Hydraulische analyse schuren van de stadsgrachten. Inleiding. Gegevens

Transcriptie

1 Hydraulische analyse schuren van de stadsgrachten Inleiding Het doorspoelen van de grachten in Gouda, zoals dat tot in de jaren 50 gebruikelijk was, zal een kortstondig effect hebben op de waterstand en stroomsnelheid. Om deze effecten te kunnen kwantificeren is gebruik gemaakt van het hydraulische 1D model SOBEK Rural (versie ) De drijvende kracht achter het doorspoelen van de grachten is het waterstandverschil tussen het stadspeil (-0,7 m NAP) en de verhoogde waterstand in de Haven. Deze peilopzet wordt bereikt door water vanuit de Hollandse IJssel binnen te laten. De Haven is meer dan 400 m lang en bij een maximale waterstandverhoging van 1,20 m boven stadspeil (+0,5 m NAP) moet bij het openen van de Donkere Sluis bijna 6000 m³ water worden afgevoerd. Deze maximale waterstand is gebaseerd op de hoogte van de sluisdeuren van de Donkere Sluis. Een hoger peil is mogelijk gezien het gemiddelde hoogwater van +1,2 m NAP op de Hollandse IJssel. In deze hydraulische analyse is het verband onderzocht tussen de verhoogde waterstand in de Haven (120 cm, 100 cm en 80 cm boven het stadspeil) en de resulterende waterstandverhoging en stroomsnelheid op verschillende plaatsen in het grachtensysteem. Wanneer de kadehoogte t.o.v. het stadspeil gering is, is de berging beperkt en kan er een probleem ontstaan met een kortstondige verhoging van de waterstand (de straten overstromen). Twee plaatsen in de binnenstad zijn in dit verband het gevoeligst voor een overstroming van de kades: De Turfmarktgracht (maximale berging = cm) en de Zeugstraatgracht (maximale berging = 20 cm). De overige grachten in Gouda hebben hogere kades, van 30 cm boven stadspeil tot meer dan 2 meter (Binnen Gouwe). De hoogste waterstand is te verwachten direct na de Donkere Sluis en in de Achter de Kerkgracht, de kades zijn hier voldoende hoog. Gegevens In SOBEK moeten de breedte lengte en diepte van de grachten worden opgegeven, deze gegevens zijn afkomstig uit het technische rapport Watersysteembeschrijving en knelpunten stadsboezem Gouda. Plaatselijk zijn de gegevens aangevuld met gegevens van de topografische kaart (schaal 1: ). De ligging van de grachten is gebaseerd op tekeningen van het huidige grachtsysteem (rapport: Beeldverhaal van Gouda als Hollandse Waterstad ) en de topografische kaart. De kadehoogte is bepaald tijdens een visuele inspectie in de stad. Het grachtenstelsel in Gouda kent sluizen, bruggen en duikers. Deze constructies kunnen invloed hebben op de waterstand en zijn verwerkt in SOBEK. De gegevens zijn afkomstig uit het kunstwerkenbeheer bestand van DHV. Gegevens m.b.t. het peilbeheer, de grote van het peilgebied het bemalingprogramma van de gemalen Mallegat en Hanepraai (Tabel 1) is afkomstig uit het reeds vermelde technische rapport. capaciteit aan uit [m³/min] [m NAP] [m NAP] gemaal Hanepraai 80-0,68-0,7 gemaal Mallegat 70-0,67-0,7 Tabel 1: gegevens gemalen Hanepraai en Mallegat

2 Model gevoeligheid SOBEK is geschikt voor het simuleren van stromend water in kanalen, duikers en onder bruggen, echter het model kan niet worden gekalibreerd aangezien geen metingen beschikbaar zijn van het schuren van de grachten. Om toch met een zekere betrouwbaarheid uitspraken te kunnen doen is gekeken naar de gevoeligheid van het model voor de bodemruwheid. In Tabel 2 is voor verschillende ruwheden (Mannings n ) de waterstand en stroomsnelheid berekend. Uit de tabel blijkt dat de gevoeligheid voor de ruwheid gering is (zie voor de locaties Figuur 1). splitsing punt Binnen Gouwe nabij B. Gouwe / duiker Dubbele Buurt Turfmarkgracht Mannings "n" 0,01 0,015 0,02 0,01 0,015 0,02 max stroomsnelheid [m/s] 1,080 1,060 1,035 0,271 0,268 0,264 max. waterstand [m NAP] -0,453-0,446-0,438-0,576-0,576-0,578 max. waterstand [m tov stadspeil] 0,247 0,254 0,262 0,124 0,124 0,122 openingsduur [sec] max. waterstand [m NAP] -0,24-0,29-0,31-0,571-0,571-0,572 max. waterstand [m tov stadspeil] 0,46 0,41 0,39 0,129 0,129 0,128 Tabel 2: Invloed van de ruwheid (Mannings n) op de waterstand en stroomsnelheid (waterstand Haven = 0,5 m NAP, openingstijd Donkere Sluis = 10 min). Invloed van de openingsduur op de waterstand (waterstand Haven = 0,5 m NAP, Mannings n = 0,015). De snelheid waarmee de deuren van de Donkere Sluis openen heeft invloed op de vorm van de golf en dus de waterstand. In Tabel 2 is de waterstand op twee plaatsen weergeven. Uit de tabel blijkt dat de invloed direct na de Donkere Sluis duidelijk merkbaar is, echter bij de Turfmarktgracht is er geen verschil meer. Aannamen Voor de berekening van de waterstand en stoomsnelheid bij een geven peil in de Haven gelden de volgende aannamen: - Ruwheidfactor Mannings n = 0,015 (ODOT Hydraulic Manual; artificial channel, brick in cement mortar). Deze is constant voor alle watergangen. - Openingsduur van de Donkere Sluis = 20 seconden. Deze waarde is arbitrair gekozen en moet proefondervindelijk worden vastgesteld. Variatie in de openingsduur heeft echter weinig invloed op de waterstand in de meest overstromingsgevoelige plaatsen, blijkt uit de gevoeligheidsanalyse. - De duikers Westvolmolen en Oostvolmolen zijn gesloten, dit betekent dat de Peperstraatgracht en de Spieringstraatgracht doodlopen. Er is gekozen om de Volmolenduikers niet mee te laten stromen zodat alleen het effect van een verhoogd peil in de Haven kan worden geanalyseerd. - Het bemalingprogramma van de gemalen Mallegat en Hanepraai blijft ongewijzigd (zie Tabel 1). - De bruggen over de singels zijn niet in SOBEK opgenomen, omdat hier de breedte van de waterlichamen veel groter is dan in de stadsgrachten. Dit heeft als gevolg dat de

3 stroomsnelheid klein is en er nauwelijks sprake kan zijn van stuwingverschijnselen bij de bruggen. - De vorm van alle watergangen is rechthoekig. - De Donkere Sluis is in SOBEK weergeven als een stuw, die binnen 10 seconden naar benedenschuift. - De rekenstappen bedragen 10 seconden. Resultaten waterstand De waterstand en stroomsnelheid zijn op verschillende locaties (zie Figuur 1) berekend bij een havenpeil van 120 cm, 100 cm en 80 cm boven stadspeil. Figuur 2 geeft de waterstandverdeling direct na de Donkere Sluis bij verschillende havenpeilen. Een verlaging van het havenpeil van 20 cm resulteert op deze locatie in een verlaging van ongeveer 7 cm. Figuur 1: Ligging van de locaties waarvoor de waterstand & stroomsnelheid is uitgerekend Figuur 3 laat het verloop van de waterstand zien door het grachtensysteem, bij een havenpeil van 1 meter. Hieruit komt duidelijk naar voren dat watergolf sterk wordt gedempt. De kortstondige peilverhoging op locatie a is 35 cm, bij de Turfmarkgracht (locatie e ) is dit nog slechts 13 cm en in de Zeugstraatgracht (locatie f ) 18 cm. Dit betekent dat volgens de berekeningen in SOBEK, een havenpeil van 1 meter boven stadspeil kan worden afgevoerd door het grachten systeem, de berging op de gevoelige plaatsen is dan wel volledig benut. Vermoedelijk speelt de brede Binnen Gouwe (bocht na Peperstraatgracht) een belangrijke rol in het dempen de golf. Uit de figuren is af te leiden dat plaatselijk de waterstandverhoging boven het peilbeheer ligt, dit is onvermijdelijk, echter de duur van deze verhoging is gemiddeld 20 minuten. Bij een havenpeil van +0,3 m NAP wordt bij gemaal Mallegat het calamiteiten niveau bijna gehaald (-0,66 m NAP) echter voor een zeer korte tijdsduur. (Tabel 3 bevat het overzicht van de modelresultaten).

4 waterstand [m tov NAP] -0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7 H_Haven = 1,2 boven stadspeil H_Haven = 1 m boven stadspeil H_Haven = 0,8 m boven stadspeil -0,8 11:45 11:52 11:59 12:06 12:13 12:21 12:28 12:35 12:42 12:49 12:57 Figuur 2: Waterstand direct na de Donker Sluis (locatie a ), voor verschillende havenpeilen. -0,3-0,3 waterstand [m NAP] -0,35-0,4-0,45-0,5-0,55-0,6-0,65 locatie a locatie b locatie d locatie g waterstand [m NAP] -0,35-0,4-0,45-0,5-0,55-0,6-0,65 locatie e locatie f -0,7-0,7-0,75 11:45 11:52 11:59 12:06 12:13 12:21 12:28 12:35 12:42 12:49 12:57-0,75 11:45 11:52 11:59 12:06 12:13 12:21 12:28 12:35 12:42 12:49 12:57 Figuur 3: Waterstand op verschillende locaties, bij een havenpeil van 1 meter boven stadspeil (+0,3 m NAP). locatie a b c d peil in Haven [m tov NAP] 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 peil in Haven [m tov stadspeil] 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 maximale waterstand [m tov NAP] -0,29-0,35-0,42-0,40-0,45-0,51-0,41-0,45-0,50-0,64-0,65-0,66 maximale waterstand [m tov stadspeil] 0,41 0,35 0,28 0,30 0,25 0,19 0,29 0,25 0,20 0,06 0,05 0,04 locatie e f g peil in Haven [m tov NAP] 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 peil in Haven [m tov stadspeil] 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 1,2 1 0,8 maximale waterstand [m tov NAP] -0,54-0,57-0,58-0,49-0,52-0,55-0,65-0,66-0,67 maximale waterstand [m tov stadspeil] 0,16 0,13 0,12 0,21 0,18 0,15 0,05 0,04 0,03 Tabel 3: Resultaten SOBEK waterstanden per locatie bij een wisselend peil in de Haven.

5 Stroomsnelheid en debiet De stroomsnelheden die ontstaan tijden het schuren van de grachten zijn afhankelijk van de locatie en het gekozen peil in de Haven. In Tabel 4 is de maximale stroomsnelheid opgenomen voor een havenpeil van +0,5 m NAP. De waarden horen dus bij de extreemste situatie, aangezien een hoger peil in de Haven vermoedelijk niet haalbaar is gezien de hoogte van de sluisdeuren van de Donkere Sluis. De stroomsnelheid is hoog bij de sluisdeuren en neemt sterk af in het grachtensysteem. In de singels is de stroomsnelheid zeer gering. Tijdens de maximale stroomsnelheid in de Donkere Sluis is het debiet 22,6 m³/s. In totaal wordt bijna 6000 m³ afgevoerd bij een havenpeil van +0,5 m NAP. Donkere Sluis duiker D.Buurt b c e stroomsnelheid [m/s] 2,34 1,49 1,27 0,30 0,24 Tabel 4: Maximale stroomsnelheid op verschillende locaties bij een havenpeil van 1,2 m boven stadspeil (+0,5 m NAP). De gemalen Hanepraai en Mallegat (zie voor gegevens Tabel 1) pompen het overtollige water in de Hollandse IJssel. Het Mallegat gemaal begint volgens de modelberekeningen 6 minuten na opening van de Donkere Sluis te draaien voor een duur van 25 minuten. Het gemaal Hanapraai start na 9 minuten en is voor 39 minuten in werking (er is vanuit gegaan de het Mallegat gemaal altijd eerst aangaat). Conclusie Met inachtneming van de lokaal beschikbare berging in het grachtensysteem van Gouda is volgens modelberekeningen, een havenpeil van 1 m boven stadspeil af te voeren zonder dat de kades overstromen. Dit niveau is echter wel de maximale grens, op de Turfmarktgracht is de berging volledig benut. De waterstand en stroomsnelheid worden sterk gedempt door de stadsgrachten, maar voor een korte tijd wordt het toegestane peil van -0,68 m NAP overschreden. De duur van de peilverhoging hangt af van de locatie en ligt rond de 20 minuten. De stroomsnelheden tijdens het schuren van de grachten is afhankelijk van locatie en havenpeil. Bij een havenpeil van 1,2 m boven stadspeil is de stroomsnelheid in de Donkere Sluis 2,4 m/s. In de Turfmarktgracht en het laatste gedeelte van de Binnen Gouwe is de stroming ongeveer 0,3 m/s. Aanbevelingen Modelresultaten zullen altijd met een zekere omzichtigheid benaderd moeten worden. Het is dan ook raadzaam om bij de eerste keer schuren een beperkt havenpeil te kiezen (bijvoorbeeld 50 cm boven stadspeil). Daarnaast zal de invloed van een kortstondige peilverhoging van 20 minuten en de piekwaterstand moeten worden geanalyseerd.

6