INRICHTING ZUIDELIJKE LEKUITERWAARDEN. Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland

Transcriptie

1 t (.-1o9bL 'Ø HASKONING I Architectenbureau INRICHTING ZUIDELIJKE LEKUITERWAARDEN Vermindering effecten translatiegolven nevengeul Vianen Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland CONCEPT Z9427

2 BIBLIOTHEEK UTRECHT HASKONING Architectenbureau INRICHTING ZUIDELIJKE LEKUITERWAARDEN Vermindering gevolgen translatiegolven nevengeul Vianen RWS bibliotheek locatie Utrecht Postbus O2 LA Utrecht Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland Opgesteld ing. H. Peeters, Ir. W.B.G. Bijman, Ir. G.J. Akkerman Goedgekeurd : Ir. G.J. Akkerman Paraaf: Onze referentie: L0262.BO/R001/GJA/SME 6 augustus 2001

3 HASKONING ïll 111 Architectenbureau blz. INLEIDING Voorgeschiedenis Probleemstelling en opdracht Onderzoeksteam Leeswijzer 3 GETANDE DREMPEL EN AANVULLENDE MAATREGELEN IN DE OOSTELIJKE NEVENGEUL Uitgangspunt en doelstelling van de maatregel(en) Reductie stroomsnelheden oostelijke nevengeul Berekeningsresultaten Debiet bij bedvormende afvoer Stroomsnelheden bij getijwerking 6 PLAATSING VAN EXTRA WEERSTAND IN DE WESTELIJKE NEVENGEUL Uitgangspunt en doelstelling Reductie onttrekkingsdebiet en stroomsnelheden in de westelijke nevengeul Kwantitatieve doelstelling Berekeningsresultaten 9 4. NAUTISCHE ASPECTEN Uitgangspunt en Doelstelling Translatiegolven bij de situatie met getande drempel Dwarsstroming als gevolg van rivierafvoeren en getijwerking REDUCTIE VAN HET MHW-VERLAGEND EFFECT ALS GEVOLG VAN DE VOORGESTELDE MAATREGELEN VERDERE PRAKTISCHE UITWERKING Oostelijke nevengeul Principe en hydraulische vormgeving van de 'getande drempel' in de oostelijke nevengeul Praktische uitwerking van de 'getande drempel' in de oostelijke nevengeul Verruiming van het doorstroomprofiel in de oostelijke nevengeul Westelijke nevengeul Principe en hydraulische vormgeving van de extra weerstand in de westelijke nevengeul 19 L /R001/GJA/SME - i - 6 augustus 2001

4 II IJ HASKONING Architectenbureau Praktische uitwerking van de extra weerstand in de westelijke nevengeul CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 22 B.1 Inleiding 13 B.2 Gedrag translatiegolf 13 B.3 Berekeningsresultaten 14 C.1 Inleiding 20 C.2 Modelbeschrijving 20 BIJLAGEN: Bijlage A: SOBEK-stromingsberekeningen voor bepaling extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul Bijlage B: Translatiegolfberekeningen met extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul Bijlage C: Reductie van het MHW-verlagend effect. L /R001iGJA/SME - ii - 6 augustus

5 HASKONING 11 I$1 ii Architectenbureau SAMENVATTING Het voorliggend rapport beschrijft de haalbaarheid van aanvullende maat-regelen in de oostelijke en westelijke nevengeul bij Vianen, die nodig zijn om een aantal ongewenste rivierkundige en nautische aspecten op te lossen. De 'oostelijke nevengeul' is hierbij aangeduid als het gedeelte dat zich ten oosten van de voorhaven van het Merwedekanaal bevindt en de 'westelijke nevengeul' als het gedeelte ten westen van het kanaal. Een centrale maatregel die hier is onderzocht is het toepassen van een 'getande drempel' in de uitstroming van de oostelijke nevengeul. Deze bestaat uit een rij lage eilandjes (de 'tanden') met daartussen Vrij nauwe tussenopeningen. Door variatie van de configuratie van de verhouding open en dicht en het kruinniveau van de eilandjes is een rivierkundig optimale configuratie verkregen. Daarmee is het mogelijk om een goed compromis te vinden tussen de soms tegenstrijdige rivierkundige eisen. In de westelijke nevengeul bleek de getande drempel niet mogelijk, waardoor hier het probleem van de ongestoorde doordringing van translatiegolven vanuit het voorhavenkanaal in het aanliggende deel van de nevengeul blijft bestaan. De ernst hiervan hangt af van de feitelijke grootte van de translatiegolven (in de voorliggende studie is hiervoor een conservatieve benadering aangehouden). Aan de primaire rivierkundige eis, namelijk een onttrekkingsdebiet van minder dan 3,5 %, is voldaan door het toepassen van een extra weerstandszone in het nauwe geulgedeelte nabij de Buitenstad. Deze extra weerstand wordt gecreëerd door de toepassing van een zeker patroon van lage eilandjes en een verruwde bodem over een lengte van 100 m. De voorgestelde maatregelen geven een reductie van de MHW-verlaging van circa 10% (ruim 2 cm). Het nautisch probleem van de interactie tussen de translatiegolven en de nevengeulen uit zich in kortstondige, sterke uitstroming vanuit de nevengeulen naar het voorhavenkanaal, waardoor sterke dwarsstroming ontstaat (in tegengestelde richting, dus alleen aan de randen van het kanaal). De getande drempel in de oostelijke nevengeul lijkt deze stroming maar in beperkte mate te kunnen mitigeren. De precieze consequenties van dit probleem dienen nog verder te worden nagegaan, evenals de mate waarin dit probleem zich in werkelijkheid kan manifesteren: mogelijk is er in werkelijkheid sprake van lagere translatiegolven dan in de voorliggende studie is aangenomen. Een ander nautisch aandachtspunt is dat, als gevolg van het plaatselijk verwijderen van de leikaden voor de aansluiting met de oostelijke en westelijke nevengeul op het voorhavenkanaal, er een sterke dwarsstroming (van Oost naar west) kan ontstaan bij hogere rivierafvoeren. Daarbij wordt mogelijk al bij een Lekafvoer van circa 1000 m 3/s een dwarsstroomsnelheid van 0,3 m/s overschreden. L0262.BO/R001/GJAISME augustus 2001

6 Ç HASKONING Architectenbureau INLEIDING 1.1 Voorgeschiedenis De nevengeul bij Vianen maakt deel uit van de herinrichting van de Zuidelijke Lekuiterwaarden. Voor de herinrichting is een inrichtingsplan opgesteld door Arcadis. In 2000 werd door RWS Directie Oost-Nederland aan HASKONING opdracht verleend om een rivierkundig advies over het toen voorliggende voorontwerp te geven. Daarbij kwam naar voren dat de (oostelijke) nevengeul circa driemaal te groot onttrekkingsdebiet had. In een vervolgstudie heeft HASKONING vervolgens een maatregel ontworpen waarmee wel het juiste onttrekkingsdebiet werd verkregen. Deze maatregel bestaat uit een 'kraan' in de oostelijke nevengeul, die wordt gevormd door een vernauwde geul over 100 m lengte, met daarin een zeker patroon van lage eilandjes en een verruwde bodem. De rapportage hiervan heeft plaatsgehad in juni Uit deze studie bleek dat er nog enkele punten van zorg overbleven: de getijdoordringing in de oostelijke nevengeul, een wat te groot debiet in de westelijke nevengeul en de interactie tussen translatiegolven in het voorhavenkanaal met de oostelijke en westelijke nevengeul. De voorliggende studie tracht deze punten zo goed mogelijk te mitigeren door aanvullende maatregelen in beide nevengeulen. 1.2 Probleemstelling en opdracht In de offerte-aanvraag van 5 juni (auteur: ir. J-P. Boutkan) is de vraagstelling verder uitgewerkt. Kernpunt was de relatief hoge stroomsnelheid die in de oostelijke nevengeul kan optreden bij lage rivierafvoeren (hierbij is de getijwerking dominant). Verder lijken te hoge stroomsnelheden in de nevengeulen te kunnen optreden als gevolg van doordringing van scheepsgeïnduceerde translatiegolven vanuit de voorhaven van het Merwedekanaal in de oostelijke en westelijke nevengeul: dit heeft ook sterke dwarsstromingen in de voorhaven tot gevolg. Tot slot is ook gesteld dat het ontrekkingsdebiet in de westelijke nevengeul verder dient te worden teruggebracht. Door HASKONING is in het rapport van juni 2001 als belangrijkste 'mitigerende' maatregel voorgesteld een extra weerstand te plaatsen in de uitstroom in de oostelijke nevengeul (en zo mogelijk ook in de instroom in de westelijke nevengeul). Hierbij werd gedacht aan een 'getande' drempel, maar in principe zijn meerdere oplossingen mogelijk, zoals palenrijen. Het idee daarachter is dat L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001 ç0 1

7 r'i I HASKONING Architectenbureau de permanent meestromende nevengeul gehandhaafd blijft en dat toch voldoende extra weerstand wordt aangebracht, zodat de in- en uitstroming van getij- en scheepsgeïnduceerde waterbeweging wordt verminderd. In het voorliggende onderzoek wordt de bovenstaande vraagstelling verder uitgewerkt en worden praktische voorstellen gedaan voor maatregelen die een rivierkundig acceptabel ontwerp kunnen opleveren. Deze maatregelen dienen dusdanig te zijn dat de effectiviteit van de MHWverlaging zo weinig mogelijk teniet wordt gedaan. Dit zal worden gecheckt met het WAQUA-model dat ook bij de voorgaande studie is ingezet. De werkzaamheden zijn uitgevoerd conform onze offerte met kenmerk L /13001/GJA/IL van 11 juni 2001, naar aanleiding van de offerteaanvraag van RWS Directie Oost-Nederland d.d. 5 juni 2001van de heer ir. J-P. Boutkan. De werkzaamheden zijn opgedragen bij de brief met kenmerk Nr van 2 juli Onderzoeksteam De advieswerkzaamheden zijn uitgevoerd door de volgende personen: - ir G.J. Akkerman (rivierkundige inbreng, projectleider en eindrapportage); - ing. H. Peeters (SOBEK-modellering en -berekeningen); - ir. W.B.G. Bijman (WAQUA-berekeningen); - ir. P.W. van de Kreeke (nautisch advies). Van de zijde van Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland heeft de begeleiding plaatsgevonden door de heer ir. J.-P. Boutkan. 1.4 Leeswijzer Dit rapport gaat in Hoofdstuk 2 in op de extra weerstand die in de uitstroming van de oostelijke nevengeul moet worden geplaatst, met daarbij eventuele aanvullende maatregelen. Vervolgens wordt de westelijke nevengeul in beschouwing genomen (Hoofdstuk 3). De vermindering van de translatiegolfdoordringing wordt in Hoofdstuk 4 behandeld. In Hoofdstuk 5 wordt de vermindering van de beoogde MHW-verlaging nagegaan. De praktische uitwerking van de beoogde maatregelen vindt in Hoofdstuk 6 plaats. In Hoofdstuk 7 worden conclusies getrokken en aanbevelingen gedaan. Anders dan bij voorgaande rapporten, worden berekeningsdetails zoveel mogelijk in bijlagen ondergebracht en wordt de essentie van de uitkomsten in dit rapport vermeld. Deze bijlagen zijn: - bijlage A met SOBEK-berekeningen voor de bepaling van de aard en grootte van de weerstanden; - bijlage B met translatiegolfberekeningen; - bijlage C met WAQUA-berekeningen voor de bepaling van de reductie van de MHW-verlaging. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

8 HASKONING ;31 il Architectenbureau 2. GETANDE DREMPEL EN AANVULLENDE MAATREGELEN IN DE OOSTELIJKE NEVENGEUL 2.1 Uitgangspunt en doelstelling van de maatregel(en) Bij de voorliggende studie voor de oostelijke nevengeul is uitgegaan van het vigerende ontwerp van Arcadis, volgens de uitwerking van het MMA: kenmerk Arcadis, 2000, tekening nr 01 (voorlopig) van , projectnummer Voorts waren door Arcadis daarin aanpassingen aangegeven; tevens is de 'kraan', zoals die in het voorgaande onderzoek (HASKONING, juni 2001) is voorgesteld, hierbij aanwezig. De tekening en aanpassingen zijn in Figuur 2.1, achter aan dit hoofdstuk aangegeven. Bij de oostelijke nevengeul werd tot dusverre een 'kraan' aangebracht om het onttrekkingsdebiet bij bedvormende afvoer te verminderen. Daarbij was deze aan de oostelijke zijde geplaatst, om de getijwerking in de nevengeul zoveel mogelijk te bevorderen en daarmee, bij lage rivierafvoer, toch voldoende doorstroming te kunnen realiseren (HASKONING, juni 2001). Uit de resultaten blijkt echter dat deze getijwerking verhoudingsgewijs te sterk is, met name in het benedenstroomse (westelijke) deel van de nevengeul. Er blijken daarom aanvullende maatregelen nodig. Bovendien blijkt de doorwerking van translatiegolven in de nevengeulen te sterk te zijn (dit aspect wordt verder in Hoofdstuk 4 behandeld). In (HASKONING, juni 2001) is daarom voorgesteld om het effect van een extra weerstand aan de westelijke zijde van de oostelijke nevengeul te onderzoeken. De voorliggende gaat in op de potentiële haalbaarheid van deze maatregel. Na plaatsing van de kraan (aan de bovenstroomse, oostelijke zijde van de oostelijke nevengeul) blijkt het volgende: - De doelstelling van een onttrekkingsdebiet van 3,5 % bij bedvormende Lekafvoer (= 600 m 3/s) blijkt dankzij de kraan nagenoeg bereikt: het debiet is 3,6 %. - In de oostelijke nevengeul treden bij lage Lekafvoer en getijwerking echter snelheden op die hoger zijn dan 0,3 m/s met een uitschieter tot 0,8 m/s (tijdens vulling van de geul bij vloedstroming). - Translatiegolven als het gevolg van het voorbij varen van schepen op de Lek, zorgen volgens indicatieve berekeningen voor hoge uitstroomsnelheden (tot orde 1 m/s) vanuit de oostelijke en westelijke nevengeul naar het voorhavenkanaal. RWS Directie Oost-Nederland heeft aangegeven dat deze verschijnselen rivierkundig als niet acceptabel worden beschouwd. Doel van het voorliggende onderzoek is aanvullende maatregelen te onderzoeken die een acceptabele situatie geven. Bij het zoeken naar een oplossing moet wel een minimale dynamiek in de nevengeul worden gehandhaafd, teneinde ecologisch optimale condities te behouden. Dit houdt in dat tijdens normale getijomstandigheden en bij lage L /R001/GJA/SME -4-6 augustus 2001 (t 1

9 '' HASKONING $ Architectenbureau Lekafvoer een stroomsnelheid (piekwaarde, tijdens de vloedtak en/of de ebtak) gewenst is van circa 0,1 m/s. 2.2 Reductie stroomsnelheden oostelijke nevengeul Overwogen kan worden om de eerder voorgestelde 'kraan' te verplaatsen. Dit is ons inziens echter niet wenselijk, omdat dan de vulling en lediging van de nevengeul als gevolg van de getijwerking vooral aan de oostelijke instroomzijde zal plaatsvinden. Weliswaar is daar geen noemenswaardige scheepvaartinteractie, dus geen dwarsstroomhinder, maar een sterke verhoging van de instroomsnelheden is daar ongewenst, doordat meer sedimentrijk water zal worden ingenomen: dit zal vervolgens voor een (groot) deel in de nevengeul kunnen neerslaan. Omgekeerd is het probleem van sedimentinname via de uitstroom van de nevengeul (tijdens vloed) minder groot, omdat vanuit de voorhaven slechts sedimentarm water zal worden ingenomen. De plaatsing van een tweetal weerstanden (de kraan en de getande drempel) ter weerszijden van de nevengeul is het beste middel om een te sterke getijwerking te mitigeren. Bovendien is daarbij het verval bij hogere rivierafvoeren over een tweetal weerstanden verdeeld; dit geeft een zekere spreiding van het verval over de nevengeul, wat rivierkundig beter is dan dat het verval over één weerstand is geconcentreerd. Met een extra weerstand in de vorm van de 'getande drempel', of een andersoortige constructie, dienen deze verschijnselen dusdanig te worden gemitigeerd, dat een rivierkundig acceptabele situatie ontstaat. Opgemerkt wordt dat het plaatsen van de extra weerstand in de oostelijke nevengeul geen effect heeft op de stroming in de westelijke nevengeul en omgekeerd. De maatregelen voor de westelijke nevengeul, Hoofdstuk 3, kunnen dus onafhankelijk van de maatregelen voor de oostelijke nevengeul worden beschouwd. 2.3 Berekeningsresultaten In Bijlage A zijn de SOBEK-berekeningen gedetailleerd beschreven, die hebben geleid tot een constructie die een zo goed mogelijk compromis geeft voor het bereiken van een acceptabele situatie. De optimale configuratie van de uitstroomweerstand van de oostelijke nevengeul bleek te zijn: een horizontale vernauwing van het doorstroomprofiel tot 1/6, met daarbij de kruin van de 'tanden' van de getande drempel op een niveau van NAP+ 1,0 m. Een groot deel van het profiel is dus dichtgezet, door de aanwezigheid van de tanden (5/6). In het resterende profiel worden ter verhoging van de ruwheid nog individuele zware breuksteen-elementen geplaatst (deze bevinden zich permanent onder water). Op de praktische L /R001/GJA/SME augustus 2001

10 uitwerking van de getande drempel wordt in Hoofdstuk 6 ingegaan. Een beeld van deze oplossing is in Figuur 6.2 gegeven. Hierna worden de belangrijkste resultaten samengevat van de SOBEKberekeningen, zoals die in Bijlage A zijn beschreven Debiet bii bedvormende afvoer Het debiet bij bedvormende afvoer loopt door deze getande drempel terug van 3,6 % naar 3,5 %, waarmee nu precies aan de doelstelling wordt voldaan Stroomsnelheden bij getijwerking In de navolgende Figuur zijn de stroomsnelheden aangegeven over de lengte van de oostelijke (en westelijke) nevengeul. Hierbij wordt opgemerkt dat de hoge snelheden ter plaatse van de getande drempel in werkelijkheid tussen de tanden optreden en niet in de geul zelf. Deze zijn derhalve alleen van belang voor de ter plaatse aan te brengen bodemverdediging. snelheid 50 m3/s met getij nvp.nqaiii Onst n,ipnrip.iji wst 0.5 uitstroom instroorn uitstroom LJLi c -0.5 Kraan AWZI afstand lml max. vloedsnelheid max. ebsneherd Figuur 2.2 Maximale stroomsnelheden in de nevengeulen bii een rivierafvoer van 50 m 3/s met getij Uit figuur 2.2 blijkt dat de eerder geconstateerde stroomsnelheid van 0,8 m/s nabij de AWZI bij de getande drempel terugloopt tot 0,5 m/s. Bovendien is de stroomsnelheid nabij de uitstroom circa 0,3 m/s en is de lengte waarover de stroomsnelheid 0,3 m/s overschrijdt, beperkt tot circa 400 m. Over deze lengte L IR001/GJA/SME augustus 2001

11 moet een aanvullende maatregel worden getroffen, in de zin van enige profielverwijding (dit is uitgewerkt in hoofdstuk 6). In werkelijkheid zal er bij bedvormende bovenafvoer (600 m 3 /s) van enige getijwerking sprake zijn. De berekende stroomsnelheden zijn voor gemiddeld getij hierna weergegeven. snelheid 600 m3/s met getij nevengeul Oost -- ' nevengeul West 0.6 uitstroom inerrnnm uitstroom 0,4 0, S ) 0, -0.2 kraan afstand (m) AWZI T getsnds drerrçel - max. vloedsnelheid max. ebsnelheid Figuur 2.3 Maximale stroomsne(heden in de nevengeulen bij een rivierafvoer van 600 m 3/s met getij De maximale stroomsnelheid tijdens de bedvormende afvoer en getij is nu in de geul nabij de AWZI circa 0,3 m/s, dus gelijk aan de streefwaarde voor de maximum-stroomsnelheid. Na de aanvullende verruiming van het geulgedeelte nabij de AWZI zal de maximale stroomsnelheid hier circa 0,2 m/s bedragen, zodat er ten aanzien van springtij en dergelijke nog enige marge is. Geconcludeerd kan dus worden dat met de voorgestelde getande drempel in de uitstroom van de oostelijke nevengeul aan de kwantitatieve doelstelling voor de stroomsnelheden in de oostelijke nevengeul wordt voldaan. Hierbij wordt opgemerkt dat de doorwerking van translatiegolven nog niet is beschouwd, zie hiervoor hoofdstuk 4. L /R001/GJA/SME augustus 2001

12 -.': / J,. -, ' J±7 IJ?,. ' '. ' '. \ , : '/ '. i " '\. f1::. Î VANEN ij. boefdgeul geute / V zrny 5c 7. / Vïanen

13 Ç HASKONING 151 Architectenbureau 3. PLAATSING VAN EXTRA WEERSTAND IN DE WESTELIJKE NEVENGEUL 3.1 Uitgangspunt en doelstelling De voorgaande studie (HASKONING, juni 2001) toonde aan dat de westelijke nevengeul bij bedvormende afvoer een te hoog onttrekkingsdebiet gevonden: 28 m 3 /s, zijnde 4,7 % van het totale Lekdebiet. Behalve dat dit morfologisch ongewenst is (teveel aanzanding in het zomerbed) geeft dit aanleiding tot te hoge stroomsnelheden in de westelijke nevengeul. Zo is in het nauwe stuk van de Buitenstad de stroomsnelheid circa 0,55 m/s. Deze stroomsnelheid neemt verder toe tot ruim 0,6 m/s wanneer bij de bedvormende afvoer ook nog rekening wordt gehouden met getijwerking (hetgeen de feitelijk optredende situatie is). Bij lage rivierafvoer en getijwerking liggen de stroomsnelheden in de westelijke nevengeul ruim onder de streefwaarde. Dit laatste kan worden verklaard door het kleine vul- en ledigingsdebiet bij getijwerking, omdat de westelijke nevengeul erg kort is vergeleken met de oostelijke. Bovendien bleek volgens de oriënterende berekeningen in (HASKONING, juni 2001) ook in de westelijke nevengeul de doorwerking van translatiegolven sterk te zijn. Bij de uitstroomnaar de voorhaven van het Merwede kanaal ter hoogte van de instroom van de westelijke nevengeul kan in extreme gevallen een stroomsnelheid van circa 1 m/s optreden. De extra weerstand kan bij bedvormende afvoer, wanneer de additionele getijwerking verwaarloosd wordt, worden geplaatst op elke locatie in de westelijke geul. Een logische plaats voor het plaatsen van de extra weerstand is echter het nauwe deel van de geul nabij de Buitenstad, omdat daar de stroomsnelheden het hoogst zijn en daar dus het meeste rendement van de extra ruwheid kan worden verkregen. In dit geval is het probleem van de translatiegolven naar verwachting niet of weinig opgelost (dit bleek inderdaad het geval: zie Hoofdstuk 4). Daarom is eerst getracht een getande drempel oplossing bij de instroom van de westelijke nevengeul op de aansluiting met het voorhavenkanaal toe te passen. Een complicatie daarbij is dat er een zekere toegang moet blijven voor recreatievaart naar de westelijke nevengeul in verband met de mogelijk te ontwikkelen jachthaven aldaar. Deze getande drempel bleek daar niet goed mogelijk in verband met het niet kunnen verkrijgen van voldoende energieverlies bij de situatie waarbij een opening voor de recreatievaart moest blijven. Daarom mâest wel worden volstaan met het alleen benutten van het nauwe geulgedeelte nabij de Buitenstad voor de plaatsing van de extra ruwheid. De doelstelling richtte zich daarna noodgedwongen alléén op het reduceren van het onttrekkingsdebiet. Bij het zoeken naar een oplossing moet wel een minimale dynamiek in de nevengeul worden gehandhaafd, teneinde ecologisch optimale condities te behouden. Dit houdt in dat tijdens normale getijomstandigheden en bij lage L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

14 -- E HASKONING Iøl I$ Architectenbureau Lekafvoer een stroomsnelheid (piekwaarde, tijdens de vloedtak en/of de ebtak) gewenst is van circa 0,1 m/s Reductie onttrekkingsdebiet en stroomsnelheden in de westelijke nevengeul Kwantitatieve doelstelling Zoals hiervoor gesteld blijkt het debiet van de westelijke nevengeul te hoog te zijn: 4,7% van de totale rivierafvoer, terwijl 3,5 % maximaal is toegestaan. Tevens dienen de stroomsne!heden onder 0,3 m/s te blijven, zodat morfologisch geen tot weinig activiteit wordt toegestaan bij afvoeren tot en met de bedvormende afvoer en dagelijkse getijwerking (welke het sterkst is bij lage rivierafvoer) Berekeningsresultaten In bijlage A zijn ook voor de westelijke nevengeul de SOBEK-berekeningen gedetailleerd beschreven. Deze hebben geleid tot het aanbrengen van extra ruwheid in het nauwe deel van de geul bij de Buitenstad. Een goede configuratie van de extra weerstand bleek een ruwheidsverhoging tot k5 = 10 m te zijn over een geullengte van 100 m. Dit staat gelijk aan de ruwheid die in de kraan in de oostelijke nevengeul wordt toegepast. De lengte 100 m komt hier overeen met de 'verwachtingswaarde' (bij de kraan is 100 m gekozen, waarbij enige veiligheid is inbegrepen bij een verwachtingswaarde van de lengte van 70 m). Een groot verschil is dat bij de Buitenstad geen verdere zijdelingse vernauwing is toegepast, in tegenstelling tot de kraan in de oostelijke nevengeul, waarbij het dwarsprofiel tot 1/3 werd vernauwd. Op de praktische uitwerking van deze extra ruwheid wordt in hoofdstuk 6 ingegaan Hierna worden de belangrijkste resultaten samengevat van de SOBEKberekeningen, zoals die in Bijlage A zijn beschreven. Debiet bij bedvormende afvoer Het onttrekkingsdebiet bij bedvormende afvoer (geen getijwerking) neemt bij de toegepaste maatregel sterk af, zoals ook beoogd, 12,1 m 3 /s tegenover 28 m 3 /s, waardoor er nu sprake is van een onttrekkingsdebiet van slechts 2% van het totale rivierdebiet. Dit is ruim onder 3,5 %, zoals was geëist. Een bijkomend voordeel van het kleinere onttrekkingsdebiet van de westelijke nevengeul ten opzichte van de oostelijke nevengeul is dat er nu een 'residu'-stroming optreedt vanuit de voorhaven naar de Lek toe. Dit is gunstig voor het beperken van potentiële sedimentatie in de voorhaven. L0262BO/R001/GJA/SME -9-6 augustus

15 Stroomsnelheden bij bedvormende afvoer Hierna is het stroomsnelheidsverloop uitgezet langs de westelijke nevengeul (rechterzijde van de Figuur) voor verschillende afvoerniveaus. stroomsnelheden in nevengeul (stationair) getande drempel uitstroom 0.8 E / itroom uitstroom 0.2 _ A1N kraan UUU IUL&J afstand (m) snelheid 0=1175 m31s sneiheid 0=600 m31s snelheid 0=50 m3/s Figuur 3.1 Stroomsnelheden in de nevengeulen bij stationaire afvoer Zoals te verwachten neemt door de meer dan tweevoudige afname van het debiet ook de maximale optredende stroomsnelheid met meer dan een factor 2 af en wel tot ruim 0,2 m/s bij bedvormende afvoer (geen getij). Dit ligt ook ruim onder de toelaatbare waarde van 0,3 m/s. Mét de additionele getijwerking bij bedvormende afvoer (zie bij Figuur 2.3) loopt deze stroomsnelheid op tot circa 0,25 m/s, en ligt nog altijd onder 0,3 mis. Bij een hogere rivierafvoer van 1175 m 3 is is de stroomsnelheid nabij de Buitenstad circa 0,5 mis, tegenover ruim 1,1 m/s in de situatie zonder extra weerstand (HASKONING, juni 2001). Stroomsnelheden bij getijwerking In de Figuren 2.2 en 2.3 zijn ook de maximale stroomsnelheden in de westelijke nevengeul aangegeven voor respectievelijk een Lekafvoer van 50 m 3/s en 600 m 3 is. L /R001/GJA/SME augustus 2001

16 Ç HASKONING 151 Architectenbureau De maximale stroomsnelheid bij een lage Lekafvoer en overheersende getijwerking (Figuur 2.2) blijkt door de extra weerstand terug te lopen tot circa 0,2 mis, tegenover circa 0,3 m/s bij vloedstroming zonder de extra weerstand. Ook bij ebstroming is de maximale stroomsneiheid circa 0,2 m/s. Bij bedvormende afvoer en getijwerking (Figuur 2.3), waar in werkelijkheid sprake van is, blijft de maximale stroomsnelheid ruim onder 0,3 m/s bij ebstroming, terwijl er bij vloedstroming nog steeds afstroming in de richting van de rivier plaatsvindt bij zeer lage stroomsnelheden. Geconcludeerd wordt dat met de voorgestelde extra ruwheid in de nauwe doorgang van de westelijke nevengeul nabij de Buitenstad het onttrekkingsdebiet ruim onder de gestelde norm blijft, namelijk 2 %. De maximale stroomsnelheden in de westelijke nevengeul blijven hierbij ook onder alle onderzochte omstandigheden onder 0,3 m/s. Een verdere verruiming van het nauwe geulgedeelte is dan ook niet nodig. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001 (0 1

17 Vermindering effecten transiatiegolven nevengeul Vianen ' kil L HASKONING Architectenbureau 4. NAUTISCHE ASPECTEN 4.1 Uitgangspunt en Doelstelling Bij het onderzoek van (HASKONING, juni 2001) blijkt dat bij het passeren van translatiegolven over de voorhaven van het Merwedekanaal er twee ongewenste verschijnselen optreden: 1 ) sterke doorwerking van de translatiegolven naar de nevengeulen, alwaar over een groot gebied hoge stroomsnelheden optreden (tot grootte-orde 1 mis); 2)samenhangende met het voorgaande gedurende tientallen seconden een sterke dwarsstroming op het voorhavenkanaal kan optreden als gevolg van uitstroming uit de nevengeulen (tegengesteld van richting), welke nautisch ongewenst kunnen zijn. Verder treden bij het ontwerp (dit is het ontwerp mét kraan maar zonder getande drempel) dat voorafgaande aan deze studie beschikbaar was relatief hoge stroomsnelheden op als gevolg van in- en uitstroming van de nevengeulen vanuit de voorhaven van het Merwedekanaal. Weliswaar zouden deze nog juist acceptabel zijn tot een afvoer van 600 m 3is (zie HASKONING, juni 2001), maar enige reductie van deze stroomsnelheden is zeker zinvol. Dit geldt met name bij afvoeren die hoger zijn dan 600 m 3/s, omdat thans met de hoge leikaden geen dwarsstroming optreedt en na verlaging van de leikaden in die situaties wél. Het aspect van translatiegolven is gedetailleerd beschreven in Bijlage B. Het hierna vermelde is een samenvatting van de belangrijkste resultaten. Het aspect van dwarsstroming als gevolg van rivierafvoeren en getijwerking is in Bijlage A beschreven. De belangrijkste uitkomsten ten aanzien van dwarsstroming zijn hierna overgenomen en in breder perspectief geplaatst (t.a.v. hogere rivierafvoeren). 4.2 Translatiegolven bij de situatie met getande drempel Het speciale SOBEK-model, dat eerder voor de studie naar translatiegolven werd toegepast, is aangepast voor de aanwezigheid van de uiteindelijk gekozen getande drempel oplossing in de oostelijke nevengeul en de extra ruwheid in de westelijke nevengeul. Tegelijkertijd is navraag gedaan bij de beheerder wat de grootst geconstateerde translatiegolven zijn geweest in de voorhaven van het Merwedekanaal. Uit deze navraag komt naar voren dat de aanpak wellicht te conservatief is geweest (zie Bijlage B bij Hoofdstuk B.4) Het lijkt reëel dat de stroomsnelheden met tenminste een factor 113 zijn overschat. Voor een overschatting zijn ook diverse redenen bij de modellering aan te geven. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

18 HASKONING 110 Architectenbureau Doorwerkinq translatieciolven naar de oostelijke nevenaeul Deze doorwerking is sterk gedempt en leidt nu tot stroomsnelheden van circa 0,3 m/s in de oostelijke nevengeul, oostelijk van de getande drempel. De waterspiegeldaling is daarmee circa 0, 1 m. Doorwerking translatiegolven naar de westelijke nevengeul De westelijke nevengeul ondervindt ongeveer evenveel hinder als in de eerdere situatie, waarbij kortstondig maximale stroomsnelheden in de geul zouden kunnen optreden van circa 1,0 mis. Dwarsstroomsnelheden ten gevolge van de translatiegolf vanuit de oostelijke nevengeul Het is de vraag in hoeverre deze kunnen worden gereduceerd door de aanwezigheid van de terugliggende getande drempel. Dit komt doordat de golf vrij veel tijd nodig heeft (tenminste 10 s) om de getande drempel in de oostelijke nevengeul te bereiken en het reducerend effect ervan te ondervinden. Voor de westelijk nevengeul verandert er nagenoeg niets, omdat de extra weerstand bij de Buitenstad ver van de aansluiting op het kanaal is verwijderd. Resumerend wordt het volgende geconcludeerd. - De doorwerking van de translatiegolfdoordringing is alleen voor de oostelijke nevengeul afdoende verminderd. - De dwarsstroming als gevolg van uitstroming van de nevengeulen bij het passeren van een translatiegolf is mogelijk iets gunstiger, maar is zeker niet sterk verminderd ten opzichte van de oude situatie. 4.3 Dwarsstroming als gevolg van rivierafvoeren en getijwerking Uit bijlage A kan het volgende worden opgemaakt. De dwarsstroming bij uitstroming van de nevengeulen naar de voorhaven van het Merwedekanaal, als ook de instroming naar de nevengeulen vanuit de voorhaven van het Merwedekanaal is in alle situaties van rivierafvoeren (tot en met 600 m 3/s) en getijwerking beperkt tot circa 0,2 m/s. Dit kan als acceptabel worden beschouwd. Bij hogere rivierafvoeren loopt de dwarsstroming wel terug maar blijft nog sterk. Zo is als gevolg van de aanwezigheid van de getande drempel de uitstroomsnelheid 0,5 m/s ten opzichte van eerder 0,6 m/s. Dit betekent dat rivierafvoeren weinig boven 600 m 3/s hoeven te liggen om al een dwarsstroming te veroorzaken van meer dan 0,3 m/s. Het verder aanpassen (verhogen) van de tanden van de getande drempel is daarbij geen oplossing, omdat er dan teveel reductie van de beoogde MHW-verlaging zal optreden. L /R001/GJA/SME augustus ) 7) 1

19 REDUCTIE VAN HET MHW-VERLAGEND EFFECT ALS GEVOLG VAN DE VOORGESTELDE MAATREGELEN Evenals bij de voorgaande studje (HASKONING, juni 2001) zijn WAQUAberekeningen uitgevoerd. Daarbij ging het toen om het effect van de aanwezigheid van de kraan. Ditmaal gaat het om het bijkomende effect van de getande drempel in de oostelijke nevengeul en de extra ruwheid in de westelijke nevengeul te bepalen. In bijlage C zijn berekeningsdetails en resultaten vermeld. Het effect van de maatregelen is te zien in de onderstaande figuur die aangeeft in hoeverre de beoogde waterstandverlaging in de as van het zomerbed wordt verminderd. 0,04 13 r toename van de "a er3tand (In m, nieu."e aituatie rferentie) -. -, E I t I J2 4H2i _- No X coôrdlnaterl [Inn] Uit deze figuur blijkt dat het effect van de extra ruwheid in de westelijke nevengeul veruit het grootst is. Daarbij is de relatieve waterstandtoename in de as 2 tot 3 centimeter. Het effect van de getande drempel en van de kraan is net zichtbaar, maar dit effect is marginaal. De relatieve opstuwing van 2 tot 3 centimeter in de as van de Lek betekent een reductie van het MHW-effect van circa 1/10. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

20 «' HASKONING 111 Architectenbureau n. VERDERE PRAKTISCHE UITWERKING 6.1 Oostelijke nevengeul Principe en hydraulische vormgeving van de 'getande drempel' in de oostelijke nevengeul De bedoeling van de 'getande drempel' is dat er een lokaal sterke horizontale vernauwing wordt gecreëerd, waardoor een relatief groot energieverlies optreedt ten opzichte van de totale weerstand van de geul. Dit energieverlies zal wel kleiner dienen te zijn dan dat in de eerder aangebrachte kraan, omdat de relatieve debietreductie kleiner is. Met de 'getande drempel' kan de in- en uitstroming naar de nevengeul als gevolg van getijwerking worden verminderd. Er is voor een constructie met een sterk horizontale vernauwing gekozen, omdat: 1) er geen verticale vernauwing mogelijk is, omdat de nevengeul altijd meestromend moet zijn; 2)de doorwerking van de translatiegolven naar de nevengeul hierdoor sterk zal verminderen; 3) met een sterke horizontale vernauwing een relatief groot energieverlies mogelijk is op een geconcentreerde locatie (ter vergelijking: bij de kraan was daar circa 100 m lengte voor nodig). De ligging van de drempel dient dusdanig te zijn dat er geen (sterk) ongelijkmatig stroombeeld optreedt in de voorhaven van het Merwedekanaal. Als ervan wordt uitgegaan dat de effectieve breedte van de eilandjes 5 tot 7,5 m bedraagt, dan is hiervoor een ligging circa 50 m vanaf de begrenzing met de voorhaven nodig. De gedachte ging aanvankelijk uit naar het creëren van eilandjes in de uitstroomopening met een kruinniveau tussen NAP en NAP+ 1 m en 'natuurlijk' hellingen van 1:2. Tijdens het uitvoeren van de analyses met de SOBEKberekeningen, waarin deze getande drempel is gemodelleerd, blijkt echter dat hiermee onvoldoende energieverlies kan worden gecreëerd. Daarom moet een grotere zijdelingse vernauwing worden toegepast dan met dit type eilandjes mogelijk is. Dit kan in praktijk door het toepassen van eilandjes met verticale hellingen, bijvoorbeeld opgebouwd uit schanskorven (gabions). Bij de eilandjes met natuurlijke hellingen zal geen extra stroomcontractie optreden (de stroom blijft aanliggen tegen de flanken van de eilandjes). Bij de toepassing van verticale schanskorven zal wel enige stroomcontractie optreden, wanneer deze althans met scherpe hoeken worden aangelegd. Hierdoor wordt de effectieve doorstroming verkleind: dit betekent dat de eilandjes opgebouwd uit schanskorven iets verder uit elkaar kunnen liggen. Als optimaal resultaat werd bij de SOBEK-berekeningen gevonden dat een vernauwde opening nodig is van circa 1/6 van de oorspronkelijke uitstroomopening, met daarbij nog enige toegevoegde ruwheid in de L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

21 Rilkswaterstaat Directie Oost-Nederland Vermindering ehecten translatiegolven nevengeul Vianen Ç HASKONING 11,1 iii ij Architectenbureau doorstroomopeningen (individueel geplaatste grote breuksteenelementen). Bij dit resultaat is enerzijds gekeken naar het reduceren van het hoge instroomdebiet naar de oostelijke nevengeul via de aansluiting met de voorhaven voor de situatie van vloedstroming en lage rivierafvoer (zie Bijlage A); verder wordt ook de doorwerking van de translatiegolven naar de nevengeul hiermee sterk beperkt (zie Bijlage B). De kruinhoogte van de eilandjes bleek hierbij circa NAP+ 1 m te moeten zijn, om maximaal rendement te hebben van de horizontale vernauwing (bij getijwerking en lage bovenafvoer treden de maximale stroomsnelheden op bij waterstanden die iets onder dit niveau liggen). Een schets van deze oplossing is hieronder weergegeven. Figuur 6.1: Principe van de getande drempel Praktische uitwerking van de 'getande drempel' in de oostelijke nevengeul Twee praktische mogelijkheden worden hierna beschouwd: a) eilandjes (aan de randen) opgebouwd uit met steen gevulde schanskorven. Bij de afmetingen speelt vooral de grootte van de doorstroomopening een rol. De openingen moeten fysiek nog dusdanig groot zijn dat het blijven steken van drijfvuil e.d. zoveel mogelijk wordt voorkomen; ook moeten de grote individuele stenen (van de sortering kg) die ' losgestrooid ' nabij en in de openingen worden gelegd nog fysiek kunnen worden aangebracht zonder de opening te blokkeren. De openingen zouden dus minimaal circa 2 m groot moeten zijn: wij nemen hier aan 2,5 m, wat gelijk is aan de waterdiepte als de eiland jes net niet worden overspoeld. Het lijkt verder aantrekkelijk dat de grootte van de kruin dusdanig is dat hierop enige vegetatie (schietwilg e.d.) kan groeien. Dit kan geschieden door, voor zover er sprake is van schanskorven, het steenskelet aan de bovenzijde met grond te vullen. Als het oppervlak voldoende groot is kan de toepassing van schanskorven beperkt blijven tot de randen, zodat het tussenliggende stuk geheel uit aarde kan bestaan, waarbij er voldoende mogelijkheid voor vegetatieontwikkeling is. Bij de berekende vernauwing van 1/6 van het oorspronkelijke doorstroomoppervlak, is sprake van een verhouding tussen open en dicht van 1 L /R001/GJA/SME augustus

22 b E j HASKONING 111 Architectenbureau op 5 (zonder stroomcontractie). Als gevolg van extra stroomcontractie bij vierkante eilandjes wordt hier een verhouding bp 3 aangehouden. Dit betekent een opening van 2,5m en een eilandbreedte van 7,5 m. Voor de afmeting in stroomrichting zou ook circa 7,5 m kunnen worden aangehouden, waarbij voldoende ruimte is voor het aanbrengen van de individuele zware breuksteen. b) als a), echter met damwanden rondom Hierbij geldt het voorgaande ook. Het verschil is nu dat in plaats van de schanskorven rondom de eilandjes er nu een stalen damwand wordt aangebracht. Er wordt hier niet aangegeven welke oplossing de voorkeur verdient. Er zijn geen grote verschillen: schanskorven hebben een natuurlijker aanzien, maar damwanden zijn meer onderhoudsvrij en er blijft minder drijfvuil aan hangen. Opgemerkt wordt dat het maken van cirke/vorm/ge eilandjes niet wenselijk lijkt: 1) er treedt benedenstrooms van cirkelvormige omstroomde lichamen beurtelings loslatende wervelpatronen op, die een zeer instabiel stroombeeld geven; 2)doordat er geen extra stroomcontractie is, moet de doorsnede van de eilandjes groter worden, namelijk orde-van-grootte 12,5 m; dit betekent dat de eilandjes (nog) verder van de voorhaven dienen te komen liggen, waardoor de aansluitconstructie op de resterende leikaden duurder wordt. De toepassing van een palenscherm ligt ook voor de hand. Deze oplossing heeft echter het bezwaar dat de palen bij een voldoend grote doorstroombreedte onpraktisch groot worden ofwel er resteert bij gangbare paalafmetingen een zeer kleine doorstroombreedte (hooguit orde 10 cm). Hierdoor kan zich in de opening gemakkelijk drijfvuil verzamelen en wordt een ecologisch weinig toegankelijke situatie verkregen. Zo wordt bijvoorbeeld voor de 'vertical slots' van vispassages een breedte van minimaal 0,3 m/s aangehouden. Een aandachtspunt is nog de vastlegging van de bodem van de geul nabij de eilandjes en de aansluiting op de resterende leikade. Hierbij moet voor een deugdelijke bodemverdediging worden gezorgd, welke bestand is tegen stroomsnelheden tot circa 2 m/s tussen de eilandjes in. De bodemvastlegging kan met lichte breuksteen, zoals 5-40 kg, op een geotextiel worden gerealiseerd. Plaatselijk rond de koppen van de eilandjes dient deze breuksteen te worden voorzien van groutinjectie, of er moet een zwaarder type breuksteen worden toegepast ( kg). In figuur 6.2 is deze oplossing in bovenaanzicht nabij de uitstroming van oostelijke nevengeul schetsmatig aangegeven. L /R001/GJA/SME augustus 2001

23 HASKONING 111 r'is1 10 Architectenbureau - fl 167, St Çb $ ' 2 L r d 25 1 Figuur 6.2 Bovenaanzicht van oplossing met getande drempel Verruiminci van het doorstroomrjrofiel in de oostelijke nevencieul Om de stroomsnelheid nabij de AWZI van 0,5 mis bij vloedstroming in de maatgevende doorsnede na aanbrengen van de getande drempel verder te reduceren tot circa 0,3 m/s, is verdere verbreding en/of verdieping van de geul ter plaatse gewenst. Wij stellen voor om hierbij verdieping toe te passen, omdat dit eenvoudiger is te realiseren. De stroomsnelheid van 0,5 m/s treedt op bij een waterstand van rond NAP+0,5 m. Dit betekent dat de diepte op dat moment dan circa 2 m bedraagt in het diepste deel van de geul (bodemligging NAP-1,5 m). Om een stroomsnelheidsafname tot 0,3 m/s te verkrijgen betekent dit dat de diepte in het diepste deel van de geul met 1,3 m moet worden vergroot naar NAP-2,8 m. Dit betekent een verruiming van het profiel met 70 %, welke over de volledige breedte van het profiel moet worden doorgezet. Dit is een veilige benadering omdat hierbij geen rekening is gehouden met vergroting van de doorstroomcapaciteit door de afnemende ruwheid bij toenemende waterdiepte. Het gebied waarover de verruiming moet worden uitgevoerd is weergegeven in voorgaande figuur 6.2 L /R001/GJA/SME augustus 2001 '.4 4'

24 E 1 HASKONING tol Architectenbureau 6.2 Westelijke nevengeul Principe en hydraulische vormgeving van de extra weerstand in de westelijke nevengeul Bij de westelijke nevengeul dient het onttrekkingsdebiet bij bedvormende afvoer te worden teruggebracht tot 3,5 % of minder in plaats van de vigerende 4,7 %. De stroomsnelheid in de nevengeul als gevolg van getijwerking bij lage bovenafvoer zijn alleen bij ebstroming te hoog. Hierdoor is plaatsing van de weerstand mogelijk aan de bovenstroomse zijde van de westelijke nevengeul, dus bij de instroom. Anderzijds wordt opgemerkt dat een dergelijke plaatsing niet noodzakelijk is, ook met het oog op de korte lengte van de nevengeul, waardoor de vulling en lediging ervan tijdens de getijbeweging veel gemakkelijker plaatsvindt dan bij de oostelijke nevengeul. Anderzijds blijft er het probleem van de translatiegolven: om de doordringing hiervan naar de westelijke nevengeul te beperken is een plaatsing van de weerstand zo dicht mogelijk bij de voorhaven van het Merwedekanaal van belang. In eerste instantie is daarom de mogelijkheid nagegaan een getande drempel' toe te passen bij de instroom naar de westelijke nevengeul, op 50 m van de begrenzing met de voorhaven, vergelijkbaar met de getande drempel bij de uitstroom van de oostelijke nevengeul. Een complicatie bij deze oplossing is dat er voldoende vaaropening over moet blijven naar de westelijke nevengeul voor de mogelijke recreatieve ontwikkelingen aldaar (recreatiehaven). Verder was inmiddels bij de oostelijke nevengeul ondervonden dat de effectiviteit van de getande drempel groot was bij getijwerking en lage bovenafvoer, maar minder groot bij bedvormende afvoer. Na diverse SOBEK-berekeningen met variabele vernauwingen werd dan ook bevestigd dat deze oplossing niet haalbaar zou zijn. Daarbij moet nog worden bedacht dat een doorvaartopening ook betekent dat er een brede strook van sterk geconcentreerde in- en uitstroming van en naar de voorhaven onstaat, welke bij een afstand van 50 m niet gelijkmatig verdeeld zal zijn met de stroming tussen de resterende openingen in de getande drempel. Voor de westelijke nevengeul werd derhalve de aandacht vervolgens gericht op een 'kraan'-oplossing, vergelijkbaar met de kraan in de oostelijke nevengeul. Deze kraan kan worden geoptimaliseerd op het onttrekkingsdebiet bij bedvormende afvoer; de beoogde vermindering van de doordringing van translatiegolven is met deze oplossing niet mogelijk. De locatie van de kraan is gedacht in de nauwe geulzone nabij de Buitenstad. Anders dan bij de kraan in de oostelijke nevengeul, is nagegaan in hoeverre er door ruwheidsverhoging over een zekere lengte de doelstelling was te bereiken zonder verdere geulversmalling. Daarbij was de ruwheidsverhoging van de oostelijke nevengeul een goede referentie. Uit de SOBEK-berekeningen bleek dezelfde ruwheidsverhoging als voor de oostelijke nevengeul ook hier te voldoen wanneer deze over een lengte van 100 m zou worden aangebracht. L /R001/GJA/SME augustus 2001

25 Ç HASKONING Architectenbureau Praktische uitwerking van de extra weerstand in de westelijke nevengeul Voor de praktische uitwerking van deze extra weerstand geldt de eerder voorgestelde oplossing in (HASKONING, juni 2001) voor de kraan in de oostelijke nevengeul. Daarbij is de volgende praktische uitwerking gepresenteerd. Plaatsing van eilandjes van circa 2 m*2 m, met een kruinniveau op NAP+0,5 m, en een hart-op-hart afstand in breedterichting van 10 m en van 6 m in stroomrichting. Daarbij wordt het patroon van de achtereenvolgende rijen 'versprongen' aangelegd (zie de schets in Figuur 7.3 van HASKONING, juni 2001). Het grootste deel van het benodigde energieverlies wordt door deze eilandjes verzorgd. Tussen de eilandjes en op de taluds van het geulgedeelte waar de eilandjes worden geplaatst, dient een lichte breuksteenverdediging te worden aangebracht: breuksteen 5-40 kg op een geotextiel. Evenals bij de kraan in de oostelijke nevengeul, moet ook hier aanvullende ruwheid worden aangebracht door het tussen de eilandjes aanbrengen van her en der geplaatste individuele zware stenen van de sortering kg, met een gemiddelde tussenaf stand van 2 m. In de navolgende figuur 6.3 is in bovenaanzicht schetsmatig een indruk gegeven van de plaatsing van de eilandjes: deze mogen op een 'artistieke' wijze (enigermate ongelijk) worden geplaatst, zoals ook bij de kraan in de oostelijke nevengeul. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus

26 E1 HASKONING Architectenbureau 13,, ) \ 023\ - 7 -, wl Is Figuur 6.3: Principe van plaatsing van de eilandjes nabij de Buitenstad L /R001/GJA/SME augustus 2001

27 HASKONING Architectenbureau 7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Aan de hand van de voorliggende studie worden de volgende conclusies getrokken. Rivierkundig lijkt het ontwerp te voldoen door de volgende maatregelen: - door het aanbrengen van een kraan aan de oostelijke zijde van de oostelijke nevengeul, voornamelijk bestaande uit eilandjes in een vernauwde doorsnede (deze was reeds aan de hand van het voorgaande onderzoek voorgesteld); - door het aanbrengen van een optimale getande drempel nabij de uitstroom van de oostelijke nevengeul; - door het lokaal bij de AWZI verruimen van de doorsnede met 70 % (referentiewaterstand NAP + 0,5 m), bijvoorbeeld door verdieping; - door het aanbrengen van extra weerstand in de westelijke nevengeul, nabij de Buitenstad, vergelijkbaar met de kraan in de oostelijke nevengeul, echter zonder vernauwing van het doorstroomprofiel. Bovengenoemd ontwerp voldoet aan de eisten ten aanzien van: - het onttrekkingsdebiet, van belang voor de beperking van aanzanding in de hoofdgeul; - morfologische inactiviteit tot de dominante Lek-afvoer van 600 m 3is, waarvoor geldt dat de stroomsnelheid kleiner is dan 0,3 m/s; - morfologische inactiviteit bij lage rivierafvoeren en getijwerking; - voldoende circulatie bij rivierafvoer en getijwerking, waarvoor geldt dat de stroomsnelheid tenminste een grootte-orde 0,1 m/s bedraagt (maximum tijdens getij); - lage dwarsstroomsnelheden voor de scheepvaart als gevolg van rivierafvoeren tot en met 600 m 3is en als gevolg van getijwerking; - acceptabele sedimentatie in het voorhavenkanaal; - toelaatbare doordringing van translatiegolven in de oostelijke nevengeul. De doordringing van de translatiegolven in de westelijke nevengeul wordt in de zone nabij de voorhaven niet tegengegaan door een constructie, omdat hierin geen getande drempel mogelijk bleek: a) doordat deze veel forser zou moeten worden uitgevoerd dan die in de oostelijke nevengeul en b) doordat hier een opening moet blijven voor de scheepvaart. Nautisch gezien blijven er vraagtekens over bij het optreden van dwarsstromingen in de voorhaven door uitstroming vanuit de nevengeulen als gevolg van sterke translatiegolven die op de Lek aan de mond van het voorhavenkanaal worden opgewekt. Ook de dwarsstromingen bij hogere rivierafvoeren zijn mogelijk hinderlijk voor de scheepvaart. Zo is bij een Lekafvoer van 1175 m 3Is de dwarsstroming vanuit de oostelijke nevengeul 0,5 m/s. Deze waarde zal snel toenemen bij hogere afvoeren (bij MHW is de stroomsnelheid daar ruim 1 mis). Dit is een directe consequentie van het verlagen van de leikade langs het kanaal. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001 't t) t) 1

28 HASKONING ' Architectenbureau De volgende aanbevelingen worden gedaan. 1) Meer aandacht geven aan het nautische probleem (punten 4) en 5) van de conclusies: - beter nagaan ervaringsgegevens translatiegolven en zo mogelijk uitvoeren van enkele prototypetests in de voorhaven; - inzetten diepgaande nautische expertise om het probleem goed in kaart te brengen (waar onder: wat is de kansverdeling van de optredende translatiegolven; zijn de voorspelde golven zeer extreem?); - nagaan mogelijke dwarsstroomsnelheden bij afvoerreeksen hoger dan 600 m 3/s (WAQUA-berekeningen of FINEL-berekeningen); - nagaan mogelijkheden voor scheepvaartbegeleiding en meer beperkte doorvaart. 2) Nagaan of het probleem ten aanzien van de translatiegolf-doordringing wel significant is wanneer meer ervaringsgegevens en/of metingen, dan wel betere voorspellingen, voor mogelijk optredende translatiegolven beschikbaar komen. Naschrift Dankzij de hier voorgestelde maatregelen is ons inziens een goed compromis gevonden voor alle rivierkundige eisen. De nautische gevolgen van de doorsnijding van de nevengeul bij Vianen met het scheepvaartkanaal lijken evenwel de acceptatie van dit plan vooralsnog in de weg te staan. Een mogelijke acceptatie zou nog wel mogelijk zijn als de nautische gevolgen nauwkeuriger in kaart worden gebracht en als zou blijken dat deze alsnog sterk meevallen. Als aanvullende maatregel kan hierbij nog worden gedacht aan een actieve vorm van scheepvaartbegeleiding. L0262.BO/R001/GJA/SME augustus 2001

29 '' Iu 1 E1 2 HASKONING Architectenbureau REFERENTIES Arcadis Heidemij Advies (n.n.v.): Ontwerpplan inrichting Uiterwaarden Vianen en de Pontswaard, Concept (gedeeltelijk verschenen 1 mei), 1 1O403/HNO/39K/ Peeters et al.: Aanpassingsvoorstel ontwerp nevengeul Vianen HASKONING, L0262.AO, Nijmegen, 29 juni 2001 L /R001 /GJA/SME 6 augustus 2001 (,) c.) 1

30 11,1 HASKONING Archjtectenbureau BIJLAGE A: SO BEK-stromingsberekeningen voor bepaling extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul L0262.BO/R001/GJA/SME 6 augustus 2001

31 HASKONING lngeneurs- en Architectenbureau BIJLAGE A: SOBEK-stromingsberekeningen voor bepaling extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul A.1 Uitgangspunt en randvoorwaarden In de vorige studie 'Aanpassingsvoorstel ontwerp nevengeul Vianen' (HASKONING, juni 2001) is een volledig nieuw en meer gedetailleerd SOBEKmodel gebouwd. Dit is gedaan om de maatregelen die het onttrekkingsdebiet verminderen, op een juiste wijze te kunnen modelleren. Bij de modellering is uitgegaan van het eerdere ontwerp van het model uit de studie 'Aanpassing ontwerp nevengeul Vianen' (zie 'Aanpassingsvoorstel ontwerp nevengeul Vianen', HASKONING, juni 2001). Door variatie van de weerstandskarakteristiek in de oostelijke nevengeul (ter simulatie van de getande drempel en dergelijke) en van de weerstandskarakteristiek van de nauwe geul bij de Buitenstad in de westelijke nevengeul is getracht te komen tot een optimale rivierkundige situatie. Tevens is daarbij aandacht besteed aan het verminderen van de translatiegolven (zie Bijlage B). In deze bijlage wordt verder ingegaan op de stroomsnelheden in de oostelijke en westelijke nevengeul. Uitgangspunten bij deze optimalisatie zijn de volgende: - Het ontrekkingsdebiet van zowel de oostelijke als de westelijke nevengeul mag niet groter zijn dan circa 3,5 % van het totale Lekdebiet. - De stroomsnelheid in de nevengeulen mag niet hoger zijn dan circa 0,3 m/s bij een Lekafvoer van 600 m 3/s (met het oog op de morfologische conditie). Ook moet de stroomsnelheid bij lage rivieraf voer als gevolg van getijwerking beperkt blijven tot een dergelijke orde van grootte. Verder dient ernaar te worden gestreefd dat de stroomsnelheden minimaal circa 0,1 m/s bedragen omdat dit vanuit ecologisch oogpunt gewenst is. A.2 Model aanpassing Aanpassing model oostelijke nevengeul Om bovenstaande problemen op te lossen is het SOBEK-model wederom aangepast. De getande drempel oplossing is in SOBEK gelokaliseerd op een afstand van 50 meter vanaf de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul. Teneinde de getande overlaat flexibel te kunnen modelleren is in het SOBEKmodel deze geschematiseerd als een tak met een overlaat en een parallelle tak met een versmald dwarsprofiel. Beiden takken hebben een lengte van 20 meter. Deze schematisatie is in onderstaande figuur weergegeven. Hierbij is ook bij de instroom van de westelijke nevengeul een getande drempel schematisatie aangegeven. Deze is aanvankelijk toegepast, maar bleek later niet te voldoen. L /R001/GJA/SME 6 augustus 2001

32 'EXIo HASKONING Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland 1111 Architectenbureau Merwedekanaal A = overlaat = dwarsprofiel Nevengeul Oost 1 Nevengeul west Figuur A. 1: Schematisatie getande drempel in het model Het uiteindelijke profiel dat gebruikt is in de oostelijke nevengeul om de doorstroomopeningen tussen de elementen van de getande drempel weer te geven is 1/6 keer de doorstroombreedte van het oorspronkelijke dwarsprofiel, geïnterpoleerd tussen dwarsprofiel 46 en 47A. Ten behoeve van de fijnaf regeling werd de ruwheid in deze tak uiteindelijk verhoogd tot k= 5 m. De overlaat in de parallelle tak is gedefinieerd als een 'broad weir' met een kruinhoogte van NAP+ 1 m en een breedte van 5/6 keer de doorstroombreedte van het oorspronkelijke geïnterpoleerde dwarsprofiel. De kruinhoogte van NAP + 1 m betekent, dat bij de maximale stroomsnelheden bij getijwerking en lage bovenafvoer, deze kruin niet wordt overspoeld; bij bedvormende afvoer (en afwezigheid van getij) is sprake van een geringe overspoeling van de kruin: in praktijk zal, zeker wanneer de kruinen begroeid raken, deze overspoeling verwaarloosbaar zijn. Aanpassing model westelijke nevengeul In de westelijke nevengeul is in eerste instantie ook gekozen voor het aanbrengen van een getande drempel 50 meter vanaf de instroomopening. Hier is later vanaf gezien, omdat met deze oplossing niet genoeg weerstand kon worden verkregen (gelet op de benodigde opening voor de recreatievaart naar de mogelijk te ontwikkelen recreatiehaven in de westelijke geul). Om toch het ontrekkingsdebiet en de stroomsnelheid verder te kunnen beperken, is in de westelijke geul gekozen voor een ruwheidverhoging ter hoogte van het nauwe geulgedeelte bij buitenstad Vianen. De ruwheid is hier over een lengte van 100 meter verhoogd van ks = 0,2 m naar ks = 10 meter en is qua ruwheid daarmee vergelijkbaar met de kraan in de oostelijke nevengeul (merk op dat hier niet een verdere zijdelingse vernauwing is toegepast). L /R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

33 Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland Ç HASKONING Architectenbureau A.3 Rekenresultaten Debiet bij bedvormende afvoer De toepassing van de getande drempel heeft, bij bedvormende afvoer (600 m 3Is) weinig invloed op het debiet door de oostelijke nevengeul. Dit debiet wordt verminderd met 0,3 m 3/s, waardoor het ontrekkingsdebiet precies 3,5 % bedraagt, in plaats van 3,6 % bij de situatie zonder getande drempel. Het effect van de extra weerstand ter hoogte van de buitenstad op het debiet in de westelijke nevengeul is wel groot. Het debiet is nu verminderd met 15,9 m 3 /s tot 12,1 m 3/s. Daarmee is het onttrekkingsdebiet nu verlaagd naar 2,0 wat ruim onder de norm van 3,5 % is. De oostelijke en de westelijke nevengeul voldoen zo beiden aan de gestelde randvoorwaarden. Voorgaande resultaten zijn in onderstaande tabel vermeld. SOBEK-model Type berekening Debiet Lobith M 3 /s Aanvoerd ebiet Lek m 3 /s Nevengeul Oostzijde Debiet m 3/s % van aanvoer Nevengeul westzijde Debiet m 3 Is % van aanvoer Voorhaven Merwedekanaal Oebiet m 3 Is % van aanvoer J Stationair ,5 3,6 28 4,7-6,5-1,1 aangepast Stationair ,2 3,5 12,1 2,0 9,1 1,6 Tabel A. 1 Vergelijking afvoeren van het SOBEK mode! (juni 2001) en het voorliggende aangepaste model met getande drempel en extra weerstand bij Buitenstad Vianen Debiet bij andere situaties In Tabel A.2 is een overzicht gegeven van de berekende afvoeren in beide nevengeulen en in de voorhaven bij de overige van belang zijnde situaties (zoals ook behandeld in het voorgaande onderzoek van HASKONING, juni 2001 : de Lekafvoeren 100 en 300 m 3Is zijn echter niet meer doorgerekend). In de tabel is het onttrekkingsdebiet ook uitgedrukt als percentage van de bijbehorende Lekafvoer. De debieten zijn de maximale eb- en vloeddebieten bij de uitstroom van de oostelijke nevengeul en instroom van de westelijke nevengeul. L /R001/GJA/SME 6 augustus

34 Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland HASKONING W 1 flfljus en Architectenbureau Type berekening Debiet Aanvoerde Nevengeul Nevengeul Voorhaven Lobith biet Oostzijde westzijde Merwedekanaal m 3Is Debiet Lek m 3/s Debiet m 3/s % van aanvoer Debiet m 3/s % van aanvoer m 3/s Stationair ,7 1,4 0,38 0,8 0,32 0,6 % van a Stationair ,2 3,5 112,1 2,0 9 1,5 Stationair ,2 67,4 5,7 122,6 10,4 Getij ,3 32,6 11,1 2, maximale ebdebiet Getij ,3-80,5-3,3-6, maximale vloeddebiet Getij ,0 7,3 15,9 2,7 33,7 5,6 maximale ebdebiet Getij ,1-7,2-9,0-1,5-66,2-11 maximale vloeddebiet Tabel A.2: Overzicht van de afvoerverdeling voor meerdere situatie met her SOBEK-model met getande drempel en extra weerstand bij Buitenstad Ter vergelijking is hierna de tabel met de eerdere resultaten (zonder getande drempel en extra weerstand nabij Buitenstad) weergegeven. In deze tabel zijn alleen de overeenkomstige situaties opgenomen. Type berekening Debiet Aanvoerde Nevengeul Nevengeul Voorhaven Lobith biet Oostzijde westzijde Merwedekanaal m 3/s Lek Debiet % van Debiet % van Debiet % van m 3/s m 3/s aanvoer m 3 /s aanvoer m 3/s aanvoer Stationair ,8 1,6 0,9 1,8-0,1-0,2 Stationair ,5 3,6 28 4,7-6,5-1,0 Stationair , , ,9 Getij maximale ebdebiet Getij ,2-2, maximale vloeddebiet Getij ,3 7 33,7 5,6 16 2,6 maximale ebdebiet Getij ,8-18,7 3, ,3 maximale vloeddebiet Tabel A.3: Overzicht van de afvoerverdeling voor meerdere situaties met het SOBEK-model zonder getande drempel en zonder extra weerstand bij Buitenstad Uit vergelijking van beide situaties blijkt dat voor stationaire stroming (en bij 600 m 3 /s is de stroming in werkelijkheid enigermate stationair) de debieten vooral in de westelijke nevengeul afnemen. Opvallend is daarbij de omdraaiing van de stroming in de voorhaven van het Merwedekanaal, waarbij in de nieuwe situatie sprake is van uitstroming naar de Lek in plaats van instroming uit de Lek. Dit kan worden verklaard doordat de stroming naar de westelijke nevengeul nu veel minder is, zodat er sprake is van een debietoverschot vanuit de oostelijke nevengeul dat via de voorhaven naar de Lek wordt afgevoerd. Dit is belangrijk voor het tegengaan van sedimentatie in de voorhaven. Voor de lage bovenafvoer en getij neemt de afvoer in de oostelijke nevengeul merkbaar af, met name bij de situatie van instroming naar de nevengeul (vloedstroming via de uitlaat). Bij de westelijke nevengeul treedt de grootste winst op bij de afvoersituatie 600 m 3/s (zoals ook te verwachten was, omdat dit ook reeds bij de stationaire situatie was geconstateerd): er is daarbij sprake van ebstroming. L0262.B0/R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

35 HASKONING 110 Architectenbureau Stroomsnelheden bij stationaire afvoer De stroomsneiheden die in de nevengeul en in de voorhaven Merwedekanaal optreden staan in onderstaande Tabel A.3. type berekening Debiet Debiet oostelijke nevengeul westelijke nevengeul Lobith Lek m 3/s m t/s instroom- uitstroom- instroom- uitstroomopening opening opening opening mis m/s m/s m/s Stationair ,003 0,005 0,003 0,003 Stationair ,05 0,09 0,06 0,05 Stationair ,24 0,5 0,16 0,14 Getij ,1 0,09 0,08 0,03 maximale ebsnelheid Getij ,03-0,22 0,02 0,09 maximale vloedsnelheid Getij ,08 0,18 0,07 7~7 0,06 maximale ebsnelheid Getij ,04-0,19 0,05 03 maximale vloedsnelheid Tabel A.4 Overzicht van de maximale stroomsnelheden in de in- en uitstroomopeningen van de oostelijke en westelijke nevengeul voor meerdere situaties met het SOBEK-model zonder getande drempel en zonder extra weerstand bij Buitenstad Voor de volledigheid zijn deze stroomsnelheden ook langs de beide nevengeulen gepresenteerd en wel in Figuur A.2 (stationaire afvoer) en Figuren A.3 en A.4 (respectievelijk getij bij een Lekafvoer van 50 ms/s en 600 m s/s ). L0262.B0/R001/GJA/SME 6 augustus

36 stroomsnelheden in nevengeul (stationair) nevengeul Oost getande drempel nevengeul west 0,8 uitstroom E A' / f instroom uitstroom t- '1) UUVJ IULAJ t.il&j kraan 4W71 MUS afstand (m) - snelheid 0 = 1175 m3/s snelheid 0=600 m3is snelheid 0 = 50 m3/s Fi guur A.2 Stroomsnelheden in de nevengeulen bij stationaire afvoer Opmerking bij deze figuur: de zeer hoge snelheden ter hoogte van de getande drempel treden op in de vernauwde parallelle tak en zijn niet representatief voor de stroming in de geul. Ter weerzijden ervan is de stroomsnelheid wel representatief. In de oostelijke nevengeul nemen de stroomsnelheden bij een stationaire afvoer van 600 m3is maar weinig af, maar dit was ook niet noodzakelijk omdat deze al op een acceptabel peil lagen (onder 0,3 mis). Bij de afvoer van 1175 m 3 /s neemt de maximale snelheid, die optreedt in de nauwe doorsnede bij de AWZI, wel Vrij sterk af (circa 10 %). Verder is in Figuur A.2 te zien dat stroomsnelheid bij een afvoer van 600 m 3 /s over het grootste deel van de oostelijke nevengeul rond 0,1 m/s schommelt, wat ecologisch als acceptabel kan worden beschouwd. Bij de westelijke nevengeul is sprake van een sterke afname. Waar eerst de situatie niet acceptabel was met een stroomsnelheid van boven 0,5 mis bij bedvormende afvoer, is nu sprake van een maximale stroomsnelheid van ruim 0,2 m/s. Bij de afvoer van 1175 m 3/s is de stroomsnelheid als gevolg van de extra ruwheid bij de Buitenstad zelfs nog lager dan in de oude situatie bij een afvoer van 600 m 3is. Ook hier bedraagt de stroomsnelheid bij een afvoer van 600 m 3is minimaal circa 0,1 mis, zodat ook hier een acceptabele ecologische conditie heerst. De optredende stroomsnelheden bij de in- en uitstroomopeningen zijn laag: orde 0,1 mis of minder bij bedvormende afvoer. In de navolgende Figuur A.3 zijn de stroomsnelheden weergegeven bij een lage bovenafvoer van 50 m 3/s en getijwerking. L /R001/GJA/SME 6augustus 2001

37 Verminderina effecten translatieciolven nevenoeul Vianen snelheid 50 m3/s met getij -- nw,pnnx 1 nnqt - - nevenaeul West -L uitstroom instroom uitstroom 4LJ LT _ IN -0.5 ik Kraan AWZI afstand (m) max. vloedsnelheid t getande drempel - max. ebsnelheid Figuur A.3 Stroomsnelheden in de nevengeulen bij een rivieraf voer van 50 m 3Is met getij Opmerking bij deze figuur: de zeer hoge snelheden ter hoogte van de getande drempel treden op in de vernauwde parallelle tak en zijn niet representatief voor de stroming in de geul. Ter weerzijden ervan is de stroomsnelheid wel representatief. Uit Figuur A.3 blijkt dat door toepassing van de getande drempel in de oostelijke nevengeul en de ruwheidsverhoging nabij de Buitenstad de stroomsnelheden in de westelijke nevengeul sterk afnemen in de getij-situatie. Dit is bij de oostelijke nevengeul vooral het geval tijdens de vloedstroming, waardoor de stroomsnelheid bij de AWZI terugloopt van circa 0,8 m/s naar 0,5 m/s. Dit is nog wel hoger dan de streefwaarde van 0,3 m/s; de verdere verlaging zal derhalve moeten worden verkregen door verwijding van het doorstroomprofiel ter plaatse. Nabij de instroom van de oostelijke nevengeul neemt de stroomsnelheid wel iets toe: dit komt doordat de vulling van de nevengeul nu minder via de uitlaat van de nevengeul gebeurt. Er is echter sprake van een 'evenwichtige' situatie, wanneer de inlaat en uitlaat worden beschouwd. Bij de westelijke nevengeul treedt verdere stroomafname op tijdens zowel de vloed- als de ebstroming, waarbij de stroomsnelheden hooguit 0,2 m/s bedragen. In de navolgende Figuur A.4 zijn de stroomsnelheden weergegeven bij een bovenafvoer van 600 m 3/s (bedvormende afvoer) en getijwerking. L /R001/GJA/SME 6 augustus 2001

38 snelheid 600 m3/s met getij nevengeul Oost - - nevengeul west 0.6 /1 uitstroom ir,çtrr,orn uitstroom ) 5) 0, -0.2 krasn IN afstand (m) AWZI T getande drerrpel - max. vloedsnelheid max. ebsnelheid Figuur A.4 Stroomsnelheden in de nevengeulen bij een rivierafvoer van 600 m 3 /s met getij Opmerking bij deze figuur: de zeer hoge snelheden ter hoogte van de getande drempel treden op in de vernauwde parallelle tak en zijn niet representatief voor de stroming in de geul. Ter weerzijden ervan is de stroomsnelheid wel representatief. Zoals te verwachten was, verandert in de oostelijke nevengeul de maximale stroomsnelheid niet veel: alleen bij de AWZI neemt de oorspronkelijke snelheid van 0,4 m/s af tot circa 0,3 m/s. Voor de westelijke nevengeul is wel sprake van een sterke stroomsnelheidsverlaging: van ruim 0,6 m/s bij ebstroming tot circa 0,25 m/s bij ebstroming. Deze snelheid ligt onder de streefwaarde van 0,3 m/s, zodat aanvullende maatregelen in de westelijke nevengeul niet nodig zijn. Concluderend kan ten aanzien van de in de nevengeulen optredende stroomsnelheden, na het aanbrengen van de getande drempel in de oostelijke nevengeul en de extra ruwheid ter hoogte van Buitenstad in de westelijke nevengeul, het volgende worden gesteld. De stroomsnelheden zijn in de beide nevengeul minimaal rond 0,1 m/s. De maximale optredende stroomsnelheid in de oostelijke nevengeul, die circa 0,8 m/s bedroeg reduceert sterk, in de ongunstigste situatie (afvoer 50 m 3 /s en getijwerking) tot circa 0,5 m/s over een klein traject nabij de AWZI. Door aanvullende lokale geulverruiming kan deze waarde naar circa 0,3 m/s worden teruggebracht. De grootste stroomsnelheid in de westelijke nevengeul, die eerst ruim 0,6 m/s bedroeg tijdens bedvormende afvoer, neemt door het afgenomen debiet door de geul af tot circa 0,2 m/s bij bedvormende afvoer, wat alleszins acceptabel is. De stroomsnelheden bij getijwerking zijn hier eveneens voldoende laag. Verdere, lokale profielverruiming is hier derhalve niet nodig. L /R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

39 HASKONING III Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland ïll 111 Architectenbureau De stroomsnelheid in een stationaire situatie met een rivierafvoer van m 3/s is groter dan de gestelde randvoorwaarde van 0,3 m/s. Ook in de kraan en bij de getande drempel is de stroomsnelheid groter dan 0,3 m/s. Op deze punten levert de hoge stroomsnelheid geen problemen op, omdat de bodem hier vastgelegd wordt. L0262.BO/R001/GJA/SME 6 augustus 2001

40 HASKONING 111 Architectenbureau BIJLAGE B: Translatiegoifberekeningen met extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul L /R001IGJA/SME 6 augustus 2001

41 E HASKON!NG Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland rngenieurs- en 111 Architectenbureau BIJLAGE B: Translatiegoifberekeningen met extra ruwheid in de uitstroomopening van de oostelijke nevengeul en extra weerstand in de westelijke nevengeul B.1 Inleiding Een belangrijk aandachtspunt dat naar voren is gekomen in (HASKONING, juni 2001) is de voortplanting van een translatiegolf in de voorhaven van het Merwedekanaal en de nevengeulen. De maatgevende translatiegolf kan ontstaan als het maatgevend schip, een geladen 2-baks duwkonvooi, met nagenoeg maximale vaarsnelheid over de Lek vaart en daarbij dicht langs de zuidelijke oever vaart. Hierbij kan als conservatieve waarde een spiegeldaling van 0,45 m aan de mond van het voorhavenkanaal optreden. Uit oriënterende berekeningen in het bovengenoemde rapport blijkt dat in beide nevengeulen daarbij een maximale stroomsnelheid van ca. 1 m/s zou kunnen optreden. Zowel voor de scheepvaart op het Merwedekanaal als voor de morfologische stabiliteit van de nevengeulen nabij de aansluitingen op de voorhaven, is een dergelijke hoge snelheid niet acceptabel. De in dit rapport voorgestelde 'getande drempel' heeft als nevenfunctie om de voortplanting van de transtatiegolf te bemoeilijken. Met het energieverlies dat deze constructie veroorzaakt, kan de ongestoorde voortplanting van de translatiegolf naar de nevengeul worden voorkomen. Dit laatste bleek alleen te kunnen gelden voor de oostelijke nevengeul; voor de westelijke nevengeul is geen getande drempel toepasbaar gebleken en is volstaan met de extra ruwheid ter hoogte van de Buitenstad. De translatiegolfberekeningen zoals hier gepresenteerd gelden dan ook voor de situatie dat de getande drempel in de oostelijke nevengeul aanwezig is en dat de extra ruwheid ter hoogte van de Buitenstad is aangebracht (daarnaast is ook de kraan aan de oostelijke zijde van de nevengeul aanwezig). B.2 Gedrag translatiegolf Door de aanwezigheid van de getande drempel in de uitlaat van de oostelijke nevengeul zal de uitstroming vanuit de nevengeul bij het passeren van een translatiegolf in de voorhaven van het Merwede- kanaal bemoeilijkt worden. Oostelijk van de constructie zal door de abrupte horizontale verwijding een aanzienlijke hoeveelheid energie van de translatiegolf gedissipeerd worden. De energie-inhoud van de golf is bij benadering evenredig met de hoogte en deze zal evenredig met de verhouding waarin het profiel is vernauwd, afnemen. Het uiteindelijk gekozen doorstroomprofiel ter hoogte van de getande drempel bedraagt 1/6 van het doorstroomprofiel van de geul. Dit betekent dat theoretisch circa 1/6 van de translatiegolfhoogte kan doordringen in de nevengeul. Doordat er minder energie in de nevengeul kan doordringen zal de resterende hoogte van de translatiegolf in de voorhaven iets hoger zijn. L0262.BO/R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

42 Verminderina effecten translatieciolven nevencieul Vianen B.3 Berekeningsresultaten Met behulp van een SOBEK model is geschat wat het effect zal zijn van het aanorengen van de getande drempel in de nevengeulen. Het berekende waterstandsverloop in het voorhavenkanaal en in de oostelijke en westelijke is weergegeven in de navolgende figuren. Hierbij is met knooppunt het punt bedoeld waar in SOBEK de nevengeulen en voorhaven bij elkaar komen. Dit betekent voor de nevengeulen het punt waar de begrenzing met de voorhaven is. Voor de voorhaven is als Iengterichting aangehouden het aantal positieve meters vanaf het knooppunt in de richting van de schutsluis (bijvoorbeeld 345 m vanaf het knooppunt komt overeen met de schutsluis waar volledige terugkaatsing is verondersteld). Eerst is het berekende waterstandsverloop gegeven, vervolgens het berekende stroomsnelheidsverloop voor de voorhaven en voor de oostelijke nevengeul. Opgemerkt wordt dat de berekeningen na enige tijd niet meer representatief zijn, namelijk zodra weerkaatsing is opgetreden aan de uiteinden van de nevengeulen (waarbij een dichte rand is gemodelleerd): dit uit zich in een 'zweving' die duidelijk in de uitkomsten zichtbaar is. waterstanden voorhaven Merwedekanaal E t') U) at -t't't't')t')t')t')0 0)toto(00)to0)NNN0)0)0)0)0)0)0)0OO-.--(Nt' tijd () 20 m vanaf het knooppunt 345 m vanaf het knooppunt Figuur B.1 Voortplanting translatiegolf in voorhaven Merwedekanaal L /R001/GJA/SME 6 augustus 2001

43 Verminderinq effecten translatiegolven nevengeul Vianen waterstanden oostelijke nevengeul , J~ 0.3 t tijd (s) 10 in vanaf het knooppunt 30 m vanaf het knooppunt 95 m vanaf het knooppunt (35 m achter de doorlaat) 2090 m vanaf het knooppunt Figuur B.2: Voortplanting translatiegolf in oostelijke nevengeul waterstanden westelijke nevengeul > It tijd (s) 20 in vanaf het krrooppunt 40 m vanaf het knooppunt in vanaf het knooppunt 700 m vanaf het knooppunt Figuur B.3: Voortplanting translatiegolf in westelijke nevengeul In de navolgende figuur is de stroomsnelheden in de oostelijke nevengeul weergegeven. L0262.B0/R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

44 Vermindering effecten translatiegoiven nevengeul Vianen stroomsnelheden in oostelijke nevengeui z E e tijd cl 10 m vanaf het knooppunt 30 m vanaf het knooppunt 95 meter vanaf het krrooppunt 35 m achter de doorlaat) Figuur B.4: Stroomsnelheid in oostelijke nevengeul a.g.v. translatiegolf In de westelijke nevengeul treedt pas merkbare demping op nadat de translatiegolf het nauwe deel van de geul met extra ruwheid ter hoogte van de Buitenstad bereikt. Dit is te laat om de kortstondige uitstroming naar de voorhaven te kunnen beperken. Uit voorgaande figuren blijkt voor de waterstanden het volgende. - van de 0,45 m waterspiegeldaling aan de rand van het voorhavenkanaal blijft nog circa 0,37 m over bij het knooppunt. Dit is 2 cm meer dan in de situatie zonder getande drempel in de oostelijke nevengeul. De weerkaatsing van de golf is net als in de situatie zonder constructie duidelijk aanwezig; - in de oostelijke nevengeul is het effect van de getande drempel duidelijk merkbaar. Als gevolg van deze constructie is de waterspiegeldaling oostelijk van de constructie gereduceerd tot orde 0,1 m. V66r de constructie is een toename van de waterspiegeldaling ten opzichte van de situatie zonder getande drempel zichtbaar (als gevolg van reflectie tegen de tanden), waardoor een waterspiegeldaling van circa 0,5 m optreedt. In hoeverre een dergelijke reflectie ook reëel is, is de vraag, mede omdat er ingewikkelde interacties tussen de tanden en de openingen gaan plaatsvinden; - in de westelijke nevengeul neemt de golfhoogte naar binnen toe maar weinig af, omdat hier geen getande drempel aanwezig is. Voor de stroomsnelheden blijkt het volgende. in de oostelijk nevengeul is het effect van de getande drempel goed zichtbaar. De maximale stroomsnelheid oostelijk van de constructie is nu nog 0,3 mis. Westelijk van de constructie is het effect van de reflectie duidelijk zichtbaar. Zo is 10 m vanaf het knooppunt de stroomsnelheid bij het passeren van de eerste golf 0,7 mis.; L0262. BO/ROOl /GJAISME 6 augustus 2001

45 HASKONING Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland 151 Architectenbureau Q' - voor het veroorzaken van dwarsstroomhinder moet de vraag worden gesteld of de getande drempel wel veel kan helpen. Dit heeft te maken met de tijd die nodig is om de constructie te bereiken. Bij een afstand van 50 m uit de rand van de voorhaven en een voortplantingssnelheid van orde maximaal 5 m/s duurt het immers 10 seconden of meer totdat de constructie bereikt is en het reducerend effect ervan merkbaar wordt. Wel is dit korter dan de eerder berekende dwarsstroomduur van 30 s, zodat enige beperking hiervan wel mogelijk zou kunnen zijn (dit punt vereist echter wel nadere aandacht); - in de westelijke nevengeul zal er niet veel veranderen ten opzichte van de situatie in (HASKONING, juni 2001). Het voorafgaande betekent dat ten aanzien van de doorwerking van de translatiegolven naar de oostelijke nevengeul de getande drempel goed werkt en er geen belangrijke morfologische effecten te verwachten zijn. De maximale stroomsnelheid in de oostelijke geul bedraagt daarbij circa 0,3 m/s. Wanneer wordt bedacht dat het profiel bij de AWZI verder wordt verruimd betekent dit dat de stroomsnelheid hooguit circa 0,2 m/s zal bedragen. Het probleem voor de scheepvaart in de voorhaven ten aanzien van de mogelijk optredende dwarsstroming vanuit de nevengeulen blijft ten dele overeind: dit komt doordat reductie van de stroming uit de oostelijke nevengeul tijd nodig heeft door de terugliggende situering van de getande drempel en doordat bij de westelijke nevengeul geen 'remmende' constructie kon worden toegepast. B.4 Opmerkingen ten aanzien van de aanpak De tot dusverre gevolgde aanpak is waarschijnlijk sterk conservatief vanwege de volgende redenen: - De aan de rand van de voorhaven opgewekte translatiegolf zal in werkelijkheid aanzienlijk lager zijn dan hier is aangenomen. De oorzaak hiervan is dat in werkelijkheid nabij de mond van de voorhaven sterke uitwisseling van stroming in lengterichting van de rivier plaatsvindt (in tegenstelling tot wat bijvoorbeeld bij kribvakken optreedt). Ook zal de opbouw van de golf in de voorhavenmond sterk gespreid zijn, waardoor interacties optreden die het front meer diffuus zullen maken. - De reflectie nabij de sluis zal in werkelijkheid niet volkomen zijn (zoals hier wel is gemodelleerd). Dit wordt enerzijds veroorzaakt doordat er sprake is van een sterke vernauwing van de voorhaven op enige afstand van de sluis en anderzijds omdat de reflectie tegen de sluis op zich niet volkomen zal zijn. Zonder zeer geavanceerde modellering en nadere studie is over deze effecten geen goede uitspraak te doen. Een praktische invalshoek is uit te gaan van de in het verleden waargenomen translatiegoifhoogten nabij de sluis. Daarbij moet worden aangetekend dat zich daarbij mogelijk geen zeer extreme omstandigheden hebben voorgedaan, zoals een ontmoeting of het oplopen van het geladen, snel varende maatgevende 2- baksduwstel met een ander groot schip ter hoogte van de mond van de voorhaven. We hebben hiertoe navraag gedaan bij de heer Van der Spek van RWS Directie Zuid-Holland (Directie Zuid-Holland is de huidige beheerder). Deze gaf aan dat bij de sluis waterstandsdalingen zijn waargenomen van 20 tot 40 cm. Deze L0262.BO/R001/GJA/SME 6 augustus 2001

46 HASKONING Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland 111 Architectenbureau daling blijkt sterk afhankelijk te zijn van de waterdiepte, waarbij de grootste daling optreedt bij de minimale waterstand (circa NAP-0,6 m). Bij een translatiegolf hoogte van 0,40 m bij de sluis, is de inkomende hoogte stel circa 0,25 m tot 0,3 m. Dit zou bij benadering ook de opgewekte golfhoogte nabij de mond zijn (de demping over de lengte van de voorhaven is klein). Dit kan worden geplaatst tegenover de aanname die in de studie is aangehouden: een translatiegolfhoogte van circa 0,45 m bij opwekking en circa 0,7 m bij de sluis na terugkaatsing. Dit betekent dat de golfhoogte anderhalf maal hoger is berekend dan waarschijnlijk maximaal zal kunnen optreden. Dit zou betekenen dat de maximaal optredende stroomsnelheden ook wellicht tenminste 1/3 lager zullen liggen dan hier berekend. L0262.BO/R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

47 11,1 HASKONING til Architectenbureau BIJLAGE C: Reductie van het MHW-verlagend effect L /R001/GJA/SME 6 augustus 2001

48 HASKONING Rijkswaterstaat Directie Oost-Nederland 110 kil Architectenbureau BIJLAGE C: Reductie van het MHW-verlagend effect C.1 Inleiding Om de consequenties van de vermindering van het MHW-verlagend effect te bepalen zijn er met WAQUA, ook voor de situatie met getande drempel in de oostelijke nevengeul en extra ruwheid in de westelijke nevengeul, berekeningen uitgevoerd. Uitgangspunt van deze berekeningen is het WAQUA-model uit het rapport van (HASKONING, juni 2001). De in dat rapport gebruikte schematisatie, waarin in de oostelijke nevengeul al een kraan was aangebracht, veroorzaakte ten opzichte van de nevengeul zonder kraan, een reductie van de MHW-verlaging de as van het zomerbed van minder dan 1 mm. Het WAQUA model uit het bovengenoemde rapport is uitgebreid met de aanpassingen (getande drempel in de oostelijke nevengeul en extra ruwheid in de westelijke nevengeul), zoals die uit dit onderzoek voorgesteld worden. Verder heeft de SOBEK-modellering als voorbeeld gediend voor de WAQUA berekeningen. Er is geprobeerd om zoveel mogelijk dezelfde schematisatie te gebruiken als bij de SOBEK-berekeningen. De berekeningen zijn uitgevoerd met de parallelle versie van WAQUA, waarbij de iteratieparameter 'iteraccuracy' is verkleind tot 0,5*10-3. De WAQUA-versie betreft de (uitleverings-) versie beta. C.2 Modelbeschrijvirig Aan het model uit met een kraan in de oostelijke nevengeul zijn twee belangrijke aanpassingen gedaan: - Allereerst is in de uitstroom van de westelijke nevengeul een extra ruwheid (vergelijkbaar met de kraan in de oostelijke nevengeul) aangebracht. Deze kraan bestaat uit een verhoogde ruwheid van ks = 10 m, op een afstand van ca. 360 m vanaf de instroom en over een lengte van 100 m (zie figuur). Het blijkt dat de geul in WAQUA nog redelijk breed is geschematiseerd en dat over twee gridcellen de ruwheid moest worden verhoogd. In werkelijkheid zal de breedte van de geul daar ongeveer 60 m bedragen. Er is dus t.o.v. de werkelijke situatie iets te veel ruwheid aangebracht, waardoor de werkelijke waterstandsstijging ten gevolge van de kraan dus iets kleiner zal zijn dan uit de berekeningen volgt. - In de uitstroom van de oostelijke nevengeul is een overlaat aangebracht om het effect van de getande drempel in rekening te brengen. In SOBEK is daartoe op ca. 50 m achter de inlaat de getande overlaat aangebracht. In WAQUA is deze constructie zeer lastig te schematiseren. Een overlaat met openingen ertussen in bestaat niet in WAQUA en daarom is ervoor gekozen om de openingen in de overlaat (de ruimte tussen de tanden) te verwaarlozen. Dit is acceptabel omdat de overlaat zonder openingen een groter effect op de waterstand zal hebben dan een overlaat met openingen en daarmee een conservatieve aanpak wordt gevolgd. De werkelijke waterstandsdaling zal daarmee iets kleiner zijn dan uit de berekeningen met L /R001 /GJA/SME 6 augustus 2001

49 r > Of) m 135 1,3 10 bodemligging van de nevengeul (in m) met daarin de locaties van de aanpassingen aan de nevengeul [ 2 D)CO CflO CDCD CD o2z -. c - Q 0-CDCD0J(DC OCD Q - DCDC NOD< 0CD2 CD Çu.- fqco T 13 0-CD Ç1)CD 2 CD CD i) < (D cn -. _.o o- (Q4 -o NNCD )CD _ CD CDCDDO co -' (I)CD (/)<_ 0 CD < TCD -CDO _. 4 CD -- 0 <C/) (D ) CD O - CDCDO)O CD 7 '-f0cd + zo CD >0) CD > 0 0w > CD 0 0) 30 CL 410) ( CD 0 CO gt (CC O- O) 0) CD c (1) 12 -o?"' getande - ruwheids- drempel verhoging & - -a 6 4 CD CD OCDCD - OCD Q) (0 0 C1 CO CD CD (OÖCDCDCD CD CD CD!'-) <CDCDO C Q)0CD CD CD - CD CD 0 CD, Zo CD CD CD< CD CDO< _, Q_o_ (0 _CD --CDCD c C0 CD CD c CD 00- icd0 CD -. CD m< 0- CD o c x 10 Q) - (CDI CD CD,+CD CDCD

50 Rij kswaterstaat Directie Oost-Nederland QÇ HASKONING Architectenbureau C.3 Uitkomsten WAQUA-berekeningen Het aanbrengen van de extra ruwheid in het nauwe deel van de westelijke nevengeul blijkt een grote invloed te hebben op de waterstand in de as van het zomerbed. Lokaal, in de buurt van het ruwheidsgebied, treedt er een waterstandsverhoging van 4 cm op. In de as van de rivier treedt er net benedenstrooms van het ruwheidsgebied een relatief kleine daling van ca. 2 cm op: bovenstrooms van het ruwheidsgebied treedt er waterstandsstijging op van ca. 2,5 cm. De invloed van beiden overlaten is nauwelijks terug te vinden. Deze constructies vallen in het niet vergeleken bij de aangebrachte ruwheidsverhoging in de westelijke nevengeul. Van de WAQUA-berekeningen zijn hierna de volgende figuren gepresenteerd: de toename van de waterstand in de nieuwe situatie, de absolute stroomsnelheden voor de nieuwe situatie en de toename van de stroomsnelheid in de nieuwe situatie. L /R001/GJA/SME 6 augustus 2001

51 011)4 135 tuenarne van (Ie waterstand in in, nieuwe situatie - reterentie) 1) Q : Q :( coordinaten Ian] o oz 135 strmcnelheid (in m/r) met nieuwe inrichting 'San de uitenesarden î--.. ffl, WrF X coördinaten [] 04 L0262. BO/ROOl /GJA/SME 6 augustus 2001