Gemeente Zwolle. Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte. Witteveen+Bos. Willemskade postbus 2397.

Transcriptie

1 Gemeente Zwolle Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte Willemskade postbus CJ Rotterdam telefoon telefax

2 Gemeente Zwolle Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte referentie projectcode status OST140-1/winb/003 OST140-1 definitief 02 projectleider projectdirecteur datum ir. A.J. Smale ir. S.C. van der Biezen 29 juli 2008 autorisatie naam paraaf goedgekeurd ir. A.J. Smale Willemskade Het kwaliteitsmanagementsysteem van is gecertificeerd volgens ISO 9001 : 2000 postbus CJ Rotterdam telefoon telefax Niets uit dit bestek/drukwerk mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande toestemming van Raadgevende ingenieurs b.v., noch mag het zonder een dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd.

3 INHOUDSOPGAVE blz. 1. INLEIDING 1 2. RESULTATEN GEVOELIGHEIDSANALYSE Inleiding Hydraulisch effect Verhouding tussen zomer- en winterbedafvoer Bodemverandering als functie van tijd Minimum vaardiepte Verlengde inlaatdrempel 9 3. CONCLUSIES Conclusies Aanbevelingen REFERENTIES 12 laatste bladzijde 23 bijlagen aantal bladzijden I Verhouding tussen zomer- en winterbed 3 II Bodemverandering 3 III Vaardiepte 3 OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli 2008

4 1. INLEIDING Dijkverlegging Westenholte is een van de Ruimte voor de Rivierprojecten, die bijdragen aan de benodigde waterstanddaling op de IJssel. Het project betreft het landinwaarts leggen van de dijk langs de IJssel, nabij Zwolle, stroomafwaarts van de monding van het Zwolle-IJsselkanaal. In het buitendijks gebied is een geul voorzien. Ter plaatse van de zwaaikom komt een (inlaat)dam met een hoogte van +1,5 m NAP; de uiterwaardhoogte net benedenstrooms van de zwaaikom bedraagt +1,25 m NAP. De ingreep is weergegeven in afbeelding 1.1. Afbeelding 1.1: Dijkverlegging Westenholte De ingreep bij Westenholte geeft niet alleen een waterstandsdaling, maar leidt ook tot (nadelige) morfologische effecten. Om de morfologische effecten in kaart te brengen is in opdracht van de gemeente Zwolle een morfologisch onderzoek verricht. In de rapportage Morfologische effecten Westenholte [1] worden de te verwachten morfologische effecten van de ingreep beschreven. Uit deze studie is gebleken dat de morfologische effecten van de OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

5 ingreep aanzienlijk zijn (maximaal 24 centimeter aanzanding ter hoogte van kmr 982). Hierbij moet worden opgemerkt dat voor de berekeningen het oude voorkeursalternatief 1 is gebruikt. Door het verhogen van de inlaat in de zwaaikom en de uiterwaard net benedenstrooms van de zwaaikom, zou het morfologisch effect van de ingreep kunnen worden beperkt. Een verhoogde inlaat beperkt namelijk het aantal keren dat de hanken meestromen, waardoor de morfologische effecten minder vaak optreden en daardoor mogelijk kleiner zijn. Om het effect te bepalen van een verhoogde inlaat is een variant ontwikkeld, waarin de inlaat met 60 centimeter wordt verhoogd, zie de blauwe gebieden in afbeelding 1.2. Afbeelding 1.2. Drempels Deze rapportage zal ingaan op het effect van de verhoogde inlaat. Resultaten van deze gevoeligheidsanalyse zullen worden getoond voor het nieuwe voorkeursalternatief s5 2 en de variant met de verhoogde inlaat s5_i. Voor meer uitleg over de gevolgde methodiek wordt verwezen naar hoofdstuk 2 uit de notitie Morfologische effecten Westenholte [1]. De resultaten van de gevoeligheidsanalyse worden weergegeven in hoofdstuk 2. In dit hoofdstuk zijn de meest relevante thema s uit de Concept Leidraad Bepaling Morfologische Effecten Ruimte voor de Rivier Projecten [2] uitgewerkt. Dit zijn de verhouding tussen zomer- en winterbedafvoer, de bodemverandering en de minimum vaardiepte. Bovendien wordt het hydraulisch effect van de verhoogde inlaat getoond. Vervolgens wordt het rapport afgesloten met conclusies en aanbevelingen in hoofdstuk In het oude voorkeursalternatief is alleen gebruik gemaakt van MHW lateralen, waardoor de lage afvoeren aan de hoge kant wa ren. Het oude voorkeursalternatief is gebruikt voor de Morfologische effecten Westenholte [1]. In het nieuwe voorkeursalternatief zijn voor de verschillende afvoeren passende lateralen geïmplementeerd. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

6 2. RESULTATEN GEVOELIGHEIDSANALYSE 2.1. Inleiding In dit hoofdstuk worden de resultaten van de gevoeligheidsanalyse behandeld. In de eerste paragraaf zal kort in gegaan worden op het hydraulisch effect van de verhoogde inlaat. Vervolgens worden de resultaten van de morfologische analyse getoond. In het oude voorkeursalternatief, s5, treedt het grootste morfologische effect op bij kilometerraai 982 (zie de notitie Morfologische effecten Westenholte [1]). Dit hoofdstuk toont en geeft toelichting op de resultaten voor kmr 982. De resultaten van de overige kilometerraaien zijn te vinden in bijlage I, II en III voor respectievelijk de verhouding tussen zomer- en winterbed, de bodemverandering en de minimum vaardiepte Hydraulisch effect In afbeelding 2.1 is het hydraulisch effect van de ingreep te zien. De ingreep geeft een waterstandsdaling voor de rivierkilometers 910 tot en met 984. Voor het voorkeursalternatief s5 bedraagt de maximale waterstandsdaling circa 14 centimeter bij kmr 981. Als gevolg van het verhogen van de inlaat bij de zwaaikom en benedenstrooms van de zwaaikom is het waterstandsverlagend effect van de ingreep 4 tot 5 millimeter minder over de rivierkilometers 974 tot en met 981. Afbeelding 2.1. Hydraulisch effect inlaat Effect op waterstand in de as van de rivier (m) Rivierkilometer s5 s5_i 2.3. Verhouding tussen zomer- en winterbedafvoer In afbeelding 2.2 is voor kmr 982 de verhouding tussen winter- en zomerbedafvoer weergegeven als functie van de afvoer bij Lobith voor de referentiesituatie, het voorkeursalternatief s5 en de variant s5_i. Als gevolg van de ingreep neemt de verhouding tussen winter- en zomerbedafvoer significant toe bij afvoeren groter dan m 3 /s (tot ruim een factor 2 bij kmr 982). Dit betekent dat bij hogere afvoeren (>4.000 m 3 /s) meer water door het winterbed gaat stromen. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

7 Door het ophogen van de inlaat in variant s5_i stroomt minder water door het winterbed bij afvoeren tussen 5000 en 7000 m 3 /s bij Lobith. Voor een afvoer van 6000 m 3 /s is de afname circa 40%. Voor afvoeren hoger dan 7000 m 3 /s bij Lobith is er geen significant verschil te zien. Afbeelding 2.2. Verhouding tussen zomer- en winterbedafvoer (kmr 982) 2.4. Bodemverandering als functie van tijd In de afbeeldingen 2.3 en 2.4 is voor kmr 981 en kmr 982 de bodemverandering weergegeven als functie van de tijd voor het voorkeursalternatief s5 en de variant s5_i (in vergelijking met de referentiesituatie). Op de rechter y-as is de afvoer van de IJssel weergegeven. Als gevolg van de ingreep stroomt bij hoogwater meer water door de uiterwaarden, waardoor de stroomsnelheid afneemt ten opzichte van de referentiesituatie, resulterend in aanzanding. Voor het voorkeursalternatief s5 zijn aanzandingen tot maximaal 5 centimeter waar te nemen voor kmr 981. Voor kmr 982 komen aanzanding van maximaal 20 centimeter voor 3. De verhoogde drempel van variant s5_i leidt ertoe dat minder water door het de uiterwaard stroomt dan bij s5 bij afvoeren tussen 5000 en 7000 m 3 /s bij Lobith. Bij kmr 981 neemt daardoor de stroomsnelheid in het zomerbed minder af ten opzichte van de referentiesituatie. Hierdoor zijn de morfologische effecten kleiner, zie afbeelding 2.3. Echter, ter hoogte van kmr 982 is te zien dat bij bepaalde afvoeren in variant s5_i meer aanzanding optreedt (tot maximaal 5 centimeter meer aanzanding), zie afbeelding In het nieuwe voorkeursalternatief s5 is de maximale aanzanding die optreedt bij kmr 982 circa 5 centimeter kleiner dan in het oude voorkeursalternatief. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

8 Afbeelding 2.3. Bodemverandering (kmr 981) Afbeelding 2.4. Bodemverandering (kmr 982) De extra aanzanding kan verklaard worden door naar het verschildebiet tussen s5 en s5_i te kijken, zie afbeelding 2.5. Een positief verschil komt overeen met een toename van debiet richting de uiterwaard in variant s5_i. Wanneer in afbeelding 2.5 het verschildebiet (tussen s5_i en s5) naar de uiterwaard toe bekeken wordt, dan valt op dat in de buurt van kmr 982 het debiet naar de uiterwaard in variant s5_i groter is dan in s5 bij een afvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

9 Dat meer water richting de uiterwaard stroomt bij s5_i dan bij s5 bij een afvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith is ook te zien in het omcirkelde gebied in afbeelding 2.6 (een positief verschil betekent een toename in stroomsnelheid voor variant s5_i). Dit heeft tot gevolg dat de stroomsnelheden in de hoofdgeul weer afnemen, waardoor aanzanding optreedt. Afbeelding 2.5. Verschildebiet tussen s5_i en s5 kmr 982 Afbeelding 2.6. Snelheidsverschil tussen s5_i en s5 bij een afvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith 982 OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

10 2.5. Minimum vaardiepte In afbeeldingen 2.7 en 2.8 is voor respectievelijk kmr 982 en het totale projectgebied de frequentie van het onderschrijden van verschillende vaardieptes weergegeven voor de referentiesituatie, het voorkeursalternatief s5 en de variant s5_i. Voor variant s5_i neemt het aantal dagen dat de minimum vaardiepte van 2,8 m wordt onderschreden op kilometerraai 982 af met circa 1% ten opzichte van s5. Echter, benedenstrooms van kmr 984 neemt het aantal dagen dat de minimum vaardiepte van 2,8 m wordt onderschreden toe, zie bijlage III. Voor het gehele projectgebied komt het aantal dagen dat de minimum vaardiepte wordt onderschreden voor s5_i ongeveer overeen met s5. Afbeelding 2.7. Onderschrijdingsfrequentie vaardiepte (kmr 982) OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

11 Afbeelding 2.8. Onderschrijdingsfrequentie vaardiepte voor het totale projectgebied OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

12 2.6. Verlengde inlaatdrempel In de voorgaande paragrafen is beschreven dat het ophogen van de inlaatdrempel met 60 centimeter niet voldoende is om aanzanding rond kmr 982 tegen te gaan. Er is zelfs gebleken dat de aanzanding rond kmr 982 erger wordt door het ophogen van de inlaatdrempel. Dit komt doordat het water slechts op enkele locaties over een korte lengte de uiterwaard instroomt. Voor een afvoer van 6000 m³/s vindt de instroom nu voornamelijk plaats na kmr 982. Op deze locatie is geen inlaatdrempel aanwezig en vindt dus gemakkelijker instroom plaats. Om de instroom rond kmr 982 tegen te gaan, is besloten om de inlaatdrempel te verlengen tot het hoogwatervrije terrein, zie afbeelding 1.1. In deze nieuwe variant (s5_ib) heeft het verlengde deel van de inlaatdrempel een hoogte van NAP +2 m gekregen. In afbeelding 2.9 is de bodemverandering voor varianten s5, s5_i en s5_ib op kmr 982 weergegeven. In vergelijking tot variant s5_i heeft variant s5_ib minder aanzanding tot gevolg (maximaal 0,23 m in plaats van 0,26 m voor s5_i). Echter, de nieuwe variant zorgt nog steeds voor meer aanzanding op kmr 982 dan variant s5. Afbeelding 2.9: Bodemverandering kmr 982 voor s5, s5_i en s5_ib OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

13 Wanneer het stromingspatroon van s5_ib bij een afvoer van 6000 m³/s wordt vergeleken met variant s5 (afb en 2.11), dan is te zien dat de instroom in de uiterwaard plaatselijk geconcentreerder plaatsvindt in variant s5_ib terwijl de instroom in s5 geleidelijk plaatsvindt. De instroom vindt in variant s5_ib voornamelijk plaats in het begin van de inlaatdrempel en ter plaatse van een aangetakte hank. Afbeelding variant s5_ib stroomsnelheden bij afvoer 6000 m³/s Afbeelding variant s5 stroomsnelheden bij afvoer 6000 m³/s Er kan dus geconcludeerd worden dat het verlengen en verhogen van de inlaatdrempel niet het gewenste effect biedt. Door het verhogen van de inlaatdrempel stroomt het water via lagere delen van de drempel de uiterwaard binnen. Hierdoor is de instroom lokaal hoger dan in variant s5 en treedt er lokaal meer aanzanding op. De enige manier om de aanzanding rond kmr 982 te verkleinen is door de gehele inlaatdrempel op dezelfde hoogte te leggen. Op deze manier stroomt het water gelijkmatig verspreid de uiterwaard binnen zoals in variant s5, maar dan pas bij een hogere afvoer. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

14 3. CONCLUSIES 3.1. Conclusies Als gevolg van het verhogen van de inlaat met 60 centimeter in variant s5_i neemt de bodemverandering af ter plaatse van kilometerraai 981. Echter, ter hoogte van kmr 982 is te zien dat bij bepaalde afvoeren in variant s5_i meer aanzanding optreedt (tot maximaal 5 centimeter meer aanzanding). Dit kan worden verklaard doordat ter hoogte van kmr 982 meer water de uiterwaard instroomt dan voor s5 bij een afvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith. Voor de rivierkilometers ter hoogte van de ingreep is nauwelijks een verschil te zien tussen s5 en s5_i in het aantal dagen dat de minimum vaardiepte wordt onderschreden. Echter, benedenstrooms van kmr 984 wordt de minimum vaardiepte vaker onderschreden in s5_i dan in het voorkeursalternatief (bijvoorbeeld drie keer vaker voor kmr 986). Ook het verlengen van de inlaatdrempel tot het hoogwatervrije terrein (variant s5_ib) leidt tot meer aanzanding dan in variant s5. In vergelijking tot variant s5_i heeft variant s5_ib minder aanzanding tot gevolg (maximaal 0,23 m in plaats van 0,26 m voor s5_i). Er kan dus geconcludeerd worden dat het verlengen en verhogen van de inlaatdrempel niet het gewenste effect biedt. Door het verhogen van de inlaatdrempel stroomt het water via lagere delen van de drempel de uiterwaard binnen. Hierdoor is de instroom lokaal hoger dan in variant s5 en treedt er lokaal meer aanzanding op Aanbevelingen Rivierverruimende maatregelen leiden in het algemeen tot morfologische effecten. Binnen het projectgebied zijn waarschijnlijk geen statische oplossingen (zoals het verlagen van drempels) te vinden welke deze morfologische effecten in zijn geheel wegnemen. Een morfologisch 2D-model kan mogelijk wel meer inzicht geven in de situatie, waardoor het ontwerp in morfologisch opzicht verbeterd kan worden. De morfologische effecten kunnen hiermee echter niet significant worden gereduceerd. Het verdient daarom de aanbeveling te kijken naar een dynamische oplossing, zoals baggeren. Het effect van het wegbaggeren van de aanzanding kan bekeken worden met een speciale baggeren te-rugstort module van SOBEK. OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

15 4. REFERENTIES 1. en Duurzame Rivierkunde, 7 februari Morfologische effecten Westenholte. 2. Taal, Marco en Rico Tonis, 23 oktober Leidraad bepaling morfologische effecten van Ruimte voor de Rivier projecten (concept). OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte definitief 02 d.d. 29 juli

16 BIJLAGE I Verhouding tussen zomer- en winterbedafvoer OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte concept d.d. 1 juli 2008

17 OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte concept d.d. 1 juli 2008

20 BIJLAGE II Bodemverandering OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte concept d.d. 1 juli 2008

25 BIJLAGE III Minimum vaardiepte OST140-1 Morfologisch gevoeligheidsonderzoek Westenholte concept d.d. 1 juli 2008