Kwaliteitsanalyse Beslissings Ondersteunend Systeem Noordzeekanaal/Amsterdam-Rijnkanaal Afstudeeronderzoek A. Goedbloed Oktober 26 Rapportnummer: WSW 6.11 Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Subfaculteit Civiele Techniek, Sectie Waterhuishouding Ministerie van Verkeer en Waterstaat Rijkswaterstaat Noord-Holland
Samenvatting Het Noordzeekanaal en Amsterdam-Rijnkanaal spelen een belangrijke rol in het waterbeheer van West Nederland. Grote delen van Noord-Holland Zuid-Holland en Utrecht voeren overtollig water af naar zee via deze twee kanalen. Ten behoeve van deze waterafvoer staat bij IJmuiden het spui-maalcomplex. Hier kan tijdens laag water op zee onder vrij verval water via de spuisluis naar zee stromen. In het geval dat de aanvoer van water groter is dan de spuimogelijkheden kan water door middel van de pompen weggepompt worden. Het spui-maalcomplex bij IJmuiden wordt handmatig bediend. Ter ondersteuning van de beheerders van dit complex is een Beslissingsondersteunend systeem (BOS) operationeel. Dit BOS maakt een voorspelling voor de komende 24 uur over de te verwachtte aanvoer en afvoermogelijkheden en geeft een advies over de in zet van de spuisluis en pompen op het spui-maalcomplex. Het BOS is sinds 24 actief maar functioneert niet naar behoren. De beheerders maken nauwelijks gebruik van het systeem omdat de adviezen onvoldoende overeenkomen met het werkelijk nodig beheer. De volgende probleemstelling kan geformuleerd worden: Op dit moment is het BOS niet nauwkeurig genoeg om de waterbeheerders in voldoende mate te ondersteunen. De doelstelling van dit project is: De hydrologische onderdelen van het BOS onderzoeken op mate van onnauwkeurigheid. Ook zal worden aangegeven welke oplossingsrichtingen bestaan om het totale BOS voldoende nauwkeurigheid te geven. Het BOS bestaat uit verschillende modules. Dit onderzoek heeft zich gericht op de adviesmodule van het BOS. In figuur.1 is de structuur van de adviesmodule weergegeven. Figuur.1 Schema adviesmodule I
Verschillende onderdelen van de adviesmodule zijn apart geanalyseerd. Deze onderdelen zijn: Strategie keuze en het algemeen operationeel gebruik van het BOS; Aanvoervoorspeller; Intern model en de beginvoorwaarde; Getijvoorspelling. Operationeel gebruik. Op dit moment moet de beheerder handmatig een keuze maken voor een beheersstrategie voor het BOS. Op dit moment wordt er door de beheerders nauwelijks gebruik gemaakt van het BOS en dus ook niet van het keuzemenu. Dit heeft tot gevolg dat het advies van het BOS vaak niet overeenkomt met de dan geldende omstandigheden. Ook functioneert het BOS te veel als een black box. De belangrijkste aanbeveling is om de resultaten van de verschillende onderdelen te presenteren aan de beheerder en de beheerder meer invloed te geven op de resultaten van de verschillende onderdelen van het BOS. Op deze manier kan het BOS een integraal onderdeel gaan uitmaken van de beheersstrategie van de beheerder. Het BOS moet ook in staat zijn om volledig zelfstandig een strategiekeuze te maken afhankelijk van de verhouding tussen aanvoer en spuimogelijkheden. Dit zal het gebruiksgemak voor de beheerder vergroten. Aanvoervoorspeller De aanvoervoorspeller bepaald via een aantal representatieve meetwaarden de verwachte aanvoer. Deze representatieve meetwaarden worden via een aantal formules omgezet in een totale aanvoer. Het blijkt dat de voorspelde aanvoer structureel lager is dan de werkelijk gemeten afvoer bij het spui-maalcomplex in IJmuiden. Daarom is een aantal concrete verbeteringen voorgesteld: Toepassen van een correctiefactor op de aanvoer om te compenseren voor de sluitfout in de waterbalans waar de formules op gebaseerd zijn; In plaats van het gebruik van één 1-minutenwaarde in bepaalde formules een gemiddelde van 24 uur gebruiken; Controleren van alle formules met actuele meetwaarden en eventueel formules aanpassen; Voor aanvoervoorspellingen van grote objecten gebruik maken van het aantal draaiuren in plaats van het gemiddelde debiet over 24 uur; Parallel aan de aanvoervoorspeller gebaseerd op de verschillende aanvoerposten kan gebruik worden gemaakt van een bestaand rekenblad dat de aanvoer bepaald aan de hand van neerslaggegevens. Dit rekenblad dient wel verder verfijnd te worden maar uiteindelijk zou de uitkomst van het rekenblad als controle aanvoer kunnen gelden. Intern model en beginvoorwaarde Het BOS maakt voor het bepalen van de inzet van het spui-maalcomplex een simulatie met een model. In dit model wordt uitgegaan van een kombergingsbenadering. Dit model houdt dus geen rekening met peilverschillen op verschillende locaties in het systeem. Hierdoor kan de berging in het systeem niet goed geschat worden. Ook treden er afwijkingen op bij het bepalen van het spuidebiet. Daarom is een nieuw model ontwikkeld dat het systeem opdeelt in 1 bakken zodat een beter beeld kan worden verkregen van de staat van het gehele systeem. Dit model heeft ook de mogelijkheid om windeffecten mee te nemen in de berekening. De resultaten waren echter niet goed genoeg om deze effecten mee te laten nemen in het BOS. Ook dient de formule voor de berekening van het Spuidebiet nog verbeterd worden. De formule dient aangepast te worden aan de output waarden van het model. II
Getijvoorspelling De getijvoorspelling functioneert als benedenstroomse randvoorwaarde in de berekening van het BOS. De getijvoorspelling wordt aangeleverd door het RIKZ. De nauwkeurigheid van deze voorspelling is essentieel voor de bepaling van met name het mogelijk spuidebiet. Vanwege het belang voor het bepalen van het spuidebiet dient vooral de voorspelling van het laagwater extra nauwkeurig te zijn. Op dit moment is de voorspelling nog te onnauwkeurig. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het ontbreken van een goed beginvoorwaarde voor het model dat de voorspelling genereert. Deze beginvoorwaarde kan geleverd worden door een nieuw te installeren meetpunt op het Buitenspuikanaal. Door middel van al deze verbeteringen zou het BOS een grotere nauwkeurigheid moeten krijgen en van groter nut kunnen zijn voor de beheerders van het Noordzeekanaal en Amsterdam-Rijnkanaal. III
IV
Inhoudsopgave Samenvatting... I 1 Inleiding... 1 1.1 Aanleiding...1 1.2 Probleemstelling...2 1.3 Doelstelling...2 1.4 Aanpak...3 1.4.1 Gebruik van gegevens... 3 1.5 Leeswijzer...3 2 Systeembeschrijving... 5 2.1 Watersysteem...5 2.1.1 Noordzeekanaal... 5 2.1.2 Amsterdam-Rijnkanaal... 5 2.1.3 Ontwikkeling waterbeheer... 6 2.1.4 Huidig beheer NZK/ARK... 8 2.2 Beslissingsondersteunend Systeem...9 2.2.1 Omschrijving BOS... 9 2.2.2 Adviesmodule van het BOS... 11 2.3 Meetnet NZK/ARK...14 3 Operationeel beheer NZK/ARK... 17 3.1 Omschrijving...17 3.1.1 Operationeel beheer NZK/ARK zonder BOS... 17 3.1.2 Operationeel gebruik BOS... 18 3.2 Tekortkomingen Structuur BOS...2 3.3 Oplossingsrichting...21 3.3.1 Zelfstandige strategiekeuze door BOS... 21 3.3.2 Totaalvolume aanvoer... 22 3.3.3 Maximaal spuivolume... 22 3.3.4 Berging in het systeem... 23 3.4 Conclusies en aanbevelingen...24 4 Aanvoervoorspeller... 25 4.1 Omschrijving...25 4.2 Tekortkomingen aanvoervoorspeller...26 4.2.1 Omschrijving... 26 4.2.2 Afwijkende uitkomsten aanvoervoorspeller bij gebruik meetwaarden... 28 4.2.3 Ontbreken sluitfoutcorrectie... 29 4.2.4 Foute voorspellingen... 29 4.2.5 Slechte correlatie tussen meetwaarden en totaalaanvoer... 3 4.2.6 Ontbrekende of verkeerde meetwaarden... 32 4.2.7 Gebruik gemiddelde 24 uur... 33 4.3 Oplossingsrichting aanvoervoorspeller...34 4.3.1 Verbetering formules of tabellen... 34 4.3.2 Sluitfoutcorrectie... 34 4.3.3 Verandering gebruik type meetwaarde... 35 4.3.4 Aanvoerverdeling over 24 uur... 36 4.3.5 Toepassen andere methode voor berekening aanvoer... 39 4.4 Conclusies en aanbevelingen...4 5 Intern model... 41 5.1 Beschrijving huidige model...41 5.1.2 Kwaliteit 1-bakmodel... 42 5.2 Tekortkomingen Intern Model...44 5.2.1 Beginvoorwaarde waterstand... 44 5.2.2 Berekend spuivolume wijkt af van werkelijk spuivolume... 45 5.3 Oplossingsrichting...48 5.3.1 Kwaliteit 1-bakmodel... 48 5.3.2 Verbetering beginvoorwaarde... 49 V
5.3.3 Verbetering berekening spuivolume... 5 5.4 Conclusies en aanbevelingen...52 6 Getijvoorspelling... 53 6.1 Omschrijving...53 6.2 Tekortkomingen Getijvoorspelling...53 6.2.1 Verkeerde beginvoorwaarde... 53 6.2.2 Kwaliteit vervalberekening... 54 6.2.3 Getijvoorspelling in het BOS... 56 6.3 Oplossingsrichting...57 6.3.1 Beginvoorwaarde en vervalberekening... 57 6.4 Conclusies en aanbevelingen...57 7 Wind... 59 7.1 Omschrijving...59 7.2 Analyse optredende windsnelheden en richting...6 7.3 Effecten op het kanaal...61 7.3.1 Testperiode 4 tot 13 februari 26... 62 7.3.2 Testperiode 27 maart tot 4 april 26... 65 7.3.3 Testperiode 1 tot 13 Augustus 26... 67 7.4 Analyse berekening windeffecten door modellen...68 7.4.1 Beschrijving tests... 68 7.4.2 Resultaten... 7 7.5 Conclusies en aanbevelingen...74 8 Conclusies en aanbevelingen... 75 8.1 Operationeel gebruik...75 8.2 Aanvoervoorspeller...75 8.3 Intern model...76 8.4 Getijvoorspelling...76 8.5 Wind...76 8.6 Algemeen...77 Literatuurlijst... 78 Bijlagen... 79 Bijlage A Opmerkingen...79 A.1 Gemaal Zeeburg... 79 A.2 Fouten in formules Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht... 79 A.3 BOS Kadoelen niet meer actief... 81 A.4 Verschillende formules voor spuidebiet... 81 A.5 Formule spuisluis en Hysterese spuidebiet... 82 A.6 Fouten in de waterstandmeting... 84 A.7 Te groot aanvoervolume door aanvoervoorspeller... 85 Bijlage B Formules aanvoervoorspeller...87 B.1 Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier... 87 B.2 Hoogheemraadschap van Rijnland... 88 B.3 Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht... 88 B.4 Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden... 9 B.5 Inlaat vanuit de Lek... 91 B.6 Schutverliezen... 91 B.7 Instroom vanuit gemaal Zeeburg... 92 B.8 Neerslag en verdamping... 92 B.9 Effluent vanuit RWZI s... 93 B.1 Industrie... 93 Bijlage C Neerslag-afvoer relatie...95 C.1 Inleiding... 95 C.2 Aanpak... 96 C.2.1 Afvoergegevens... 96 C.2.2 Neerslaggegevens... 97 C.2.3 Verdamping... 99 C.2.4 Berekeningsvarianten... 99 C.3 Resultaten en conclusies... 1 VI
C.3.1 Gebruikte neerslagperiode in relatie... 1 C.3.2 Relatie met neerslag in zelfde dag als berekening... 11 C.3.3 Verdamping en berging meenemen in relatie... 12 C.3.4 Resultaten basisafvoer... 12 C.3.5 Gebruik verschillende datasets... 12 C.4 Aanbevelingen... 14 C.5 Resultaten BOS database heel 25... 16 C.6 Resultaten BOS database oktober25 tot januari 26... 18 C.7 Resultaten Aquadata geheel 25... 11 Bijlage D Beschrijving Nieuw model...113 D.1 Schematisering... 116 D.2 Koppeling aanvoervoorspeller... 117 Bijlage E Nieuw beheer...119 VII
VIII
1 Inleiding 1.1 Aanleiding Het Noordzeekanaal (NZK) loopt van IJmuiden tot het Markermeer waarvan het door de Oranjesluizen gescheiden is. Het NZK staat hier wel in open verbinding met het Amsterdam- Rijnkanaal (ARK) dat doorloopt tot de Lek bij Wijk bij Duurstede. De twee kanalen zijn aangelegd in respectievelijk 1875 en 1952. Ook de stadswateren van Amsterdam en het boezemgebied van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht staan in open verbinding met het NZK. Figuur 1.1 NZK en ARK in Nederland (bron: Rijkswaterstaat Noord-Holland) De haven van Amsterdam is gelegen langs het NZK. Ook liggen steden als Amsterdam en Utrecht direct langs de kanalen. Het economische belang van het NZK, ARK en het omliggende gebied is daarom zeer groot. Het kwantiteits- en kwaliteitsbeheer van het NZK ligt bij Rijkswaterstaat Noord-Holland en Rijkswaterstaat Utrecht is waterkwantiteits- en waterkwaliteitsbeheerder van het ARK. 1
Het spui-maalcomplex en de inlaat bij Schellingwoude worden bediend door de waterbeheerders vanuit de continu bemande post op het spui-maalcomplex in IJmuiden. De twee belangrijkste functies van het NZK en ARK zijn de waterafvoer en scheepvaart. Op verschillende punten wordt water ingelaten op het NZK. Dit bestaat voor een groot gedeelte uit overtollig regen en kwelwater uit de omliggende polders. Het NZK is via de sluizen in IJmuiden de toegang voor de zeehaven van Amsterdam. Het ARK is de verbinding naar het achterland voor de binnenvaart. Vanwege de scheepvaart en het grote belang van het omliggende gebied zijn er strikte eisen aan het peil op het NZK en ARK. Deze eisen hebben zich tegelijk ontwikkeld met de vooruitgang in het gebied over de jaren heen. Om een constant peil te handhaven wordt via het spui-maalcomplex in IJmuiden water naar zee afgevoerd. Hier kan via een spuisluis tijdens laagwater op zee water worden afgevoerd. Ook bestaat de mogelijkheid één of meerdere van de zes pompen in te zetten bij veel aanvoer. Naar aanleiding van een aantal hoogwatersituaties in de jaren 9 en om toekomstige ontwikkelingen als zeespiegelstijging en grotere neerslaghoeveelheden aan te kunnen is in 24 het gemaal uitgebreid van vier naar zes pompen. Parallel aan deze ontwikkelingen ontstond de behoefte aan een betere informatievoorziening voor de beheerders. Ook ontstond vanwege de hoge energielasten van de pompen de behoefte het beheer te optimaliseren, zodat er energie bespaard kan worden. Daarom is tegelijk met de uitbreiding een beslissingsondersteunend systeem (BOS) ontwikkeld. Het BOS maakt een voorspelling voor het peilverloop op het kanaal voor de komende 24 uur op basis van de verwachte aanvoer en afvoermogelijkheden. Aan de hand hiervan genereert het BOS een advies voor de inzet van het spui-maalcomplex en de inlaat bij Schellingwoude. Dit advies wordt elk uur vernieuwd met de nieuwste gegevens. Het advies wordt door het BOS geoptimaliseerd op factoren als afwijking van streefpeil en energieverbruik. Ook fungeert het BOS als database waar de beheerders gegevens over het watersysteem uit het recente verleden kunnen raadplegen. Helaas functioneert het BOS nog niet naar wens. De beheerders maken nauwelijks gebruik van de adviezen van het BOS. De acceptatie van het BOS door de beheerders is erg laag omdat de kwaliteit van de adviezen nog niet goed genoeg is. 1.2 Probleemstelling Op dit moment is het BOS niet nauwkeurig genoeg om de waterbeheerders in voldoende mate te ondersteunen. 1.3 Doelstelling De hydrologische onderdelen van het BOS onderzoeken op mate van onnauwkeurigheid. Ook zal worden aangegeven welke oplossingsrichtingen bestaan om het totale BOS voldoende nauwkeurigheid te geven. 2
1.4 Aanpak De onderdelen van het BOS kunnen gezien worden als aparte hydrologisch fenomenen. Daarom zijn deze onderdelen op zichzelf staand geanalyseerd. Van ieder onderdeel is met behulp van modellen, kennis uit eerder uitgevoerde projecten, de broncode van het geïmplementeerde onderdeel in het BOS en inhoudelijke gesprekken met de beheerders een analyse gemaakt. Achterhaald is waar de onnauwkeurigheid door wordt veroorzaakt. Voor iedere gevonden onnauwkeurigheid wordt een oplossingsrichting aangedragen. 1.4.1 Gebruik van gegevens Om een goede analyse mogelijk te maken zijn vele meetgegevens noodzakelijk. Voor hoofdstuk 4 en 6 zijn gegevens nodig uit de adviezen van het BOS. Omdat niet alle gewenste gegevens opgeslagen werden, zijn er wat aanpassingen verricht aan de outputdata van het BOS. Op deze manier kon elk advies afzonderlijk geanalyseerd worden. Pas na deze aanpassing zijn alle benodigde gegevens beschikbaar gekomen. Daarom is er voor de analyse van het BOS gebruik gemaakt van een beperkte periode. Dit is de periode van 1 mei tot 16 juni 26. Aangenomen is dat deze periode representatief is voor het algemeen functioneren van het BOS. In sommige figuren is niet de gehele periode afgedrukt maar alleen een selectie. Dit is gedaan om de figuren te verduidelijken en omdat sommige effecten niet gedurende de hele periode optreden (bijvoorbeeld tijdens een droge periode zijn sommige pompen uit en valt er dus niks te zien). Voor het testen van verschillende modellen zijn gegevens gebruikt uit de BOS database. Er is een periode geselecteerd van 2 tot 8 mei. Ook zijn er tests gedaan met gegenereerde gegevens. Op deze manier kunnen gecontroleerde tests worden gedaan. 1.5 Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt het watersysteem en het beslissingondersteunend systeem in detail beschreven. In de hoofdstukken 3 tot en met 6 worden de verschillende hydrologische onderdelen beschreven volgens de opzet: inleiding, gevonden onnauwkeurigheden en oplossingsrichting. Per onderdeel worden conclusies getrokken. In hoofdstuk 3 komt het operationeel gebruik aan bod. In hoofdstuk 4 de aanvoervoorspeller. Hoofdstuk 5 behandelt het intern model en in hoofdstuk 6 de getijvoorspelling. In hoofdstuk 7 wordt de mogelijkheid om rekening te houden met windinvloeden in het BOS beschreven. Tot slot worden de conclusies die betrekking hebben op de nauwkeurigheid van het totale BOS weergegeven in hoofdstuk 8. Tevens worden hier de samenvattende aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. Tijdens het onderzoek zijn onvolkomenheden aangetroffen in het geïmplementeerde BOS. Er is voor gekozen een aparte bijlage te schrijven met concrete aanbevelingen voor technische verbetering van het BOS (Bijlage A). 3
4
2 Systeembeschrijving 2.1 Watersysteem 2.1.1 Noordzeekanaal Het Noordzeekanaal (NZK) is in gebruik genomen in 1876. Het is tot stand gekomen door de inpoldering van het IJ. Wat overbleef na inpolderen was het NZK. Het westelijke stuk naar de zee is uitgegraven door de duinen. Aan de zee werden sluizen aangelegd en hier ontstond de plaats IJmuiden. In het oosten werd het kanaal afgesloten van de Zuiderzee door de aanleg van de Oranjesluizen bij Schellingwoude. In de begintijd van het kanaal was scheepvaart de belangrijkste functie van het kanaal maar in de loop van de jaren is de waterhuishouding steeds belangrijker geworden. In de loop de jaren is het kanaal enkele malen verbreed tot de huidige 27 m. Figuur 2.1 Noordzeekanaal 1875 [bron: rijksarchief Noord-Holland] 2.1.2 Amsterdam-Rijnkanaal Het Amsterdam-Rijnkanaal (ARK) is gereed gekomen in 1952. Al in 1931 is het besluit genomen dat het kanaal er moest komen maar door de crisisjaren en de oorlog liep het project vertraging op. Het kanaal diende als vervanging voor het in 1892 in gebruik genomen Merwedekanaal. Dit kanaal voldeed niet meer aan de eisen van die tijd. Ook hier was de scheepvaart de belangrijkste functie en reden voor de aanleg van het kanaal. Het ARK staat in open verbinding met het NZK. Samen vormen deze twee kanalen dus één systeem. 5
Figuur 2.2 Werkspoorbrug over Amsterdam-Rijnkanaal [bron: wikipedia.org] 2.1.3 Ontwikkeling waterbeheer Om het overtollige water van het NZK af te voeren zijn tijdens de aanleg ook twee uitwateringssluizen aangelegd, bij IJmuiden en bij Schellingwoude. Bij Schellingwoude is ook een stoomgemaal gebouwd. In 19 is dit gemaal uitgebreid zodat de capaciteit voldoende was voor een goed beheer. Ook na de aanleg van de Afsluitdijk bleven de uitwateringssluis en gemaal bij Schellingwoude functioneren. Vóór de Tweede Wereldoorlog is een inundatiesluis aangelegd bij IJmuiden (om de nieuwe Hollandse Waterlinie onder te laten lopen bij een invasie). Deze is echter nooit gebruikt en is na de oorlog in gebruik genomen als spuisluis. Omdat er grote hoeveelheden zout water het NZK instromen door het schutten in IJmuiden heerst er een brak milieu op het NZK. In de jaren 6 kwam er daarom steeds meer protest tegen het pompen en uitwateren van brak water op het (zoete) Markermeer. Echter met alleen de Spuisluis in IJmuiden was het niet mogelijk een goed peil te handhaven. Daarom werd in 1966 besloten om een gemaal te bouwen bij IJmuiden. Figuur 2.3 Spui-maalcomplex IJmuiden in vogelvlucht [bron: Rijkswaterstaat] 6
Dit gemaal is in 1975 in gebruik genomen. Het gemaal bestond uit vier pompen met een totale capaciteit van 16 m 3 /s. Het was nu niet meer nodig om water naar het Markermeer af te voeren. Sterker nog: er kon nu water ingelaten worden vanuit het Markermeer om dit door te spoelen. Door water in te laten bij Schellingwoude kan zoet water uit de IJssel het Markermeer instromen en zo zout kwelwater uit de Flevopolder verdringen naar het NZK waar al een brak milieu heerst. Ook wordt het zoute water dat vanaf IJmuiden het NZK instroomt teruggedrongen. In 1998 trad er een uitzonderlijk natte periode op waarin de capaciteit van het gemaal in IJmuiden niet voldoende bleek. Het overtollige water kon niet weggemalen worden, met als gevolg een grote peilstijging op het kanaal. Na deze situatie, en met het oog op toekomstige klimaatontwikkelingen, werd besloten het gemaal uit te breiden. In 24 was de uitbreiding met twee extra pompen gereed. Nu is er een maalcapaciteit van 26 m 3 /s beschikbaar plus de al bestaande spuicapaciteit van 5 m 3 /s. Figuur 2.4 Nieuwe pomp gemaal IJmuiden, capaciteit 5 m 3 /s [bron: Rijkswaterstaat] 7
2.1.4 Huidig beheer NZK/ARK Het huidige watersysteem bestaat niet alleen uit het NZK. Ook het ARK en het boezemstelsel van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV), inclusief de stadswateren van Amsterdam, staan in open verbinding met het NZK. Het totale bergend oppervlak bedraagt ongeveer 39 km 2 [Beuse, 24]. Vanuit een groot aantal verschillende posten wordt jaarlijks ongeveer drie miljard m 3 water op het systeem geloosd. Het meeste water is afkomstig van de verschillende hoogheemraadschappen rond het NZK/ARK. Regenwater en kwelwater wordt vanuit de vele polders naar de boezemstelsels van de verschillende hoogheemraadschappen gepompt. Van hoger gelegen gebieden (vooral ten oosten van het ARK) komt het water onder vrije afstroming in de boezemstelsels terecht. Figuur 2.5 Afwateringsgebied NZK en ARK (bron: Rijkswaterstaat) 8
Het boezemstelsel van AGV staat in open verbinding met het NZK/ARK. Het boezemwater stroomt dus vrij hiernaartoe. De overige hoogheemraadschappen voeren overtollig water uit de eigen boezemstelsels af naar het NZK en ARK via gemalen of sluizen. Deze hoogheemraadschappen zijn: Hoogheemraadschap van Rijnland (HHR); Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK); Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden (HDSR). Overige wateraanvoer komt van: Rioolwaterzuiveringen; Waterinlaatsysteem (WIS) bij de Irene- en Beatrixsluizen (inclusief schutverliezen). Water wordt continu ingelaten vanuit de Lek om zoutwaterindringing vanuit het NZK naar het ARK te voorkomen; Inlaat Schellingwoude. Dit gebeurt om het Markermeer door te spoelen zodat het zoutgehalte daar laag blijft. Ook wordt zo de zouttong op het NZK teruggedrongen in de richting van IJmuiden; Schutverliezen door de verschillende sluiscomplexen (IJmuiden, Oranjesluizen). Ongeveer 97% van dit water wordt via het spui-maalcomplex in IJmuiden afgevoerd. Tijdens laagwater op zee kan de spuisluis worden geopend. In geval van veel aanbod van water en/of weinig spuimogelijkheden door bijvoorbeeld windopzet op zee kan het gemaal worden ingezet. Het kanaal heeft een streefpeil van,4 m NAP. Het minimumpeil is,55 m NAP en het maximumpeil is.,3 m NAP. Het is de zorg van de beheerders op de continu bemande post in het spui-maalcomplex om dit peil te handhaven. Ter ondersteuning van de beheerders is er sinds 24 een Beslissingsondersteunend systeem (BOS) actief. 2.2 Beslissingsondersteunend Systeem 2.2.1 Omschrijving BOS De behoefte aan een BOS bestaat al lang. Aan deze wens ligt aantal ontwikkelingen ten grondslag: [HKV, 1997] Ontwikkelingen bij de waterbeheerders van het NZK en ARK en van de omliggende hoogheemraadschappen om het waterbeheer te optimaliseren; Toekomstige zeespiegelrijzing en een groter verwacht wateraanbod binnen het systeem; Behoefte aan een betere informatievoorziening voor alle betrokken beheerders in het gebied. Het BOS is niet eerder ontwikkeld, omdat de prioriteiten van Rijkswaterstaat bij andere projecten lagen. Na de hoogwaterperiodes van 1993 en 1995 kwam hier verandering in. In 1997 is een haalbaarheidsstudie gedaan en samen met de investering in de uitbreiding van het gemaal is ook het BOS ontwikkeld. Na de uitbreiding werd ook de behoefte om het beheer te optimaliseren groter vanwege de hoge energiekosten van het gemaal. In 24 is het BOS operationeel geworden. 9
Het BOS heeft twee belangrijke doelstellingen: [Vermeulen, Versteeg, 1999] Centrale informatievoorziening met betrekking tot dagelijks waterbeheer voor het NZK en ARK. Naast actuele informatie over waterstanden en debieten betreft dit ook voorspellingen met betrekking tot de aan- en afvoer naar de kanalen en de meteorologische omstandigheden in het beheergebied; Advisering met betrekking tot het dagelijkse waterbeheer van het NZK en ARK, in het bijzonder de benodigde inzet van de kunstwerken in beheer bij Rijkswaterstaat Noord- Holland. Het BOS heeft dus vooral een ondersteunende rol. Het BOS genereert een advies aan de hand van de beschikbare informatie en presenteert deze informatie bovendien aan de beheerder. Op deze manier kan de beheerder het gegeven advies toetsen en dus zo een efficiënt beheer blijven voeren. In Figuur 2.6 is te zien hoe het BOS in elkaar zit. Gegevens worden ingewonnen uit eigen of externe meetstations. Verschillende modules zorgen voor de communicatie met deze bronnen en zorgen zo dat de zogenaamde Datapool gevuld wordt [Kooremans, 22]. Dit zijn gegevens over bijvoorbeeld: Getijverloop; Het weer; Aanvoer; Waterstanden en debieten in en rond het systeem; Zoutgehaltes in en rond het systeem. De overige modules maken gebruik van deze gegevens uit de Datapool. De adviesmodule genereert elk uur een advies over het te voeren beheer voor de komende 24 uur aan de hand van de gegevens in de Datapool. Zie ook paragraaf 2.3 over het meetnet. Dit rapport gaat vooral over de adviesmodule. Figuur 2.6 Schema BOS 1
2.2.2 Adviesmodule van het BOS In de adviesmodule wordt een advies gegenereerd voor de inzet van het spui-maalcomplex. Dit advies is afhankelijk van de huidige situatie. In het BOS wordt de huidige situatie scenario genoemd [Beuse, Ebbinge, Stor, 24]. Er zijn vier mogelijk scenario s: Normale situatie; Watertekort; Hoogwater; Bijzondere omstandigheden. Binnen deze scenario s zijn er verschillende combinaties van strategieën mogelijk. Deze zijn voor scenario Normale situatie: Peilbeheer; Peilbeheer in combinatie met visintrek; Peilbeheer in combinatie met terugdringen zouttong; Peilbeheer in combinatie met energiezuinig bemalen; Peilbeheer in combinatie met gelijkmatig beheer (een zo gelijkmatig mogelijk peil); Peilbeheer in combinatie met warm water. Voor scenario Watertekort: Peilbeheer; Peilbeheer in combinatie met warm water; Peilbeheer in combinatie met visintrek. Voor scenario Hoogwater: Peilbeheer. Elke strategie heeft een ander doel en afhankelijk van dit doel gelden speciale randvoorwaarden en beperkingen. Afhankelijk van welke strategie gebruikt wordt geeft het BOS advies over de inzet van de middelen zodat de doelstelling voor de strategie zo goed mogelijk gehaald wordt. Bij het scenario Bijzondere omstandigheden wordt er geen advies gegeven. In het geval van een bijzondere omstandigheid (bijv. lozing gevaarlijke stof) zal door de beheerders een beslissing genomen worden over de uit te voeren actie zonder hulp van het BOS. 11
Hieronder een schema van de adviesmodule: Figuur 2.7 Schema Adviesmodule Het intern model is de kern van de module en berekent een advies. De aanvoervoorspeller en getijvoorspelling leveren de randvoorwaarden voor het model. Het advies wordt getoetst aan de beperkingen die gelden voor de gekozen strategie dit is een iteratief proces. De beginvoorwaarde zorgt voor de juiste startconditie van het model. Hieronder zullen alle onderdelen van de adviesmodule kort beschreven worden. Aanvoervoorspeller De aanvoervoorspeller voorspelt een aanvoerdebiet op het NZK en ARK. Op dit moment wordt er een gemiddeld debiet voor de komende 24 uur bepaald of, in een andere eenheid, een volume per dag. Om dit te berekenen is de aanvoer opgesplitst in een aantal verschillende posten. Van elke post wordt het totaaldebiet bepaald aan de hand van een of enkele meetwaarden. Dit kan een recente waarde zijn, een gemiddelde van een afgelopen periode of een voorspelling voor de toekomst. Het berekende aanvoervolume wordt als randvoorwaarde gebruikt in de berekening van het intern model. Getijvoorspelling De getijvoorspelling komt binnen vanuit RWS Noordzee. Hier wordt vier keer per dag een voorspelling gemaakt met een model van RIKZ (Rijksinstituut voor Kust en Zee). Deze voorspelling is specifiek geldig voor het waterstandverloop op het Buitenspuikanaal. Deze getijvoorspelling dient als benedenstroomse randvoorwaarde in het intern model. 12
Beginvoorwaarden Als beginvoorwaarde wordt de waterstand op het NZK genomen. Er wordt een gemiddelde gebruikt van de meetpunten H2 (Schellingwoude Binnenij) en H3 (Buitenhuizen) (zie figuur 2.8). Deze waarde wordt dus gebruikt als eerste waterstand aan het begin van de berekening. Scenario en strategie Het scenario en de strategie worden bepaald door de beheerder. De beheerder kan aan de hand van een keuzemenu een keuze maken. De beheerder zal een keuze maken afhankelijk van een aantal factoren. De huidige waterstand; De aanvoer (inclusief weersverwachting); De mogelijkheden om te spuien. Intern model De interne rekenkern van het BOS is gebaseerd op een eenvoudige balansvergelijking dh Qin Quit = (2.1) dt A s dh Waarin: =de peilverandering over de tijd [m/s], Q =het instroomdebiet [m 3 in /s], Q uit =het dt A s uitstromende debiet [m 3 /s], =oppervlak van het systeem [m Het model berekent zo het peilverloop in het systeem over de komende 24 uur. Het instromende debiet wordt geleverd door de aanvoervoorspeller. Dit levert een bepaald peilverloop op. Aan de hand van dit peilverloop zal een inzet van het spui-maalcomplex bepaald worden. Het uiteindelijke peilverloop wordt opnieuw berekend. Uiteindelijk zal er een inzet bepaald worden, zodat het resultaat het best voldoet aan de gestelde voorwaarden afhankelijk van de geldende strategie. Het berekende spuidebiet is afhankelijk van het verval over de spuikokers. Hiervoor worden het peil op het kanaal en de zeewaterstand uit de getijvoorspelling gebruikt. 2 ] 13
2.3 Meetnet NZK/ARK Onder andere voor de gegevensvoorziening van zowel de beheerders als het BOS is een uitgebreid meetnet aanwezig in het hele gebied rond het NZK en ARK. Dit meetnet registreert waarden van vele verschillende meetpunten. De verschillende meetstations zijn in beheer bij verschillende instanties van Rijkswaterstaat. Hieronder is een opsomming gegeven van deze instanties en het soort meetposten dat ze in beheer hebben. Uitsluitend die posten die van belang zijn voor het beheer op het NZK en ARK worden genoemd [Jonk, Ruyter, 24]. Waterdistrict Noord-Holland (WSN) is onderdeel van Directie Water en Scheepvaart (WS) van Rijkswaterstaat Noord-Holland (DNH). Deze afdeling heeft de waterstandmetingen op en rond het NZK in beheer (H1 tot en met H11). Ook alle metingen rond het spui-maalcomplex, zoals debieten en bedrijfstoestanden, zijn in beheer van WSN. In Figuur 2.8 een overzicht van de waterstandmeetpunten in beheer bij WSN. In Figuur 2.9 een detailkaartje van de meetpunten rond het spui-maalcomplex in IJmuiden; Figuur 2.8 Waterstandmeetpunten WSN op NZK Figuur 2.9 Detailkaart Waterstandmeetpunten IJmuiden [bron: Google Earth] 14
De Informatiedienst Water (WSI) is ook onderdeel van Directie Water en Scheepvaart en beheert de verschillende chloride- en temperatuurmetingen op en rond het NZK. In Figuur 2.1 een overzicht van deze meetpunten; Figuur 2.1 Meetpunten zoutgehalte en temperatuur Rijkswaterstaat Utrecht heeft het beheer van de verschillende waterstand- en debietmetingen op het ARK. In Figuur 2.11 een overzicht van de locaties van deze meetpunten; Figuur 2.11 Meetpunten Directie Utrecht 15
Meteorologische gegevens zoals neerslag, verdamping en windsnelheid en -richting worden beheerd door het KNMI. Ook worden door het KNMI voorspellingen van de neerslag, windrichting en -snelheid gemaakt. In Figuur 2.12 is een overzicht gegeven van de meetstations waar gegevens van worden gebruikt door het de beheerders en het BOS; Figuur 2.12 Weerstations van belang voor BOS De verschillende hoogheemraadschappen rond het NZK en ARK beheren een eigen meetnet en geven informatie door over boezempeilen en pompdebieten van gemalen. Ook worden voor sommige gemalen voorspellingen gegeven over de toekomstige inzet; Het RIKZ beheert een waterstandmeetnet op zee. Met deze meetgegevens wordt via verschillende modellen een aantal getijvoorspellingen gemaakt voor een diverse plaatsen rond en in de havenmond bij IJmuiden. Al deze gegevens worden digitaal aangeboden aan de bemande post in IJmuiden. De gegevens van WSN zijn real-time te volgen door de beheerder in IJmuiden. Alle overige gegevens worden variërend van elk uur tot vier keer per dag bijgewerkt. Deze gegevens kunnen dan door de beheerder via verschillende systemen geraadpleegd worden (SCADA, MFPS). Alle gegevens komen ook in de Datapool van het BOS terecht, waar ze gebruikt worden door de verschillende modules. De beheerder kan ook hier de gegevens raadplegen via een presentatiemodule. 16
3 Operationeel beheer NZK/ARK 3.1 Omschrijving Het spui-maalcomplex in IJmuiden is 24 uur per dag bemand. Vanuit hier bedient de beheerder de spuisluis, pompen en de inlaat bij Schellingwoude. Het belangrijkste doel voor de beheerder is het streefpeil van,4 m NAP handhaven. Hiervoor heeft de beheerder een aantal hulpmiddelen beschikbaar. Eén van deze hulpmiddelen zou het BOS moeten zijn. Op dit moment maken de beheerders hier geen gebruik van. Daarom eerst een beschrijving hoe het beheer op dit moment gedaan wordt zonder gebruik van het BOS (paragraaf 3.1.1). In paragraaf 3.1.2 een beschrijving van het operationeel gebruik van het BOS. 3.1.1 Operationeel beheer NZK/ARK zonder BOS Om tot een juiste inzet van de beschikbare middelen te komen maakt de beheerder op dit moment gebruik van gegevens over een aantal elementen van het systeem: Verwacht verloop getij; Verwachte aanvoer; Huidige staat van het systeem. Verwacht verloop getij De beheerder krijgt aan de hand van de verschillende voorspellingen een beeld van het getijverloop. Op deze manier maakt de beheerder een inschatting van de spuimogelijkheden. Verwachte aanvoer Om een inschatting te maken van de aanvoer wordt gebruik gemaakt van een rekenblad. Hierin wordt aan de hand van de neerslag van de afgelopen dagen een aanvoer berekend. Ook kan door de beheerder een gewenst peil worden aangegeven voor het begin van de volgende spuiperiode. Vervolgens berekent het rekenblad of dit peil gehaald kan worden met de huidige aanvoer. Bij een hogere waterstand dan gewenst zullen pompen ingezet moeten worden en bij een lagere kan de inlaat bij Schellingwoude geopend worden. Het gewenste peil dat de beheerder kan invoeren is afhankelijk van de grootte van de spui. Bij een groot verwacht spuivolume mag het peil hoger oplopen. Bij een klein verwacht spuivolume wordt dit streefpeil lager. Ook meetgegevens en weersvoorspellingen zijn belangrijk voor de beheerder om een goede inschatting van de aanvoer te kunnen maken (zie ook paragraaf 2.3 over het meetnet). Huidige staat van het systeem Natuurlijk speelt ook de huidige staat van het systeem een rol bij het bepalen van de inzet door de operator. De beheerder heeft een uitgebreid meetnet tot zijn beschikking waaruit hij actuele data kan bekijken. De gemiddelde waterstand op het NZK ((H2+H3)/2) is het te controleren peil. Ook wordt gebruik gemaakt van de debietmetingen op het ARK. In geval van een droge periode zal ook het zoutgehalte op het NZK en Markermeer bijgehouden worden. Bij een te hoog zoutgehalte op het Markermeer of NZK zal de inlaat bij Schellingwoude geopend worden. Op deze manier krijgt de beheerder een goed beeld van de situatie. Op basis hiervan en eigen ervaring zal een besluit worden genomen over de inzet van de middelen. En dit kan op elk moment bijgestuurd worden door het veranderen van de situatie. Over het algemeen wordt er conservatief gehandeld zodat het peil niet buiten de marges komt. 17
3.1.2 Operationeel gebruik BOS Het advies dat het BOS geeft is afhankelijk van de omstandigheden in het systeem. Daarom is er een onderverdeling gemaakt in scenario s en strategieën. Binnen elk scenario zijn één of meerdere strategieën mogelijk toegespitst op de omstandigheden van dat moment. De vier mogelijke scenario s zijn [Beuse, Ebbinge, Stor, 24]: Normale situatie. Dit scenario is geldig op het moment dat er geen extreme droogte met lage aanvoer en waterstanden onder het minimumpeil van -,55 m NAP is of geen extreem grote wateraanvoer met hoge waterstanden boven -,3 m NAP. Deze situatie komt het meeste voor; Waterschaarste. Dit scenario is geldig bij een te lage waterstand onder de -,55 m NAP en weinig aanvoer; Hoogwater. Bij een waterpeil boven de -,3 m NAP en een hoge afvoer is dit scenario geldig; Bijzondere omstandigheden. Dit scenario treedt in werking bij bijvoorbeeld lozing van gevaarlijke stoffen of andere calamiteiten. Er is beheer op maat nodig en er zal dus geen advies gegeven worden. In de gewenste situatie kiest de beheerder naar eigen inzicht een scenario en de genoemde criteria zijn dan ook geen harde eisen maar meer een indicatie. De beheerder zal deze in overweging nemen maar heeft de keuze in eigen hand Binnen het scenario normale situatie heeft de beheerder de keuze uit een aantal strategieën. Ook hier kan de beheerder naar eigen inzicht een keuze maken. Elke strategie legt de focus op een bepaald aspect van het beheer. Op deze manier wordt een optimaal advies gegenereerd toegespitst op de geldende omstandigheden van dat moment. Peilbeheer. Het enige doel van deze strategie is het peil van -,4 m NAP te handhaven; Peilbeheer in combinatie met visintrek. Binnen deze strategie worden beperkingen opgelegd aan het spuidebiet. Door op een speciale manier te spuien wordt het mogelijk voor vis om tijdens de spui door de aangepaste spuikoker 1 te zwemmen. Deze strategie mag alleen gebruikt worden als de aanvoer laag genoeg is, zodat al het water tijdens de spui kan worden afgevoerd en er dus geen extra pompinzet nodig is; Peilbeheer in combinatie met terugdringen zouttong. In deze strategie wordt water uit het Markermeer via de inlaat bij Schellingwoude het NZK ingelaten. Dit heeft twee functies: 1. Vanwege zoute kwel vanuit de Flevopolder neemt het zoutgehalte op het Markermeer langzaam toe. Door de inlaatsluis bij Schellingwoude kan dit water afgevoerd worden naar het NZK en tegelijk kan zoet water uit het IJsselmeer naar het Markermeer stromen. Hierdoor wordt het zoutgehalte op het Markermeer laag gehouden. Zie Figuur 3.1 voor de situatie dat Schellingwoude gesloten is en Figuur 3.2 als Schellingwoude geopend is. Figuur 3.1 Schellingwoude dicht [bron: NASA] Figuur 3.2 Schellingwoude open [bron: NASA] 18
2. Door de schutsluizen bij IJmuiden komt zeewater het NZK op. Dit zoute water vormt een zoute tong op de bodem van het NZK. Vooral tijdens droge periodes met weinig aanvoer dringt deze zouttong steeds verder het NZK op. Door het relatief zoetere water van het Markermeer in te laten via Schellingwoude kan het tekort aan aanvoer aangevuld worden en wordt de zouttong teruggedrongen. Ook deze strategie kan alleen toegepast worden als er voldoende ruimte in de spui is. Op deze manier wordt voorkomen dat het inlaten van water tot extra pompinzet leidt. Deze strategie is alleen mogelijk als het verval tussen Markermeer en het NZK groter is dan,5 m; Peilbeheer in combinatie met energiezuinig bemalen. Deze strategie zal de inzet van pompen optimaliseren op energiegebruik. Door deze strategie wordt een afweging gemaakt tussen afwijkingen van streefpeil en de energiebelasting veroorzaakt door de inzet van pompen. In deze strategie zullen de spuimogelijkheden maximaal benut worden door in de periode tussen de spuien water te bergen en met een hoger startpeil, en dus een groter verval, te spuien. Hierdoor kan meer volume worden gespuid. Ook zal het de pompinzet zo veel mogelijk bij lage opvoerhoogte plaatsvinden (niet over de top van het tij spuien) zodat er zo min mogelijk energie gebruikt wordt. Deze strategie zal vooral toegepast worden als de aanvoer groter is dan de beschikbare spuimogelijkheden, met andere woorden, als pompen noodzakelijk is. In Figuur 3.3 een voorbeeld van een advies van de energiezuinige module (EMOD); 5 1.5 Pomp3 4 1. Pomp4 HT Pomp4 LT Debiet (m3/s) 3 2.5. Waterpeil (mnap) Pomp6 5 Pomp6 4 Getijde NZK Peil 1 -.5 : 4: 8: 12: 16: 2: Tijd (uur) Figuur 3.3 Voorbeeld advies EMOD [Overloop, Beuse, Weissenbruch, 25] -1. Peilbeheer in combinatie met gelijkmatig beheer (een zo gelijkmatig mogelijk peil). In deze strategie is het de bedoeling een zo constant mogelijk peil te handhaven. Dit wordt bereikt door de afvoer gelijk te houden met de aanvoer. Dit betekent geen grote spuivolumes en tussen de spuien door continu pompen. Deze strategie wordt toegepast onder speciale omstandigheden die een constant peil eisen zoals bijvoorbeeld tijdens constructiewerkzaamheden op en rond het kanaal; Peilbeheer in combinatie met warm water. Deze strategie wordt toegepast in het geval van een te hoge watertemperatuur in het systeem. Het advies is hier van ondergeschikt belang. Omdat de temperatuursvervuiling zeer lokaal kan optreden, bijvoorbeeld bij een elektriciteitscentrale, zal er een oplossing op maat moet komen. Het BOS is niet geschikt om tot een goed advies te komen in deze situatie. De beheerder zal afhankelijk van de situatie zelf tot een besluit komen over het te voeren beheer. 19
Voor scenario waterschaarste zijn de volgende strategieën mogelijk: Peilbeheer; Peilbeheer in combinatie met warm water; Peilbeheer in combinatie met visintrek. Zie voor de toelichting van de strategieën de paragraaf over het scenario normale situatie. Voor het scenario hoogwater kan alleen de strategie peilbeheer toegepast worden. Nadat de beheerder een scenario en strategie gekozen heeft zullen de randvoorwaarden die gelden voor deze strategie toegepast worden in de simulatie van het intern model. Op deze manier wordt een optimaal advies gegenereerd. 3.2 Tekortkomingen Structuur BOS De beheerder maakt vooral een kwalitatieve analyse zoals in paragraaf 3.1.1 is beschreven. Het BOS maakt een kwantitatieve analyse zoals beschreven in paragraaf 2.2. Op dit moment is de uitwisseling tussen BOS en beheerder niet aanwezig. De beheerder bepaalt zonder het BOS een inzet en het BOS komt ook zelfstandig tot een advies. Beide werken als een black box waar alleen het resultaat vergeleken wordt. Dit leidt tot een aantal specifieke problemen. De beheerders maken op dit moment geen gebruik van het keuzemenu om een scenario of strategie te kiezen. Hierdoor blijft de gebruikte strategie gedurende lange periodes hetzelfde en komt het berekende advies vaak niet overeen met het werkelijk beheer; Door onnauwkeurigheden in de verschillende onderdelen van het BOS wijken de adviezen af van het werkelijk beheer. Dit hoeft echter niet te betekenen dat elk onderdeel gefaald heeft. Het is best mogelijk dat het resultaat van een bepaald onderdeel een goede bijdrage kan leveren aan het inzicht van de beheerder. 2
3.3 Oplossingsrichting Het is belangrijk om meer vertrouwen te creëren bij de beheerder. Er zal een wisselwerking moeten zijn tussen beheerder en BOS. Dit zorgt er namelijk voor dat alle beschikbare informatie gebruikt kan worden zo dat een zo goed mogelijke beheersstrategie gekozen kan worden. Deze wisselwerking is dus vooral van belang voor het bepalen van een strategie. Door de resultaten van de verschillende onderdelen presenteren aan de beheerder kan deze een beter inzicht krijgt in het systeem en zo tot een goede strategiekeuze komen voor het BOS. De beheerder heeft een extra bron van informatie en wordt zo betrokken bij het BOS. Om het systeem robuust te maken en ook het gebruiksgemak van de beheerder te vergroten zou het BOS ook zelf een keuze voor een strategie kunnen maken. De beheerder hoeft alleen te controleren of dit overeen komt met zijn eigen keuze. Hoe dit vorm gegeven kan worden is omschreven in paragraaf 3.3.1. Ook zou het mogelijk gemaakt kunnen worden dat de beheerder invloed kan uitoefenen op de resultaten van het BOS. Als bijvoorbeeld de aanvoervoorspelling naar de mening van de beheerder niet goed is zou deze zelf een waarde kunnen invoeren. Hoe dit mogelijk gemaakt kan worden voor de verschillende onderdelen van het BOS is beschreven in paragraaf 3.3.2 tot en met 3.3.4. 3.3.1 Zelfstandige strategiekeuze door BOS Voor het bepalen van een strategie kan de volgende relatie gebruikt worden: X = V + B (3.1) aanvoer V spui max Waarin: X= factor bepalend voor de strategie [m 3 ], V aanvoer =totaalvolume aanvoer [m 3 ], B=berging in het systeem [m 3 ], V spuimax =maximaal spuivolume [m 3 ]. Deze relatie wordt ook gebruikt door de beheerder al gebeurt dit op een meer kwalitatieve manier. De grootte van X is bepalend voor het scenario en de te voeren strategie in Figuur 3.4 is te zien hoe de verdeling van strategieën ongeveer is. De strategieën gelijkmatig beheer en warmwater zijn niet in deze figuur opgenomen omdat dit speciale omstandigheden zijn die niet door het verschil tussen aanvoer en afvoer bepaald worden. Scenario waterschaarste normale situatie Strategie visintrek/peilbeheer terugdringen zouttong/ visintrek/peilbeheer Peilbeheer Energiezuinig hoogwater peilbeheer waarde X X<< X< X= Figuur 3.4 Strategie en scenario t.o.v. verschil aanvoer en afvoer. X> X>> Als er meer aanvoer is dan afvoer zal er gepompt moeten worden en is de strategie energiezuinig de beste keuze. Als echter de aanvoer te groot wordt gaat de veiligheid voor energiezuinig en zal er enkel de strategie peilbeheer worden gebruikt. Als er minder aanvoer is dan afvoer en het verschil is niet groot zal de strategie peilbeheer worden toegepast. De strategie terugdringen zouttong is alleen mogelijk als er een zekere speling is tussen aanvoer en afvoer omdat er een minimumtijd is dat de inlaat bij Schellingwoude open moet 21
staan. Bij het scenario waterschaarste moet zoveel mogelijk water op het Markermeer vastgehouden worden en is deze strategie niet mogelijk. Extra criteria voor de strategie terugdringen zouttong zijn het zoutgehalte op het Markermeer en NZK en het waterpeil op het Markermeer. De strategie visintrek legt een beperking op aan de spui. Het maximaal mogelijke spuivolume wordt beperkt. Deze strategie mag alleen gebruikt worden als er niet extra gepompt hoeft te worden. Het aanvoervolume mag dus niet groter zijn dan dit beperkte spuivolume. In de volgende paragrafen zal beschreven worden hoe de verschillende factoren door het BOS berekend kunnen worden. Ook zal toegelicht worden hoe ze de beheerder kunnen helpen een beter inzicht krijgen. 3.3.2 Totaalvolume aanvoer Dit is het totaal van de aanvoervoorspeller. Deze kan onafhankelijk berekend worden door het BOS. Op dit moment wordt de aanvoer pas berekend nadat er een keuze is gemaakt voor een strategie. Dit zou dus veranderd moeten worden of de aanvoer van het vorige advies zou gebruikt moeten worden. Op dit moment krijgt de beheerder bij elk advies ook de aanvoer die gebruikt is in de berekening gepresenteerd. Dit zou dus vooraf kunnen gebeuren voor de strategiekeuze. De beheerder heeft op dit moment ook het rekenblad ter beschikking. Deze bepaalt de aanvoer uitsluitend op basis van de neerslag. De aanvoervoorspeller van het BOS gebruikt een andere methode. Met deze aanvoervoorspeller kan de beheerder mogelijk een betere afweging maken. Ook kan de mogelijkheid gecreëerd worden dat als de beheerder de aanvoer van de aanvoervoorspeller van onvoldoende kwaliteit vindt, hij een eigen waarde kan invoeren, gebaseerd op zijn eigen afweging. Over de werking en kwaliteit van de aanvoervoorspeller zal dieper worden ingegaan in hoofdstuk 4. Op de neerslag-afvoerrelatie die gebruikt wordt in het rekenblad zal dieper worden ingegaan in Bijlage C. 3.3.3 Maximaal spuivolume Het maximaal spuivolume is afhankelijk van het verval over de spuisluis. Dit verval wordt bepaald door de zeewaterstand en de waterstand op het kanaal. Voor de zeewaterstand wordt de getijvoorspelling gebruikt. De waterstand op het kanaal wordt beïnvloed door de aanvoer. De invloed van het kanaalpeil op het totaal spuivolume is relatief klein ten opzichte van de invloed van de zeewaterstand. Er zijn twee mogelijkheden: 1. Door de invloed van de aanvoer op het kanaalpeil te verwaarlozen kan het spuivolume direct worden afgeleid uit het getijverloop. Er wordt dus uitgegaan van een vast kanaalpeil. Dit zorgt voor een snel resultaat. Dit zou zelfs in een standaard tabelvorm gepresenteerd kunnen worden. Deze methode is minder nauwkeurig vanwege de invloed van de aanvoer die verwaarloosd wordt. 2. Door een simulatie te maken waarbij de invloed van de aanvoer wel wordt meegenomen kan het maximale spuivolume beter bepaald worden. Deze berekening kost wel meer tijd. Deze berekening zal gemaakt worden door het intern model waarbij het maximaal spuivolume bepaald kan worden inclusief de invloeden van de aanvoer op het kanaalpeil. 22
Als voorbeeld is een simulatie gemaakt. In deze simulatie zijn verschillende modellen met elkaar vergeleken. Een Sobekmodel. Dit is een gedetailleerd Model van het NZK en ARK. Dit model dient als referentie. De resultaten van dit model komen goed overeen met de werkelijkheid. Het 1-bakmodel zoals dat nu gebruikt wordt in het BOS. Een experimenteel 1-bakmodel dat een gedetailleerder beeld zou moeten geven dan het 1-bakmodel. Meer over de verschillende modellen is te vinden in hoofdstuk 5. Voor de simulatie is één spuiperiode genomen. Een standaard getijverloop is genomen als benedenstroomse randvoorwaarde. Om ook de invloed van de aanvoer mee te nemen zijn twee varianten doorgerekend. Eén met een hoge aanvoer van ongeveer 135 m 3 /s en één met een aanvoer van ongeveer 45 m 3 /s. In het geval dat het verval over de spuisluis groot genoeg is (>,12 m) wordt de spuisluis geopend. In Tabel 3.1 de resultaten van de simulaties. Tabel 3.1 Resultaten simulatie lage en hoge aanvoer lage aanvoer Model aanvoervolume (m 3 ) spuivolume (m 3 ) verhouding aanvoer/afvoer aanvoervolume (m 3 ) hoge aanvoer spuivolume (m 3 ) verhouding aanvoer/afvoer verhouding spuivolume lage/hoge aanvoer Sobekmodel 2,38E+6 7,1E+6,33 7,28E+6 8,39E+6,87,85 1-bakmodel 2,38E+6 8,12E+6,29 7,28E+6 9,55E+6,76,85 1-bakmodel 2,38E+6 7,47E+6,32 7,28E+6 8,8E+6,83,85 Het blijkt dat er in dit geval ongeveer 15 % verschil zit tussen de spuimogelijkheden bij een hoge aanvoer en de spuimogelijkheden bij een lage aanvoer. Dit is dus een indicatie voor de marge van onzekerheid bij de berekening van het spuivolume onafhankelijk van de aanvoer. Deze bepaling van het maximale spuivolume is erg nuttig voor de beheerder. Op dit moment heeft de beheerder geen middel ter beschikking om het spuivolume te kwantificeren. Hij gaat alleen uit van zijn eigen ervaring. Dit is een grove indicatie. De berekening en presenteren aan de beheerder van het maximaal spuivolume kan een waardevolle toevoeging zijn voor het beheer. 3.3.4 Berging in het systeem De berging in het systeem is de afwijking van het streefpeil van de beginvoorwaarde vermenigvuldigd met het bergend oppervlak. Deze waarde kan ook negatief zijn. Deze waarde is afhankelijk van het moment van berekening ten opzichte van de spuiperiode. Vlak voor een spui zal er veel berging in het systeem zijn en vlak na een spui zal er een grote negatieve berging zijn. Voor deze invloed zal gecompenseerd moeten worden. Dit omdat een hoge waterstand vóór de spui niet tot extra afvoerbehoefte leidt evenmin als een lage waterstand na de spui tot minder afvoerbehoefte leidt. 23