Dienst Weg- en Waterbouwkunde afdeling Waterbouw Advies

Transcriptie

1

2 DJL 4~ voor Integraal Zoetwat, AfvaVerb n Docume,, at r Postbus 7 B2AA Le) notitie WBA N 97 De invloed van stroom op de waakhoogten van de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde afdeling Waterbouw Advies J. Niemeijer november 99 project Duffeitdijk W.9.6/3

3 . Rapport nr. 2. Serie nr. 3. Ontvanger catalogus nummer WBA N Titel en subtitel Datum rapport november 99 De invloed van stroom op de waakhoogten van de Duffeltdijk HISWA berekeningen voor de Waal Kode uitvoerende organisatie Schrijvers ir. J. Niemeijer Nr. rapport uitvoerende Organisatie WBA N 97 Naam en adres opdrachtnemer. Projektnaam Duffettdiik W 9/6.3 Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde Postbus 544. Kontaktnunïner 26 GA Delft 2. Naam en adres opdrachtgever 3. Type rapport Rijkswaterstaat directie Gelderland Arnhem Kode andere opdrachtgever Opmerkingen Referaat Teneinde de invloed van stroomsnelheld op golfgroei op de rivieren na te gaan zijn golfgroeiberekeningen met het computermodel HISWA gedaan voor een deel van de Waal bovenstrooms van Nijmegen. Voor de dijk zijn waakhoogten bepaald, met en zonder de invloed van stroom. De ivloed op de waakhoogten blijkt gering te zijn. De golfhoogte wordt steeds kleiner door de invloed van stroom, de golfperiode soms groter en soms kleiner. Door de complexiteit van het gebied is een fysische verklaring hiervoor niet eenvoudig te geven. Trefwoorden golfgroei, golfhoogte, goifperiode di jkversterking Distributie systeem Classificatie Classificatie deze pagina Aant. blz. 22 Prijs 6 + fig.

4 rk CIL ok ap.. 4. S... ji IZ II

5

6 De invloed van stroom op de waakhoogten van de Duffeitdijk HISWA berekeningen voor de Waal Inleiding In het rivierengebied worden de golfhoogten en perioden gebruikelijk berekend volgens de TAW leidraad rivierdijken []. De berekeningen gebeuren met de formules van Bretschneider. Er wordt een effectieve strijklengte berekend om de invloed van de breedte in rekening te brengen. Bij deze berekening wordt geen rekening gehouden met de stroom op de rivier op de goifhoogte en periode. De indruk bestond echter dat deze invloed weleens aanzienlijk zou kunnen zijn. Aanleiding hiertoe zijn onder andere visuele waarnemingen van golfhoogten, die in het algemeen lager zijn dan de berekende. Voor de Duffeltdijk, de linkerwaalbandijk juist benedenstrooms van het splitsingspunt met het Pannerdenschkanaal, worden op dit moment versterkingsplannen opgesteld. Voor het deel van deze dijk bij Kekerdom ter hoogte van de buitendijks gelegen kerk, zijn versterkingen wegens de bebouwing slechts met moeite te realiseren. Eén en ander was aanleiding om voor deze locatie berekeningen van de goifhoogte en periode uit te voeren waarbij wel rekening met de stroom wordt gehouden. Behalve ten bate van de versterkingen kunnen de berekeningen ook dienen als proefstudie naar de invloed van de stroom op het golfbeeld in het algemeen. Aan de hand hiervan kan onderzocht worden of het wellicht vaker zinvol is deze meer geavanceerde berekeningen uit te voeren ten bate van dijkversterkingen in het rivierengebied. De berekeningen zijn door de Dienst Getijdewateren uitgevoerd met het computerprogramma HISWA. De rapportage hiervan is te vastgelegd in [2]. Ter vergelijking zijn voor een aantal locaties berekeningen volgens de leidraad rivierdijken gedaan. Deze studie is op voorstel van de DWW voor de directie Gelderland uitgevoerd. Hiswa berekeningen Het in de HISWA berekeningen betrokken gebied ligt globaal tussen de kilometerraaien 867 en 88. Onder andere door de grote breedte van de rivier bij hoogwater op dit traject waren berekeningen met HISWA mogelijk. In figuur is een kaart van het betrokken gebied weergegeven. Er is gebruik gemaakt van de rechthoekige WAQUA bodemschematisatie (figuur 2). De stroornsnelheden zijn verkregen uit WAQUA berekeningen (figuur 3).

7 Voor een vijftal locaties is meer gedetailleerde uitvoer gegenereerd. Voor deze locaties zijn ook de berekeningen volgens de leidraad rivierdijken gedaan. Het betreft drie locaties aan de Duffeitdijk, één locatie aan de Erlecomse dam benedenstrooms van de Duffeltdijk en één locatie aan de rechteroever globaal bij kilometerraai 87 ter plaatse van het meetpunt van het RIZA. In tabel zijn de locaties nader aangeduid. Er zijn voor 8 windrichtingen berekeningen uitgevoerd: ZZW, ZW, WZW, W, WNW, NW, N en ZO. De windsnelheid die volgens de leidraad bovenrivierdijken maatgevend is voor de kruinhoogte is in deze berekeningen aangehouden (tabel 2). Verder zijn voor drie windrichtingen (ZW, W en N) berekeningen zonder stroom met HISWA gedaan. Het uitvoergrid van de HISWA berekeningen loopt in de WestOost richting van tot, zie figuur. De gridpunten liggen op een onderlinge afstand van 5 m. Op ieder roosterpunt is uitvoer gegenereerd voor de golfhoogte, de golfperiode, de richting van de golf en de waterdiepte. Voor de 5 genoemde locaties is deze uitvoer ook in raaien in de 7 windrichtingen gegenereerd. Alle berekeningen zijn uitgevoerd met een waterstand van 6,8 m+nap, gelijk aan het MHW te Kekerdom. Voor een gedetailleerdere beschrijving van de HISWA berekeningen wordt verwezen naar [2]. Bij de interpretatie van de resultaten voor locaties direct aan de dijk bleek een moeilijkheid op te treden. Het bleek niet mogelijk de golfhoogte en periode aan de teen van de dijk te bepalen. Eventueel zou dit mogelijk zijn met behulp van gedetailleerde bodemgegevens. Voor het moment is er vanuit gegaan dat de golfhoogte en periode de laatste 5 m voor de dijk niet verandert. Gezien de relatief grote waterdiepte lijkt deze aanname gerechtvaardigd. dijkvak I locatie gridnmummer orientatie A Duffeltdijk dp.6 Kekerdom B rechteroever meetstation C Erlecornsedam dp.7 38 D Duffeltdijk dp E Duffeltdijk dp. 82,5 37 tabel locaties van de dijkvakken 2

8 windrichting windsnelheid zzw ZW 2 WZW 2 W 2 WNW N zo 9 tabel 2. Windsnelheden volgens de leidraad bovenrivieren 3. Vergelijking HISWA en leidraad In de tabellen 3 en 4 zijn de resultaten voor de 5 locaties weergegeven. De windsnelheden zijn volgens de leidraad bovenrivieren. Vergelijking van de goifhoogte en periode zoals berekend met HISWA en met de leidraad bovenrivieren voor de 5 locaties laat zien dat: de goifhoogte steeds lager is in de berekeningen met stroom de periode meestal hoger is in de berekening met stroom De afname van de goifhoogte tengevolge van de stroom is aanzienlijk, in een aantal gevallen meer dan de helft. De toename van de periode is voor de berekening met westenwind het grootst. Voor noordwest is de toename het kleinst. De berekening met wind uit ZO voor het meetpunt aan de rechteroever en de berekening uit het noorden voor de punten C en D laat een afname in de periode zien. Dit zou erop kunnen duiden dat bij stroom tegen de periode toeneemt en bij stroom mee de periode afneemt. Erg uitgesproken is deze tendens echter niet. In de figuren 4 tot en met zijn de goifhoogten en perioden voor een aantal windrichtingen aan de teen van de dijk (langs de dijk) weergegeven. Het gridnummer hierin verwijst naar het HISWA grid. Met behulp van figuur kan de locatie verkregen worden. 3

9 A Hiswa Leidr Hiswa B Leidr FHi,., C Leidr Hiswa D Leidr E Uiswa Leidr ZZW zw WZW W WNW NW N ZO 5 34 tabel 3 golfhoogten HISWA met stroom en leidraad in [cm] A Hiswa Leidr B Hiswa Leidr Hiswa C Leidr D kiswa Leidr ZZW I E Hiswa Leidr ZW wzw W WNW NW N ZO tabel 4 golfperioden HISWA met stroom en leidraad in [5] Voor drie windrichtingen, ZW, W en N, zijn ook berekeningen zonder stroom gedaan met HISWA. Enkele resultaten zijn in de tabellen 5 en 6 weergegeven, tezamen met de waarden volgens de leidraad rivierdijken. Voor deze windrichtingen zijn de resultaten langs de teen van de dijk in de figuren 6 tot en met weergegeven. Vergelijking laat zien dat de periode volgens de leidraad steeds gelijk of groter is dan die berekend met HISWA. De goifhoogte is in de helft van de gevallen gelijk in beide berekeningen. Bij de andere berekeningen komen afwijkingen voor die niet zondermeer te verklaren zijn. Eerdere vergelijkingen tussen de golfgroei volgens Bretschneider en HISWA hebben laten zien dat de formules van Bretschneider goede resultaten opleveren, meestal iets te hoog. Mogelijkerwijs kan een verklaring voor de hier gevonden verschillen liggen in de berekening van de effectieve strijklengte volgens de leidraad. 4

10 l A B C D E Hiswa Leidr Hiswa Leidr Hiswa Leidr Hiswa Le.Ldr Hiswa Leidr ZW W N tabel 5 goifhoogten zonder stroom in [cm] l A B C D E Hiswa Leidr Fiiswa Leidr [Hswa Leidr Hiswa Leidr Hiswa Leidr ZW W N tabel 6 goifperioden zonder stroom in [s] 4. Invloed op de waakhoogte De benodigde waakhoogte is onder andere afhankelijk van de golfhoogte en de golfperiode. Door het afnemen van de golfhoogte tengevolge van de stroom zal de waakhoogte afnemen, evenredig met /H. Door het toenemen van de periode daarentegen neemt de waakhoogte toe, evenredig met periode. In tabel 4 zijn de benodigde waakhoogten voor de 4 locaties aan de dijk weergegeven, zowel met de golfpararneters volgens de leidraad als met de goifparameters volgens HISWA met de invloed van stroom. Berekend is de waakhoogte die nodig is bij een golfoverslagcriterium van l/s/m en bij een taludhelling van :3. Het blijkt dat de toename van de periode een belangrijke invloed heeft. De waakhoogte voor de op het NW georienteerde vakken A en D neemt iets toe wanneer de invloed van stroom in rekening gebracht wordt. De maatgevende windrichting is West, met en zonder stroom. Voor de andere windrichtirigen neemt de benodigde waakhoogte af. Voor de vakken C en E, die meer noordelijk georienteerd zijn, neemt de waakhoogte af, zij het voor vak E slechts weinig. (Voor het bepalen van de maatgevende waakhoogte van vak C zijn berekeningen met wind uit noordoostelijke richtingen nodig, die in deze studie niet gedaan zijn.) 5

11 I A C D Hiswa Leidraad Hiswa Leidraad Hiswa Leidraad ZZW 2 ZW I E Hiswa Leidraad WZW W WNW NW N tabel 7. Waakhoogten in (cm) met Q = l/s/m, voor goifhoogten en perioden berekend met HISWA en volgens de leidraad (deel II) Conclusies De Hiswa berekeningen laten in het algemeen een afname van de goifhoogte zien en veelal een toename in de goifperiode door de invloed van stroom. De verschillen tussen deze berekeningen en berekeningen zonder stroom zijn niet eenvoudig te verklaren. Met name de veranderingen in de golfperiode geven geen eenduidig beeld te zien. De invloed op de waakhoogte is slechts minimaal. Afhankelijk van de locatie is een iets grotere of een iets kleinere waakhoogte nodig. Uit deze berekeningen kan niet geconcludeerd worden dat meer geavanceerde golfgroeiberekeningen voor het rivierengebied zinvol zijn. literatuur () Leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken deel bovenrivierengebied, TAW, Delft, 985 [2] J.G.C. Groos, A.P. de Looff, Hiswa berekeningen Waal, RWSDGW notitie GWWS9.57, september 99.

12 Figuren I I. ~. =. foto: Ondergelopen voorland ter plaatse van locatie A.

13 : J 4r. Ii :?. l_i_i. t q IL rl.

14 [Ç veelusi nd PI 9 93 c, \ kokh ( 869\J \% J 7T 33 7," fo % Kapel _ \ : Ii ;rn:chgen;t:? HuIhize7 7 o F" \ vp\ / 7,2 Lobb \ : : QorijschePo/er 869\ LOOOÎkJ 6 T /2 [ \\ K/omPeflWaetd c. l A mwaaf bs Werf l M Bof Kommerdi 87 \ Z;7 P ; N! ckj " 47 2, j I le 2, 3 6T?::: y Ge,,dsche 76.. p Ile dr (. A. /T,engeOOdefl ? :, t Jonka J J75 I DeWq k ) i j.. [ 6 \ :. / Eecom / ol \ 8 s,, ho 2 I ), ; Nw ZEeIa d it Go647 BsteeId 7 6 Zeeçs Go /., Un Wèrchre t.itth eho t, ±:= _ 44Gradanoeve 4 Fresok Beek 78 7 h 3.3 o 27 r 4 T bjzeeia Zon 28 N 4 j< Pengefl % / Zeen S 4 e\eoao, / De : 97 It 7 s / i_. gse 9 /% / t 7 N\ s/ 3 Is ;;7 29 J :P3OD ORK. : \ r N : N, Ooij, I\\ w Rijn H6/d ± J

15

16 \IN S \ S / /S SS N / N ///, / / / / / / / / / / / stroomschematisatie 5 M 5 M/S Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 3

17 goifhoogte gotfperiode  leidraad hoogte leidraad periode Kol 35 o.g3 * 25 2 ÂD /.../ /...,... 5 do 5 ri Grid nummer westnoordwest met stroom langs de Duffeltdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur4 (/) LJ 45. hoogte periode  leidraad hoogte leidraad periode 4... ÂA E, o... o J T..., s CL ) o o S C IQ... o CD III III I I III II II liii II III III Grid nummer noordwest met stroom langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 5

18 4 met stroom zonder stroom  leidraad s: 3 25 ) ) 2 5 VE A Grid nummer \d 9 95 Zuidwest goifhoogte langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 6 7 met stroom zonder stroom  leidraad 5... Q) o o. a) 4... o, A... 2 / t... J Grid nummer zuidwest periode langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 7

19 5 4, 4 35  3 ) c A Grid nummer LWest goifhoogte langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur met stroom zonder stroom  leidraad S S * / S./... 4 #S S / o a 35...j t * Grid nummer west periode langs de Duffeltdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 9

20 El T. EI,3. E ) Grid nummer Noord goifhoogte langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur 3 met stroom zonder stroom  leidraad cn 2.6 k... :: 2 III.TITIT: Grid nummer Noord Periode langs de Duffeitdijk Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde figuur

21

22