Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas. Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium WBI-2017

Transcriptie

1 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium WBI-2017

2

3 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium WBI-2017 Houcine Chbab Joost den Bieman Jacco Groeneweg Deltares, 2017, B

4

5 Titel Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas Opdrachtgever Rijkswaterstaat WVL Project Kenmerk HYE-0001 Pagina's 145 Trefwoorden Bovenrivieren, Rijntakken, Maas, WBI Samenvatting Het doel van het project WBI-2017 is o.a. het afleiden van de (nieuwe) Hydraulische Belastingen (HB) voor de volgende wettelijke toetsronde van primaire waterkeringen. De HB bestaan uit: lokale waterstand en golfcondities bij de normfrequentie, het hydraulisch belastingniveau (HBN) voor golfoverslag en randvoorwaarden voor faalmechanismen, van bekledingen. De HB worden bepaald met het nieuwe probabilistische instrumentarium Hydra- Ring, dat onderdeel uitmaakt van de WBI-software. Nieuw ten opzichte van HR-2006 en WTI zijn de overstap naar de overstromingskansbenadering, nieuwe normen en het expliciet meenemen van kennisonzekerheden. Daarnaast zijn voor sommige gebieden de statistiek van de basisstochasten en de productieberekeningen geactualiseerd. De afvoerstatistiek van zowel de Rijn bij Lobith als van de Maas bij Borgharen is bepaald met GRADE (Generator for Rainfull And Discharge Extremes). Verder is de windstatistiek geactualiseerd (de wind geldt naast de afvoer als basisstochast in het belastingmodel voor de Rijn en de Maas). Dit document beschrijft de afleiding en controle van de HB voor de waterkeringen langs de Bovenrivieren. De resultaten zijn beoordeeld door middel van verschilanalyses met de vigerende HR-2006 en door analyse van de ruimtelijke variatie. De conclusies hieruit zijn: Gebruik van Hydra-Ring en de implementatie van de nieuwe afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith in combinatie met Ruimte voor de Riviermaatregelen leiden tot lagere waterstanden op de Rijntakken. De verlaging hangt af van de riviertak en terugkeertijd; voor een herhalingstijd van 1250 jaar varieert de verlaging op de meeste locaties tussen 0,2 en 0,6 m. Lokaal kan de verlaging oplopen tot 0,9 m. Dit is het geval bij de dijkteruglegging bij Lent langs de Waal en de hoogwatergeul Veessen-Wapenveld langs de IJssel, Hydra-Ring berekent voor de Maas zowel hogere als lagere waterstanden. De nieuwe afvoerstatistiek leidt vooral voor herhalingstijden van rond 250 jaar tot hogere waterstanden. Maas- en Vlaamse werken leiden daarentegen tot een forse verlaging van de waterstanden langs de Grensmaas. De verlaging loopt lokaal op tot ruim 2 m, De introductie van kennisonzekerheden (model- en statistische onzekerheid) heeft een verhogend effect op de lokale waterstanden. Voor een herhalingstijd van 1250 jaar bedraagt het effect gemiddeld 0,13 m voor de Boven-Rijn, NederRijn/Lek en Waal en 0,23 m voor de IJssel. Voor de Maas is het effect groter en bedraagt gemiddeld voor een herhalingstijd van 250 jaar 0,25 m en voor een herhalingstijd van 1250 jaar 0,35 m. Het effect hangt verder af van de herhalingstijd: hoe langer de terugkeertijd des te groter het effect. Dit geldt vooral voor de Maas en wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door de relatief grote statistische onzekerheid in de afvoerstatistiek bij Borgharen, De berekeningsresultaten met Hydra-Ring laten, met uitzondering van enkele locaties, een realistisch en consistent beeld zien. De berekeningsresultaten op de aslocaties laten bovendien grote overeenkomsten zien met de resultaten van Hydra-NL. Er zijn berekeningen gemaakt met Hydra-Ring voor lokale waterstanden, HBN en golfhoogten voor een zevental beschouwde herhalingstijden variërend tussen 100 en jaar. De resultaten hiervan worden in spreadsheets aangeleverd. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

6 o l re Titel Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas Opdrachtgever Rijkswaterstaat WVL Project Kenmerk HYE Pagina's 145 Uit de uitgebreide vergelijkingen met de hydraulische randvoorwaarden uit HR-2006fTMR maar ook met de resultaten van Hydra-NL, trekken we de conclusie dat de afgeleide lokale waterstanden, HBN's en golfhoogtes betrouwbaar zijn. Referenties Plan van Aanpak WTI KPP 2016, maart 2016 Versie Datum Auteur Paraaf Review Paraaf Goedkeuring Paraaf 2 juli 2016 Chbab et al. Ferdinand Marcel van Gent Diermanse 4 Dec 2016 Chbab et al. Joost Beckers Marcel van Gent 5 Apr2017 Haueine Chbab, Joost Beckers q- Marcel van Gent Joost den Bieman, Jacco Groenewe Status definitief Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

7 Inhoud Summary iii 1 Inleiding Positionering rapportage in WBI-2017 structuur Overgang naar WBI Doelstelling Algemene uitgangspunten berekeningen Aanpak Leeswijzer Producten Totstandkoming 10 2 Belastingmodel Rijntakken en Maas Inleiding Systeembeschrijving, dijktrajecten en veiligheidsnormen Systeembeschrijving en studiegebied Dijktrajecten en veiligheidsnormen Belastingmodel vigerende HR (HR-2006) Rijntakken Maas Belastingmodel Rijntakken en Maas WTI Productieberekeningen: modelschematisatie en specifieke elementen Modelschematisaties waterstanden Specifieke elementen en Ruimte voor de Riviermaatregelen Productieberekeningen waterstanden Productieberekeningen golfcondities Statistiek basisstochasten Afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith Afvoerstatistiek van de Maas bij Borgharen Windstatistiek Afvoergolfvormen Modellering tijdsverlopen basisstochasten Extra stochasten kennisonzekerheid Modellering kennisonzekerheid Modelonzekerheid waterstand Modelonzekerheid golfcondities Statistische onzekerheid basisstochasten Probabilistisch rekenen Rekentechnieken in Hydra-Ring Tijdsintegratiemethode in Hydra-Ring 41 3 Analysefase Inleiding Werkwijze en stappen verschilanalyse Rekeninstellingen Hydra-Ring Vergelijking vigerende HR-2006 met resultaten van Hydra-Ring Effecten onzekerheden 59 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas i

8 3.6 Analyse testlocaties oever Analyse overgang bovenrivieren naar andere watersystemen Overgang IJssel Overgang Lek Overgang Waal Maas en Benedenmaas 79 4 Productiesommen voor de eenvoudige toets Inleiding Uitgangspunten productieberekeningen Rekenresultaten waterstanden Rekenresultaten HBN Rekenresultaten golfhoogte Revisie rekentechnieken 94 5 Conclusies 97 Referenties 99 Bijlage(n) A Bijlage: Dijktrajecten en veiligheidsnormen A-1 B Bijlage: Resultaten Hydra-Ring voor T = 1250 jaar met en zonder onzekerheden (U1 met en U0 zonder onzekerheid) B-1 C Bijlage: Resultaten Hydra-Ring voor T = 250 jaar, met overstroombare en nietoverstroombare kades. C-1 D Bijlage: windtabel station Deelen, blok 12 uur D-1 E Bijlage resultaten Hydra-Ring (MHW en HBN) voor T = 100, 300, 1.000, 3.000, , en jaar E-1 E.1 Rijn; MHW E-1 E.2 Maas; MHW E-4 E.3 Rijn; HBN E-8 E.4 Maas; HBN E-11 F Resultaten Hydra-Ring van de golfhoogte voor T = 100, 300, 1.000, 3.000, , en F-1 F.1 Overstroombare Limburgse Maaskeringen F-1 F.2 Niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen F-4 ii Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

9 Summary One of the goals of the WBI-2017 project is to determine Hydraulic Loads for the fourth safety assessment for the Dutch sea and flood defences. The Hydraulic Loads consist of: local water level and wave conditions at the norm frequency, hydraulic load level (HBN) for wave overtopping and wave conditions for other failure mechanisms such as failure of revetments. The Hydraulic Loads have been determined with the new probabilistic instrument Hydra-Ring, which is part of the GUI Ringtoets. Compared to WTI-2011 several new aspects have been implemented, such as the step from the conventional probability exceedance approach to a more integral failure probability approach, new normative failure probabilities, and the inclusion of statistical and model uncertainties. Furthermore, for some areas the statistical distributions and the physical databases of hydrodynamic and wave model results have been adapted. The statistics of river discharges at Lobith and Borgharen have been determined using GRADE, the Generator for Rainfall And Discharge Extremes. The measures Room for the River and Meuse Works have been included in model schematisations. The present document describes the determination and checking of the Hydraulic Loads for the dikes along the upstream parts of the rivers Rhine and his branches (IJssel, Lek/Nederrijn and Waal) and Meuse. The results were judged by analysing the probability exceedance curves and differences with HR-2006/WTI-2011, as well as spatial contours of the Hydraulic Loads. The results are: The Room for the River measures and Meuse Works lead, in combination with the implementation of the GRADE discharge statistics of the river Rhine at Lobith, to lower water levels. The reduction of waterlevels, however, depends on the river branch and recurrence time. For the return period of 1250 year, the reduction ranges between 0,2 and 0,6 m and reaches locally 0,9 m. This is the case of the Lent region (Waal) and Veessen-Wapenveld (IJssel), For the river Meuse, both higher and lower water levels have been calculated. The GRADE discharge statistics at Borgharen mainly leads to higher water levels corresponding to retur period around 250 year. On the other hand, Meuse and Flemish works lead to a substantial reduction of the water levels along the Grensmaas. The reduction runs locally to over 2 m, The impact of the inclusion of statistical and model uncertainties on the local water level. is modest. For a return period of 1250 year the impact averages ca. 0,13 m along the upper Rhine part, Lek and Waal. Along the IJssel the impact of uncertainties is slightly higher (ca. 0,23 m). The impact of uncertainties is higher for longer return periods. This applies especially to the river Meuse and is mainly caused by the relatively large statistical uncertainty of GRADE statistics at Borgharen, The calculated water levels with Hydra-Ring show great similarities with the calculated water levels with Hydra-NL From the difference analysis and the comparison with the Hydra-NL results we draw the conclusion that the derived local water levels, HBNs and wave heights are reliable. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas iii

10

11 1 Inleiding 1.1 Positionering rapportage in WBI-2017 structuur De Waterwet schrijft voor dat de primaire waterkeringen getoetst moeten worden aan de gestelde veiligheidsnormen. In deze wet is voor de beheerder van een primaire waterkering de verplichting neergelegd iedere twaalf jaar aan de Minister van Infrastructuur en Milieu (I&M) verslag uit te brengen over de toestand van de primaire waterkeringen. De Minister van I&M houdt toezicht op primaire waterkeringen. De beoordeling wordt met ingang van 2017 uitgevoerd aan de hand van het Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium (WBI). Het WBI is vastgesteld in een ministeriële regeling (Regeling veiligheid primaire waterkeringen 2017) met de volgende bijlagen: Bijlage I Bijlage II Bijlage III Procedure beoordeling veiligheid primaire waterkeringen In deze bijlage staat de procedure die moet worden doorlopen voor de beoordeling en worden de rapportageverplichtingen beschreven. In deze bijlage is een begrippenlijst opgenomen met een uitleg van alle begrippen die in het WBI 2017 worden gebruikt. Voorschriften bepaling hydraulische belasting primaire waterkeringen In deze bijlage wordt de methode beschreven om de hydraulische belastingen op de primaire waterkeringen te bepalen. Voorschriften bepaling sterkte en veiligheid primaire waterkeringen In deze bijlage staat op welke manier de primaire waterkering moet worden beoordeeld om te komen tot een oordeel over de veiligheid van de gehele kering. De ministeriële regeling en drie bijlagen vormen de eerste laag van het formele gedeelte van WBI-2017, zoals weergegeven in Figuur 1.1. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 1 van 145

12 Figuur 1.1 Boomstructuur documentatie WTI-2017 De tweede laag wordt gevormd door een aantal basisrapporten en applicatiesoftware. De basisrapporten bevatten uitgebreide beschrijvingen van de Hydraulische Belastingen (HB) en de Voorschriften bepaling sterkte en veiligheid primaire waterkeringen en hun onderlinge samenhang. Het achtergrondrapport HB beschrijft voor alle watersystemen het instrumentarium, de gehanteerde uitgangspunten, het belastingmodel (inclusief gehanteerde verdelingen van basisstochasten en kennisonzekerheden) alsmede een beschrijving van de HB berekeningen en een duiding van de resultaten waaronder een verschilanalyse met HR Aan de basisrapporten zijn achtergrondrapporten (laag 3) en bijlagen gekoppeld (laag 4 en 5), waarin meer details worden gegeven over specifieke onderdelen van het instrumentarium. De voorliggende rapportage maakt deel uit van laag 4 in Figuur 1.1 en beschrijft de wijze waarop de HB voor de Rijn en Maas zijn verkregen, hoe de resultaten er uit zien en hoe deze zich verhouden tot HR Naast Rijn en Maas zijn soortgelijke rapportages voor het Merengebied, de Kust, de Vecht-IJsseldelta en het Benedenrivierengebied geschreven. Dit zijn dus allemaal specialistische achtergrondrapporten. Een aggregatie van deze rapporten vindt plaats in het achtergrondrapport HB. Alvorens de doelstelling van voorliggende rapportage te noemen (Paragraaf 1.3), gaan we in Paragraaf 1.2 in op de belangrijkste verschillen op het gebied van HB bij de overgang naar WBI Dit is een algemene beschrijving die ook terug te vinden is in Bijlage II Voorschriften bepaling hydraulische belasting primaire waterkeringen en het basisrapport WBI (laag 2). Ook de duiding van verschillen in HB met die van voorgaande toetsronden is een belangrijk onderdeel van voorliggend rapport en daarom is deze algemene beschrijving opgenomen in Paragraaf van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

13 1.2 Overgang naar WBI-2017 Het vigerend toetsinstrumentarium bestaat uit een Voorschrift Toetsen op Veiligheid (VTV2006) en te hanteren Hydraulische Randvoorwaarden (HR-2006). Hiermee zijn in de derde toetsronde ( ) de Nederlandse primaire waterkeringen getoetst. In WTI-2011 zijn voor de Rijntakken en de Maas geen nieuwe hydraulische randvoorwaarden afgeleid. De vierde toetsronde zal in 2017 starten. Het daartoe te gebruiken Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium (WBI-2017) maakt gebruik van een aantal onderdelen uit het HR-2006/VTV Desalniettemin zijn er vele verschillen. De Hydraulische Belastingen (HB) per locatie bestaan uit een combinatie van waterstand en een golfhoogte, -periode en -richting, afhankelijk van het watersysteem. De huidige HR-2006 gaat uit van de overschrijdingskansbenadering, die kijkt naar de kans op overschrijding van een kritieke belasting voor een tevoren vastgesteld faalmechanisme en (eigenschappen van) een tevoren gekozen waterkeringssectie. In 2017 wordt een overstap gemaakt naar een overstromingskansbenadering. Dit houdt in dat gekeken wordt naar de kans op falen (rekening houdend met meerdere faalmechanismen) van een dijktraject, bestaande uit meerdere waterkeringssecties. Daarnaast wordt in WBI-2017 overgestapt op nieuwe veiligheidsnormen. Het doel van WBI-2017 is o.a. het afleiden van de (nieuwe) HB voor de volgende toetsronde. Naast de overstap op de overstromingskansbenadering dient hierbij uitgegaan te worden van de nieuwe veiligheidsnormen (zie Figuur 1.2). Deze nieuwe normen zijn afgeleid van een economische kosten-baten analyse en een beschouwing van de slachtofferrisico s (zie samenvatting in (Deltares, 2011)) en zijn op 4 juli 2016 wettelijk vastgesteld 1. In HR2006/VTV2006 en WTI-2011 is in beperkte mate rekening gehouden met onzekerheden. In geval van onzekere modelparameters of modelinvoer wordt veelal gebruik gemaakt van een beste schatting of van een gemiddelde waarde. Dit geldt voor zowel sterkte- als belastingparameters. Merk op dat bij het bepalen van de sterkte van waterkeringen wel gebruik is gemaakt van veiligheidsfactoren. Aan de belastingkant is alleen rekening gehouden met de natuurlijke variabiliteit (ook wel inherente onzekerheid genoemd) in de rivierafvoeren, de meerpeilen (IJssel- en Markermeerpeil), de zeewaterstand en de wind (windsnelheid en windrichting). Dit kan leiden tot een onder- of overschatting van de kans op falen van een waterkering. Tegelijk met de overstap van overschrijdingskans naar overstromingskansbenadering en een nieuwe normering wordt daarom in WBI-2017 een verbetering doorgevoerd ten aanzien van het omgaan met onzekerheden. In WBI-2017 worden alle relevante kennisonzekerheden (model- en statistische onzekerheid) beschouwd en meegenomen in de probabilistische berekeningen, zowel aan de sterkte- als de belastingkant. 1 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 3 van 145

14 Figuur 1.2 Normfrequenties voor de primaire waterkeringen. Dit betreffen in dit geval de ondergrenzen, i.e. de maximale overstromingskans of faalkans, die hoort bij het beschermingsniveau dat voor het desbetreffende dijktraject toelaatbaar wordt geacht. Hydra-Ring is het nieuwe instrumentarium dat gebruikt gaat worden voor de probabilistische berekeningen binnen WBI De functionaliteit van Hydra-Ring staat beschreven in de Scientific Documentation van Hydra-Ring (Diermanse et al, 2016). Hierin staan beschreven de (wetenschappelijke) achtergronden voor probabilistisch rekenen (rekentechnieken) en de wijze waarop de statistiek, modelonzekerheid, statistische onzekerheid en correlaties van de hydraulische belastingen en sterkteparameters worden behandeld. Het document bevat ook een beschrijving van de faalmechanismen die ingebouwd zijn in Hydra-Ring. De toetsing van de primaire keringen volgens het Voorschriften bepaling sterkte en veiligheid primaire waterkeringen vormt een gelaagd proces. Er zijn drie lagen: van eenvoudig via gedetailleerd naar een toets op maat. In de gedetailleerde toets wordt onderscheid gemaakt 4 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

15 tussen een toets op vakniveau en een toets op dijktrajectniveau. Een gedetailleerde toets op dijktrajectniveau wordt volledig probabilistisch uitgevoerd. Bij de toets op vakniveau wordt onderscheid gemaakt tussen een semi-probabilistische en volledig probabilistische toets. Welke van deze twee wordt toegepast verschilt per toetsspoor. Voor de eenvoudige toets en de semi-probabilistische toets op vakniveau zijn Hydraulische Belastingen (HB) nodig om de toets uit te voeren (eenvoudige toets) en worden rekenwaarden voor de belasting bepaald die met de rekenwaarde voor de sterkte wordt vergeleken (semi-probabilistische toets op vakniveau). De rekenwaarde van de belasting wordt standaard gedefinieerd als een waarde met een overschrijdingskans die getalsmatig gelijk is aan de norm, met uitzondering van Duinafslag en mogelijk ook Graserosie buitentalud (GEBU). Bovenstaande uitleg wordt in Tabel 1.1 schematisch weergegeven. In dit rapport wordt ingegaan op de rechterkolom van de tabel. Voor de eenvoudige toets worden de HB berekend en opgeleverd als product. Voor de semi-probabilistische toets op vakniveau worden de rekenwaarden voor de belasting door Ringtoets (met als rekenhart Hydra-Ring) bepaald, wanneer de toetser de toetsing uitvoert. In deze studie worden de HB voor de semiprobabilistische toets ter illustratie met standaardinstellingen voor o.a. het dijkprofiel bepaald. De afgeleide HB zijn bedoeld als referentiewaarde, die gebruikt kunnen worden ter controle of om een verschilanalyse uit te voeren. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 5 van 145

16 Tabel 1.1 Weergave van de 'gelaagde' toetsing van de primaire keringen (gele blokken worden in deze rapportage besproken). Toets: Niveau: Rekenmethodemechanismefrequentietarium Faal- Faal- Instrumen- Resultaat deze toetser: studie: Eenvoudig vak eenvoudig selectie Norm Ringtoets Productiesommen die direct worden getoond in Ringtoets (= marginale statistiek waterstand en golfhoogte) Gedetailleerd Vak Semi-prob. overige Norm (ev. Ringtoets gespecifieerd in faalkanseis) Volledig GEKB+kunstwerksporen Norm Ringtoets prob. aangepast voor lengte effect en faalkansverdel ing traject Volledig (beoogd) alle Faalfrequentie Ringtoets prob. referentie berekeningen (lokale waterstanden, HBN s en golfcondities bij vaste waterstand) Omdat de bedreigingen en daarmee de belastingen per watersysteem verschillen hebben we er voor gekozen de HB voor ieder watersysteem apart te rapporteren. Zo maken we onderscheid tussen de watersystemen Kust, Meren, Bovenrivieren, Vecht- en IJsseldelta en Benedenrivieren. In deze rapportage beschouwen we de bovenrivieren: het gebied van de Rijntakken en van de Maas waar geen invloed is van getij en stormopzet vanuit de zee of stormopzet vanuit het IJsselmeer. Aan de hand van een groot aantal berekeningen met Hydra-Ring zijn HB voor de primaire waterkeringen afgeleid. Deze bestaan uit: Waterstanden en golfhoogtes bij zeven verschillende herhalingstijden. Deze worden afgeleid voor de eenvoudige toets en vormen direct invoer voor Ringtoets. In het vervolg van dit rapport zullen we gemakshalve spreken van de marginale statistiek van de waterstand c.q. significante golfhoogte, Rekenwaarden van de waterstand (t.b.v. geotechnische toetssporen) en HBN (golfoverslag-gerelateerde toetssporen). De HBN worden afgeleid voor de semiprobabilistische toets op vakniveau en zijn bedoeld als referentiewaarde voor de HB die de toetser uiteindelijk zelf met Ringtoets afleidt voor de diverse toetssporen. 1.3 Doelstelling De doelstelling van dit rapport is drieledig: 1. Beschrijving van de aanpak en rekenmethoden zodat reproductie mogelijk is, 2. Beschrijving en analyse van de rekenresultaten om de betrouwbaarheid vast te stellen, 3. Vergelijking met HR-2006 en duiding van de verschillen. 6 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

17 1.4 Algemene uitgangspunten berekeningen Bij het bepalen van de Hydraulische Belastingen worden de volgende uitgangspunten gehanteerd: Tot het gebied van de Rijntakken en de Maas behoren alle riviertakken van de Rijn en de Maas bovenstrooms 2 van (Figuur 1.3): Olst langs de IJssel, km 957 Vianen langs de Lek, km 950 Gorinchem langs de Boven Merwede (Waal), km 950 Heusden langs de Maas, km 231 Zowel de berekeningen van de marginale statistieken voor de eenvoudige toets als de referentieberekeningen voor de gedetailleerde toets worden uitgevoerd met Hydra-Ring, De HB voor de eenvoudige toets vormen input voor Ringtoets en dienen om die reden op alle oeverlocaties te worden bepaald en voor alle relevante herhalingstijden. De relevante herhalingstijden zijn gerelateerd aan de wettelijke normfrequenties die zijn weergegeven in Figuur 1.2. Dit zijn de volgende zeven frequenties: 1/100, 1/300, 1/1.000, 1/3.000, 1/10.000, 1/30.000, 1/ per jaar, De HB volgens WBI-2017 worden vergeleken met de resultaten van HR-2006 of TMR , Omdat de focus ligt op HB, en niet op sterkte, beschouwen we in de berekeningen alleen standaardprofielen (taludhelling 1:3) en een kritiek overslagdebiet van 1 l/s/m. Overgang op een groter kritiek overslagdebiet (bijv. 5 l/s/m) maakt onderdeel uit van een elders uitgevoerde consequentie analyse en niet van de hier uitgevoerde verschilanalyse, Aangezien de referentieberekeningen van de semi-probabilistische toets op vakniveau zijn bedoeld om de verschillen met WTI-2011 te duiden is het slechts noodzakelijk deze referentiewaarden te bepalen voor een selectie van locaties (doch voldoende). De betrouwbaarheid van de resultaten wordt mede bepaald door de keuze van de probabilistische rekentechniek. Deze is voor alle gebieden in overleg met Hydra-Ring ontwikkelaars vastgesteld. Toch kunnen we niet uitsluiten dat door een ongelukkige keuze van de rekentechniek op sommige locaties HB worden berekend die minder betrouwbaar zijn. Waar dit optreedt zal het in dit rapport zoveel mogelijk worden geduid. In een vervolganalyse (Deltares, 2017) zijn de gehanteerde rekentechnieken nader beschouwd in relatie tot de betrouwbaarheid van de resulterende HB. 2 Dit is een indicatie van de grenzen en volgt uit de huidige indeling van watersystemen; deze kunnen namelijk nog aangepast worden in verband met goede aansluitingen van de Bovenrivieren met enerzijds de Benedenrivieren en anderzijds de Vecht- en IJsseldelta. 3 Dit zijn de Thermometer Randvoorwaarden die in 2006 zijn afgeleid maar geen formele status hebben gekregen. De TMR-2006 zijn echter actueler dan de HR-2006 en hebben aan de basis gelegen van het Deltamodel. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 7 van 145

18 Figuur 1.3 Overzichtskaart watersystemen zoals die geïmplementeerd zijn in de software. Bron: Min. I&M (2016). 8 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

19 1.5 Aanpak De productie van de Hydraulische Belastingen heeft plaatsgevonden in een aantal fases: 1 Analyse van resultaten op testlocaties, incl. duiding van verschillen met WTI-2011 op basis van Hydra-Ring berekeningen met initiële rekeninstellingen, welke zijn aanbevolen bij het beschikbaar komen van Hydra-Ring voor productieberekeningen. 2 Bepalen van Hydraulische Belastingen op alle oeverlocaties met instellingen waarvan we hebben vastgesteld dat ze tot een stabiel resultaat leiden, d.w.z. de overschrijdingsfrequentiecurve van de betreffende belastingparameter neemt toe met toenemende herhalingstijd. 3 Vaststellen van de optimale rekentechniek en verifiëren van de betrouwbaarheid van de afgeleide Hydraulische Belastingen met Hydra-NL resultaten. In voorliggend rapport worden de resultaten van de fases 1 en 2 uitgebreid beschreven. De keuze van de optimale rekeninstellingen en de onderliggende analyse, welke is gebaseerd op een analyse van rekenresultaten op 230 locaties verdeeld over heel Nederland, is beschreven in Deltares (2017). De conclusies ten aanzien van de rekeninstellingen zijn overgenomen in dit rapport (paragraaf 4.6). De producten die we uitleveren en beschreven staan in Paragraaf 1.7 zijn gebaseerd op de fases 1 en 2. Dat betekent dat de geleverde Hydraulische Belastingen niet zijn afgeleid met de optimale rekeninstellingen, welke in Fase 3 zijn bepaald. Voor de wettelijke toetsing van een dijkvak of dijkring zullen de HB voor de betreffende locaties dus opnieuw met WBI-2017 berekend moeten worden. De verwachting is dat deze HB slechts op enkele uitzonderingen na overeen zullen komen met resultaten in dit rapport. 1.6 Leeswijzer In de hoofdstukken van dit rapport is het volgende te lezen: 1. Beschrijven van het belastingmodel van WBI-2017 (statistiek van basisstochasten, onzekerheden, e.d.) en de probabilistische rekenmethode zoals toegepast voor het gebied van de Rijntakken en de Maas (Hoofdstuk 2). Hierbij worden ook de methodische verschillen met HR-2006 besproken 2. Analysefase, de doelstelling van de analyse fase is vertrouwen krijgen in de afgeleide Hydraulische Belastingen. Daartoe worden in Hoofdstuk 3 verschilanalyses uitgevoerd, waarbij eerst een vergelijking wordt gemaakt met de vigerende HR en vervolgens het effect van de in WBI-2017 doorgevoerde veranderingen zoals het meenemen van kennisonzekerheden, wordt onderzocht, 3. In Hoofdstuk 4 worden de berekende Hydraulische Belastingen voor de eenvoudige toets besproken. Daarbij is een analyse van de ruimtelijke variatie van de Hydraulische Belastingen als extra controleslag uitgevoerd. 1.7 Producten In dit rapport worden de volgende Hydraulische Belastingen bepaald: Lokale waterstanden behorende bij verschillende herhalingstijden (in bijlagen nog aangeduid met MHW) t.b.v. de eenvoudige toets en de semi-probabilistische toets op dijkvakniveau, Golfhoogte bij verschillende herhalingstijden, t.b.v. de eenvoudige toets, Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 9 van 145

20 Hydraulisch Belastingniveau (HBN) bij verschillende herhalingstijden t.b.v. de semiprobabilistische toets op dijkvakniveau. Bij dit rapport worden de volgende producten opgeleverd: Excel files met Hydraulische Belastingen (per locatie, herhalingstijd en type hydraulische belasting), Aansturingsscripts en pre- en postprocessingscripts 1.8 Totstandkoming De uitvoering van de productieberekeningen en de analyse van deze resultaten zijn beschreven in voorliggend document. Dit document is opgesteld door Houcine Chbab en is gereviewd door Ferdinand Diermanse en Joost Beckers. Bijdragen aan dit document en onderliggende rekenresultaten zijn geleverd door: Jacco Groeneweg Joost den Bieman Jamie Morris Joana van Nieuwkoop Wim van Balen Henri Steenbergen Geerten Horn (HKV Lijn in Water) De projectleiding bij Deltares was in handen van Jacco Groeneweg. Van de zijde van RWS is inbreng geleverd door: Deon Slagter Robert Slomp Marcel Bottema De projectleiding bij RWS-WVL was in handen van Deon Slagter. 10 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

21 2 Belastingmodel Rijntakken en Maas 2.1 Inleiding Dit hoofdstuk bevat een korte beschrijving van het gebied van de Rijntakken en de Maas evenals van het belastingmodel dat gehanteerd is in WBI Daarnaast beschrijft dit hoofdstuk het belastingmodel dat ten grondslag ligt aan de vigerende hydraulische randvoorwaarden uit 2006 (HR-2006). 2.2 Systeembeschrijving, dijktrajecten en veiligheidsnormen Systeembeschrijving en studiegebied Rijntakken Het beschouwde gebied van de Rijn wordt gedefinieerd als het gebied van de Rijntakken waar waterstanden geen invloed ondervinden van getij en stormopzet vanuit de zee of vanuit het IJsselmeer. Om goede aansluitingen te kunnen realiseren met de IJsseldelta 4 en/of de Rijn-Maasmonding 5 en randeffecten te voorkomen, is het studiegebied van de Rijn groter dan bovenvermelde definitie, en omvat (Figuur 2.1): De Boven-Rijn van Lobith tot de Pannerdensche Kop (km 854 t/m 867); De Waal van de Pannerdensche Kop tot Werkendam (km 868 t/m 960); Het Pannerdensch Kanaal tussen de Pannerdensche Kop en IJsselkop (km 868 t/m 878); De Neder-Rijn/Lek van de IJsselkop tot Krimpen a/d Lek (km 878 t/m 988); De IJssel van de IJsselkop tot de Ketelbrug (km 878 t/m 1006). Figuur 2.1 Overzicht van het studiegebied van de Rijn. 4 Gebied van de IJssel waar waterstanden wel invloed ondervinden van de stormopzet vanuit het IJsselmeer. 5 Gebied van de Rijn en de Maas waar waterstanden wel beïnvloed worden door getij/stormopzet vanuit de Noordzee. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 11 van 145

22 Het meeste water stroomt door de Waal. Langs deze brede rivier liggen grote uiterwaarden. De laaggelegen uiterwaarden staan regelmatig onder water. De IJssel is de smalste riviertak. Ook hier liggen brede uiterwaarden, maar de bodemligging van deze uiterwaarden ligt relatief hoog ten opzichte van de Waal. De Neder-Rijn/Lek is een gestuwde rivier met drie stuwen, de uiterwaarden zijn relatief smal Maas Het beschouwde gebied van de Maas is het bovenstroomse deel van de Maas waar waterstanden geen invloed ondervinden van getij en stormopzet vanuit de Noordzee. Het studiegebied van de Maas is evenals het studiegebied van de Rijn wat groter en omvat, zie ook Figuur 2.2: De Maas van km 2 t/m 230; De Bergsche Maas van km 231 t/m 250; De Afgedamde Maas; Het Heusdensch Kanaal (tussen Maas en Afgedamde Maas, in dit kanaal bevindt zich de keersluis Heusdensche Kering ofwel Kromme Nol). Figuur 2.2 Overzicht van het studiegebied van de Maas 12 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

23 2.2.2 Dijktrajecten en veiligheidsnormen Het watersysteem van de Rijn en de Maas omvat volgens de vigerende indeling in dijkringgebieden en bijbehorende normen de dijkringgebieden uit Tabel 2.1. Daarnaast is er de Limburgse Maas met dijkring 54 t/m 95, alle met een normfrequentie van 1/250 per jaar (oude normering). Tabel 2.1 Dijkringgebieden Rijn en Maas volgens de vigerende normen. Dijkringgebied Normfrequentie Naam Buitenwater 36 1/1250 Land van Heusden / Maas de Maaskant 36a 1/1250 Keent Maas 37 1/1250 Nederhemert Bergsche Maas 38 1/1250 Bommelerwaard Waal, Maas 39 1/1250 Alem Maas 40 1/500 Heerewaarden 6 Maas, Waal 41 1/1250 Land van Maasen Maas, Waal Waal 42 1/1250 Ooij en Millingen Boven-Rijn en Waal 43 1/1250 Betuwe, Tieler- en Pannerdensch kanaal, Neder- Culemborgerwaarden Rijn, Lek, Waal, Boven Merwede 44 1/1250 Kromme Rijn 4 Neder-Rijn, Lek, Noordzee 45 1/1250 Gelderse Vallei Neder-Rijn 47 1/1250 Arnhemse- en IJssel, Neder-Rijn Velpsebroek 48 1/1250 Rijn en IJssel Boven-Rijn, Pannerdensch kanaal, Neder-Rijn, IJssel 49 1/1250 IJsselland IJssel 50 1/1250 Zutphen IJssel 51 1/1250 Gorsel IJssel 52 1/1250 Oost-Veluwe IJssel 53 1/1250 Salland IJssel In WBI-2017 wordt uitgegaan van de nieuwe normen zoals afgebeeld in Figuur 1.2. Deze zijn gebaseerd op overstromingsrisico s in plaats van overschrijdingskansen. In de nieuwe normering zijn alle primaire waterkeringen in Nederland, inclusief de dijkringen uit Tabel 2.1, ingedeeld in dijktrajecten. Elk dijktraject heeft een eigen trajectnummer en veiligheidsnorm. De dijktrajecten in het gebied van de Rijn en de Maas zijn weergegeven in Figuur 2.3 en Figuur 2.4. Merk op dat deze figuren ook dijktrajecten bevatten die buiten het gebied van de Rijntakken en de Maas vallen. De bij deze dijktrajecten behorende veiligheidsnormen variëren van 1:300 tot 1: per jaar. Een volledig overzicht van de dijktrajecten in het gebied van de Rijn en de Maas en bijbehorende veiligheidsnormen is te vinden in Bijlage A. 6 Delen van de waterkeringen van de dijkringgebieden Heerewaarden en Kromme Rijn worden ook als verbindende waterkeringen beschouwd. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 13 van 145

24 Figuur 2.3 Dijktrajecten Rijntakken en Maas. Figuur 2.4 Dijktrajecten Limburgse Maas 14 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

25 2.3 Belastingmodel vigerende HR (HR-2006) Rijntakken De vigerende hydraulische randvoorwaarden voor het gebied van de Rijn zijn afkomstig van HR-2006 (RWS, 2007). De Hydraulische Randvoorwaarden kwamen tot stand door middel van deterministische berekeningen met WAQUA met als belangrijkste invoer de maatgevende afvoer en bijbehorende afvoergolfvorm; een probabilistische aanpak lag hieraan niet ten grondslag. Voor de Rijn volgden de waterstanden bij de destijds geldende normfrequentie van 1/1250 per jaar rechtstreeks uit een berekening met het WAQUA-Rijntakkenmodel waarbij de vigerende maatgevende 7 afvoer van m 3 /s bij Lobith vertaald werd naar corresponderende waterstanden op alle locaties benedenstrooms (van Lobith). De zogenoemde maatgevende afvoergolfvorm bij Lobith behorende bij de maatgevende afvoer van m 3 /s gold hierbij als bovenrand. Deze is afgebeeld in Figuur 2.5. De afvoergolfvorm van de Rijn bij Lobith is bepaald met de zogenoemde afvoergolfvormgenerator op basis van opgetreden afvoergolven (Klopstra, 1999) Golfvorm maatgevende afvoergolf Lobith invoer rijn uren Figuur 2.5 Maatgevende afvoergolfvorm van de Rijn bij Lobith, gebruikt voor de bepaling van de vigerende HR voor de Rijntakken (HR-2006, RWS, 2007a). De afvoerverdeling op de splitsingspunten is een belangrijke parameter. De berekeningen ten behoeve van de vaststelling van HR-2006 zijn gemaakt met de zogenoemde beleidsmatige afvoerverdeling. Tabel 2.2 toont deze afvoerverdeling (RWS-RIZA, 2007a). Tabel 2.2 Beleidsmatige afvoerverdeling zoals toegepast in HR-2006 Riviertak Afvoer [m3/s] Lobith Waal Pannerdensch Kanaal Neder-Rijn IJssel De maatgevende afvoer is gedefinieerd als een afvoer die gemiddeld 1 keer in 1250 jaar wordt overschreden. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 15 van 145

26 Een beschrijving van berekeningen die ten grondslag liggen aan de waterstanden bij de normfrequentie van 1250 jaar uit de vigerende HR-2006 voor de Rijn is te vinden in (RWS- RIZA, 2007a). De golfcondities en de golfoverslagberekeningen werden bepaald met Hydra-R. In tegenstelling tot de andere Hydra modellen is Hydra-R een deterministisch model. Op basis van de waterstanden bij de normfrequentie en de zogenoemde ontwerpwindsnelheden kunnen per windrichting golfoverslagberekeningen worden gemaakt met Hydra-R. De afleiding van de ontwerpwindsnelheden voor het rivierengebied is beschreven in (Dillingh en Cappendijk, 1997). Deze afleiding kent echter een aantal tekortkomingen. Bij de afleiding is bijvoorbeeld onvoldoende rekening gehouden met extreme waarden. Het Rijkoort-Weibull model waarop de windstatistiek is gebaseerd, is niet toegepast bij de afleiding van de ontwerpwindsnelheden. Zie (Gao et al, 2007) voor een volledig overzicht van deze tekortkomingen Maas De aanpak voor de Maas is vergelijkbaar met die voor de Rijn met dien verstande dat het Maasmodel wordt gebruikt met de maatgevende afvoer van de Maas bij Borgharen als bovenrand voor de WAQUA simulaties. Voor de Maas worden verder 2 normfrequenties beschouwd: 1/250 en 1/1250 per jaar (T = 250 jaar en T = 1250 jaar). De normfrequentie van 1/250 per jaar wordt toegepast voor de Limburgse Maas en de normfrequentie van 1/1250 per jaar wordt toegepast voor de Gelderse/Brabantse Maas. De huidige maatgevende afvoer bij Borgharen, de 1/1250-afvoer, bedraagt m 3 /s. De 1/250-afvoer van de Maas bij Borgharen bedraagt m 3 /s. De maatgevende afvoergolfvorm 8 bij Borgharen is afgebeeld in Figuur 2.6. Deze afvoergolfvorm vormt de basis van de voor de Brabantse/Gelderse Maas vigerende waterstanden bij de normfrequentie van 1/1250 per jaar uit 2001 (HR-2001). Deze afvoergolfvorm is bepaald met de afvoergolfgenerator (Klopstra, 1999). De afvoergolfvorm die bij de 1/250-afvoer correspondeert, volgt rechtsreeks uit de afvoergolfvorm uit Figuur 2.6 door elk afvoerniveau te vermenigvuldigen met de factor 0,86 (3280/3800) Golfvorm Maatgevende afvoergolf Borgharen invoer maas uren Figuur 2.6 Maatgevende afvoergolfvorm van de Maas bij Borgharen, gebruikt voor de bepaling van de vigerende HR-2006 voor het Gelderse/Brabantse deel van Maas (RWS-RIZA, 2007b). 8 Dit is gedefinieerd als de gemiddelde vorm van de maatgevende afvoer van m 3 /s. 16 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

27 2.4 Belastingmodel Rijntakken en Maas WTI-2017 Daar waar in HR-2006 de waterstanden bij de normfrequentie bepaald zijn door middel van deterministische berekeningen met WAQUA, wordt in WTI-2017 een volledige probabilistische aanpak gehanteerd. Hydra-Ring is het model waarmee de probabilistische berekeningen worden uitgevoerd. Het gebied van de Rijntakken is in Hydra-Ring gedefinieerd als regio 1 en het gebied van de Maas als regio 2 en regio 18 (Tabel 2.3). Regio 18 betreft het bovenstroomse deel van de Maas waar kades en/of hoge gronden (onbedijkte Maas) aanwezig en overstroombaar zijn. De productieberekeningen voor de regio s 2 en 18 zijn uitgevoerd voor twee situaties: overstroombare kades en oneindige hoge kades. Voor regio 1 is alleen de situatie met oneindig hoge dijken doorgerekend. Tabel 2.3 Watersystemen ingedeeld in 18 regio s in Hydra-Ring. 1. Bovenrivieren (Rijn) 7. IJsselmeer 13. Hollandse Kust Zuid 2. Bovenrivieren (Maas) 8. Markermeer 14. Oosterschelde 3. Benedenrivieren (Rijn) 9. Waddenzee Oost 15. Westerschelde 4. Benedenrivieren (Maas) 10. Waddenzee West 16. Duinen 5. IJsseldelta 11 Hollandse Kust Noord 17. Europoort 6. Vechtdelta 12. Hollandse Kust Midden 18. Limburgse Maas De belastingmodellen voor de regio s 1, 2 en 18 zijn identiek met dien verstaande dat voor regio 1 de statistiek van de Rijn bij Lobith geldt en voor de regio s 2 en 18 die van de Maas bij Borgharen. In dit rapport spreken we gemakshalve van het belastingmodel Bovenrivieren voor zowel de Rijn als de Maas. Dit belastingmodel gaat uit van de volgende basisstochasten: Rijnafvoer bij Lobith voor de Rijntakken en de Maasafvoer bij Borgharen voor de Maas, Windsnelheid bij Deelen Windrichting bij Deelen De afvoergolfvormen bij Lobith respectievelijk Borgharen gelden niet als basisstochast; het belastingmodel bovenrivieren gaat, net als in HR-2006, uit van een gemiddelde vorm van de afvoergolf, de zogenoemde standaard golfvorm. Deze vorm wordt gebruikt voor de productieberekeningen van waterstanden. Voor de probabilistische berekeningen geldt een andere schematisatie van de afvoergolf, namelijk een trapeziumverloop of een blokkentijdsverloop in het FBC (Ferry Borges Casthaneta) model, zie (Diermanse et al, 2016). Het trapeziumverloop in Hydra-Ring dient vooral om de kans op samenvallen met (hoge) windsnelheden af te leiden. Daarnaast kent het belastingmodel in verband van het meenemen van kennisonzekerheden, de volgende extra stochasten: Statistische onzekerheid Rijnafvoer bij Lobith (voor de Rijn), Statistische onzekerheid Maasafvoer bij Borgharen (voor de Maas), Statistische onzekerheid windsnelheid bij Deelen, Modelonzekerheid lokale waterstand, Modelonzekerheid golfhoogte (H m0 ), Modelonzekerheid golfperiode (T p ), Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 17 van 145

28 2.5 Productieberekeningen: modelschematisatie en specifieke elementen Modelschematisaties waterstanden Voor de WBI-2017 productieberekeningen van waterstanden wordt gebruik gemaakt van WAQUA modelmodelschematisatie Rijntakken, die onderdeel is van door Deltares beheerde gebiedsschematisaties. De gebruikte modelschematisatie is rijn-hr2017-v2.zip\rijn-hr2017- v2\modellen\waqua\hr2017_5-v2. Zie (Deltares, 2016a) voor een uitgebreide beschrijving van de modelschematisatie Rijntakken. Van de Maas zijn de volgende modelschematisaties gebruikt: maas-hr2017_5-v2.zip\maas-hr2017_5-v2\modellen\waqua\hr2017_5-v2\ maas-hr2017_mknov_5-v2.zip\maas-hr2017_mknov_5-v2\ modellen\waqua\hr2017_mknov_5-v2\ Het onderscheid tussen deze twee modelschematisaties van de Maas zit in de Maaskaden: mknov bevat niet-overstroombare (oneindige hoge) Maaskaden. Een uitgebreide beschrijving van de modelschematisaties Maas is te vinden in (Deltares, 2016b) Specifieke elementen en Ruimte voor de Riviermaatregelen Stuwen Het Rijntakken-model bevat de volgende stuwen in de Neder-Rijn/Lek: Driel bij km 891,6 Amerongen bij km 922,4 Hagestein bij km 946,8 En voor de Maas betreft het de volgende stuwen, zie Figuur 2.2 voor ligging: Borgharen bij km 15 Linne bij km 68 Roermond bij km 80 (niet meer in bedrijf bij Q = 1300 m3/s) Belfeld bij km 100 (niet meer in bedrijf bij Q = 1300 m3/s) Sambeek bij km 146 Grave bij km 175 Lith bij km 200 De stuwen worden in zowel het Rijntakken als het Maasmodel automatisch aangestuurd volgens het vigerende stuwprogramma van de Rijntakken (Deltares, 2016ab) Regelwerken splitsingspunten Het Rijn-model bevat twee regelwerken om de afvoerverdeling over de Rijntakken te kunnen regelen: De Pannerdensche Overlaat bij de Pannerdensche Kop De Hondsbroeksche Pleij bij de IJsselkop De Pannerdensche Overlaat heeft een vaste drempelhoogte van 14,0 m+nap totdat de Waalafvoer groter wordt m 3 /s. Bij hogere debieten wordt actief gestuurd op een maximale afvoer van m 3 /s door de Waal (Deltares, 2016a). De Hondsbroeksche Pleij is ingesteld om de Neder-Rijn/Lek te ontzien, dat wil zeggen: zo lang mogelijk de afvoer naar de Neder-Rijn/Lek maximaliseren op m 3 /s (Deltares, 2016a). 18 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

29 Keringen Het Maas-model bevat de volgende keringen: Kering Mook bij km 164 (rechteroever bij de Mookerplas) Kering Cuijk bij km 167 (linkeroever bij de Kraaijenbergse Plassen) Kering Afgedamde Maas bij km 230. De keringen bij Mook en Cuijk sluiten zodra de waterstand in het controlepunt hoger wordt dan 8,30 m+nap. De kering van de Afgedamde Maas sluit zodra de waterstand in het controlepunt hoger wordt dan 3,49 m+nap; zie (Deltares, 2016b) voor meer details Ruimte voor de Riviermaatregelen In het kader van het Ruimte voor de Rivier programma zijn of worden op meer dan 30 locaties langs de Rijn, IJssel, Waal, Neder-Rijn, Lek en Bergsche Maas projecten uitgevoerd om het water vrijer te laten stromen en daarmee de kans op hoge waterstanden te verkleinen. De maatregelen Ruimte voor de Rivier zijn ingebouwd in het WTI2017. Figuur 2.7 en Figuur 2.8 tonen de Ruimte voor Riviermaatregelen langs de Rijntakken. In Figuur 2.9 wordt een indicatie gegeven van deze maatregelen zoals onderzocht door Crebas (2013a). We noemen hieronder de belangrijkste Ruimte voor de Riviermaatregelen langs de Rijntakken. Figuur 2.7 Overzicht Ruimte voor de Riviermaatregelen langs de Neder-Rijn/Lek en de Waal. Dijkteruglegging Lent Tussen Nijmegen en Lent maakt de Waal een scherpe bocht. Het winterbed van de rivier is hier erg smal. Het project Ruimte voor de Waal heeft dit probleem opgelost. De dijk bij Lent is 350 m landinwaarts verplaatst. In de hierdoor verbrede uiterwaarden is een nevengeul gegraven die helpt om het rivierwater bij extreme waterstanden af te voeren. Het effect van deze maatregel op de waterstanden bedraagt voor een afvoer van m 3 /s maximaal ca. 0,50 m, zie Figuur 2.9 uit (Crebas, 2013a). Kribverlaging (Middel-Waal, Waal Fort st. Andries en Beneden-Waal) Tussen Middel-Waal en Beneden-Waal zijn Kribverlagingen doorgevoerd. Het effect van deze maatregelen op de maatgevende waterstanden varieert tussen 0,06 en 0,12 m (Crebas, 2013a). Het effect van de uiterwaardvergravingen bij Munnikenland en Millingerwaard wordt voor een afvoer van m 3 /s geschat op respectievelijk ca. 0,12 m en 0.70 m. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 19 van 145

30 Figuur 2.8 Overzicht van Ruimte voor de Riviermaatregelen langs de IJssel. Uiterwaardvergravingen (Bolwerksplas, Keizerswaard, Scheller en Oldeneler Buitenwaarden) Langs de IJssel vonden er uiterwaardvergravingen plaats bij Cortenoever, Bolwerksplas, Keizerswaard en Voorsterklei. De effecten van deze maatregelen worden voor een afvoer van m 3 /s geschat op ca. 0,30, 0,20, 0,10 en 0,25 m respectievelijk (Crebas, 2013a). 20 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

31 Figuur 2.9 Indicatie van het waterstandseffect van de Ruimte voor de Riviermaatregelen langs de Rijntakken bij een standaard afvoergolfvorm van de Rijn bij Lobith met topwaarde van m 3 /s(crebas, 2013a). Hoogwatergeul Veessen-Wapenveld De maatregel betreft de aanleg van twee nieuwe dijken tussen Veessen en Wapenveld; hierdoor wordt een 8 km lange hoogwatergeul gecreëerd. De breedte varieert tussen 550 en m. Aan de bovenstroomse zijde bij Veessen krijgt de geul een inlaat, bij Wapenveld een uitlaat. De inlaat gaat alleen open als het waterpeil van de IJssel een hoogte van 5,65 m+nap heeft bereikt. Het water in de geul gaat dan mee stromen met de IJssel. Door bij extreem hoogwater de geul in werking 9 te stellen, wordt de waterstand in de IJssel met gemiddeld ca. 0,75 m (tot maximaal ca. 0,90 m) verlaagd bij een afvoer van m 3 /s (Crebas, 2013a). Bypass Kampen Eén van de Ruimte voor de Riviermaatregelen is de Bypass Kampen (samen met de zomerbedverdieping beneden-ijssel vormt dit de IJsseldelta-Zuid). In het model van de Rijntakken is conform de eerste fase 10 van de maatregel Bypass Kampen als onttrekking/lozing opgenomen. De onttrekking vindt plaats ter hoogte van km 992 en de lozing vindt plaats bij de Roggebotsluis in het Vossemeer. De onttrekking bedraagt 340 m 3 /s en is onafhankelijk van de afvoerhoogte bij Lobith (Deltares, 2016a). Het effect van Bypass op de waterstanden bedraagt ca. 0,30 m bij een afvoer van m 3 /s. 9 De inlaat van de hoogwatergeul gaat open (de deuren klappen open) op het moment dat het waterpeil in de IJssel een hoogte heeft bereikt van 5,65 meter +NAP 10 Er is inmiddels besloten om ook de tweede fase van Bypass Kampen uit voeren (besluit Minister I&M, d.d. oktober 2015). Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 21 van 145

32 Maaswerken In het kader van het project Maaswerken worden op meer dan 20 locaties langs de Maas projecten uitgevoerd die van invloed (kunnen) zijn op hoogwaterstanden. Deze projecten zijn geschematiseerd in de modelschematisaties ten behoeve van WTI Maaswerken zijn onderverdeeld in 3 deelprojecten: Tracé besluit Zandmaas, Grensmaas en Zandmaas pakket II. Zandmaas In het kader van hoogwaterbescherming wordt in Zandmaas pakket I ( trace besluit Zandmaas ) gewerkt aan rivierverdieping en -verbreding, hoogwatergeulen, retentiebekkens en de ophoging van kades. Zandmaas pakket II is een vervolg op Zandmaas pakket I en richt zich op natuurontwikkeling gecombineerd met hoogwaterbescherming. Grensmaas Het Grensmaasproject voorziet in de realisatie van circa ha nieuw natuurgebied langs de Grensmaas. Kern van het plan is rivierverruiming over een lengte van ongeveer 40 km tussen Maastricht en Roosteren. Zie Deltares (2013b) voor een overzicht van de maatregelen. Aan Vlaamse zijde van de Grensmaas wordt gewerkt aan de realisatie van meer natuur, vaak in combinatie met andere functies als hoogwaterbestrijding. De werkzaamheden zijn eind 2007 gestart en lopen tot en met Al deze maatregelen zijn meegenomen in de modelschematisatie voor WTI-2017 (Deltares, 2013a). Mogelijke effecten van Maaswerken op de waterstanden zijn afgebeeld in Figuur Langs de Grensmaas zorgen de Maaswerken over het algemeen voor een verlaging van de waterstand; langs de Grensmaas is de verlaging fors en kan oplopen tot bijna 2 m voor een herhalingstijd van 250 jaar. Voor een herhalingstijd van 1250 jaar treedt er lokaal een verhoging op van maximaal ca. 0,20 m. Op basis van dit resultaat wordt verwacht dat voor langere herhalingstijden de verlaging relatief klein zal zijn en de verhoging relatief groot. Figuur 2.10 Indicatie van het waterstandseffect van de Maaswerken ten opzichte van HR-2006, 1/250 afvoergolf (rood) en 1/1250 afvoergolf (groen). Bron (Crebas, 2013b). Rivierkilometer 1 ligt bij de grens met België Productieberekeningen waterstanden De productieberekeningen WTI-2017 zijn uitgevoerd met het WAQUA-Rijntakkenmodel voor de Rijntakken en het WAQUA-Maasmodel voor de Maas (Deltares, 2016a, 2016b). Hierbij is 22 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

33 enkel gevarieerd in de afvoer van de Rijn bij Lobith dan wel van de Maas bij Borgharen. De windsnelheid en windrichting gelden weliswaar als basisstochasten in het belastingmodel van de Bovenrivieren maar zijn alleen voor de golfberekeningen relevant. In de productieberekeningen van waterstanden hebben ze een vaste waarde gekregen. Alle WAQUA berekeningen zijn namelijk uitgevoerd met windsnelheid 0 m/s. De wind (snelheid en richting) geldt wel als stochastische invoer voor het Bretschneidermodel waarmee golfcondities worden berekend. Station Lobith geldt als bovenrand voor het gebied van de Rijntakken en station Borgharen voor het gebied van de Maas. Op deze bovenranden zijn afvoergolfvormen opgelegd. Voor de Rijntakken zijn 11 afvoergolfvormen bij Lobith beschouwd en voor de Maas bij Borgharen 12. De toppen van de beschouwde afvoergolfvormen zijn weergegeven in Tabel 2.4. De vorm van de afvoergolf wordt behandeld in paragraaf van dit rapport. De benedenranden van het Rijntakkenmodel liggen bij Hagestein (Lek), Werkendam (Waal) en Ketelbrug (IJsselmeer). Op deze randen is gebruik gemaakt van de Qh-relaties zoals beschreven in Tabel 2.5. Deze relaties zijn afkomstig van Deltares (2016a). Tabel 2.4 Beschouwde afvoeren van de Rijn en de Maas in de productieberekeningen met WAQUA. Afvoer [m 3 /s] Rijn (Lobith) Maas (Borgharen) Tabel 2.5 Qh-relaties op de benedenranden van het Rijntakken-model. Werkendam (Waal) Krimpen a/d Lek (Lek) Ketelbrug (IJssel) Afvoer [m 3 /s] Waterstand [m+nap] Afvoer [m 3 /s] Waterstand [m+nap] Afvoer [m 3 /s] Waterstand [m+nap] 550 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,692 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 23 van 145

34 Voor het WAQUA-Maasmodel geldt Keizersveer als benedenrand. Op deze rand is gebruik gemaakt van de Qh-relatie zoals beschreven in Tabel 2.6. Deze relatie is afkomstig van Deltares (2016b). Voor het gebied van de Maas zijn conform uitgangspunten productieberekeningen in (Deltares, 2013a) 2 sets van WAQUA-berekeningen uitgevoerd: één WAQUA berekening waarbij de kades de werkelijke hoogtes toegekend hebben gekregen (overstroombare Limburgse Maaskeringen) en één WAQUA berekening met oneindige hoge kades (nietoverstroombare Limburgse Maaskeringen). Ten behoeve van de bepaling van de Hydraulische Belastingen in het bovenstroomse deel van de Maas dienen de Maaskades namelijk meegenomen te worden als niet overstroombaar of oneindig hoog. Voor het benedenstroomse deel van de Maas dienen de Maaskades als overstroombaar te worden meegenomen, waarbij de werkelijke hoogte van de kades gehanteerd dient te worden (Deltares, 2013a). In totaal zijn dus 12*2=24 simulaties uitgevoerd voor de Maas: 12 afvoergolven en twee typen berekeningen voor (niet-) overstroombare kades. Tabel 2.6 Qh-relatie op de benedenrand van de Maas bij Keizersveer (Deltares, 2016b) Afvoer Keizersveer (m 3 /s) Waterstand Keizersveer (m+nap) 19 0, , , , , , , , , , , Productieberekeningen golfcondities De golfcondities in het gebied van de Rijntakken en de Maas zijn afgeleid met de Bretschneiderformule (TAW, 1989). Voor toepassing van Bretschneider moeten op de dijkteenlocatie bekend zijn: de effectieve waterdiepte d, de effectieve strijklengte F en de windsnelheid op 10 m hoogte boven open water. De effectieve waterdieptes en effectieve strijklengtes zijn afgeleid op basis van de baseline modelschematisaties van de Rijn en van de Maas respectievelijk (Deltares, 2016a,b). In gebieden waar met name in het kader van Ruimte voor de Riviermaatregelen uiterwaardevergraving en dijkverleggingen zijn gerealiseerd, zijn in vergelijking met HR2006 enige veranderingen opgetreden in de effectieve waterdieptes en de effectieve strijklengtes respectievelijk. De methode voor het afleiden van golfcondities (Bretschneiderformulering) is onveranderd ten opzichte van HR De wijze; omgaan met voorlanden, obstakels e.d. is wel veranderd. Deze zijn namelijk niet beschouwd bij het bepalen van de gemiddelde waterdieptes en effectieve strijklengtes. De berekende gemiddelde waterdieptes en effectieve strijklengtes zijn, na uitvoerige controle, opgenomen in de database van Hydra-Ring. Deze gegevens liggen vast en kunnen niet worden aangepast door de gebruiker van Hydra-Ring. 24 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

35 2.6 Statistiek basisstochasten Afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith De afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith is in WBI-2017 aangepast ten opzichte van HR De nieuwe statistiek is bepaald met het model GRADE 11, een combinatie van een stochastische neerslaggenerator en een hydraulisch/hydrologisch simulatiemodel van de Rijn bovenstrooms van Lobith (Hegnauer et al, 2014). Met GRADE kunnen verschillende varianten worden doorgerekend: de situatie waarbij wel/geen overstromingen in de bovenstroomse delen van het stroomgebied worden beschouwd al dan niet in combinatie met noodmaatregelen om die overstromingen te beperken. Bij de berekeningen met GRADE voor de variant met overstromingen in Duitsland is daarnaast rekening gehouden met onzekerheden in klimaat, hydrologie en hydraulica. Onzekerheden in de hydraulica omvatten het al dan niet treffen van noodmaatregelen om overstromingen in Duitsland, de dijkhoogtes, het bergend volume achter de dijken, het al dan niet bezwijken van de dijken en de bodemfrictie. Voor meer details wordt verwezen naar (Prinsen et al, 2015). De uitkomsten van GRADE met de variant met overstromingen in Duitsland in combinatie met noodmaatregelen zijn beschreven in Tabel 2.7 en Figuur Voor een terugkeertijd van 1250 jaar wordt met GRADE een afvoer bij Lobith berekend van m 3 /s (niet afgerond). Hierbij geldt een 95%-betrouwbaarheidsinterval van [13.720, m 3 /s]. Merk op dat de huidige maatgevende afvoer met terugkeertijd van 1250 jaar m 3 /s bedraagt. De 95% onzekerheid van deze waarde is in het kader van WTI2011 en voorgangers geschat op m 3 /s (Van de Langemheen en Berger, 2002). De afvoer berekend met GRADE voor een herhalingstijd van 1250 jaar is aanzienlijk lager dan de huidige maatgevende afvoer van m 3 /s. Een afvoer van m 3 /s heeft volgens de GRADE methode een overschrijdingskans van 1:7500 jaar (in plaats van 1:1250 per jaar volgens WTI-2011). Tabel 2.7 Herhalingstijd Afvoeren van de Rijn bij Lobith inclusief 95% betrouwbaarheidsintervallen, voor de situatie met overstromingen in Duitsland in combinatie met noodmaatregelen (Bron: Prinsen et al, 2015). Afvoer [m 3 \s] 95% betrouwbaarheidsinterval ondergrens bovengrens Figuur 2.11 laat zien dat vanaf afvoeren van ca m 3 /s een afvlakking optreedt in de werklijn van GRADE. Deze afvlakking is niet aanwezig in de huidige werklijn. Verder valt op dat voor afvoeren met herhalingstijden tussen 50 en 100 jaar een kleine knik te zien is in de 11 GRADE = Generator for Rainfall And Discharge Extremes Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 25 van 145

36 onzekerheidsband. Dit heeft er zeer waarschijnlijk mee te maken dat rond dit afvoerniveau (i.e. rond de m 3 /s, zoals ook te zien in Figuur 2.11) de eerste overstromingen optreden in Duitsland. Hierdoor kunnen kleine aanpassingen van de modelparameters in GRADE er voor zorgen dat het net wel, of juist net niet gaat overstromen. Voor lagere afvoeren doen dergelijke aanpassingen er feitelijk niet toe, want dan overstroomt het in ieder geval niet in Duitsland. Voor hogere afvoeren kunnen kleine aanpassingen er wel voor zorgen dat het lokaal niet (of wel) gaat overstromen, maar doordat de afvoer zo hoog is het effect van die overstroming op het totaal weer kleiner. Dit heeft er mee te maken dat een net-niet overstroming op een bepaalde locatie bij hele hoge afvoeren tot gevolg heeft dat er verder benedenstrooms alsnog een overstroming plaats vindt. Voor de afvoer bij Lobith maakt het in feite niet uit waar het water over de dijk loopt en dus leidt dit dan tot kleinere verschillen en dus een kleinere onzekerheid. Figuur 2.11 Fit GRADE voor de Rijn bij Lobith rekening houdend met overstromingen in bovenstroomse delen van het stroomgebied en eventuele inzet van noodmaatregelen (Prinsen et al, 2015). Figuur 2.12 toont de verschillen tussen de huidige werklijn (WTI-2011) en de werklijn van GRADE. GRADE berekent voor herhalingstijden kleiner dan 10 jaar lagere afvoeren dan de huidige werklijn, ook is de onzekerheid van GRADE voor het lage bereik (1 10 jaar) relatief groot. Voor een herhalingstijd van 2 jaar bijvoorbeeld bedraagt het verschil tussen de WTI werklijn en GRADE ruim m 3 /s (ca. 15%). Dit soort lage afvoeren zijn echter niet relevant voor de Rijntakken waar alleen extreme afvoeren bepalend zijn. In het middenbereik (herhalingstijden tussen 25 en 250 jaar) berekent GRADE nagenoeg dezelfde afvoeren als WTI Voor het hoge en extreme bereik (herhalingstijd > 250 jaar) komt GRADE beduidend lager uit dan de WTI-2011 extrapolatiemethode. Het verschil loopt voor T = jaar op tot bijna m 3 /s. Voor herhalingstijden groter dan jaar loopt het verschil nog gestaag verder op. De maatgevende hoge waterstanden zullen hierdoor dan ook aanzienlijk lager zijn (tot enkele decimeters). 26 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

37 Figuur 2.12 Verschil tussen huidige werklijn en GRADE, inclusief 95%-betrouwbaarheidsintervallen behorende bij beide werklijnen Afvoerstatistiek van de Maas bij Borgharen Net als voor de Rijn wordt de afvoerstatistiek voor de Maas bepaald met GRADE. Voor de Maas wordt alleen de optie zonder dijkdoorbraken in bovenstroomse gebieden in België beschouwd. Deze optie is mogelijk conservatief. Details met betrekking tot de GRADE statistiek voor de Maas bij Borgharen zijn te vinden in (Passchier, 2014). Figuur 2.13 toont de werklijn van GRADE voor de Maas bij Borgharen. GRADE berekent voor de Maas bij Borgharen een afvoer van m 3 /s bij een gemiddelde terugkeertijd van 1250 jaar. De huidige maatgevende afvoer van de Maas bij Borgharen bedraagt m 3 /s, met een 95% betrouwbaarheidsinterval van m 3 /s (Van de Langemheen en Berger, 2002). Het verschil tussen beide werklijnen, GRADE en statistische extrapolatie van metingen, is afgebeeld in Figuur Deze Figuur 2.14 laat zien dat er voor herhalingstijden tot ca jaar hogere afvoeren worden berekend met GRADE; het verschil met afvoeren berekend met de statistische extrapolatiemethode loopt op van 50 m 3 /s voor T = 5 jaar tot 220 voor T = 100 jaar en neemt daarna geleidelijk af tot 70 m 3 /s voor T = 1250 jaar. GRADE berekent voor herhalingstijden boven 2500 jaar lagere afvoeren. Voor herhalingstijden korter dan 5 jaar berekent GRADE lagere afvoeren dan de extrapolatiemethode. Voor T = 2 jaar geldt een verschil van 130 m 3 /s. Uit Figuur 2.14 blijkt verder dat voor herhalingstijden tot ca. 30 jaar het betrouwbaarheidsinterval van GRADE veel breder (ca. 2 keer zo breed) is dan dat van de extrapolatiemethode. Dit betekent dat de onzekerheid van GRADE voor zulke lage herhalingstijden bijna twee keer zo groot is als die behorende bij de statistische extrapolatiemethode. N.B. De hogere afvoeren berekend met GRADE in combinatie met de daarbij behorende grote onzekerheid zal een verhogend effect hebben op de waterstanden in Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 27 van 145

38 gebieden waar dergelijke afvoeren relevant zijn. Dit geldt specifiek voor de bovenstroomse delen van de Maas en de onbedijkte Maas. Tabel 2.8 Afvoeren van de Maas bij Borgharen behorende bij verschillende herhalingstijden, inclusief 95%- betrouwbaarheidsintervallen. Herhalingstijd Afvoer 95%-betrouwbaarheidsinterval [jaar] [m 3 /s] ondergrens bovengrens Figuur 2.13 Fit van GRADE voor de Maas bij Borgharen inclusief 95% betrouwbaarheidsinterval voor de situatie zonder overstromingen/noodmaatregelen in buitenland. 28 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

39 Figuur 2.14 Vergelijking resultaten van GRADE en extrapolatiemethode voor de Maas bij Borgharen, inclusief onzekerheidsbanden Windstatistiek Naast afvoer gelden de windsnelheid en windrichting als basisstochasten. De ontwerpwindsnelheden in Hydra-R zijn in WTI-2017 vervangen door een nieuwe windstatistiek die in het kader van SBW-WTI is afgeleid (Caires, 2009). In de volgende 2 subparagrafen beschrijven we de statistiek van deze 2 basisstochasten Windsnelheid Het belastingmodel voor zowel de Rijntakken als de Maas gaat uit van station Deelen. Tabel 2.9 toont voor enkele relevante herhalingstijden de bijbehorende windsnelheid volgens de nieuwe statistiek. Het verschil tussen de oude en nieuwe windstatistiek is klein. De effecten van de nieuwe windstatistiek op de toetspeilen en kruinhoogten verschillen per watersysteem maar zijn over het algemeen klein en bedragen enkele centimeters; zie (Geerse en Verkaik, 2010). Het effect van de nieuwe windstatistiek in dit gebied is niet onderzocht, maar de verwachting is dat het effect op het HBN klein zal zijn. Immers, in het bovenrivierengebied zijn het vaak windsnelheden van tot ca. 20 m/s die relevant zijn. De windgolven zijn dan klein voor beperkte strijklengtes en waterdieptes. De windstatistiek van (Caires, 2009) geldt voor hoge windsnelheden, hoger dan de in de statistische functies gedefinieerde drempelwaarden. Voor lage windsnelheden is op basis van metingen en turven de statistiek afgeleid. Hierbij is de methode zoals toegepast in (Geerse en Verkaik, 2010) gehanteerd. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 29 van 145

40 Tabel 2.9 Relatie (omnidirectionele) windsnelheid en herhalingstijd volgens de (nieuwe) windstatistiek van (Caires, 2009) Herhalingstijd Windsnelheid [jaar] [m/s] 2 17, , , , , , , , , ,8 De werklijn uit Tabel 2.9, zie ook Figuur 2.15, heeft uitsluitend betrekking op hoge windsnelheden 12 binnen het winterhalfjaar. De werklijn is daarom aangevuld met lage windsnelheden en bijbehorende overschrijdingsfrequenties. Daarnaast heeft een omrekening plaatsgevonden van het winterhalfjaar naar perioden van 12 uur, zie meer details (Chbab en Eilander, 2016). De windtabel voor blokken van 12 uur is opgenomen in Bijlage D. De duur van 12 uur is de basisduur van probabilistische berekeningen in Hydra-Ring. Figuur 2.15 Werklijn omnidirectionele windsnelheid station Deelen, inclusief 95%-betrouwbaarheidsbanden. 12 Het betreft windsnelheden die hoger zijn dan de voor Schiphol gebruikte drempelwaarde van 16,6 m/s (Caires, 2009). 30 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

41 Windrichting De windrichting is sterk van invloed op de kans op hoge windsnelheid en daarmee samenhangende hoge golven. Verder is ook bij gelijke windsnelheden de windrichting relevant: aanlandige wind zorgt voor hogere golfbelasting dan aflandige wind. De windrichting is een discrete basisstochast in het belastingmodel. De windroos is ingedeeld in 16 windrichtingen van 22.5 graden. De kansverdeling van de windrichtingen bij station Deelen is weergegeven in Tabel Tabel 2.10 Kansverdeling windrichting voor station Deelen Windrichting Deelen [Gr] [-] 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , Afvoergolfvormen De afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith en van de Maas bij Borgharen beschrijft overschrijdingskansen van piekwaarden. Naast piekwaarden van de afvoer is informatie nodig ten aanzien van het tijdsverloop: de afvoergolfvorm. Zoals hierboven al vermeld is de afvoergolfvorm in het belastingmodel geen basisstochast maar een deterministische grootheid Afvoergolfvorm Rijn bij Lobith De golfvorm van de Rijnafvoer bij Lobith is in het kader van WTI-2017 opnieuw afgeleid aan de hand van de met GRADE gegenereerde afvoer-tijdreeksen (Hegnauer et al, 2014). Hierbij zijn twee verschillende situaties beschouwd: met en zonder overstromingen in bovenstroomse delen van de Rijn. Figuur 2.16 toont de afvoergolfvorm van de Rijn bij Lobith voor de situatie met overstromingen. De figuur laat zien dat de gemiddelde golfvorm rondom de top enigszins breder is dan de huidige golfvorm uit WTI-2011, en in de basis smaller. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 31 van 145

42 Figuur 2.16 GRADE afvoergolfvorm voor de Rijn bij Lobith voor de situatie met overstromingen in Duitsland inclusief betrouwbaarheidsintervallen (en inclusief golfvormen uit HR-2001 en WTI-2011) Afvoergolfvorm van de Maas bij Borgharen De afvoergolfvorm van de Maas bij Borgharen zoals bepaald met GRADE is afgebeeld in Figuur Deze golfvorm is afgeleid in Deltares (2013a). Deze nieuwe golfvorm van GRADE vertoont veel overeenkomsten met de huidige golfvorm, bepaald met de afvoergolfgenerator door middel van opschalen van opgetreden afvoergolven (Klopstra, 1999). Figuur 2.17 GRADE afvoergolfvorm voor de Maas bij Borgharen voor de situatie zonder overstromingen bovenstrooms van Borgharen, inclusief betrouwbaarheidsintervallen (en inclusief golfvormen uit HR en WTI-2011). 32 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

43 Voor de Maas worden mogelijke bovenstroomse dijkdoorbraken niet gemodelleerd in GRADE Modellering tijdsverlopen basisstochasten De gemiddelde golfvorm van de Rijn bij Lobith en de Maas bij Borgharen zoals respectievelijk afgebeeld in Figuur 2.16 en Figuur 2.17, zijn gebruikt als bovenrand voor de productieberekeningen met WAQUA. Ten behoeve van de probabilistische berekeningen met Hydra-Ring zijn twee geschematiseerde tijdsverlopen gebruikt: een trapezium tijdsverloop en een constante afvoer gedurende een tijdsblok in het FBC (Ferry-Borges Canthaneta) model. Deze twee tijdsverlopen worden in Hydra-Ring gebruikt om kansen op samenvallen met hoge windsnelheden te berekenen, ze worden niet gebruikt om hydrodynamische modelsimulaties uit te voeren.. Het trapezium tijdsverloop heeft voor zowel de Rijn bij Lobith als de Maas bij Borgharen een basisduur van 30 dagen; zie Figuur Een winterhalfjaar bestaat uit 6 trapezia. De topduren van de trapezia hangen af van het afvoerniveau. Voor de Rijn geldt voor afvoeren hoger dan 6000 m 3 /s een topduur van 12 uur. Voor afvoeren lager dan 6000 m 3 /s loopt de topduur lineair op van 12 uur voor een afvoer van 6000 m 3 /s tot 720 uur (30 dagen) voor de laagste afvoer. Voor de Maas gelden dezelfde topduren met dien verstaande dat de grens op 1300 m 3 /s ligt (in plaats van 6000 m 3 /s voor de Rijn); (Geerse, 2006) Naast modellering van de afvoergolfvorm door een trapeziumverloop, is in Hydra-Ring het FBC model geïmplementeerd. Een FBC modelschematisatie van de afvoer bestaat uit onafhankelijke afvoerblokken; binnen elke blok is de afvoer constant; zie voor details (Diermanse et al, 2016). Een schematische afbeelding van FBC modellering is weergegeven in Figuur De duur van de blokken binnen het FBC model is afhankelijk gesteld van het afvoerniveau. Figuur 2.18 Modellering afvoeren door trapezia, basisduur 30 dagen. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 33 van 145

44 Figuur 2.19 Schematische afbeelding FBC voor afvoeren. In tegenstelling tot de afvoer (van de Rijn en de Maas) is de wind een snel in de tijd variërende basisstochast. Het tijdsverloop van een snelle stochast is in Hydra-Ring gemodelleerd door een FBC model. Elke blokduur van de wind is constant en bedraagt 12 uur. De duur van 12 uur is de basisduur voor probabilistische berekeningen met Hydra-Ring. 2.7 Extra stochasten kennisonzekerheid Modellering kennisonzekerheid Kennisonzekerheid (statistische en modelonzekerheid) is als extra stochast toegevoegd in Hydra-Ring. Hiertoe zijn vier modellen geïmplementeerd, zie (Chbab en Eilander, 2015). Hydra-Ring houdt voor de Rijntakken en de Maas rekening met de volgende kennisonzekerheden: 1. Modelonzekerheid lokale waterstand 2. Modelonzekerheid golfhoogte (H m0 ) 3. Modelonzekerheid golfperiode (T p ) 4. Statistische onzekerheid Rijnafvoer bij Lobith 5. Statistische onzekerheid Maasafvoer bij Borgharen 6. Statistische onzekerheid windsnelheid Deelen Modelonzekerheid waterstand Met betrekking tot kwantificering en implementatie in Hydra-Ring gelden de volgende uitgangspunten; zie voor een uitgebreide beschrijving (Chbab en Groeneweg, 2015) en (Chbab en Eilander, 2016). Als eerste uitgangspunt geldt dat modelonzekerheid (in lokale waterstand) normaal verdeel is en wordt uitgedrukt in een bias (µ) en een standaardafwijking (σ). Omdat de productieberekeningen uitgevoerd worden met gekalibreerde en gevalideerde modellen, waarbij de kalibratie als doel heeft een bias te minimaliseren, is in WTI-2017 de modelonzekerheid in de waterstand enkel uitgedrukt in een standaardafwijking. De bias is gelijk gesteld aan nul voor alle rivierentakken. Het tweede uitgangspunt is dat er een standaardafwijking wordt gebruik voor het hele bereik van waterstanden en herhalingstijden. Bij de vaststelling van deze standaardafwijking is rekening gehouden met extreme situaties. Voor lage terugkeertijden kan er bijgevolg sprake zijn van een overschatting van 34 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

45 modelonzekerheid, maar dit bereik is in veel gevallen minder relevant voor de hydraulische belastingen. Modelonzekerheid voor het gebied van de Rijntakken en de Maas is uitvoerig beschreven in (Tijssen en Stuparu, 2013) en (Chbab en Groeneweg, 2015). Zonder details te vermelden, doen we hier opgave van gemaakte keuzes en schattingen voor modelonzekerheid voor de Rijntakken en de Maas. Modelonzekerheid in de lokale waterstand is verondersteld normaal verdeeld te zijn. Tabel 2.11 toont de parameterschattingen van deze normale verdeling. Tabel 2.11 Modelonzekerheid Rijntakken en Maas: regio s 1, 2 en 18 Riviertak Bias [m] Standaardafwijking [m] Boven-Rijn 0 0,15 Pannerdensch kanaal 0 0,15 Waal 0 0,15 Lek/Nederrijn 0 0,15 IJssel 0 0,20 Maas 0 0,30 De bodemruwheid speelt een belangrijke rol in zowel de waterbewegingsmodellen voor de Rijntakken en de Maas (en dus ook de bijbehorende modelonzekerheid) als in het hydrodynamische model van GRADE waarmee de afvoerstatistiek van de Rijn en de Maas is bepaald, zie (Deltares, 2015a). Het is hierbij aannemelijk dat de bodemruwheden op strekkingen op de Rijn en de Maas aan weerzijden van de grens met Nederland niet enorm van elkaar zullen verschillen en dat er dus enige vorm van correlatie is tussen beide bodemruwheden, en dus ook tussen de modelonzekerheid voor rivieren en een deel van de statistische onzekerheid van de afvoerstatistiek zoals beschreven in paragraaf Deze correlatie is niet meegenomen in het probabilistische model van Hydra-Ring. De effecten van de correlatie tussen bodemruwheden in Nederland en in Duitsland zijn verwerkt in de standaardafwijkingen in Tabel Zie voor details (Deltares, 2015b). Voor de Maas zijn alleen onzekerheden in het neerslagmodel meegenomen; de onzekerheden in de hydraulica zijn achterwege gelaten. Voor de Rijn wordt rekening gehouden met overstromingen en maatregelen in Duitsland omdat de verwachte impact hiervan groot kan zijn en voor de Maas niet. Voor de Maas is dus ook geen rekening gehouden met mogelijke correlaties in ruwheden Modelonzekerheid golfcondities Ruwweg zijn voor de golfcondities twee onzekerheidsbronnen onderscheiden: 1) benadering van fysische processen en 2) onzekerheden in modelinvoer (bijv. wind boven open water), modelschematisatie en het niet modelleren van fysische aspecten en/of grootheden (bijv. stroming bij gebruik Bretschneider). Bij het gebruik van de formulering van Bretschneider geldt een sterke versimpeling van de werkelijkheid ten aanzien van bodemhoogte en strijklengte en worden er aannames gedaan ten aanzien van het verwaarloosbaar zijn van o.a. stroming. Daarom zijn de bronnen 1 en 2 gescheiden behandeld. Aan de hand van een vergelijking met metingen is de onzekerheid als gevolg van bron 1 bepaald. Een groot aantal gevoeligheidsberekeningen heeft geleid tot een schatting van de onzekerheden als gevolg van bron 2. De onzekerheidsschattingen van beide bronnen zijn samengevoegd tot een schatting voor het gebruik van de golfgroeiformule van Bretschneider. Daarbij is de aanname gedaan dat de bronnen onafhankelijk zijn, zodat standaardafwijkingen kwadratisch kunnen Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 35 van 145

46 worden opgeteld. Formeel is dit een onjuiste aanname, maar omdat de standaardafwijking als gevolg van bron 1 ongeveer de helft is van die van bron 2, bedraagt de mogelijke fout die hier gemaakt wordt slechts enkele procenten. Voor de Rijntakken en de Maas (smalle wateren in het rivierengebied; hoofdsysteem III in onderstaande Tabel 2.12) wordt Bretschneider toegepast om te komen tot de golfcondities aan de teen van de waterkering. De modelonzekerheden als gevolg van de toepassing van Bretschneider zijn uitvoerig beschreven in (Deltares, 2015b) en (RWS, 2015). Modelonzekerheid in de golfparameters is in Hydra-Ring geïmplementeerd als een normale verdeling. Tabel 2.12 toont de onzekerheidsschattingen voor golfcondities voor smalle wateren van het rivierengebied, waar Rijntakken en Maas onderdeel van uit maken. Tabel 2.12 Modelonzekerheid golfcondities smalle wateren rivieren (Chbab en Groeneweg, 2015) Hoofdsysteem H m0 T m-1,0 T p I. Kust, IJsselmeer -0,01 0,19-0,04 0, II. Brede wateren in rivierengebied/randmeren -0,06 0,15-0,11 0,04-0,01 0,07 III. Smalle wateren in rivierengebied, Eemvallei -0,04 0, ,03 0,13 IV. Markermeer IJburg V. Markermeer - overig (excl. IJburg) Statistische onzekerheid basisstochasten Statistische onzekerheid Rijnafvoer bij Lobith De statistische onzekerheid van de Rijnafvoer bij Lobith is gemodelleerd door middel van een normale verdeling, met een gemiddelde en een standaardafwijking die afhangen van de herhalingstijd/afvoerniveau. Statistische onzekerheid in Rijnafvoer is verder in Hydra-Ring als additief model geïmplementeerd. Tabel 2.13 toont de parameters van de normale verdeling, evenals de afvoeren waarin de normale verdeling, die de statistische onzekerheid beschrijft, is uit-geïntegreerd zie laatste kolom van Tabel 2.13). Deze laatste beschrijft de werklijn waarin kennis-onzekerheden en natuurlijke variabiliteit (inherente onzekerheden) zijn verwerkt. Tabel 2.13 Statistische onzekerheid afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith: additief model, normale verdeling met µ = 0,0 m3/s en standaardafwijking die afhangt van afvoerniveau/herhalingstijd. Herhalings- Afvoer Mean St. dev Afvoer incl. stat. tijd [jaar] [m 3 /s] [m 3 /s] [m 3 /s] onzekerheid [m 3 /s] van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

47 Figuur 2.20 toont de werklijn voor natuurlijke variabiliteit en de uit-geïntegreerde werklijn van de Rijn bij Lobith. Figuur 2.21 illustreert de verschillen tussen enerzijds de vigerende werklijn en anderzijds de werklijnen van GRADE, met en zonder statistische onzekerheid. Figuur 2.20 Werklijnen Rijn bij Lobith: zonder onzekerheden (zwarte lijn) en met onzekerheden (gestippelde groene lijn). Deze laatste verkregen door middel van numerieke integratie. Figuur 2.21 Vergelijking huidige werklijn HR-2006 met werklijnen van GRADE met en zonder onzekerheid voor station Lobith Statistische onzekerheid Maasafvoer bij Borgharen De statistische onzekerheid van de Maasafvoer bij Borgharen is, evenals de Rijnafvoer, beschreven met een normale verdeling. Tabel 2.14 toont de parameters van deze verdeling, Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 37 van 145

48 evenals de uit-geïntegreerde afvoeren waarin de normale verdeling, die de statistische onzekerheid beschrijft, uit-geïntegreerd is. Tabel 2.14 Werklijnen Maas bij Borgharen met en zonder onzekerheden. Herhalings- Afvoer Mean st. dev afvoer incl. st. tijd [jaar] [m3/s] [m3/s] [m3/s] onzek. [m3/s] Figuur 2.22 toont de werklijn en de uit-geïntegreerde werklijn van de Rijn bij Lobith. Figuur 2.23 illustreert de verschillen tussen enerzijds de vigerende werklijn en anderzijds de werklijnen van GRADE, met en zonder statistische onzekerheid. Figuur 2.22 Werklijnen Maas bij Borgharen: zonder onzekerheden (zwarte lijn) en met onzekerheden (gestippelde groene lijn). Deze laatste is berekend met numerieke integratie. 38 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

49 Figuur 2.23 Vergelijking huidige werklijn HR-2006 met werklijnen van GRADE met en zonder onzekerheid voor station Borgharen. De uit-geïntegreerde werklijn van GRADE ligt hoger dan de werklijn van GRADE, de huidige werklijn ligt daaronder voor herhalingstijden tot ca jaar en tussenin voor herhalingstijden vanaf ca jaar. De consequentie van de overstap op de GRADE statistiek in combinatie met het meenemen van de statistische onzekerheid zal, uitgaande van de huidige normen, resulteren in hogere waterstanden langs de Maas over het bereik tot jaar. De grootste verhoging zal naar verwachting optreden bij waterstanden die gemiddeld eens in ca jaar voorkomen. Daarbij moet gerealiseerd worden dat andere factoren dan de afvoerstatistiek ook nog van invloed zijn op de resulterende frequentielijn voor de waterstand Statistische onzekerheid windsnelheid station Deelen De uit-geïntegreerde werklijn van de windsnelheid bij station Deelen is afgebeeld in Figuur In Hydra-Ring is een constante spreiding geïmplementeerd. De standardafwijking hangt niet dus af van de terugkeertijd en bedraagt 0,046 m/s. Er is gekozen voor een constante spreiding omdat verkennende berekeningen met variabele spreiding tot minimale verschillen (enkele millimeters) leiden, zie (Chbab en Eilander, 2016). Tabel 2.15 toont de gehanteerde spreiding (de tabel bevat in grijs-cursief ook de spreidingen voor andere windstations in Hydra-Ring). Tabel 2.15 Windstations en bijbehorende parameters (µ en σ) van de normale verdeling voor de statistische onzekerheid van de omni- en de richtingsafhankelijke situaties. Windstation Regio s µ [-] σ [-] Schiphol 1 t/m 8 en ,047 Deelen 1, 2 en ,046 West Terschelling 9, ,048 De Kooy/Texelhors ,046 Ijmuiden ,040 Hoek van Holland ,036 Vlissingen 14 en ,042 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 39 van 145

50 Figuur 2.24 Werklijnen windsnelheid bij Deelen van de omni-directionele situatie: zonder onzekerheid (zwarte lijn) en met onzekerheid (gestippelde groene lijn). Deze is verkregen door middel van numerieke integratie. 2.8 Probabilistisch rekenen Zoals hierboven al vermeld volgden de waterstanden bij de normfrequentie in HR-2006 (1250 jaar) voor het gebied van de Rijntakken en de Maas rechtstreeks uit een WAQUAberekening. De golfcondities werden berekend met Hydra-R waarbij gebruik werd gemaakt van de ontwerpwindsnelheden. De rekentechniek in Hydra-R 13 is numerieke integratie. Hieraan liggen dus geen probabilistische berekeningen aan ten grondslag. In WBI-2017 wordt gebruik gemaakt van het nieuwe probabilistische instrumentarium Hydra- Ring om de hydraulische belasting te bepalen. Hydra-Ring berekent de faalkans in eerste instantie voor een enkel element (dijkvak en faalmechanisme) op jaarbasis. Hierbij hanteert Hydra-Ring een andere rekentechniek voor het aspect betrouwbaarheid van een element dan voor het aspect op jaarbasis. De eerste rekentechniek wordt simpelweg aangeduid als rekentechniek en de tweede als tijdsintegratiemethode. Naast deze twee aspecten bevat Hydra-Ring de functionaliteit om de faalkansen voor diverse dijkvakken én voor diverse faalmechanismen te combineren tot één gecombineerde faalkans. Deze combinatietechnieken worden in dit rapport achterwege gelaten (voor uitgebreide toelichting, zie het Technical Reference Manual voor Hydra-Ring (Diermanse et al, 2016)) Rekentechnieken in Hydra-Ring Voor het berekenen van de betrouwbaarheid van een enkel element (dijkvak en faalmechanisme) waarvan de grenstoestandsfunctie afhangt van meerdere basisstochasten zijn in Hydra-Ring diverse rekentechnieken geïmplementeerd, namelijk: 13 Dit geldt ook voor andere Hydra s (Hydra-zoet, Hydra-NL, e.d. ) met uitzondering van Hydra-K. In Hydra-K zit methode de Haan als basis. 40 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

51 First Order Reliability Methode, FORM; Monte Carlo Directional Sampling, DS; Crude Monte Carlo; Numerieke Integratie; Importance Sampling. Omdat de methodes FORM en DS veruit de meest gebruikte methodes zijn, worden deze twee methodes hier kort toegelicht. FORM is een wijdverbreide en algemene methode om de betrouwbaarheid van een element (faalkans) te berekenen.. De methode is erop gebaseerd dat de zogenoemde grenstoestandsfunctie behorende bij een bepaald faalmechanisme wordt gelineariseerd en dat eventuele niet-normaal verdeelde basisstochasten worden getransformeerd naar normaal verdeelde variabelen. Een uitgebreide beschrijving van FORM zijn te vinden in de Technical Reference Manual Hydra-Ring (Diermanse et al, 2016) Directional Sampling is een methode uit de Monte Carlo familie (Ditlevsen & Bjerager, 1987). De methode komt ruwweg op het volgende neer. Bij een standaard (2D) Monte Carlo sampling bestaat elke trekking uit zowel een x-coördinaat als een y-coördinaat. De faalkans wordt geschat door de frequentie te bepalen waarmee deze x- en y-coördinaten zich in het faalgebied bevinden. Bij Directional Sampling worden, in plaats van deze x- en y-coördinaten, poolcoordinaten getrokken en wel zodanig dat de hoek random wordt getrokken. Vervolgens wordt voor deze hoek de afstand tot het faalgebied bepaald en deze afstand is bepalend voor de faalkans (gegeven de trekking van de hoek). FORM heeft als voordeel dat het relatief weinig rekentijd vergt, maar het heeft als nadeel dat het niet altijd een resultaat geeft; de onderliggende iteratieve methode kan soms niet convergeren. Om die reden is in Hydra-Ring een combinatie van FORM en Directional Sampling geïmplementeerd: Indien een FORM berekening niet convergeert voor een specifieke locatie wordt overgestapt op de robuuste rekentechniek Directional Sampling. Met deze methode wordt rekentijd bespaard waar het kan (FORM) en extra rekentijd geïnvesteerd (Directional sampling) waar het moet. Een gevoeligheidsanalyse naar o.a. rekentechnieken, uitgevoerd door HKV/TNO/ARGOSS in opdracht van Rijkswaterstaat, heeft laten zien dat de resultaten van bovenvermelde rekentechnieken slechts in geringe mate verschillen (HKV/TNO/ARGOSS, 1998). De uitkomsten zijn wel sterk afhankelijk van gekozen rekeninstellingen Tijdsintegratiemethode in Hydra-Ring Voor de betrouwbaarheid van een element zijn dus diverse methodes beschikbaar (FORM, DS, etc.). Voor het berekenen van een faalkans op jaarbasis is de kans nodig dat twee stochastwaarden gelijktijdig optreden. Voor deze kans is een tweede set aan technieken beschikbaar. Hydra-Ring ondersteunt voor de opschaling naar een jaar drie verschillende methodes: het rekenschema van Ferry-Borges en Castanheta: het FBC-schema, de techniek Numerieke Tijdsintegratie: het NTI-schema, de techniek Arbitrary Point in Time: het APT-schema. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 41 van 145

52 Het FBC-schema (Ferry-Borges en Castanheta, 1971) is een iteratieve methode die gebruik maakt van duurlijnen (gemiddelde overschrijdingsduur van een bepaalde stochastwaarde): iteratief wordt gezocht naar de juiste blokduur voor een basisstochast. Het NTI-schema is geen iteratieve methode; in plaats daarvan, maakt het NTI-schema gebruik van de directe integratie van de blokvorm van de afvoergolf. Het APT-schema beschouwt de blokduur van een basisstochast als een afzonderlijke stochast die integraal wordt meegenomen in de rekenmethode voor de analyse van de betrouwbaarheid van een enkel element. Voor een uitgebreide toelichting op deze methodes wordt verwezen naar de Technical Reference Manual Hydra-Ring (Diermanse et al, 2016). 42 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

53 3 Analysefase 3.1 Inleiding Doelstelling van de analysefase is vertrouwen krijgen in de afgeleide Hydraulische Belastingen met Hydra-Ring. Daartoe zijn voor de herhalingstijd van 1250 jaar de resultaten van Hydra-Ring zonder onzekerheden vergeleken met de vigerende HR Voor de Limburgse Maas is dit gedaan voor de herhalingstijd van 250 jaar. Daarnaast zijn de resultaten van Hydra-Ring met onzekerheden geanalyseerd. In beide gevallen zijn de as-locaties beschouwd. In verband met wel/niet overstrombare Limburgse Maaskeringen zijn voor de Maas twee situaties beschouwd: de situatie waarbij de Limburgse Maaskeringen de werkelijke hoogte toegekend kregen (overstroombaar) en de situatie waarbij de Limburgse Maaskeringen oneindig hoog zijn (niet-overstroombaar). In de derde stap van de analysefase zijn voor een beperkt aantal locaties verspreid over het gebied van de Rijn en de Maas de resultaten van Hydra-Ring onderling vergeleken. Bij deze stap zijn oeverlocaties beschouwd. De analysefase richt zich voornamelijk op de Hydraulische Belastingen t.b.v. de semi-probabilistische toets op vakniveau. Het gaat hier dus vooral om de waterstanden, HBN s en golfcondities voor bekledingen. Aanvullend wordt kort ingegaan op de invoer van de eenvoudige toets, de marginale statistiek van de golven. In de analyse fase worden de resultaten van Hydra-Ring vergeleken met de in HKV (2016) beschreven resultaten van Hydra-NL. 3.2 Werkwijze en stappen verschilanalyse Per gekozen locatie zijn de volgende stappen doorlopen: 1. Vergelijk de Hydra-Ring resultaten zonder onzekerheden voor de normfrequenties van 1/250 (regio 18) en 1/1250 per jaar (regio s 1 en 2) met de vigerende hydraulische randvoorwaarden uit HR-2006/TMR Voor de Limburgse Maas worden de situaties met en zonder overstroombare Limburgse Maaskeringen beschouwd. Hiermee wordt het verschil als gevolg van de overgang op een nieuwe database (nieuwe productieberekeningen), een nieuw belastingmodel (probabilistisch) en nieuwe rekentechniek (FORM/Directional Sampling) geduid, 2. Vergelijk de Hydra-Ring resultaten onderling (met en zonder onzekerheden), eveneens voor de normfrequenties 1/250 en 1/1250 per jaar. Hiermee wordt het verschil als gevolg van het meenemen van kennisonzekerheden (model- en statistische onzekerheden) geduid, 3. Vergelijk de Hydra-Ring resultaten met (kennis)onzekerheden en zonder (kennis)onzekerheden voor de normfrequenties van 1/ en 1/ per jaar. Voor de Maas is daarnaast ook de herhalingstijd van 100 jaar beschouwd, omdat dat de norm is voor enkele trajecten langs de Maas. Hiermee wordt het effect van het meenemen van kennisonzekerheden, samen met de resultaten uit punt 2, geduid, 4. Analyse testlocaties, 3.3 Rekeninstellingen Hydra-Ring Zoals hierboven al vermeld wordt WTI-2017 gebruik gemaakt van het probabilistische instrumentarium Hydra-Ring. Ten aanzien hiervan zijn keuzes gemaakt over de implementatie van de functionaliteit in rekentechnieken op basis van Scientific Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 43 van 145

54 Documentation Hydra-Ring (Diermanse et al, 2016). Doordat het proces van het komen tot aanbevolen instellingen meerdere stappen kent (zie paragraaf 1.5), wordt in deze paragraaf beschreven welke instellingen er in dit rapport zijn gebruikt. In paragraaf 4.6 staat welke instellingen er worden aanbevolen door Deltares (2017). Het grootste verschil tussen Hydra-Ring en Hydra-zoet 14 is de rekenmethode. Hydra-zoet maakt gebruik van numerieke integratie. In Hydra-Ring kunnen veel verschillende rekentechnieken gekozen worden. Vanwege het meenemen van onzekerheden introduceren we voor de Rijn en de Maas vijf extra stochasten. Dit maakt dat de rekentijden sterk zullen oplopen bij geavanceerde rekentechnieken als Numerieke Integratie en Directional Sampling. Voor de Rijn en de Maas wordt om deze reden FDIR gehanteerd. Dit is een combinatie van FORM en Directional Sampling. Indien een FORM berekening niet convergeert wordt overgestapt op de robuuste rekentechniek Directional Sampling. Een volledig overzicht van Hydra-Ring instellingen evenals de herkomst van de benodigde gegevens is weergegeven in Tabel 3.1. Bij de FDIR is startmethode 4 gebruikt. Tabel 3.1 Instellingen Hydra-Ring en bron gegevens Berekeningen Hydra-Ring Onderdeel Naam Bestand & bron Instrument Hydra-Ring - Databases Rijn en Maas WTI2017 HRD bovenrijn.sqlite HRD bovenmaas.sqlite HRD bovenmaas-hk.sqlite Bodemgegevens en strijklengtes Statistiek Rijn en Maas WTI-2017 Kans op windrichting Deelen, Tabel 2.10 Statistiek windsnelheid per richting Werklijn Rijn bij Lobith, Tabel 2.7 Werklijn Maas bij Borgharen, Tabel 2.8 Statistische onzekerheden windsnelheid Statistische onzekerheid afvoer Rijn bij Lobith, Tabel 2.13 Statistische onzekerheid afvoer Maas bij Borgharen, Tabel 2.14 Modelonzekerheden waterstanden, Tabel 2.11 Modelonzekerheden golven, Tabel 2.12 WBI 2017, zie Deltares (2016c) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2016b) WBI 2017, zie Deltares (2015) WBI 2017, zie Deltares (2015) 14 Hydra-zoet geldt voor de zoete watersystemen maar is in principe niet gebruikt voor de afleiding van HR Deze volgen rechtstreeks door WAQUA simulaties waarbij de maatgevende afvoeren van de Rijn en de Maas doorgerekend worden. 44 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

55 Profiel (tbv HBN) Dijknormaal 15 MetaInfo_bovenrijn.xlsx MetaInfo_bovenmaas.xlsx Helling Standaard 1 op 3 Ruwheid 1 Criteria HBN Overslagdebiet 1 l/s/m TijdsInt. FBC Methode FDIR (FORM voor HBN) Startmethode 4 (8 voor HBN) Instellingen Rel.Fact. 0,15 ε β 0,005 ε HOH 0,005 ε Z 0,005 Nr. Iter. 150 uitvoer Belastingparameter Waterstanden, HBN, golfhoogte Type 2 en 3 Oeverlocaties Type 3: voor een interval van een belastingparameter berekent Hydra-Ring de bijbehorende frequentie. Type 2: Bij 7 herhalingstijden berekent Hydra- Ring de bijbehorende belastingparameter Bovenrijn Bovenmaas 3.4 Vergelijking vigerende HR-2006 met resultaten van Hydra-Ring In deze paragraaf wordt een vergelijking gemaakt tussen de vigerende hydraulische randvoorwaarden uit HR-2006 en berekeningsresultaten van Hydra-Ring (met en zonder kennisonzekerheden). De vigerende hydraulische randvoorwaarden HR-2006 zijn afkomstig uit (Berger, 2007). De HR-2006 zijn beschikbaar voor een normfrequentie van 1/1250 per jaar voor de Rijn en de Maas (regio s 1 en 2) en een normfrequentie van 1/250 per jaar voor de Limburgse Maas (regio 18). Ten behoeve van de vergelijking zijn berekeningen uitgevoerd met Hydra-Ring met en zonder onzekerheden op alle as-locaties langs de Rijn en de Maas, inclusief de Limburgse Maas. Hierbij zijn de herhalingstijden van 100, 250 en 1250 jaar beschouwd. De resultaten van de berekeningen met Hydra-Ring voor de herhalingstijd van 1250 jaar zijn opgenomen in Bijlage B. De berekeningen met Hydra-Ring voor de situatie met niet-overstrombare Limburgse Maaskeringen voor de herhalingstijd van 250 jaar zijn te vinden in Bijlage C. Figuur 3.1 t/m Figuur 3.5 tonen de resultaten van de berekeningen. Ruimtelijk gezien laten de figuren een consistent beeld zien. De waterstanden in m+nap zijn het hoogste op de locaties die het meest bovenstrooms liggen; door verval nemen de berekende waterstanden geleidelijk af richting de benedenranden. Dit beeld is duidelijk terug te zien in Figuur 3.1 t/m Figuur 3.5. De verhanglijnen van de berekende waterstanden behorende bij een herhalingstijd van 1250 jaar uitgezet tegen de rivierkilometers zijn weergegeven in Figuur 3.6. Figuur 3.7 toont het 15 De dijknormalen zijn conform de methode van het Deltamodel bepaald. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 45 van 145

56 resultaat van de Maas voor de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen, evenals voor T = Figuur 3.1 Resultaat waterstandsberekening (m+nap) met Hydra-Ring voor T = 1250 jaar. Links zonder onzekerheid en rechts met onzekerheid. Figuur 3.2 Resultaten waterstandsberekening met Hydra-Ring voor T = 250 jaar voor de Maas en de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen. Links met onzekerheid en rechts zonder onzekerheid. 46 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

57 Figuur 3.3 Resultaten waterstandsberekening met Hydra-Ring voor T = 250 jaar en de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen. Links met onzekerheid en rechts zonder onzekerheid Figuur 3.4 Resultaten waterstandsberekening met Hydra-Ring voor T = 100 jaar en de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen. Links met onzekerheid en rechts zonder onzekerheid Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 47 van 145

58 Figuur 3.5 Resultaten waterstandsberekening met Hydra-Ring voor T = 100 jaar en de situatie met nietoverstroombare Limburgse Maaskeringen. Links met onzekerheid en rechts zonder onzekerheid Figuur 3.6 Resultaten verhanglijnen (waterstand per riviertak van de Rijn uitgezet tegen km/afstand (in de benedenstroomse richting), T = 1250 jaar, zonder onzekerheden. 48 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

59 Figuur 3.7 Resultaat verhanglijn Maas (waterstand uitgezet tegen km/afstand (in de benedenstroomse richting), T = 1250 jaar, met overstroombare Limburgse Maaskeringen en zonder onzekerheden. Figuur 3.8 Resultaten waterstandsberekening Maas uitgezet tegen km/afstand (in de benedenstroomse richting), T = 250 jaar, met overstroombare Limburgse Maaskeringen en zonder onzekerheden Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 49 van 145

60 In het vervolg van deze paragraaf worden de met Hydra-Ring berekende waterstanden vergeleken met de vigerende hydraulische randvoorwaarden uit HR Hierbij worden de niet-afgeronde HR getallen beschouwd (Berger, 2007). Achtereenvolgens worden vergelijkingen gemaakt voor: Rijntakken: T = 1250 jaar zonder onzekerheden Maas: T = 1250 jaar zonder onzekerheden en wel/niet overstroombare Limburgse Maaskeringen Maas: T = 250 jaar zonder onzekerheden en we/niet overstroombare Limburgse Maaskeringen Rijntakken Figuur 3.9 toont de ruimtelijke verdeling van de verschillen tussen de HR-2006 en de resultaten van Hydra-Ring zonder onzekerheden voor T = 1250 jaar. Globaal valt te zien dat de berekende waterstanden met Hydra-Ring lager zijn dan de vigerende HR Het beeld is consistent en conform verwachting (dat laatste vanwege verschillen in afvoerstatistieken en Ruimte voor Riviermaatregelen). De verlaging is in het algemeen een direct gevolg van de nieuwe afvoerstatistiek, zie ook Figuur De werklijn van GRADE is immers lager dan de vigerende werklijn volgend uit statistische extrapolaties van afvoermetingen. Langs de Waal en de IJssel zorgen de Ruimte voor de Riviermaatregelen daarnaast voor extra verlaging. Ter illustratie: het grootste verschil tussen de resultaten van Hydra-Ring en de vigerende HR treedt op ter hoogte van de hoogwatergeul Veessen-Wapenveld langs de IJssel en dijkteruglegging bij Lent langs de Waal. Ook de kribverlagingen Middel-Waal, Waal Fort st. Andries en Beneden-Waal) evenals de uiterwaardvergravingen bij Munnikenland en Millingerwaard langs de Waal zorgen voor extra verlaging van de waterstand. Langs de IJssel hebben Uiterwaardvergravingen (Bolwerksplas, Keizeswaard, Scheller en Oldeneler Buitenwaarden), dijkverleggingen (Cortenoever en Voorsterklei) en Bypass Kampen een extra verlagend effect (Crebas, 2013a). Figuur 3.9 Verschil tussen de waterstanden uit HR-2006 en Hydra-Ring (in m), Hydra-Ring resultaten zonder onzekerheden, T = 1250 jaar. 50 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

61 De verschillen per riviertak tussen de huidige HR en de resultaten van Hydra-Ring zonder onzekerheden zijn weergegeven in Tabel 3.2. Tabel 3.2 Verschil in waterstand tussen WTI-2017 en HR-2006 (in m), zonder onzekerheden, T = 1250 jaar Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie Boven-Rijn -0,58-0,50-0,53 0,025 Pannerdensch kanaal -0,47-0,32-0,38 0,046 Neder-Rijn/Lek -0,42-0,06-0,23 0,088 Waal -0,91-0,49-0,63 0,084 IJssel -0,91-0,01-0,51 0,240 Voor een terugkeertijd van 1250 jaar berekent Hydra-Ring voor de locaties langs de Boven- Rijn waterstanden die gemiddeld ruim 0,5 m lager zijn dan de vigerende HR. Langs het Pannerdensch Kanaal gaan de waterstanden gemiddeld ca. 0,4 m omlaag en langs de Waal, eveneens gemiddeld, met meer dan 0,6 m. De kleinste verlaging treedt op langs de Lek en het bovenstroomse deel van de IJssel. Dit komt doordat de omvang van de Ruimte voor de Riviermaatregelen langs de Neder-Rijn/Lek relatief beperkt is en door fouten in de vorige schematisatie. Deze fouten zijn hersteld in de recente modelschematisatie die gebruikt wordt voor WBI-2017 (Crebas, 2013a). Mogelijk draagt ook de afvoerverdeling rondom het splitsingspunt ook bij aan de verschillen langs de IJssel. Door veranderingen in vegetatie, afvoerafhankelijke ruwheden, e.d. treden er verschillen op in de afvoerverdeling in vergelijking met de gehanteerde afvoerverdeling in HR2006 (Crebas, 2013a). De grootste verlaging treedt op langs de Waal ter hoogte van de Ruimte voor de Riviermaatregel dijkteruglegging Lent en langs de IJssel bij de Hoogwatergeul Wessen-Wapenveld. Hier bedraagt de verlaging 0,9 m, zie ook Figuur Een 1/1250-afvoer volgens de werklijn van GRADE bij Lobith ligt ca m 3 /s lager dan de huidige maatgevende afvoer van m 3 /s, zie paragraaf Een verschil van m 3 /s bij Lobith leidt tot ca. 0,10 m waterstandsverschil langs de IJssel, 0,10 à 0,20 m langs de Neder-Rijn en de Lek en ca. 0,30 langs de Waal (RWS, 2001). De nieuwe afvoerstatistiek leidt derhalve tot soortgelijke verlagende effecten. Figuur 3.10 Verschil in waterstand tussen WTI-2017 en HR-2006 (in m) voor de Rijntakken zonder onzekerheden, T = 1250 jaar. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 51 van 145

62 Onlangs zijn vergelijkbare berekeningen gemaakt met Hydra-NL 16, zie (HKV, 2016). Hierbij is dezelfde database gebruikt als in onderhavige berekeningen met Hydra-Ring; Figuur 3.11 toont het verschil tussen de waterstanden berekend met Hydra-NL voor T = 1250 jaar en de vigerende HR-2006 (bron HKV, 2016). Figuur 3.11 Verschil HR2006 en WTI-2017 berekend met Hydra-NL; zonder onzekerheden (Bron HKV, 2016). Figuur 3.12 laat zien dat de Hydra-Ring resultaten grote overeenkomsten hebben met die van Hydra-NL (zowel ruimtelijk als getalsmatig). Het verschil tussen de resultaten van Hydra-Ring en Hydra-NL bedraagt voor alle locaties langs de Rijntakken slechts enkele millimeters tot maximaal 2 cm. 16 Hydra-NL is gebaseerd op Hydra-Zoet voor de zoete wateren en Hydra-zout voor de zout wateren. Het belangrijkste verschil tussen Hydra-NL en Hydra-Ring betreft de probabilistische rekentechnieken en de wijze waarop (statistische onzekerheden) worden verwerkt. Hydra-NL maakt gebruik van numerieke integratie en Hydra-Ring van verschillende rekentechnieken, waaronder FORM en directional sampling 52 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

63 Figuur 3.12 Verschil in waterstand (m) tussen de resultaten van Hydra-Ring en Hydra-NL voor de Rijntakken; T = 1250 jaar, zonder onzekerheden. Maas Voor de Maas zijn vergelijkingen gemaakt met de vigerende HR-2006/TMR-2006 voor twee herhalingstijden: T = 1250 jaar en T = 250 jaar. Dit is gedaan voor de aslocaties. Voor T = 250 jaar zijn twee situaties beschouwd: de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen en de situatie met niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen (oneindige hoge Limburgse Maaskeringen). Om dit mogelijk te maken is de vergelijking gemaakt met TMR N.B. HR-2006 voor de Limburgse Maas zijn niet beschikbaar voor beide situaties, TMR-2006 (de Thermometer Randvoorwaarden uit 2006) wel. Om tot slot meer inzicht te krijgen in de effecten van de (niet-) overstroombare Limburgse Maas zijn vergelijkingen gemaakt van de resultaten van Hydra-Ring met en zonder overstroombare Limburgse Maaskades voor T = en T = jaar. Figuur 3.13 toont voor de herhalingstijd van 1250 jaar de verschillen tussen de vigerende HR en de resultaten van Hydra-Ring zonder onzekerheden. Figuur 3.14 toont de resultaten voor de herhalingstijd van 250 jaar voor de situatie zonder onzekerheden en twee situaties van de Limburgse Maaskeringen: overstroombaar en oneindig hoog. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 53 van 145

64 Figuur 3.13 Verschil in waterstand tussen WTI-2017 en HR-2006 (in m), resultaten zonder onzekerheden voor T = 1250 jaar. Figuur 3.14 Verschil in MHW tussen WTI-2017 en TMR-2006 (in m), zonder onzekerheden voor T = 250 jaar, met (links) en zonder (rechts) overstroombare Limburgse Maaskeringen. 54 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

65 Tabel 3.3 Vergelijking TMR-2006 en Hydra-Ring berekeningen zonder onzekerheden voor T = 1250 jaar en voor T = 250 jaar (met en zonder overstroombare Limburgse Maaskeringen). Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie Maas, T = 1250 jaar -2,25 0,12-0,22 0,45 Maas, T = 250 jaar, -2,18 0,35-0,06 0,46 overstroombare kades Maas, T = 250 jaar, hoge kades (niet-overstroombaar) -2,08 0,22-0,07 0,27 Figuur 3.15 Verschil in MHW tussen WTI-2017 en HR-2006 (in m), Limburgse Maas, overstroombare Limburgse Maaskeringen, T = 250 jaar Gemiddeld berekent Hydra-Ring lagere waterstanden dan de vigerende HR-2006/TMR-2006 randvoorwaarden. Dit geldt voor zowel T = 1250 jaar als T = 250 jaar evenals voor de situatie met overstoombare als oneindige hoge Limburgse Maaskeringen, zie Tabel 3.3. Het grootste verschil tussen de vigerende HR-2006/TMR-2006 treedt op langs de Grensmaas. Figuur 3.15 toont de verschillen tussen HR-2006/TMR-2006 en de waterstanden berekend met Hydra-Ring voor T = 1250 jaar en T = 250 jaar (met overstroombare en oneindig hoge Limburgse Maaskeringen). De met Hydra-Ring berekende waterstanden zijn aanzienlijk lager langs de Grensmaas; de grootste verlaging bedraagt meer ruim 2 m. Dit wordt veroorzaakt door de Maas- en voornamelijk Vlaamse werken. Figuur 3.15 vertoont namelijk veel overeenkomsten met Figuur 2.10, zie ook (Crebas, 2013b). Vergeleken met Figuur 2.10 laat Figuur 3.15 zien dat de waterstanden berekend met Hydra- Ring hoger liggen voor de locaties langs de Zandmaas. Verder valt op dat de verhoging hoger is voor T = 250 jaar dan voor T = 1250 jaar. De afvoerstatistiek van de Maas bij Borgharen is hier debet aan. De werklijn van GRADE ligt namelijk voor T = 250 jaar hoger dan de vigerende werklijn die ten grondslag lag aan HR-2006/TMR-2006, zie Figuur 2.14 (vergelijking huidige werklijn en werklijn van GRADE bij Borgharen). Figuur 3.16 toont voor T = 250 jaar een vergelijking tussen de resultaten van de berekeningen met overstroombare Limburgse Maaskeringen en de resultaten van de berekeningen met niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen. De situatie met nietoverstroombare Limburgse Maaskeringen leidt zoals verwacht, met uitzondering van 3 bovenstroomse as-locaties, tot hogere waterstanden. Het verschil bedraagt maximaal 0,07 m. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 55 van 145

66 Figuur 3.16 Effect overstroombare Limburgse Maaskeringen: verschil in waterstand (in m) tussen nietoverstroombare en overstroombare Limburgse Maaskeringen, T = 250 jaar. Evenals voor de Rijn zijn recentelijk ook voor de Maas berekeningen gemaakt met Hydra-NL (HKV, 2016). Figuur 3.17 toont het verschil tussen de resultaten van Hydra-NL en de HR voor T = 250 jaar en de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen (zonder onzekerheden). 56 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

67 Figuur 3.17 Verschil WTI-2017 en HR-2006 berekend met Hydra-NL; overstroombare Limburgse Maaskeringen; zonder onzekerheden, T = 250 jaar (Bron HKV, 2016). Figuur 3.18 Verschil in waterstand (m) tussen de resultaten van Hydra-Ring en Hydra-NL voor de Maas, T = 250, overstroombare Limburgse Maaskeringen, zonder onzekerheden. Het verschil in waterstand tussen de resultaten van Hydra-Ring en Hydra-NL voor T = 250 jaar en de situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen is afgebeeld in Figuur Deze figuur laat zien dat de Hydra-Ring resultaten grote overeenkomsten hebben met die van Hydra-NL (zowel ruimtelijk als getalsmatig). Het verschil is marginaal en is met uitzondering van 1 locatie kleiner dan 0,01 m. Figuur 3.19 en Figuur 3.20 tonen voor de aslocaties de verschillen in berekende waterstanden met en zonder overstroombare Limburgse Maaskades voor T = en jaar. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 57 van 145

68 Figuur 3.19 Effect overstroombare Limburgse Maaskeringen: verschil in waterstand (in m) tussen nietoverstroombare en overstroombare Limburgse Maaskeringen, T = 1250 jaar. Met onzekerheden. 58 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

69 Figuur 3.20 Effect overstroombare Limburgse Maaskeringen: verschil in waterstand (in m) tussen nietoverstroombare en overstroombare Limburgse Maaskeringen, T = jaar. Met onzekerheden. Het verschil in berekende waterstand tussen de situatie met en zonder overstroombare Limburgse Maaskeringen bedraagt gemiddeld -0,11 m voor T = 1250 jaar en -0,26 m voor T = jaar. De standaardafwijkingen bedragen 0,05 en 0,11 m respectievelijk. De situatie met overstroombare Limburgse Maaskeringen leidt zoals verwacht tot lagere waterstanden; de verlaging is groter voor langere herhalingstijden. Tabel 3.4 Verschil in waterstand (m) tussen de situatie met overstroombare en niet overstroombare Limburgse Maaskeringen voor T = en T = jaar. Met onzekerheden (Bovenmaas Bovenmaas_hk) Herhalingstijd Min max Gemiddelde Standaard deviatie T = 1250 jaar -0,19 0,03-0,11 0,05 T = jaar -0,46 0,06-0,26 0, Effecten onzekerheden Voor de as-locaties zijn berekeningen gemaakt met Hydra-Ring met en zonder onzekerheden voor de normfrequentie 1/1250 per jaar. Voor de Maas zijn ook berekeningen gemaakt voor de normfrequentie van 1/250 per jaar; hierbij zijn beide situaties beschouwd: de situatie met overstrombare Limburgse Maaskeringen en de situatie met oneindig hoge Limburgse Maaskeringen (niet-overstroombaar). Figuur 3.21 toont de verschillen tussen de berekeningen van Hydra-Ring met en zonder kennisonzekerheden voor een herhalingstijd van 1/1250 per jaar. Bijlage B bevat de resultaten van Hydra-Ring voor beide situaties: met en zonder kennisonzekerheden. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 59 van 145

70 Figuur 3.21 Verschil tussen de Hydra-Ring waterstanden van de Rijntakken (in m): met en zonder kennisonzekerheden voor de normfrequentie van 1/1250 per jaar. Het effect van het meenemen van kennisonzekerheden (model- en statistische onzekerheid) varieert tussen 0,13 en 0,42 m; zie Figuur 3.21 en Figuur Gemiddeld gezien bedraagt het effect van het onzekerheden over alle Rijntakken 0,17 m met een standaarddeviatie van 0,058 m. Het gemiddelde effect langs de IJssel is groter en bedraagt 0,24 m, zie Tabel 3.5. Dit wordt veroorzaakt door de modelonzekerheid in de waterstand; door een bijdrage van de onzekerheid in de afvoerverdeling is de modelonzekerheid voor de IJssel namelijk groter dan voor de Neder-Rijn/Lek en de Waal, zie ook Tabel Het grootste effect van het meenemen van de onzekerheden treedt op ter hoogte van de hoogwatergeul Vessen- Wapenveld en bedraagt 0,42 m. De hoogwatergeul zorgt er voor dat de waterstanden lokaal niet snel (lokale topvervlakking) stijgen; hierdoor loopt de frequentielijn minder steil 17 met als gevolg dat het effect van de onzekerheid toeneemt. Dit fenomeen is ook terug te zien bij de locaties langs de Waal waar Ruimte voor de Riviermaatregelen voor relatief grote verlaging van de waterstand zorgen. Het gemiddelde effect van het meenemen van kennisonzekerheden voor de riviertakken Boven-Rijn, Pannerdensch Kanaal, Neder-Rijn-Lek en Waal is bijna even groot en bedraagt ca. 0,15 m, zie Figuur Beide onzekerheden, model- en statistische onzekerheid, dragen hier aan bij. Dit resultaat van Hydra-Ring is consistent met het resultaat van Hydra-NL (HKV, 2016). 17 Algemeen geldt: hoe vlakker de frequentielijn zonder onzekerheden, des groter is de impact van kennisonzekerheden. 60 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

71 Tabel 3.5 Effect kennisonzekerheid (model- en statistische onzekerheid) op waterstanden langs de Rijntakken voor T = 1250 jaar Riviertak Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie Boven-Rijn 0,13 0,135 0,13 0,002 Pannerdensch kanaal 0,11 0,13 0,13 0,006 Neder-Rijn/Lek 0,11 0,15 0,13 0,006 Waal 0,13 0,15 0,13 0,004 IJssel 0,15 0,42 0,24 0,048 Figuur 3.22 Effect kennisonzekerheid (model- en statistische onzekerheid) op de waterstand in (m] voor Rijntakken, T = 1250 jaar Tabel 3.6 en Tabel 3.7 tonen voor de Rijntakken de gemiddelde effecten van het meenemen van kennisonzekerheid voor de relatief lage normfrequenties: 1/ per jaar (T= jaar) en 1/ per jaar (T= jaar). Het gemiddelde effect voor T = jaar varieert tussen 0,18 en 0,29 m en voor T= jaar tussen 0,21 en 0,26 m. Het verschil wordt voornamelijk veroorzaakt door de statistische onzekerheid in de rivierafvoer. Immers, de modelonzekerheid in de lokale waterstand is constant en hangt niet af de normfrequentie; zie ook paragraaf Tabel 3.6 Effect kennisonzekerheid (model- en statistische onzekerheid) op waterstanden langs de Rijntakken voor T = jaar Riviertak Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie Boven-Rijn 0,17 0,19 0,18 0,009 Pannerdensch kanaal 0,16 0,20 0,18 0,014 Neder-Rijn/Lek 0,17 0,20 0,18 0,009 Waal 0,15 0,17 0,16 0,005 Ijssel 0,18 0,34 0,29 0,037 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 61 van 145

72 Tabel 3.7 Effect kennisonzekerheid (model- en statistische onzekerheid) op waterstanden langs de Rijntakken voor T = jaar Riviertak Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie Boven-Rijn 0,23 0,25 0,24 0,010 Pannerdensch kanaal 0,21 0,23 0,21 0,10 Neder-Rijn/Lek 0,20 0,22 0,21 0,009 Waal 0,22 0,25 0,24 0,007 IJssel 0,19 0,28 0,26 0,009 Tabel 3.5 t/m Tabel 3.7 laten zien dat het gemiddelde effect op de waterstanden in het gebied van de Rijntakken (met uitzondering van de IJssel) van het meenemen van kennisonzekerheden varieert tussen 0,13 m voor een herhalingstijd van jaar en 0,24 m voor een herhalingstijd van jaar. Voor de IJssel varieert het gemiddelde effect tussen 0,24 m en 0,28 m. Analoog tonen Figuur 3.23 en Figuur 3.24 de verschillen voor de Maas tussen de situatie met en de situatie zonder onzekerheden (inclusief Limburgse Maas) voor de herhalingstijden van 1/250 en 1/1250 per jaar. Beide situaties, overstrombare en niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen zijn hierbij beschouwd. De figuren laten zien dat het effect van de onzekerheid groter is voor de herhalingstijd van 1250 jaar. Dit wordt veroorzaakt door de statistische onzekerheid in de Maas afvoer, die groter is bij 1250 jaar herhalingstijd. In tegenstelling tot modelonzekerheid is de statistische onzekerheid namelijk afhankelijk van de herhalingstijd, zie ook Figuur Figuur 3.23 Hydra-Ring resultaten; Maas en Limburgse Maas; verschil in waterstand (in m) met en zonder kennisonzekerheden voor T = 1250 jaar voor overstroombare (links) en niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen (rechts). 62 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

73 Figuur 3.24 Hydra-Ring resultaten; Maas en Limburgse Maas; verschil in waterstand(in m) met en zonder kennisonzekerheden voor T = 250 jaar voor overstroombare (links) en niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen (rechts). Tabel 3.8 Effect (minimum, maximum, gemiddelde en standaarddeviatie) kennisonzekerheid op waterstanden langs de Maas T = 250, overstroombare kades T = 250, niet-overstroombare kades T = 1250, overstroombare kades T = 1250, niet-overstroombare kades T = , overstroombare kades T = , niet overstroombare kades T = , overstroombare kades T = , niet overstroombare kades Min Max Gemiddelde Standaarddeviatie 0,22 0,33 0,25 0,016 0,22 0,32 0,25 0,012 0,32 0,40 0,36 0,014 0,31 0,41 0,35 0,015 0,42 0,55 0,47 0,024 0,44 1,10 0,50 0,051 0,49 0,74 0,63 0,069 0,51 1,19 0,64 0,073 Voor de terugkeertijd van 250 jaar bedraagt het gemiddelde (verhogend)effect van het meenemen van kennisonzekerheden 0,25 m; dit effect hangt nauwelijks af van de situatie (wel of niet overstroombaar) van de Limburgse Maaskeringen. Het gemiddelde effect voor de terugkeertijd van 1250 jaar is zoals hierboven al vermeld groter en bedraagt 0,35 m, zie Tabel 3.8. Voor langere herhalingstijden is het gemiddelde effect groter en loopt op tot ca. 0,65 m Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 63 van 145

74 voor een herhalingstijd van jaar. Het effect van kennisonzekerheid hangt nauwelijks af van de hoogte (wel/niet overstroombare) van de Limburgse Maaskeringen. In vergelijking met de Rijntakken is het effect van het meenemen van de kennisonzekerheid op de waterstanden langs de Maas groter. Dit wordt veroorzaakt door zowel de model- als de statistische onzekerheid. Immers, de modelonzekerheid voor de Maas is relatief groter dan voor de Rijn, zie Tabel Ook is de statistische onzekerheid (breedte betrouwbaarheidsinterval) van de Maasafvoer bij Borgharen groter (breder) ten opzichte van de onzekerheid van de Rijnafvoer bij Lobith. 3.6 Analyse testlocaties oever Voor een set van 107 testlocaties aan de oevers, verspreid over het gebied van de Rijntakken en de Maas, zijn berekeningen gemaakt met Hydra-Ring met en zonder onzekerheden. Figuur 3.25 toont de ligging van de gekozen locaties. Berekeningen zijn uitgevoerd voor zowel de waterstanden als de hydraulische belastingniveaus (HBN) voor het hele bereik van de herhalingstijden. Voor de HBN berekeningen zijn standaard dijkprofielen gebruikt van 1 op 3 en een overslagcriterium van 1 l/m/s. Figuur 3.25 Ligging testlocaties Rijn en Maas. Figuur 3.26 t/m Figuur 3.30 tonen de resultaten voor 5 locaties, verspreid over de Rijntakken en de Maas. De figuren bevatten de resultaten van achtereenvolgens de waterstanden 18 (links boven), HBN (rechts boven), effect onzekerheid op de waterstanden (links onder) en effect onzekerheid op HBN (rechts onder). 18 In de figuur nog aangeduid met MHW 64 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

75 Figuur 3.26 Berekeningsresultaat van Hydra-Ring voor de locatie NR 60m R 45 6 langs de Neder-Rijn. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheid, Unc1 (rood) en zonder onzekerheden, Unc0 (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP) Figuur 3.27 Berekeningsresultaat van Hydra-Ring voor de locatie LE 60m L langs de Lek. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheid,unc1(rood) en zonder onzekerheden, Unc0(blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP) Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 65 van 145

76 Figuur 3.28 Berekeningsresultaat van Hydra-Ring voor de locatie WA 60m L langs de Waal. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheden, Unc1(rood) en zonder onzekerheden, Unc0 (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP). Figuur 3.29 Berekeningsresultaat Hydra-Ring voor de locatie IJ 60m R 4915 langs de IJssel. Links waterstanden en rechts HBN, met (rood) en zonder onzekerheden (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN. De resultaten op basis van oeverlocaties voor de volledige frequentielijn laten, op een aantal locaties na, een realistisch en consistent beeld zien. Van een zeer beperkt aantal locaties is het beeld minder realistisch of slecht; dit geldt voornamelijk voor de HBN berekeningen. Er treden daar onrealistische knikken op in de frequentielijnlijnen. Figuur 3.31 en Figuur 3.32 laten twee voorbeelden zien. Dit fenomeen treedt voornamelijk op in het benedenstroomse deel van de IJssel en het bovenstroomse deel van de Maas, waar over het algemeen sprake 66 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

77 is van droogval. Waarschijnlijk spelen ook andere lokale effecten zoals grillige verlopen van en sprongen in de waterstand evenals het ontbreken van reparaties in de toestandsfuncties 19 een rol. Toepassen van alternatieve probabilistische rekentechnieken kan hier mogelijk uitkomst bieden. Figuur 3.30 Berekeningsresultaat van Hydra-Ring voor de locatie MA 60m R langs de Maas. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheden, Unc1(rood) en zonder onzekerheden, Unc0 (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP). 19 Toestandsfuncties zijn lijnen/vlakken van de basisstochasten met eenzelfde waarde van de belasting. Het komt voor dat deze toestandsfuncties onregelmatigheden vertonen. In Hydra-zoet worden dit soort onregelmatigheden gerepareerd, wat feitelijk inhoudt dat bij toename van de stochastwaarden de belasting nooit mag afnemen. In Hydra-Ring zijn in verband met effecten van Ruimte voor de riviermaatregelen geen reparaties toegepast. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 67 van 145

78 Figuur 3.31 Berekeningsresultaat Hydra-Ring voor de locatie IJ 60m L langs de IJssel. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheden, Unc1(rood) en zonder onzekerheden, Unc0 (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP). Figuur 3.32 Berekeningsresultaat Hydra-Ring voor de locatie MA 60m R 68rvg61 langs de Limburgse Maas. Links waterstanden en rechts HBN, met onzekerheden, Unc1(rood) en zonder onzekerheden, Unc0 (blauw). Gestippeld rood en blauw waterstanden bij HBN op het design point (h DP). 3.7 Analyse overgang bovenrivieren naar andere watersystemen Zoals hierboven vermeld, onderscheidt Hydra-Ring 18 regio s. Per regio geldt in principe een eigen belastingmodel (basisstochasten, fysische database e.d.). De Bovenrivieren (regio s 1 en 2) staan in open verbinding met de IJsseldelta (regio 5) en de Benedenrivieren (regio s 3 en 4). Voor de watersystemen IJsseldelta en Benedenrivieren gelden andere 68 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

79 belastingmodellen en basisstochasten dan voor de Bovenrivieren en derhalve ook andere fysische databases. Het is noodzakelijk dat deze watersystemen (regio s) goed op elkaar aansluiten. Deze paragraaf heeft betrekking op de overgang/begrenzing tussen Bovenrivieren (IJssel) en IJsseldelta enerzijds en Bovenrivieren (Lek, Waal en Maas) en Benedenrivieren anderzijds; zie ook (Botterhuis et al, 2016) en (Kramer et al, 2016) Overgang IJssel Voor het bovenstroomse deel van de IJssel geldt de database van de Bovenrivieren en voor het benedenstroomse deel die van de IJsseldelta. Deze paragraaf betreft een nadere analyse ten behoeve van begrenzing tussen de IJssel en de IJsseldelta. Hiertoe gelden de volgende vier criteria: Het verschil tussen de berekeningsresultaten in het overlappende gebied moet klein zijn, De overgang mag niet halverwege een dijktraject komen te liggen, Het gebied met een zware rekentechniek dient zo klein mogelijk te zijn De grens tussen 2 systemen mag niet te dicht bij een modelrand komen te liggen. De productieberekeningen voor het gebied van de IJssel zijn uitgevoerd met het Rijntakkenmodel. De modelranden liggen bij Lobith (bovenrand) Ketelbrug (benedenrand). Voor het gebied van de Vecht- en IJsseldelta geldt het IJVD WAQUA model dat naast o.a. de IJsseldelta ook het hele gebied van het IJsselmeer tot de Afsluitdijk omvat. Andere relevante zaken met betrekking tot de overgang tussen deze watersystemen zijn: Voor de bovenrivieren geldt de wind alleen als basisstochast voor golven. De wind is niet beschouwd in de productieberekeningen van waterstanden voor het gebied van de bovenrivieren. Voor de IJsseldelta is de wind wel gevarieerd in de productieberekeningen, evenals het IJsselmeerpeil, De productieberekeningen voor het gebied van de bovenrivieren zijn uitgevoerd met afvoergolven (volgend uit GRADE). Voor de IJsseldelta worden alleen van afvoerniveaus hoger dan 2300 m 3 /s de afvoergolfvorm beschouwd; afvoerniveaus lager dan 2300 m 3 /s worden stationair doorgerekend. In de HR-2006 ligt de grens tussen Bovenrivieren (IJssel) en IJsseldelta bij km 974. Deze grens is blauw aangegeven in Figuur Om de grens tussen Bovenrivieren en IJsseldelta te definiëren zijn voor een set van 28 aslocaties (loc 1 t/m loc 28; nummering oplopend in de bovenstroomse richting) langs de IJssel waterstandsberekeningen gemaakt met Hydra-Ring. Figuur 3.33 toont de gekozen locaties. Locatie loc 1 komt overeen met km 989: het punt waar de wind een belangrijke rol begint te spelen. Dit is geïllustreerd in Figuur 3.34 (merk op dat in figuur de 90%-percentielen van de wind zijn gepresenteerd). Hieruit kan worden geconcludeerd dat de grens tussen de IJssel en de IJsseldelta in ieder geval bovenstrooms van loc 1 moet komen te liggen. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 69 van 145

80 De berekeningen zijn uitgevoerd voor 7 herhalingstijden (100, 300, 1000, 3.000, , en jaar) met zowel het belastingmodel van de Bovenrivieren als dat van de IJsseldelta. Figuur 3.33 Onderzochte locaties langs de IJssel (rood), grens tussen IJssel en IJsseldelta uit HR-2006 (blauw). Figuur 3.35 en Tabel 3.9 laten de verschillen zien van de berekende waterstanden. Figuur 3.36 en Figuur 3.37 tonen de frequentielijnen van de waterstand voor loc 1 en loc 15 respectievelijk loc 22 en loc 28. Het verschil tussen resultaten voor beide modellen voor de 20 benedenstroomse locaties (loc 1 t/m loc 20) is beperkt (rond 10 cm) en laat bovendien een consistent beeld zien; voor de 8 bovenstroomse locaties (loc 21 t/m loc 28) geldt echter een diffuus beeld en is het verschil dan ook groter (loopt op tot 50 cm), zie Figuur Dit beeld is ook te zien in frequentielijnen van de waterstand; vergelijk Figuur 3.36 en Figuur van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

81 Figuur 3.34 Rol wind locaties langs de IJsseldelta voor verschillende herhalingstijden (Bron: Chbab en Stuparu, 2016). Figuur 3.35 Verschil (in m) in berekende waterstanden langs de IJssel met de databases IJsseldelta en Bovenrivieren. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 71 van 145

82 Tabel 3.9 Verschil (in m) in berekende waterstanden langs de IJssel met databases IJsseldelta en Bovenrivieren Locatie Herhalingstijd [jaar] loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc De frequentielijnen van de waterstand voor de locaties loc 1 en loc 15 (huidige grens) volgend uit de 2 gebruikte databases (Bovenrijn en IJsseldelta) laten veel overeenkomsten zien. Ook is het verschil klein en wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het belastingmodel. Het belastingmodel van de Bovenrijn wordt enkel bepaald door de stochast afvoer; terwijl dat van de IJsseldelta uit meerdere stochasten bestaat (o.a. meerpeil en wind). Afvoer speelt in het belastingmodel van de IJsseldelta weliswaar een dominante rol maar andere stochasten dragen blijkbaar ook enigszins bij. Dit blijkt ook Figuur Op basis van de verschilresultaten (zie Tabel 3.9), het verloop van de frequentielijnen (Figuur 3.36 en Figuur 3.37) en de constatering dat de grens tussen de IJssel en de IJsseldelta tussen loc 1 en loc 20 moet komen te liggen, wordt voorgesteld om de grens langs de IJssel te leggen op de grens tussen de dijktrajecten: 72 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

83 206 en 53-2 voor de rechteroever 11-1 en 52-4 voor de linkeroever. Deze grenzen zijn aangegeven met zwarte pijlen in Figuur Ten opzichte van de grens in WTI-2011 is de nieuwe begrenzing ongeveer gelijk gebleven voor de linkeroever; voor de rechteroever is de grens 7 km verschoven in de benedenstroomse richting. Figuur 3.36 Frequentielijnen waterstand van loc 1 en loc 15 (grens tussen IJssel en IJsseldelta in HR-2006) Figuur 3.37 Frequentielijnen waterstand voor loc 22 en loc 28. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 73 van 145

84 3.7.2 Overgang Lek Analoog aan de IJssel zijn ten behoeve van de begrenzing langs de Lek berekeningen gemaakt met het model voor de Bovenrivieren en met het model voor het Benedenrivierengebied. Hierbij zijn 11 aslocaties beschouwd, zie Figuur De databases die gebruikt zijn voor de Lek zijn dezelfde databases als gebruikt voor de Waal. De verschillen in deze databases en de daaraan ten grondslag liggende productie berekeningen zijn identiek. Figuur 3.38 Locaties langs de Lek (rood) waarvoor berekeningen zijn gemaakt met de twee modellen: Bovenrivieren en Benedenrivieren. Blauw punt geeft begrenzing WTI-2011 tussen Bovenrivieren en Benedenrivieren. Het verschil in de berekende waterstanden voor de 11 beschouwde locaties en 7 herhalingstijden is weergegeven in Tabel Figuur 3.39 toont het verschil in grafische vorm. Het verschil is beperkt en ligt rond de 0,10 m; het loopt enigszins af in bovenstroomse richting. Met uitzondering van loc 11 en herhalingstijd 300 jaar vertoont het verschil een stabiel verloop. Het diffuus verloop van het verschil voor loc 11 wordt vermoedelijk veroorzaakt door de modelrand. De betreffende locatie ligt namelijk dicht bij de stuw, zijnde de modelrand. Het afwijkende gedrag voor de herhalingstijd van 300 jaar kon niet verklaard worden. 74 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

85 Tabel 3.10 Verschil (in m) tussen de waterstanden verkregen met de Benedenrijn en Bovenrijn databases voor 11 locaties op de Lek. Herhalingstijd [jaar] Locatie loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc Figuur 3.39 Verschil (in m) in berekende waterstanden langs de Lek met de databases Beneden- en Bovenrijn. Figuur 3.40 toont de frequentielijnen van locatie 1 en locatie Het blijkt dat de frequentielijnen een consistent en logisch verloop vertonen; het verschil tussen de frequentielijnen is klein. Een logisch verloop volgt ook uit Figuur De herhalingstijd T = 300 jaar geldt als uitzondering hierop. Deze herhalingstijd is de omringende dijktrajecten minder relevant.. 20 Een knip opleggen bovenstrooms van deze locatie is niet verantwoord omdat de afstand tot de stuwen (modelrand WAQUA-RMM) te klein wordt. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 75 van 145

86 Figuur 3.40 Frequentielijnen voor 2 locaties: loc 1 (locatie meest benedenstrooms) en loc 8. De bovengrens van het WAQUA-RMM model dat ten grondslag ligt aan de productieberekeningen voor de Benedenrijn ligt bij de stuwen bij Hagestein. Het is dus niet mogelijk om de huidige grens (blauwe punt in Figuur 3.38) aan te houden omdat het model niet tot daar doorloopt. Het is bovendien af te raden om de grens in de buurt van de modelrand te leggen. Op basis van het bovenstaande is besloten om de grens te definiëren op de grens tussen de dijktrajecten: 15-1 en 44-1 bij Vreeswijk/Nieuwegein voor de noordoever 16-3 en 16-4 bij Ameide voor de zuidoever Deze grenzen zijn aangegeven met zwarte pijlen in Figuur Beide grenzen liggen enkele kilometers benedenstrooms van de grens in WTI Overgang Waal De overgang van de Bovenrijn naar de Benedenrijn langs de Waal is onderzocht aan de hand van een set aslocaties zoals weergegeven in Figuur Met Hydra-Ring zijn berekeningen gemaakt voor de gekozen locaties met zowel het belastingmodel van de Bovenrijn als die van de Benedenrijn. De verschillendtussen de berekende waterstanden met de twee belastingmodellen (berekeningen met onzekerheden) zijn weergegeven in Tabel 3.11 en Figuur Figuur 3.43 toont frequentielijnen van de waterstand voor de locaties 1, 10 en 15. De verschillen in berekende waterstand met onzekerheden zijn voor alle beschouwde locaties marginaal (maximaal 0,04 m); het verschil wordt nog kleiner in bovenstroomse richting. De frequentielijnen komen goed overeen. 76 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

87 Figuur 3.41 Locaties langs de Waal (rood) waarvoor berekeningen zijn gemaakt met de twee belastingmodellen: Bovenrivieren en Benedenrivieren. Blauwe punt geeft begrenzing aan in WTI Tabel 3.11 Verschil (in m) tussen de berekende waterstanden met de twee belastingmodellen: van de Benedenrespectievelijk Bovenrijn. Locatie Herhalingstijd [jaar] loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc loc Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 77 van 145

88 Figuur 3.42 Verschil (in m) in berekende waterstanden langs de Waal met het belastingmodel van Beneden- respectievelijk Bovenrijn. Figuur 3.43 Frequentielijnen waterstand voor loc 1, loc 10 en loc 15. Omdat de verschillen in de berekende waterstanden met beide databases klein zijn voor alle beschouwde locaties en omdat het gebied van de Benedenrijn zo klein mogelijk moet zijn vanwege de zware rekentechniek die voor dit gebied nodig is, is besloten om de grens tussen de Bovenrijn en de Benedenrijn te leggen op de grens tussen de: dijktrajecten 24-3 en 213 voor de zuidoever dijktrajecten tussen 16-1 en 43-6 voor de noordoever 78 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

89 Deze grenzen zijn met zwarte pijlen aangegeven in Figuur De grens op de zuidoever tussen Bovenrijn en Benedenrijn is nagenoeg gelijk gebleven aan de grens in WTI Ten opzichte van de grens in WTI-2011 Op de noordoever is de grens met vier kilometer verschoven in de benedenstroomse richting Maas en Benedenmaas Op analoge wijze zijn ten behoeve van de knip op de Maas berekeningen gemaakt met Hydra-Ring; hiertoe is zowel het belastingmodel van de Bovenmaas als dat van de Benedenmaas gebruikt. Er zijn berekeningen gemaakt voor 16 locaties: loc 1 t/m loc 16. Deze locaties (rood) zijn weergegeven in Figuur De blauwe punt geeft de knip aan tussen de Bovenmaas en Benedenmaas in WTI Figuur 3.44 Locaties langs de Maas waarvoor berekeningen zijn gemaakt met beide belastingmodellen (rood) en grens tussen Bovenmaas en Benedenmaas volgens WTI Tussen de belastingmodellen voor de Beneden- en Bovenmaas zijn net als voor de Waal en de Lek verschillen. De belangrijkste hebben betrekking op de basisstochasten, de modelranden en de bovenrand afvoer (stationair vs permanent), zie ook paragraaf De verschillen tussen de berekende waterstanden (met onzekerheden) zijn weergegeven in Tabel Figuur 3.45 toont de verschillen in grafische vorm. Van de locaties loc 1, loc 5, loc 10 en loc 16 zijn (op basis van de 7 beschouwde herhalingstijden) frequentielijnen samengesteld; deze zijn weergegeven in Figuur 3.46 en Figuur Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 79 van 145

90 Tabel 3.12 Verschil (in m) tussen de waterstanden berekend et de belastingmodellen voor Benedenmaas en Bovenmaas. Locatie Herhalingstijd [jaar] Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Loc Figuur 3.45 Verschil (in m) in berekende waterstanden langs de Maas met de belastingmodellen Benedenmaas en Bovenmaas. Zoals uit Tabel 3.12 en Figuur 3.45 blijkt, zijn de verschillen tussen de resultaten verkregen met beide belastingmodellen beperkt en bedragen minder dan 10 cm. De 6 meest benedenstroomse locaties zijn hierop een uitzondering voor de herhalingstijd van jaar. Het belastingmodel van de Benedenrivieren levert over het algemeen lagere waterstanden, het verschil wordt steeds kleiner in bovenstroomse richting, zie Figuur Figuur 3.46 en Figuur 3.47 illustreren de verschillen in verlopen van de frequentielijnen. Het verschil is het kleinste voor herhalingstijden tussen en jaar. 80 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

91 Figuur 3.46 Frequentielijnen loc 1, loc 2, loc 10 en loc 16. Database Benedenrivieren (links) en Bovenrivieren (rechts) Figuur 3.47 Frequentielijnen loc 1, loc 5, loc 10 en loc 16. Belastingmodel Benedenmaas (doorgetrokken lijnen) en Bovenmaas (gestippelde lijnen) De verschillen tussen de resultaten van de beide belastingmodellen van de Boven- en Benedenmaas zijn over het hele beschouwde bereik beperkt en voor de relevante herhalingstijden tussen en jaar zeer beperkt, zie ook Figuur Daar de verschillen tussen databases beperkt zijn en de wens om het gebied met een zware rekentechniek (Benedenrivierengebied) zo klein mogelijk te houden, ligt het voor de hand om de grens tussen Bovenmaas en Benedenmaas te leggen op de: Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 81 van 145

92 grens tussen de dijktrajecten 37-1 en 38-2 voor de noordoever grens tussen de dijktrajecten 35-1 en 36-5 voor de zuidoever De begrenzing langs de Maas is ten opzichte van de grens in WTI-2011 verschoven in bovenstroomse richting voor de noordoever en in benedenstroomse richting voor de zuidoever, zie ook Figuur van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

93 4 Productiesommen voor de eenvoudige toets 4.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de productiesommen voor de eenvoudige toets gepresenteerd, besproken en gecontroleerd. Het gaat hierbij om de waterstanden en de golfhoogtes bij verschillende herhalingstijden voor alle locaties in het gebied van de Rijntakken en van de Maas, inclusief de Limburgse Maas. Tevens worden HBN s getoond, ook al zijn die geen invoer voor de eenvoudige toets. De reden is dat HBN s een goede impressie geven van het gecombineerde effect van waterstand en golfhoogte. Er wordt bij het afleiden van HBN s gebruikt gemaakt van een standaard 1:3 profiel en 1 l/m/s overslagcriterium. 4.2 Uitgangspunten productieberekeningen De modelinstellingen van de productieberekeningen zijn dezelfde als in paragraaf 3.3. De berekeningen zijn allemaal uitgevoerd met inachtneming van onzekerheden. De resultaten worden beschikbaar gesteld voor alle uitvoerlocaties aan beide oevers voor de volgende herhalingstijden: 100, 300, 1.000, 3.000, , , jaar. Deze uitlevering betreft enkel de resultaten die niet verdacht zijn; alle berekeningsresultaten die bijvoorbeeld knikken laten zien of onrealistisch worden geacht, zijn er uit gefilterd (zie de voorbeelden uit hoofdstuk 3). 4.3 Rekenresultaten waterstanden In Figuur 4.1 t/m Figuur 4.4 is voor de herhalingstijden T = en T = jaar een ruimtelijk beeld gegeven van de resultaten van de waterstanden van de Rijn en de Maas respectievelijk. De resultaten van de herhalingstijden 100, 300, 3.000, en van zowel de Rijn als de Maas zijn weergegeven in Bijlage E. Visueel gezien geven de berekeningsresultaten met Hydra-Ring een realistisch en consistent beeld. Het verhang is consistent en zoals verwacht lopen de waterstanden op bij een grotere herhalingstijd. Figuur 4.1 Ruimtelijke verdeling waterstanden (in m+nap) Rijntakken voor T = jaar. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 83 van 145

94 Figuur 4.2 Ruimtelijke verdeling waterstanden (in m+nap) Rijntakken voor T = jaar. Figuur 4.3 Ruimtelijke verdeling waterstanden in m+nap voor de Maas voor T = jaar. 84 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

95 Figuur 4.4 Ruimtelijke verdeling waterstanden in m+nap voor de Maas voor T = jaar. Figuur 4.7 toont de ligging en verdeling van de locaties met verdachte resultaten uit de waterstandsberekeningen met Hydra-Ring voor het hele bereik aan herhalingstijden (van 10 tot jaar). Het blijkt dat deze locaties voornamelijk langs het benedenstroomse deel van de IJssel en de Limburgse Maas liggen. Om een indicatie 21 te geven van het totale effect (database, onzekerheden, nieuwe normen) is een verschilplot gemaakt van de waterstand uit WBI-2017 behorende bij de herhalingstijd van jaar en de vigerende 1/1250-waterstand. Figuur 4.5 toont dit verschil voor de Rijntakken. De figuur laat zien dat met uitzondering van gebieden waar effecten van Ruimte voor de Riviermaatregelen groot zijn, de waterstand van WBI-2017 hoger is dan de vigerende waterstand uit HR Het verschil bedraagt maximaal 0,50 m. Dezelfde verschilplot voor de Maas is afgebeeld in Figuur 4.6. Het totale effect (onzekerheid, nieuwe normen en nieuwe database) is relatief groot in vergelijking met de Rijntakken. Vooral langs de Brabantse Maas is de verhoging groot, lokaal tot meer dan 1 m. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door kennisonzekerheid (zowel model- als statistische onzekerheid). 21 Door gebrek aan referentiemateriaal voor de oever locaties is de vergelijking alleen voor T = jaar gemaakt (ook voor de oever locaties is het referentiemateriaal beperkt. Voor de as locaties zijn slecht 3 herhalingstijden doorgerekend: 1250, en jaar. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 85 van 145

96 Figuur 4.5 Verschil tussen de waterstand met een herhalingstijd van jaar WBI-2017 en de HR-2006 waterstand met T = 1250 voor de Rijntakken Figuur 4.6 Verschil tussen de waterstand uit WBI-2017 met een herhalingstijd van jaar en de HR-2006 waterstand met T = 1250 voor de Maas. 86 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

97 Figuur 4.7 Verdachte locaties (blauw) waterstandsberekeningen Rijntakken en Maas Figuur 4.8 en Figuur 4.9 geven de ligging van de verdachte locaties langs het benedenstroomse deel van respectievelijk de IJssel en de Limburgse Maas weer. De verdachte locaties langs de IJssel horen feitelijk tot het gebied van de Vecht- en IJsseldelta en zijn minder relevant voor dit rapport. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 87 van 145

98 Figuur 4.8 Verdachte locaties benedenstrooms van de IJssel (blauw) bij Veessen-Wapenveld Figuur 4.9 Verdachte locaties (blauw) Limburgse Maas. 4.4 Rekenresultaten HBN Figuur 4.10 t/m Figuur 4.13 tonen de resultaten van de HBN berekeningen voor twee herhalingstijden: en jaar. De resultaten van de herhalingstijden 100, 300, 3000, en van zowel de Rijn als de Maas zijn weergegeven in Bijlage E. 88 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

99 Figuur 4.10 Ruimtelijke verdeling HBN Rijntakken (m+nap) voor T = jaar Figuur 4.11 Ruimtelijke verdeling HBN Rijntakken (m+nap) voor T = jaar Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 89 van 145

100 Figuur 4.12 Ruimtelijke verdeling HBN Maas (m+nap) voor T = jaar Figuur 4.13 Ruimtelijke verdeling HBN Maas (m+nap) voor T = jaar. 90 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

101 Figuur 4.14 Verschil tussen HBN en waterstand voor de Rijntakken, herhalingstijd = jaar Figuur 4.14 en Figuur 4.15 tonen voor de herhalingstijd van jaar het verschil tussen de berekende waterstanden en HBN voor de Rijn en de Maas respectievelijk. Hieruit blijkt zoals verwacht dat de berekende HBN hoger ligt dan de waterstand. Het verschil tussen HBN en waterstanden bedraagt bij deze herhalingstijd voor een groot aantal locaties ca. 0,50 m. Figuur 4.15 Verschil tussen HBN en waterstand voor de Maas, herhalingstijd = jaar Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 91 van 145

102 Figuur 4.16 toont de ligging en verdeling van de verdachte locaties van de waterstandsberekeningen met Hydra-Ring. Het blijkt dat deze verdachte locaties voornamelijk langs het benedenstroomse deel van de IJssel, de hoogwatergeul Veessen-Wapenveld en de Limburgse Maas liggen. Figuur 4.16 Verdachte locaties (blauw) HBN berekeningen Rijntakken en Maas. Figuur 4.17 Verdachte locaties (blauw) HBN berekeningen bij hoogwatergeul Veessen-Wapenveld. 92 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

103 4.5 Rekenresultaten golfhoogte De berekeningsresultaten met Hydra-Ring voor de golfhoogte met en zonder overstroombare Limburgse Maaskeringen zijn voor T = en T = jaar afgebeeld in Figuur 4.18 Figuur 4.19 respectievelijk. De berekeningsresultaten voor T = 100, 300, 3.000, en jaar zijn weergegeven in Bijlage F. Het globale beeld dat uit de resultaten van de golfhoogte naar voren komt is consistent. Op basis van Figuur 4.18 en Figuur 4.19 kunnen we concluderen dat de berekende golfhoogte toeneemt bij toenemende herhalingstijd, vergelijk de figuren links en rechts. Voor Riviertakken met diepere uiterwaarden (Waal) zijn de berekende golfhoogtes relatief hoog. De berekende golfhoogte ligt voor de herhalingstijd jaar voor alle rivierentakken (Rijn en Maas) tussen 0,30 m en 1,50 m. Het gemiddelde over alle locaties voor deze herhalingstijd bedraagt 0,95 m. Figuur 4.18 Berekeningsresultaat Hydra-Ring voor golfhoogte (m)voor T = en jaar, overstroombare Limburgse Maaskeringen Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 93 van 145

104 Figuur 4.19 Berekeningsresultaat Hydra-Ring voor golfhoogte (m) voor T = 1000 en T = jaar, nietoverstroombare Limburgse Maaskeringen. 4.6 Revisie rekentechnieken Na het afronden van de watersysteem-rapportages (zoals onderhavig rapport) is er in Deltares (2017) integraal gekeken naar de optimale rekentechnieken voor alle watersystemen, onder andere door de resultaten van Hydra-Ring te vergelijken met die van Hydra-NL. Hieruit volgt dat voor een aantal watersystemen andere instellingen worden aanbevolen dan dat in de watersysteem-rapportage zijn gebruikt. Dat is ook het geval voor de Rijntakken en de Maas. In Tabel 4.1 worden de in WBI2017 ingebouwde instellingen (gelijk aan dit uit Deltares (2017)) voor de Rijntakken en de Maas weergegeven. Merk op dat de resultaten in dit rapport dus niet met deze instellingen zijn berekend, maar met de instellingen zoals beschreven in paragraaf 3.3. Tabel 4.1 Overzicht aanbevolen Hydra-Ring instellingen voor Rijntakken en Maas (Deltares, 2017). Systeem Deel van systeem Waterstand HBN Golfhoogte BOR (1, 2, 18) Alle locaties DSFI-FBC DSFI-FBC DSFI-FBC Onderstaand een citaat uit Deltares (2017) over de argumenten achter de keuze en differentiatie van de rekentechnieken: Voor geotechnische toetssporen is een eventuele fout in berekende waterstand van cm acceptabel. Verschillen van 15 cm tussen resultaten verkregen met Hydra-Ring en Hydra-NL en tussen resultaten verkregen met verschillende rekentechnieken met Hydra-Ring doen zich voor op locaties in de Bypass van Veessen-Wapenveld, waar droogval optreedt voor lage herhalingstijden. Daar wordt aanbevolen de duurdere combinatie DSFI-FBC te hanteren. 94 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

105 Omdat er enerzijds veel locaties langs de rivieren zijn waar droogval optreedt en FDIR-FBC potentieel tot minder betrouwbare resultaten kan leiden en anderzijds de berekening met DSFI-FBC langs de rivieren nog relatief goedkoop zijn ten opzichte van bijvoorbeeld IJssel- Vechtdelta en Benedenrivieren, adviseren we om DSFI-FBC als rekentechniek voor zowel waterstand als HBN te gebruiken. Voor het deel van de Limburgse Maas waar de Maaskades invloed hebben, was dat al duidelijk. Het advies geldt nu ook de overige delen van het bovenrivierengebied. Voor golfhoogte adviseren we sowieso DSFI-FBC in te zetten. Ondanks het feit dat de golfhoogtes zelf niet bijzonder groot zijn kan een fout van 20 cm wel relevant zijn voor de toetssporen GEBU en GEKB. Deze gereviseerde Hydra-Ring instellingen leveren betrouwbare resultaten op met kleine dan wel verklaarbare verschillen met Hydra-NL uitkomsten. In de hierboven beschreven revisie wordt in het hele watersysteem dezelfde rekentechniek toepast. De in hoofdstuk 3 geïntroduceerde methodiek voor het bepalen van rekenmethodes zorgt ervoor dat de rekenmethode van locatie tot locatie kan verschillen. Dit betekent dat de impact van de revisie van de rekentechnieken ook van locatie tot locatie zal verschillen en dat er niet een algemene trend is waar te nemen. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 95 van 145

106

107 5 Conclusies In dit rapport zijn de Hydraulische Belastingen (HB) voor de waterkeringen langs de Rijntakken en de Maas afgeleid met Hydra-Ring. Hierbij is rekening gehouden met onzekerheden. De HB bestaan uit: Waterstanden en significante golfhoogtes voor verschillende herhalingstijden. Deze worden afgeleid voor de eenvoudige toets en zijn direct invoer voor Ringtoets. HBN (golfoverslag-gerelateerde toetssporen), eveneens voor verschillende herhalingstijden. Dit zijn referentiewaarden voor de HB die de toetser uiteindelijk zelf met Ringtoets afleidt met gebruik van de werkelijke dijkprofielen ter plaatse. In het huidige document zijn de HBN s bepaald met een eenvoudig standaard dijkprofiel (1 op 3 helling, geen berm) en een toelaatbaar overslagdebiet van 1 l/s/m. In verband met overstroombare Limburgse Maaskeringen zijn voor de Maas twee situaties beschouwd: de situatie met oneindige hoge Kades (niet-overstroombaar) en de situatie waarbij de kades de werkelijke hoogtes toegekend krijgen (overstroombaar). De resultaten zijn gecontroleerd en beoordeeld aan de hand van enkele vergelijkende- en verschilanalyses met onder andere de vigerende HR-2006/TMR-2006 en door middel van visuele beoordelingen van de berekeningsresultaten van een set van ruim 100 testlocaties verspreid over het hele gebied van de Rijntakken en de Maas. De conclusies hieruit zijn als volgt: De implementatie van de nieuwe afvoerstatistiek van de Rijn bij Lobith volgend uit GRADE zorgt voor alle locaties langs de Rijntakken voor een verlaging van de 1/1250- waterstanden ten opzichte van de vigerende HR Ruimte voor de Riviermaatregelen zorgen daarnaast in bepaalde gebieden voor extra, soms forse, verlagingen: De grootste verlaging als gevolg van de Ruimte voor de River maatregelen treedt op ter hoogte van de dijkteruglegging bij Lent en de hoogwatergeul Veessen-Wapenveld en bedraagt ca. 0,90 m, De kleinste verlaging treedt op langs de Lek en de IJssel vlak na de IJsselkop en bedraagt enkele centimeters tot 0,10 m. De impact van de nieuwe afvoerstatistiek van de Maas bij Borgharen (die net als voor Rijn is bepaald met GRADE) op de berekende waterstanden, is klein tot marginaal. Langs de Zandmaas leidt de nieuwe afvoerstatistiek tot iets hogere 1/250-waterstanden. Dit komt door de hogere werklijn van GRADE voor het bereik rond overschrijdingsfrequenties van 1/250 per jaar. Maas- en Vlaamse werken leiden over het algemeen tot verlaging van de waterstand. De grootste verlaging treedt op langs de Grensmaas en bedraagt ruim 2 m. De berekeningen voor de situatie met niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen resulteren zoals verwacht in hogere waterstanden dan voor de situatie met overstroombare kades. Het verschil bedraagt ca.0,05 m. Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 97 van 145

108 De resultaten van Hydra-Ring komen goed overeen met de resultaten van Hydra-NL. Voor zowel de Rijntakken als de Maas bedraagt het verschil tussen de resultaten van Hydra-Ring en Hydra-NL slechts enkele millimeters tot (maximaal 2 cm). Het meenemen van onzekerheden zorgt voor een verhoging van de waterstanden en HBN s. Voor de Rijntakken Boven-Rijn, Pannerdensch Kanaal, Neder-Rijn/Lek en de Waal ligt de verhoging voor een herhalingstijd van 1250 jaar tussen 0,10 en 0,15 m. Langs de IJssel is het effect van het meenemen van onzekerheden iets groter; voor de meeste locaties ligt de verhoging tussen 0,20 en 0,25 m. De grootste verhoging van het meenemen van onzekerheden treedt op ter hoogte van de hoogwatergeul Veessen- Wapenveld en bedraagt ca. 0,4 m. Deze verhoging is verklaarbaar. Het effect van het meenemen van onzekerheden is voor lange herhalingstijden relatief groot. Voor een herhalingstijd van jaar varieert de verhoging tussen 0,20 m (Rijntakken met uitzondering van de IJssel) en 0,25 m (IJssel). Voor de Maas is het gemiddelde effect relatief groot en bedraagt ca. 0,65 m. Het effect van het meenemen van onzekerheden is voor de Maas groter dan voor de Rijntakken en ligt voor een herhalingstijd van 250 jaar gemiddeld rond 0,25 m en voor een herhalingstijd van 1250 gemiddeld rond 0,35 m. Beide onzekerheden, model- en statistische onzekerheid zijn hier debet aan. Ten opzichte van de Rijn zijn zowel modelonzekerheid als statistische onzekerheid namelijk groter. De berekeningsresultaten van de waterstanden en HBN s laten met uitzondering van enkele locaties een realistisch en consistent beeld zien. Het resultaat van een aantal locaties zijn incorrect omdat de bijbehorende frequentielijnen rare knikken vertonen. Toepassen van alternatieve probabilistische rekentechnieken kan hier mogelijk uitkomst bieden. Voor alle oeverlocaties zijn tot slot berekeningen gemaakt van de MHW s, HBN s en de golfhoogte. Nadat locaties met verdachte resultaten zijn verwijderd, zijn ruimtelijke figuren gemaakt voor 7 herhalingstijden. Deze figuren laten ruimtelijk een realistisch en consistent beeld zien. Hydra-Ring resultaten zijn uitgebreid vergeleken met de hydraulische randvoorwaarden uit HR-2006/TMR-2006 maar ook met de resultaten van Hydra-NL (Deltares, 2017). Veranderingen als gevolg van Ruimte voor de Rivier maatregelen, Maas en Vlaamse werken, aanpassingen in de afvoerstatistiek en het in rekening brengen van kennisonzekerheden zijn geduid. Hieruit trekken we de conclusie dat de afgeleide lokale waterstanden, HBN s en golfhoogtes betrouwbaar zijn. Voor de wettelijke toetsing/beoordeling wordt aanbevolen om HB af te leiden met de laatste versie van het WBI-2017, inclusief de aangepaste rekeninstellingen. De resultaten hiervan zullen op details afwijken van de in dit rapport beschreven resultaten. 98 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

109 Referenties Berger, H., Lijst Hydraulische Randvoorwaarden HR2006 voor de zoeten wateren Ferry-Borges, J. en Castanheta, M. 1971: "Structural Safety"; Laboratorio Nacional de Engenharia Civil, Lissabon Caires, S., Extreme wind statistics for the Hydraulic Boundary Conditions for the Dutch primary water defences. SBW-Belastingen: Phase 2 of subproject "Wind Modelling". Deltares Botterhuis, T; Bieman, den, J. en Chbab, E.H Hydraulische Belastingen Vecht- en IJsseldelta. Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium Deltares rapport HYE Delft Chbab, E.H. en Eilander, D., Basisstochasten WTI Statistiek en statistische onzekerheid. Deltares rapport HYE-007. Januari 2016 Chbab, E.H. en J. Groeneweg, Modelonzekerheid Hydra-Ring. Wettelijk toetsinstrumentarium WTI Deltares rapport HYE-OOO7. Delft Chbab, E.H. en D. Stuparu, Waterstandsverlopen Vecht en IJsseldelta. Wettelijk Toetsinstrumentarium WTI Deltares rapport HYE Delft. Crebas J., 2013a. Verschilanalyse Rijntakken. Deltares ZWS-0017, Delft, 2013 Crebas, J., 2013b. Verschilanalyse Maas. Deltares ZWS-0017, Delft, 2013 Deltares, 2013a. Uitgangspunten productieberekeningen WTI2017. Aansturing, schematisaties en uitvoerlocaties. Deltares rapport HYE J.P. de Waal, A. Spruyt en A. Smale. Delft Deltares, 2013b. Uitgangspunten productieberekeningen WTI2017, aanvulling op uitgangspunten vastgesteld in Deltares rapport HYE A. Smale. Delft Deltares, 2015a. Onzekerheidsanalyse hydraulica in GRADE. Deltares rapport HYE Februari Deltares, 2015b. Kwantificering van de onzekerheden van het gebruik van Bretschneider in het bovenrivierengebied. Deltares rapport HYE-0007, Maart Deltares, 2015b. Invloed correlatie modelonzekerheden GRADE en bovenrivieren op waterstand. Deltares memo HYE-0003, d.d. 27 mei Deltares, 2016a. WTI2017 WAQUA productieberekeningen bovenrivieren Maas. Deltares rapport HYE R. Agtersloot en A.J. Paarlberg. Delft Deltares, 2016b. WTI2017 WAQUA productieberekeningen bovenrivieren Rijntakken. Deltares rapport HYE R. Agtersloot en A.J. Paarlberg. Delft Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 99 van 145

110 Deltares, 2016c. Inputdatabase for the Bretschneider wave calculations for the narrow river areas. Deltares report HYE Calderon, A.C., Smale, A., van Nieuwkoop, J. en Morris, J. Delft Deltares (2017). Vaststelling van rekeninstellingen voor Hydra-Ring berekeningen van Hydraulische Belastingen (concept). Rapport Deltares HYE-0001 (J. Groeneweg en J. den Bieman) Diermanse et al., 2016 Hydra-Ring Scientific Documentation. Deltares & TNO-Bouw. Deltares rapport Deltares Dillingh, D. en A.M. Cappendijk, Ontwerpwaarden voor de windsnelheid bij het ontwerp van rivierdijken. S Centrum voor Onderzoek Waterkeringen. Mei Herzien September 1997 Ditlevsen, O. and Bjerager, P., Plastic Reliability Analysis by Directional Simulation. Technical University of Denmark, Report no Gao, Q., E.H. van Velzen en D. Beyer, Herziening van de Ontwerpwindsnelheden voor het Bovenrivierengebied. RIZA Rapport. Geerse, C.P.M, & Verkaik, J.W., Effect nieuwe windstatistiek op toetspeilen en benodigde kruinhoogten. HKV rapport PR Februari Lelystad Geerse, C.P.M., 2006, Hydraulische Randvoorwaarden 2006 Vecht- en IJsseldelta, Statistiek IJsselmeerpeil, afvoeren en stormverlopen voor Hydra-VIJ, RWS RIZA werkdocument x, Lelystad 2006 HKV/TNO/ARGOSS, Gevoeligheidsanalyse Probabilistische Belastingmodellen en Rekentechnieken. Hoofdrapport PRO89, A.C.W.M. Vrouwenvelder, J.M. van Noortwijk, C.F. de Valk, M.T. Duits, M. Kok. TNO Bouw, ARGOSS, HKV, HKV, Verschilanalyse Bovenrivieren. HKV memo PR april Hegnauer, M., Beersma, J.J., Van den Boogaard, H.F.P., Buishand, T.A., Passchier, R.H., Generator of Rainfall and Discharge Extremes (GRADE) for the Rhine and Meuse basins: Final report of GRADE 2.0. Deltares report ZWS-0018, Delft, The Netherlands Klopstra, Applicatie Standaard afvoergolven Maas en Rijn [HKV-rapport PR279]. D. Klopstra. HKV LIJN IN WATER. Lelystad, september Kramer, N., Smale, A., den Bieman, J en Chbab, E.H Hydraulische Belastingen Vechten IJsseldelta. Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium Deltares rapport HYE Delft Langemheen, H, van de en Berger, H.E.J., Hydraulische randvoorwaarden 2001: maatgevende afvoeren Rijn en Maas. W. van de Langemheen, H.E.J. Berger. RIZA-Rapport Passchier, R., Boogaard, H.J. van den, Buishand, A., Beersma, J. Hegnauer, M., GRADE final report, Deltares rapport. 100 van 145 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

111 Prinsen, G., den Boogaard, H en Hegnauer, M., Onzekerheidsanalyse hydraulica in GRADE. Deltares rapport ZWS Delft RWS-RIZA, Memo vorm maatgevende afvoergolfvorm bij Borgharen. R. van der Veen en L. van Hal. Memo*ADV (A). 8 februari RWS-RIZA, 2007c. Onderbouwing hydraulische randvoorwaarden 2001 voor de Maas. RIZA rapport D. Beyer, N.G.M. van de Brink, M.J.M. Scholten, E.H. van Velzen RWS, Room for the Rhine in the Netherlands. Summary of research results. October RWS, Modelonzekerheden Bretschneider Bovenrivierengebied. Rapport RWS-WVL, maart 2015 (M. Bottema en G. van Vledder). RWS, 2007a. Hydraulische Ranvoorwaarden primaire waterkeringen voor de derde toetsronde (HR-2006). Augustus TAW, Leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken. Deel 1 - Bovenrivierengebied. Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen. Staatsuitgeverij. 's Gravenhage, Tijssen, A., Stuparu, D Quantification of model uncertaintity for WAQUA for the Upper River Area. Deltares report Deltares, 2013 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas 101 van 145

112

113 A Bijlage: Dijktrajecten en veiligheidsnormen TRAJECT CATEGORIE DIJKRING Signalering Ondergrens 1-1 A 1 1:1000 1: A 1 1:1000 1: A 2 1:1000 1: A 2 1:1000 1: A 3 1:3000 1: A 3 1:1000 1: A 4 1:300 1: A 4 1:1000 1: A 5 1:3000 1: A 5 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1:3000 1: A 6 1: : A 7 1:3000 1: A 7 1:3000 1: A 8 1: : A 8 1: : a A 8 1: : b A 8 1: : A 8 1: : A 9 1:1000 1: A 9 1:3000 1: A 10 1:3000 1: A 10 1:3000 1: A 10 1: : A 11 1:3000 1: A 11 1:3000 1: A 12 1:1000 1: A 12 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1:1000 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas A-1

114 13-7 A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 13 1:3000 1: A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 14 1: : A 15 1: : A 15 1: : A 16 1: : A 16 1: : A 16 1: : A 16 1: : A 17 1:3000 1: A 17 1:3000 1: A 17 1: : A 18 1: : a A 19 1: : b A 19 1: : A 20 1: : A 20 1: : A 20 1: : A 20 1:1000 1: A 21 1:3000 1: A 21 1:300 1: A 22 1:3000 1: A 22 1: : A 23 1:3000 1: A 24 1: : A 24 1:1000 1: A 24 1: : A 25 1:3000 1: A 25 1:1000 1: A 26 1:3000 1: A 26 1:3000 1: A 26 1: : A 27 1:3000 1: A 27 1: : A 28 1:1000 1:300 A-2 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

115 29-1 A 29 1:3000 1: A 29 1: : A 29 1: : A 29 1:1000 1: A 30 1:3000 1: A 30 1: : A 30 1:3000 1: A 30 1: : A 31 1: : A 32 1:1000 1: A 32 1:1000 1: A 32 1:3000 1: A 32 1:3000 1: A 34 1:1000 1: A 34 1:1000 1: A 35 1: : A 35 1:3000 1: A 36 1: : A 36 1: : A 36 1: : A 36 1: : A 36 1: : A 37 1: : A 38 1: : A 38 1: : A 39 1:3000 1: A 40 1: : A 40 1: : A 41 1: : A 41 1: : A 41 1:3000 1: A 41 1: : A 42 1: : A 43 1: : A 43 1: : A 43 1: : A 43 1: : A 43 1: : A 43 1: : A 44 1: : A 44 1:300 1: A 44 1: : A 45 1: : A 45 1:300 1:100 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas A-3

116 46-1 A 46 1:300 1: A 47 1:3000 1: A 48 1: : A 48 1: : A 48 1: : A 49 1:300 1: A 49 1: : A 50 1: : A 50 1:3000 1: A 51 1:1000 1: A 52 1:3000 1: A 52 1:3000 1: A 52 1:3000 1: A 52 1:3000 1: A 53 1:3000 1: A 53 1: : A 53 1: : A 54 1:1000 1: A 54 1:1000 1: A 55 1:1000 1: A 56 1:300 1: A 57 1:300 1: A 58 1:300 1: A 59 1:300 1: A 60 1:300 1: A 61 1:300 1: A 63 1:300 1: A 63 1:300 1: A 64 1:300 1: A 65 1:300 1: A 66 1:300 1: A 67 1:300 1: A 68 1:1000 1: A 68 1:300 1: A 69 1:1000 1: A 70 1:300 1: A 71 1:300 1: A 72 1:300 1: A 73 1:300 1: A 74 1:300 1: A 75 1:300 1: A 76 1:300 1: A 76 1:300 1: A 77 1:300 1:100 A-4 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

117 78-1 A 78 1:300 1:100 78a-1 A 78 1:300 1: A 79 1:300 1: A 80 1:300 1: A 81 1:300 1: A 82 1:300 1: A 83 1:300 1: A 85 1:300 1: A 86 1:300 1: A 87 1:1000 1: A 88 1:300 1: A 89 1:300 1: A 90 1:3000 1: A 91 1:300 1: A 92 1:300 1: A 93 1:1000 1: A 94 1:300 1: A 95 1:300 1:100 13a-1 A 13a 1:300 1:100 13b-1 A 13b 1:300 1:100 34a-1 A 34a 1:3000 1: a-1 A 36a 1:3000 1: a-1 A 52a 1:3000 1: a-1 A 76a 1:300 1: B 1: : B 1: : a B 1: : b B 1:1000 1: B 1:3000 1: B 1: : B 1: : B 1: : B 1: : B 1:3000 1: B 1: : B 1: : B 1:3000 1: B 1: : B 1:3000 1: B 1: : B 1: : B 1: : B 1: : B 1: :10000 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas A-5

118 223 B 1: : B 1: : B 1: : B 1:3000 1:1000 A-6 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

119 B Bijlage: Resultaten Hydra-Ring voor T = 1250 jaar met en zonder onzekerheden (U1 met en U0 zonder onzekerheid) X Y Target T Waterlevel U1 Waterlevel U Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas B-1

120 B-2 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

121 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas B-3

122 B-4 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

123 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas B-5

124 B-6 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

125 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas B-7

126 B-8 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

127 C Bijlage: Resultaten Hydra-Ring voor T = 250 jaar, met overstroombare en niet-overstroombare kades. x y Waterlevel x y Waterlever hk Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas C-1

128 C-2 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

129 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas C-3

130 C-4 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

131 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas C-5

132 C-6 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

133 D Bijlage: windtabel station Deelen, blok 12 uur N NNO NO ONO O OZO ZO ZZO Z ZZW ZW WZW W WNW NW NNW Wind Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas D-1

134

135 E Bijlage resultaten Hydra-Ring (MHW en HBN) voor T = 100, 300, 1.000, 3.000, , en jaar E.1 Rijn; MHW Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-1

136 E-2 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

137 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-3

138 E.2 Maas; MHW E-4 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

139 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-5

140 E-6 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

141 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-7

142 E.3 Rijn; HBN E-8 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

143 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-9

144 E-10 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

145 E.4 Maas; HBN Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-11

146 E-12 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

147 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas E-13

148 E-14 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

149 F Resultaten Hydra-Ring van de golfhoogte voor T = 100, 300, 1.000, 3.000, , en F.1 Overstroombare Limburgse Maaskeringen Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas F-1

150 F-2 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

151 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas F-3

152 F.2 Niet-overstroombare Limburgse Maaskeringen F-4 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas

153 Hydraulische Belastingen Rijntakken en Maas F-5