Scenario Haalbaarheidsanalyse
Schiehaven 13G 3024 EC Rotterdam Postbus 91 3000 AB Rotterdam Nederland T +31-10 - 467 13 61 F +31-10 - 467 45 59 E info@svasek.com I www.svasek.com Document titel Scenario Haalbaarheidsanalyse Verkorte Titel Status Datum Project naam Project nummer 1499 Opdrachtgever Provincie Groningen Referentie Auteur Gecontroleerd door Marc Rotsaert Bastiaan Les
INHOUDSOPGAVE Pag. 1 ALGEMEEN 2 1.1 Introductie 2 1.2 Achtergrond 3 1.3 Beheersscenario Derde Weg 4 2 PLAN VAN AANPAK 6 2.1 Introductie 6 2.2 Gedetailleerde uitwerking van Derde Weg scenario 6 2.2.1 Spuimogelijkheden bij Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen 6 2.2.2 Sturing van de Spuisluizen 7 2.2.3 Sturing van gemaal 8 2.3 Fase 1: Haalbaarheidsstudie beheersscenario en inventarisatie 8 2.4 Fase 2: Onderzoek naar zoutindringing in het Lauwersmeer 9 2.5 Fase 3: Onderzoek naar gelaagdheid in het Lauwersmeer 9 3 RESULTATEN FASE 1: 0D MODEL 10 3.1 Inleiding 10 3.2 Resultaten 0D berekeningen 12 4 RESULTATEN FASE 2: 2D MODEL 13 4.1 Inleiding 13 4.2 2D model van het Lauwersmeer 14 4.3 Sturing van de spuisluizen en het gemaal 15 4.4 Resultaten 2D-berekeningen 15 4.5 Hoofdconclusies op basis van de 2D berekeningen 17 5 RESULTATEN FASE 3: 3D MODEL 18 5.1 Inleiding 18 5.2 Opzet van het 3D model 18 5.3 Resultaat 3D model 19 5.3.1 Resultaat waterstand en regime spuisluizen en gemaal 19 5.3.2 Resultaat zoutverspreiding 22 5.3.3 Resultaat 3D Zoutgelaagdheid 23 5.3.4 2D afvoer sturend, 3D inlaat sturend 23 5.4 Hoofdconclusies op basis van de 3D berekeningen 24 5.5 Discussie verschillen 2D en 3D berekeningen 24 6 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 26 6.1 Conclusies 26 6.2 Aanbevelingen 28-1-
BIJLAGEN 30 1 ALGEMEEN 1.1 Introductie Deze rapportage bevat de resultaten van onderzoek naar de haalbaarheid van het beheersscenario Derde Weg 1 voor de water- en zoutbeweging in het Lauwersmeer. Het beheersscenario Derde Weg voor het Lauwersmeer is opgesteld op basis van veiligheid (te allen tijde afvoercapaciteit naar de Waddenzee) en versterking van natuurwaarden (hogere peilen toestaan om de ontzilting op de platen tegen te gaan). Het voorgestelde waterstands verloop in het Lauwersmeer is gegeven in Figuur 1.1. Figuur 1.1, Fictief waterstandverloop Beheersscenario Derde Weg 2 De Provincie Groningen heeft, in samenwerking met de Waterdienst van Rijkswaterstaat, Svašek Hydraulics gevraagd om met behulp van simulatie berekeningen de volgende onderwerpen te onderzoeken voor het beheersscenario Derde Weg : Wat betreft waterbeweging: 1. In hoeverre is het voor de Derde Weg voorgestelde seizoensafhankelijk waterstandverloop haalbaar?; 2. Inzicht in het benodigde gebruik van een mogelijk nieuw te bouwen gemaal in de afsluitdam bij Lauwersoog. Wat betreft de zoutindringing: 1. Wat is de mate van zoutindringing bij beheersscenario Derde Weg? Is de voorgestelde zoet-zoutgradiënt haalbaar/realistisch?; 2. In hoeverre is sprake van een ononderbroken (vrij heen en weer bewegende) zoet - zoutgradiënt? 1 Klankbordgroep 01.11.2007, ag pnt 5 en 7 Watervisie Lauwersmeer, Gemaalplan Lauwersoog De Derde Weg. Groeidocument, versie 23 oktober 2007 2 Lofvers E., Opzet onderzoek Water- & zoutbeweging Lauwersmeer - simulatie beheerscenario Derde Weg, RWS-Waterdienst, 6 juni 2008-2-
1.2 Achtergrond 3. in hoeverre is sprake van gelaagdheid van het zout in de geulen van het Lauwersmeergebied? 4. Welke relatie bestaat er tussen de zoutconcentratie, inlaatmogelijkheden, spuiafvoeren en gemaalbeheer? Het Lauwersmeer ligt in het noorden van Nederland op de grens tussen de provincies Friesland en Groningen. In 1969 is het meer afgesloten van de Waddenzee door middel van een 13 km lange dam met daarin drie spuicomplexen van elk 40 m breed. De afsluiting van het voormalige Lauwerzeegebied heeft geleid tot een verruiging en verbossing van het gebied. Hierdoor dreigt het open karakter van het gebied verloren te gaan. Dit is vanuit een ecologisch standpunt niet wenselijk en daarom wordt overwogen om zout getijdewater het gebied in te laten en periodiek hogere peilen toe te staan om een verdere verruiging met hoogopgaande vegetatie tegen te gaan. Naar verwachting zullen bepaalde vegetaties hierdoor afsterven en blijft het open karakter beter behouden. In de huidige situatie worden de waterstanden in het Lauwersmeergebied zoveel mogelijk op NAP -0.93 m gehouden. Bij situaties met verhoogde waterstanden op de Waddenzee in combinatie met verhoogde afvoeren vanuit de Friesland en Groningen kunnen verhoogde waterstanden op het Lauwersmeer optreden, zelfs incidenteel tot boven NAP +0 m (zie Figuur 1.2). De verwachting is, dat deze waterstanden door stijgende zeespiegel, bodemdaling en hoger wordende piekafvoeren in de toekomst verder zullen toenemen en tot steeds grotere afname van de spuimogelijkheden zullen leiden. Verwacht wordt dat rond 2030 structurele afvoer- en veiligheidsproblemen zullen optreden. -3-
Figuur 1.2 Dagelijkse minimale en maximale waterstanden over periode 1995 t/m 2004 in het Lauwersmeer nabij Dokkumer Nieuwe Zijlen3 1.3 Beheersscenario Derde Weg Om zowel het hoofd te kunnen bieden aan de verwachte veiligheidsproblemen (door de afvoercapaciteit te allen tijde veilig te stellen) en tegelijk de natuurwaarden van het Lauwersmeer te versterken (door hogere peilen toe te staan als het kan en invloeden van zout water te versterken), wordt momenteel het beheersscenario Derde weg voorgesteld. Daarmee wordt de functie van Lauwersmeer als overgangswater tussen de zoete binnenwateren en de zoute zee versterkt. Dit betekent dat naast het spuien ook een bepaald volume zout water ingelaten moet worden, waarbij de volgende doelen en randvoorwaarden zijn opgesteld: 1. Streven naar een seizoensgebonden waterstandverloop 2. Een inlaat en spuiregime met een zo permanent mogelijke zoet-zoutgradiënt. Voor de zoutindringing zijn de volgende doelstellingen geformuleerd, zie Figuur 1.3: 1. liefst permanente aanwezigheid van brak tot zout water in het noorden en in diepere geulen (nabij spuisluizen / Nieuwe Robbengat), 2. licht brak tot brak water in het middendeel (Slenk), 3. behoud van een zoete zone in het zuiden (Dokkumer Diep en Zoutkamperril), 4. Voorkómen van verzilting bij Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen 3 Waterstanden bij schut- en spuisluizen van Dokkumer Nieuwe Zijlen (op basis van de files: DNZ-ZKP Lauwwst 1995-1999 en DNZ-ZKP Lauwwst 2000-2004, geleverd door Wetterskip Fryslân) -4-
Figuur 1.3 Gewenste zoutconcentraties in het Lauwersmeer 14 In tabel 1.1 is het beoogde waterstandverloop aangegeven. Het spui- en gemaalregime moeten zodanig worden ingesteld dat de waterstanden zoveel mogelijk binnen de aangegeven peilen blijven, dit is een belangrijke randvoorwaarde. Overschrijding van het maximale peil, bij verhoogde waterstanden op de Waddenzee in combinatie met hoge afvoeren uit achterland, worden voorkomen door inzet van een gemaal van ca. 180 m3/s. Tabel 1.1 Seizoensafhankelijke waterstands verloop Derde Weg 4 Op basis van tabel en randvoorwaarden opgesteld in het document Opzet onderzoek Derde Weg -5-
2 PLAN VAN AANPAK 2.1 Introductie Het project is in de volgende drie fasen opgeknipt waarbij per fase de volgende onderdelen centraal staan: 1. Haalbaarheidsstudie seizoensafhankelijke waterstand verloop Derde Weg 2. Onderzoek naar zoutindringing in het Lauwersmeer 3. Onderzoek naar gelaagdheid in het Lauwersmeer De modellen die opeenvolgend worden gebruikt voor het onderzoek worden steeds complexer en zullen voor elke fase opeenvolgend vergeleken worden. 2.2 Gedetailleerde uitwerking van Derde Weg scenario 2.2.1 Spuimogelijkheden bij Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen Bij Zoutkamp (aan de Groningse zijde van het Lauwersmeer) zorgt het gemaal De Waterwolf er voor dat te allen tijde water vanuit Groningen het Lauwersmeer in gepompt kan worden. Dat geldt niet voor de spuilocatie Friesche Sluis bij Zoutkamp waar alleen op verhang gespuid kan worden. Ook bij Dokkumer Nieuwe Zijlen is geen gemaalcapaciteit beschikbaar. De vraag is in hoeverre het in de praktijk mogelijk is om bij hogere waterstanden dan het huidige Lauwersmeerpeil van NAP -0.93 cm voldoende water vanuit de Friese boezem af te kunnen voeren naar het Lauwersmeer (deze vraag valt buiten de scope van deze studie). Is dat niet het geval dan zal er in de periode van half februari tot half mei geregeld een tijdelijke verlaging van de waterstand in het Lauwersmeer noodzakelijk zijn om de waterafvoer bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Friesche Sluis te garanderen. Deze tijdelijke verlagingen zouden zoveel mogelijk gerealiseerd kunnen worden door de vrije afvoer via de sluizen bij Lauwersoog en als dat niet mogelijk is door inzet van het nieuw te bouwen gemaal in de Lauwersmeerdam. Een beperkte tijdelijke verlaging van de waterstand van ten hoogste een paar decimeter lijkt overigens volgens de inzichten binnen de Watervisie acceptabel voor de natuur 5. In het kader van dit onderzoek wordt het tijdelijk laten zakken van de waterstand in het Lauwersmeer om spuien onder verval vanuit Friesland mogelijk te maken niet meegenomen in de analyse 6. In dit onderzoek wordt dus aangenomen dat vanuit Dokkumer Nieuwe Zijlen altijd gespuid kan worden richting het Lauwersmeer, ongeacht de waterstand in het Lauwersmeer. Voor deze aanname is gekozen omdat bleek dat zelfs bij een droog jaar (zoals 2003 is geweest) meer dan de helft van de tijd in de periode half februari tot half mei er afvoer vanuit Dokkum het Lauwersmeer instroomt. Dat betekent, dat meer dan de helft van deze periode de waterstand in het Lauwersmeer op omstreeks NAP -0.93 m zou moeten liggen en dat representeert eigenlijk de huidige situatie (waarvan de beheersbaarheid in feite bekend is). 5 Berg L.O. van den, Voortgang uitwerking Derde Weg, Watervisie Lauwersmeer, Briefnummer 2008-29.274/23/A.18, LGW Briefnummer : 3 juni 2008 6 In de notitie Aanvullende berekeningen Watervisie Lauwersmeer (HKV, 2008) is een verslag opgemaakt van het onderzoek naar de invloed van Derde Weg op het spui- en gemaalbeheer bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp. -6-
Gekozen is om juist in dit onderzoek het effect van de beheersbaarheid van hoge peilstanden in het Lauwersmeer te onderzoeken middels in eerste instantie inzet van de huidige spuicapaciteit en in tweede instantie door inzet van een gemaal. Een groot verschil ten opzichte van de huidige peilstand is dat er bij hoge peilstanden veel meer spuicapaciteit is bij de spuisluizen van Lauwersoog, omdat er meer en langer gespuid kan worden. 2.2.2 Sturing van de Spuisluizen De strategie voor het inlaten van water vanuit de Waddenzee is zodanig gekozen, dat die aansluit bij het huidig toegepaste spuibeheer. De huidige spuisluizen worden namelijk een kwartier voordat de waterstand in het Lauwersmeer 12 cm hoger is dan de waterstand op de wadden, geopend. Figuur 2.1 Huidige Strategie openen Lauwersmeer Spuisluizen; Openen 15 minuten voordat het waterstand verschil tussen Lauwersmeer en Waddenzee 12 cm is. Om te inventariseren wat de huidige strategie betekent voor een lange reeks waterstanden, is voor het jaar 2003 het waterstandverschil dat een kwartier voordat een waterstandverschil van 12 cm optreedt, geplot in een histogram, zie figuur 2.2. Uit deze figuur blijkt, dat de spuisluizen dus voornamelijk geopend worden op het moment dat er nauwelijks een waterstandverschil is. Een waterstandverschil van 5 cm (H wadden > H Lauwersmeer ) lijkt een redelijke aanpak om de huidige situatie te benaderen in het simpele 0D-rekenmodel en het 2D-model. In die modellen wordt namelijk de dichtheidstroming niet gemodelleerd. De dichtheidstroom zorgt voor een extra instroom van zout water de Waddenzee in. Door in het model de sluizen eerder open te doen, komt extra water het Lauwersmeer in. In het 3D model wordt wel dichtheidstroming meegenomen in de berekening. Bij een waterstandverschil van 5 cm is de verwachting dat meer zout water het Lauwersmeer instroomt in het 3D model dan in het 2D model. Om de gevoeligheid van deze aanname te testen worden ook berekeningen uitgevoerd waarbij de spuisluizen al geopend worden met een waterstandverschil van 10 cm en 20 cm. Deze waterstandverschillen zijn te vergelijken met het effect van het openen van de -7-
spuisluizen een half uur voordat een waterstandverschil van 12 cm zich voordoet, zie ook in Figuur 2.2. Figuur 2.2 Waterstand verschillen bij openen van spuisluizen een kwartier en een half uur voordat waterstand verschil tussen Lauwersmeer en Waddenzee 0.12 cm is. Gebaseerd op data 2003. 2.2.3 Sturing van gemaal Het gemaal is het laatste redmiddel om het peil in het Lauwersmeer onder het maximale aanvaardbare peil te houden. Zodra het peil in het Lauwersmeer boven het maximale seizoensgebonden peil uitkomt, zal het gemaal aanslaan. Het gemaal heeft dan een maximale capaciteit van 180 m 3 /s. Als de waterstand onder het maximale seizoensgebonden peil uitkomt, stopt het gemaal. In het simpele rekenmodel wordt de maximale capaciteit direct bereikt. Het bleek echter niet wenselijk om in het 2D- en 3D-model het gemaal direct op volle capaciteit te laten werken. Dit zou namelijk een instabiliteit in het model brengen. Om de instabiliteit zo veel mogelijk te vermijden is gekozen om binnen 5 minuten het gemaal op maximale capaciteit te brengen. 2.3 Fase 1: Haalbaarheidsstudie beheersscenario en inventarisatie Met een simpel 0(nul)D-rekenmodel van het Lauwersmeer gebied zal de haalbaarheid van de het gewenste waterstandverloop in het Lauwersmeer onderzocht worden. Het model veronderstelt het Lauwersmeer als een kombergingsgebied (platte waterspiegel) Overtollig water wordt geloosd vanuit Dokkumer Nieuwe Zijlen (DNZ) en Zoutkamp. Via de spuisluizen bij Lauwersoog wordt water ingelaten en geloosd. En via een nieuw te bouwen gemaal in de Lauwersmeerdam kan water onttrokken worden. Het 0D-model wordt eerst geverifieerd aan de hand van de beschikbare metingen in het gebied. Er is gekozen voor een verificatie op basis van meetgegevens van 2003 omdat dit jaar geldt als een droog jaar en in dat jaar alle benodigde meetgevens aanwezig zijn (waterstanden binnen en buiten de spuisluizen Lauwersoog en de volledige reeksen van afgevoerd water te Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp). -8-
Na verificatie van het 0D-model zal het model ingezet worden om de waterstanden te berekenen voor het voorgestelde beheersscenario waarin eenvoudig de effecten bepaald kunnen bij: 1. variaties in de hoeveelheid sluiscomplexen te openen (1-2-3), 2. variatie in sluit- en openingspeilen voor spuien, 3. variërende openinghoogten van de sluizen voor de instroom van zout water, 4. variërende gemaalcapaciteit, 5. andere perioden/jaren. Vooralsnog worden in het kader van dit project alleen berekeningen uitgevoerd met enkel (conservatief) gekozen instellingen waarbij primair de haalbaarheid onderzocht wordt van beoogde waterstanden en benodigde spui- en gemaalbeheer. 2.4 Fase 2: Onderzoek naar zoutindringing in het Lauwersmeer In deze fase wordt de zoutindringing in het Lauwersmeer gebied onderzocht voor het Derde Weg scenario. Het uit fase 1 afgeleide beheersscenario wordt in een 2D WAQUA berekening met een zo vergelijkbaar mogelijke sturing van spuisluizen en gemaal gemodelleerd. Voor het openen van de spuisluizen worden de vergelijkbare waterstand verschillen van 5, 10 en 20 cm genomen die ook voor het 0 D model zijn gekozen. Voor de zoutconcentratie aan de Waddenzee randvoorwaarde wordt een constante zoutconcentratie aangenomen en voor de waterstand aan de Waddenzee zijde van de spuisluis zal de gemeten waterstand van Lauwersoog zo goed mogelijk gesimuleerd worden. Het uiteindelijke doel van fase 2 is om te onderzoeken hoe ver het zout (vertikaal gemiddeld) in het Lauwersmeer doordringt als functie van de tijd voor het droge jaar 2003. Er is gekozen voor een droog jaar omdat verwacht kan worden dat in droge perioden de afvoer van zoet water gering is en daarmee de zoutindringing groot. 2.5 Fase 3: Onderzoek naar gelaagdheid in het Lauwersmeer In deze fase wordt met behulp van 3D-simulaties de gelaagdheid van de zoutconcentratie onderzocht voor 2 representatieve maanden van het jaar 2003. De keuze voor de maanden is gebaseerd op de resultaten van de 2D berekening. De twee representatieve maanden vertegenwoordigen een hoog peilniveau met veel dynamiek en veel afvoer en een hoog peilniveau met weinig dynamiek in de waterstand en tot nul afnemende afvoeren. De resultaten worden vergeleken met de 2D berekeningen en hieraan worden conclusies verbonden. -9-
3 RESULTATEN FASE 1: 0D MODEL 3.1 Inleiding Het 0D rekenmodel wordt gebruikt om de gevoeligheden van spuibeheer, afvoeren en waterstanden in de Waddenzee op de waterstand in het Lauwersmeer te leren begrijpen. De aannamen die hiervoor zijn gemaakt: Platte waterspiegel in het Lauwersmeer (kombergingsgebied) Bij openzetten van de spuisluizen worden altijd 3 spuicomplexen geopend Een spuicomplex bestaat uit 4 sluiskokers van 10 m breed en 4.5 meter hoog. De drempel van de sluiskoker ligt op NAP -5 m. Het nieuw te bouwen gemaal heeft een onmiddellijke capaciteit van 180 m 3 /s Alleen de afvoer vanaf Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp (inclusief Friesche Sluis) wordt meegenomen. Deze maken namelijk 90% uit van de totale instroom in het Lauwersmeer 7. Voordat berekeningen zijn uitgevoerd met het Derde Weg scenario is het model geverifieerd. Dit is gedaan door de waterstand in het Lauwersmeer te berekenen op basis van de instroomdebieten bij Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen in combinatie met de waterstanden in de Waddenzee. Deze waterstanden worden vergeleken met de werkelijk opgetreden waterstanden in het Lauwersmeer. Het resultaat van de verificatie staat in figuur 3.1 en uit deze figuur kan geconcludeerd worden, dat: het 0D-model uitstekend gebruikt kan worden om grootschalige waterbewegingen te reproduceren via de waterbalans; alle belangrijke randvoorwaarden die de waterstand in het Lauwersmeer beïnvloeden meegenomen zijn in het model; het spuicomplex in de Lauwersmeerdam een zeer grote capaciteit heeft bij een periode van lage waterstanden in de Waddenzee; tijdens stormen in de winterperioden de spuicapaciteit nagenoeg nul is door verhoogde waterstanden in de Waddenzee door windopzet; in de zomerperiode, de waterstanden structureel te laag worden berekend. Deze onnauwkeurigheid zal echter voor het onderzoek naar de haalbaarheid van de scenario s niet van belang zijn omdat het verschil klein blijft (<10 cm). 7 Documenten, waaruit de waterbalans voor het Lauwersmeer is afgeleid: a) IWACO B.V. Verkenning Lauwersmeergebied. 2001 b) Haskoning Basisdocument Watervisie Lauwersmeer, 2002 c) Het Friesche Boezemstelsel onder extreme condities. d) Watervisie Lauwersmeer, Gemaalplan Lauwersoog, De Derde Weg e) E-mail Pim Beerlings, waterschap Noordzijldervest. -10-
Figuur 3.1 Resultaat van de verificatie van het 0-D model -11-
3.2 Resultaten 0D berekeningen De resultaten van de 0D berekeningen zijn gepresenteerd in bijlagen 3.1 tot 3.3. In deze figuren zijn de waterstanden van het 0D model vergeleken met de gemeten waterstand van 2003. Daarnaast worden ook de instroom- en spuidebieten gepresenteerd. In bijlage 3.1 wordt de spuisluis geopend bij een waterstand verschil +5 cm (H Waddenzee - H Lauwersmeer ) en is te zien, dat van mei tot oktober de waterstand structureel lager is dan in de meting. Dat wordt veroorzaakt doordat de spuisluis in het model pas gesloten wordt op het moment dat de waterstand in het Lauwersmeer lager is dan het minimum peil. Tussen het moment dat gestart wordt met het sluiten van de spuisluizen en het werkelijk dicht staan van de spuisluizen schiet de waterstand door tot onder het minimum peil 8. In de bijlagen 3.2 en 3.3 zijn de resultaten gepresenteerd van de berekeningen waarbij de spuisluis al bij waterstandsverschillen van 10 cm en 20 cm opengezet zijn (representatief voor ongeveer 30 min i.p.v. 15 minuten openen voordat verschil 12 cm is). Uit deze twee berekeningen blijkt dat het instroomdebiet nagenoeg geen invloed heeft op het waterstandverloop door het hele jaar heen. In de drie figuren is te zien, dat de waterstanden binnen de maximale voorgeschreven marges van het beheersscenario kunnen blijven en dat de momenten waarbij gemaalinzet noodzakelijk is niet veel van elkaar verschillen. Het gemaal is alleen nodig tijdens afvoerpieken in de perioden waarin lage peilen moeten worden gehandhaafd. Tijdens hoge beheerpeilen is er voldoende spuicapaciteit en zal het gemaal nauwelijks nodig zijn. 8 In de periode omstreeks 6 augustus 2003, is een verlaging van de waterstand te zien nadat het peil al onder het minimum peil bevindt. Dit komt omdat in de meetreeksen blijkt dat vanuit Zoutkamp water ontrokken wordt uit het gebied. -12-
4 RESULTATEN FASE 2: 2D MODEL 4.1 Inleiding De 2D berekening is bedoeld om de zoutindringing te bestuderen in het Lauwersmeer voor het voorgestelde beheersscenario Derde Weg. Gelijk aan de analyse van het 0D model is gekozen om drie berekeningen uit te voeren, waarbij voor de sturing van de spuisluizen drie mogelijke sturing strategieën worden gekozen, namelijk openen van de spuisluizen met een waterstandverschil (H Waddenzee -H Lauwersmeer ) van +5, +10 en +20 cm. De berekening is uitgevoerd voor het jaar 2003. Het waterstandverloop in het Lauwersmeer zal min of meer gelijk moeten zijn aan de waterstanden berekend met het 0D model Voor vijf locaties is het zoutgehalte geanalyseerd en gepresenteerd in staafdiagrammen waarbij het percentage van voorkomen van zoutconcentraties gepresenteerd zijn (zie figuur 4.1). Lauwersoog, Vaarwater Oostmahorn en Slenk, liggen in een diepe en brede geul. Dokkumer Diep en Zoutkamperril liggen in de smalle en ondiepe geulen, die de overgang vormen naar het Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp (figuur 4.2). 1 1) Lauwersoog, 2)Vaarwater Oostmahorn 3) Slenk 4) Dokkumer Diep 5) Zoutkamperril 2 3 5 4 Figuur 4.1 Uitvoerlocaties zoutconcentraties -13-
1 1) Lauwersoog, 2)Vaarwater Oostmahorn 3) Slenk 4) Dokkumer Diep 5) Zoutkamperril 2 3 5 4 Figuur 4.2 Uitvoerlocaties zoutconcentraties in dieptekaart 4.2 2D model van het Lauwersmeer De 2D berekeningen worden uitgevoerd met het softwarepakket WAQUA. Het Lauwersmeermodel is gebaseerd op een modelschematisatie verstrekt door Rijkswaterstaat. De randvoorwaarden, zoals afvoeren bij Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen, de waterstand bij Lauwersoog (Waddenzee) en de sturing van de spuisluizen en gemaal zijn gelijk aan die van het 0D model. Voor het doorrekenen van het beheersscenario Derde Weg is de modelschematisatie op de volgende locaties aangepast: 1. In de door RWS uitgeleverde modelschematisatie waren de spuisluizen bij Lauwersoog door middel van twee kunstwerken ( barriers ) geschematiseerd. Door Svasek Hydraulics zijn hiervan 3 aparte kunstwerken van gemaakt wat beter aansluit op de werkelijke situatie met drie spuicomplexen elk 40 m breed. De spuicomplexen worden onafhankelijk aangestuurd. 2. In het model is de snelheid van het openen en sluiten van de spuisluizen (per complex) veranderd naar 7½ minuten. Dit komt overeen, met de tijdende (wat wordt bedoeld???) de huidige situatie (opgegeven door waterschap Noordzijldervest). 3. Drie spuicomplexen worden gebruikt voor het lozen van het overtollig water in het Lauwersmeer. Eén spuicomplex wordt gebruikt voor het inlaten van zoutwater in het Lauwersmeer. -14-
4. Volgens het beheersscenario Derde Weg wordt een gemaal aangelegd. Dit gemaal moet overtollig water uit het Lauwersmeer afvoeren, in het geval niet gespuid kan worden in het Lauwersmeer. Het gemaal heeft een maximum capaciteit van 180 m3/s 4.3 Sturing van de spuisluizen en het gemaal Het gemaal en de spuien worden gestuurd (open- en dichtzetten van de sluisdeuren) door middel van stuurvoorwaarden in het WAQUA model. Voor de sluiscomplexen zijn er twee voorwaarden, waarop de sluiscomplexen gestuurd worden bij de Derde Weg : 1. Waterstand verschil tussen Waddenzee en Lauwersmeer, De spuisluizen worden geopend om overtollig water uit het Lauwersmeer in de Waddenzee te lozen. Om dit te bereiken moet de waterstand in het Lauwersmeer hoger zijn dan in de Waddenzee. Het sluiscomplex dat water inlaat in het Lauwersmeer, wordt al geopend op een moment dat de waterstand in de Waddenzee hoger is, dan de waterstand in het Lauwersmeer (5 cm, 10 cm of 20 cm). Op deze manier kan gecontroleerd water ingelaten worden. 2. Waterstand in het Lauwersmeer ten opzichte van het minimum en maximum peil De waterstand in het Lauwersmeer moet volgens het beheersscenario Derde Weg binnen een bandbreedte vallen, dus niet te hoog of te laag. Tijdens het spuien van overtollig water kan de waterstand tot onder het minimumpeil zakken. De spuisluis wordt dan gesloten. Aan de andere kant zal geen water uit de Waddenzee ingelaten worden indien de waterstand boven het maximum uitkomt. Voor het gemaal is er één voorwaarde voor sturing opgesteld, namelijk het gemaal wordt actief zodra de waterstand in het Lauwersmeer boven het maximumpeil uitstijgt 4.4 Resultaten 2D-berekeningen In bijlage 4.1 tot en met 4.3 staan de waterstandtijdreeksen voor de 3 inlaatstrategieën (5cm, 10cm en 20 cm). De waterstand loopt gelijk op met de waterstand van het 0D model (zie bijlage 4.1 en bijlage 3.1). Ook de debieten van de spuisluizen en het gemaal zijn nagenoeg gelijkwaardig. In de periode februari mei werkt het gemaal af en toe, terwijl de waterstand niet boven het maximale beheerpeil uitkomt (bijlage 4.1 tot en met 4.3). Dit houdt verband met schommelingen in de waterstand. De schommelingen zijn niet in grafieken te zien. Schommelingen in de waterstand (niet weergegeven in de grafieken) zorgen voor tijdelijke overschrijdingen van het beheerpeil. Het gemaal zal kortstondig aanslaan. -15-
De zoutconcentratie is op twee manieren gevisualiseerd. Ten eerste zijn tijdreeksen gemaakt van de saliniteit op 4 locaties (bijlage 4.4). Ten tweede is een animatie met saliniteitkaarten gemaakt 9. In bijlage 4.4 en de animaties valt het volgende op: - De zoutconcentraties nemen sterk af vanaf Lauwersoog naar Zoutkamperril en Dokkumer Diep. - Er is een sterke relatie tussen de instroom vanaf Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen en de zoutconcentraties in het Lauwersmeer. Bij een lange periode met weinig zoet water aanvoer neemt de zoutconcentratie in het gehele Lauwersmeer toe (zie ook animatie salveld_2d_meisep.gif, september). - Zodra er gespuid wordt in het Dokkumer Diep en Zoutkamperril neemt de zoutconcentratie zeer snel af. Bij Lauwersoog en Vaarwater Oostmahorn neemt de zoutconcentratie veel geleidelijker af (Animatie salveld_2d_febmei.gif, 26 april-6 mei). Het inlaten van zout water zorgt bij Lauwersoog direct voor een fluctuatie in de zoutconcentratie. - De zoutconcentratie is bij h = 20 cm iets hoger dan voor een h = 5 cm. Een groot deel van de tijd is het verschil echter verwaarloosbaar. - Er is niet een directe relatie tussen het waterstandverloop in het Lauwersmeer en de zoutconcentratie in het Lauwersmeer In bijlagen 4.5 tot en met 4.8 staan histogrammen met de frequentie van voorkomen van de zoutconcentratie. De data is uitgesplitst naar de verschillende seizoenen. Per seizoen valt het volgende op: - In de periode december tot en met februari is bij Dokkumer Diep en Zoutkamperril (bijlage 4.5) het water continu zoet. Het zout van het ingelaten water komt dan niet tot deze locaties. In het noorden (Lauwersoog) varieert de zoutconcentratie tussen zoet en brak. - In de periode februari tot en met mei is er een relatief groot verschil tussen minimum en maximum peil. Ook de afvoer fluctueert veel. Bij Lauwersoog is de zoutconcentratie in deze periode vrij gelijkmatig verdeeld tussen 1 en 15 ppt. Vaarwater Oostmahorn heeft een dubbele piek bij 1 en 10 ppt. Ondanks perioden met lage afvoer, blijven Zoutkamperril en Dokkumer Diep overwegend zoet (meer dan 50% van de tijd zoutconcentratie < 1ppt, (zie bijlage 4.6). - In de periode 15 mei tot en met 1 oktober (bijlage 4.7) is de zoutconcentratie het hoogst. Dit is de periode met een laag beheerpeil en een lage afvoer. De zoutconcentratie kan in Zoutkamperril en Dokkumer Diep oplopen tot 15 ppt. - In de periode oktober tot december neemt de afvoer toe (bijlage 4.4). Bij Zoutkamperril en Dokkumer Diep is het water dan overwegend zoet. Aanvoer vanuit Friesland en Groningen zorgt ervoor, dat de zoutconcentratie daar overwegend beneden de 1 ppt ligt (bijlage 4.8.). De aanvoer van zoet water is echter te laag om 9 De volgende animaties zijn gemaakt: 1) salveld_2d_janfeb.gif: 1 Januari 2003 15 Februari 2003 2) salveld_2d_febmei.gif:16 Februari 2003-15 Mei 2003 3) salveld_2d_meisep.gif:16 Mei 2003 30 September 2003 4) salveld_2d_oktnov.gif: 1 Oktober 2003 30 November 2003-16-
het bij Lauwersoog al duidelijk zoeter te maken. De zoutconcentratie ligt hier nauwelijks lager dan in de periode mei tot oktober. 4.5 Hoofdconclusies op basis van de 2D berekeningen Bij een lage afvoer dringt het zout langzaam het Lauwersmeer binnen tot de uiteinden van het Lauwersmeer. Er worden waarden tot 15 ppt berekend bij Dokkumer Nieuwe Zijlen. Bij een hoge afvoer wordt het zout verdreven door zoet water. In de smalle en ondiepe uiteinden is het zout zeer snel verdwenen. In de brede en diepe delen duurt het veel langer. Dit geldt voor alle drie instroomscenario s. De verschillen in zoutconcentraties tussen de drie inlaatstrategieën is beperkt (minder dan 5ppt). De resultaten van de 2D berekening voldoen niet aan het ruimtelijk beeld geschetst in het scenario Derde Weg (Figuur 1.3). Tijdens een langere periode met hoge afvoer van zoet water wordt het zout uit het gehele Lauwersmeer verdreven. Voor het zuidelijk deel geldt juist, dat deze bij een langere periode met lage afvoer verzilt. Met het 2D model worden de dieptegemiddelde zoutconcentraties berekend, waarbij geen rekening gehouden wordt met gelaagdheid van het zout. Het is de verwachting, dat vanaf de Slenk bij grote diepteovergangen de gelaagdheid een grote rol speelt en het zout meer onderin het profiel blijft. De werkelijke zoutindringing richting Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen zal dan ook een stuk lager zijn. 3D berekeningen zijn nodig om de invloed van de gelaagdheid te bepalen. -17-
5 RESULTATEN FASE 3: 3D MODEL 5.1 Inleiding De gelaagdheid van de zoutconcentratie in het Lauwersmeer wordt in dit hoofdstuk onderzocht aan de hand van 3D berekeningen. Er is gekozen om 2 relevante periodes van 31 dagen door te rekenen. De volgende twee periodes zijn doorgerekend: 1) Van 1 januari 2003 tot en met 31 januari 2003. Dit is een periode met grote dynamiek in de waterstand en hoge (fluctuerende) afvoeren. 2) Van 10 maart 2003 tot en met 10 april 2003. Dit is een periode met een hoge waterstand volgens het Derde Weg scenario. Bovendien is dit een periode, die begint met een hoge aanvoer van zoet water en overgaat naar een periode van een aantal weken met weinig aanvoer van zoet water. Voor de sturing van de Lauwersmeer spuisluizen is gekozen om alvast één spuisluis bij een waterstandverschil van 5 cm tussen Waddenzee en Lauwersmeer open te zetten (voor het spuien) om een kleine instroom van zout water mogelijk te maken. Er is gekozen om deze situatie door te rekenen, omdat: 1) vergelijking mogelijk is met de 2D berekening, 2) de 2D berekening laat zien dat reeds bij opening bij 5 cm peilverschil al veel verzilting kan optreden. Hoewel wordt verwacht dat bij de 3D berekening de zoutindringing (in de horizontaal) kleiner zal zijn dan bij de 2D berekening, lijkt op voorhand de 5 cm-variant de doelstellingen van de Derde Weg het beste te benaderen. 3) de 5 cm strategie dicht aanligt tegen de huidige sturing van de Lauwersmeer spuisluizen (zie paragraaf 2.2.2). 5.2 Opzet van het 3D model De opzet van het 3D model sluit zoveel mogelijk aan bij het 2D model, met de volgende noodzakelijke aanpassingen: A. de afvoer bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp zijn opgelegd als verdiepte randen i.p.v. bronnen. Dit is gebeurd ter voorkoming van schokgolven als gevolg van verandering in het debiet. B. De buitenrand is veranderd naar een Riemann type randvoorwaarde. Dit type randvoorwaarde voorkomt terugkaatsing van schokgolven aan de randen van het model; C. Er zijn geleidelijke bodemovergangen aangebracht in het buitengebied, ter voorkoming van scherpe overgangen in de 3D diepte lagen van het model (sigma-lagen). D. De zoutgehalte bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp is op 0.3 ppt gebracht, ter voorkoming van negatieve waarden (in de berekeningen worden zoutgehaltes van 0.3 ppt als volledig zoet verondersteld). Dit zijn allen aanpassingen om de stabiliteit van de berekening te verhogen. -18-
De specifieke 3D instellingen van het model zijn overgenomen uit de 3D berekeningen uitgevoerd door Witteveen en Bos 10. Het gaat dan om de laagverdeling, de viscositeit en diffusie. De sturing van de sluis complexen en gemaal zijn gelijk aan het 2D model (zie paragraaf 4.3). In de bijlage Aanpassing 3D model staan de aanpassingen ten opzichte van het 2D model. Ook staat de reden voor de aanpassing beschreven. 5.3 Resultaat 3D model 5.3.1 Resultaat waterstand en regime spuisluizen en gemaal Ter controle van de 3D berekening, zijn de waterstanden en afvoeren door sluis en gemaal vergeleken met de resultaten van de 2D berekening. In de bijlagen 5.2 en 5.3 zijn de waterstanden en de afvoeren van de 2D en 3D berekening naast elkaar geplot. In dezelfde figuur staan ook de instantane afvoer door de spuisluizen (middelste grafiek) en de cumulatieve afvoer door de spuisluizen. In de bijlagen is te zien, dat de waterstand uit de 3D berekening de waterstand uit de 2D berekening goed volgt. De waterstanden uit het 2D en 3D model verschillen minder dan 5 cm. Ook de cumulatieve afvoer komt goed overeen. Er is een klein verschil in de cumulatieve afvoer. Deze wordt veroorzaakt door een verschil in begintoestand tussen de 3D en 2D berekening 11. Bijvoorbeeld, voor maart-april is de waterstand in het Lauwersmeer in de begintoestand 10 centimeter hoger in het 3D model dan in het 2D model. Dit waterstandverschil wordt in de eerste dag ongedaan gemaakt, door extra te spuien. In figuren 5.1 en 5.2 worden details van de bijlagen 5.2 en 5.3 gepresenteerd. 10 Fijn kalibratie van het 2D/3D Lauwersmeermodel, 2006, M.M. Busnelli, Witteveen en Bos 11 Er is gekozen om 3D model op een andere begintoestand te laten starten dan het 2D model, om te vermijden, dat in de 3D berekening in het begin al een instabiliteit zou optreden. -19-
Figuur 5.1, Vergelijking waterstand, afvoer en cumulatieve afvoer periode januari 2008-20-
Figuur 5.2, Vergelijking waterstand, afvoer en cumulatieve afvoer periode maart 2008 In de figuren 5.1 en 5.2 is te zien, dat de afvoer door de spuisluizen en de waterstand bij Lauwersoog meer schommelt in het 3D model dan in het 2D model. De schommelingen in afvoer en de waterstand kunnen in samenhang worden gezien. Een schommeling in de waterstand zorgt voor een verandering in het verhang tussen het Lauwersmeer en de Waddenzee. De schommelingen veroorzaken dat een opengaande sluis alweer wordt gesloten nog voordat sluis volledig open heeft gestaan (openen en sluiten van de sluis duurt 7.5 minuten). Dit herhaaldelijk openen en sluiten van de sluizen zorgt voor steeds wisselende afvoeren door de sluizen en dat de netto opening van de sluis gedurende de spuiperiode kleiner is dan gewenst. In werkelijkheid zal in de gehele spuiperiode een constante opening door de kering aangehouden worden. De kering wordt namelijk door een sluiswachter handmatig geopend en gesloten. Dit is echter niet in het stuurbestand van WAQUA te simuleren. In het 2D model wordt meer water ingelaten vanuit de Waddenzee dan in het 3D model, zie tabel 5.1. Uit de tabel blijkt dat de hoeveelheid ingelaten water in het 2D model 1.4 tot 1.8 maal hoger is dan in het 3D model. Er wordt dus meer zout water het Lauwersmeer ingelaten in het 2D model dan in het 3D model. -21-
2D (miljoen m 3 ) 3D (miljoen m 3 ) 1 januari 1 februari 13,7 7,3 10 maart 10 april 4,4 2,9 Tabel 5.1, Volume ingelaten water (m3/s) voor 2D en de 3D berekening, en voor de periode januari en maart/april. Als tweede oorzaak van de grote verschillen in het volume doorgelaten water is mogelijk dat de modellering van de spuisluizen (barriers in WAQUA/TRIWAQ) in het 2D model anders afgehandeld worden in vergelijking met het 3D model 12. Het is op dit moment niet duidelijk wat deze andere werking precies inhoudt. Vermoed wordt, dat de invloed in vergelijking met de eerste oorzaak (schommelingen in de waterstand) maar kleine is. Mogelijkerwijs kunnen de twee oorzaken elkaar wel versterken. 5.3.2 Resultaat zoutverspreiding Net als voor de 2D berekening is de saliniteit gepresenteerd als tijdreeks en in de vorm van een animatie van saliniteitkaarten 13. In bijlage 5.4 en 5.5 zijn de saliniteiten voor de bovenste (laag 1), de middelste (laag 5) en de onderste laag (laag 10) gegeven voor januari en maart/april. De saliniteit is het hoogst in de buurt van de spuisluizen (Lauwersoog). Daar varieert het zoutgehalte tussen zoet water en brak. Richting Dokkumer Diep en Zoutkamperril neemt de saliniteit af. Bij Zoutkamperril en Dokkumer Diep is nauwelijks een verandering in de saliniteit waarneembaar. Het water blijft daar continu zoet. In de 3D berekening is de gemiddelde en de maximale saliniteit in maart/april lager dan in januari. Dit wordt gedeeltelijk veroorzaakt door het volume ingelaten water uit de Waddenzee (tabel 5.1). In de maand januari wordt meer dan 2 maal zoveel water ingelaten als in de periode maart/april. De resultaten voor de zoutverspreiding in de 3D berekening (bijlage 5.4 en 5.5) komen niet geheel overeen met de resultaten uit de 2D berekening (bijlage 4.4). De saliniteit in de 2D berekening is overwegend veel hoger dan in de 3D berekening. Een verklaring voor de hogere saliniteit in het 2D ten opzichte van het 3D ligt in de hoeveelheid ingelaten water. In de 2D berekening wordt meer water ingelaten dan in de 3D berekening (tabel 5.1). Maar andere factoren kunnen ook van invloed zijn. De modelinstellingen voor het 2D en 3D model zijn overgenomen uit het model van Witteveen en Bos voor het doorrekenen van het scenario Gedempt Getij. Het 2D en 3D model zijn afgeregeld, zodat ze dezelfde resultaten opleverden. Het scenario Gedempt Getij is veel dynamischer dan het scenario van de Derde Weg. Voor de berekeningen van de Derde Weg zou dus een andere afregeling nodig zijn, met name 12 In de Simona release-notes-0802 staat dit betekent dat transport over een overlaat in combinatie met gelaagdheid nog niet goed wordt gemodelleerd. Wat dit precies inhoudt is niet duidelijk. 13 aninmatie_3djanuari.gif: 1 januari tot en met 31 januari aninmatie_3dmaart.gif: 10 maart tot en met 10 april -22-
voor viscositeit en diffusie, dan voor de berekening van Witteveen en Bos. In paragraaf 5.5 wordt uitgebreider ingegaan op de verschillen tussen het 2D en het 3D model. 5.3.3 Resultaat 3D Zoutgelaagdheid In bijlagen 5.4 en 5.5 is de saliniteit in de onderste laag het hoogst. De saliniteit in de onderste laag kan oplopen tot 15 ppt bij Lauwersoog. De saliniteit in de bovenste laag blijft rond 0. Er is dus sprake van gelaagdheid. Om een ruimtelijk beeld te schetsen van de maximale gelaagdheid, zijn twee dwarsprofielen van de saliniteit gemaakt, één door de spuisluis en één door een gedeelte van de slenk. Gekozen is voor een tijdstip met een maximale saliniteit. Voor januari is dat op 16 januari 00:00 bekeken (bijlage 5.6 en 5.7). En voor maart/april is dat op 3 april 00:00 (bijlage 5.8 en 5.9). De zoutgelaagdheid op de twee tijdstippen verschilt weinig van elkaar. In het gebied grenzend aan de spuisluis is de saliniteit laag (zoet). Er is ook geen gelaagdheid waarneembaar. In de Slenk daarentegen is het water brak, tot 8 ppt. De saliniteit neemt af richting het zuiden. Bij Zoutkamperril en Dokkumer Diep is de saliniteit vrijwel 0 ppt, zowel aan het wateroppervlak, als aan de bodem. De verdeling in de saliniteit in de dwarsprofielen wijst op het volgende proces: tijdens de korte periode, waarin zout water ingelaten wordt, stroomt het water rechtstreeks de slenk in. Het zoute water komt voornamelijk binnen via de onderste lagen. Vervolgens verspreidt het zich door de slenk richting het zuiden. In de slenk mengt het water weinig op met het water hoger in de waterkolom. Tijdens het spuien op de Waddenzee blijft het zoute water grotendeels achter in de slenk. De zoute laag zit in de slenk gevangen. De gelaagdheid blijft lang in stand. Het zoute water stroomt richting het zuiden, tot het punt waar de geul zich verondiept richting Zoutkamperril en Dokkumerdiep. Deze instroom vertraagt onderweg, omdat deze omhoog moet. De verondieping vormt een hindernis voor het indringen zout. Daardoor bereikt het zout niet Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp. In de 3D berekening wordt het zoute water uit de diepere lagen weinig verticaal opgemengd wat niet onlogisch is gezien de lage stroomsnelheden in het Lauwersmeer. Bij lage stroomsnelheden kan alleen wind het opmengen van zoute water uit de diepere lagen richting de oppervlakte extra versterken. Wind is echter niet meegenomen in de berekening. 5.3.4 2D afvoer sturend, 3D inlaat sturend Voor de 2D berekening is geconstateerd, dat de afvoer van zoet water bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp sturend is voor de zoutconcentratie in het Lauwersmeer. Bij een hoge afvoer bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en bij Zoutkamp verzoet het Lauwersmeer (vergelijk aninmatie_3djanuari.gif met salveld_2d_janfeb.gif, rond 10 Januari). Bij een lagere afvoer verzilt het Lauwersmeer door het ingelaten water uit de Waddenzee (vergelijk salveld_2d_febmei.gif, met aninmatie_3dmaart.gif voor de periode 15 maart tot 30 maart). -23-
Voor de 3D berekening geldt echter, dat de saliniteit in het Lauwersmeer gestuurd wordt door het inlaten van zout water uit de Waddenzee. Het Lauwersmeer wordt zouter naarmate meer zout water ingelaten wordt. Het inlaten van zout water leidt tot een verzilting van de onderste laag, ook tijdens een periode met hoge aanvoer van zoet water (zie animatie animatie_3djanuari.gif, rond 15 januari). De verzoeting van het Lauwersmeer door zoet water instroom bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp is kleiner in het 3D model dan in het 2D model. De gelaagdheid in de 3D berekening verklaart, waarom de invloed van de instroom van zoet water minder is in het 3D model dan in het 2D model. In het 2D model is het zout over de gehele waterkolom verdeeld. Bij een extra instroom van zoet water wordt het zout als een blok uit het Lauwersmeer gespoeld, ook uit de diepe delen van de Slenk. In het 3D model stroomt het zoete water grotendeels over de zoute laag in de Slenk. Extra afvoer zal nauwelijks extra zout afvoeren uit de diepere geulen 14. 5.4 Hoofdconclusies op basis van de 3D berekeningen Het 3D model vertoont meer schommelingen in de waterstanden dan het 2D model. In het 3D model wordt minder zout water ingelaten in het Lauwersmeer dan in het 2D model en daardoor is het zoutgehalte in het Lauwersmeer lager in het 3D dan in het 2D model In het 3D model is een duidelijke gelaagdheid aanwezig. Het zoute water verzamelt zich voornamelijk in de diepere delen van het Lauwersmeer (Slenk). De hogere delen blijven zoet. 5.5 Discussie verschillen 2D en 3D berekeningen In het 2D model verspreidt het zoute water zich door het gehele Lauwersmeer, tot aan Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp. In het 3D model verzamelt het zoute water zich vooral in de diepe gedeelten en hierdoor bereikt het zoute water nauwelijks de hoger gelegen platen in het Lauwersmeer. In het 2D model is de aanvoer van zoet water belangrijker voor het terugdringen van zout water uit het Lauwersmeer: a) in het 3D model stroomt het zoete water over het zoute water heen, b) in het 3D model is de hoeveelheid ingelaten zout water zo gering dat de zoutdoordringing beperkt blijft tot de dieper gelegen gedeelten van het Lauwersmeer. Indien meer zout water wordt ingelaten zal in het 3D model ook hoger in de waterkolom meer zout worden voorspeld. Een toename in de aanvoer van zoet water zal daarentegen leiden tot snelle afvoer van het zoute water uit de oppervlakkige lagen en 14 In het document Fijn kalibratie van het 2D/3D Lauwersmeermodel, 2006, M.M. Busnelli, Witteveen en Bos laten zien dat zout bij hogere afvoeren toch bijna geheel uit systeem wordt geblazen. Dit zijn echter berekeningen zonder anticreep. -24-
daarmee dus tot een snelle verzoeting van de hogere delen (terwijl de diepere delen relatief zout kunnen blijven). Er zijn tekortkomingen in beide modellen aan het licht gekomen. Voor het 2D model, geldt dat geen rekening wordt gehouden met gelaagdheid die erg belangrijk is voor de verspreiding van zout in het Lauwersmeer. In het 3D model blijkt de sturing van de spuisluizen niet goed te gaan door de schommelingen in de waterstand waardoor veel minder water ingelaten wordt. In het 2D en 3D model is het effect op de instellingen van verschillende parameters (bv. diffusie, turbulentie en anti-creep instellingen) groot op de zoutverspreiding in het Lauwersmeer. Deze instellingen zouden gekalibreerd moeten worden aan de hand van metingen. Deze zijn echter niet beschikbaar zodat op basis van berekeningen uit voorgaande studies en een kritische toetsing de instellingen gekozen zijn. Zonder metingen blijven echter vraagtekens bestaan omtrent de werkelijke optredende zoutdoordringing en gelaagdheid bij de huidige (en toekomstige) inlaatstrategie van zout water. In deze rapportage wordt vooralsnog verondersteld, dat de 2D en 3D berekeningen samen een goede schatting geven van de onder en bovengrenzen van wat in werkelijkheid optreedt. -25-
6 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 6.1 Conclusies Haalbaarheid seizoensgebonden waterstandverloop Het beheersscenario Derde Weg, waarbij een seizoensgebonden waterstandverloop gewenst is, is een haalbaar scenario gebleken. Dit is aangetoond met een simpel 0D rekenmodel waarbij de bouw van een gemaal bij Lauwersoog met een capaciteit van 180 m 3 /s aangenomen is. Overigens is hierbij niet gekeken naar de gevolgen voor de onder vrij verval werkende afvoerpunten bij Dokkumer Nieuwe Zijlen en Zoutkamp (geen onderdeel van deze studie). Vooral bij hogere peilwaterstanden in het Lauwersmeer is door de vergroting van de spuicapaciteit (groter verhang en langere duur spuien) de beheersbaarheid van de gewenste peilwaterstand steeds beter. Er is ook veel meer dynamiek (wisselende waterstanden) in het Lauwersmeer op een beheersbare manier mogelijk. De capaciteit van het gemaal (180 m 3 /s) is voor doorgerekende periode (2003) ruim voldoende. Zoutindringing De berekeningen met de 3 modellen (0D-, 2D- en 3D-model) hebben aangetoond, dat alleen bij lage (zoet water) afvoeren vanuit Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen en bij een laag beheerpeil (zoals het huidige beheerpeil) de zoutdoordringing problematisch kan worden. Bij hoge zoet water afvoeren vanuit Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen is de zoutdoordringing in het Lauwersmeer prima te sturen door de keringen op de juiste tijdstippen open en dicht te zetten (ter voorkoming van te veel verlies/instroom van zout water). Volgens de 2D berekeningen kan bij een strikt toepassen van de Derde Weg de zoutindringing problematisch zijn. Volgens de 3D-berekening vormt de zoutindringing echter geen probleem, de zuidelijke geulen blijven zoet. De zoutindringing is beter te sturen bij hogere peilen dan bij lagere peilen. Bij een voldoende hoge aanvoer van zoet water kan bij een hoog peil meer zout water ingelaten worden. Overtollig water kan namelijk ook weer makkelijker afgevoerd worden, omdat er meer spuicapaciteit is dan bij lage peilen. Bij lage aanvoer van zoet water en lage peilen moet het inlaten van zout water mogelijk eerder beperkt worden (in de 3D berekening lijken lage afvoeren in combinatie met hoge peilen overigens geen probleem). In geval van een hoog peil is in het Lauwersmeer een grotere buffer tegen het zoute water. Ingelaten zeewater wordt dus sterker verdund. -26-
In de 3D berekening wordt het volume ingelaten water uit de Waddenzee bij toepassing van de Derde Weg onderschat. Dat wordt veroorzaakt door schommelingen in de waterstand die in het 3D-model optreden voor de spuisluis. Om voor de 3D berekening de spui en inlaat vergelijkbaar te laten functioneren als met de 2D berekening, moeten schommelingen in waterstand beperkt worden. -27-
Zoutgelaagdheid Door de lage stroomsnelheden wordt het zout weinig opgemengd en blijft het achter in de diepere delen van het Lauwersmeer en bereikt het niet of nauwelijks de oppervlakte. Wind kan een belangrijke factor zijn bij transporteren van zout water van de diepere delen naar de ondiepe delen (groen / blauwe gebieden). 6.2 Aanbevelingen 1) Meetcampagne Aanbevolen wordt om een meetcampagne uit te voeren in het Lauwersmeer. De meetcampagne heeft tot doel om inzicht te verkrijgen in de huidige stand van zoutindringing in het Lauwersmeer. Ook wordt dan duidelijk welke processen het belangrijkst zijn voor de verspreiding van zout. De meetcampagne is essentieel om betrouwbare voorspellingen voor de gelaagdheid en zoutdoordringing in detail te maken met de WAQUA/TRIWAQ-modellen. Naar aanleiding van de meetcampagne kunnen o.a. de parameters van de turbulentie en diffusieparameters gekalibreerd worden. De meetcampagne zal inzicht geven in: 1) de huidige invloed van de sturing van de spuisluizen op de zoutgehalte in het Lauwersmeer, 2) invloed van zoetwater instroom vanuit Zoutkamp en Dokkumer Nieuwe Zijlen en wat de tijdsduur is van merkbare invloed bij de spuisluizen, 3) het zoutgehalte van het water dat gespuid wordt, nadat zout water ingelaten wordt. Is het zoute water voornamelijk via de bodem in de diepere lager van het Lauwersmeer terechtgekomen, of stroomt een groot deel van het zoute water direct weer via de spuisluizen de waddenzee in), 4) invloed van wind op de turbulentie en menging van zoet en zout water over de diepte in de diepere gedeelten van het Lauwersmeer, Voor de meetcampagne wordt voorgesteld om het zoutgehalte te meten op minimaal 3 plaatsen in de vertikaal te meten in de volgende locaties : Nabij de spuisluizen van Lauweroog (vlak vóór en áchter de spui) Ter hoogte van Vaarwater Oostmahorn, Aan het uiteinde van de Slenk, Dokkumer Diep (nabij Dokkumer Nieuwe Zijlen), en Zoutkamperril (nabij Zoutkamp). Bij voorkeur wordt er gemeten vlak onder het wateroppervlak in het midden van de waterkolom en vlak boven de bodem. De metingen van de meetstations kunnen aangevuld worden met varende metingen. De varende metingen helpen bij het invullen van een ruimtelijk beeld van de zoutverdeling (zoutgelaagdheid). Bij voorkeur moeten de aanvoer van zoet water en de meteo-omstandigheden zoveel mogelijk variëren tijdens de meetcampagne. Het beste is om een periode te nemen met voldoende afvoer (herfst en winter), waarin het zout ook snel weer kan worden -28-