RAPPORTAGE "Baseline en WAQUA Schoonhovense veer Langerak"

Transcriptie

1 2014 RAPPORTAGE "Baseline en WAQUA Schoonhovense veer Langerak" Acima

2 Documentstatus: Project: Deelproject: Opdrachtgever : Definitief Dijkverbetering Schoonhovenseveer Langerak Baseline en WAQUA Schoonhovense veer Langerak Movares Datum: 28 juli 2014 Naam Paraaf Datum Auteur C H Michels (Acima) Review DG Meijer (RiQuest)

3 INHOUD 1 Inleiding 1 11 Opdrachtomschrijving Aanvullen erosiegeul en aanbrengen bodemverdediging De verhoging van de Veersedijk 2 12 Uitgangspunten 3 2 Aanpak 5 21 Schematisatie actualisatie zomerbed 5 22 Aanvullen erosiegeul en aanbrengen afdeklaag 8 23 Overzicht Baseline maatregelen en modellen 10 3 Simulaties Hydraulische randvoorwaarden Reproductie pkb_3_ Resultaten Variant 0 (autonome bodemontwikkeling in ingreepgebied) Variant 1 (projectontwerp) 17 Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 WAQUA figuren variant 0 tov referentie WAQUA figuren variant 1 tov referentie WAQUA figuren variant 0 tov variant 0 Absolute stroomsnelheid variant 0 en variant 1 FIGURENLIJST Figuur 1 1 Erosiegeul voor opvulling en contour bodemverdediging (De Vries & Van de Wiel, 2014) 1 Figuur 1 2 Bodemhoogtemodel pkb_3_4 Veersedijk 2 Figuur 2 1 Baseline bodemhoogte referentie situatie (pkb_3_4) 5 Figuur 2 2 Baseline gegevens referentiesituatie (pkb_3_4) 6 Figuur 2 3 Bodemhoogteverschil tussen variant 0 en referentie in Baseline 7 Figuur 2 4 Baseline bodemhoogte model variant 0 7 Figuur 2 5 Contour en zomerbedhoogtepunten maatregel variant 1 8 Figuur 2 6 Bodemhoogteverschil tussen variant 1 en variant 0 in Baseline 9 Figuur 2 7 Baseline bodemhoogtemodel variant 1 9 Figuur 3 1 Qh relatie Ketelmeer gebaseerd op HR Figuur 3 2 Grafiek reproductie 16i met geleverde waterstanden in Excel 12 Figuur 3 3 Verschilplot waterstanden reproductie 16i en aangeleverde SDS laatste tijdstap 13 Figuur 3 4 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: Bovenrijn Waal 13 Figuur 3 5 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: Pan Kan Nederrijn Lek 14 Figuur 3 6 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: IJssel 14 Figuur 4 1 Waterstandverschil variant 0 tov referentie 16 Figuur 4 2 Waterstandverschil variant 1 tov referentie 17 JULI 2014

4 TABELLIJST Tabel 2 1 Verschilpunten in zomerbed tussen referentie en variant 0 (actualisatie) 6 Tabel 2 2 Overzicht van naamgeving Baseline 3 maatregelen 10 Tabel 2 3 Overzicht van naamgeving Baseline 3 modellen 10 Tabel 3 1 Hydraulische randvoorwaarden permanentie m 3 /s pkb_3_4 11 Tabel 3 2 Beleidsmatige afvoerverdeling Rijntakken bij m 3 /s 11 JULI 2014

5 1 INLEIDING Het project Dijkversterking Schoonhovenseveer Langerak bevat onder andere de volgende ingrepen: de verhoging van de Veersedijk ten noordwesten van Nieuwpoort (rkm 970,3 971,3), de opvulling van de erosiegeul en het aanbrengen van een bodemverdediging (rkm 966,65 967,35) De voorgenomen ingrepen worden getoetst op hydraulische en morfologische effecten, omdat de overige ingrepen geen hydraulische en morfologische effecten kunnen hebben Het bevoegd gezag in deze kwestie is Rijkswaterstaat Oost Nederland, binnen wiens beheergebied de ingrepen vallen Voor ruimtelijke ingrepen binnen het juridisch winterbed geldt normaal gesproken een vergunningsplicht in het kader van de Waterwet (of de plicht tot het opstellen van een Projectplan Waterwet) Hiervoor gelden criteria die zijn vastgelegd in het Rivierkundig Beoordelingskader (RWS, 2014) Het belangrijkste beoordelingscriterium luidt, dat de ingrepen bij MHW (maatgevend hoogwater) geen waterstandverhogende effecten mogen hebben Voor dit project geldt deze verplichting niet, omdat de ingrepen als onderhoudswerken worden beschouwd Met het bevoegd gezag is afgesproken dat de modelsimulaties de procedures van het Rivierkundig Beoordelingskader wel volgen, maar uitsluitend ten behoeve van een effectbeschrijving Deze rapportage handelt over de geometrische en hydraulische onderbouwing van deze twee ingrepen 11 OPDRACHTOMSCHRIJVING 111 AANVULLEN EROSIEGEUL EN AANBRENGEN BODEMVERDEDIGING De erosiegeul is in Figuur 1 1 weergegeven (peiling 2013) De opvulling vindt plaats tot een hoogte van NAP 6,5 m, waarvan de contour in de figuur is afgebeeld Daaroverheen wordt een bodemverdediging gelegd die aan de noordzijde een 10 m ruimere contour heeft en aan de zuidzijde bovendien door de kribvakken heen tot aan de dijk doorgezet wordt Deze bodembescherming bestaat uit een laag van gemiddeld 0,50 m dikte Ter plaatse van de opvulling komt de bodemhoogte zodoende op NAP 6,0 m uit De bodembescherming bestaat uit staalslakken (D 50 = 0,10 m) Figuur 1 1 Erosiegeul voor opvulling en contour bodemverdediging (De Vries & Van de Wiel, 2014) Dit deelproject wordt uitgevoerd in opdracht van Movares JULI

6 Het doel van deze opdracht is het toetsen van de opvulling van de erosiegeul en het aanbrengen van een bodemverdediging (rkm 966,6 967,3) Activiteiten: geometrie: hydraulica: analyse: verwerken van het ontwerp tot een nieuw Baseline en WAQUA model; uitvoeren van WAQUA modelsimulaties; nabewerking van de resultaten en rapportage Producten: 1) Baseline maatregel met de actualisatie van het zomerbed ter hoogte van de erosiegeul; 2) Baseline maatregel met de opvulling van de erosiegeul en het aanbrengen van een bodemverdediging; 3) Baseline schematisatie van de referentie met daarin de actualisatiemaatregel, variant 0 genaamd (bodemhoogte uit 2013 op het traject rkm 966,65 967,35); 4) Baseline schematisatie van variant 0 met daarin de maatregel opvulling van de erosiegeul en het aanbrengen van een bodemverdediging, variant 1 genaamd; 5) WAQUA schematisaties afgeleid van punten 3 en 4; 6) WAQUA simulaties met een stationaire afvoer van m 3 /s bij Lobith; 7) Rapportage met beschrijving van de gehanteerde werkwijze en meta informatie 112 DE VERHOGING VAN DE VEERSEDIJK Het versteilen van de talud van de bandijk, waardoor het stroomvoerend profiel smaller wordt, is niet in Baseline te realiseren daar het talud van de dijk niet in de referentie schematisatie is opgenomen, zie Figuur 1 2 Om deze reden is de verhoging van de dijk binnen de hydraulische berekeningen buiten beschouwing gelaten Figuur 1 2 Bodemhoogtemodel pkb_3_4 Veersedijk 2 JULI 2014

7 12 UITGANGSPUNTEN De uitgangspunten voor het project zijn als volgt: Referentiesituatie simona_rijn_pkb_3_4 met rooster rijn40m_41rgf; BASELINE versie 331 PKB; WAQUA versie ; WAQUA simulatie is een permanentie van m 3 /s bij Lobith met beleidsmatige afvoerverdeling (3380 m 3 /s op Nederrijn Lek) De referentiesituatie simona_rijn_pkb_3_4 voor het ontwerp bevat een bodemhoogte uit 1997 Als eerste tussenstap wordt over een afstand van 1 km de bodem geactualiseerd tot de situatie 2013 (variant 0) Deze variant beschrijft de autonome bodemontwikkeling die in deze periode heeft plaatsgevonden Vervolgens wordt hierin het projectontwerp (variant 1) aangebracht, dat aan de referentiesituatie wordt getoetst Dit betekent dat de ingreep inclusief autonome bodemontwikkeling over de lengte van de maatregel wordt getoetst JULI

8 4 JULI 2014

9 2 AANPAK De gevolgde methodiek voor de actualisatie van het zomerbed staat beschreven in paragraaf 21 en de bodemaanpassingen voor het aanvullen van de erosiegeul en het aanbrengen van de afdeklaag staan behandeld in paragraaf SCHEMATISATIE ACTUALISATIE ZOMERBED Ter actualisatie van de zomerbedhoogte van referentie schematisatie pkb_3_4 is een bestand aangeleverd met de naam " Samengesteld Bestekspeiling + Lek 2013_02 1x1 ASCII XYZasc" Dit bestand kent punten in een raster met een resolutie van 1 m x 1 m (zie Figuur 1 1) De dataresolutie van het Baseline model is lager Zomerbedhoogtepunten zijn in Baseline 3 modellen geschematiseerd als punten in een raster van 10 m x 10 m Een contour van het te actualiseren gebied en de bodemhoogte van pkb_3_4 is opgenomen in Figuur 2 1 De gegevens die zijn gebruikt voor het maken van de Baselinemaatregel met de actualisatie is weergegeven in Figuur 2 2 Figuur 2 1 Baseline bodemhoogte referentie situatie (pkb_3_4) Om de actualisatie op eenduidige wijze te verwerken zijn de punten met een gewogen gemiddelde omgezet naar 10 m x 10 m Hierbij is het van belang om de punten op dezelfde locatie neer te leggen als in de referentie om binnen de effectbepaling geen ruis te hebben van een gewijzigde interpolatie Binnen de contour van de ingreep bevinden zich in de referentie 1299 zomerbed hoogte punten en 16 oeverhoogte zomerbed punten Deze punten zijn middels de Baseline ingreep verwijderd Ter actualisatie zijn de punten geselecteerd die binnen de contour en tussen de oeverlijnen van de referentie zijn gelegen De enige uitzondering hierop vormt het meest oostelijke kribvak Op deze locatie zijn punten toegevoegd voorbij de oeverlijn, omdat deze niet correct is geschematiseerd Alle punten die op een afstand van 2 meter van hoogtelijnen en 5 meter van kribben zijn verwijderd uit de Baseline JULI

10 maatregel Op deze wijze zijn 1589 zomerbedpunten in de actualisatie toegevoegd De toename van punten is te wijten aan de zuidelijke kribvakken die in de actualisatie nauwkeuriger zijn beschreven dan in de referentie situatie In Tabel 2 1 en Figuur 2 3 zijn de verschillen van variant 0 ten opzichte van de referentie situatie in tabelvorm en afbeelding opgenomen De punten in de actualisatiemaatregel zijn middels het programma Bascon met tienden van mm verplaatst om een unieke interpolatie in het bodemhoogte model te waarborgen Figuur 2 2 Baseline gegevens referentiesituatie (pkb_3_4) Kenmerk Referentie Variant 0 Aantal punten Minimumwaarde [m] 10,14 10,11 Maximumwaarde [m] 2,03 0,76 Gemiddelde waarde [m] 4,91 4,35 Tabel 2 1 Verschilpunten in zomerbed tussen referentie en variant 0 (actualisatie) 6 JULI 2014

11 Figuur 2 3 Bodemhoogteverschil tussen variant 0 en referentie in Baseline Figuur 2 4 Baseline bodemhoogte model variant 0 JULI

12 22 AANVULLEN EROSIEGEUL EN AANBRENGEN AFDEKLAAG Ter schematisatie van het aanvullen van de erosie geul zijn alle punten binnen de contour van de geul geselecteerd Het aantal bedraagt 526 stuks en zijn overgenomen uit variant 0 Binnen de contour zijn alle waarden lager dan 6,5 m NAP verhoogd tot 6,5 m NAP Vervolgens zijn voor de schematisatie van de afdeklaag alle punten binnen de contour verhoogd met 0,5 meter Daardoor is de minimale waarde 6 m NAP binnen de maatregel Afbeeldingen zijn opgenomen in Figuur 2 5, Figuur 2 6 en Figuur 2 7 Figuur 2 5 Contour en zomerbedhoogtepunten maatregel variant 1 8 JULI 2014

13 Figuur 2 6 Bodemhoogteverschil tussen variant 1 en variant 0 in Baseline Figuur 2 7 Baseline bodemhoogtemodel variant 1 JULI

14 23 OVERZICHT BASELINE MAATREGELEN EN MODELLEN Voor dit project zijn verschillende Baseline maatregelen in protocol gebouwd De Baseline 3 maatregelen zijn gebaseerd op pkb_3_4 Een overzicht van de maatregelen en modellen is opgenomen in Tabel 2 2 en Tabel 2 3 Ingreep Actualisatie zomerbed rkm 966,65 967,35 Aanvullen erosiegeul en aanbrengen afdeklaag Tabel 2 2 Overzicht van naamgeving Baseline 3 maatregelen Maatregelnaam le_sla_var0 le_sla_var1 Baseline model Basismodel Ingemixte maatregelen pkb_3_4 (referentie) nvt nvt pkb34_sla_var0 pkb_3_4 le_sla_var0 pkb34_sla_var1 pkb_3_4 le_sla_var0 le_sla_var1 Tabel 2 3 Overzicht van naamgeving Baseline 3 modellen 10 JULI 2014

15 3 SIMULATIES Alvorens de simulatie van het ontwerp te maken is de referentiesituatie simona_pkb_3_4 gereproduceerd De hydraulische randvoorwaarden voor alle simulaties staan in paragraaf 31 De reproductie van pkb_3_4 is beschreven in paragraaf HYDRAULISCHE RANDVOORWAARDEN De hydraulische randvoorwaarden zijn de gegevens die het water beschrijven in WAQUA De afvoer is m 3 /s stationair bij Lobith In Tabel 3 1 zijn de randen en laterale toestromingen omschreven In Figuur 3 1 is de grafiek opgenomen van Qh relatie op het Ketelmeer In Tabel 3 2 zijn de afvoeren gegeven over de Rijntakken met een beleidsmatige afvoerverdeling bij een afvoer van m 3 /s bij Lobith De afboer wordt kunstmatig gestuurd middel fictieve stuwen Randen Type Waarde Emmerich (Bovenrijn) afvoer m 3 /s Werkendam (Waal) waterstand 4,28 m NAP Krimpen a/d Lek (Lek) waterstand 1,54 m NAP Ketelmeer (IJssel) Q h relatie HR2001 (zie Figuur 3 1) Laterale toestroming (Rijntakken) afvoer HR2001 Tabel 3 1 Hydraulische randvoorwaarden permanentie m 3 /s pkb_3_4 05 Q h relatie Ketelmeer Waterstand [m NAP] Afvoer [m3/s] Figuur 3 1 Qh relatie Ketelmeer gebaseerd op HR2001 Randen Afvoer [m 3 /s] Bovenrijn Waal Pannerdensch Kanaal 5835 Nederrijn Lek 3380 IJssel 2461 Tabel 3 2 Beleidsmatige afvoerverdeling Rijntakken bij m 3 /s JULI

16 32 REPRODUCTIE PKB_3_4 De schematisatie simona_rijn_pkb_3_4 bevat zowel het Baseline als het WAQUA model voor de referentie Allereerst is de WAQUA berekening met extensie 16i opnieuw gemaakt om verschillen ten gevolge van het toegepaste rekencluster in kaart te brengen Hierbij is het aangeleverde WAQUA model met de hydraulische randvoorwaarden gebruikt De aangeleverde Excelsheet met naam " resultaten xls" bevat enkel waterstanden op de gehele rivierkilometers, terwijl de WAQUAuitvoer hectometerpunten bevat Het verschil in waterstanden op de gehele rivierkilometers wordt getoond in grafieken in Figuur 3 2 Op elke tak springt rkm 935 eruit Dit is te wijten aan een verkeerde uitvoerlocatie in de geleverde SDS file Benedenstrooms op de Lek en IJssel zit ook een verschil De oorzaak hiervan is niet nader onderzocht Waterstandverschil [m] WA Rivierkilometer Waterstandverschil [m] PK NR LE Rivierkilometer 003 IJ Waterstandverschil [m] Rivierkilometer Figuur 3 2 Grafiek reproductie 16i met geleverde waterstanden in Excel Om de reproductieberekeningen te verifiëren is een verschilplot gemaakt van de waterstanden van de laatste tijdstap binnen de simulatie Een afbeelding daarvan is weergegeven in Figuur 3 3 Verschilplot waterstanden reproductie 16i en aangeleverde SDS laatste tijdstap Deze toont op Lek en IJssel numerieke instabiliteiten Normaliter uitvoer van 25 laatste waarden om numerieke instabiliteiten te middelen Wanneer de waarden van deze waterstandvelden op de hectometerpunten wordt uitgevoerd en vervolgens in een grafiek worden gezet, dan toont enkel de IJssel benedenstrooms afwijkingen groter dan 1 cm De grafieken voor de drie Rijntakken zijn opgenomen in Figuur 3 4 Figuur 3 5 en Figuur 3 6 Deze zijn lokaal van aard en niet binnen het interessegebied gelegen van dit project 12 JULI 2014

17 Figuur 3 3 Verschilplot waterstanden reproductie 16i en aangeleverde SDS laatste tijdstap 20 Bovenrijn Waal Absolute waterstand [m NAP] Waterstand verschil [m] Rivierkilometer repro repro ref Figuur 3 4 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: Bovenrijn Waal JULI

18 17 Pannerdensch Kanaal Nederrijn Lek Absolute waterstand [m NAP] Waterstand verschil [m] Rivierkilometer repro repro ref Figuur 3 5 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: Pan Kan Nederrijn Lek 16 IJssel Absolute waterstand [m NAP] Waterstand verschil [m] Rivierkilometer repro repro ref Figuur 3 6 Grafiek waterstandverschil repro tov geleverde SDS file: IJssel 14 JULI 2014

19 4 RESULTATEN Dit hoofdstuk handelt over de simulaties in WAQUA van de varianten Paragraaf 41 behandelt variant 0 (de autonome bodemontwikkeling van 1997 tot 2013), paragraaf 42 gaat over variant 1 (het projectontwerp) De grafieken met waterstandverschillen in dit hoofdstuk behandelen enkel de Nederrijn Lek 41 VARIANT 0 (AUTONOME BODEMONTWIKKELING IN INGREEPGEBIED) Na de simulatie van variant 0 blijkt dat op de takken Waal en Nederrijn Lek een stuwkromme ontstaat Het verschil ten opzichte van de reproductie van 16i is op de Waal 2 cm ter hoogte van rkm 960,5 en 5 cm op de Lek ter hoogte van rkm 988,5 De oorzaak ligt in lokale bodemverschillen die zich ook op de benedenrand van het model bevinden De verschillen zijn zeer lokaal en niet in één figuur duidelijk te visualiseren Het minimum bedraagt 3,67 en het maximum 7,14 meter in bodemhoogte ten opzichte van de reproductie Waarschijnlijk zijn de verschillen veroorzaakt door het gebruikt van een ander WAQUA rooster De oorzaak ligt waarschijnlijk in de afronding van het rooster Op de DVD is met wetenschappelijke notatie in het rooster gerekend (geconverteerd met Baseline 4), terwijl het rooster nu 2 decimalen achter de komma bevat Om een correct effect van de ingrepen te maken is de bodemhoogte van de referentie situatie opnieuw geconverteerd naar WAQUA Deze berekening heeft de extensie 16i_a Ten opzichte van 16i_a is het effect van de actualisatie ingreep in kaart gebracht De volgende simulaties zijn uitgevoerd: 16i (reproductie pkb_3_4) 16i_a (reproductie pkb_3_4 met opnieuw conversie van bodemhoogte naar WAQUA) 16i_var0 (variant 0: actualisatie) 16i_var1 (variant 1: opvullen erosiegeul met afdeklaag) JULI

20 In Figuur 4 1 is de grafiek opgenomen met het waterstandeffect op de rivieras Het minimaal waterstandverlagend effect bevindt zich op rkm 967 en is 6,1 mm groot Het maximaal waterstandverhogend effect van variant 0 ligt op rkm 966,7 en is 1,3 mm groot Hier bevinden zich enkele uitschieters op de hectometerpunten, die aan numerieke effecten worden toegeschreven Wanneer die buiten beschouwing blijven is het waterstandverlagend effect 2,4 mm en het waterstandverhogend (benedenstrooms) effect nagenoeg nihil Volgens de Waterwet mag het waterstandverhogend effect niet meer dan 1 mm bedragen Dat is hier niet aan de orde Bovendien representeert de variant 0 een autonome ontwikkeling, die al een feit is over een kilometer lengte Bij rkm 892 bevindt zich een waterstandsverschil ver buiten het interessegebied Hier bevindt zich geen ingreep Het effect kan worden genegeerd De verschilplaatjes van variant 0 ten opzichte van de referentie uit WAQUA staan in bijlage 1 17 Pannerdensch Kanaal Nederrijn Lek Absolute waterstand [m NAP] Waterstand verschil [m] Rivierkilometer repro_a var0 var0 repro Figuur 4 1 Waterstandverschil variant 0 tov referentie 16 JULI 2014

21 42 VARIANT 1 (PROJECTONTWERP) Bij variant 1 is het minimaal waterstandverlagend effect op rkm 967 8,2 mm groot en bedraagt het maximaal waterstandverhogend effect 9,7 mm op rkm 966,7 Hier bevinden zich enkele uitschieters op de hectometerpunten, die aan numerieke effecten worden toegeschreven Wanneer die buiten beschouwing blijven is het waterstandverhogend effect 5,2 mm en het waterstandverlagend (benedenstrooms) effect ongeveer een millimeter Het waterstandverhogend effect is groter dan 1 mm op de rivieras en zou daarmee strikt genomen niet aan de Waterwet voldoen Binnen de ingreepcontour en de ontwerpspecificaties van de opdrachtomschrijving zijn er echter geen mogelijkheden tot optimalisatie en is dit de effectbeschrijving van de ingreep, die tot onderhoudswerk wordt gerekend In Figuur 4 2 is de grafiek opgenomen De verschilplaatjes vanuit WAQUA ten opzichte van de referentie staan in bijlage 2 De verschilplaatjes ten opzichte van variant 0 staan in bijlage 3 In bijlage 4 zijn figuren weergegeven met de absolute stroomsnelheid in variant 0 en variant 1 17 Pannerdensch Kanaal Nederrijn Lek Absolute waterstand [m NAP] Waterstand verschil [m] Rivierkilometer repro_a var0 var0 repro Figuur 4 2 Waterstandverschil variant 1 tov referentie JULI

22

23 BIJLAGE 1 WAQUA FIGUREN VARIANT 0 TOV REFERENTIE

24

25 BIJLAGE 2 WAQUA FIGUREN VARIANT 1 TOV REFERENTIE

26

27 BIJLAGE 3 WAQUA FIGUREN VARIANT 0 TOV VARIANT 0

28

29 BIJLAGE 4 ABSOLUTE STROOMSNELHEID VARIANT 0 EN VARIANT 1