafvoer voor deze geulen, wat het gevolg is van de grove schematisatie van de inlaat van de geul (handmatig gecreëerd, en zonder regelwerk). In werkelijkheid heeft deze ontwerpafvoer een zelfde orde van grootte als de nevengeulafvoer bij Gameren (zie ook paragraaf 4.3). Bij Afferden en Deest is in de berekening sprake van een gemiddelde aanzanding van meer dan 0,5 m over de gehele breedte van de rivier, en bij Gameren is sprake van minder dan 0,5 m aan de linkerzijde aflopend tot vrijwel 0 m aan de rechterzijde. In werkelijkheid zal de aanzanding bij Afferden en Deest ook in de orde van enkele decimeters zijn zoals bij Gameren. De nevengeulen bij Afferden en Deest leidt over een groot traject tot een over de breedte vrij constante zomerbedverondieping (1 D effect). Met name bij de in en uitstromingslocaties van de geulen is duidelijk sprake van 2 D effecten waarbij met name aan de linker oever grotere effecten optreden. Ondanks de overschatting van de diepte van deze aanzanding (door een te grote afvoer door de geul), zal de ruimtelijke structuur ervan vergelijkbaar zijn met het prototype. De morfologische effecten bij de nevengeulen Gameren geven een duidelijk 2 D beeld weer, waarbij grotere effecten optreden aan de linker oever. De storende invloed van de vaste laag in de bocht bij Sint Andries op het morfologisch effect is gering. 3 10

36 4 Effectbepaling Voorkeursalternatief 4.1 Schematisatie Voor het Voorkeursalternatief (VKA) volgens MER Ruimte voor de Rivier zijn met behulp van Baseline 3.3 en een ontwikkelversie van Baswaq de GIS gegevens van het VKA alternatief (inclusief de nevengeulen te Gameren en Afferden en Deest) geprojecteerd op het nieuwe rekenrooster. Evenals voor de schematisatie van de situatie met nevengeulen (AOR) zijn de bodemligging en overlaten in de geul in de Afferdensche en Deetsche Waard handmatig aangepast (zie paragraaf 2.3.1) om te zorgen dat tijdens hoogwater de nevengeul meestroomt. De schematisatie van de nevengeul bij Afferden en Deest is hier op exact dezelfde manier handmatig aangepast als in het AOR model van het vorige hoofdstuk. De resultaten van de berekeningen zijn vervolgens vergeleken met de simulaties voor de referentieschematisatie. 4.2 Resultaten van de berekeningen Om de resultaten van de 5 jarige berekeningen te presenteren is net als voor de resultaten van de nevengeulen gekozen voor een tweetal typen van weergaven: 1. Bovenaanzichten van de verschillen tussen bodemligging berekend voor het VKA en bodemligging berekend voor de referentie. Hierbij is het morfologisch effect gedefinieerd als bodemligging met maatregel bodemligging zonder maatregel. 2. Langsprofielen van de verschillen tussen bodemligging berekend voor het VKA en bodemligging berekend voor de referentie (dus het morfologisch effect zoals hiervoor gedefinieerd). In de volgende subparagrafen zijn deze grafieken voor verschillende momenten in de berekening gepresenteerd Figuren bovenaanzicht morfologische effecten In Figuur 4 1 en Figuur 4 2 zijn de figuren gepresenteerd voor de morfologische effecten van het VKA ter plaatse van Afferden en Deest. Tevens zijn deze resultaten gepresenteerd voor het VKA in de omgeving van Gameren, namelijk Figuur 4 3 en Figuur 4 4. Voor iedere locatie geldt dat er het effect wordt getoond direct na de maximale afvoerpiek (24 februari) en een maand na het optreden van de maximale afvoerpiek (24 maart). Uit de figuren blijkt duidelijk dat morfologische effecten ter plaatse van Afferden en Deest aanzienlijk groter zijn dan de effecten ter plaatse van Gameren. Het karakter van de morfologische effecten komt in grote lijnen overeen met de eerder gevonden resultaten (zie paragraaf 3.3.1) maar verschilt op details ten gevolge van de andere geschematiseerde maatregelen in het modelgebied. 4 1

37 Figuur 4 1 VKA bij Afferden en Deest: berekende bodemligging VKA minus bodemligging referentie, tijdens maximale hoogwater (situatie ontstaan na inspeelperiode van 4 jaar) Figuur 4 2 VKA bij Afferden en Deest: berekende bodemligging VKA minus bodemligging referentie, maand na periode met maximale afvoer (situatie na inspeelperiode van 4 jaar) 4 2

38 Figuur 4 3 VKA bij Gameren: berekende bodemligging VKA minus bodemligging referentie, tijdens maximale hoogwater (situatie ontstaan na inspeelperiode van 4 jaar) Figuur 4 4 VKA bij Gameren: berekende bodemligging VKA minus bodemligging referentie, 1 maand na periode met maximale afvoer (situatie na inspeelperiode van 4 jaar) 4 3

39 4.2.2 Figuren langsprofielen morfologische effecten In Figuur 4 5 is op dezelfde wijze als voor de nevengeulen berekening voor drie langsprofielen (roosterlijn n=30: links, n=34: midden, en n=38: rechts) het morfologische effect van het VKA gepresenteerd. Er is onderscheid gemaakt in het moment tijdens de piekafvoer (aan het eind van deze periode van maximale afvoer rond 24 februari) en het moment aan het einde van de laagwaterperiode (rond 1 november). Gebruik is gemaakt van de resultaten in het 5 e jaar (2008). De eerste 4 jaar van de simulaties zijn bedoeld voor het inspelen van het model. Uit de figuren kan worden geconcludeerd dat de effecten van de maatregelen in het VKA over de gehele lengte van het model zichtbaar zijn. Evenals voor de nevengeulen kan worden geconcludeerd dat de effecten zich langzaam stroomafwaarts ontwikkelen tijdens de laagwaterperiode, en dat daarbij relatief weinig demping optreedt. De relicten van eerdere hoogwaters verplaatsen zich voornamelijk onder invloed van de volgende hoogwaters. Figuur 4 5 VKA: berekende bodemligging voor VKA minus bodemligging referentie, situatie net na hoogwater (zwarte lijn) en aan eind van daaropvolgende laagwaterperiode (blauwe lijn). In Figuur 4 6, Figuur 4 7 en Figuur 4 8 zijn de langsprofielen gepresenteerd voor de morfologische effecten van het VKA voor respectievelijk de langsraai langs de linker oever (n=30), het midden van de rivier (n=34) en langs de rechteroever (n=38). Vanwege de optredende variaties in de bodemligging tijdens een jaar, zijn voor het laatste jaar (5 e jaar van de simulatie) een tijdsgemiddelde bodemligging en de maximale variatie om dit gemiddelde (de bandbreedte) bepaald. 4 4

40 In de figuren zijn per langsraai deze gemiddelde en de bijbehorende bandbreedte weergegeven. Ook is de bandbreedte gepresenteerd in de vorm van de standaarddeviatie voor de variaties die gedurende het laatste jaar op zijn getreden. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de hier getoonde standaarddeviatie slechts een maat is voor de variatie in de gemiddelde bodemligging in het model bij de gekozen afvoerhydrograaf. Kleinschalige natuurlijke variaties in de bodemligging (zoals duinvorming) en variaties ten gevolge van onzekerheden in modelkenmerken en randvoorwaarden (zoals hydrograaf) komen dus niet tot uitdrukking in deze bandbreedte. Figuur 4 6 VKA, langsraai aan linker oever: berekende bodemligging voor het VKA minus bodemligging referentie gemiddeld over laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. 4 5

41 Figuur 4 7 VKA, langsraai op rivieras: berekende bodemligging voor het VKA minus bodemligging referentie gemiddeld over laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. 4 6

42 Figuur 4 8 VKA, langsraai aan rechter oever: berekende bodemligging voor het VKA minus bodemligging referentie gemiddeld over laatste jaar (zwarte lijn) en bandbreedte in dat jaar (rode en groene lijn) en standaarddeviatie van bodemliggingsverschillen in het laatste jaar. 4 7

43 In Figuur 4 9 is vervolgens getoond hoe de afvoer door het zomerbed verandert (als functie van de afvoer) onder invloed van de maatregelen van het VKA. Hieruit volgt dat de afname van zomerbedafvoer bij Afferden en Deest aanzienlijk groter is dan bij Gameren Gameren Afferden & Deest 955 m3/s 1388 m3/s m3/s Hoofdgeuldebiet (m 3 /s) m3/s 4516 m3/s Kilometrering (km) Figuur 4 9 Afvoer door de hoofdgeul (roosterlijnen 29 39) voor referentieberekening (streeplijn) en voor berekening voor het VKA (getrokken lijn) voor een aantal afvoeren. Tevens zijn aangegeven de afvoeren voor de berekening met nevengeulen (AOR) door middel van stippellijnen. 4.3 Discussie De resultaten van de berekeningen voor het VKA vertonen een aanzienlijk meer uitgebreide morfologische reactie. Dit wordt vooral veroorzaakt doordat in tegenstelling tot de nevengeulen berekeningen in het VKA langs het gehele trajecten maatregelen zijn geschematiseerd met het oog op het creëren van ruimte voor de rivier. De morfologische effecten die daarbij optreden zijn niet gelijkmatig verdeeld over de breedte van het zomerbed, maar leiden tot variaties in verhoogde en verlaagde bodemligging in zowel breedte en lengterichting. Opvallend is dat de effecten van de nevengeulen bij Gameren en bij Afferden en Deest duidelijk groter zijn dan de effecten van alle andere maatregelen. Dit duidt er op dat juist op deze locaties een grote verschil bestaat tussen de referentie schematisatie en het VKA. In Figuur 4 10 is voor een tweetal dwarsprofielen, respectievelijk bij Gameren en bij Afferden de relatieve afvoer door het zomerbed weergegeven bij verschillende afvoeromstandigheden. De relatieve afvoer is bepaald door de verhouding 1 [Q hoofdgeul /Q hoofdgeul.referentie ]. Wanneer de zomerbedafvoer door de maatregel niet wijzigt dan is deze verhouding gelijk aan nul. Naarmate deze waarde groter is dan nul neemt de afvoer in het zomerbed af (doordat er meer water door de nevengeul stroomt). De resultaten tonen hoe de afvoer door het zomerbed relatief meer afneemt bij toenemende afvoer, en daarbij een groter effect vertoont voor Afferden en Deest dan voor Gameren. Dit geldt zowel voor de situatie met alleen de nevengeulen (AOR) als voor het VKA. 4 8

44 1 Qhg/Qhg.ref AOR Afferden VKA Afferden AOR Gameren VKA Gameren Qhg.ref [m 3 /s] Figuur 4 10 Verhouding hoofdgeul afvoeren voor de verschillende berekeningen (Qhg=afvoer door hoofdgeul, Qhg.ref=hoofdgeulafvoer referentie). Uit de figuur blijkt dat de onttrekking door nevengeulen bij Afferden en Deest in de simulatie aanzienlijk groter is dan bij Gameren, hetgeen niet in overeenstemming is met het ontwerp. In onderstaande Figuur 4 11 en Figuur 4 12 is dit verschil tussen ontwerpafvoer (volgens RIZA, 2004) en berekende afvoer (Delft3D simulaties) getoond. De voor het ontwerp van Afferden en Deest bepaalde verhoudingen liggen dicht bij de berekende verhoudingen voor Gameren Q_nevengeul / Q_Waal Waalafvoer [m3/s] berekend op basis plan Taal (1995), direct na aanleg Figuur 4 11 Verhouding ontwerp afvoeren voor nevengeulen bij Afferden en Deest als functie van de Waalafvoer (RIZA, 2004) 4 9

45 Q_Nevengeul / Q_Waal AOR Afferden VKA Afferden AOR Gameren VKA Gameren Waalafvoer [m 3 /s] Figuur 4 12 Verhouding simulatie afvoeren voor nevengeulen bij Afferden en Deest als functie van de Waalafvoer De met het Delft3D model berekende afvoer in de nevengeul bij Afferden en Deest (zowel voor AOR als VKA) hangt sterk samen met de schematisatie van de bovenloop van de geul op het relatief grove rooster. De instroming naar de nevengeul vindt hier plaats door een relatief nauw profiel dat slechts moeilijk is te modelleren op een grof rooster, en zelfs een handmatige aanpassing nodig heeft gehad. De schematisatie van dit profiel (en omliggende kades en overlaten) op het fijnere WAQUA rooster leidt duidelijk tot andere resultaten. Voor een betere morfologische simulatie is het daarom aan te bevelen om vooraf te controleren of de berekende afvoeren voldoen aan de ontwerpwaarden, en zonodig de schematisatie aan te passen zodat wordt voldoen aan deze eisen. 4 10

46 5 Conclusies De morfologische effecten van nevengeulen bij Afferden en Deest en Gameren, en van het voorkeursalternatief (VKA) van de MER Ruimte voor de Rivier, zijn met behulp van een 2 D (Delft3D) model berekend. Het 2 D morfologisch model maakt gebruik van een uit Baseline afgeleide schematisatie, en een karakteristieke afvoerhydrograaf, om over een periode van 5 jaar de dynamische effecten van de maatregelen op de rivierbedding te simuleren. Uit de berekeningen volgt dat bij Gameren sprake is van alleen een 2 D morfologisch effect, namelijk een aan de linkeroever geconcentreerde aanzanding van orde enkele decimeters. Deze resultaten komen goed overeen met waarnemingen gerapporteerd door RIZA (Sieben, 2003). De berekeningen geven verder aan dat de aanleg van nevengeulen bij Afferden en Deest leidt tot een combinatie van 1 D (breedtegemiddelde) aanzanding in het zomerbed, en 2 D (aan linker oever geconcentreerde) morfologische effecten bij in en uitstroomlocaties. De effecten zijn gemiddeld in de orde van 0,5 m. Echter, door een relatief grove schematisatie van de betreffende geulen, en het ontbreken van een regelwerk is in de modelberekening sprake van een te grote afvoer door de nevengeul (ten opzichte van de ontwerpafvoer). De morfologische effecten worden daarom iets overschat, en zullen in werkelijkheid in de dezelfde orde van grootte zijn als die bij Gameren. De berekende ruimtelijke structuren in het zomerbed zijn echter wel correct, en kunnen gebruikt worden voor analyse. Bovengenoemde conclusies gelden zowel voor de simulaties met alleen nevengeulen, als voor de simulaties voor het VKA. Voor het VKA zijn langs het gehele modeltraject afwisselende aanzandings en erosiepatronen waar te nemen (met een 2 D karakter) met een grootte van orde enkele decimeters. Het rekenmodel moet worden beschouwd als een hulpmiddel bij schattingen ten aanzien van de morfologische effecten. Uit ervaring blijkt dat in dit stadium van modelontwikkeling en toepassing het gedrag van de morfologie kwalitatief goed wordt gereproduceerd. Echter, aan de uiteindelijke absolute waarden van de aanzandingen en erosies mag vooralsnog slechts een beperkte nauwkeurigheid worden toegekend. De redenen hiervoor zijn: Een gedetailleerde morfologische ijking en validatie zijn nog niet uitgevoerd. De instellingen voor morfologische parameters zijn gekozen op basis van eerdere ervaringen en deskundigenoordeel, en er heeft slechts een ruwe afstelling plaatsgevonden. Er heeft geen uitvoerige interpretatie en analyse van de resultaten plaatsgevonden. Er bestaat een kans dat deze analyse nog onvolkomenheden in de schematisatie en parameterinstellingen aan het licht brengt. Het is naar verwachting hoogst waarschijnlijk dat door de grove schematisatie ter plaatse van de instroming naar de nevengeul bij Afferden en Deest er te veel water door de betreffende nevengeul stroomt. 5 1

47 De gekozen afvoerreeks wordt beschouwd als een gemiddelde afvoer situatie maar het is bekend dat door variaties in deze reeks er sprake kan zijn van grote verschillen in het eindresultaat. Voordat de betrouwbaarheid van het model is aangetoond, is het dus (gegeven deze onzekerheden) van belang dat het model met zorgvuldigheid en kennis van zaken wordt toegepast en geïnterpreteerd. Omdat is gebleken dat bij het schematiseren van nevengeulen op het rekenrooster (vooral op grove roosters) er verschillen kunnen ontstaan tussen de gesimuleerde nevengeulafvoer en de ontwerpafvoer, wordt aanbevolen hierop vooraf een controle uit te voeren. Voor morfologische simulaties zouden voor alle relevante rivierafvoeren de langsprofielen van zomerbedafvoer vergelijkbaar moeten zijn met de langsprofielen uit WAQUA berekend met het fijnmazige rooster. 5 2

48 Literatuur Baur, T. en H.R.A. Jagers (2002) Grensproject Bovenrijn / Grenzproject Niederrhein: model construction, calibration and verification., rapport Q2496, February RIZA (2004) Erosie, sedimentatie en morfologie Afferdensche en Deetsche Waarden. MER Rapportage, Projectnummer , Rijkswaterstaat RIZA. Sieben (2003) Zomerbedveranderingen door nevengeulen bij Gameren. Rijkswaterstaat RIZA, werkdocument x, maart Sloff, C.J. (2001) Morfologische studie BOS Baggeren met Delft2D Rivieren., rapport Q2844, oktober Sloff, C.J. en H.R.A. Jagers (2004) 2D morfologische berekeningen Lent,, rapport Q3560 (versie 2), mei Struiksma, N. (1999) Mathematical modelling of bedload transport over non erodible layers. IAHR symposium on River, Coastal and Estuarine Morphodynamics (RCEM), Genova, Sept proceedings p Talmon, A.M., N. Struiksma en M.C.L.M. van Mierlo (1995) Laboratory measurements of the direction of sediment transport on transverse alluvial bed slopes. J. Hydr. Res., IAHR, Vol. 33, No. 4, p Literatuur

49 A Rekenprocedure voor simulaties Voor het berekenen van achterloopse kribben is een procedure voorgesteld waarbij de achterloopsheid wordt geschematiseerd door middel van een onttrekking en toevoeging van debiet ter plaatse van de krib. De schematisatie en simulaties van deze berekeningen zijn uitgevoerd door RIZA Arnhem. Hiervoor is door een rekenprocedure opgesteld en opgeleverd aan RIZA. In overleg met Arjan Sieben worden de berekeningen voor de achterloopse kribben uitgevoerd door RIZA/Arnhem. Hieronder volgt een nadere beschrijving zodat de simulaties ook daadwerkelijk bij RIZA uitgevoerd kunnen worden. De morfologische simulaties worden uitgevoerd door afzonderlijke Delft3D MOR simulaties (één voor elke periode van constante afvoer) te combineren. De directorystructuur die hierbij gebruik wordt voor één van deze (samengestelde) morfologische simulatie is getoond in figuur A 1. workdir sourcemor original_scripts qdb output TSxxxx Figuur A 1 Directorystructuur van een morfologische simulatie. De aansturing van de simulaties vindt plaats door middel van Linux shell scripts. Er worden een vijftal scripts gebruikt: runsim: het hoofdscript dat het Qseries bestand leest waarin de geschematiseerde hydrograaf staat (afvoer en periode van constante afvoer in TSCALE). Hiermee dient de simulatie opgestart te worden. runperiod: aangeroepen vanuit runsim zorgt dit script ervoor dat er één periode van constante afvoer wordt uitgevoerd. Deze routine zorgt voor het ophogen van de tijd. run: aangeroepen vanuit runperiod zorgt dit script ervoor dat de hele boekhouding van in en uitvoerbestanden voor één Delft3D MOR simulatie netjes afgehandeld wordt. clean: aangeroepen vanuit run ruimt alle uitvoerresultaten van de vorige run op. rmq: gooit eventuele queue messages weg (aangeroepen vanuit clean). Dit script is niet van wezenlijk belang voor deze simulaties. Het Linux script genaamd run voert een groot aantal stappen uit: 1. Het kopieert voorafgaand aan elke Delft3D MOR simulatie de inhoud van de directory 'sourcemor' naar de werkdirectory. 2. Eindresultaat van de voorgaande berekening wordt teruggehaald uit de 'output' directory. A 1

50 3. Stromingsveld op de communicatie file wordt overschreven door het stromingsveld bij de gekozen afvoer in de stromingsdatabase (qdb\db wlg.dat/def) indien beschikbaar en anders wordt de parameter PreFlowIter opgehoogd (zie ook punt 4 hieronder). 4. Afvoerafhankelijke parameters in de invoerbestanden worden gewijzigd. De bestanden zoals ze in de 'sourcemor' staan kunnen niet direct door Delft3D MOR gebruikt worden. Evenmin kunnen ze ingelezen worden in de user interface. Dit is een nadeel van de gekozen structuur. De volgende parameters worden in de morf file (bestand met de Delft3D boomstructuur) aangepast: InitP (vlag voor initiële run), TStart (simulatie starttijd), NIter (aantal morfologie stappen tussen opeenvolgende waterbewegingsstappen), MorStep (grootte van de morfologische stappen in TSCALE), PreFlowIter (aantal waterbewegingsperiodes voor de eerste morfologische stap), en TEnd (eindtijd van de simulatie). Daarnaast wordt de tekst DischQ in de mdf file (invoerfile waterbeweging) vervangen door de juiste afvoer (i.v.m. de gebruikte naamconventie voor de randvoorwaardebestanden). 5. Additionele afvoerafhankelijke bestanden (de randvoorwaarde bestanden) worden gekopieerd vanuit de qdb (afvoer database) directory. 6. De simulatie wordt uitgevoerd en gecontroleerd op correcte afloop. 7. Het stromingsveld wordt naar de stromingsdatabase gekopieerd. 8. Hierna wordt de uitvoer verplaatst naar een nieuwe subdirectory onder de directory output. De belangrijkste invoerparameters voor de simulaties staan in de bestanden: Qseries: per regel één afvoer en de bijbehorende periode in TSCALE dat deze afvoer geldt. run: locatie van de te gebruiken programma's: morsyssm.exe, qdb.exe, simulatie case id: (variabele Project), aantal waterbewegingsperioden als er geen goed stromingsveld beschikbaar is (variabele PreFlowIterLong). qdb directory: stromingsdatabase en per gebruikte afvoer een bnd en een bct bestand Ten behoeve van de simulaties met achterloopse kribben worden bij de mail waarbij dit voortgangsrapport zit een ZIP file geleverd met daarin de directory structuur met data voor de oorspronkelijke situatie (met nevengeulen dus). De achterloopse kribben kunnen worden geïmplementeerd door de kribben invoerfile (wlg.wr in sourcemor) aan te passen of door lokale bronnen en putten (discharge points) in de schematisatie op te nemen. Indien hierdoor nieuwe afvoerafhankelijke bestanden ontstaan, dienen zij voor alle vijf gebruikte afvoeren gespecificeerd te worden en in de qdb directory geplaatst te worden. De verwijzing in de mdf file naar deze bestanden dient DischQ te bevatten in plaats van de respectievelijke afvoeren. Bijvoorbeeld: bestanden genaamd Q955.dis, Q1388.dis, etc. en verwijzing Fildis=#QDischQ.dis# in de mdf file. A 2

51