Ruimte voor de Waal Nijmegen Gemeente Nijmegen 1 oktober 2010 Definitief rapport 9V0718.06
HASKONING NEDERLAND B.V. KUST & RIVIEREN Barbarossastraat 35 Postbus 151 6500 AD Nijmegen (024) 328 42 84 Telefoon (024) 360 54 83 Fax info@nijmegen.royalhaskoning.com E-mail www.royalhaskoning.com Internet Arnhem 09122561 KvK Documenttitel Ruimte voor de Waal Nijmegen Verkorte documenttitel Status Definitief rapport Datum 1 oktober 2010 Projectnaam Ruimte voor de Waal Nijmegen Projectnummer 9V0718.06 Opdrachtgever Gemeente Nijmegen Referentie Auteur(s) Ir. H.J. Barneveld (HKV), dr.ir. A. Paarlberg (HKV) Collegiale toets Wiebe de Jong (RH), Roel van de Laar (RH) Datum/paraaf 1 oktober 2010 Vrijgegeven door Gert-Jan Meulepas Datum/paraaf 1 oktober 2010
INHOUDSOPGAVE Blz. 1 INLEIDING 1 1.1 Kader 1 1.2 Doelstelling 1 1.3 Leeswijzer 1 2 UITGANGSPUNTEN 2 2.1 Hydraulica 2 2.2 Morfologie 2 3 BESCHRIJVING VARIANTEN 4 3.1 Klassiek 4 3.2 Mozaïek 5 3.3 Dynamiek 6 4 HYDRAULISCHE ANALYSES 9 5 MORFOLOGISCHE BEREKENINGEN EN ANALYSES 12 5.1 Morfologische veranderingen zomerbed 12 5.1.1 Klassiek 12 5.1.2 Mozaïek 19 5.1.3 Dynamiek 23 5.2 Bevaarbaarheid 28 5.3 Baggerwerk 31 6 MORFOLOGISCHE ANALYSE VOORKEURSVARIANT (VKV) 34 6.1 Beschrijving VKV 34 6.2 Hydraulische analyse 39 6.3 Morfologische effecten hoofdgeul 40 6.4 Morfologische effecten winterbed en geulen 46 6.4.1 Morfologie geulen en plassen 46 6.4.2 Beschermingslocaties 46 6.4.3 Dynamiek banken en zandeiland hoogwatergeul 48 6.4.4 Sedimentatie op uiterwaarden 49 6.5 Bevaarbaarheid en baggerwerk 50 6.5.1 Berekeningen zonder baggerwerk 50 6.5.2 Berekeningen met baggerwerk 52 7 CONCLUSIES 57 8 REFERENTIES 59 Definitief rapport - i - 1 oktober 2010
BIJLAGEN 1. Stroombeelden varianten 2. Bodemveranderingen variant Klassiek eerste 10 jaar ten opzichte van de referentie 3. Bodemveranderingen variant Mozaïek eerste 10 jaar ten opzichte van de referentie 4. Bodemveranderingen variant Dynamiek eerste 10 jaar ten opzichte van de referentie 5. Stroombeelden VKV 6. Bodemveranderingen VKV eerste 10 jaar ten opzichte van de referentie (zonder baggeren en dumpen) Definitief rapport - ii - 1 oktober 2010
1 INLEIDING 1.1 Kader De programmadirectie Ruimte voor de Rivier (PDR) heeft de gemeente Nijmegen opdracht gegeven om een MER (SNIP 3) op te stellen voor het Ruimte voor de Rivier (RvR) project Dijkteruglegging Lent. Dit omvat een detailuitwerking van het Ruimtelijk Plan Nijmegen (RPN) en een vergunbaarheidstoets. In het MER Lent zijn drie verschillende MER inrichtingsvarianten opgesteld en worden de mogelijke effecten voor verschillende disciplines beoordeeld. Deze drie varianten zijn een detailuitwerking van het in 2007 opgestelde Ruimtelijk Plan Nijmegen (RPN). Het RPN is een verdere uitwerking van het PKB-ontwerp door de Gemeente Nijmegen. Hierin is de rivierkundige taakstelling gecombineerd met de ruimtelijke plannen van de gemeente Nijmegen. Het voorliggende rapport beschrijft de resultaten van de morfologische effectbeoordeling van de 3 inrichtingsvarianten. Het rapport vormt een technisch, inhoudelijk achtergronddocument bij het morfologische gedeelte uit het MER. De effecten van deze varianten zijn voor verschillende aspecten beoordeeld en getoetst aan het geldende beoordelingskader (Rijkswaterstaat, 2008). De hydraulische effecten van de drie varianten zijn beoordeeld in het rapport van Haskoning (2009). 1.2 Doelstelling De effectbeoordeling heeft ten doel om de morfologische effecten van de drie varianten te toetsen aan de geldende beoordelingscriteria en de verschillen in effecten tussen de drie varianten inzichtelijk te maken. 1.3 Leeswijzer Hoofdstuk 2 van dit rapport beschrijft de gevolgde werkwijze. De verwerking van het ontwerp van de drie inrichtingsvarianten naar de geldende modelinstrumentaria is in hoofdstuk 3 beschreven. In hoofdstuk 4 en 5 wordt ingegaan op de beoordeelde morfologische effecten van de drie varianten. In hoofdstuk 6 volgt de beschrijving en effectbepaling van de Voorkeursvariant (VKV). Tenslotte volgen in hoofdstuk 7 de conclusies en aanbevelingen. Definitief rapport - 1-1 oktober 2010
2 UITGANGSPUNTEN Tijdens een afstemmingsoverleg op 30 juni 2009 tussen de PDR, RWS-ON, de gemeente Nijmegen en specialisten van Royal Haskoning en HKV en later contact met RWS-ON, zijn afspraken gemaakt over de hanteren uitgangspunten, randvoorwaarden en vigerende rekenmodellen. Deze uitgangspunten voor het uitvoeren van de morfologische beoordeling zijn in onderstaande paragrafen weergegeven. 2.1 Hydraulica Een aantal uitgangspunten met betrekking tot de hydraulica (zie Haskoning, 2009) zijn tevens relevant voor de morfologische beoordeling. Deze uitgangspunten zijn: de schematisatie van de inrichtingsplannen moet aangemaakt worden met behulp van Baseline versie 3.31 PKB met batch. De plannen worden volgens de eisen en richtlijnen van Rijkswaterstaat Oost-Nederland ("Baseline eisen - richtlijnen en maatregelen" (juli 2007)) geschematiseerd; het vigerende referentiemodel is Simona_Rijn_PKB_3_4, versie 14-03-2008; de werktaakstelling van het RvR project Dijkteruglegging Lent is door de PDR bepaald op 27 cm waterstandsdaling, te behalen tussen rivierkilometer 881,5 en 882,5; de Rivierkundige beoordeling vindt plaats op basis van het Rivierkundig beoordelingskader versie 2.0, 1 januari 2009. De hydraulische aspecten zijn beschreven in Haskoning (2009); de geldende codering voor de vegetatietypen is gegeven in de Excel file HR2001-PKB-HR2006 060921 en het bestand ruw.k416jul07.txt ; de Lentse strang, de strang/plas in de Lentse uiterwaard bovenstrooms van de Waalbrug, zit niet in referentiemodel en is daarin ook niet als nog opgenomen. De huidige plas wordt wel meegenomen als onderdeel van het inrichtingsplan. Dit is als uitgangspunt afgesproken met PDR op afstemmingsoverleg 30 juni 2009. Het PDR heeft als uitgangspunt dat er geen veranderingen worden aangebracht aan het referentiemodel, ook als is dat op dit punt dus niet correct. 2.2 Morfologie De uitgangspunten voor de morfologische beoordeling zijn: daar waar het met Baseline versie 3 onmogelijk is om Delft3D invoer te genereren wordt Baseline versie 4.03 gebruikt; de Rivierkundige beoordeling vindt plaats op basis van het Rivierkundig beoordelingskader versie 2.0, 1 januari 2009. Tabel 2.1 toont daaruit de morfologische aspecten, waarvan de aspecten 3.1.2 en 3.2 voor Lent van belang zijn. In Haskoning (2009) zijn de hydraulische aspecten beoordeeld en is een aanzet gegeven voor het morfologische aspect 3.2.2; in de Werkwijzer voor beoordelen rivieringrepen (RWS-ON, 2008) zijn de morfologische aspecten nader toegelicht. De belangrijkste aspecten met betrekking tot vermindering van de diepte van de rivier en het afvlakken van de rivierbodem (aspect 3.1.2 uit tabel 2.1) zijn daarin als volgt beschreven: a) De gegarandeerde diepte bij Overeengekomen Lage Rivierstand (OLR) dient te allen tijde gehandhaafd te worden (Waal OLR-2,80 m). Definitief rapport - 2-1 oktober 2010
b) Een gemiddelde diepte over de dwarsdoorsnede van de vaargeul mag niet minder worden dan de bovengenoemde gegarandeerde diepte bij OLR + 40% (Waal: OLR 4,00 m). Waar de gemiddelde diepte al kleiner is, mag deze niet minder worden. het gebruikte morfologische model, de parameterinstellingen en randvoorwaarden zijn uitgebreid beschreven in het morfologische verificatiedocument (HKV, 2009). Tabel 2.1: Morfologische beoordelingscriteria bij te beoordelen aspecten voor ingrepen/activiteiten in de Rijntakken (bron: Rivierkundig beoordelingskader versie 2.0, tabel 4, p13) 7) Voor specifieke criteria en afmetingen: zie Bijlage 4 en Bijlage 6 van het beoordelingskader (RWS, 2008) 8) Hoeveel beperkt is, kan van dienst tot dienst verschillen en is ter beoordeling van het bevoegd gezag. Definitief rapport - 3-1 oktober 2010
3 BESCHRIJVING VARIANTEN 3.1 Klassiek De varianten zijn uitgebreid beschreven in Haskoning (2009). Hier wordt het ontwerp van de drie varianten Klassiek, Mozaïek en Dynamiek getoond en worden de belangrijkste aspecten herhaald. Ontwerpvariant Klassiek (figuur 3.1) lijkt, van de drie varianten, qua hydraulisch en morfologische relevante bouwstenen, het meest op het Ruimtelijk Plan Nijmegen (RPN) uit 2007. De relevante kenmerken zijn: de inlaatdrempel heeft een kruinhoogte van NAP+10,50 m en ligt op de locatie van de huidige bandijk. De lengte van de drempel is ca. 650 m gemeten van het hoogwatervrije eiland tot de bandijk; de Lentse uiterwaard rondom de Lentse strang blijft onvergraven; langs het stadseiland liggen enkele drijvende elementen en een jachthaven. Deze elementen zullen voor extra stromingsweerstand zorgen in de geul bij een hoge afvoer. Om deze extra stromingsweerstand mee te nemen in de hydraulische berekeningen zijn deze elementen d.m.v. bomenrijen en een lokale bodemverhoging van één meter verdisconteerd in Baseline; de breedte van de geul tussen de getrapte kade en het stadseiland is vanaf de drempel minimaal 200 meter. Bij de spoorbrug neemt de breedte af tot minimaal 150 m. Het bodemniveau in de geul is NAP+2 m. Benedenstrooms van de spoorbrug neemt de geulbreedte verder af tot circa 100 m en het bodemniveau ligt op NAP+4 m; het fietspad tussen het stadseiland en het evenementeneiland wordt verhoogd aangelegd op NAP+12 m. Dit is circa 1 tot 2 meter hoger dan het omliggende (huidige) maaiveldniveau; het evenementeneiland heeft een hoogte van NAP+12 m, dit is circa 1 tot 2 meter hoger dan het omliggende (huidige) maaiveldniveau; de vegetatie in het projectgebied bestaat voornamelijk uit natuurlijk gras- en hooiland. In de Lentse Waard blijft de vegetatie zoals in de huidige situatie; de variant kent 3 nieuwe bruggen. De verlengde Waalbrug heeft 4 pijlers in de geul, de brug Veur Lent heeft 4 pijlers in de geul en de brug Westtong heeft 13 pijlers; De pijlers zijn in Baseline verdisconteerd; ook in de hoofdgeul zijn enkele pijlers aanwezig. Deze zijn in Baseline als verhoogde ruwheid verdisconteerd. In Delft3D zijn de verhoogde ruwheden in de hoofdgeul verwijderd, om (conform advies Sloff&Jagers, 2004) niet-realistische morfologische effecten te voorkomen. Het effect op het totale stroombeeld van deze wijziging is verwaarloosbaar. Definitief rapport - 4-1 oktober 2010
886 885 883 884 Figuur 3.1: Ontwerpvariant Klassiek 3.2 Mozaïek Ontwerpvariant Mozaïek (figuur 3.2) kenmerkt zich qua hydraulisch en morfologische relevante bouwstenen door een andere oplossingsrichting. De drempel bij de instroomopening van de geul ligt direct op de oeverwal van de Lentse Waard in plaats van op de locatie van de huidige bandijk. De relevante kenmerken van inrichtingsvariant Mozaïek zijn: de strang in de Lentse Waard is aangetakt aan de hoogwatergeul waardoor één lange doorgaande geul ontstaat. De drempel is verlegd naar de oeverwal tussen de rivier en de geul, direct achter de kribwortels. De stenen constructie, die moet voorkomen dat de rivier door de oeverwal heen breekt, ligt in de bodem verborgen. De hoogte van de drempel ligt op NAP+10,5 m, wat overeen komt met het grootste deel van de huidige hoogte van de oeverwal. De instroombreedte van de geul wordt hierdoor breder dan in het RPN; het eiland wordt ingericht als watereiland met bebouwing op palen en drijvende woningen te midden van ooibos en ruigte. Om de stromingsweerstand van de drijvende woningen en palen mee te nemen zijn deze elementen in de hydraulische berekeningen als bomenrijen en een lokale bodemverhoging van één meter verdisconteerd in Baseline. De hoogte van het eiland is NAP+10 m. De ontsluitingswegen op de huidige bandijk liggen op NAP+15 m; een stromingsweerstand van de jachthaven is in de hydraulische berekeningen door middel van bomenrijen verdisconteerd in Baseline; de breedte van de geul tussen de groene kade en het watereiland is vanaf de Waalbrug minimaal 200 meter. Bij de spoorbrug neemt de breedte af tot minimaal 150 m. Benedenstrooms van de spoorbrug tot aan de Oosterhoutse Waard heeft de geul een variërende breedte van circa 125 tot 200 m. Dit benedenstroomse gedeelte bestaat uit natuurlijk ingerichte oevers met een groot aantal lagunes. De bodem van de geul ligt over de gehele lengte op NAP+2 m; Definitief rapport - 5-1 oktober 2010
het fietspad tussen het stadseiland en het evenementeneiland wordt op huidig maaiveldniveau aangelegd; het evenementeneiland heeft een hoogte van NAP+12 m, dit is circa 1 tot 2 meter hoger dan het omliggende (huidige) maaiveldniveau; de vegetatie in het projectgebeid bestaat uit gebieden met natuurlijk gras- en hooiland, strandjes in de lagunes, gebieden met glad grasland en gebieden met zachthoutooibos. In de Lentse Waard blijft de vegetatie grotendeels zoals in de huidige situatie; de variant kent 3 nieuwe bruggen. De verlengde Waalbrug heeft 2 pijlers in de geul, de brug Veur Lent heeft 9 pijlers in de geul en de brug Westtong heeft 10 pijlers; De pijlers zijn in Baseline verdisconteerd; ook voor deze variant zijn de verhoogde ruwheid voor brugpijlers in de hoofdgeul niet meegenomen in het Delft3D model. 886 885 883 884 Figuur 3.2: Ontwerpvariant Mozaïek 3.3 Dynamiek Ontwerpvariant Dynamiek kenmerkt zich qua hydraulisch en morfologische relevante bouwstenen door enkele extra in- en uitstroomopeningen en een doorlaatbare drempel. De relevante kenmerken van inrichtingsvariant Dynamiek zijn: de drempel is doorlaatbaar via 6 kleine kanaaltjes van elk 3 meter breed (zie figuur 3.3). De hoogteligging van de kanaaltjes is voor elk kanaaltje anders. Het diepste kanaaltje heeft een bodemniveau van NAP+5 m en de ondiepste een bodemniveau van NAP+10 m. De kruinhoogte van de rest van de drempel is NAP+10,5 m. In de drempel komt tegen de zuidelijke oever een circa 10 m breed en 25 m lang sluisje te liggen. De bodem van de sluis komt op circa NAP+2 m te liggen. Omdat de sluis meestal dicht is, is deze opening in de berekeningen gesloten aangenomen; Definitief rapport - 6-1 oktober 2010
12 11 10 Kruinhoogte (m + NAP) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Sluisje 0 0 50 100 150 200 250 Afstand vanaf noordoever Figuur 3.3: Instroomdrempel hoogwatergeul, kruinhoogte overlaten BASELINE de strang in de Lentse Waard is tweezijdig aangetakt aan de hoofdgeul. Bovenstrooms ligt een smalle opening van circa 10 m met een bodemniveau van circa NAP+6 m. De benedenstroomse opening van de strang is circa 100 m breed en heeft een minimaal bodemniveau van NAP+3 m; bovengenoemde drempels en kunstwerken zijn na conversie van Baseline naar Delft3D handmatig aangepast om instroomniveau en doorstroombreedte zo goed mogelijk op het Delft3D rekenrooster weer te geven; het eiland wordt ingericht als Parkeiland. De hoogte van het eiland is NAP+15 m. Het eiland heeft een groen karakter met veel begroeiing; langs het Parkeiland liggen een jachthaven en enkele drijvende elementen in de vorm van het voormalige fort. Om de resulterende extra stromingsweerstand mee te nemen in de hydraulische berekeningen zijn deze elementen als bomenrijen en een lokale bodemverhoging van één meter verdisconteerd in Baseline; de breedte van de geul tussen de Terrassenkade en het Parkeiland is vanaf de Waalbrug minimaal 200 meter. Bij de spoorbrug neemt de breedte af tot minimaal 150 m. Benedenstrooms van de spoorbrug tot aan de Oosterhoutse Waard heeft de geul een variërende breedte van circa 125 tot 200 m. In het breedste gedeelte van de geul is een zandig eiland uitgespaard, dat bij gemiddeld peil net boven water uitsteekt (circa NAP+7,5 m). De bodem van de geul ligt op gemiddeld NAP+4 m. Ook is er over het traject een vaargeul tot NAP+2 m met een minimale breedte van 50 m; direct benedenstrooms van de spoorbrug is een doorsteek door de oever naar het zomerbed gemaakt. De opening heeft een bodemhoogte van NAP+7 m en een breedte van circa 25 m. Bij een gemiddelde rivierafvoer zal de geul via deze opening meestromen, waardoor een permanent meestromende geul ontstaat; Definitief rapport - 7-1 oktober 2010
het evenementeneiland heeft een kleiner oppervlak dan in de varianten Klassiek en Mozaïek. De hoogte is NAP+12 m, dit is circa 1 tot 2 meter hoger dan het omliggende (huidige) maaiveldniveau; de vegetatie in het projectgebied bestaat uit gebieden met ruw grasland, zandstrandjes langs de geul en een zone met open ruigte. In de Lentse Waard blijft de vegetatie grotendeels als in de huidige situatie; de variant kent 3 nieuwe bruggen. De verlengde Waalbrug heeft 2 pijlers in de geul, de brug Veur Lent heeft 2 pijlers in de geul en 2 langs de oevers. Deze pijlers zijn in Baseline via een hogere ruwheid verdisconteerd. De brug Westtong is een tijdelijke drijvende brug. Deze brug zal bij te hoge en te lage waterstanden als een rij pontons naast elkaar worden gestald. De brug is echter in Baseline conservatief verdisconteerd door over het tracé in de geul de bodem te verhogen met 2,5 meter. In het Delft3D model is deze bodemverhoging echter verwijderd om geen ongewenste morfologische effecten te krijgen; ook voor deze variant is de verhoogde ruwheid voor brugpijlers in de hoofdgeul niet meegenomen in het Delft3D model. 886 885 883 884 Figuur 3.4: Ontwerpvariant Dynamiek Definitief rapport - 8-1 oktober 2010
4 HYDRAULISCHE ANALYSES De morfologische berekeningen zijn uitgevoerd voor een periode van 10 jaar, met een gemiddeld afvoerregiem, geschematiseerd met vijf afvoerniveaus, afgeleid uit het hydrologische jaar 1997 (zie figuur 4.1). Figuur 4.1: Geschematiseerd afvoerverloop op de Waal op basis van Hydrograaf 1997 uit WL 2004 studie (Sloff & Jagers, 2004) Voor de 5 afvoerniveaus zijn allereerst hydraulische berekeningen uitgevoerd om het stroombeeld in te laten spelen. Op basis van deze berekeningen kan al een eerste indruk worden gekregen in hoeverre de varianten het stroombeeld en dus de morfologie van de hoofdgeul beïnvloeden. Tabel 4.1 geeft bij de 5 afvoerniveaus (zie figuur 4.1 voor Waal en Bovenrijn afvoeren) de berekende afvoer door de hoogwatergeul voor de 3 varianten en het Ruimtelijk Plan (RPN). De tabel laat zien, dat voor RPN, Klassiek en Mozaïek de hoogwatergeul pas bij het hoogste afvoerniveau (Waalafvoer van 4.516 m 3 /s) uit de hydrograaf gaat meestromen. Bij dat afvoerniveau zijn dan ook morfologische effecten te verwachten. Voor variant Dynamiek stroomt de hoogwatergeul veel vaker mee, vanwege (i) de directe aansluiting van de Lentse strang op de Waal via de vaargeul voor de recreatievaart en de opening aan bovenstroomse zijde van de Lentse strang, en (ii) de openingen in de instroomdrempel (figuur 3.3). Bij de 4 laagste afvoerniveaus (Waalafvoer 955 tot 2.695 m 3 /s) van de hydrograaf stroomt 2-9% van de afvoer door de hoogwatergeul. Ook bij de lagere afvoeren zijn dus effecten op het stroombeeld in de Waal en dus op de morfologie te verwachten. Definitief rapport - 9-1 oktober 2010
Tabel 4.1: Afvoer (m 3 /s) en aandeel (%) door hoogwatergeul bij verschillende Waalafvoeren (figuur 4.1 voor overeenkomstige Bovenrijn-afvoeren) Variant Afvoer hoogwatergeul [m 3 /s] bij Waalafvoer van... [m 3 /s] 955 1388 1693 2695 4516 RPN 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 1161 (26%) Dynamiek 23 (2%) 72 (5%) 119 (7%) 253 (9%) 1260 (28%) Klassiek 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 582 (13%) Mozaïek 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 941 (21%) In bijlage 1 zijn de stroombeelden voor de referentiesituatie en de 3 varianten bij de verschillende afvoerniveaus gegeven, in het gebied van de instroom naar de hoogwatergeul. Voor de varianten Klassiek en Mozaïek zijn alleen de stroombeelden bij het hoogste afvoerniveau gegeven, omdat bij de lagere afvoeren de hoogwatergeul nog niet meestroomt. De figuren tonen aan dat de stroombeelden voor Klassiek en Mozaïek het meeste op elkaar lijken al zorgt de extra drempel in de Lentse strang in Klassiek er voor dat het stroombeeld daar afwijkt van het stroombeeld in Mozaïek. Het stroombeeld in Dynamiek wijkt sterker af van de andere twee varianten. Het water stroomt vooral via de benedenstroomse aantakking van de Lentse strang naar de inlaatconstructie van de hoogwatergeul. Dit geldt met name voor de lagere afvoeren, maar ook nog voor de hoogste afvoer. De relatief diepe benedenstroomse aantakking (diepte nodig ten behoeve van de recreatievaart) zorgt er voor dat het water via deze weg de minste weerstand ondervindt. Tabel 4.2 geeft voor RPN en de drie varianten de maximale effecten op de waterstanden. In figuur 4.2 zijn de waterstandseffecten van RPN en alle varianten gegeven voor het hoogste afvoerniveau. Uit tabel en figuur volgt weer, dat van de variant Dynamiek de grootste morfologische effecten worden verwacht. Voor variant Mozaïek lijken de effecten op de waterstanden het meest op die van het RPN. Variant Klassiek levert de minste waterstandsdaling op. Ter vergelijking is de maximale waterstandsdaling bij MHW toegevoegd in de tabel, de maximum Waalafvoer hierbij is 10.165 m 3 /s (16.000 m 3 /s te Lobith). Tabel 4.2: Maximale waterstandsdaling Waal in het rivieras (in cm, negatief betekent daling) als gevolg van hoogwatergeul bij verschillende Waalafvoeren (zie figuur voor overeenkomstige Bovenrijn-afvoeren) Variant Afvoer hoogwatergeul [m 3 /s] bij Waalafvoer van... [m 3 /s] 955 1.388 1.693 2.695 4.516 10.165 (=MHW) * RPN 0 0 0 0-20 -35 Dynamiek -1-5 -6-8 -22-33 Klassiek 0 0 0 0-12 -28 Mozaïek 0 0 0 0-18 -36 Effecten bij MHW uit Haskoning (2009) Definitief rapport - 10-1 oktober 2010
waterstandsverschil met referentiesituatie [m] 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1-0.15-0.2 Waterstandsverschil langs rivieras voor Q=4516 m 3 /s REF RPN KLA MOZ DYN -0.25 0 5000 10000 15000 afstand vanaf bovenrand, gemeten langs rivieras [m] waterstandsverandering van kmr 877 (afstand = 0) tot kmr 892 (afstand = 15.000 m) Figuur 4.2: Waterstandseffect op de Waal bij Waalafvoer van 4.516 m 3 /s (Bovenrijn-afvoer van 6.843 m 3 /s) Definitief rapport - 11-1 oktober 2010
5 MORFOLOGISCHE BEREKENINGEN EN ANALYSES In dit hoofdstuk zijn de resultaten van de morfologische berekeningen en analyses gepresenteerd. Daarbij gaat het om de volgende aspecten: 1. morfologische veranderingen in het zomerbed; 2. morfologische veranderingen in hoogwatergeul en eventuele aansluitingen; 3. bevaarbaarheid. Voor de analyses zijn berekeningen uitgevoerd voor een periode van 10 jaar, waarbij voor iedere variant na iedere hoogwaterperiode en laagwaterperiode (jaarlijks dus), de berekende bodemligging is vergeleken met de vergelijkbare referentieberekening. Dit geeft inzicht in de bodemverandering in de loop van de tijd voor de varianten. Tevens zijn de absolute berekende bodemliggingen gebruikt om de afmetingen van de beschikbare vaarbaan te bepalen. 5.1 Morfologische veranderingen zomerbed 5.1.1 Klassiek Figuur 5.1 geeft voor de variant Klassiek de morfologische veranderingen ten opzichte van de referentie langs drie lijnen in het zomerbed (links, midden en rechts). Figuur 5.2 geeft de ruimtelijke verdeling van de morfologische veranderingen na respectievelijk 1, 5 en 10 hoogwaterperioden (direct na de hoogwaterperiode). In deze figuren zijn sedimentatie en erosie met kleuren aangegeven. Tevens is de vaarbaan aangegeven. Bijlage 2 geeft aanvullend de morfologische veranderingen per jaar, na de hoogwaterperiode en laagwaterperiode. In figuur 5.3 tenslotte zijn de jaartransporten voor referentie en variant Klassiek in de hoofdgeul weergegeven. Uit de figuren kunnen voor de variant Klassiek de volgende conclusies worden getrokken: Zomerbed Direct benedenstrooms van de inlaat naar de hoogwatergeul (nabij kmr 882) is sedimentatie tot 20 cm te verwachten aan de rechterzijde van de rivier. In het midden en linkerzijde van de rivier is de aanzanding minder dan 10 cm. Ter hoogte van de vaste laag is de sedimentatie maximaal circa 10 cm aan de rechterzijde (binnenbocht) van de rivier. In de rivieras en aan de linker oever wordt aan het einde van de vaste laag sedimentatie tot 30 cm gevonden. (Direct) benedenstrooms van de vaste laag is er aan de linkerhelft van het zomerbed sprake van sedimentatie tot 10-15 cm, nabij kmr 886 en 887. Bij de doorsteek tussen Waal en hoogwatergeul (nabij kmr 886,5) wordt aan de rechterzijde van de rivier enige erosie (tot circa 15 cm) verwacht. In het aanliggende kribvak kan de erosie tot circa 2 meter oplopen (figuur 5.4). Het sediment slaat benedenstrooms weer neer. Nabij de uitmonding van de hoogwatergeul is de aanzanding zeer beperkt. Definitief rapport - 12-1 oktober 2010
De jaartransporten door de Waal voor de variant Klassiek zijn vergelijkbaar met die van de referentie. De verschillen zijn klein (veel minder dan 10% verschil). Met de hoogwatergeul in deze variant wordt dus niet veelsediment van de hoofdgeul naar de hoogwatergeul verplaatst. Hoogwatergeul en toevoergeul De uiterwaard tussen de inlaat en de Waal is in de berekeningen voor variant Klassiek morfologisch actief, zodat erosie mogelijk is. Daardoor erodeert de rug tussen Waal en Lentse strang aanzienlijk (meerdere meters, zie figuur 5.4). Dit geërodeerde materiaal sedimenteert in de Lentse strang en de hoogwatergeul. Net benedenstrooms van de inlaat treedt sedimentatie op tot 5 meter! Verderop in de hoogwatergeul is er sprake van afwisselende erosie en sedimentatie, 1-1,5 m groot. Dit is vooral een gevolg van de aanpassing van de aangelegde bodem aan de stromingscondities. Als de rug tussen Waal en Lentse strang erosiebestendig wordt verondersteld, zullen de morfologische effecten in de Lentse strang en hoogwatergeul minder worden. In de berekende situatie vormt de eroderende rug een extra sedimentbron, die in het geval van een erosiebestendige rug niet aanwezig is. In de Lentse strang en de hoogwatergeul zijn de morfologische effecten dan aanzienlijk kleiner (vergelijk figuur 5.5 met figuur 5.4). De berekende morfologische effecten in de hoofdgeul worden in geval van een erosiebestendige oever iets kleiner dan in geval van een erodeerbare oever, zoals blijkt uit vergelijking van figuur 5.6 (niet erodeerbare rug) en figuur 5.1 (wel erodeerbare rug). Definitief rapport - 13-1 oktober 2010
Figuur 5.1: Morfologische veranderingen variant Klassiek Definitief rapport - 14-1 oktober 2010
Figuur 5.2: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Klassiek na hoogwaterperiode, na 1 (boven), 5 (midden) en 10 (onder) hoogwaters Definitief rapport - 15-1 oktober 2010
Figuur 5.3: Jaarlijkse sedimenttransport voor referentie (boven) en variant Klassiek (onder) Figuur 5.4: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Klassiek na hoogwaterperiode, na 10 hoogwaters (schaal 5 tot +5 m) Definitief rapport - 16-1 oktober 2010
Figuur 5.5: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Klassiek (niet erodeerbare rug) na hoogwaterperiode, na 10 hoogwaters (schaal 5 tot +5 m) Definitief rapport - 17-1 oktober 2010
Figuur 5.6: Morfologische veranderingen variant Klassiek met niet erodeerbare rug (schaal 0,3 +0,3 m) Definitief rapport - 18-1 oktober 2010
5.1.2 Mozaïek Voor de variant Mozaïek is er voor gekozen om de uiterwaard tussen Waal en hoogwatergeul erosiebestendig te veronderstellen. Figuur 5.7 geeft voor de variant Mozaïek de morfologische veranderingen ten opzichte van de referentie langs drie lijnen in het zomerbed (links, midden en rechts). Figuur 5.8 geeft de ruimtelijke verdeling van de morfologische veranderingen na respectievelijk 1, 5 en 10 hoogwaterperioden. Bijlage 3 geeft de morfologische veranderingen per jaar, na de hoogwaterperiode en laagwaterperiode. In figuur 5.9 tenslotte zijn de jaartransporten voor referentie en variant Mozaïek in de hoofdgeul gegeven. Uit de figuren kunnen voor de variant Mozaïek de volgende conclusies worden getrokken: Zomerbed Direct benedenstrooms van de inlaat (nabij kmr 882) is sedimentatie tot 30 cm te verwachten aan de rechterzijde van de rivier. In het midden en aan de linkerzijde van de rivier is de aanzanding circa 10 cm. Ter hoogte van de vaste laag is de sedimentatie maximaal circa 10 cm aan de rechterzijde (binnenbocht) van de rivier. In het midden wordt aan het einde van de vaste laag sedimentatie tot 30 cm gevonden. (Direct) benedenstrooms van de vaste laag is er aan de linkerhelft van het zomerbed sprake van sedimentatie tot 10-15 cm, nabij kmr 886 en 887. Bij de doorsteek tussen Waal en hoogwatergeul (nabij kmr 886,5) wordt aan de rechterzijde erosie (tot circa 25 cm) verwacht. In het aanliggende kribvak kan de erosie tot circa 2 meter oplopen (figuur 5.10). Het sediment slaat benedenstrooms weer neer. Nabij de uitmonding van de hoogwatergeul zijn de morfologische veranderingen zeer beperkt. De jaartransporten door de Waal voor de variant Mozaïek zijn erg vergelijkbaar met die van de referentie. Met de hoogwatergeul wordt er dus niet veel sediment van de hoofdgeul naar de hoogwatergeul verplaatst. Al met al zijn de morfologische effecten van de variant Mozaïek iets sterker dan van de variant Klassiek. Hoogwatergeul Figuur 5.10 laat zien dat in de hoogwatergeul na 10 hoogwaters sprake is van afwisselende erosie en sedimentatie tot maximaal 1-1,5 m groot. Dit is vooral een gevolg van de aanpassing van de aangelegde bodem aan de stromingscondities. Definitief rapport - 19-1 oktober 2010
Figuur 5.7: Morfologische veranderingen variant Mozaïek (schaal 0,3 +0,3 m) Definitief rapport - 20-1 oktober 2010
Figuur 5.8: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Mozaïek na hoogwaterperiode, na 1 (boven), 5 (midden) en 10 (onder) hoogwaters Definitief rapport - 21-1 oktober 2010
Figuur 5.9: Jaarlijkse sedimenttransport voor referentie (boven) en variant Klassiek (onder) Figuur 5.10: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Mozaïek na hoogwaterperiode, na 10 hoogwaters (schaal 5 tot +5 m) Definitief rapport - 22-1 oktober 2010
5.1.3 Dynamiek Figuur 5.11 geeft voor de variant Dynamiek de morfologische veranderingen ten opzichte van de referentie langs drie lijnen in het zomerbed (links, midden en rechts). Figuur 5.12 geeft de ruimtelijke verdeling van de morfologische veranderingen na respectievelijk 1, 5 en 10 hoogwaterperioden. Figuur 5.14 geeft na 10 jaar dezelfde informatie op een grotere diepteschaal. Bijlage 4 geeft de morfologische veranderingen per jaar, na de hoogwaterperiode en laagwaterperiode. In figuur 5.13 tenslotte zijn de jaartransporten voor referentie en variant Dynamiek in de hoofdgeul gegeven. Uit de figuren kunnen voor de variant Dynamiek de volgende conclusies worden getrokken: Zomerbed Ter hoogte van de toegangsgeul naar de inlaat (nabij kmr 883), aan bovenstroomse zijde van de vaste laag, wordt flinke sedimentatie verwacht: tot 60 cm in het midden en aan rechterzijde en tot 30 cm aan de linkerzijde. Bij het bovenstroomse inlaatwerk naar de Lentse strang wordt in de buitenbocht van de Waal (rechterzijde) aanzanding tot 25 cm berekend. Ter hoogte van de vaste laag is de aanzanding in de as en aan de rechterzijde maximaal 40 cm. Aan benedenstroomse zijde van de vaste laag (bij en benedenstrooms van de doorsteek tussen Waal en hoogwatergeul) kan de sedimentatie lokaal oplopen tot 1 m (midden en linkerzijde). Benedenstrooms van de vaste laag erodeert in de eerste jaren de bodem met gemiddeld enkele decimeters. Deze erosiekuil verplaatst zich de jaren daarna met gemiddeld circa 1 km/jaar in benedenstroomse richting (zie figuur 5.11). (Direct) benedenstrooms van de vaste laag (kmr 886) is de sedimentatie na enige jaren 30-60 cm over de hele zomerbedbreedte. Bij kmr 887 wordt aan de linkerzijde nog enige sedimentatie (tot 30 cm) gevonden. Bij de doorsteek tussen Waal en hoogwatergeul (nabij kmr 886,5) wordt aan de rechterzijde en in het aanliggende kribvak erosie verwacht (tot circa 1 m) (figuur 5.14). Het sediment slaat benedenstrooms in de hoofdgeul weer neer. Al met al zijn de morfologische effecten van de variant Dynamiek duidelijk sterker dan van de varianten Klassiek en Mozaïek. Hoogwatergeul In de Lentse Strang is tussen de Waal en het inlaatwerk naar de hoogwatergeul een diepere geul voor de recreatievaart voorzien. Uit figuur 5.14 blijkt dat in deze scheepvaartgeul na 10 jaar veel sediment (sedimentatie tot 3-4 m) wordt afgezet. Dit sediment is afkomstig uit de Waal. Met het water wordt ook sediment vanuit de Waal naar de hoogwatergeul getrokken. Figuur 5.13 laat ook zien, dat het sedimenttransport in de Waal tussen in- en uitstroom van de hoogwatergeul (kmr 883-888) lager is dan in de referentiesituatie. Het sediment dat de scheepvaartgeul voor de recreatievaart in wordt getransporteerd, gaat voor een deel ook via het inlaatwerk de hoogwatergeul in. Aan bovenstroomse zijde van de hoogwatergeul loopt de sedimentatie op tot 5 m (figuur 5.14). Definitief rapport - 23-1 oktober 2010
Al met al sedimenteert een grote hoeveelheid riviersediment in de toevoergeul en hoogwatergeul. Deze geul is de vaargeul voor de recreatievaart en zal regelmatig gebaggerd moeten worden. Daarbij wordt opgemerkt dat bij iedere geul waardoor een (beperkte) hoeveelheid water en sediment wordt onttrokken sedimentatie in de hoofdgeul te verwachten zal zijn. Aangezien continu water en sediment worden aangetrokken in de richting van de hoogwatergeul, zal de verwachte sedimentatie groter zijn dan bij voorhavens waarin sediment neerslaat door alleen uitwisseling van water en sediment met de hoofdrivier. Verderop in de hoogwatergeul wordt weer afwisselend sedimentatie en erosie gevonden (tot ca 1,5 m). In het brede deel van de hoogwatergeul, waar ook het eiland is gesitueerd, wordt ook sedimentatie en erosie berekend. Tabel 4.1 laat zien dat voor variant Dynamiek tijdens het gehele jaar afvoer door de nevengeul gaat. Dit betekent ook dat er bijna continu water en sediment door de geul wordt getransporteerd. Het is mogelijk dat in de hoogwatergeul, vanwege de relatief grote breedte van de hoogwatergeul 1, een dynamisch systeem met geulen en eilanden ontstaat. Dit is echter niet in detail onderzocht. Voor de VKV is dit, mede op basis van kort literatuuronderzoek, nader onderzocht (paragraaf 6.4.3). 1 De verhouding breedte/diepte is een belangrijke parameter voor het ontstaan van geulen en zandbanken. Hoe groter de verhouding, hoe groter de kans op dergelijke patronen. Definitief rapport - 24-1 oktober 2010
Figuur 5.11: Morfologische veranderingen variant Dynamiek (schaal -1 +1 m) Definitief rapport - 25-1 oktober 2010
Figuur 5.12: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Dynamiek na hoogwaterperiode, na 1 (boven), 5 (midden) en 10 (onder) hoogwaters Definitief rapport - 26-1 oktober 2010
Figuur 5.13: Jaarlijkse sedimenttransport voor referentie (boven) en variant Dynamiek (onder) Figuur 5.14: Ruimtelijke verdeling morfologische veranderingen variant Dynamiek na hoogwaterperiode, na 10 hoogwaters (schaal 5 tot +5 m) Definitief rapport - 27-1 oktober 2010
5.2 Bevaarbaarheid Met de morfologische effecten zoals in de voorgaande paragraaf aangegeven zijn de effecten op de bevaarbaarheid geschat. Net als voor het RPN in het verificatierapport (HKV, 2009), is op basis van de berekende bodemliggingen voor de referentiesituatie en de varianten een analyse uitgevoerd van de minimale vaardiepte per dwarsraai bij Overeengekomen Lage Rivierstand (OLR). Daarbij is de waterdiepte direct na iedere hoogwaterperiode bepaald ten opzichte van het zogenaamde BaggerReferentieVlak 2003 (BRV2003 2 ) en per dwarsraai de minimale waterdiepte in de vaarbaan bepaald. Tevens is de gemiddelde vaardiepte in de vaarbaan bepaald ten opzichte van het BRV2003. In figuur 5.15 is voor de referentie en alle varianten aangegeven in hoeverre de vereiste minimale vaardiepte van 2,8 m onder OLR wordt gerealiseerd, na 10 jaar morfologische ontwikkeling zonder baggerwerk. Alleen voor de variant Dynamiek neemt de bevaarbaarheid in het traject kmr 884-887 af ten opzichte van de referentiesituatie en de andere varianten. In traject kmr 884,5-885,5 is de bevaarbaarheid in de huidige situatie al beperkt, en wordt de minimale vaardiepte in de variant Dynamiek bij OLR duidelijk kleiner dan 2,8 m. De andere varianten hebben, ondanks de berekende sedimentatie, geen grote invloed op de bevaarbaarheid van de rivier. Figuur 5.16 geeft voor de variant Dynamiek een tweedimensionale weergave van de waterdiepte bij OLR na 10 jaar morfologische veranderingen, alsmede de ligging van de vaargeul. In figuur 5.17 zijn de dwarsprofielen gegeven op karakteristieke rivierkilometers voor referentiesituatie en de varianten. De dwarsprofielen geven de situatie aan na 10 jaar morfologische verandering. Tevens is de beginbodemligging gegeven. In de hoofdgeul is ook de minimale vaargeul onder OLR getoond, gebaseerd op de vaarbaan uit figuur 5.16). De rode lijn van variant Dynamiek ligt in vele dwarsprofielen het hoogst en geeft daardoor voor de bevaarbaarheid de minst gunstige situatie. Tevens laten de figuren zien dat de grootste sedimentatie in de diepere delen optreedt, waardoor niet direct de bevaarbaarheid wordt aangetast. 2 BRV2003: Het BRV-vlak is de meest actuele waterstand bij de vigerende Overeengekomen Lage Rivierafvoer (OLA), zie ook Taal (2004) Definitief rapport - 28-1 oktober 2010
Figuur 5.15: Criterium minimale vaardiepte bij OLR na 10 jaar (criterium = 2,8 m) Figuur 5.16: Waterdiepte bij OLR voor variant Dynamiek na 10 jaar morfologische veranderingen (direct na hoogwater) Definitief rapport - 29-1 oktober 2010
kmr 882,2 kmr 883 kmr 884 kmr 885 kmr 885,4 kmr 885,7 kmr 886 kmr 887 Figuur 5.17: Dwarsprofielen referentie en varianten (kijkend in benedenstroomse richting) na 10 jaar op verschillende locaties, inclusief vereist vaarbaanprofiel OLR -2,8 m Definitief rapport - 30-1 oktober 2010
In figuur 5.18 is voor de referentie en alle varianten, na 10 jaar morfologische ontwikkeling zonder baggerwerk, een toets op het tweede scheepvaartcriterium uitgevoerd: een minimale gemiddelde vaardiepte van 4,0 m onder OLR. Het blijkt dat ook al in de referentie dit criterium nauwelijks wordt gehaald. De varianten RPN, Klassiek en Mozaïek scoren eigenlijk vergelijkbaar met de referentie. Voor de variant Dynamiek neemt de bevaarbaarheid tussen kmr 882,5 en 887,5 wel duidelijk verder af ten opzichte van de referentiesituatie en de andere varianten. De gemiddelde vaardiepte bij OLR is tot 50 cm kleiner. Figuur 5.18: Criterium gemiddelde vaardiepte bij OLR na 10 jaar (criterium = 4 m) 5.3 Baggerwerk Op basis van de morfologische berekeningen en de analyses van de bevaarbaarheid is een inschatting gemaakt van het benodigde baggerwerk om aan de scheepvaarteisen te voldoen. Daarbij is uitgegaan van het criterium van minimale waterdiepte van 2,80 m bij OLR. In tabel 5.1 zijn de geschatte baggervolumes gegeven voor de referentiesituatie en de varianten. Tabel 5.1: Baggerhoeveelheden (afgerond op 1.000 m 3 ) op traject kmr 876,6-892, op basis van nabewerking morfologische berekeningen Baggerhoeveelheid 10 e jaar [m 3 ] Procentuele toename [%] Referentie 70.000 -- RPN 73.000 4 Klassiek 71.000 1 Mozaïek 73.000 4 Dynamiek (org) 116.000 65 Definitief rapport - 31-1 oktober 2010
Ter validatie van de gegevens voor de Referentie is een vergelijking gemaakt met de baggervolumina uit de jaren 2007 en 2008 voor dit traject. De hoeveelheden baggermateriaal in de beun zijn als volgt: Voor 2008 871,0 875,5: 44.800 m 3; 875,5-877 : 62.685 m 3; 877,0-880 : 71.740 m 3; 880,0-886 : 117.330 m 3; Voor de gehele Waal werd 808.000 m 3 gebaggerd. Voor 2007: 871,0 875,5: 30.000 m 3; 875,5 877,0: 32.000 m 3; 877,1 879,0: 57.000 m 3; De totale baggerhoeveelheid op de Waal was in 2007 587.000 m 3. Op basis van bovenstaande gegevens is voor het beschouwde traject (kmr 876.6-892) de volgende schatting van het uitgevoerde baggerwerk te maken: 2008: 1/3*60 + 70+110 = 210.000m 3; 2007: 1/3*30 + 60 +? = 70 +?m 3. Verhoudingsgewijs terugrekenend vanuit 2008 is een schatting 587/808 * 210.000 = 150.000 m 3. Het baggervolume op basis van de nabewerking is 70.000 m 3. Dit zijn volumes in situ (in de bodem). In de beun zijn doorgaans 40% hogere volumes aan te houden. Daarmee wordt het berekende baggervolume circa 100.000 m 3. Dit verschil tussen berekend en gerealiseerd kan verschillende oorzaken hebben: representativiteit van jaren 2007 en 2008 versus het in de berekeningen gebruikte afvoerregiem; In de praktijk wordt het jaar-rond gebaggerd. Daarbij wordt naast het criterium OLR-2,80 m ook rekening gehouden met een extra criterium dat een minimale waterdiepte van 4 meter tijdens hogere afvoeren garandeert. Dit is vooral ook relevant voor ondieptes die na hoogwater op de vaste laag ontstaan; de baggervolumes op basis van de nabewerking houden geen rekening met terugstorten van het baggermateriaal bovenstrooms om de voortgaande bodemdaling te remmen. Dit terugstorten is in 2007 en 2008 wel gebeurd en deze strategie leidt tot hogere baggervolumes; verhoging van de baggervolumes als gevolg van het verlagen van de bodem door baggeren, wordt in de nabewerking niet meegenomen, maar leidt in werkelijkheid natuurlijk wel tot grotere aanzanding en dus meer baggerwerk. De validatie toont derhalve dat de berekende baggervolumes de werkelijkheid wellicht wat onderschatten. De resultaten kunnen naar verwachting wel goed worden gebruikt voor onderlinge vergelijking van de varianten. Definitief rapport - 32-1 oktober 2010
Tabel 5.1 laat zien dat voor de varianten RPN, Klassiek en Mozaïek het baggerwerk iets groter wordt dan in de huidige situatie. Voor variant Dynamiek neemt het baggerwerk zeer sterk toe, Oorzaak daarvan is, dat in variant Dynamiek de hoogwatergeul gedurende het gehele jaar flink meestroomt, waardoor de aanzanding in de Waal toeneemt. Derhalve zijn nog wat gevoeligheidsberekeningen gedaan voor de variant Dynamiek waarin de afvoer door de hoogwatergeul bij de lagere afvoeren is begrensd. In tabel 5.2 tot respectievelijk 3% en 1,5%. Uit de tabel blijkt, dat het baggerwerk inderdaad belangrijk minder wordt als de afvoer door de hoogwatergeul wordt begrensd. Tabel 5.2: Gevoeligheidsanalyse baggerhoeveelheden (afgerond op 1000 m 3 ) voor berekening zonder baggerwerk op traject kmr 876,6-892, voor variaties op variant Dynamiek Baggerhoeveelheid 10 e jaar [m 3 ] Procentuele toename [%] Referentie 70.000 -- Dynamiek (org) 116.000 65 Dynamiek (3%) 93.000 30 Dynamiek (1,5%) 84.000 20 Op basis van bovenstaande is besloten om voor de Voorkeursvariant (VKV), welke een nadere uitwerking van de variant Dynamiek is, de afvoer door de hoogwatergeul te begrenzen. De effecten van de VKV zijn in hoofdstuk 6 beschreven. In dat hoofdstuk zijn tevens berekeningen uitgevoerd waarbij jaarlijks onderhoudsbaggerwerk is uitgevoerd ten behoeve van de scheepvaart. Het gebaggerde materiaal wordt conform de huidige baggerstrategie bovenstrooms teruggestort in diepere delen van de rivier. Uit die berekeningen volgt tevens dat door deze baggerstrategie de baggerhoeveelheden inderdaad groter worden dan de volumes in tabel 5.1 en tabel 5.2. Definitief rapport - 33-1 oktober 2010
6 MORFOLOGISCHE ANALYSE VOORKEURSVARIANT (VKV) Op basis van het Ruimtelijk Plan en de drie varianten beschreven in de voorgaande hoofdstukken (Klassiek, Mozaïek en Dynamiek) is een voorkeursvariant ontworpen. In dit hoofdstuk worden allereerst enige karakteristieken van het ontwerp toegelicht welke relevant zijn voor de morfologie (paragraaf 6.1). Vervolgens wordt het effect van de VKV op het stroombeeld (paragraaf 6.2), en de morfologie van de hoofdgeul (paragraaf 6.3) en het winterbed en de hoogwatergeul (paragraaf 6.4) besproken. Als laatste worden de resultaten van Delft3D berekeningen besproken, waarbij materiaal wordt gebaggerd en teruggestort (paragraaf 6.5). De VKV is in december 2009 vastgesteld door het College van B&W van de Gemeente Nijmegen. In deze VKV zijn de locatie en vormgeving van een mogelijke jachthaven, de vormgeving van de aanlegsteigers en inhammen rondom Fort Knodsenburg en enkele kleine bossages in westelijk deel van de geul (voorbij de spoorbrug), niet definitief vastgesteld door het College B&W (zie ook blauwomcirkelde gebieden in figuur 6.1). Deze onderdelen zullen mogelijk in een later stadium van het project nog verder geoptimaliseerd worden in het inrichtingsplan. Om in het kader van de MER toch een goede inschatting te maken van de bandbreedte van toekomstige morfologische effecten, zijn aannames gemaakt voor de locatie en vormgeving van deze onderdelen. Bij lichte wijzigingen in de locatie en vormgeving zullen de beoordeelde morfologische effecten nauwelijks leiden tot een ander berekeningresultaat en geen gevolg hebben op de eindconclusies zoals beschreven in dit rapport. 6.1 Beschrijving VKV De voor hydraulica en morfologie relevante kenmerken en objecten in de VKV zijn: de drempel is doorlaatbaar, waardoor er een permanent meestromende hoogwatergeul ontstaat. De inlaatconstructie wordt zo ontworpen dat, tot een geulvullende afvoer, maximaal 1,5% van de Waalafvoer door de hoogwatergeul stroomt. Uit de variantenstudie (hoofdstuk 5) is namelijk gebleken dat wanneer te veel water door de geul stroomt bij de lage afvoeren, er te veel sedimentatie in de vaargeul op de Waal optreedt en er dus een scheepvaartprobleem ontstaat. Met die informatie is het meestroomregiem van de geul geoptimaliseerd; de exacte dimensies van de doorlaatconstructie worden in het technisch ontwerp (in kader van inrichtingsplan) definitief ontworpen. De hoofdlijn in het ontwerp is dat de drempel bestaat uit 5-6 kleine kanaaltjes van elk 2-3 meter breed. De hoogteligging van de kanaaltjes is voor elk kanaaltje anders. Het diepste kanaaltje heeft een bodemniveau van NAP+5 m en het ondiepste een bodemniveau van NAP+10 m. De kruinhoogte van de rest van de overlaatdrempel is NAP+10,5 m. De openingen zullen zo ontworpen moeten worden dat ze de onttrekking voldoende knijpen en dat als de openingen toch teveel, of te weinig, water onttrekken, dit bij gedraaid kan worden. De openingen zullen daarom met breuksteen aangestort worden om zo de instroom te knijpen. Mocht de instroom te weinig zijn, dan kan er breuksteen worden weggehaald. Mocht er teveel water worden onttrokken, dan kan er breuksteen bij gestort worden. In het technisch ontwerp wordt dit verder uitgewerkt. Definitief rapport - 34-1 oktober 2010
In de Delft3D berekeningen wordt voor de vier laagste afvoeren de afvoer door de drempel opgelegd door middel van wateronttrekkingen/toevoegingen. Bij de hoogste afvoer, wanneer de drempel overstroomd is, berekent Delft3D de afvoer over de drempel en dus door de hoogwatergeul; de strang in de Lentse Waard is tweezijdig aangetakt aan de hoofdgeul. Bovenstrooms ligt een smalle opening van ca. 10 m met een bodemniveau van ca. NAP+6 m. De opening ontrekt ca. 2-25 m 3 /s (0,5% van de gemiddelde Waalafvoer). De benedenstroomse opening van de strang is ca. 70 m breed en heeft een minimaal bodemniveau van NAP+5 m. In de Delft3D berekeningen is een extra drempel geplaatst welke er voor zorgt dat er bij de lagere afvoeren (waterstand onder 7 m+nap) exact 0,5% van de Waalafvoer door de bovenstroomse opening van de strang stroomt; de hoogte van het eiland is NAP+16 m en is gemodelleerd als hoogwatervrij terrein; langs het eiland ligt een jachthaven in de vorm van het voormalige fort. Om de resulterende extra stromingsweerstand van de steigers mee te nemen in de hydraulische berekeningen zijn de palen als pijlers in de ruwheid opgenomen in Baseline. Deze verhoogde ruwheden zijn, overeenkomstig het WAQUA model, ook in het Delft3D model toegepast. In een latere versie van het VKV is deze jachthaven uit het ontwerp gelaten. Het effect van de steigers op morfologie is echter minimaal. De aan- of afwezigheid van de steigers zal de conclusies over de morfologische effecten niet wijzigen; de breedte van de geul tussen de kade en het eiland is vanaf de Waalbrug minimaal 200 meter. Bij de spoorbrug neemt de breedte af tot minimaal 150 m. Benedenstrooms van de spoorbrug tot aan de Oosterhoutse Waard heeft de geul een variërende breedte van ca. 125 tot 175 m. In het breedste gedeelte van de geul is een zandig eiland uitgespaard, dat bij gemiddeld peil net boven water uitsteekt (ca. NAP+7,5 m). Over het traject van de geul ligt een vaargeul met een diepteligging van NAP+2 m en een minimale breedte van 50 m; het evenementeneiland heeft een oppervlak van ca. 3 hectare. De hoogte is NAP+12 m, dit is ca. 1 tot 2 meter hoger dan het omliggende (huidige) maaiveldniveau; de vegetatie in het projectgebied bestaat uit gebieden met ruw grasland, zandstrandjes langs de geul en een zone met open ruigte. In de Lentse Waard blijft de vegetatie grotendeels als in de huidige situatie; de VKV kent 3 nieuwe bruggen. De verlengde Waalbrug heeft 2 pijlers in de geul, de brug Veur Lent heeft 4 pijlers in de geul en de brug naar het evenementen eiland heeft 10 pijlers in de geul met een onderlinge afstand van 25 meter. De pijlers zijn in Baseline en WAQUA verdisconteerd via de coverage 'pijlers'. De brug naar het evenemententerrein zal bij MHW worden overstroomd. In overleg met RWS is hier geen extra stromingsweerstand voor gerekend; de schematisatie van de 4 pijlers van de spoorbrug die in de nevengeul staan zijn gelijk aan de schematisatie van deze pijlers in de MER-varianten en het RPN. De pijlers hebben een breedte van 5 m; Brugpijlers worden in WAQUA geschematiseerd door lokaal de ruwheid te verhogen. In Delft3D geeft deze verhoging van de ruwheid aanleiding tot niet realistische morfologisch gedrag (Sloff en Jagers, 2004). Daarom hebben Sloff en Jagers (2004) in het Delft3D model lokaal de hogere ruwheid van de pijlers vervangen door omliggende ruwheidscoderingen (bijvoorbeeld: als een pijler in de nevengeul staat, wordt de ruwheidscode van de pijler vervangen door de ruwheidscode voor nevengeul ). Definitief rapport - 35-1 oktober 2010
In voorliggende studie zijn pijlers in de morfologische delen van het zomerbed en de uiterwaard, welke een significante (>10%) verhoging van de lokale ruwheid geven, vervangen door de omliggende ruwheidscodes. De beslissing over het onttrekkingsdebiet van 1,5% van de Waalafvoer, tot een afvoer van 4.600 m 3 /s bij Lobith, door de drempel is gebaseerd op drie dingen: Vanuit oogpunt KRW en visie voor een dynamisch stroombeeld bij de openingen van de drempel blijft een onttrekking van 1,5% interessant. Er blijft water door de openingen stromen. Door het aanwezig verval zijn de stroomsnelheden (>2 m/s) dusdanig dat er lokaal een dynamisch beeld bij de drempel zal ontstaan; Grove morfologische gevoeligheidsberekeningen tonen dat bij een onttrekking van 1,5% het baggervolume met lokaal ca. 15% toeneemt. Of deze effecten toelaatbaar zijn moet met RWS worden besproken; Met dit onttrekkingspercentage van 1,5% behouden we het 1 e punt in voldoende mate en verwachten we op redelijke gronden met RWS te kunnen discussiëren over het 2 e punt. Met dit percentage van 1,5% is duidelijk geprobeerd de extra baggerinspanning te minimaliseren binnen de visie van een dynamische opening. Details van de VKV zijn gegeven in figuur 6.1 en figuur 6.2. Definitief rapport - 36-1 oktober 2010