Afvoer peilgebied 27-A (Ridderkerk) Modellering watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard IJS-WAB-0219 / IJS-WAB-0217

Transcriptie

1 Afvoer peilgebied 27-A (Ridderkerk) Modellering watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard IJS-WAB-0219 / IJS-WAB februari 2011 Afdeling Planvorming Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 1

2 I N H O U D 1 Inleiding Onderzoeksvragen Werkwijze Modelbeschrijving Historie Berekening maart Aanpassing van het model aan de praktijksituatie IJking van het model Toetsing van het bestaande watersysteem Conclusies Aanbevelingen Waterschap Hollandse Delta

3 1 INLEIDING De gemeente Ridderkerk en waterschap Hollandse Delta hebben in "Waterplan 2 Ridderkerk" maatregelen geformuleerd om de waterafvoer van peilgebied 27-A te verbeteren en de hoeveelheid waterberging in het peilgebied te vergroten. Gemeente en waterschap stellen gezamenlijk geld beschikbaar om het watersysteem te optimaliseren. Om nut en noodzaak van de voorgestelde investeringen te kunnen onderbouwen zijn de effecten van de maatregelen op het watersysteem met een computermodel onderzocht. Naar aanleiding van een inspraakreactie bij de behandeling van het peilbesluit IJsselmonde-Oost heeft de commissie water van waterschap Hollandse Delta in haar vergadering van over de afvoer van peilgebied 27-A gesproken. De heemraad Waterhuishouding heeft voorgesteld om de bestaande modellering nogmaals te toetsen aan de praktijksituatie. De directieraad heeft vervolgens op opdracht gegeven voor het uitvoeren van een vervolgstudie en op het bijbehorende projectmandaat vastgesteld. Voorliggende rapportage bevat de resultaten van de vervolgstudie, waarin het computermodel is aangepast aan de praktijksituatie en de effecten van enkele stuwen en bruggen op de afvoer van water verder zijn geanalyseerd. 2 ONDERZOEKSVRAGEN Voor het uitvoeren van het vervolgonderzoek wordt het model van DHV gebruikt, waarbinnen specifieke knelpunten (bruggen, stuwen) nader worden geanalyseerd. Daarmee kunnen de volgende vragen worden beantwoord: 1. In hoeverre bevat het model adequate leggerafmetingen van hoofdwaterlopen? 2. Hoeveel opstuwing veroorzaken de verzakte landbouwbruggen langs de Kruisweg en welke gevolgen heeft dat voor de afvoer van water? 3. In het peilgebied 27-A staan 2 "doorspoelstuwen" die een gecontroleerde afvoer van overstortwater uit het stedelijk gebied regelen. In hoeverre belemmeren deze stuwen de afvoer bij hevige neerslag als ze gestreken zijn? 4. Wat is het totale verhang in het peilgebied in zowel een situatie met de doorspoelstuwen gestreken als een situatie met de doorspoelstuwen omhoog? 5. Nabij de Oudelandseweg te Ridderkerk is onduidelijkheid over een duikerverbinding tussen 2 hoofdwatergangen (29555DU). Wat is het effect van deze duiker op de afvoer? In Waterplan 2 Ridderkerk is opgenomen om deze verbinding te vergroten. Welke afmetingen moet deze verbinding krijgen om de afvoer voldoende te kunnen garanderen? 3 WERKWIJZE Tijdens de detailstudie zijn achtereenvolgens de volgende stappen doorlopen: - Controle van het computermodel van DHV aan de hand van leggerprofielen van stuwen, duikers, bruggen en watergangen; - Inmeting van ontbrekende afmetingen van stuwen, duikers, bruggen en watergangen en waar nodig controle van bekende gegevens; - Aanpassing van het computermodel aan de praktijksituatie op basis van veldmetingen; - Dynamische modelberekening (simulatie van de periode juli - augustus 2010) en ijking van het model; - Stationaire berekening met ontwerpbui (13,5 mm/dag) en toetsing van het watersysteem aan de geldende normen en richtlijnen; - Uitvoeren van scenarioberekeningen om de onderzoeksvragen te beantwoorden. Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 3

4 4 MODELBESCHRIJVING 4.1 Historie Het watersysteem van de gehele bebouwde kom van Ridderkerk is gemodelleerd in het hydrodynamische model SOBEK (modules RR, CF en SF). De gemodelleerde watergangen zijn aangegeven in figuur 1. Het gebruikte model is eind jaren '90 opgezet vanwege waterplan I. In de toenmalige versie van SOBEK konden bruggen, stuwen en duikers nog niet gemodelleerd worden op de manier zoals dat nu kan. Daarom is destijds voor veel duikers een "truc" toegepast, waarmee ze als lijnelement, afkomstig uit de rioleringsmodule, gemodelleerd zijn. In 2003 is het landelijk gebied aan het model toegevoegd. In de loop van de tijd zijn de gegevens van veel stuwen, duikers en bruggen in het model geactualiseerd als er specifieke vragen speelden rondom het betreffende object. De gebruikte data was zoveel mogelijk afkomstig uit de legger van het voormalig waterschap IJsselmonde. Figuur 1. Watergangen in het SOBEK-model. 4.2 Berekening maart 2010 De gemeente Ridderkerk en het waterschap hebben ingenieursbureau DHV in het voorjaar van 2010 gevraagd een computermodel op te zetten om het watersysteem te toetsen aan de geldende normen. Voor deze toetsing is het model gebruikt zoals dat op dat moment beschikbaar was. Afmetingen van stuwen, duikers en bruggen zijn afgeleid van informatie uit de legger en als die niet beschikbaar was, vanuit de oude modellering. De modelresultaten die worden beschreven in het rapport van DHV zijn dus gebaseerd op een theoretische maatvoering van het watersysteem. De rapportage van dat onderzoek is op 30 maart 2010 opgeleverd. Geconcludeerd is dat het oppervlaktewatersysteem voldoet aan de hydraulische ontwerpnormen. 4 Waterschap Hollandse Delta

5 4.3 Aanpassing van het model aan de praktijksituatie Bewoners van de Kerkweg in Ridderkerk hebben vanwege wateroverlastproblemen vragen gesteld over de afvoer van peilgebied 27-A. Daarom is besloten om het afvoertraject tussen de Kerkweg en het gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard (zie figuur 2) nauwkeuriger te modelleren en het model zo gedetailleerd mogelijk aan te passen aan de praktijksituatie. Om met een computermodel gedetailleerd onderzoek naar het watersysteem te kunnen uitvoeren, zijn exacte en nauwkeurige gegevens over de dimensionering van het watersysteem nodig. Tussen de Kerkweg en het gemaal zijn daarom in de periode oktober februari 2011 alle duikers en bruggen opnieuw in kaart gebracht. Ook alle stuwen in de bebouwde kom van Ridderkerk zijn ingemeten. In totaal ging het om 45 bruggen, 49 duikers en 46 stuwen. De hoogte van 6 peilschalen is gecontroleerd en van een aantal hoofdwatergangen zijn de nu aanwezige profielen bepaald. De geactualiseerde gegevens zijn -voor zover van belang- in het model ingevoerd. Gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard ### nazoeken lange duiker van kerkweg naar vondellaan! Kerkweg Figuur 2. Detaillering van de afvoerroute Kerkweg -> gemaal (geel). Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 5

6 5 IJKING VAN HET MODEL Een computermodel berekent nooit exact de werkelijke situatie, maar kan deze wel zo goed mogelijk benaderen. Om een inschatting te maken van de betrouwbaarheid van het model worden de berekeningsresultaten in een bepaalde periode vergeleken met praktijkmetingen. Als het model betrouwbaar genoeg is, kunnen vervolgens scenarioberekeningen worden uitgevoerd. De hoeveelheid water die door gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard wordt verpompt, is gebruikt om de juistheid van de waterbalans te controleren. Met het model is de neerslagperiode juli-augustus 2010 doorgerekend, waarna de afvoer die door het model berekend wordt, is vergeleken met de werkelijk gemeten afvoer in dezelfde periode. De resultaten zijn aangegeven in figuur 3: hoe meer de rode lijn samenvalt met de blauwe lijn, hoe beter het model de werkelijkheid simuleert. Uit de figuur blijkt dat het berekende afvoerverloop de werkelijke afvoer in natte perioden voldoende benadert. Enkele opvallende afwijkingen zijn te verklaren: - Het doel van het model is de afvoer tijdens perioden met veel neerslag te berekenen. Op dat moment zijn in werkelijkheid alle inlaten gesloten. Waterinlaat is daarom niet opgenomen in het model. In perioden zonder neerslag, zoals juli en 5-15 augustus, is er in werkelijkheid een hogere afvoer gemeten dan het model berekent, als gevolg van de waterinlaat. - In het model wordt één neerslaghoeveelheid voor het gehele studiegebied ingevoerd. Zeer plaatselijke buien worden niet door het model geschematiseerd. Dat is bijvoorbeeld te zien op 19 augustus: het KNMI heeft op die dag 11 millimeter neerslag gemeten. Deze is in het model ingevoerd. Op de RWZI Ridderkerk is op dezelfde datum echter slechts 3 millimeter gevallen. Blijkbaar is er een plaatselijke bui over het KNMI-station getrokken. Doordat deze bui in het model in geheel Ridderkerk is ingevoerd, berekent het model een hogere afvoer dan er in werkelijkheid heeft plaatsgevonden. De opvallendste afwijkingen tussen berekende en gemeten waarden zijn dus te verklaren uit de manier waarop het model is geschematiseerd. In zijn algemeenheid kan worden geconcludeerd dat het model afvoerpieken (zoals de tweede helft van augustus) goed simuleert. De waterbalans klopt in ordegrootte en ook toename en afname van het afvoerdebiet uit het model komen overeen met de werkelijke situatie. Figuur 3. IJking van het model; drie opvallende momenten zijn aangegeven met pijlen. 6 Waterschap Hollandse Delta

7 6 TOETSING VAN HET BESTAANDE WATERSYSTEEM Voor de minimaal vereiste afmetingen van het watersysteem bestaan normen. Deze zijn voor het beheersgebied van waterschap Hollandse Delta vastgelegd in het waterbeheerplan en de beleidsregels van het waterschap. De afvoercapaciteit van het watersysteem wordt ontworpen op basis van een situatie waarin gedurende meerdere dagen 13,5 millimeter neerslag per dag valt. Deze regenbui komt -statistisch gezien- 1 à 2 keer per jaar voor. In zo'n situatie moet het regenwater zonder problemen door het waterlopenstelsel kunnen worden afgevoerd, waarbij: - De stroomsnelheid in watergangen niet hoger mag worden dan 0,20 m/s; - De stroomsnelheid in duikers en niet hoger mag worden dan 0,60 m/s. Daarnaast geldt voor deze afvoersituatie een richtlijn voor het maximaal toegestane verhang binnen een peilgebied: 4 centimeter per kilometer waterganglengte. Het watersysteem van Ridderkerk is stationair doorgerekend met een maatgevende regenbui van 13,5 mm/d. De berekeningsresultaten zijn gebruikt om het watersysteem aan de normen en de richtlijnen te toetsen: 1. Stroomsnelheidsnorm voor hoofdwatergangen Binnen het studiegebied voldoen alle hoofdwatergangen aan de norm voor de maximale stroomsnelheid, behalve de watergangen nabij gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard (zie figuur 5). Daar wordt de stroomsnelheidsnorm van 0,20 m/s overschreden, tot 0,29 m/s. De afvoercapaciteit wordt daardoor niet kleiner, maar de hoge stroomsnelheden zouden kunnen leiden tot bodem- en oevererosie. 2. Stroomsnelheidsnorm voor duikers Bij alle duikers in het studiegebied blijft de stroomsnelheid tijdens de berekende situatie onder de norm van 0,6 m/s (zie figuur 5). 3. Richtlijn voor maximaal verhang binnen een peilgebied In peilgebied 27-A is het verhang in de waterlijn bepaald vanaf het gemaal tot aan de kruising van de Oosterparkweg en de Rotterdamseweg aan de oostkant van Ridderkerk. De totale lengte van de watergangen in dit traject bedraagt bijna meter. Als richtlijn voor het maximaal toelaatbare verhang in een peilgebied geldt 4 cm/km. In peilgebied 27A mag de opstuwing dus maximaal 30 centimeter zijn. In de berekende situatie loopt de waterstand op van -2,44 mnap bij het gemaal tot -2,35 mnap aan de oostkant van Ridderkerk (zie figuur 4). Deze opstuwing (9 centimeter) ligt dus ruim binnen de norm. Figuur 4. Opstuwing in peilgebied 27-A. Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 7

8 Figuur 5. Stroomsnelheden in duikers, bruggen en waterlopen bij een stationaire berekening. 8 Waterschap Hollandse Delta

9 7 CONCLUSIES Met het model dat is aangepast aan de praktijksituatie kunnen alle specifieke onderzoeksvragen beantwoord worden: 1. In hoeverre bevat het model adequate leggerafmetingen van hoofdwaterlopen? Het afvoertraject tussen de Kerkweg en gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard is in het bestaande model verder gedetailleerd en aangevuld met de opnieuw gemeten gegevens van bruggen, duikers, stuwen en enkele profielen van watergangen. In totaal zijn 140 objecten opnieuw ingemeten. 2. Hoeveel opstuwing veroorzaken de verzakte landbouwbruggen langs de Kruisweg en welke gevolgen heeft dat voor de afvoer van water? De bruggen langs de Kruisweg zijn verzakt, maar veroorzaken geen onacceptabele opstuwing. Tussen de Rotterdamseweg en de hoek van de Kruisweg en de Hogeweg loopt het waterpeil over een afstand van meter op van -2,44 mnap naar -2,42 mnap (zie figuur 6). Dat valt ruim binnen de norm voor het maximaal toegestane verhang van 4 centimeter per km watergang. De afvoer van water wordt dus niet ontoelaatbaar belemmerd door de verzakte bruggen langs de Kruisweg. Rotterdamseweg Kruisweg / Hogeweg Figuur 6. Opstuwing in de watergang langs de Kruisweg. Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 9

10 3. In hoeverre belemmeren de "doorspoelstuwen" in peilgebied 27-A de afvoer bij hevige neerslag als ze gestreken zijn? De gestreken doorspoelstuwen veroorzaken een geringe opstuwing. De gemiddelde opstuwing van de stuw bij de begraafplaats is 1,5 millimeter en de gemiddelde opstuwing van de stuw ten zuiden van de Kerkweg is 3 millimeter. Voor nieuw aan te leggen constructies geldt als norm voor het maximale verval over het kunstwerk 4 millimeter. Beide doorspoelstuwen voldoen aan deze norm. 4. Wat is het totale verhang in het peilgebied in zowel een situatie met de doorspoelstuwen gestreken als een situatie met de doorspoelstuwen omhoog? Wanneer de doorspoelstuwen gestreken zijn, vindt onbelemmerde afvoer van water plaats. Het peil in het peilgebied loopt dan op van circa -2,44 mnap bij het gemaal tot -2,35 mnap bij de Oosterparkweg / Rotterdamseweg aan de oostkant van Ridderkerk. De afstand tussen deze punten is bijna 7.500m, dus de opstuwing voldoet ruimschoots aan de vervalnorm van 4 centimeter per kilometer. In het waterplan is voorzien in de plaatsing van 2 doorspoelstuwen, die in een natte situatie opgetrokken zouden moeten worden om te voorkomen dat het stedelijke water (dat vervuild is met overstortwater) te snel het landelijk gebied in stroomt. Daardoor wordt de afvoer geblokkeerd, waardoor het verhang in het peilgebied toeneemt. Bij de Oosterparkweg / Rotterdamseweg aan de oostkant van Ridderkerk stijgt het peil daardoor tot -2,20 mnap (zie figuur 7). Daarmee voldoet het peilgebied nog altijd ruim aan de vervalnorm Gemaal 2 Rotterdamseweg 3 Kruisweg / Hogeweg 4 Populierenlaan 5 Oosterpark / A15 6 Oosterparkweg / Rotterdamseweg Figuur 7. Opstuwing in peilgebied 27A bij verschillende aansturing doorspoelstuwen. 10 Waterschap Hollandse Delta

11 5. Wat is het belang van de verbinding nabij de Oudelandseweg op de afvoer? Nabij de Oudelandseweg ligt volgens de legger een duiker (29555DU) in een hoofdwatergang. De afvoer wordt op die plaats verdeeld over de duiker en een watergang langs de Irisstraat (zie figuur 8). Tijdens verschillende veldbezoeken kon de duiker niet worden gevonden. Uiteindelijk bleek een betonnen duiker met een diameter van 800 millimeter aanwezig te zijn. Deze was voor een groot deel gevuld met bagger. In de praktijk wordt daardoor een aanzienlijk deel van het water afgevoerd via de watergang langs de Irisstraat. De afvoer van peilgebied 27-A is daardoor op orde DU Figuur 8. Waterverdeling bij de Oudelandseweg. Duiker 29555DU verzorgt de afvoerroute via de blauwe pijlen; de watergang langs de Irisstraat de "rode"route. Algemene conclusie Geconcludeerd kan worden dat het gedetailleerde model ten opzichte van het model dat door DHV is gemaakt, meer inzicht geeft in de wijze waarop het watersysteem een afvoergolf verwerkt. De afmetingen van veel duikers en bruggen zijn ten opzichte van het eerder gebruikte model aangepast, maar dat leidt niet tot andere conclusies ten aanzien van het functioneren van het watersysteem. De detaillering van het model leidt dan ook niet tot verwerping of aanpassing van de conclusies zoals die destijds door DHV zijn gerapporteerd. Bovendien kan worden geconcludeerd dat het watersysteem voldoet aan alle geldende ontwerpnormen. Detailonderzoek watersysteem Oud- en Nieuw Reyerwaard 11

12 8 AANBEVELINGEN Tijdens het detailleren van het model is een aantal zaken aan het licht gekomen die in de nabije toekomst verdere aandacht behoeven. Opgemerkt wordt dat deze zaken niet van invloed zijn op de conclusies zoals die in de vorige hoofdstukken zijn beschreven. - In de praktijk blijken de werkelijke profielen van watergangen soms ruimer te zijn dan de leggerprofielen, waardoor de afvoer van water makkelijker wordt. Het uitgangspunt voor de modelberekeningen zijn de leggerprofielen. Aanbevolen wordt om in beeld te brengen of de werkelijke profielen overeen komen met deze leggerprofielen. Grote afwijkingen leiden tot andere berekeningsresultaten. - Tijdens de veldmetingen bleek dat op een aantal peilschalen niet de juiste waterstand kan worden afgelezen. De werkelijke waterstanden liggen behoorlijk lager dan wordt aangegeven op de peilschalen. Geadviseerd wordt om alle peilschalen op de juiste hoogte te hangen. Ook bleek een aantal peilschalen niet meer aanwezig te zijn (vandalisme). Geadviseerd wordt om op deze plaatsen nieuwe peilschalen op te hangen, op de juiste NAP-hoogte. Peilschaal Locatie Probleem 27A-3 Rotterdamseweg / Kruisweg Geeft te hoog waterpeil aan: 8 centimeter 27A-5 Hogeweg / Populierenlaan Geeft te hoog waterpeil aan: 3 centimeter 27A-6 Lagedijk / Hogeweg Geeft te hoog waterpeil aan: 5 centimeter 27A-7 Donckselaan / Kievitsweg Peilschaal niet aanwezig 27A-14 Kerkweg / Oosterparkweg Peilschaal niet aanwezig - De stroomsnelheden in de watergangen nabij gemaal Oud- en Nieuw Reyerwaard lopen op tot bijna 0,30 m/s. Dat is anderhalf keer zo hoog als de norm voor de maximale stroomsnelheid, waardoor bodem- en oevererosie op kunnen treden. Geadviseerd wordt de mogelijkheden te onderzoeken om deze hoofdwatergangen structureel te verbreden en/of te verdiepen. - De duikerverbinding nabij de Oudelandseweg (29555DU) is van groot belang voor de afvoer van water. De diameter van de duiker is voldoende om het water volgens de ontwerpnormen af te kunnen voeren. Het aanleggen van een nieuwe duiker, zoals opgenomen in Waterplan 2 Ridderkerk, is dan ook niet noodzakelijk. Wel wordt aanbevolen om een constructie (bezinkput) aan de instroomzijde van de duiker aan te brengen om dichtslibbing van de duiker te voorkomen en het regelmatig verwijderen van bagger te vergemakkelijken. Wanneer het niet mogelijk is om een voorziening aan te brengen waarmee dichtslibbing wordt voorkomen, wordt geadviseerd alternatieven voor de verbinding te zoeken, bijvoorbeeld via de watergang aan de oostzijde van het viaduct. - De watergang nabij de Irisstraat speelt een essentiële rol in de afvoer van water. Deze heeft momenteel de status van "overige watergang". Aanbevolen wordt de status van deze watergang te wijzigen in "hoofdwatergang". 12 Waterschap Hollandse Delta