Hydraulische randvoorwaarden voor categorie c-keringen

Transcriptie

1 Opdrachtgever: Ministerie van Verkeer en Waterstaat Hydraulische randvoorwaarden voor categorie c-keringen Achtergrondrapport keringen langs de Veluwe Randmeren (dijkring 8, 11 en 45) Auteurs: Nelle Jan van Veen Nadine Slootjes PR1322 november 2008

2

3 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Inhoud Lijst van tabellen... v Lijst van figuren... vi 1 Inleiding Gebiedsbeschrijving Methode en randvoorwaarden Methode Randvoorwaarden en invoergegevens Hydraulica Promovera Resultaten Toetspeilen Strijklengten Bodemhoogte Referenties Bijlage A Windtransformaties Bijlage B Naamgeving locaties in Promovera HKV LIJN IN WATER PR1322 iii

4

5 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Lijst van tabellen Tabel 2-1: Kenmerken categorie c-keringen langs de Veluwe Randmeren....3 Tabel 3-1: Benodigde gegevens berekeningen Hydraulische Randvoorwaarden Veluwe Randmeren....5 Tabel 3-2: Doorgerekende combinaties van meerpeilen, windsnelheden en windrichtingen....6 Tabel 4-1: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 8 langs de Veluwe Randmeren. Normfrequentie = 1/ Tabel 4-2: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 11 langs Veluwemeer en Drontermeer.. Normfrequentie = 1/ Tabel 4-3: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 45 langs het Nuldernauw. Normfrequentie = 1/ Tabel A-1: Transformaties van potentiële windsnelheden van Schiphol naar Veluwe Randmeren Tabel A-2: Transformaties van potentiële windsnelheden naar open-water windsnelheden Tabel 5-1: Naamgeving locaties Promovera HKV LIJN IN WATER PR1322 v

6 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Lijst van figuren Figuur 2-1: Overzicht van het gebied met daarbij de c-kering Figuur 3-1: Bodemligging Veluwe Randmeren Figuur 3-2: Windverloop Veluwe Randmeren... 7 Figuur 4-1: Randvoorwaardenlocaties dijkring Figuur 4-2: Randvoorwaardenlocaties dijkring Figuur 4-3: Randvoorwaardenlocaties dijkring Figuur 5-1: Randvoorwaardenlocaties voor Veluwe Randmeren volgens Promovera vi PR1322 HKV LIJN IN WATER

7 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren 1 Inleiding Dit rapport geeft nadere achtergrondinformatie over de werkwijze waarop de Toetspeilen voor de c-keringen langs de Veluwe Randmeren zijn bepaald. De Toetspeilen zijn één-op-één overgenomen uit een eerdere studie waarbij Hydraulische Randvoorwaarden voor dit gebied zijn bepaald. Verwezen wordt naar [Wouters, 2006]. Aan de werkwijze liggen een methode en verschillende uitgangspunten ten grondslag. Deze staan beschreven in het addendum op het Hydraulische Randvoorwaardenboek 2006 [HR-C, 2008] en zijn in dit rapport niet herhaald. Aangeraden wordt het addendum te lezen voorafgaand aan het lezen van dit rapport. Er worden verschillende typen categorie c-keringen onderscheiden. De categorie c-keringen kunnen qua verschijningsvorm worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: 1. gelegen langs oppervlaktewater dat (van het buitenwater) is afgesloten door een verbindende waterkering van de categorie b; 2. die deel uitmaken van een dijkring als gemeenschappelijke scheiding tussen twee aangrenzende dijkringen, waarbij twee situaties voorkomen: a. de categorie c-keringen scheiden twee dijkringen met een gelijke veiligheidsnorm; b. de categorie c-keringen scheiden twee dijkringen met een ongelijke veiligheidsnorm. De c-keringen langs de Veluwe Randmeren vallen onder de eerste categorie. De methode voor het afleiden van het Toetspeil en de gehanteerde uitgangspunten voor dit type c-kering staan beschreven in het addendum op het Hydraulische Randvoorwaardenboek 2006 [HR-C, 2008]. Het volgende hoofdstuk geeft informatie over de ligging van de c-keringen. Hoofdstuk 3 richt zich op de methode en invoergegevens en hoofdstuk 4 geeft de resultaten van de waterstandsberekeningen en het Toetspeil. HKV LIJN IN WATER PR1322 1

8

9 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren 2 Gebiedsbeschrijving Langs de Veluwe Randmeren liggen de c-keringen van drie dijkringen. Tabel 2-1 geeft een aantal kenmerken van deze c-keringen. Dkr Naam Norm (per jaar) Lengte (km) Beheerder 8 Flevoland 1/ Waterschap Zuiderzeeland 11 IJsseldelta 1/2000 9,1 Waterschap Veluwe 11 IJsseldelta 1/2000 3,4 Waterschap Groot Salland 45 Gelderse Vallei 1/1250 4,8 Waterschap Vallei en Eem Tabel 2-1: Kenmerken categorie c-keringen langs de Veluwe Randmeren. In Figuur 2-1 zijn de c-keringen met een paarse lijn aangegeven. De categorie c-keringen van dijkring 8 liggen aan de noordwestzijde van het meer, de c-keringen van dijkring 11 en 45 aan de zuidoostzijde. De Veluwe Randmeren worden in het noorden gescheiden van het Vossemeer door de Roggebotsluis. In het zuiden scheidt de Nijkerkersluis het meer van het Nijkerkernauw. De bedreiging van de c-keringen komt vanaf het Veluwe Randmeren zelf. HKV LIJN IN WATER PR1322 3

10 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Figuur 2-1: Overzicht van het gebied met daarbij de c-kering. 4 PR1322 HKV LIJN IN WATER

11 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren 3 Methode en randvoorwaarden 3.1 Methode De methode voor het type c-kering achter een b-kering luidt in het kort als volgt: 1. Berekenen waterstanden bij verschillende combinaties van meerpeilen, windrichtingen en windsnelheden. 2. Berekenen hydraulisch belastingniveau met Promovera (Probabilistisch Model Veluwe Randmeren). Voor de Veluwe Randmeren is een van Hydra-M afgeleid model gemaakt. Dit model wordt Promovera genoemd. Promovera berekent de frequentieverdeling van hydraulische belastingniveaus (m+nap), op basis waarvan de benodigde kruinhoogte van een dijk kan worden vastgesteld (gegeven een veiligheidsnorm). Een uitgebreidere beschrijving van de methode wordt verwezen naar [HR-C, 2008]. Het uitgangspunt bij dit type kering is dat de voorliggende verbindende waterkering (categorie b) in de normsituatie gesloten is en niet faalt. 3.2 Randvoorwaarden en invoergegevens Deze paragraaf beschrijft de randvoorwaarden die zijn gehanteerd voor de waterstandsberekeningen ( 3.2.1) en de benodigde invoergegegevens het berekenen van de Hydraulische Randvoorwaarden met Promovera ( 3.2.2). Tabel 3-1 geeft aan welke gegevens nodig zijn voor deze methode: Gegevens Bron Waterstandstatistiek Veluwe Randmeren Conform Promovera v2.1 Windstatistiek Veluwe Randmeren Conform Promovera v2.1 Maximale waterstanden WAQUA-berekeningen ( 3.2.1) Bodemhoogten WAQUA-schematisatie ( 3.2.1) Strijklengten Fetch ( 4.1.1) Tabel 3-1: Benodigde gegevens berekeningen Hydraulische Randvoorwaarden Veluwe Randmeren Hydraulica Voor het berekenen van de waterstanden is WAQUA gebruikt, een 2-dimensionaal waterbewegingsmodel. Hiermee worden waterstanden berekend bij verschillende combinaties van meerpeilen, windrichtingen en windsnelheden. Figuur 3-1 geeft de bodemligging weer van het model. HKV LIJN IN WATER PR1322 5

12 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Figuur 3-1: Bodemligging Veluwe Randmeren In totaal zijn 432 berekeningen uitgevoerd: vijf meerpeilen van de Veluwe Randmeren zijn belast met 9 verschillende windsnelheden vanuit 12 windrichtingen (zie Tabel 3-2). Meerpeil [m NAP] Windsnelheid [m/s] Windrichting [graden] Tabel 3-2: Doorgerekende combinaties van meerpeilen, windsnelheden en windrichtingen. Voor elke combinatie tussen meerpeil, windsnelheid en windrichting is een maximale waterstand berekend. Er is een periode van 48 uur doorgerekend, waarbij het windverloop uit Figuur 3-2 is gehanteerd. 6 PR1322 HKV LIJN IN WATER

13 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren % van de maximale windsnelheid uur Tijdvenster waarin de maximale waterstand is bepaald T (uren) Figuur 3-2: Windverloop Veluwe Randmeren. De maximale waterstand per locatie is bepaald binnen het tijdvenster van zeven uur zoals aangegeven in Figuur 3-2. De maximale waterstanden zijn weggeschreven voor 38 locaties en ingelezen in de Promovera-database. De locaties liggen op een afstand van ongeveer 1 km van elkaar. Tijdens de berekeningen is geen rekening gehouden met de instroom van rivieren en het uitslaan van gemalen. De invloed van in- en uitstroming op waterstanden gedurende de beperkte rekenperiode van 48 uur is als verwaarloosbaar aangenomen. De invloed hiervan komt wel terug in de waterstandsstatistiek Promovera Voor het berekenen van de Hydraulische Randvoorwaarden is gebruik gemaakt van Promovera versie 2.0 (Scenariotool variantenstudie 1.1). Voor een beschrijving van het programma wordt verwezen naar [HKV, 2006]. Deze paragraaf bespreekt de invoergegevens voor he programma. Statistische invoergegevens Voor de wind geldt dat de statistiek van de potentiële wind van het windstation Schiphol als uitgangspunt in beide modellen is aangenomen. Voor een beschrijving van deze windstatistiek, zie [Vlag en Bak, 2004]. Drie aspecten van de wind zijn van belang voor de modellen: windsnelheid; windrichting; windverloop. Deze drie aspecten worden achtereenvolgens behandeld. De potentiële wind van Schiphol is omgezet naar een open-water wind en getransformeerd naar de lokale windomstandigheden bij de Veluwe Randmeren. Deze omzettingenzijn te zien in Tabel A-1 en Tabel A-2 van Bijlage A. HKV LIJN IN WATER PR1322 7

14 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Voor de windrichtingen geldt dat in Promovera 12 windrichtingen (30 sectoren) worden gebruikt. De gebruikte windrichtingen zijn te zien in de 3 e en 4 e kolom van Tabel 3-2. Het aangenomen windverloop voor beide modellen is getoond in Figuur 3-2. De stormduur is hierbij 48 uur, waarbij de windsnelheid zijn maximale niveau bereikt 23 uur nadat de storm is begonnen. De stormpiek houdt 2 uur aan, om in de volgende 23 uur geleidelijk af te nemen. Meerpeil Onder het meerpeil wordt de waterstand verstaan die voor het gehele meer geldt als er geen invloed van de wind is. In Promovera wordt de meerpeilstatistiek met twee bestanden gedefinieerd: Toppenlijn. Deze geeft per meerpeilniveau het aantal overschrijdingen van het piekmeerpeil in keren per winterhalfjaar. Dagenlijn. Deze geeft per meerpeilniveau het gemiddeld aantal overschrijdingsdagen in keren per winterhalfjaar. Bovengenoemde gegevens zijn afgeleid voor de Veluwe Randmeren in [Vlag en Bak, 2004]. 8 PR1322 HKV LIJN IN WATER

15 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren 4 Resultaten 4.1 Toetspeilen Zoals reeds eerder opgemerkt zijn de resultaten overgenomen uit een eerdere studie waarbij Hydraulische Randvoorwaarden voor dit gebied zijn bepaald. Verwezen wordt naar [Wouters, 2006]. De naamgeving van de randvoorwaardenlocaties zijn wel gewijzigd. Voor de naamgeving zoals gebruikt in [Wouters, 2006] wordt verwezen naar Bijlage B. HKV LIJN IN WATER PR1322 9

16 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Figuur 4-1: Randvoorwaardenlocaties dijkring PR1322 HKV LIJN IN WATER

17 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Locatie Omschrijving Toetspeil [m+nap] 1 Nijkerkersluis 0,8 2 0,8 3 0,7 4 Zeewolde 0,7 5 0,7 6 0,7 7 Harderbroek 0,7 8 0,7 9 0,7 10 0,7 11 0,7 12 0,8 13 1,1 14 1,4 15 1,6 16 1,8 17 2,0 18 2,2 19 2,3 20 Roggebotsluis 2,4 Tabel 4-1: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 8 langs de Veluwe Randmeren. Normfrequentie = 1/ HKV LIJN IN WATER PR

18 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Figuur 4-2: Randvoorwaardenlocaties dijkring PR1322 HKV LIJN IN WATER

19 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Locatie Omschrijving Toetspeil [m+nap] 1 Gelderse Sluis 2,1 2 Bolsmerksluis 1,9 3 Lummermerksluis 1,8 4 1,7 5 Elburg 1,6 Tabel 4-2: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 11 langs Veluwemeer en Drontermeer.. Normfrequentie = 1/ HKV LIJN IN WATER PR

20 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Figuur 4-3: Randvoorwaardenlocaties dijkring 45. Locatie Omschrijving Toetspeil [m+nap] 1 Dasselaarbeek 0,7 2 0,7 3 Puttergemaal 0,7 Tabel 4-3: Toetspeilen voor de c-keringen van dijkring 45 langs het Nuldernauw. Normfrequentie = 1/ PR1322 HKV LIJN IN WATER

21 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Strijklengten Met behulp van het programma Fetch [HKV, 2002] zijn voor alle locaties de effectieve strijklengten bepaald. Fetch berekent voor een gegeven locatie op de rivier de effectieve strijklengte per windrichting. De effectieve strijklengte wordt berekend volgens het algoritme uit het Technisch Rapport Ontwerpbelastingen [TROB, 2007]. De berekende strijklengten zijn toegevoegd aan de Promovera-database Bodemhoogte De effectieve waterdiepten zijn gelijk gesteld aan de waterstand aan de teen van de dijk minus de lokale bodemhoogte. De waterstand op de uitvoerlocaties wordt verkregen uit de WAQUAberekeningen. Deze gegevens zijn toegevoegd aan de Promovera-database. HKV LIJN IN WATER PR

22

23 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren 5 Referenties [HR-C, 2008] Hydraulische Randvoorwaarden 2006 voor het toetsen van primaire waterkeringen categorie c voor de derde toetsronde Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Water, [Twuiver en Geerse, 1999] Achtergronden Hydraulische Belastingen Dijken IJsselmeergebied. Deelrapport 3: Windstatistiek. H.C. van Twuiver en C.P.M. Geerse. RIZA rapport RIZA Lelystad, 25 maart [Vlag en Bak, 2004] ProMoVera: Probabilistisch model voor de Veluwe Randmeren. D.P. Vlag en C.I. Bak. RIZAwerkdocument X. RIZA Lelystad, april [De Waal, 2003] Windmodellering voor bepaling waterstanden en golven. Een analyse van de bouwstenen. H. de Waal. RIZA werkdocument [TROB, 2007] Technisch Rapport Ontwerpbelastingen voor het Rivierengebied, Expertise Netwerk Waterkeren, Leidraad teksten door Rijkswaterstaat, Teksten: Rijkswaterstaat Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling, Den Haag, juli [VTV-C, 2008] Voorschrift Toetsen op Veiligheid. Addendum voor primaire waterkeringen categorie c. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Water, CONCEPT [Wouters, 2006]. Promovera versie 2.0. Probabilistisch model voor de Veluwe Randmeren. C.A.H.Wouters. HKV PR , juli HKV LIJN IN WATER PR

24

25 Bijlagen

26

27 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Bijlage A Windtransformaties In deze bijlage zijn de twee windtransformaties gegeven die zijn toegepast op de Schiphol windstatistiek. In Tabel A-1 zijn de richtingsafhankelijke transformaties gegeven van potentiële windsnelheden van Schiphol naar potentiële windsnelheden van de Veluwe Randmeren. De getallen zijn afkomstig van locatie A uit Tabel 5.5 uit [Van Twuiver en Geerse, 1999]. Voor Hydra-VIJ, dat met 22.5 sectoren werkt, is geïnterpoleerd tussen de gegeven richtingen. In Tabel A-2 staat de transformatie van potentiële windsnelheden naar open-water windsnelheden, afkomstig uit [De Waal, 2003]. Beide transformaties zijn na elkaar toegepast. Wind Getransformeerde windsnelheden per windirchting Schiphol [m/s] Tabel A-1: Transformaties van potentiële windsnelheden van Schiphol naar Veluwe Randmeren. U pot U ow U pot U ow U pot U ow [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] Tabel A-2: Transformaties van potentiële windsnelheden naar open-water windsnelheden. HKV LIJN IN WATER PR

28

29 november 2008 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren Bijlage B Naamgeving locaties in Promovera Figuur 5-1: Randvoorwaardenlocaties voor Veluwe Randmeren volgens Promovera. HKV LIJN IN WATER PR

30 Achtergrondrapport HR categorie c-keringen Veluwe Randmeren november 2008 Locatie N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 W1 W2 W3 W4 W5 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V9 V10 V11 V12 V14 V15 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 Omschrijving Nijkerkersluis Erkemede Puttergemaal Duiker Schuitenbeek Dasselaarbeek Horsterwold Strand Horst Zeewolde Harderwijk Wolderwijd west Harderbroek Dolfinarium Harderhaven Lorentzhaven Harderstrand Killenbeek Dorhout Mees Bremerberg Pangelerbeek Andhuizerbeek Ellerstrand Waterlandspolder Enkweg Elburg De Fazant Doggersbank RWZI Elburg Lummermerksluis Eekterstrand Bolsmerksluis De Abbert Gelderse Sluis Wanningweg Roggebotsluis WS1 WS Vallei en Eem 1 WS2 WS Vallei en Eem 2 ZZ1 Ws ZZ 1 ZZ2 Ws ZZ 2 Tabel 5-1: Naamgeving locaties Promovera. 24 PR1322 HKV LIJN IN WATER