Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZ. Onderwatersuppleties Ontwerprichtlijnen. Report. november WL delft hydraulics Z4099

Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZ Onderwatersuppleties Ontwerprichtlijnen Report november 2006 Z4099 WL delft hydraulics

Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZ Onderwatersuppleties Ontwerprichtlijnen Dirk Jan Walstra, Anna Cohen, Stefan Aarninkhof en Mark van Koningsveld Report november 2006

Inhoud 1 Richtlijnen voor onderwatersuppleties...1 2 1.1 Inleiding...1 2 1.2 Inkadering en aanpak...1 2 1.2.1 Inkadering...1 2 1.2.2 Aanpak...1 3 1.3 Indicatoren...1 5 1.4 Fysische context...1 5 2 Opstellen (vertaling bestaande kennis naar richtlijnen)...2 1 2.1 Ontwerpvariabelen onderwatersuppletie...2 1 2.1.1 Suppletievolume...2 1 2.1.2 Kustdwarse positie...2 1 2.1.3 Kustlangse lengte onderwatersuppletie...2 2 2.1.4 Kustdwarse breedte onderwatersuppletie...2 3 2.1.5 Sedimentkarakteristieken...2 3 2.1.6 Innovatieve suppleties...2 3 2.2 Inpassing in kustsysteem...2 5 2.2.1 Kustlangse inpassing...2 5 2.2.2 Kustdwarse inpassing...2 6 3 Concluderende opmerkingen...3 1 4 Literatuur...4 1 i

1 Richtlijnen voor onderwatersuppleties 1.1 Inleiding Ontwerp van suppleties is in de huidige praktijk gebaseerd op jaarlijkse kustmetingen (JARKUS). Gegeven de trend in de kustachteruitgang wordt een inschatting gemaakt van het verwachte zandverlies in de BKL zone over de ontwerplevensduur van de suppletie. Dit zandvolume wordt, na vermenigvuldiging met een onzekerheidsfactor, gesuppleerd op de kust. In geval van suppleties op de vooroever wordt nog een extra veiligheidstoeslag gehanteerd. In het kader van het VOP II Kustlijnzorg project, dat zich richt op korte termijn kustonderhoud, wordt kennis ontwikkeld op het gebied van korte termijn gedrag van het kustsysteem. Zo wordt er ondermeer gewerkt aan geavanceerde monitoringstechnieken en het modelleren van bijvoorbeeld bankgedrag met behulp van 3D procesmodellen. Gezien de bovenstaande observaties en het feit dat VOP als doel heeft om kennis voor het kustbeheer van de toekomst te ontwikkelen is er door RIKZ gevraagd om naast het kennisontwikkelingstraject een zogenoemd richtlijnen traject te ontwikkelen. Het ontwikkelen van richtlijnen loopt op nadrukkelijk verzoek van de opdrachtgever parallel aan het kennisontwikkelingstraject zodat beide trajecten elkaar tijdens de rit nog kunnen beïnvloeden. Discussies over de richtlijnen blijken in de praktijk erg ingewikkeld te zijn. Het is niet voor iedereen even duidelijk waarvoor richtlijnen dienen. Vanuit verschillende achtergronden (wetenschappelijk praktisch) worden verschillende zaken belangrijk gevonden. Bij het RIKZ wordt een aanzet gedaan tot het opstellen van richtlijnen vanuit een zo praktische mogelijke invalshoek. Terwijl in dit VOP-projekt een wetenschappelijke invulling wordt nagestreefd waarbij het benoemen van kennisleemtes een belangrijke rol speelt. Dit rapport is voorgelegd aan een kennisalliantie van mensen met een wetenschappelijke achtergrond. Het was de bedoeling dit rapport ook voor te leggen aan mensen met een praktische achtergrond, maar dit is op dit moment (nog) niet gebeurd. Het is de intentie om de suggesties die uit de verschillende groepen komen en het RIKZ document met deze rapportage te combineren om zo te komen tot een werkbaar template wat als uitgangspunt kan dienen voor het VOP kennisontwikkeltraject. Voorliggend rapport fungeert als deelproduct binnen Project II-1.1 Korte termijn kustonderhoud van VOP II-Kustlijnzorg (contract RKZ-1597). 1 1

1.2 Inkadering en aanpak 1.2.1 Inkadering Op basis van het huidige beleid wordt het Nederlandse kustsysteem regelmatig met zand gesuppleerd. Het betreft jaarlijks in de orde van 6 mln m 3 voor zogenaamde BKL-suppleties welke primair zijn bedoeld om de BKL-positie te handhaven. Verder is nog eens 6 mln m 3 beschikbaar voor systeemsuppleties welke bedoeld zijn ter versterking van het kustfundament. Voor beide suppletietypes worden zowel strand- als onderwatersuppleties toegepast. Het opstellen van richtlijnen voor de optimale inzet van het beschikbare suppletiezand vereist in principe een benadering in twee stappen: 1. Bepaling van de integrale suppletiebehoefte langs de Nederlandse kust. Dit biedt een objectieve basis voor de verdeling van het beschikbare suppletiezand en stelt functionele eisen aan het ontwerp van individuele suppleties; 2. Ontwerp van de individuele suppleties. Gegeven de lokale beheersdoelstelling en de karakteristieken van het kustsysteem ter plaatse wordt een optimaal ontwerp gemaakt van een individuele suppletie. In overleg met de opdrachtgever is er voor gekozen om in het kader van deze studie uitsluitend aandacht te schenken aan de detaillering van Stap 2. De aanpak daartoe wordt hieronder beschreven. Binnen de huidige uitwerking van Stap 2 ligt de nadruk op de vertaling van kennis van het fysische gedrag van kustsystemen naar richtlijnen voor het ontwerp van suppleties. Met andere woorden, gegeven een type suppletie (strand- of onderwatersuppletie) en de locatie, hoe ziet het optimale ontwerp er dan uit. In de huidige opzet worden uitsluitend onderwatersuppleties beschouwd. In een volgende fase dient aansluiting te worden gevonden bij richtlijnen zoals die intern bij RIKZ worden opgesteld. Het op een constructieve manier vergelijken, tegenoverelkaar stellen en uiteindelijk samenvoegen van beide aanpakken leidt tot een compleet, breed gedragen en bruikbaar richtlijnenpakket. 1.2.2 Aanpak Ter verwezenlijking van bovengenoemde benadering stellen we een plan van aanpak in drie stappen voor: 1. Opstellen: vertaling huidige kennis naar voorlopige richtlijnen. Op basis van beschikbare kennis over de ontwikkeling van reeds uitgevoerde suppleties, natuurlijk kustgedrag en modelstudies wordt een raamwerk van voorlopige richtlijnen opgesteld. Richtlijnen sluiten aan bij de algemene ontwerpvariabelen van een suppletie (bijv. lengte, breedte, suppletievolume) en hoe deze het optimaal in te passen in het kustsysteem (bijv. rekening houden met bankcyclus en lokale muisystemen). 2. Beoordeling voorlopige richtlijnen. Het opgestelde richtlijnen raamwerk beoordelen op basis van toepasbaarheid, relevantie en onzekerheid. 3. Prioritering en identificatie vervolgonderzoek. Op basis van stap 2 kan op een eenduidige en transparante wijze vervolgonderzoek worden gedefinieerd. Hierbij ligt het 1 2

voor de hand om vooral de relevante richtlijnen met een hoge onzekerheid hoog op de lijst te zetten. Stap 2 wordt in dit rapport beperkt behandeld. Deze zullen vooral door de gebruikers van het richtlijnen raamwerk en de kennisallianties moeten worden ingevuld. Naar verwachting kan de inhoudelijke beoordeling van de richtlijnen (stap 2) onder andere plaatsvinden aan de hand van de achterliggende kennisvragen. Deze vragen zijn voor een aantal richtlijnen ook beperkt uitgewerkt. Stap 3 wordt in dit rapport niet uitgewerkt. De voorgestelde aanpak (zie ook Figuur 1) zal naar regelmatig moeten worden herhaald. Richtlijnen blijven zo relevant en gebaseerd op de laatste kennis en inzichten. Tevens biedt deze aanpak in de wat verdere toekomst (na VOP II) een objectieve basis voor prioritering van onderzoek. Opstellen Beoordeling Toepassen Prioritering Figuur 1 Schematisch overzicht t.b.v. het richtlijnen raamwerk. Een belangrijk aspect binnen bovenstaande aanpak is het ontsluiten van buiten het VOP beschikbare kennis. Dit verloopt via gericht literatuuronderzoek, via bestaande contacten (bijv. in de VS o.a. met CPE, USGS, USACE en ONR), nationale en internationale consultancy projecten en via interactie en samenwerking met de kennisalliantie. Deze is gesplitst in een kennisalliantie Praktijk en een kennisalliantie Wetenschap. De kennisalliantie Wetenschap voor VOP Korte Termijn bestaat uit: Dr.ir. Ad Reniers (Modellering morfodynamiek brandingszone) Dr. Gerben Ruessink (Gedrag natuurlijke kustsystemen) Dr. Kathelijne Wijnberg (Morfodynamiek zandbanken) De kennisalliantie Praktijk wordt benaderd door de opdrachtgever, WL Delft Hydraulics benadert de kennisalliantie Wetenschap. Naast deelname aan de expert sessie worden de leden van de kennisallianties waar mogelijk ook ingezet voor de uitvoering van werkzaamheden. In het onderhavige rapport is het commentaar van de kennisalliantie Wetenschap verwerkt. De kennisalliantie Praktijk is niet tot stand gekomen en heeft dus geen bijdrage kunnen leveren aan de huidige rapportage. 1 3

In het rapport is getracht tot een eenduidig richtlijnen raamwerk te komen. Helaas ligt een volledige kennis inventarisatie, welke ten grondslag dient te liggen aan het richtlijnen raamwerk, buiten de scope van de huidige studie. Hier, is op basis van bestaande kennis bij WL en leden van de kennisalliantie Wetenschap, slechts sprake van een voorlopige invulling. Het wordt dan ook ten zeerste aanbevolen een kennisinventarisatie op basis van een uitgebreide literatuurstudie (en interviews) te initiëren. De recent opgedane inzichten (Alkyon, 2005 en Witteveen+Bos, 2006) kunnen hiervoor als uitgangspunt dienen. Zo zou voor elke richtlijn een uitwerking moeten komen op basis van de volgende stappen: overzicht uitgevoerd onderzoek en relevante literatuur; belangrijkste conclusies van het onderzoek en literatuur; richtlijnen volgend uit de conclusies. 1.3 Indicatoren De effectiviteit van suppleties wordt beoordeeld aan de hand van het effect op een aantal eenvoudig te kwantificeren indicatoren die aansluiten bij de bestaande beheerspraktijk. Hierbij zal in beginsel worden uitgegaan van parameters zoals de MKL, BKL, en strandbreedte. Uit eerdere studies is bekend dat deze veel gebruikte indicatoren niet alle relevante morfologische ontwikkelingen kunnen beschrijven. Zo wordt bijvoorbeeld het duinvolume niet beschouwd terwijl deze zone onderdeel uitmaakt van de actieve kustzone. De onderstaande indicatoren geven waarschijnlijk een redelijk beeld van kustontwikkeling: 1. Momentane kustlijn ligging (MKL). Een geaggregeerde maat voor de ligging van de kustlijn, afgeleid uit het zandvolume tussen ruwweg de NAP +3m en NAP -5m contour. 2. Positie van de duinvoet (DVT), gedefinieerd op NAP +3m. 3. Positie van de gemiddelde laagwaterlijn (GLW). 4. Strandbreedte. De horizontale afstand tussen een referentielijn op het droge strand (bv. de duinvoet) en een contour op het intergetijdestrand, hier gedefinieerd als afstand tussen DVT en GLW. 5. Veiligheidsvolume. Volume zand in profiel wat bijdraagt aan de veiligheid falen van de waterkering. Kan op basis van volume beschouwing op basis van duinafslagregel uit Vellinga (1984) en aangepast in (2006). 6. Bankpositie. kustlangse en dwarse positie van buitenste bank. 7. Muierigheid. Kan gedefinieerd worden als de relatieve toename in muicellen (rip current cells) per kustlangse afstand. Indicatoren 2, 3 en 4 zijn overgenomen uit Witteveen+Bos (2006). Om een goede aansluiting bij de beheerspraktijk te waarborgen zijn eenduidige indicatoren cruciaal. Het is daarom van belang om bij een verdere uitwerking van de richtlijnen hier voldoende aandacht aan te besteden. Ook de uitkomsten van lopende analyses dienen hierbij te worden betrokken. 1.4 Fysische context Alvorens over te gaan tot het opstellen van de richtlijnen zal eerst een globale beschrijving van het Nederlandse kustsysteem tussen Hoek van Holland en Den Helder worden gegeven. Dit heeft tot doel om de richtlijnen en kennisvragen in te bedden in de algemene fysische 1 4

context van het Hollandse kustsysteem. Aangezien suppleties (tijdelijk) ingrijpen op het natuurlijke bankgedrag en lokaal dus tot een per definitie onnatuurlijk bankgedrag zullen leiden is het van cruciaal belang een goed inzicht te hebben in de relevante fysische processen en de resulterende morfologische dynamiek van het Nederlandse kustsysteem. Tevens worden op deze manier een aantal begrippen gedefinieerd. De beschrijving richt zich op de actieve kustzone welke kan worden gedefinieerd als het gedeelte van de kust wat op jaarlijkse en seizoenschaal een waarneembare response vertoond. Hoewel hiervoor in de literatuur niet een eenduidige definitie is te vinden kan wel goed een globale definitie worden gegeven: Op de decade-schaal wordt de actieve kustzone aan de zeewaartse zijde begrensd door de sluitingsdiepte die ongeveer 6 8 m onder NAP ligt. De landwaartse zijde wordt hier enigszins arbitrair begrensd landwaarts van de eerste duinenrij. Met uitzondering van de kust bij Delfland, in de buurt van zeegaten en de koppen van de Waddeneilanden bevinden zich langs de gehele Nederlandse kust 1 of meerdere banken in de actieve kustzone. Langs de Hollandse kust hebben banken een levensduur van een aantal jaren. Gedurende deze periode vertonen ze een geleidelijke zeewaartse migratie. Na het bereiken van een zekere diepte (meestal 5 à 6 m) verdwijnen de banken geleidelijk. Het afsterven van de buitenste bank gaat meestal gepaard met het opkomen van een nieuwe brekerbank vanuit het inter-getijde strand (zie bijv. Ruessink en Kroon, 1994; Shand en Bailay, 1999; Wijnberg en Terwindt, 1995). Op basis van de Jarkus lodingen is deze zeewaartse trend zeer goed en consistent te volgen zoals geïllustreerd in Figuur 2. Wijnberg en Terwindt (1995) hebben een uitgebreide analyse uitgevoerd voor de gehele Hollandse kust waaruit bleek dat het bankgedrag merendeels kustlangs over tientallen kilometers coherent is. Dit duidt erop dat het geobserveerde bankgedrag wordt gedomineerd door kustdwarse processen en bijvoorbeeld niet het gevolg kan zijn door schuin langsmigrerende banken. Op een aantal plekken zoals Egmond (Km 38) bevindt zich een zogenaamde natuurlijke bifurcatie. Dit duidt erop dat lokaal de bankencyclus zich in een andere fase bevindt. Dit uit zich door de aanhechting van een binnenste bank aan een buitenste bank. Aan weerszijden vertonen de banken vergelijkbaar cyclisch gedrag maar zijn ze in verschillende fasen (zie Wijnberg en Terwindt, 1995 en Ruessink et al., 2003). Rond havendammen en groins (bijv. IJmuiden en tussen Scheveningen en Hoek van Holland) is de kustlangse coherentie beduidend minder. Gebieden met minder coherentie duiden op een toenemende interactie tussen kustdwarse en kustlangse processen. Deze grotere interactie kan onder andere toe worden geschreven aan toenemende gradiënten in langstransport. 1 5

Figuur 2 (a) Kustdwarse verplaatsing van de zandbanken voor de kust van Noordwijk in de periode 1965-2005. De verplaatsing gaat relatief snel met een cyclustijd in de orde van 5 jaar. (b) Kustdwarse verplaatsing van de zandbanken voor de kust van Egmond in de periode 1965-2005. De verplaatsing gaat bij Egmond significant langzamer dan in Noordwijk met een cyclustijd van ongeveer 15 jaar. Op kortere tijdschalen (seizoen en stormtijdschaal) reageren banken min of meer direct op de optredende golfcondities. Tijdens stormen migreren de banken versneld zeewaarts om tijdens kalme perioden geleidelijk weer omhoog te kruipen (van Rijn et al., 2003 en Ruessink et al., 2006). De rustig-weer respons is minder groot dan de storm respons wat resulteert in een netto zeewaartse migratie van de banken. De onderliggende fysische processen zijn op korte tijdschalen redelijk begrepen (met name de zeewaartse respons). Hoe dit op de langere tijdschalen (jaren) precies werkt is nog grotendeels onbekend. In ruimtelijke zin zijn er diverse kleinere ruimtelijke structuren gesuperponeerd op kustlangse coherente banken. In van Enckevort et al. (2004) wordt een gedetailleerde inventarisatie gegeven van dergelijke ruimtelijke bankpatronen (ook wel aangeduid als crescentische banken). Uit voornoemde publicatie blijkt dat crescentische banken in Noordwijk in vergelijking met andere locaties (o.a. in de VS, Japan en Australië) relatief ongevoelig zijn voor de directe forcering (lees golfcondities). Het lijkt erop dat de klassieke respons van banken om recht te trekken en tegelijkertijd zeewaarts te migreren en op te breken in crescentische structuren tijdens respectievelijk stormen en kalme perioden, niet of slechts in beperkte mate opgaat voor Noordwijk, Egmond en Terschelling (zie respectievelijk Van Enckevort et al., 2004, van Rijn et al., 2002 en Ruessink en Kroon, 1994). De lengteschaal van dergelijke crescentische bankvormen voor de Hollandse kust ligt tussen de 1000 en 3000 m (Van Enckevort et al., 2004). Uit recente analyses van gemeten bodemontwikkeling na plaatsing van onderwatersuppleties (Alkyon, 2005 en Witteveen+Bos, 2006) blijkt dat het autonome bankgedrag voor een aantal jaren significant wordt beïnvloedt. Er zijn ook diverse studies geweest waar de data-analyse werd gecombineerd met modeltoepassing (zie van Duin et al., 2004 voor de 1999 Egmond suppletie en Grunnet et al., 2004 en 2005 voor de Nourtec onderwatersuppletie op Terschelling). In de meeste gevallen wordt het banksysteem gereset na aanleg van een onderwatersuppletie als deze op de zeewaartse flank van de buitenste bank wordt geplaatst. De tot dan toe buitenste bank migreert vrij snel (binnen 6 maanden) naar binnen, terwijl de suppletie de rol van buitenste bank overneemt. Dit geforceerde gedrag vertoont grote gelijkenis met het natuurlijke gedrag bij Egmond. Deze bifurcaties, in feite lokale faseverschuivingen van de bankcyclus zich uitend in een aansluiting van een buitenste bank aan een binnenste bank, hebben bij Egmond geen effect op de bankcyclus periode. Deze kustdwarse respons kan vanzelfsprekend een tijdelijk positief effect hebben op de diverse indicatoren. Na verloop van tijd (3 5 jaar) herstelt de 1 6

bankcyclus zich doordat de suppletie langzaam verdwijnt waarna bank weer naar buiten migreert. Tot nog toe werden de morfologische effecten van goed ontworpen onderwatersuppleties teruggebracht tot twee fysische processen (van Rijn en Walstra, 2004), zie ook Error! Reference source not found.: 1) Lijzijde effect: de hogere golven breken op de onderwatersuppletie waardoor de langstransporten achter de onderwatersuppletie afnemen. Tevens kan de onderwatersuppletie de kustlangse getijstromingen reduceren. In dit geval fungeert de onderwatersuppletie als een (gedeeltelijke) blokkade van langstransport wat resulteert in: een afname van langstransport in de schaduwzone achter de onderwatersuppletie; bovenstroomse sedimentatie (vooral sedimentatie in lijzijde); benedenstroomse erosie. 2) Voedingseffect: niet, tot licht brekende golven veroorzaken een kustwaarts gericht transport. Tevens veroorzaken op de onderwatersuppletie brekende golven een horizontale circulatie waardoor een landwaartse stroming over de suppletie plaatsvindt. Doordat de golfhoogte achter de suppletie is afgenomen neemt ook het zeewaartse transport door de retourstroming af. Het voedingseffect resulteert in: een toename van kustwaarts gericht transport; een afname van het zeewaarts gericht transport. SEA nourishment area down drift BEACH new shoreline lee of shoreface nourishment SEA nourishment area onshore directed mass transport BEACH waves old shoreline A updrift B return flow diverted alongshore Figuur 3 Schematisch overzicht van morfologische effecten (links: lijzijde effect; rechts voedingseffect). Op basis van de gerefereerde studies (met name Van Duin et al., 2004 en Witteveen+Bos, 2006) kan worden gesteld dat de grootste korte termijn effecten van een onderwatersuppletie kunnen worden toegeschreven aan het resetten van de bankcyclus. Dit fenomeen kan met enige creativiteit onder het tweede effect worden geclassificeerd, met dien verstande dat de suppletie zelf niet landwaarts verplaatst, het positieve effect ontstaat door de landwaartse migratie van de buitenste bank. 1 7

2 Opstellen (vertaling bestaande kennis naar richtlijnen) In dit hoofdstuk wordt een beknopt globaal overzicht gegeven van de huidige stand van zaken voor diverse onderwatersuppletie ontwerpvariabelen op basis waarvan voor ieder van deze ontwerpvariabelen een richtlijn wordt opgesteld. Voor een aantal zijn ook kennisvragen gedefinieerd die kunnen bijdragen in de beoordeling van de richtlijn. Hier wordt benadrukt dat de overzichten, richtlijnen en kennisvragen geen volledig beeld geven. De nadruk ligt op de structuur van het richtlijnen raamwerk. Zo zou voor elke richtlijn een uitwerking moeten komen op basis van de volgende stappen: overzicht uitgevoerd onderzoek en relevante literatuur; belangrijkste conclusies van het onderzoek en literatuur; richtlijnen volgend uit de conclusies. 2.1 Ontwerpvariabelen onderwatersuppletie In deze sectie wordt ingegaan op de diverse ontwerpvariabelen van een ontwerpsuppletie die de ontwerpsjabloon bepalen. Deze variabelen worden in de onderstaande paragraven verder uitgewerkt. 2.1.1 Suppletievolume Het suppletievolume is samen met de aanleghoogte de belangrijkste ontwerpvariabele. Indien mogelijk dient het gesuppleerde volume te worden gemaximeerd (daarbij wel rekening houdend met realistische lengtes en breedtes). Levensduur en impact op de kust worden grotendeels bepaald door het suppletievolume. De in Nederland aangelegde onderwatersuppleties hebben veelal een volume tussen de 350 en 500 m 3 /m. Veelal wordt het aanlegvolume bepaald door het budget en de lengte van het kustvak wat gesuppleerd dient te worden. Wellicht zijn korte dikke suppletie te prefereren boven lange dunne suppleties. In het bovenstaande staat de levensduur van de suppletie centraal. Het construeren van relatief grote suppleties kan ook (vergrote) negatieve gevolgen hebben. In Sectie 2.1.6 zal hierop nader worden ingegaan. Op basis van bestaande kennis geldt echter de volgende richtlijn. RICHTLIJN: Ondergrens van suppletievolume is (op basis van bestaande suppleties) 350 m 3 /m. Maximaliseer indien mogelijk het suppletievolume (daarbij wel rekening houdend met mogelijk negatieve effecten). 2.1.2 Kustdwarse positie De aanleghoogte is bepalend voor de snelheid en de mate waarin het kustsysteem reageert op de aanleg van een onderwatersuppletie. Relatief laag in het profiel hebben suppleties in 2 1

eerste instantie geen meetbare of slechts een beperkte invloed. Pas na verloop van tijd beïnvloedt de suppletie de zones hoger in het profiel. Naarmate de suppletie hoger in het profiel wordt aangelegd worden de effecten op korte termijn steeds duidelijker (minder dan 6 maanden). Deze respons is gekoppeld aan de levensduur van een suppletie, hoe lager aangelegd in het profiel hoe langer de levensduur van de suppletie (en des te lager de effecten hoger in het profiel, Witteveen+Bos, 2006). Tevens bepaald de aanleghoogte grotendeels het voedingsmechanisme. Bij hoge aanleg neemt het invangen van sediment uit kustlangse richting (lijzijde effect) meer toe dan het kustwaarts gerichte golftransport (voedings effect), zie Walstra et al. (2004). Bij diepe aanleg (maar wel in het actieve profiel) is het vooral de suppletie zelf die op termijn een bijdrage levert door kustwaarts gericht zandtransport (voedings effect), analoog aan de Wassenaar suppletie bestudeert Witteveen+Bos (2006). Overigens lijkt de voornaamste respons van het lokale kustsysteem op een onderwatersuppletie vooral gerelateerd aan het beïnvloeden van de buitenste bank. Deze migreert vrij snel na constructie van de onderwatersuppletie landwaarts (orde 6 maanden) waardoor er (tijdelijk) een toename van zand hoger in het profiel is. RICHTLIJN: Aanleghoogte bepaalt de respons van het lokale kustsysteem. Indien op korte termijn (minder dan 6 maanden) een significante aanzanding is gewenst, dient een suppletie zo hoog mogelijk in het profiel te worden aangelegd (-4 tot -5 m). Suppleer indien mogelijk de trog tussen de banken (maximalisatie van aanleghoogte). Bij het compenseren van structurele kustachteruitgang is het (kost)efficiënter om op wat dieper water te suppleren (-5 tot -7 m). 2.1.3 Kustlangse lengte onderwatersuppletie De aangelegde suppleties hadden in het algemeen een aanzienlijke (kustlangse) lengte. De lengte varieert van 2 tot 7 km. Voor zover bekend heeft de lengte geen doorslaggevende betekenis gehad bij de effectiviteit en levensduur van suppleties. Uit enkele modelstudies Koster et al. (2006) en Walstra et al. (2004) is gebleken dat zolang geen ondergrens wordt overschreden de lengte van de suppletie van beperkt belang is. Er is geen systematisch onderzoek verricht naar deze ontwerpvariabele, Koster et al. (2006) toonden echter aan dat korte suppleties (kleiner dan 100 m) een beperkte levensduur hadden en sterke kustlangse diffusie vertoonden. De ondergrens van de suppletielengte is waarschijnlijk afhankelijk van de lokale hydrodynamische condities. Walstra et al. (2004) concluderen dat lange (4 km) suppleties een enigszins langere levensduur lijken te hebben. Relatief sterke getijstromingen en/of grote hoek van dominante golfrichting met kust vereisen een langere suppletielengte. Gezien het feit dan in beide studies de bevindingen zijn gebaseerd op schematische scenario berekeningen zijn voornoemde getallen vooral indicatief. Voor de Hollandse kust lijkt 2 km een veilige ondergrens te zijn, voor de waddeneilanden is waarschijnlijk een grotere lengte vereist. Voor zover bekend was bij de tot dusver gevolgde suppleties ongeveer 70% van het gesuppleerde zand na vier jaar nog aanwezig (Van Rijn en Walstra, 2004). 2 2

RICHTLIJN: Minimum lengte voor onderwatersuppleties langs de Hollandse kust is 2 km, voor de waddeneilanden is waarschijnlijk een twee maal grotere lengte vereist. 2.1.4 Kustdwarse breedte onderwatersuppletie De kustdwarse breedte is met name gerelateerd aan het suppletievolume en de aanleghoogte in het profiel en in die zin een ontwerpvariabele van beperkte betekenis. Wel is het zo dat er indicaties zijn dat bij relatief brede suppleties deze in meerdere banken kan opbreken wat mogelijk een lagere efficiëntie tot gevolg heeft omdat een deel van het zand lager in het profiel blijft (Van Duin et al., 2004). Op de langere termijn zou dit achtergebleven zand wel een positieve bijdrage kunnen leveren. RICHTLIJN: Breedte van een onderwatersuppletie is van beperkte betekenis. Bij relatief brede suppletie kan de suppletie in meerdere banken opbreken. Suppleties van vergelijkbare breedte als de buitenste bank (0.5 tot 2 maal) verdienen de voorkeur. 2.1.5 Sedimentkarakteristieken Binnen realistische korreldiameter ranges (ongeveer tussen de 200 en 350 m) speelt de sedimentsamenstelling van onderwatersuppleties een ondergeschikte rol voor de morfologische ontwikkeling. Voor de ecologische impact zou de korreldiameter van belang kunnen zijn, maar hier is nog weinig van bekend. De beschikbaarheid van zand in de aangewezen zandwingebieden speelt vaak een doorslaggevende rol. Alhoewel er aanwijzingen zijn dat een strand relatief snel terugkeert naar de oorspronkelijke sedimentsamenstelling, is het lastig om hiervoor praktische richtlijnen op te stellen. Op basis van bestaande (proces)kennis (Guillen en Hoekstra, 1997) mag worden verwacht dat relatief grof materiaal leidt tot een langere levensduur (voor fijn materiaal mag een kortere levensduur worden verwacht). Wellicht dat met deze kennis stabielere suppleties kunnen worden ontworpen. Dit is echter alleen relevant voor suppleties die relatief hoog in het profiel zijn aangelegd omdat deze sediment invangen (lijzijde effecten). Vooralsnog wordt het aanbevolen om sediment van vergelijkbare grootte te gebruiken als het gesuppleerde kustvak. RICHTLIJN: Gebruik indien mogelijk sediment dat vergelijkbaar is met het zand in het gesuppleerde kustvak. Indien vooral kustlangse invanging van sediment is gewenst kan een suppletie met groffer materiaal worden overwogen. Het gebruik van fijner materiaal dient zoveel mogelijk te worden beperkt. 2.1.6 Innovatieve suppleties In de afgelopen jaren zijn er diverse ideeën en ontwerpen geweest om suppleties te optimaliseren. Het is op voorhand niet altijd even duidelijk hoe efficiënt en realistisch een bepaalde aanpak/ontwerp is. Het ligt voor de hand om veelbelovende ideeën nader te onderzoeken op basis van de beschikbare data, literatuur en schematisch modelonderzoek. Als op basis van dergelijk onderzoek blijkt dat een relevant voordeel is te behalen, kan een 2 3

praktijkproef overwogen worden. Bij voorkeur dient vooraf goed inzicht te zijn verkregen over de mogelijke negatieve effecten zodat hiermee rekening kan worden gehouden bij de locatiekeuze van de praktijkproef. Ter illustratie worden hier enkele recente iedereen globaal uitgewerkt. Combinatie van onderwatersuppleties Recent onderzoek (Koster et al., 2006) heeft aangetoond dat onder bepaalde omstandigheden een combinatie van verschillende onderwatersuppleties kan leiden tot een grotere efficiëntie in vergelijking met een enkele suppletie. Deze verbetering wordt met name bereikt als een optimale afstand tussen de suppleties kan worden bepaald waardoor circulatiepatronen ontstaan die significant bijdragen aan een kustwaartse verplaatsing van het gesuppleerde materiaal. Deze bevindingen zijn overigens in tegenspraak met een andere studie (van Leeuwen et al., 2006) waarin een lineaire stabiliteitsanalyse toegepast op een vlak strand-/vooroever in combinatie met diverse suppletievarianten. Hieruit trokken zij de conclusie dat de effectiviteit van gecombineerde suppleties lager is dan van één grote suppletie. In onze optiek lijken de voordelen van een gecombineerde onderwatersuppleties dermate veelbelovend dat een praktijkproef overwogen kan worden (overigens zonder een oordeel te willen vellen over de van Leeuwen et al. (2006) studie). RICHTLIJN (gecombineerde onderwatersuppleties): Houd rekening met mogelijke lokaal nadelige effecten te verwachten (bijv. kuststabiliteit en zwemveiligheid): Informeer lokale overheden hierover. Betrek deze bij opstellen meetplan zodat nadelige effecten snel opgemerkt worden. Breng vooraf processen in kaart die positieve bijdrage bewerkstelligen (kennisvragen) en betrek deze bij het opstellen van een meetplan. Sprenkel suppleties Het aanbrengen van grote hoeveelheden zand kan op zich een positief effect hebben op de levensduur van de onderwatersuppletie en de stabiliteit van het gesuppleerde kustvak. In het algemeen geldt echter dat hoe groter het positieve effect hoe groter de kans is op een bijbehorend negatief effect (zoals lokale erosie en toename van muicellen). Dergelijke negatieve effecten kunnen worden ondervangen door suppleties van beperkte omvang en deze regelmatig te onderhouden: de zogenaamde sprenkel suppletie. De effectiviteit van deze aanpak hangt nauw samen met de toegenomen suppletiekosten en de afgenomen negatieve effecten. Deze methode heeft op voorhand weinig negatieve effecten (behoudens een wellicht minder efficiënt werkende onderwatersuppletie). Om een dergelijke uitvoeringsvariant te onderzoeken lijkt een praktijkproef op weinig bezwaren te stuiten. Wellicht is op basis van laboratoriumproeven een optimaal suppletiescenario vast te stellen. 2 4

RICHTLIJN ( sprenkel suppleties): Probeer op voorhand inzicht te krijgen in optimaal onderhoudscenario middels bijvoorbeeld laboratoriumproeven of schematische modelstudies. Informeer lokale overheden over praktijkproef, bespreek mogelijke vertraagde positieve werking. Betrek deze bij opstellen meetplan zodat nadelige effecten snel opgemerkt worden. Breng vooraf processen in kaart die positieve bijdrage bewerkstelligen (kennisvragen) en betrek deze bij het opstellen van een meetplan. 2.2 Inpassing in kustsysteem 2.2.1 Kustlangse inpassing Langs de Nederlandse kust is er sprake van ritmische langspatronen in de ligging en hoogte van de buitenste bank (lengteschaal varieert tussen de 1 en 3 km). Deze langsvariatie heeft ook effecten op de ondiepere delen van het kustprofiel omdat golven en getij lokaal kunnen worden beïnvloedt veelal resulterend in muistromingen. In sommige gevallen is er een relatie vast te stellen tussen de positie/hoogte van de buitenste bank en het gedrag van de hogere delen. Deze relatie is echter zeker niet overal en altijd te leggen. Het ligt voor de hand om de buitenste bank recht te trekken om zo ook de ritmiek hoger in het profiel te onderdrukken (bijvoorbeeld om een bepaalde strandbreedte te bereiken). Uit ervaring blijkt echter dat de locatie van depressies in de buitenste bank behoorlijk persistent zijn. Opgevulde muicellen keren doorgaans terug op dezelfde locatie en in deze gebieden ondervindt een suppletie de meeste vervorming. Het ligt daarom voor de hand aan te sluiten bij de langsritmiek van de buitenste bank. Indien toch wordt gekozen voor het suppleren van meerdere cellen kan het voordelen hebben op de muilokaties extra zand te suppleren. RICHTLIJN: Een onderwatersuppletie dient aan te sluiten bij de kustlangse ritmiek van de buitenste bank. De verwachte versnelde respons ter plaatse van de originele muicellen kan eventueel worden ondervangen met extra gesuppleerd zand. Bij relatief grote langstransporten kan overwogen worden om een suppletie enigszins stroomopwaarts te leggen (geldt met name voor Waddenkust). Kennisvragen: Momenteel is er geen vaste relatie aangetoond tussen ritmiek in de vooroever en ritmiek op het strand. Onderzocht dient te worden wat de invloed is van de ritmiek van de buitenste bank op de ritmiek van het strand (strandbreedte)? Dit zal afhankelijk zijn van de site welke onderzocht wordt. Ook de invloed van het ontbreken van ritmiek in de buitenste bank op de ritmiek van het strand dient onderzocht te worden. Wordt de ritmiek aan het strand in sommige situaties verwijderd door het verwijderen van de ritmiek in de buitenste bank? Zo ja, welke situaties? Treden er negatieve effecten elders langs de kust op? Kan de ritmiek in de buitenste bank slim gebruikt worden voor het ontwerp van suppleties in een systeem met een bekende ritmiek? 2 5

Deze bovenstaande vragen dienen voor meerdere systemen met verschillende ritmiek onderzocht te worden om een zo volledig beeld te kunnen krijgen van de situatie. 2.2.2 Kustdwarse inpassing Banken in de brandingszone liggen niet stil, maar verplaatsen zich dwars op de kust (zie ook Figuur 2). Langs grote delen van de Nederlandse kust (en elders op de wereld) vertonen banksystemen met 2 of meer banken een vorm van quasi cyclisch gedrag (Wijnberg en Terwindt, 1995 en Ruessink et al., 2003). Algemeen gesproken wordt een zandbank gegenereerd nabij de kust en verplaatst deze vorm zich in de loop van de jaren netto zeewaarts om daar tenslotte uit te dempen. Aangezien er meerdere banken tegelijk aanwezig zijn resulteert dit in een treintje van zeewaarts verplaatsende bankvormen waarbij op gezette tijden het kustdwarse patroon van bankposities overeenkomt met die van een aantal jaren terug. De herhalingstijd van een bepaald bankpatroon (ook wel aangeduid met cyclustijd) varieert langs de Nederlandse kust, van ca. 5 tot 15 jaar. Alhoewel de bankcyclus wel invloed kan hebben op bepaalde indicatoren zoals de MKL, wordt het netto zandtransport niet door de bankcyclus beïnvloedt. Het ligt voor de hand om bij de aanleg van een onderwatersuppletie rekening te houden met de bankcyclus. Indien de buitenste bank relatief hoog in het profiel zit kan ook de onderwatersuppletie hoog in het profiel worden aangelegd. Andersom zou bij een diepliggende buitenste bank, de trog landwaarts van de bank gesuppleerd kunnen worden. Het is onduidelijk in hoeverre bij de bestaande suppleties rekening is gehouden met de bankcyclus. In het algemeen geldt dat de aanleghoogte veel invloed heeft op de impact van een suppletie. Indien op korte termijn (minder dan 6 maanden) erosie moet worden tegengegaan dient een suppletie zou hoog mogelijk in het profiel te worden aangelegd. De meerjarige cyclustijden die voorkomen langs de Hollandse kust lijken goed aan te sluiten bij de ontwerpcyclus van de suppleties. Het is waarschijnlijk technisch en beleidsmatig goed mogelijk om gebruik te maken van kennis over het lokale bankensysteem om suppletieontwerpen te optimaliseren. Om binnen 5 tot 10 jaar de positieve effecten van een onderwatersuppletie te bereiken, verdient het aanbeveling om suppleties in de actieve kust zone te leggen (hoger dan ongeveer -8 m). RICHTLIJN: Een langjarige suppletieschema op stellen waarbij gebruik kan worden gemaakt van de bankcyclus. Afhankelijk van de locatie kan worden gekozen voor een zo hoog mogelijke buitenste bank waartegen de suppletie kan worden aangelegd of voor een zo diep mogelijke buitenste bank waardoor de achterliggende trog kan worden gesuppleerd. Onderwatersuppleties dienen in de actieve kustzone te worden aangelegd. Kennisvragen: Is er een relatie tussen de fase in de bankcyclus en de ligging MKL? Zo ja, wat is het beste tijdstip om te suppleren om een zo positief mogelijk effect te bereiken voor wat 2 6

betreft het MKL volume? Onderzocht moet worden wat de verschillende manieren van suppleren voor invloed hebben op de fase in de bankcyclus. (sprenkelen, veel neerleggen in een keer, iets minder neerleggen in een keer) Het is nog niet duidelijk of het zand dat er in het systeem bijkomt ook hoger in het profiel terecht komt, met andere woorden, of het positieve effect op het MKL volume ook merkbaar is in de strandbreedte. Welke neveneffecten treden er op bij het lokaal fixeren van de langjarige bankdynamiek in een bepaalde, lokaal wenselijke, toestand? Hoe groot zijn het lijzijde en het voedings effect van een vooroeversuppletie en wat is de verhouding daartussen als functie van de aanleghoogte? 2 7

3 Concluderende opmerkingen Dit rapport geeft een beknopte uitwerking van een richtlijnen raamwerk op basis van de belangrijkste onderwatersuppletie ontwerpvariabelen en de inpassing in het lokale kustsysteem. Het wordt benadrukt dat de uitwerking van zowel de richtlijnen als de kennisvragen beperkt is en verder onderzocht/onderbouwd dienen te worden. In de onderhavige studie, is op basis van bestaande kennis bij WL en leden van de kennisalliantie Wetenschap, slechts sprake van een voorlopige invulling. Het wordt dan ook ten zeerste aanbevolen een kennisinventarisatie op basis van een uitgebreide literatuurstudie (en interviews) te initiëren. De recent opgedane inzichten (Alkyon, 2005 en Witteveen+Bos, 2006) kunnen hiervoor als uitgangspunt dienen. Het opstellen en uitwerken van richtlijnen kan op vele manieren worden ingevuld. Aangezien RIKZ in een parallel traject ook heeft gewerkt aan suppletierichtlijnen, is het van groot belang de opgedane inzichten bij RIKZ, WL en de kennisalliantie Wetenschap te combineren om zo tot een breed gedragen en praktisch bruikbare invulling te komen. Naar onze mening is een dergelijke eenduidige, uniforme invulling essentieel voordat vervolgonderzoek wordt geïnitieerd. Wij denken dat het opgestelde richtlijnen raamwerk hieraan een goede bijdrage kan leveren. 3 1

4 Literatuur Alkyon, (2005). Effectiviteit van vooroeversuppleties langs de Waddenkust, Aanzet tot ontwerprichtlijnen voor het ontwerp van vooroeversuppleties. Alkyon report A1539. Enckevort van, I.M.J., B.G. Ruessink, G. Coco, K. Suzuki, I.L. Turner, N.G. Plant and R.A. Holman, (2004). Obervations of nearshore crescentic bars. J. Geophys.Res., 109(C06028), doi:10.1029/2003jc002214. Grunnet, Nicholas M., B.G. Ruessink and Dirk-Jan R. Walstra, (2005).The influence of tides, wind and waves on the redistribution of nourished sediment at Terschelling, The Netherlands. Coastal Engineering, Volume 52, Issue 7, July 2005, Pages 617-631. Grunnet, Nicholas M., Dirk-Jan R. Walstra and B.G. Ruessink, (2004a). Process-based modelling of a shoreface nourishment. Coastal Engineering, Volume 51, Issue 7, September 2004, Pages 581-607. Medina, R., Losada, M.A., Losada, I.J., Vidal,C., (1994). Temporal and spatial relationship between sediment grain szie and beach proflie, Marine Geology 118, p.195-206. Koster, L., J.A. Roelvink, D.J.R. Walstra, M, van Koningsveld, M.J.F. Stive, (2006). Humps or Bars: longshore Nourishment Length as an Important Design Parameter. Submitted to Coastal Engineering. Ruessink, B.G., Wijnberg, K.M., Holman, R.A., Kuriyama, Y., and Van Enckevort, I.M.J., (2003). J. Geophys.Res., 108(C8), 3249, doi:10.1029/2002jc001505. Ruessink, B.G., Y. Kuriyama, A. J. H. M. Reniers, J. A. Roelvink and D. J. R. Walstra, (2006). Modeling crossshore sandbar behavior on the time of scale of weeks. Submitted to JGR-Oceans. Ruessink, B.G. and A. Kroon, (1994). The behaviour of a multiple bar system in the nearshore zone of Terschelling: 1965-1993. Marine Geology, 121, 187-197. Shand and Bailey, (1999). A review of nett offshore bar migration with photographic illustrations from Wanganui, New Zealand. J. Coastal Res., 15, 365-378. Van Duin, M.J.P., N.R. Wiersma, D.J.R. Walstra, L.C. van Rijn and M.J.F. Stive, (2004). Nourishing the shoreface: observations and hindcasting of the Egmond case, The Netherlands. Coastal Engineering, Volume 51, Issues 8-9, October 2004, Pages 813-837. Van Leeuwen, S., N. Dodd, D. Calvete, A. Falques, (2006). Linear dispersion of a shoreface nourishment. Submitted to Elsevier Science. Van Rijn, L. C., Walstra, D. J. R., Grasmeijer, B., Sutherland, J., Pan, S., Sierra, J. P., 2003. The predictability of cross-shore bed evolution of sandy beaches at the time scale of storms and seasons using process-based profile models. Coast. Eng. 47, 295 327. Van Rijn, L. C., Walstra, D. J. R., (2004). Analysis and modeling of shoreface nourishments. WL Delft Hydraulics report Z3478.20. Van Rijn, L. C., B.G. Ruessink en J.P.M. Mulder, (2002). Coast3D-Egmond, the behaviour of a straight sandy coast on the timescale of storms and seasons. ISBN 90 800356-5-3, NUGI 816/831. Walstra, D.J.R., Van Ormondt, M. and Roelvink, J.A., 2004. Shoreface nourishment scenarios. WL Delft Hydraulics report Z3748.21, November 2004. Wijnberg, K.M. en J.H.J. Terwindt, (1995). Extracting decadal morphological behaviour from high-resolution, long-term bathymetric surveys along the Holland coast using eigenfunction analysis. Marine Geology, 126, 301-330. Witteveen + Bos, (2006). Evaluatie onderwatersuppleties Noord- en Zuid-Holland. Rapport Rw1472-2. 4 1