Modelactualisatie en opmaak overstromingskaarten ihkv. ROR

Transcriptie

1 departement Mobiliteit en Openbare Werken Modelactualisatie en opmaak overstromingskaarten ihkv. ROR BARBIERBEEK 13_064 WL Rapporten Vlaamse overheid International Marine & Dredging Consultants

2 Modelactualisatie en opmaak overstromingskaarten ihkv. ROR Barbierbeek Bogman, P.; Vanderkimpen, P.; Boey, I.; Verwaest, T.; Mostaert, F. Oktober 2014 WL2014R13_064_1 I/RA/11403/13.200/PBO/PBO (IMDC)

3 Deze publicatie dient als volgt geciteerd te worden: Bogman, P.; Vanderkimpen, P.; Boey, I.; Verwaest, T.; Mostaert, F. (2014). Modelactualisatie en opmaak overstromingskaarten ihkv. ROR: Barbierbeek. Versie 2_0. WL Rapporten, 13_064. Waterbouwkundig Laboratorium & IMDC: Antwerpen, België. I/RA/11403/13.200/PBO/PBO (IMDC) Waterbouwkundig Laboratorium Flanders Hydraulics Research International Marine and Dredging Consultants Berchemlei 115 B-2140 Antwerp Tel. +32 (0) Fax +32 (0) Coveliersstraat 15 B-2600 Antwerp Tel. +32 (0) Tel. +32 (0) Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welk andere wijze ook zonder voorafgaande toestemming van de uitgever.

4 Documentidentificatie Titel: Modelactualisatie en opmaak overstromingskaarten ihkv. ROR: Barbierbeek Opdrachtgever: WL Ref.: WL2014R13_064_1 I/RA/11403/13.200/PBO/PBO (IMDC) Keywords (3-5): Modelactualisatie,, Gesimuleerde overstromingskaart Tekst (p.): 12 Bijlagen (p.): / Vertrouwelijk: Ja Uitzondering: Opdrachtgever Intern Vlaamse overheid Vrijgegeven vanaf: / Nee Online beschikbaar Goedkeuring Auteur Revisor Projectleider S&A Directeur Afdelingshoofd Bogman, P. Boey, I. Vanderkimpen, P. Verwaest, T. Mostaert, F. Revisies Nr. Datum Omschrijving Auteur(s) 1_0 09/07/2013 Conceptversie Bogman, P. 1_1 05/08/2013 Inhoudelijke revisie Vanderkimpen, P.; Boey, I. 2_0 30/10/2014 Definitieve versie Bogman, P. Abstract Dit rapport beschrijft de modelverbeteringen die werden uitgevoerd om tot de gemodelleerde overstromingskaarten, zogenaamde MOG-kaarten, voor de Barbierbeek te komen. In dit rapport worden eveneens de overstromingskaarten zelf toegelicht alsook aanbevelingen op korte en lange termijn geformuleerd. De gemodelleerde overstromingskaarten liggen aan de basis van de overstromingsrisico- en gevaarkaarten die moeten worden aangeleverd ihkv. de EU overstromingsrichtlijn, kortweg ROR-kaarten.

5 Inhoudstafel Inhoudstafel... I Lijst van de figuren... II 1. Inleiding Kader Modelverbetering Randvoorwaarden Gemodelleerde overstromingsgebieden (MOG) Modelopbouw Situering studiegebied Basismodel Software Geografische referentie Modelaanpassingen Modelresultaten MOG kaarten Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen Referenties Definitieve versie WL2014R13_064_1 I

6 Lijst van de figuren Figuur 1 Voorbeeld van H-modelrekenpunten met bijhorende floodcellen... 2 Figuur 2 Situering bekken van de Barbierbeek... 3 Figuur 3 MOG kaart T100: Barbierbeek (omgeving E17)... 7 Figuur 4 MOG kaart T10: Barbierbeek... 8 Figuur 5 MOG kaart T100: Barbierbeek... 9 Figuur 6 MOG kaart T1000: Barbierbeek Definitieve versie WL2014R13_064_1 II

7 1. Inleiding 1.1. Kader Dit rapport beschrijft de modelverbeteringen die werden uitgevoerd om tot de gemodelleerde overstromingskaarten, zogenaamde MOG-kaarten, voor de Barbierbeek te komen. In dit rapport worden eveneens de overstromingskaarten toegelicht alsook aanbevelingen op korte en lange termijn geformuleerd. De gemodelleerde overstromingskaarten liggen aan de basis van de overstromingsrisico- en overstromingsgevaarkaarten die moeten worden aangeleverd ihkv. de EU overstromingsrichtlijn, kortweg ROR-kaarten Modelverbetering Het huidige model van de Barbierbeek waarvan deze beperkte actualisatie start omvat: - De hoofdwaterloop (= Barbierbeek) van de debietmeter te Temse tot de monding in de Schelde ter hoogte van het momenteel in aanleg zijnde gecontroleerde overstromingsgebied Kruibeke-Bazel- Rupelmonde (GOG-GGG KBR). De verschillende kleine zijlopen zijn niet opgenomen in het netwerk. De hydrologische toestroom van deze zijlopen werd opgelegd op de Barbierbeek. - De overstromingsgebieden, gemodelleerd met behulp van bergingsreservoirs met een hoogteoppervlakte relatie. In het gedeelte opwaarts de Bergstraat (regio Haasdonk) toont de ROG-kaart nog enkele overstromingen die niet opgenomen zijn in het model. Het model van de Barbierbeek werd opgebouwd in project 717_01 (Van Eerdenbrugh et al., 2002). In dit project werd het model gekalibreerd en gevalideerd, werden ontwerpranden opgemaakt en overstromingskaarten aangemaakt. Het is niet de bedoeling een uitgebreide modelactualisatie door te voeren. Het is vooral de bedoeling na te gaan in welke mate dit model in staat is realistische overstromingskaarten te produceren voor zeer extreme gebeurtenissen en indien nodig enkele kleine aanpassingen te doen om de kwaliteit van de overstromingskaarten te verbeteren. De werking van het in aanleg zijnde GOG-GGG KBR is niet geïmplementeerd in het model Randvoorwaarden Het hydrodynamische model heeft 2 types randvoorwaarden nodig: Afwaartse peilrandvoorwaarden (limnigrammen). De eventuele interactie tussen hoge afvoeren op de Barbierbeek en hoge waterstanden op de Zeeschelde werd niet in rekening gebracht. Daarom werden voor alle terugkeerperioden de peilen van de was van september 1998 op de Zeeschelde te Hemiksem nabij de monding van de Barbierbeek gebruikt. De hoogwaters in deze periode zijn niet extreem en situeren zich rond de 6 mtaw met een piekwaterstand van 6,33 mtaw. Opwaartse debietrandvoorwaarden (hydrogrammen). Er bestaan hydrogrammen voor bemeten en onbemeten bekkens. Beiden werden opgebouwd door het herschalen van de runoff voor de was van september 1998 (berekend met een hydrologisch model) door middel van de piekafvoer voor een bepaalde terugkeerperiode (afgeleid uit een extreme-waardenanalyse). De hydrogrammen voor de bemeten bekkens (opwaarts van de debietmeter te Temse) werden opgelegd aan de opwaartse rand van de Barbierbeek. De hydrogrammen van de onbemeten bekkens worden meestal verdeeld in het netwerk opgelegd. In dit geval op een knoop in de Barbierbeek zelf. De meeste hydrogrammen werden reeds in project 717_01 (Van Eerdenbrugh et al., 2002) opgesteld. In deze studie wordt enkel gefocust op T10, T100 en T1000. De hydrogrammen voor T10 en T100 werden ongewijzigd overgenomen uit de voorgaande studie. De hydrogrammen voor T1000 werden in het kader van deze studie opgesteld. Dit gebeurde op basis van de werkwijze en de statistische analyses uit de voorgaande studie. Er is twijfel omtrent de nauwkeurigheid van het beschikbare hydrologische model van de Barbierbeek. In een vervolgstudie zal dit nader bestudeerd worden. Definitieve versie WL2014R13_064_1 1

8 1.4. Gemodelleerde overstromingsgebieden (MOG) Het uiteindelijke doel van de modelverbeteringen is nieuwe MOG-kaarten te maken voor de verschillende terugkeerperioden, i.h.b. T10, T100 en T1000 voor de opmaak van de ROR-kaarten. Het aanmaken van deze MOG-kaarten gebeurt aan de hand van de Floodcellen-methode. Bij deze methode wordt aan elk H- modelrekenpunt in de vallei (met uitzondering van H-punten afkomstig van Link Channels) een polygoon toegekend via de Thiessen polygonen berekening. Deze polygoon noemt men een floodcel. Aan elke floodcel wordt de H-max waarde van het rekenpunt gekoppeld, voor een bepaalde simulatie. Vervolgens worden alle floodcellen omgezet naar rasters. Door het DHM af te trekken van de floodcellen (in rasterformaat) wordt de overstromingskaart bekomen. Er werd een tool aangemaakt in ArcGIS 10.0 die deze stappen automatisch doorloopt. Figuur 1 toont een voorbeeld van H-modelrekenpunten met bijhorende floodcellen. Het voorbeeld is afkomstig uit het Demermodel maar de systematiek is identiek voor het Barbierbeekmodel. De kaart kan gereproduceerd worden door in de attributentabel van de shapefile Floodcellen.shp onder P:\13_064-RORBarbierb\3_Uitvoering\05_GIS\overstromingskaarten de H-max waarde uit het model in te geven voor elke vermelde chainage (zie kolom Chainage) en vervolgens de hierboven beschreven methode toe te passen. Het gehanteerde DHM (dhm5mfill1) staat onder P:\13_064- RORBarbierb\3_Uitvoering\05_GIS\DHM_Vlaanderen. Figuur 1 Voorbeeld van H-modelrekenpunten met bijhorende floodcellen Definitieve versie WL2014R13_064_1 2

9 2. Modelopbouw 2.1. Situering studiegebied Figuur 2 toont de situering van het studiegebied. Figuur 2 Situering bekken van de Barbierbeek Definitieve versie WL2014R13_064_1 3

10 De Barbierbeek is een Vlaamse waterloop van tweede categorie. Het bekken van de Barbierbeek maakt deel uit van het Scheldebekken, meer bepaald het Beneden-Scheldebekken. De Barbierbeek mondt uit in de Zeeschelde ter hoogte van het momenteel in aanleg zijnde GOG-GGG KBR Basismodel Als basismodel werd vertrokken van het finaal model uit project 717_01 (Van Eerdenbrugh et al., 2002) Software De software gebruikt voor de 1D-hydrodynamische berekeningen is Mike11, versie 2011 SP6 (DHI, 2011) Geografische referentie Het verticaal referentievlak is TAW en als coördinatenstelsel wordt voor het 1D-model Lambert 1972 gebruikt Modelaanpassingen Doorgevoerde actualisaties: - De schematisatie werd behouden. - Alle bergingsreservoirs werden opnieuw geschematiseerd in GIS volgens eenzelfde indeling maar met iets ruimere grenzen om zeker de volledige berging bij T1000 te modelleren en een volledig dekkende overstromingskartering, die gebaseerd is op deze contouren (zie 1.4), te bekomen. De hoogte-oppervlakte relaties van de bergingsreservoirs werden herberekend in MikeGIS op basis van het DHM-Vlaanderen (5x5 m) en geïmplementeerd in het model. De bergingsoppervlakte werd berekend om de 11.5 cm, waar dit voorheen slechts om de 20.0 cm was. - Er werden werken uitgevoerd aan de brug over de Barbierbeek aan de Kruibekestraat. De dimensies werden gewijzigd in het model conform de ontwerpplannen (derde gewijzigde ontwerp, 2007). Na afronding van de studie bleek de uiteindelijke uitvoering toch nog af te wijken van de ontwerpplannen. In een vervolgstudie zullen de afmetingen gecorrigeerd worden op basis van de as built plannen. In het model is deze brug gemodelleerd als een combinatie van een culvert met een weir. Weir (oud): Level Width Weir (nieuw): Level Width Definitieve versie WL2014R13_064_1 4

11 Culvert (oud): Level Width Culvert (nieuw): Level Width De brug over de Barbierbeek aan de Oude Kruibekestraat (parallel met de Kruibekestraat) werd afgebroken. De culvert en weir die deze brug modelleerden werden uit het model verwijderd. - Sommige culverts in het model bevatten hoge ruwheden. Soms veel hoger dan de standaard Manning s n waarde van voor een betonnen koker. In het rapport van project 717_01 (Van Eerdenbrugh et al., 2002) staat vermeld dat de ruwheden mede omwille van stabiliteitsredenen verhoogd werden. Er werd een simulatie gedaan met Manning s n waarde voor alle culverts. Dit leverde geen instabiliteiten op. De resultaten verschilden echter niet zo veel waardoor beslist werd toch met de oude ruwheden verder te werken, aangezien het model destijds hiermee gekalibreerd werd. Enkel de ruwheid van de duiker onder de E17 werd verlaagd van Manning s n waarde 0.04 naar De aangepaste modellen werden opgeslagen in het versiebeheersysteem onder.../repospnummod/mike11/barbierbeek/barbierbeek _13_064. Definitieve versie WL2014R13_064_1 5

12 3. Modelresultaten Gezien de beperkte tijdsbeschikbaarheid worden geen lengteprofielen of hydrogrammen gerapporteerd. Ter analyse werden wel tussentijds controles gedaan in de modelsoftware (MikeView). De finale evaluatie en rapportering van modelresultaten gebeurt enkel aan de hand van de MOG-kaarten die afgetoetst worden aan de overstromingskaart van de was van september 1998 opgemaakt met het oude model en aan de ROG-kaart (contouren van de recentelijk overstroomde gebieden). Definitieve versie WL2014R13_064_1 6

13 4. MOG kaarten Met de floodcellen methode werden de MOG-kaarten opgemaakt voor ontwerprandvoorwaarden T10 (Figuur 4), T100 (Figuur 5) en T1000 (Figuur 6). Deze kaarten kunnen niet vergeleken worden met overstromingskaarten T10, T100 en T1000 van het oude model aangezien deze nooit werden aangemaakt. De vergelijking van deze kaarten (T10, T100 en T1000) met de overstromingskaart van de was van september 1998 toont globaal gelijkaardige resultaten maar lokaal duidelijke verschillen. Dit was te verwachten aangezien de historische randvoorwaarden sterk verschillen van de ontwerprandvoorwaarden. De vergelijking met de ROG toont globaal goede gelijkenissen. Lokaal zijn er wel duidelijk verschillen. Zo is op Figuur 3 (zone A) te zien dat t.o.v. de ROG, de MOG duidelijk veel meer overstromingen simuleert opwaarts de E17. Vermoedelijk is het model hier een overschatting. Verlaging van de ruwheid van de duiker onder de E17, het opnemen in het model van nog meer opwaartse overstromingsgebieden en het herbekijken van de ontwerprandvoorwaarden zijn zaken die hier tot een beter resultaat kunnen leiden. Zone B, in Figuur 3, afwaarts de E17 toont dat t.o.v. de ROG, de MOG duidelijk meer overstromingen op de rechteroever en minder op de linkeroever simuleert. Een analyse van het DHM doet vermoeden dat de ROG kartering hier foutief is aangezien het terreinniveau op de linkeroever zeer snel oploopt en overstromingen hier zeer onwaarschijnlijk zijn. Figuur 3 MOG kaart T100: Barbierbeek (omgeving E17) Definitieve versie WL2014R13_064_1 7

14 Figuur 4 MOG kaart T10: Barbierbeek Definitieve versie WL2014R13_064_1 8

15 Figuur 5 MOG kaart T100: Barbierbeek Definitieve versie WL2014R13_064_1 9

16 Figuur 6 MOG kaart T1000: Barbierbeek Definitieve versie WL2014R13_064_1 10

17 5. Conclusies en aanbevelingen 5.1. Conclusies De gemodelleerde overstromingskaarten (MOG-kaarten) liggen aan de basis van de overstromingsrisicoen overstromingsgevaarkaarten die moeten worden aangeleverd ihkv. de EU overstromingsrichtlijn, kortweg ROR-kaarten. In deze studie werden MOG-kaarten aangemaakt voor statistische terugkeerperioden T10, T100 en T1000. De MOG-kaarten werden vergeleken met de ROG-kaart en met overstromingskaarten opgemaakt in een voorgaand project (Van Eerdenbrugh et al., 2002). Globaal zijn de opgemaakte overstromingskaarten behoorlijk van kwaliteit, maar er zijn nog een aantal tekortkomingen/aanbevelingen die hieronder zijn opgelijst Aanbevelingen Volgende zaken worden aanbevolen in de toekomst prioritair te behandelen: Korte termijn - Uitbreiding van de vallei-modellering naar opwaarts. Opwaarts de E17 zijn immers nog een aantal gebieden die overstromen en momenteel niet zijn gemodelleerd. - Implementeren van het recent geactualiseerde en gekalibreerde hydrologische model. - Implementatie van de werkelijke afmetingen van de brug onder de Kruibekestraat op basis van As Built plannen. - Implementatie van het GOG-GGG KBR op basis van recente ontwerpplannen en/of As Built plannen. - Revisie van de (regel)structuren. - Opnieuw kalibreren en valideren van het hydraulische model. (Ter kalibratie is er enkel een meetpost in Bazel, waarvan enkel de geregistreerde peilen tussen 2000 en 2006 betrouwbaar zouden zijn) - Revisie van de opgemaakte ontwerpstormen. Middellange termijn - Recentere opmetingen van bathymetrie, dijkhoogtes en structuren. Zowel op de hoofdwaterlopen als in de vallei. Definitieve versie WL2014R13_064_1 11

18 Referenties Van Eerdenbrugh K.; Viaene P.; Mostaert F. (2002). Modellering van de Barbierbeek: Deel1: Tekst. (MOD 647). Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen, België Definitieve versie WL2014R13_064_1 12

19 Waterbouwkundig Laboratorium Flanders Hydraulics Research Berchemlei 115 B-2140 Antwerpen Tel. +32 (0) Fax +32 (0)