Rivierkundige gevolgen van de Nieuwe Lek bij extreme rivierafvoeren

Transcriptie

1 Rivierkundige gevolgen van de Nieuwe Lek bij extreme rivierafvoeren Tom Smits, Juni, 2010

2 Voorwoord Dit onderzoeksrapport is geschreven als Additional thesis en bevat de bevindingen van de studie naar de rivierkundige gevolgen van het aanleggen van een bypass tussen de Lek en de Boven Merwede bij extreme rivierafvoeren. Ik wil hierbij Dr. Ir. Kees Sloff bedanken voor de actieve begeleiding bij dit onderzoek, en Prof. Dr. Ir. Huib de Vriend en Dr. Ir. Erik Mosselman voor het beoordelen van het rapport. Daarnaast wil ik ook Ties Rijcken bedanken voor de enthousiaste uitleg over het project bij de start van het onderzoek. 2

3 Samenvatting Het inpassen van de Nieuwe Lek is één van de oplossingen die door de deltacommissie wordt geschetst voor het veilig stellen van de Rijnmond. HKV Lijn in Water doet momenteel al onderzoek naar de effecten op waterstanden in het gebied, en naar mogelijke varianten van afsluitbaar open Rijnmond. In haar onderzoek zijn verschillende combinaties van een bepaalde waterstand op zee en een bepaald debiet bovenstrooms gemodelleerd. Eén van de belangrijkste doelen van deze studie was om voor verschillende alternatieven van de oplossingsrichting Afsluitbaar Open Rijnmond uit het advies van de Deltacommissie te onderzoeken of, ondanks klimaatverandering, de huidige toetspeilen van de Rijn- Maasmonding kunnen worden gehandhaafd. HKV concludeert dat het handhaven van de huidige maatgevende hoogwaterstanden voor het Veermanscenario in de omgeving van Rotterdam en Dordrecht een grote uitdaging is, zeker als daarbij de voorwaarde komt dat deze regio zo lang en zo vaak mogelijk een open verbinding met zee moet houden. Met de inzet van extra berging in bijvoorbeeld de Grevelingen, en met aanpassingen in het watersysteem (het aanleggenvan de Nieuwe Lek, het vergroten capaciteit Nieuwe Merwede en de aanleg van nieuwe rivierkeringen) zijn er echter wel mogelijkheden om de gemiddelde hoogwaterniveaus rondom de Drechtsteden laag te houden én tegelijkertijd de effecten bovenstrooms te beperken. In dit onderzoek zijn de rivierkundige gevolgen van de aanleg van de Nieuwe Lek juist vastgelegd bij een extreem hoge rivierafvoer, in combinatie met een normale waterstand op zee. Er is gekeken naar de situatie huidige extreme situatie met een ontwerpafvoer van m 3 /s, en een mogelijke toekomstige situatie met een ontwerpafvoer van m 3 /s bij Lobith en een zeespiegelstijging van 1 meter, door toedoen van klimaatverandering. Deze studie bevestigt dat ook tijdens extreme rivierafvoeren de te beschermen locaties bij Rotterdam en Dordrecht moeilijk zijn te veranderen. Waterstanden worden hier namelijk vooral door zeestanden en zeespiegelstijging gedomineerd. Ondanks dat er geen ideale oplossing kan worden gekozen, waarbij de toetspeilen helemaal niet worden overschreden in de toekomstige situatie, is de meest veelbelovende oplossing de oplossing gebleken waarbij de Boven Merwede en een stuk van de Nieuwe Merwede worden verbreed, direct na het instromen van de bypass. Aan de hand van dit onderzoek wordt aanbevolen om rond de Nieuwe en Boven Merwede verder te kijken naar een haalbare oplossing. Tevens dient er bij het realiseren van een oplossing te worden gekeken naar interactie met andere plannen, zoals de andere aanbevelingen van de deltacommissie, en dienen de morfologische gevolgen verder te worden onderzocht, waarbij er ook naar de morfologische veranderingen op de lange termijn gekeken dient te worden. 3

4 Inhoudsopgave 1. Inleiding Probleemstelling Doelstelling Schematisatie en Modellering van de Rijnmond Uitgangspunten Modellering Randvoorwaarden Vooronderzoek: Huidige situatie Inleiding Initiële gevolgen van de bypass Knelpunten Resultaten van verscheidene ingrepen Conclusies De toekomstige situatie Inleiding Keuze voor randvoorwaarden toekomstige situatie Varianten Resultaten van de varianten Resultaten op verschillende locaties Conclusies Invloed van de zeespiegelstijging Invloed van extreme rivierafvoer Morfologie Inleiding Bypass Morfologische gevolgen op verschillende locaties Inleiding Waal Boven Merwede Nieuwe Merwede Lek Boven Merwede Beneden Merwede Afvoerverdeling Merwedekop Sedimenttransport bij een toekomstige extreme situatie Conclusies Discussie Aanbevelingen...38 Literatuur...39 Appendix A: Dimensies Bypass...40 Appendix B: Randvoorwaarden...41 B.1 Bovenstroomse randvoorwaarden...41 B.1.1 Huidige rivierafvoer bij extreme situatie...41 B.1.2 Toekomstige rivierafvoer bij extreme situatie...41 B.1.3 Jaarlijkse piekafvoer...42 B.2 Benedenstroomse randvoorwaarden...43 B.2.1 Huidige situatie...44 B.2.2 Toekomstige situatie...44 Appendix C: Effect van de stormpiek in de benedenstroomse randvoorwaarden

5 1. Inleiding In 2008 is er een nieuwe deltacommissie in het leven geroepen om advies uit te brengen over de bescherming van Nederland tegen de gevolgen van klimaatverandering. Daarbij gaat het om de vraag hoe Nederland zo ingericht kan worden dat het ook op de zeer lange termijn klimaatbestendig is, veilig tegen overstromingen, en een aantrekkelijke plaats is en blijft om te leven; wonen, werken, recreëren en investeren. Naar aanleiding van deze opdracht heeft de Deltacommissie twaalf aanbevelingen voor de korte en middellange termijn geformuleerd (Deltacommissie, 2008). Eén van deze aanbevelingen is de afsluitbaar open Rijnmond, waarbij het Rijnmondgebied zowel vanuit zee als vanuit de rivier beschermd wordt met keringen. Het water dat via de Lek naar het Rijnmondgebied loopt, moet langs de A27 worden afgeleid naar de Merwede, om het Rijnmondgebied te vrijwaren van hoge rivierafvoeren. Het aanleggen van een dergelijk omleidingskanaal, de Nieuwe Lek, biedt goede vooruitzichten voor de combinatie van doelen op het gebied van veiligheid, zoetwatervoorziening, stedelijke ontwikkeling en natuur van de Rijmond (Deltacommissie, 2008). Figuur 1: Schematische weergave van de afsluibaar open Rijnomnd (Deltacommissie, 2008) 5

6 2. Probleemstelling De Nieuwe Lek is rivierkundig gezien een grote ingreep en kan grote gevolgen hebben voor de waterstanden en de morfologie in het Rijnmondsysteem. HKV Lijn in Water doet momenteel al onderzoek naar de effecten op waterstanden in het gebied, en naar mogelijke varianten van afsluitbaar open Rijnmond. HKV modelleert in haar onderzoek verschillende combinaties van een bepaalde waterstand op zee en een bepaald debiet bovenstrooms. Wat HKV echter buiten beschouwing laat is een scenario met een extreem hoog debiet bij Lobith. De grote vraag die op dit moment speelt is uiteraard of een dergelijke verandering in het systeem een goede oplossing is om de Rijnmond de komende 100 jaar te beschermen tegen overstromingen. Hierbij is het belangrijk om te kijken wat een dergelijke ingreep betekent in de huidige situatie, en in een toekomstige situatie met mogelijk een hogere maatgevende hoogwaterafvoer van de Rijn en een hogere waterstand op zee. Ook is het belangrijk om inzicht te krijgen in de invloeden van een hogere waterstand op zee en invloeden van een hoger debiet in de Rijn afzonderlijk, naast een combinatie van de twee. Naast vragen over de waterbeweging spelen er ook vragen over het sluiten van de geplande keringen en de consequenties hiervan. Belangrijk hierbij is het debiet dat mag worden doorgelaten, en de morfologische veranderingen die kunnen optreden door deze keringen. Ook is het bij het ontwerpen van de keringen belangrijk om zich te realiseren dat de dreiging niet altijd door van een hoge rivierafvoer hoeft te komen, maar ook van een hoge waterstand op zee. 6

7 3. Doelstelling Het doel van dit onderzoek is om de rivierkundige gevolgen van de aanleg van de Nieuwe Lek vast te leggen. Er wordt gekeken in hoeverre Rotterdam en Dordrecht in de toekomst kunnen worden gevrijwaard van hoge waterstanden. In het rapport van de deltacommissie wordt gesteld dat er ook worden gekeken naar het inpassen van verschillende functies in de Rijnmond, zoals stedelijke ontwikkeling, maar het belangrijkste punt is natuurlijk de veiligheid van het gebied, d.w.z. dat de bij een bepaald veiligheidsniveau optredende waterstanden niet boven het toetspeil uit mogen komen. Het onderzoek beperkt zich tot de situatie met een extreme rivierafvoer en een normale waterstand op zee. Dit omdat de studie van HKV zich juist richt op de situatie met een hoge waterstand op zee, en deze situatie dus buiten beschouwing laat. Bij wijze van vooronderzoek worden de gevolgen van de Nieuwe Lek eerst bekeken in het geval van een normale waterstand op zee en een extreem hoge rivierafvoer zoals die nu geldt. Dit houdt in dat er wordt gerekend met een debiet van m 3 /s bij Lobith. Aan de hand daarvan wordt uitgebreider gekeken naar de situatie die zou kunnen ontstaan ten gevolge van een mogelijk scenario van klimaatverandering, aangezien dit ook het uitgangspunt is van het rapport van de Deltacommissie. Hierbij wordt uitgegaan van een verhoging van het maatgevend debiet bij Lobith van m 3 /s naar m 3 /s, en een zeespiegelstijging van 1 meter. Ook wordt er gekeken naar de morfologische gevolgen die op (kunnen) treden na het aanleggen van de Nieuwe Lek. Het onderzoek is bedoeld als een verkennend onderzoek. Dit betekent dat het er vooral om gaat om de waterbeweging en de aard van morfologische gevolgen voor verschillende ingrepen te analyseren aan de hand van een eenvoudig stromingsmodel. Aan de hand van conclusies uit dit onderzoek dient er een duidelijker beeld gevormd te worden van de punten van aandacht op gebied van het overschrijden van het toetspeil en op gebied van de morfologische gevolgen van het aanleggen van de bypass. 7

8 4. Schematisatie en Modellering van de Rijnmond 4.1 Uitgangspunten Bij dit onderzoek worden alleen de situaties met mogelijk optredende rivierafvoeren beschouwd; de extreme waterstanden op zee worden buiten beschouwing gelaten, aangezien de kans op een extreme waterstand op zee tijdens een extreem hoge rivierafvoer te klein is om rekening mee te houden. Tijdens het onderzoek wordt gebruik gemaakt van het programma Sobek- RE voor het simuleren van 1- D stromingsprocessen. Met behulp van een schematisering van de Rijn- Maasmond kan in Sobek worden gesimuleerd hoe het systeem reageert op het inpassen van de Nieuwe Lek. Het onderzoek is opgesplitst in twee onderdelen. Het vooronderzoek heeft als doel inzicht te krijgen in de situatie die ontstaat na het aanleggen van de bypass. Hierbij kan worden gekeken waar de ingreep voor problemen zorgt en welke aanpassingen aan het systeem er kunnen worden verzonnen om aan het toetspeil te blijven voldoen. Het hoofdonderzoek bestaat uit het bekijken van de toekomstige situatie, die situatie waar de deltacommissie in haar rapport ook van uitgaat. Er moet namelijk rekening worden gehouden met het stijgen van de zeespiegel en een toename van het debiet bij extreem hoge rivierafvoeren in de toekomst. 4.2 Modellering Het Sobek- model waarmee gewerkt wordt beschrijft het westelijke deel van het Nederlandse rivierengebied. Dit gebied heeft drie instroompunten, de Lek (ter hoogte van Hagestein), de Waal (bij Tiel) en de Maas (bij Lith), waarvoor een debiet als randvoorwaarde moet worden vastgelegd. Benedenstrooms worden de randvoorwaarden bepaald door de waterstand op zee, in de vorm van een getijde. Het plan om de Noordwaard te ontpolderen, in het kader van het project Ruimte voor de rivier, zit ook al in het model (zie Projectbureau Noordwaard, 2007). In het model wordt over een aantal trajecten gekeken wat het effect van een bypass is op het system. Een aantal parameters in het model wordt aangepast om tot verschillende oplossingen te komen. Het gaat hierbij in eerste instantie om de hydraulische parameters van de bypass, zoals ruwheid en breedte, om een gevoel te krijgen voor de invloed die de bypass zelf heeft. Daarna wordt er gekeken naar de invloed van de geplande keringen en het doorlaatdebiet van de keringen. Ook kan er gekeken worden naar het veranderen van parameters in het bestaande systeem, zoals het versmallen of verbreden van een bestaande tak, of eventueel het creëren van een nieuwe riviertak. In figuur 4.1 wordt weergegeven welke trajecten belangrijk zijn voor het onderzoek. 8

9 Figuur 4.1: Overzichtskaart met bekeken riviertrajecten en bypass (Kaartgegevens: Tele Atlas, 2010) Op deze trajecten is gekeken hoe het systeem reageert op een aantal verschillende varianten. Allereerst is er gekeken naar de verschillen tussen de huidige situatie en de situatie waarbij de bypass is aangelegd. Daarnaast is er gekeken hoe het systeem reageert op het aanpassen van het doorlaatdebiet van de keringen, het verbreden van de Nieuwe Merwede en een deel van de Boven Merwede en het weglaten van de kering in de Lek. 4.3 Randvoorwaarden De randvoorwaarden voor de huidige situatie worden gesteld op een extreem hoge afvoergolf, met een piek van m 3 /s bij Lobith. In het Sobek- model vertolkt dit zich op de bovenstroomse randen Lith, Tiel en Hagestein als piekdebieten van respectievelijk 3800, en 3556 m 3 /s (zie bijlage B.1.1). De benedenstroomse rand is een getijde dat is opgelegd op de Maasmond en op het Haringvliet. Dit is een normaal getijde tussen 0.63 m NAP en m NAP met eens in de 7 dagen een stormpiek die reikt tot + 2 m NAP (zie bijlage B.2.1). In de toekomstige situatie wordt uitgegaan van een afvoergolf met een piek van m 3 /s bij Lobith, zodat de 3 randvoorwaarden op Lith, Tiel en Hagestein in Sobek naar piekdebieten van respectievelijk 4275, en 4000 m 3 /s stijgen (zie bijlage B.1.2). Daarnaast wordt er op de benedenrand uitgegaan van een zeespiegelstijging van 1 meter. Het getijde komt hiermee tussen m NAP en m NAP met eens in de 7 dagen een stormpiek met als top + 3 m NAP (zie bijlage B.2.2). 9

10 In hoofdstuk 7 wordt er naar de morfologische veranderingen die optreden in het systeem. Hierbij wordt uitgegaan van een debiet van 6000 m 3 /s bij Lobith, zodat de 3 randvoorwaarden op Lith, Tiel en Hagestein in Sobek neerkomen op piekdebieten van respectievelijk 1425, 4000 en 1333 m 3 /s (zie bijlage B.1.3). De bypass komt ongeveer tussen Lexmond en Gorinchem te liggen. In het Sobek model komt deze ingreep neer op een kanaal van 25 km tussen de Lek en de Boven Merwede en een kering in de Lek, 1 km na de aftakking van de bypass, die in eerste instantie wordt ingesteld op het doorlaten van maximaal 500 m 3 /s. Ook benedenstrooms zit er een kering, in de Beneden Merwede, om te voorkomen dat het water alsnog via Dordrecht het Rijnmondgebied instroomt. Deze kering laat ook maximaal 500 m 3 /s door. Het kanaal heeft een breedte van 600 meter die constant is over de diepte, en een Chézy- ruwheid van 50 m ½ /s. 10

11 5. Vooronderzoek: Huidige situatie 5.1 Inleiding Wanneer er een grote ingreep als deze in het systeem wordt gedaan, heeft dit uiteraard gevolgen voor de waterstanden in verschillende takken. Het toetspeil dat voor dit onderzoek wordt gebruikt zijn overgenomen uit Hydraulische Randvoorwaarden primaire waterkeringen voor de derde toetsronde (zie Ministerie van verkeer en waterstaat, 2007). Dit toetspeil is ontworpen op enerzijds een extreme waterstand op zee en anderzijds een extreme afvoer in de Rijn. Dichter bij zee zal de stand op zee maatgevend zijn voor de dijkhoogten en bovenstrooms in de Rijntakken zal de dijkhoogte bepaald worden door de situatie met extreem hoge rivierafvoer. Omdat het systeem niet op de bypass is ontworpen, ligt het in de lijn van verwachting dat de waterstand door deze ingreep op bepaalde plekken boven het toetspeil komt. Het is zaak deze knelpunten allereerst in kaart te brengen bij de huidige situatie. Hierna kan er worden gekeken naar bergingsmogelijkheden in het Haringvliet van de extra hoeveelheid water die door de zuidelijke delta moet worden verwerkt. De Nieuwe Merwede, het Hollandsch Diep en het Haringvliet krijgen meer water te verwerken, wat niet altijd direct naar de Noordzee af te voeren is. Bij hoogwater op zee moet het water eerst in het Haringvliet worden geborgen. Omdat het Haringvliet en Hollandsch Diep juist zijn ontworpen op een hoge waterstand op zee, wordt er verwacht dat hier juist wel ruimte zit om het water op te vangen. Aan de hand hiervan kan er worden gekeken naar mogelijke aanpassingen in het systeem om het water overal onder het huidige toetspeil te houden. 11

12 5.2 Initiële gevolgen van de bypass Na de eerste simulatie met Sobek van de situatie met een bypass, kan er meteen worden gekeken naar verhogingen of verlagingen van de waterstand op verschillende plaatsen. In figuur 5.1 is duidelijk te zien dat de keringen (in de Lek en in de Beneden- Merwede) zorgen voor een opstuwing van het water bovenstrooms, omdat er minder water door de desbetreffende riviertakken kan stromen dan in de huidige situatie. Deze opstuwing wordt in de Boven Merwede nog eens versterkt door het extra debiet dat via de bypass instroomt. Figuur 5.1: Waterstanden (in m + NAP) op het traject Lek Bypass Boven Merwede Nieuwe Merwede, met en zonder bypass. De waterstanden in de gebieden die nu beschermd worden door de kering (omgevingen Dordrecht en Rotterdam) blijven door deze maatregel wel ver onder het toetspeil. In figuur 5.1 is het traject van de bypass, de Boven- Merwede en Nieuw Merwede te zien, met bovenstrooms nog een klein stuk van de Lek. Het toetspeil in de bypass is een lineaire interpolatie tussen het toetspeil op het punt van afslitsing in de Lek en het toetspeil op het instroompunt in de Boven Merwede. Uiteraard is er over dit traject een waterstandsverhoging doordat bijna de hele afvoer van de Lek moet worden afgevoerd via de bypass. Omdat het debiet door de bypass geregeld wordt door de kering in de Lek, moet er te allen tijde eenzelfde debiet door de bypass. Vooral de waterstandverhoging meteen benedenstrooms van de bypass is fors, meer dan anderhalve meter. De knelpunten in het systeem lijken bovenstrooms van beide keringen te liggen. De meest extreme waterstandsverhoging is in de Boven- Merwede en in de Nieuwe Merwede. De bergingscapaciteit van het Haringvliet zorgt ervoor dat de waterstandsverhoging daar minder wordt. Bovendien wordt het toetspeil benedenstrooms van de Nieuwe Merwede steeds meer bepaald door de extreme situatie op zee, en niet door een extreme rivierafvoer. Deze knelpunten kunnen verder worden onderzocht door enkele aanpassingen te doen aan de keringen of de randvoorwaarden, of door een ingreep in het systeem. 12

13 5.3 Knelpunten Er wordt als eerste onderzocht wat er gebeurd wanneer het door te laten debiet op bij keringen wordt verhoogd. Dit heeft uiteraard ook weer gevolgen voor de waterstanden benedenstrooms van deze kering. Om dit te onderzoeken kijken we naar het traject In figuur 5.2 zijn de waterstanden over het bovengenoemde traject voor verschillende situaties te zien. De blauwe lijn is de huidige situatie, zonder bypass, waarbij het toetspeil (de zwarte lijn) niet wordt overschreden. Bij de situatie met bypass, maar zonder kering in de Beneden Merwede is te zien dat de waterstanden aan het begin van het traject de bypass overschrijden. Dit is echter nog voor het punt van de geplande kering. In de situatie met kering is te zien dat de waterstanden benedenstrooms van de kering fors dalen, maar er een flinke opstuwing bovenstrooms is, zoals in de voorgaande figuren ook al te zien was. Figuur 5.2: Waterstanden (in m + NAP) op het traject Boven Merwede Beneden Merwede Oude Maas Dordtsche Kil voor verschillende varianten De groene lijn geeft de situatie aan waar er in beide keringen een grotere hoeveelheid water wordt doorgelaten. Hierbij gaat het om een debiet van 3000 m 3 /s door de Merwedekering en een piekdebiet van 1300 m 3 /s door de Lek. Dit verkleint het effect van de kering - de waterstandsverlaging benedenstrooms ten opzichte van de huidige situatie - wel aanzienlijk, maar het levert een bovenstrooms een flinke waterstandverlaging op ten opzichte van de situatie waarbij er een kleine hoeveelheid water door de keringen wordt gelaten. Voor het traject Lek Nieuwe Maas Nieuwe Waterweg zien deze ingrepen er uit als in figuur

14 Figuur 5.3: Waterstanden (in m + NAP) op het traject Lek Nieuwe Maas / Waterweg voor verschillende varianten Het verhogen van het debiet zorgt voor daling in de waterstand, tot onder het toetspeil. De waterstanden benedenstrooms stijgen hierdoor wel weer. Ook is te zien dat een kering in de Lek minder invloed heeft op de waterstanden in Rotterdam dan een kering in de Beneden- Merwede invloed heeft op de waterstanden in Dordrecht. Dit is deels te verklaren door het feit dat de kering verder van de stad afligt, en deels door het feit dat Rotterdam dichter bij zee ligt, en het getijde dominanter is dan het debiet van de Nieuwe Maas. Het getijde op zee heeft ook invloed op de waterstanden in Dordrecht, maar in veel mindere mate dan op de waterstanden in Rotterdam. Elk van deze aanpassingen is echter nog steeds niet toereikend om het waterniveau bovenstrooms van de kering onder het toetspeil te houden. Om hier toch een oplossing voor te verzinnen, is het scheppen van ruimte bij de bottleneck de volgende ingreep die wordt gemodelleerd. Hierbij wordt ervoor gekozen om de Nieuwe Merwede en de Boven- Merwede breder te maken. Bij deze ingreep blijven de waterstanden wel onder het toetspeil, hetgeen te zien is in de onderstaande paragraaf. 14

15 5.4 Resultaten van verscheidene ingrepen In figuur 5.4 wordt gekeken naar de waterstanden op het traject Waal Beneden/Nieuwe Merwede Hollandsch Diep Haringvliet, voor verschillende varianten. Te zien is dat er bovenstrooms van de Beneden en Nieuwe Merwede een opstuwing ontstaat, waarbij het water ook boven het toetspeil komt. Een oplossing hiervoor wordt weergegeven door de oranje lijn, waarbij de Beneden en Nieuwe Merwede breder zijn gemaakt. De Nieuwe Merwede wordt in deze variant 2 keer zo breed als in de huidige situatie en de Boven Merwede wordt benedenstrooms van het instromen van de bypass anderhalf keer zo breed gemodelleerd als in de huidige situatie. De waterstanden blijven hierdoor ruim onder het toetspeil. Figuur 5.4 Waterstanden (in m + NAP) op het traject Waal Boven/ Nieuwe Merwede Hollandsch Diep Haringvliet voor verschillende varianten. In figuur 5.5 zijn ook de gevolgen te zien voor verschillende ingrepen op een aantal specifieke locaties. In deze figuur is met een error bar de verschillen met het toetspeil aangegeven. De figuur geeft vier gevallen weer: de huidige situatie, de bypass met keringen in de Lek en in de Beneden Merwede, de situatie waarbij de keringen meer dan 500 m 3 /s doorlaten en de situatie waarin ook nog eens de Boven Merwede en Nieuwe Merwede verbreed zijn. Wat opvalt, is dat bij de locaties dicht bij zee de waterstand niet in de buurt komt van het toetspeil. 15

16 Figuur 5.5: Waterstanden (in m + NAP) op verschillende locaties voor verschillende varianten 16

17 5.5 Conclusies Uit figuur 5.2 blijkt dat de waterstand op zee een grote invloed te hebben op de waterstanden bij Dordrecht. Een belangrijke conclusie is dat Dordrecht zich, qua invloed van de randvoorwaarden bovenstrooms en de randvoorwaarden benedenstrooms, ongeveer op het grensgebied lijkt te bevinden. Het aanpassen van het debiet dat door de Merwedekering gaat, lijkt daarom redelijk; bij een groter doorlaatbaar debiet is de opstuwing bovenstrooms minder en benedenstrooms verhoogt dit de waterstand alleen vlak na de kering ten opzicht van de situatie met een doorlaatbaar debiet van slechts 500 m 3 /s. Omdat het toetspeil is afgesteld op het huidige rivierensysteem, zorgt het aanleggen van een bypass, een ingreep in het systeem, er logischerwijs voor dat het toetspeil op verscheidende locaties overschreden wordt bij een extreme rivierafvoer. Dit volgt dan ook uit de eerst simulatie met Sobek. Van de verscheidene ingrepen lijkt degene waar een deel van de Nieuwe Merwede en Boven Merwede verbreed wordt de beste oplossing wat betreft de optredende waterstanden, maar natuurlijk is dit ook de meest extreme ingreep. Belangrijk is ook om te kijken hoe de waterstanden zich verhouden tot de opgelegde randvoorwaarden. De situatie die wordt bekeken is een extreme randvoorwaarde bovenstrooms, maar geen extreem hoge waterstand op zee. Uit alle bekeken varianten blijkt dat er dichtbij zee nog ruimte is voor het water; het toetspeil ligt veel hoger dan de optredende waterstanden op locaties in de buurt van de kust. Ook dit is een belangrijk punt om mee te nemen in het onderzoek naar de toekomstige situatie. 17

18 6. De toekomstige situatie 6.1 Inleiding Het vooronderzoek (hoofdstuk 5) heeft een aantal dingen duidelijk gemaakt dat nu gebruikt kan worden voor het onderzoeken van de situatie waar het uiteindelijk om gaat, namelijk de situatie in de toekomst ontstaat met de door de deltacommissie voorspelde gevolgen van de klimaatverandering. Met behulp van het simuleren van verschillende maatregelen in de huidige situatie, kan er gericht gekeken worden naar varianten voor de toekomstige situatie. Omdat het vooronderzoek al een aantal varianten heeft opgeleverd, hoeft er niet veel tijd meer besteed te worden aan het zoeken naar alternatieven. Natuurlijk moet er wel gekeken worden of deze varianten in de toekomstige situatie nog steeds zo goed toepasbaar zijn. Het simuleren van de toekomstige situatie bestaat uit een verhoging van het debiet bij Lobith met 2000 m 3 /s en het verhogen van de gemiddelde waterstand met 1 meter (zie bijlage C). 18

19 6.2 Keuze voor randvoorwaarden toekomstige situatie Naar aanleiding van de bevindingen van de deltacommissie is ervoor gekozen om een extreme situatie te kiezen die in de toekomst zou kunnen optreden. Het is echter nog maar de vraag in hoeverre beide situaties ook daadwerkelijk zouden kunnen gaan optreden, waarbij vooral de m 3 /s bij Lobith een nog zeer onzeker extreem geval is. Omdat deze situatie ten opzichte van het vooronderzoek bestaat uit het verhogen van twee randvoorwaarden, het debiet (bovenstrooms) en de waterstand op zee (benedenstrooms), is het ook interessant om te kijken naar de situatie met alleen een verhoging van het debiet. Hiermee wordt het effect van de twee verschillende aanpassingen aan de randvoorwaarden apart in kaart gebracht. Er wordt hiervoor gekeken naar de huidige situatie, d.w.z. de situatie waarin geen bypass en keringen zijn aangebracht. Figuur 6.1: Het effect van de zeespiegelstijging van 1 meter. Waterstanden in m + NAP Zoals te verwachten ligt de waterstand voor deze situatie op elk van de beschouwde locaties precies tussen de twee andere in. Wat vooral opvalt, en tevens in de lijn van verwachting ligt, is dat het verhogen van de rivierafvoer het meeste invloed lijkt te hebben voor Gorinchem, Zaltbommel en Hagestein, locaties verder van zee. Voor de andere locaties, die een stuk dichter bij zee liggen, blijkt de zeespiegel veel belangrijker te zijn voor de waterstand. 19

20 6.3 Varianten Op basis van het vooronderzoek zijn er een aantal varianten uitgekozen om te bekijken in de toekomstige situatie. Deze varianten zijn al besproken in het vooronderzoek, maar staan hier nog eens duidelijker beschreven. De eerste twee varianten zijn met name voor referentie. De huidige situatie De huidige situatie is het riviersysteem zoals het nu is, zonder bypass. Eerste plan bypass Deze variant is de variant die beschreven is in hoofdstuk 4, onder het kopje Randvoorwaarden is beschreven. Dit is de variant die door Matthijs Bos is beschreven in zijn rapport Inpassing van de Nieuwe Lek (Bos, 2009), en als uitgangspositie dient in dit rapport. Debiet Keringen Omhoog In deze variant worden ten opzichte van de variant Eerste plan bypass het toelaatbare debiet door de Merwedekering en de Lek- kering verhoogd tot respectievelijk 3000 en 1300 m 3 /s, zodanig dat de keringen naar verwachting slechts bij het debiet dat eens per jaar optreedt hoeven te sluiten. Verbreden Merwedes Deze variant is een dezelfde als Debiet keringen omhoog, maar met een verbreding (anderhalf keer zo breed) van het deel van de Boven Merwede benedenstrooms van waar de bypass instroomt en een deel van de Nieuwe Merwede (twee keer zo breed). Deze variant is een nogal ingrijpende, en daarom allicht wat aan de irrealistische kant. Alleen Beneden- Merwede- kering Deze variant beschrijft de huidige situatie met alleen een kering in de Beneden Merwede om de Dortsche Kil, en daarmee Dordrecht, te vrijwaren van hoogwater. Het toelaatbare debiet door deze kering is in deze variant vastgelegd op 3000 m 3 /s, zoals in de variant Debiet keringen omhoog. De situatie in de Lek blijft hiermee onveranderd ten opzichte van de huidige situatie. 20

21 6.4 Resultaten van de varianten Met behulp van wat er nu onderzocht is, kan er gekeken worden naar de toekomstige situatie, met een hogere rivierafvoer en een hogere waterstand benedenstrooms. In de onderstaande figuur staan wederom de simulaties voor het traject Waal Boven/ Nieuwe Merwede Hollandsch Diep Haringvliet voor verschillende varianten. Ten opzichte van het vooronderzoek is er één variant bijgekomen, namelijk een zonder bypass, maar wel met een kering in de Beneden Merwede, zoals hierboven beschreven. Deze variant leek een interessante optie voor het onderzoek in de toekomstige situatie om te kijken wat het effect van de extra afvoer van de bypass is in de Boven Merwede en verder bovenstrooms. Figuur 6.2 Waterstanden (in m + NAP) op het traject Waal Boven/ Nieuwe Merwede Hollandsch Diep Haringvliet voor verschillende varianten In de figuur is te zien dat geen van de varianten onder het toetspeil blijft op dit traject, vooral ook omdat de ruimte die er eerst in het Haringvliet was grotendeels is verdwenen door de zeespiegelstijging van een meter. In figuur 6.3 wordt er ook gekeken naar het traject Lek - Nieuwe Maas, waarin ook duidelijk wordt dat het toetspeil ook wordt overschreden, ook al in de situatie waarin er geen ingrepen worden gedaan (geen bypass). Dit lijkt te komen omdat het systeem op een debiet van m 3 /s is ontworpen. Dichter bij zee blijft de waterstand nog wel onder het toetspeil. 21

22 Figuur 6.3: Waterstanden (in m + NAP) op het traject Lek Nieuwe Maas / Waterweg voor verschillende varianten 22

23 6.5 Resultaten op verschillende locaties Ook voor de toekomstige situatie kan er worden gekeken naar de invloed van de ingrepen op verschillende locaties.wederom is er met een error bar de verschillen met het toetspeil aangegeven. Figuur 6.4 geeft deze ingrepen weer als in de huidige situatie, met daarnaast nog het de situatie zonder bypass maar met kering in de Beneden Merwede. Het is op geen enkele plek bijna meer mogelijk om onder het toetspeil te blijven. Figuur 6.4: Waterstanden (in m + NAP) op verschillende locaties voor verschillende varianten 23

24 6.6 Conclusies Allereerst kan er geconcludeerd worden dat met deze randvoorwaarden het huidige toetspeil op veel plaatsen ruim wordt overschreden. Wel kan er nog wat gezegd worden over verschillende oorzaken van deze waterstanden Invloed van de zeespiegelstijging Te zien is dat de zee veel invloed heeft op de dichter bij kust gelegen gebieden. De bergingscapaciteit het Haringvliet en de Nieuwe Waterweg is aanzienlijk minder dan in de huidige situatie doordat de benedenstroomse randvoorwaarde met 1 meter verhoogd is. Bij alle varianten die bekeken zijn stijgt het water tot boven het toetspeil. Ook de stormpiek die is opgelegd in de randvoorwaarde is daarop van invloed (zie bijlage D). In de figuur 6.2 is ook te zien dat de invloed van een zeespiegelstijging bij Dordrecht al een stuk groter is dan de invloed van een hoger debiet, hetgeen ook al werd gesteld in het vooronderzoek. Rond Rotterdam heeft de benedenstroomse randvoorwaarde ook veel invloed op de waterstand. De overschrijdingen van het toetspeil in de gehele Lek zijn beduidend minder dan in het traject waar de bypass instroomt, maar zelfs bij een doorlaatdebiet van slechts 500 m 3 /s in de Lek wordt het toetspeil nog op enkele plaatsen overschreden Invloed van extreme rivierafvoer Verder bovenstrooms is de invloed van de rivierafvoer juist het grootst. In tegenstelling tot dichter bij de kust, zijn er bovenstrooms varianten die wel onder het huidige toetspeil blijven. Doordat benedenstrooms de waterstand is opgelegd als randvoorwaarde, zijn de invloeden van de ingrepen bij verschillende varianten vooral bovenstrooms te zien. In tegenstelling tot benedenstrooms, waar de waterstand op zee simpelweg te hoog is, kan er bovenstrooms wel een oplossing worden gevonden door het creëren van extra ruimte voor de rivier. Hierbij lijkt de variant waarbij de Nieuwe Merwede wordt verbreed de beste resultaten te laten zien. Deze variant is echter ook de meest ingrijpende van allen; bij het verbreden van de rivier zal de stroomsnelheid afnemen en er op den duur sedimentatie optreden in het verbrede gedeelte van de rivier, hetgeen ten nadele zal zijn van de bevaarbaarheid. 24

25 7. Morfologie 7.1 Inleiding Het aanleggen van de bypass en keringen heeft niet alleen gevolgen voor de waterstanden, maar ook voor de morfologie van het systeem. In deze paragraaf wordt er gekeken naar de morfologische stabiliteit van de bypass zelf, en naar de morfologische veranderingen die optreden in de Nieuwe Merwede en Boven- Merwede, en bij het splitsingspunt van de bypass. Omdat de morfologische veranderingen die maar zeer zelden voorkomen niet relevant zijn, wordt er niet naar de extreme situatie gekeken, maar naar de situatie die ongeveer eens per jaar voorkomt. Hiervoor wordt in Sobek gerekend met nieuwe bovenstroomse randvoorwaarden, namelijk met een debiet van 6000 m 3 /s bij Lobith, het debiet met een herhalingsfrequentie van eens per jaar. 25

26 7.2 Bypass De bypass wordt in het deltaplan beschreven als een groene rivier. Voor de bypass wordt er gekeken naar de morfologische stabiliteit van een grasbed. Wanneer er voor vegetatie wordt gekozen op de bodem van een rivier, wordt het rivierbed op zijn plek gehouden door de wortels. Gras kan hoge stroomsnelheden weerstaan voor korte duur, maar kan enkele dagen op tegen lagere stroomsnelheden (zie Hewlett, 2005). Bij de dimensies van de bypass zoals die in dit rapport zijn aangehouden, zou de snelheid tijdens de piek van de hoogwatergolf nog niet boven de 1 m/s uitkomen. Een grasbed zou dus een goede oplossing zijn voor de bypass. Figuur 7.1: Maximaal toelaatbare stroomsnelheden (in m/s) voor een grasbed (zie Hewlett, 2005) Wanneer de bypass wordt gedimensioneerd als een grasbed is het gewenst dat er niet of nauwelijks sediment de bypass instroomt. De afsplitsing van de bypass in de Lek dient dan als een wateronttrekking te worden gedimensioneerd, waarbij het sediment- transport in de Lek blijft. Hierdoor zou er, benedenstrooms van de aftakking van de bypass, in de Lek sedimentatie ontstaan. 26

27 7.3 Morfologische gevolgen op verschillende locaties Inleiding De morfologische gevolgen worden bekeken aan de hand van stroomsnelheden in het Sobek model, aangezien er geen morfologische schematisatie beschikbaar. De relatie tussen sedimenttransport (per eenheid van breedte) en stroomsnelheid kan als volgt worden beschreven: Om iets te kunnen zeggen over de sedimenttransportcapaciteit tijdens de piek van een hoogwatergolf, kan er gekeken worden naar de som van u n over elke tijdstap van de piek. Hier is dat een goede maat voor het daadwerkelijke transport. In dit geval wordt er voor n een waarde van 5 aangenomen en m is een constante in de orde van 10-4 en wordt dan ook aangenomen als In werkelijkheid varieert deze parameter langs de rivier als functie van de ruwheid en de korreldiameter. De exacte waarde van m is verder niet van belang; het gaat om een eerste inzicht van de morfologische gevolgen. Voor de piek van de golf wordt gekozen voor een periode van 5 dagen rond het maximum van de golf (zie bijlage C). De morfologie van een rivier is uiteraard moeilijk te beschrijven met een simpele methode als deze. In werkelijkheid is dit een ingewikkeld dynamisch proces dat juist ook sterk wordt beïnvloed door verschil in debiet door het jaar heen. Echter kan er wel iets worden gezegd over het sedimenttransport door verschillende varianten met elkaar te vergelijken. Hierbij wordt de huidige situatie bekeken, de situatie met bypass en keringen in de Lek en de Beneden Merwede die beide zijn afgesteld op het doorlaten van 500 m 3 /s, en de situatie waarbij de keringen een hoger debiet doorlaten en de Nieuwe Merwede en Boven Merwede zijn verbreed Waal Boven Merwede Nieuwe Merwede In figuur 7.2 worden V (boven) en dv/dx (onder) weergeven, waarin V het totale getransporteerde sedimentvolume per eenheid van breedte is over een periode van 5 dagen en dv/dx is hiervan de afgeleide in de stromingsrichting van de rivier. Deze dv/dx is een maat voor dz/dt, de morfologische veranderingen in de tijd; een grote dv/dx betekent grote morfologische veranderingen. Hierbij geldt dat een positieve dv/dx voor erosie zorgt en een negatieve dv/dx voor sedimentatie. In deze figuur valt op dat de er in de situatie met een kering in de Beneden Merwede de sedimenttransportcapaciteit in de Nieuwe Merwede aanzienlijk toeneemt. Dit ligt in de lijn van de verwachting, gezien het hogere debiet dat in de Nieuwe Merwede ontstaat door het aanbrengen van een kering. Verder valt op dat het sedimenttransportcapaciteit bovenstrooms van de kering juist minder groot is ten opzichte van de huidige situatie en de andere varianten. Dit wordt veroorzaakt door opstuwing vanaf de Beneden Merwede. Door de grotere afvoeren zijn die in die takken de waterstanden gestegen. Bij eenzelfde debiet zorgt dit voor lagere stroomsnelheden en dus een kleinere sedimenttransportcapaciteit. 27

28 De variant waarbij de Boven en Nieuwe Merwede worden verbreed, blijft wat sedimenttransport betreft dichter in de buurt liggen van de huidige situatie. Het sedimenttransport neemt juist af in de Boven en Nieuwe Merwede ten opzichte van de huidige situatie. Gekeken naar dv/dx is te zien dat de variant waarbij de Boven en Nieuwe Merwede worden verbreed niet veel verschilt met de huidige situatie. Bij het verbreden van de Nieuwe Merwede is wel te zien dat er bovenstrooms van het instromen van de bypass sedimentatie is. Bij een variant met keringen waar 500 m 3 /s wordt doorgelaten zou aanzienlijk meer sedimentatie en erosie optreden. Figuur 7.2: Sedimenttransport V (boven) en dv/dx (onder) op het traject Waal Boven Merwede Nieuwe Merwede In de figuur is te zien dat voor deze laatstgenoemde variant de zandvracht vlak na de afsplitsing naar de Nieuwe Merwede een stuk groter is, hetgeen duidt op erosie op deze plek. Wanneer deze erosie aanhoudt is de verwachting dat deze erosie steeds 28

29 stroomafwaarts opschuift. Dit is in de figuur niet te zien, omdat het model geen morfologische veranderingen laat zien, maar slechts de verwachte sedimenttransport op basis van stroomsnelheden. Bovendien is de vraag of dit aan de orde is, aangezien de hoogwatergolf maar enkele dagen duurt, waarna het systeem weer de tijd heeft zich te herstellen Lek In de figuur van de Lek (onderstaand) is duidelijk te zien dat er minder sedimenttransport is bij een kleiner debiet in de Lek. Net als op het traject Waal Boven Merwede Nieuwe Merwede zijn er variaties te zien in sedimenttransport zoals dat hier geschematiseerd is. Deze variaties kunnen worden veroorzaakt door de eenvoudige schematisering en het niet meenemen van de breedte van de rivier. Hierdoor is het op deze manier moeilijk te zien wat er zou gebeuren aan de hand van de figuur. Het sedimenttransport aan het begin van de Lek is met name afhankelijk van de manier van dimensioneren van de bypassaftakking. Figuur 7.3 : Sedimenttransport V (boven) en dv/dx (onder) voor de Lek 29

30 7.3.4 Boven Merwede Beneden Merwede In figuur 7.4 is te zien dat de afsplitsing van de Boven Merwede in de Nieuwe Merwede en Beneden Merwede in de huidige situatie al zorgt voor een afname van sedimenttransport in de Beneden Merwede. Bij de variant is dat alleen maar extremer omdat het debiet door de Beneden Merwede alleen maar wordt verminderd door de kering, maar bij de variant waarbij de Boven en Nieuwe Merwede worden verbreed is er zelfs een toename in sedimenttransport te zien bij de overgang van Boven naar Beneden Merwede. Dit is doordat het sedimenttransport daalt bij het verbreden van de Boven Merwede. Te zien is dat er ten opzichte van de huidige situatie een sedimentatiegolf is in de situatie waarin de Nieuwe Merwede wordt verbreed, net bovenstrooms van het instromen van de bypass (km 956). Net na het splitsingspunt is er in deze situatie een erosiegolf in de Beneden Merwede, terwijl er in de situatie met keringen met een doorlaatdebiet van 500 m 3 /s juist meer sedimentatie optreedt ten opzichte van de huidige situatie. Figuur 7.4: Sedimenttransport V (boven) en dv/dx (onder) voor de Boven en Beneden Merwede 30

31 7.4 Afvoerverdeling Merwedekop Door de kering in de Beneden Merwede en de extra afvoer van de bypass verandert de afvoerverdeling van de Merwedekop, waar de Boven Merwede zich opsplitst in de Beneden Merwede en de Nieuwe Merwede, ook aanzienlijk. Figuur 7.5 geeft de afvoerverdeling weer voor de drie verschillende situaties, over dezelfde 5 daagse piek die ook in de vorige paragraaf gebruikt werd. Figuur 7.5: Afvoerverdeling Merwedekop, waarbij de verhouding van het debiet dat door de Nieuwe Merwede gaat en het debiet dat door de Beneden Merwede gaat, wordt weergegeven. Geconcludeerd kan worden dat de invloed op de afvoerverdeling groter wordt naarmate er een kleiner debiet door de Beneden Merwede wordt gelaten. Het debiet in de Boven Merwede neemt ook nog eens toe naarmate er meer water door de bypass stroomt. Deze sedimenttransportverdeling is gekoppeld aan een zekere afvoerverdeling volgens de onderstaande benadering (Wang et al., 1995), geijkt door Frings & Kleinhans (2008): Hierin is k een constante die uniek is voor elke splitsing, een die afhankelijk is van vele factoren zoals de gradering van sediment en de geometrie van de splitsing. Voor de Merwedekop, k=1.9. Verder geldt er dat W 1 = 340 m en W 2 = 180 m. (Frings en Kleinhans, 2008), zodat de formule in dit specifieke geval kan worden geschreven als: Met deze formule kan een grafiek (figuur 7.6) worden gemaakt voor de sediment- verdeling van de Merwedekop, gebruikmakend van het debietverhouding in figuur

32 Figuur 7.6: Sedimenttransportverdeling Merwedekop, waarbij net als in figuur 7.5 de verhouding van de waardes in Nieuwe Merwede en de Beneden Merwede wordt weergegeven Voor elke tijdstap kan opnieuw de sedimenttransportcapaciteit bepaald worden in de Boven Merwede zoals beschreven staat in paragraaf 7.3.1, maar nu volgende formule S = B m u n om ook de breedte van de riviertak mee te nemen. Voor m en n worden wederom respectievelijk de waarden en 5 aangenomen. Vervolgens wordt met behulp van figuur 7.6 de bijbehorende sedimenttransportcapaciteit in de Nieuwe Merwede en in de Beneden Merwede worden bepaald, waarbij de som van deze twee gelijk is aan de sedimenttransportcapaciteit in de Boven Merwede. Net als in paragraaf 7.3 wordt er nu over de tijdstappen worden gesommeerd om de totale zandvracht uit te rekenen. In tabel 7.1 staat weergegeven hoe de sedimenttransporten per tak er dan uit zien. Hierin staat BoMe voor Boven Merwede, NiMe voor Nieuwe Merwede en BeMe voor Beneden Merwede. Situatie Grootheid BoMe NiMe BeMe Huidig gemiddeld sedimenttransport S (m 3 /s) Totale zandvracht (m 3 ) over 5 dagen Totale zandvracht V (m 3 /m) per eenheid v. breedte over 5 dagen Met keringen, debiet 500 gemiddeld sedimenttransport S (m 3 /s) m 3 /s Totale zandvracht (m 3 ) over 5 dagen Totale zandvracht V (m 3 /m) per eenheid van breedte over 5 dagen Debiet keringen omhoog, gemiddeld sedimenttransport S (m 3 /s) verbreden NiMe Totale zandvracht (m 3 ) over 5 dagen Totale zandvracht V (m 3 /m) per eenheid van breedte over 5 dagen Tabel 7.1: Sedimenttransportcapaciteit van de Merwedekop 32

33 Gegeven deze sedimentverdeling treedt er dus exact het tegenovergestelde op ten opzichte van de situatie die beschreven is in de vorige paragraaf; wanneer er een kleiner debiet door de Beneden Merwede gaat en een groter deel via de Nieuwe Merwede zal er juist een grote hoeveelheid sediment door de Nieuwe Merwede aangevoerd worden, en er juist sedimentatie ontstaan wanneer de sedimenttransportcapaciteit niet voldoende is om de zandvracht te verwerken. 33

34 7.5 Sedimenttransport bij een toekomstige extreme situatie Tot slot is er gekeken naar het sedimenttransport voor de situatie waarin er een debiet optreedt van m 3 /s bij Lobith. Voor deze situatie zijn er sedimenttransporten berekend voor verschillende locaties in het systeem die van belang kunnen zijn. De berekeningen worden nu gedaan via Sobek. Hierbij wordt de sedimenttransportmodule van Sobek- RE aangeschakeld, echter zonder morfologische verandering uit te rekenen. Een voordeel hiervan is dat Sobek rekening houdt met een variabele waarde voor m in de transportformule die wordt beschreven in paragraaf 7.3.1, hetgeen bij een hoge afvoer een aanzienlijk verschil kan maken. Tevens wordt nu gewoon de hele golf meegenomen in de berekening, waar de transporten eerder werden bepaald tijdens de piek van de hoogwatergolf. Het gaat hier wederom om sedimenttransportcapaciteit, waarbij grote onzekerheid in de formules een over- of onderschatting kan geven. Dit leidt ook tot een over- of onderschatting van de snelheid van de bodemveranderingen. Net als in de bovenstaande situatie is het zinvol te kijken naar de situatie ten opzichte van de huidige situatie. Figuur 7.7: Sedimenttransportcapaciteit voor de situatie met m 3 /s 34

35 Te zien is dat de transportcapaciteit erg groot wordt voor de situatie met m 3 /s, in de orde van enkele m 3 /s. Dit ligt echter wel in de lijn der verwachting omdat het hier om een zeer extreme situatie gaat. Verder valt nog op dat de transportcapaciteit in de Waal voor de huidige situatie lager uitvalt dan in de situatie waarin het doorlaatdebiet van de keringen hoger is. Rede hiervoor kan zijn dat er een onnauwkeurigheid ontstaat in de sedimenttransportmodule van Sobek- RE, ook gezien het feit dat er zonder morfologische veranderingen wordt gerekend. Een mogelijkheid is ook dat de diepte door de verbredingen minder wordt en er toch een hoger debiet optreedt. Hierdoor kunnen de transporten hoger uitvallen. Ook valt op dat er in de situatie met keringen met een doorlaatdebiet van 500 m 3 /s de som van de transportcapaciteiten van de Nieuwe Merwede en de Beneden Merwede kleiner is dan de transportcapaciteit in de Boven Merwede. Dit zorgt voor erosie in de Nieuwe Merwede. In de huidige situatie en in de situatie waarbij de Nieuwe Merwede wordt verbreed is de transportcapaciteit in de Boven Merwede juist kleiner. 35

36 8. Discussie Omdat dit rapport vooral als verkenning kan worden gezien, zijn er een aantal discussiepunten en aanbevelingen die kunnen worden besproken. Zoals uit de conclusie blijkt, is zeker wat verder bovenstrooms de variant waarbij er delen van de Boven Merwede en de Nieuwe Merwede worden verruimd de beste oplossing. Het is echter geen reële oplossing om een rivier plaatselijk even twee keer zo breed te maken. Er is gebleken dat er bij het creëren van extra ruimte rond de Merwedekop wel een goede oplossing kan zijn, maar de exacte ingreep zal verder moeten worden onderzocht. Zo kan er bij rivierverruiming bijvoorbeeld ook worden gedacht aan extra ruimte voor de rivier die slechts bij een hoge afvoer wordt ingezet. De gekozen randvoorwaarden benedenstrooms zijn ook een belangrijk punt van discussie. De randvoorwaarden zijn gekozen als een getijde met een stormpiek. De keuze voor deze randvoorwaarden is vrij arbitrair, terwijl de randvoorwaarden benedenstrooms een grote invloed hebben op locaties die dichter bij de kust zijn gelegen. Bijlage C beschrijft een gevoeligheidsanalyse van de stormpiek die is opgenomen in de randvoorwaarde benedenstrooms, waaruit blijkt dat deze van grote invloed is. In een vervolgstudie zouden randvoorwaarden met meer precisie gekozen moeten worden. Daarnaast geldt natuurlijk ook voor de randvoorwaarden dat deze gekozen zijn voor het geval van een extreme situatie. De vraag is of het aanleggen van de bypass alleen zou moeten worden gebruikt voor deze extreme situatie waarvan de verwachting is dat deze maar eens per jaar voorkomt. Er kan voor worden gekozen om de bypass ook in minder extreme situaties mee te laten stromen. De morfologische veranderingen die in hoofdstuk 7 beschreven zijn, zijn afgeschat op basis van stroomsnelheden en sedimenttransporten die gevonden zijn met Sobek. Voor een beter beeld van de ingreep in de morfologie zou er met een morfologisch model gewerkt moeten worden. Nu kan er vooral geconcludeerd worden wat voor morfologische veranderingen er optreden, maar kan er nog weinig gezegd worden over de grootte van deze veranderingen. 36

37 9. Conclusies In dit onderzoek zijn de te verwachten rivierkundige effecten verkend van de afsluitbaar open Rijnmond, beperkt tot effecten bij grote rivierafvoeren, zowel ten aanzien van waterstanden als van morfologie. Deze studie bevestigt dat ook tijdens extreme rivierafvoeren de te beschermen locaties bij Rotterdam en Dordrecht moeilijk zijn te veranderen. Waterstanden worden hier namelijk vooral door zeestanden en zeespiegelstijging gedomineerd. Ondanks dat er geen ideale oplossing kan worden gekozen, waarbij de toetspeilen helemaal niet worden overschreden in de toekomstige situatie, is de meest veelbelovende oplossing de oplossing gebleken waarbij de Boven Merwede en een stuk van de Nieuwe Merwede worden verbreed, direct na het instromen van de bypass. Deze oplossing is rivierkundig erg ingrijpend, maar er kan wel geconcludeerd worden dat het ingrijpen in dit knelpunt zorgt voor een goede doorstroming van de bypass. Wel moet er bij lage afvoer maatregelen genomen worden om bevaarbaarheid en zoutindringing te controleren. De morfologische veranderingen zijn vooral erg groot bij de geplande keringen die ervoor moeten zorgen dat de hoogwaterafvoer wordt omgeleid. Bij de Merwedekop zorgt deze kering voor een complete verandering van de afvoerverdeling wanneer de hoeveelheid water die door de kering stroomt beperkt wordt. Het beste voor zowel de waterstanden bovenstrooms als voor de beperking van morfologische veranderingen is dan ook om zolang het mogelijk is de keringen niet te sluiten en bij het sluiten van de kering, zolang de veiligheid het toelaat, een zo groot mogelijk debiet door te laten. 37

38 10. Aanbevelingen Aan de hand van de resultaten van deze studie kunnen de volgende aanbevelingen worden gedaan. De meest veelbelovende oplossing dient verder te worden bekeken. 1) Deze variant, zoals die nu gemodelleerd is, is geen realistische oplossing aangezien het een nogal rigoureuze ingreep is in de Nieuwe en Boven Merwede. Aanbevolen wordt om te kijken naar een haalbare oplossing in deze regio. Op het moment loopt er al een project voor de Noordwaard om meer ruimte te creëren voor de rivier. Een mogelijkheid zou kunnen zijn om de nodige ingreep voor het inpassen van de bypass te integreren of te laten aansluiten bij dit project. 2a) Tevens is gebleken dat er rond dit punt een risico is dat er grote morfologische veranderingen optreden bij het realiseren van een bypass en een kering in de Beneden Merwede Omdat er in dit vooronderzoek niet met morfologische modellen naar de gevolgen is gekeken, dienen de daadwerkelijke morfologische veranderingen ook verder te worden onderzocht met een geschikt rekenmodel. 2b) Het risico van grote morfologische veranderingen zou ook kunnen worden beperkt door een combinatie van keringen en rivierverruimingen in te zetten. Een aanbeveling is om ook deze mogelijkheid te bestuderen. 3) Een derde aanbeveling is om te kijken naar de daadwerkelijke waterstanden op zee. De bescherming van Dordrecht en Rotterdam wordt niet alleen bepaald door het debiet dat door de aanliggende riviertakken stroomt, maar wordt voor een groot deel bepaald door de waterstanden die er op zee optreden. Er dient daarom te worden onderzocht welke waterstand en er op zee zouden kunnen optreden en, net als in de studie van HKV, ook naar de invloed van die verschillende waterstanden op zee te worden gekeken, waarbij de bovenstroomse randvoorwaarden niet worden genegeerd. 4) Bij het realiseren van een oplossing is het noodzakelijk dat er wordt gekeken naar interactie met andere plannen. De afsluitbaar open Rijnmond is slechts een van de 12 aanbevelingen van de deltacommissie; het integreren van de oplossing in andere plannen is zeer belangrijk. Ook het plan om het Volkerak in te zetten als extra berging dient nader te worden onderzocht. 5) Naast het nauwkeuriger in kaart brengen van de morfologische veranderingen, zoals vermeld staat in de tweede aanbeveling, is het ook belangrijk dat er gekeken wordt naar de morfologische veranderingen op de lange termijn, zodat niet alleen de effecten van de hoogwatersituatie worden meegenomen. 38

39 Literatuur - Bos, M. (2009), BSc Eindwerk: Nieuwe Lek, Inpassing van de Nieuwe Lek, TU Delft - Deltacommissie (2008) Samen werken met water: Bevindingen van de deltacommissie, - Frings, R.M. and Kleinhans, M.G. (2008), Complex variations in sediment transport at three large river bifurcations during discharge waves in the river Rhine, Utrecht University - Hewlett, H.W.M. et al. (1985), Reinforcement of steeped grassed waterways, CIRIA report Ministerie van verkeer en waterstaat (2007), Hydraulische Randvoorwaarden primaire waterkeringen voor de derde toetsronde , HR Projectbureau Noordwaard (2007), Ontwerpvisie Noordwaard, - Tele Atlas (2010), Kaartgegevens Google Maps Nederland, - Wang, Z.B., De Vries, M., Fokkink, R.I. and Langerak, A. (1995) Stability of river bifurcations in 1D morphodynamic models, J. Hydraul. Res. 39

40 Appendix A: Dimensies Bypass De bypass zoals deze in het kopje randvoorwaarden gedefinieerd is, is overgenomen uit het BSc eindwerk van Matthijs Bos (zie Bos, 2009). Bij de start van het onderzoek is het model allereerst enigszins afgetast door enkele grootheden van de bypass te variëren en te kijken wat er gebeurt. De ruwheid van de bypass is belangrijk voor de waterstand bovenstrooms van de bypass. In de Lek gaat de waterstand bovenstrooms van de aftakking van de bypass omhoog. Ook geeft een lagere wrijvingscoëfficiënt een kleinere verhoging van de waterstand dan wanneer de bypass ruwer wordt gedimensioneerd. In figuur A.1 staan de huidige situatie (zonder bypass) de situatie met een bypass met een Manning- ruwheid en een bypass met een Chezy- ruwheid. Benedenstrooms heeft de wrijvingscoëfficiënt van de bypass geen invloed op de waterstand. Figuur A.1: De waterstand in de Lek bij verschillende ruwheden voor de bypass 40

41 Appendix B: Randvoorwaarden B.1 Bovenstroomse randvoorwaarden B.1.1 Huidige rivierafvoer bij extreme situatie Voor het vooronderzoek wordt er gebruikgemaakt van de huidige situatie bij extreme rivierafvoer. Het gaat hier om een hoogwatergolf met een piekafvoer van m 3 /s bij Lobith, hetgeen zich vertolkt in de volgende golven op de drie bovenstroomse randen van het Sobek- model Lith, Hagestein en Tiel. Figuur C.1: Bovenstroomse randvoorwaarden bij een piekafvoer van m 3 /s bij Lobith B.1.2 Toekomstige rivierafvoer bij extreme situatie Voor het hoofdonderzoek wordt er gebruikgemaakt van de toekomstige situatie bij extreme rivierafvoer. Het gaat hier om een hoogwatergolf met een piekafvoer van m 3 /s bij Lobith, hetgeen zich vertolkt in de volgende golven op de drie bovenstroomse randen van het Sobek- model Lith, Hagestein en Tiel. 41

42 Figuur B.2: Bovenstroomse randvoorwaarden bij een piekafvoer van m 3 /s bij Lobith B.1.3 Jaarlijkse piekafvoer Voor het onderzoeken van morfologische gevolgen wordt er gebruikgemaakt van de jaarlijkse piekafvoer. Het gaat hier om een hoogwatergolf met een piekafvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith, hetgeen zich vertolkt in de volgende golven op de drie bovenstroomse randen van het Sobek- model Lith, Hagestein en Tiel. 42

43 Figuur B.3: Bovenstroomse randvoorwaarden bij een piekafvoer van 6000 m 3 /s bij Lobith 43

44 B.2 Benedenstroomse randvoorwaarden B.2.1 Huidige situatie Er zijn 2 verschillende benedenstroomse randvoorwaarden opgelegd op drie verschillende locaties in het model. In het model heeft Harinvliet heeft twee taken die in de zee uitmonden, zodanig dicht bij elkaar dat deze beide dezelfde randvoorwaarde kennen, en de Maasmond zit ook een benedenstroomse randvoorwaarde. Beide randvoorwaarden representeren en getijdegolf die optreedt bij een normaal zeespiegelniveau, waarin eens in de 10 dagen een stormpiek is opgenomen. Ten tijde van deze stormpiek is de waterstand op zee hoger dan normaal (zie appendix C). Figuur B.4 Benedenstroomse randvoorwaarden bij het Haringvliet (boven) en de Maasmond (onder) in de huidige situatie. 44

45 B.2.2 Toekomstige situatie De toekomstige situatie heeft in het model benedenstroomse randvoorwaarden die identiek zijn aan die in de huidige situatie, alleen dan voor een gemiddelde zeespiegel die een meter hoger ligt dan in de huidige situatie. De amplitude van het getij en de grootte van de stormpiek zijn gelijkgehouden. Figuur B.5: Benedenstroomse randvoorwaarden bij het Haringvliet (boven) en de Maasmond (onder) in de toekomstige situatie. 45