Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7 Fase 2: lage afvoer augustus 1998 Project: NAUTILUS Werkdocument: RIKZ/OS/2001.124X Ministerie van Verkeer en Waterstaat
In opdracht van: Directie Noordzee Directie Zuid-Holland Directie Zeeland Directie Noord-Holland Gemeentelijk Havenbedrijf Rotterdam Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7 Fase 2: lage afvoer augustus 1998 Project: Werkdocument: NAUTILUS RIKZ/OS/2001.124X Datum: December 2001 Uitbesteed aan : Begeleid door: Royal Haskoning B.V. M. Zijlema Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Rijksinstituut voor Kust en Zee/RIKZ
Inhoudsopgave 1. Inleiding... 3 2. Werkwijze... 4 2.1 Algemeen 4 2.2 Controle invoerfiles voor het Zeedelta 7 model 4 2.3 Uitvoeren simulaties 4 3. Beschrijving van het Zeedelta v7 model... 5 4. Randvoorwaarden en simulatie periode... 7 4.1 Randvoorwaarden 7 4.2 Gekozen perioden 7 4.3 Gebruikte metingen 9 5. Resultaten lage afvoer situatie... 11 5.1 Algemeen 11 5.2 Waterstanden 12 5.3 Saliniteiten 16 5.3.1 Tijdreeksen 16 5.3.2 Profielen en verticalen 19 5.4 Stroomsnelheden 20 6. Samenvatting en conclusies... 23 01439/1190 1
Lijst van Figuren Figuur 3.1 Rooster Zeedelta versie 7 6 Figuur 4.1 Gemeten windsnelheid en -richtingen 8 Figuur 4.2 Gemeten debiet randvoorwaarden 8 Figuur 4.3 Locaties waterstand meetstations 9 Figuur 4.4 Locaties saliniteit meetstations 10 Figuur 4.5 Locaties snelheid meetstations 10 Figuur 5.1 RMS en gemiddelde van de waterstand meetlocaties voor alle afvoer situaties 15 Figuur 5.2 RMS en gemiddelde van de saliniteit meetlocaties 17 Figuur 5.3 RMS van de saliniteit meetlocaties voor alle afvoer situaties 18 Figuur 5.4 RMS en gemiddelde van de snelheid meetlocaties 21 Figuur 5.5 RMS van de snelheid meetlocaties voor alle afvoer situaties 22 Lijst van Tabellen Tabel 3-1 Parameters Zeedelta 3D (v7) 5 Tabel 5-1 Statistische gegevens waterstand meetstations 12 Tabel 5-2 Statistische gegevens saliniteit meetstations 16 Tabel 5-3 Statistische gegevens snelheid meetstations 20 Bijlagen 01439/1190 2
1. Inleiding Ten behoeve van het beheer van de Nederlandse wateren is een consistente set modellen ontwikkeld, die alle Nederlandse getijdewateren bedekken. Tezamen vormen ze het zogenaamde Supermodel. Eén daarvan is het Zeedelta-model. Tot op heden was het door de lange rekentijden niet mogelijk 3 dimensionale berekeningen met dit model uit te voeren. Daarom was het Rijn- Maasmond-model opgezet, dat een uitsnede is van het Zeedelta-model. Het is gebleken dat voor de simulatie van de situaties met een sterke zoutindringing het Rijn-Maasmond-model te kort is" d.w.z dat de opgelegde randvoorwaarden te sterk de modelresultaten beïnvloeden. Inmiddels is een versie van TRIWAQ met domein decompositie met verticale verfijning (DDV) opgeleverd, welke relatief kortere doorlooptijden kan realiseren ten opzichte van zowel de sequentiële als de parallelle versie van SIMONA-TRIWAQ. Dit houdt in dat het mogelijk wordt 3-dimensionale berekeningen te gaan uitvoeren ook met zeer omvangrijke modellen zoals b.v. het Zeedelta model. Dergelijke berekeningen dienen dan ook op supercomputers te worden uitgevoerd. Het doel is na te gaan wat de reproductiekracht is van het Zeedelta model (v7). Dit wordt uitgevoerd door middel van een kwantitatieve vergelijking tussen modelresultaten en meetgegevens. Hiervoor worden een drietal simulaties uitgevoerd over de perioden: januari april 1998 (een gemiddelde rivierafvoer situatie) en augustus november 1998 (een hoge en lage rivierafvoer situatie). De resultaten dienen bewerkt en geanalyseerd te worden met het pakket Basisanalyse. Dit rapport is een verslag van de simulaties over de periode augustus 1998, de lage afvoer situatie. Op verzoek van Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Kust en Zee (RWS, RIKZ, Den Haag), (Overeenkomst kenmerk RKZ-960, project NAUTILUS 6, d.d. 28 maart 2001) is door Ingenieursbureau Svašek bovengenoemde studie uitgevoerd. Het project is uitgevoerd door E.A. Collard en M.H.P. Jansen. Vanuit het RIKZ was de begeleiding in handen van M. Zijlema. De simulaties zijn uitgevoerd op de Unite parallelle computer (SARA, Amsterdam) met de modelprogrammatuur Triwaq Domein decompositie, versie ddv0006. De verwerking van de resultaten is gebeurd op kantoor van Svašek. In hoofdstuk 2 zal de werkwijze beschreven worden en in hoofdstuk 3 het gebruikte model en de randvoorwaarden. De resultaten van het onderzoek worden beschreven in hoofdstuk 4. De conclusies en aanbevelingen komen tenslotte aan bod in hoofdstuk 5 en 6. 01439/1190 3
2. Werkwijze 2.1 Algemeen Dit rapport is een verslag van de werkzaamheden van fase 2: een simulatie over de periode 15 augustus t/m 15 september 1998, de lage afvoer situatie. Uitgevoerd zijn achtereenvolgens de volgende onderdelen: 1. De controle van de invoerfiles voor het Zeedelta model. 2. Het uitvoeren van simulaties met de domein decompositie versie van TRIWAQ op de Unitecomputer (SARA, Amsterdam). 3. Een analyse van de simulatieresultaten is uitgevoerd om het verschil met de metingen te bepalen. Voor deze analyse is het programma Basisanalyse gebruikt, waarmee op een standaard wijze de resultaten gevisualiseerd en geanalyseerd worden (m.b.v. Matlab-versie 5.3). Hierbij worden de volgende onderdelen gepresenteerd: a) Tijdreeksen met waterstanden, stroomsnelheden en saliniteit van de vaste stations met statistische analyse. b) Verticalen van stroomsnelheden en saliniteiten van alle aanwezige stations. 2.2 Controle invoerfiles voor het Zeedelta 7 model De invoerbestanden voor het Zeedelta 7 model zijn door het RIKZ, RWS aangeleverd. De ligging van de meetpunten (pointfile) is m.b.v. Matlab gecontroleerd en vergeleken met de coördinaten zoals in de ADOBS files zijn aangegeven. Een aantal kleine correcties zijn uitgevoerd met betrekking tot de headers van de ADOBS datafiles. Na controle zijn deze bestanden weer terug gezet naar de UNITE-machine van SARA-Amsterdam waar de berekeningen uitgevoerd zijn. 2.3 Uitvoeren simulaties De simulaties zijn gestart met beginvoorwaarden voor waterstanden en saliniteiten. Toch is het in verband met instabiliteit van de simulatie nodig te starten met een gehalveerde tijdstap; hiervoor is één simulatie dag voldoende. De totale simulatieperiode is in delen uitgevoerd wegens een aantal praktische overwegingen: Er zijn stroomvelden voor een stroomatlas gegenereerd. Hiervoor moeten velden worden weg geschreven met een geringe tijdstap. het is niet doenlijk dit voor de gehele simulatie te doen in verband met de grootte van de SDS-file. Het queuing systeem op de Unite computer legt een maximaal te gebruiken cpu periode op die veel geringer is (orde 4 dagen) dan de totale simulatie duur. Het resultaat van dit alles is dat de gehele simulatieperiode in 10 delen is opgesplitst. Dit betekent dat per simulatie deelperiode een basisanalyse (obs2sds en sds2mat) moet worden uitgevoerd, waarna in Matlab de mat-files zijn gesommeerd ten einde plots te kunnen maken. 01439/1190 4
3. Beschrijving van het Zeedelta v7 model Het Zeedelta v7 model is een uitsnede van het rooster van het Supermodel met begrenzingen op de 'oude' Zeedelta grenzen (zie [lit 3.1]). Aan de zeezijde liggen de begrenzingen op ca. 60 km uit de kust tussen Zandvoort en het Brouwershavense Gat; aan de rivierzijde liggen de begrenzingen als volgt: de Lek wordt weergegeven tot aan de stuw bij Hagestein, de Waal tot juist bovenstrooms van Tiel en de Maas tot aan de stuw bij Lith (zie [lit 3.2]). Voor informatie ten aanzien van het (kromlijnige) rekenrooster wordt verwezen naar [lit. 3.2]. het rooster zelf is te zien in Figuur 3.1. Het rooster bevat 470 x 1538 = 722.860 rekenpunten, waarvan circa 155.000 actief (dus orde 22 %). Voor een beschrijving van de diepteschematisatie van het Zeedelta model v7 wordt eveneens verwezen naar [lit.3.2]. Afhankelijk van de locatie varieert het jaar waarin lodingen/opnamen zijn uitgevoerd tussen 1999 en 1985. Deze laatste oudste bodemgegevens betreffen lodingsdata van Amer, Boven Merwede, Beneden Merwede, Nieuwe Merwede, Dordtsche Kil, Hollands Diep, Oude Maas, Nieuwe Maas, Nieuwe Waterweg en Hollandse IJssel. In tabel 2.1 zijn de overige belangrijkste parameters van het model Zeedelta v7 gepresenteerd: Parameter Grootte Bijzonderheden Aantal lagen (kmax) Variërend per domein Equidistant, sigma-lagen Aantal domeinen 15 Horizontal diffusion 50 m 2 /s 1m 2 /s 2DH 3D Eddyviscosity 6 m 2 /s 1 m 2 /s 2DH 3D Tijdstap (tstep) 30 seconden Impliciteitsfactor (theta): waterbeweging 0.5 Hogere waarde voor transport i.v.m. stabiliteit Transport 0.6 Afbreekcriteria (iteracc): 0.0005 Waterstanden Ruwheid (friction), Formule is Manning Kritische diepte droogval (depcrit) 0.024 s/m 1/3 0.014 s/m 1/3 0.020 0.025 s/m 1/3 0.020 0.025 s/m 1/3 0.018 0.020 s/m 1/3 Standaard waarde Hollandse IJssel NWW/Nieuwe Maas/Lek Oude Maas/Merw./Waal Haringvliet/Holl.Diep/Maas 0.15 m Droogvalprocedure (idryflag) 1: gemiddeld criterium Turbulentie model Standaard k-ε Standaard waarden voor de parameters Return-time zout (tcreta) 180 min Reflectie-coëfficiënt (refl) 150 Windsnelheid Geen wind Impliciet via de zee randvw Tabel 3-1 Parameters Zeedelta 3D (v7) Opgemerkt wordt dat in de bovenloop van de rivieren, ten oosten van Dordrecht en Lage Zwaluwe talloze overlaten voorkomen (domeinen 1 en 2); vereist is daarom dat deze domeinen slechts uit één laag bestaan. 01439/1190 5
Figuur 3.1 Rooster Zeedelta versie 7 01439/1190 6
4. Randvoorwaarden en simulatie periode 4.1 Randvoorwaarden De randvoorwaarden worden geleverd door het Kuststrook model versie 2. De randindeling van het Zeedelta model is zodanig opgezet dat elk punt van het omhullende Kuststrook v2 model gebruikt wordt voor de randvoorwaarde overdracht. Op deze wijze zijn in totaal 136 open randsecties op de zeerand van Zeedelta gedefinieerd. De randvoorwaarden voor de zeerand zijn opgelegd als tijdreeksen van waterstanden. Ook de saliniteiten zijn in eerste instantie opgelegd als tijdreeksen. Echter ten behoeve van dit reproductie onderzoek voor de situatie lage afvoer (zie ook [lit. 4.2 en 4.3]) zijn als randvoorwaarden constante (globale) saliniteiten gebruikt. Één van de conclusies van het gevoeligheidsonderzoek naar de zoutrandvoorwaarden [lit. 4.4] is dat de zoutreproductie hierdoor verbeterd wordt. Voor de te simuleren perioden zijn de waterstand tijdreeksen afgeleid van de resultaten van het Kuststrook model v2. De randvoorwaarden voor deze simulaties zijn met behulp van de Kalmantechniek met het grove Kuststrook model [lit. 4.1] bijgesteld voor een optimale reproductie van gemeten waterstanden in het zeegebied. De randvoorwaarden voor de drie rivierranden zijn opgelegd als tijdreeksen van debieten (zie ook [lit. 4.5]). Deze tijdreeksen zijn bepaald uit metingen (Donar database). Voor de saliniteit randvoorwaarden zijn de gebruikelijke constante lage achtergrond waarden van 0.30 ppt aangehouden. De ligging van de drie rivierranden is als volgt: Maas: juist benedenstrooms van de stuw te Lith; Waal: juist bovenstrooms van de aansluiting van het A dam-rijnkanaal bij Tiel; Lek: juist benedenstrooms van de stuw te Hagestein. De beginvoorwaarden zijn opgelegd in de vorm van een waterstands- en saliniteitsveld uit voorgaande berekeningen met Zeedelta v7. De snelheden zijn hierbij nul gesteld. Het tijdstip waarop deze beginvelden van toepassing zijn, ligt ongeveer op H.W. ter plaatse van Hoek van Holland. De interne randvoorwaarden ter plaatse van de Haringvlietsluizen (sturing van de schuifopeningen) zijn opgelegd als tijdreeksen met werkelijk opgetreden schuifstanden als functie van de tijd. Er zijn geen windrandvoorwaarden toegepast. Verwezen wordt naar [lit. 4.2] voor nadere uitleg. Wel wordt de wind invloed impliciet verdisconteerd via de opzet in de zeerandvoorwaarden. De zeerandvoorwaarden zijn immers door het Kuststrook v2 model met windinvloed gegenereerd. 4.2 Gekozen perioden In het onderzoek naar de reproductie nauwkeurigheid van Zeedelta v7 worden drie perioden gebruikt om metingen met berekeningsresultaten te vergelijken: 16 t/m 31 januari 1998 als gemiddelde afvoer situatie, na het doorsteken van de Beerdam [lit. 4.2]; 15 augustus t/m 15 september 1998 als lage afvoer situatie; 16 oktober t/m 15 november 1998 als hoge afvoer situatie [lit. 4.3]. De reden dat voor de bovenstaande perioden is gekozen, is dat in deze perioden naast de metingen op de permanente meetstations ook incidentele metingen van meetcampagnes beschikbaar zijn. In dit rapport wordt de lage afvoer situatie van 15 augustus t/m 15 september 1998 behandeld. 01439/1190 7
In Figuur 4.1 wordt een overzicht gegeven van het heersende windklimaat gedurende deze perioden. De windsnelheden en richtingen zijn de gemeten waarden van station Geulhaven. In Figuur 4.2 worden de rivier afvoeren gegeven. Figuur 4.1 Gemeten windsnelheid en -richtingen Figuur 4.2 Gemeten debiet randvoorwaarden 01439/1190 8
4.3 Gebruikte metingen De voor de situatie lage afvoer gebruikte meetstations bestaan alle uit vaste meetopstellingen. In onderstaande figuren 4.3 t/m 4.5 worden de locaties van de meetstations gegeven. Figuur 4.3 Locaties waterstand meetstations 01439/1190 9
Figuur 4.4 Locaties saliniteit meetstations Figuur 4.5 Locaties snelheid meetstations 01439/1190 10
5. Resultaten lage afvoer situatie 5.1 Algemeen In Paragraaf 5.2 t/m 5.4 worden de resultaten gepresenteerd van de lage afvoer situatie. De resultaten worden vergeleken met de metingen van de vaste waterstand, zout en snelheid meetstations. De waterstand stations zijn zodanig gerangschikt dat er vier sets resultaten zijn ontstaan: Een aantal stations op zee: Stations gelegen aan de noordzijde op het traject Lek Nieuwe Maas - Nieuwe Waterweg; Stations gelegen op het traject Boven Merwede Oude Maas Beerkanaal; Stations gelegen aan de zuidzijde op het traject Maas Hollands Diep Haringvliet. De trajecten lopen van oost naar west. Per gebied/traject is gekeken naar de invloed van de debietverandering op waterstanden en saliniteiten bij lage en hoge afvoer. Om vergelijking ter vergemakkelijken is de schaling gelijk gehouden. De RMS waarden worden getoond omdat deze een maat voor de nauwkeurigheid geven; de gemiddelde waarden worden gebruikt omdat deze met teken aangeven in welke richting de verandering (hogere of lagere waterstanden / concentraties) plaats vindt. De figuren in Paragraaf 5.2 t/m 5.4 zijn samengesteld uit de statistische data van de tabellen gegeven in deze paragrafen. In de bijlagen 1 t/m 3 is een selectie van het totaal aantal plots gegeven respectievelijk voor de waterstanden, saliniteiten en snelheden. 01439/1190 11
5.2 Waterstanden In Bijlage 1 zijn de waterstanden in de verschillende stations gepresenteerd. In onderstaande tabel zijn de statistische waarden van de verschillende waterstandstations gepresenteerd. waterlevelseries Residual Id /Station Mean RMS Std min / max Nres --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/beerkanaal ghr -0.033 0.079 0.071-0.467/ 0.161 3141 z980801/eemhaven ghr 0.055 0.079 0.057-0.306/ 0.302 3058 z980801/beneluxhaven ghr 0.051 0.090 0.073-0.419/ 0.319 2977 z980801/dordrecht 0.019 0.042 0.037-0.194/ 0.246 3910 z980801/eemhaven 0.055 0.076 0.053-0.247/ 0.266 652 z980801/europahaven ghr -0.006 0.069 0.068-0.495/ 0.173 3347 z980801/geulhaven ghr -0.051 0.071 0.049-0.348/ 0.194 3261 z980801/goidschalxoord 0.015 0.043 0.040-0.213/ 0.207 3910 z980801/hagestein beneden -0.065 0.147 0.132-0.930/ 0.321 3910 z980801/haringvliet 10-0.005 0.059 0.059-0.381/ 0.165 3910 z980801/harmsenbrug ghr -0.027 0.065 0.059-0.443/ 0.224 3029 z980801/hartelbrug ghr 0.061 0.078 0.050-0.260/ 0.271 3286 z980801/hartel-kuwait ghr 0.121 0.132 0.052-0.179/ 0.298 2080 z980801/heesbeen 0.047 0.066 0.047-0.082/ 0.214 3910 z980801/hellevoetsluis 0.048 0.082 0.067-0.269/ 0.179 3910 z980801/hoek van holland 0.026 0.058 0.052-0.330/ 0.185 3910 z980801/keizersveer 0.048 0.061 0.037-0.113/ 0.305 3910 z980801/krimpen a/d ijssel 0.042 0.078 0.065-0.298/ 0.344 3910 z980801/krimpen a/d lek 0.019 0.048 0.044-0.260/ 0.273 3910 z980801/lith dorp -0.049 0.136 0.126-0.673/ 0.208 3910 z980801/maassluis -0.004 0.044 0.044-0.307/ 0.194 3910 z980801/mississippihaven 0.001 0.062 0.062-0.381/ 0.195 652 z980801/moerdijk 0.044 0.059 0.040-0.135/ 0.185 3206 z980801/noordwijk meetpost 0.006 0.057 0.057-0.351/ 0.186 3910 z980801/parksluis ghr -0.019 0.071 0.069-0.381/ 0.195 3400 z980801/rak noord 0.032 0.056 0.047-0.163/ 0.139 3910 z980801/rotterdam 0.047 0.071 0.053-0.327/ 0.280 3910 z980801/rozenburgse sluis g 0.055 0.095 0.077-0.432/ 0.427 3066 z980801/scheurhaven ghr -0.026 0.084 0.080-0.586/ 0.248 3246 z980801/scheveningen 0.010 0.065 0.064-0.407/ 0.269 3910 z980801/schoonhoven 0.013 0.069 0.068-0.257/ 0.209 3910 z980801/spijkenisse 0.019 0.051 0.047-0.264/ 0.233 3910 z980801/tiel waal -0.044 0.088 0.077-0.311/ 0.101 652 z980801/vuren 0.051 0.063 0.036-0.128/ 0.233 3910 z980801/werkendam buiten 0.052 0.074 0.054-0.183/ 0.237 3910 z980801/zaltbommel -0.015 0.050 0.047-0.219/ 0.095 3910 z980801/zuidland 0.000 0.050 0.050-0.223/ 0.115 3910 --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/total 0.015 0.075 0.074-0.930/ 0.448 131593 Tabel 5-1 Statistische gegevens waterstand meetstations Zoals in tabel 5.1 te zien is, zijn de verschillen in alle stations klein ten opzichte van de metingen. De stations in de bovenloop van de rivieren (Tiel, Lith en Hagestein) tonen een wat grotere RMS (0.09 tot 0.15 m) ten opzichte van het totaal (0.08 m). In de benedenloop laat Hartel-Kuwait de grootste afwijking zien: ca. 0.13 m. Alle overige stations blijven onder de ca. 0.07 m. Gesteld kan worden dat de waterstanden zeer goed gereproduceerd worden, een incidentele afwijking daargelaten, ook in de bovenloop van de rivieren. In Figuur 5.1 worden per deelgebied de RMS en gemiddelde afwijking getoond voor alle afvoer situaties. Alleen de lage afvoer situatie beschouwend kan het volgende opgemerkt worden: 01439/1190 12
Op zee zijn de afwijkingen zeer gering: de RMS bedraagt ca. 0.06 m. Op het noordelijke en midden traject zijn de afwijkingen iets groter: een RMS van ca. 0.08 m. Op het zuidelijke traject zijn de afwijkingen gering: ca. 0.06 m. De afwijkingen zijn groter naarmate het meetstation meer stroomopwaarts gelegen is. In het middentraject (ook hier en daar in het noordelijk traject) vallen een aantal in havens gelegen meetlocaties (Hartel-Kuwait, Rozenburgse sluis, Beneluxhaven) op met een wat minder goede reproductie: RMS is ca.0.10 m. Wanneer de lage afvoer situatie vergeleken wordt met de overige afvoer situaties kan worden waargenomen: In het zeegebied is weinig verschil tussen de verschillende afvoer situaties. Op het noordelijke traject zijn de verschillen tot aan Rotterdam niet groot; ten oosten hiervan zijn de afwijkingen voor de lage afvoer situatie duidelijk kleiner dan voor de hoge afvoer situatie. Het midden traject geeft voor de lage afvoer situatie de beste reproductie; beduidend beter dan de hoge afvoer situatie voor de meetstations ten oosten van Dordrecht. Voor het zuidelijke traject zijn weinig meetstations beschikbaar tijdens de gemiddelde afvoer situatie. Wel is duidelijk dat de lage afvoer situatie veel beter reproduceert dan de hoge afvoer situatie. In zijn totaliteit is de reproductie van de waterstanden tijdens de lage afvoer situatie beter dan voor de overige situaties. 01439/1190 13
noordwijk meetpost noordwijk meetpost scheveningen scheveningen hoek van holland hoek van holland haringvliet 10 Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer haringvliet 10 Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer 0 0.05 0.1 0.15-0.05 0 0.05 RMS zeegebied [m] Gem. zeegebied [m] hagestein beneden hagestein b d schoonhoven schoonhove krimpen a/d lek krimpen a/d l k krimpen a/d ijssel krimpen a/d ij l rotterdam rotterda parksluis ghr parksluis h eemhaven ghr eemhaven h geulhaven ghr geulhaven h maassluis beneluxhaven ghr scheurhaven ghr Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer maasslui beneluxhaven h scheurhaven h Lage Gem. Hoge hoek van holland 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 RMS noordelijk traject [m] hoek van h ll d -0.4-0.3-0.2-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 [m] Gem. noordelijk traject 01439/1190 14
tiel waal zaltbommel vuren tiel l zaltbomme l vuren werkendam buiten dordrecht goidschalxoord hartelbrug ghr spijkenisse werkendam b it dordrech t goidschalxoor d hartelbrug h spijkeniss rozenburgse sluis ghr harmsenbrug ghr Lage afvoer hartel-kuwait ghr Gem. afvoer Hoge afvoer europahaven ghr beerkanaal ghr 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 RMS midden traject [m] rozenburgse sluis h harmsenbrug h hartel-kuwait h europahaven h beerkanaal h -0.4-0.3-0.2-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 [m] Gem. midden traject Lage Gem. Hoge lith dorp lith heesbeen heesbeen keizersveer keizersveer moerdijk moerdij rak noord rak zuidland zuidlan hellevoetsluis Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer hellevoetslui Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer Total Total 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 RMS zuidelijk traject [m] Gem. zuidelijk traject [m] Figuur 5.1 RMS en gemiddelde van de waterstand meetlocaties voor alle afvoer situaties 01439/1190 15
5.3 Saliniteiten 5.3.1 Tijdreeksen In Bijlage 2 zijn de saliniteiten in de verschillende stations gepresenteerd. In onderstaande tabel zijn de statistische waarden van de verschillende stations met saliniteitsmetingen gepresenteerd. salinityseries Residual Id /Station /z Mean RMS Std min / max Nres --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/beerenplaat/ -2.00-0.322 0.782 0.713-7.360/ 3.000 3757 z980801/beerenplaat/ -2.50-0.186 0.476 0.438-3.573/ 3.179 3908 z980801/brienenoord/ -2.50 0.254 0.770 0.727-0.529/ 4.537 3905 z980801/brienenoord/ -6.50 0.349 0.975 0.911-0.603/ 5.077 3905 z980801/hoek van ho/ -2.50 1.632 3.965 3.614-9.958/12.401 3905 z980801/hoek van ho/ -4.50 1.177 3.714 3.523-10.193/10.707 3900 z980801/hoek van ho/ -9.00 2.524 4.213 3.373-8.438/12.840 3890 z980801/lekhaven re/ -2.50 1.913 2.280 1.241-0.525/ 8.050 3905 z980801/lekhaven re/ -5.00 2.110 2.495 1.331-1.064/ 8.165 3905 z980801/lekhaven re/ -7.00 2.502 3.043 1.733-1.710/ 9.459 3905 z980801/spijkenisse/ -2.50 0.890 1.940 1.724-3.483/ 7.689 3903 z980801/spijkenisse/ -4.50 1.092 2.288 2.011-4.033/ 8.706 3903 z980801/spijkenisse/ -9.00 1.384 2.857 2.499-5.114/10.379 3903 z980801/wieldrecht / -2.50-0.149 0.195 0.125-0.833/ 0.019 3351 z980801/zuidland_z0/ -3.00-0.259 0.270 0.077-0.482/ 0.351 3910 --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/total 1.008 2.430 2.211-10.193/12.840 57855 Tabel 5-2 Statistische gegevens saliniteit meetstations Uit de bovenstaande tabel 5.2 en uit de figuren in Bijlage 2 valt op dat de berekende saliniteiten in Hoek van Holland, Lekhaven en Spijkenisse de grootste verschillen (over het algemeen te lage waarden) geven met de metingen. In deze stations zijn echter ook de saliniteiten en het verloop van de saliniteit in de tijd het grootst. Bij de overige stations zijn de concentraties erg laag. Voor de meeste meetlocaties wordt het zout iets te laag gereproduceerd: Beide stations nabij de Beerenplaat zijn vrij goed. Brienenoord is iets te laag, het zout lijkt niet ver genoeg naar het oosten door te dringen. Lekhaven is iets te laag, echter Wieldrecht en Zuidland weer iets te hoog Het valt op dat het model over het algemeen iets te lage saliniteiten berekend, ondanks het rekenen met globale zoutrandvoorwaarden op de zuidelijke zeerand. Waneer Figuur 5.2 nader beschouwd wordt is het bovenstaande ten aanzien van de afwijkende berekende saliniteiten in Hoek van Holland, Lekhaven en Spijkenisse nader te herkennen. Voor de overige stations zijn de afwijkingen gering waarbij bedacht moet worden dat voor deze stations de saliniteiten zeer gering zijn. In Figuur 5.3 worden de resultaten voor de lage afvoer situatie vergeleken met de overige afvoer situaties. Te zien is dat voor alle meet locaties met uitzondering van Hoek van Holland de lage afvoer situatie de grootste afwijking toont. Voor Hoek van Holland is het beeld verwarrend: het onderste en bovenste meetpunt lijken een afwijkend gedrag te vertonen ten opzichte van het middelste meetpunt (NAP 4.50 m). Dit middelste meetpunt vertoont een te verwachten gedrag: De grootste afwijkingen bij de grootste rivierafvoer. 01439/1190 16
beerenplaat/ -2.00 beerenplaat/ -2.50 brienenoord/ -2.50 brienenoord/ -6.50 hoek van ho/ -2.50 hoek van ho/ -4.50 hoek van ho/ -9.00 lekhaven re/ -2.50 lekhaven re/ -5.00 lekhaven re/ -7.00 spijkenisse/ -2.50 spijkenisse/ -4.50 spijkenisse/ -9.00 wieldrecht / -2.50 zuidland_z0/ -3.00 beerenplaat/ -2.00 beerenplaat/ -2.50 brienenoord/ -2.50 brienenoord/ -6.50 hoek van ho/ -2.50 hoek van ho/ -4.50 hoek van ho/ -9.00 lekhaven re/ -2.50 lekhaven re/ -5.00 lekhaven re/ -7.00 spijkenisse/ -2.50 spijkenisse/ -4.50 spijkenisse/ -9.00 wieldrecht / -2.50 zuidland_z0/ -3.00 Total 0 1 2 3 4 5 Total -1 0 1 2 3 RMS [ppt] Gem. [ppt] Figuur 5.2 RMS en gemiddelde van de saliniteit meetlocaties 01439/1190 17
alblasserdam/ -2.00 beerenplaat/ -2.00 beerenplaat/ -2.50 brienenoord/ -2.50 brienenoord/ -6.50 hoek van ho/ -2.50 hoek van ho/ -4.50 hoek van ho/ -9.00 lekhaven re/ -2.50 lekhaven re/ -5.00 lekhaven re/ -7.00 nwwboei nw2/ -3.00 nwwboei nw2/ -6.00 nwwboei nw2/ -9.00 nwwboei nw2/-11.00 spijkenisse/ -2.50 spijkenisse/ -4.50 spijkenisse/ -9.00 wieldrecht / -2.50 zuidland/ -3.00 Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer Total 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ppt] Figuur 5.3 RMS van de saliniteit meetlocaties voor alle afvoer situaties 01439/1190 18
5.3.2 Profielen en verticalen In Bijlage 2 zijn ook de saliniteit profielen en verticalen van de vaste meetlocatie Hoek van Holland getoond. Twee perioden zijn geselecteerd: 29 augustus tot 3 september en 13 september tot 16 september. Profielen: Over het algemeen geven de profielen een goede reproductie te zien. Wel is bij Hoek van Holland te zien dat tijdens hoog water (meestal) de concentraties in het bovenste meetpunt wat te laag (zoet) zijn en tijdens laag water de concentraties in het onderste meetpunt eveneens wat te laag zijn. De tweede periode met een iets hogere afvoer lijkt wat beter te reproduceren dan de eerste periode met een zeerlage afvoer. Verticalen: Vooral in het begin van de eerste periode tot halverwege 31 augustus wijkt het onderste meetpunt aanzienlijk af. Gezien de vreemde vorm van de gemeten verticalen kan de vraag gesteld worden of de meting hier wel juist is. Tijdens hoogwater lijken de afwijkingen groter (te zoet) dan tijdens laagwater. Tijdens de tweede periode wordt de zoutconcentratie goed gereproduceerd. Alleen op 14 september lijkt het model in tegenstelling tot de overige dagen te hoog te reproduceren. Dit is tijdens een iets toegenomen afvoer. Het model lijkt hier wat te traag op te reageren. Toch is hier ook het bij de profielen geconstateerde manco bij Hoek van Holland te herkennen: Systematisch gedurende beide perioden zijn: tijdens hoog water de concentraties in het bovenste meetpunt te laag (te zoet) en tijdens laag water de concentraties in het onderste meetpunt te laag. Verwezen wordt naar [lit. 4.4] waar nadere analyse is gedaan naar de invloed van de zout randvoorwaarde op de zuidrand van het model en de reproductie van het zout meetstation Hoek van Holland. 01439/1190 19
5.4 Stroomsnelheden In Bijlage 3 zijn de stroomsnelheden in de verschillende stations gepresenteerd. In onderstaande tabel zijn de statistische waarden van de verschillende stations met stroomsnelheden gepresenteerd. velocity magnitudeseries Residual Id /Station /z Mean RMS Std min / max Nres --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/alblasserda/ 0.00 0.126 0.173 0.118-0.414/ 0.388 2581 z980801/euromaasgeu/ 0.50 0.211 0.465 0.414-0.986/ 1.367 989 z980801/euromaasgeu/ -0.50 0.070 0.402 0.396-1.050/ 1.510 2264 z980801/euromaasgeu/ -1.50 0.014 0.315 0.315-0.899/ 1.189 3088 z980801/euromaasgeu/ -2.50-0.116 0.306 0.283-0.864/ 1.092 3097 z980801/euromaasgeu/ -3.50-0.025 0.228 0.227-0.657/ 1.058 3097 z980801/euromaasgeu/ -4.50 0.027 0.187 0.185-0.562/ 1.012 3097 z980801/euromaasgeu/ -5.50 0.058 0.172 0.162-0.480/ 0.930 3097 z980801/euromaasgeu/ -6.50 0.069 0.166 0.151-0.417/ 0.810 3097 z980801/euromaasgeu/ -7.50 0.061 0.155 0.142-0.392/ 0.654 3097 z980801/euromaasgeu/ -8.50 0.050 0.148 0.139-0.424/ 0.537 3097 z980801/euromaasgeu/ -9.50 0.033 0.144 0.141-0.401/ 0.552 3097 z980801/euromaasgeu/-10.50 0.024 0.139 0.137-0.373/ 0.647 3097 z980801/euromaasgeu/-11.50 0.021 0.132 0.130-0.368/ 0.633 3097 z980801/euromaasgeu/-12.50 0.016 0.128 0.127-0.399/ 0.583 3097 z980801/euromaasgeu/-13.50 0.011 0.125 0.124-0.426/ 0.526 3097 z980801/euromaasgeu/-14.50 0.005 0.121 0.121-0.413/ 0.644 3097 z980801/euromaasgeu/-15.50-0.003 0.120 0.120-0.413/ 0.693 3097 z980801/euromaasgeu/-16.50-0.011 0.123 0.122-0.422/ 0.684 3097 z980801/euromaasgeu/-17.50-0.012 0.121 0.120-0.436/ 0.709 3097 z980801/euromaasgeu/-18.50-0.014 0.123 0.122-0.464/ 0.676 3097 z980801/euromaasgeu/-19.50-0.013 0.123 0.123-0.481/ 0.605 3097 z980801/euromaasgeu/-20.50-0.010 0.124 0.124-0.471/ 0.544 3097 z980801/euromaasgeu/-21.50-0.008 0.127 0.127-0.533/ 0.525 3097 z980801/euromaasgeu/-22.50-0.004 0.129 0.129-0.512/ 0.520 3097 z980801/euromaasgeu/-23.50-0.001 0.131 0.131-0.497/ 0.522 3097 z980801/euromaasgeu/-24.50 0.002 0.133 0.133-0.502/ 0.544 3097 z980801/euromaasgeu/-25.50 0.005 0.134 0.133-0.507/ 0.559 3097 z980801/euromaasgeu/-26.50 0.011 0.132 0.132-0.443/ 0.547 3097 z980801/euromaasgeu/-27.50 0.016 0.130 0.129-0.386/ 0.538 3097 z980801/euromaasgeu/-28.50-0.033 0.128 0.123-0.384/ 0.492 3097 z980801/hartelhaven/ -2.50 3.664 5.824 4.526-0.212/ 9.993 1918 z980801/spijkenisse/ 0.00 0.112 0.193 0.157-0.368/ 0.539 594 z980801/suurhofbrug/ -2.50-0.155 0.219 0.155-0.985/ 0.689 2377 z980801/wieldrecht / 0.00-0.019 0.111 0.109-0.304/ 0.390 3767 --------------------------- ------ ------ ------ ------------- ----- z980801/total 0.078 0.820 0.817-1.050/ 9.993 101197 Tabel 5-3 Statistische gegevens snelheid meetstations Uit de bovenstaande tabel 5.3 en uit de figuren in Bijlage 3 valt op dat de berekende stroomsnelheden in de Hartelhaven veel te laag worden gereproduceerd, ook de richtingen zijn niet juist: aanbevolen wordt dit te onderzoeken. De overige stations Spijkenisse (0.20 m/s te laag met echter een gering aantal waarden ten gevolge van droogval), Alblasserdam (ca. 0.12 m/s iets te laag), Suurhofbrug (ca. 0.20 m/s te hoog) en Wieldrecht (ca. 0.10 m/s iets te hoog) komen redelijk goed overeen met de gemeten waarden. Het meetpunt Euromaasgeul wordt goed gereproduceerd (ca. 0.13 m/s te laag) met uitzondering van de oppervlakte. Deze afwijking wordt veroorzaakt doordat in het model geen wind is toegepast; de invloed hiervan is alleen impliciet via de opzet in de zeerandvoorwaarden aanwezig. 01439/1190 20
alblasserda/ 0.00 euromaasgeu/ 0.50 euromaasgeu/ -0.50 euromaasgeu/ -1.50 euromaasgeu/ -2.50 euromaasgeu/ -3.50 euromaasgeu/ -4.50 euromaasgeu/ -5.50 euromaasgeu/ -6.50 euromaasgeu/ -7.50 euromaasgeu/ -8.50 euromaasgeu/ -9.50 euromaasgeu/-10.50 euromaasgeu/-11.50 euromaasgeu/-12.50 euromaasgeu/-13.50 euromaasgeu/-14.50 euromaasgeu/-15.50 euromaasgeu/-16.50 euromaasgeu/-17.50 euromaasgeu/-18.50 euromaasgeu/-19.50 euromaasgeu/-20.50 euromaasgeu/-21.50 euromaasgeu/-22.50 euromaasgeu/-23.50 euromaasgeu/-24.50 euromaasgeu/-25.50 euromaasgeu/-26.50 euromaasgeu/-27.50 euromaasgeu/-28.50 hartelhaven/ -2.50 spijkenisse/ 0.00 suurhofbrug/ -2.50 wieldrecht / 0.00 alblasserda/ 0.00 euromaasgeu/ 0.50 euromaasgeu/ -0.50 euromaasgeu/ -1.50 euromaasgeu/ -2.50 euromaasgeu/ -3.50 euromaasgeu/ -4.50 euromaasgeu/ -5.50 euromaasgeu/ -6.50 euromaasgeu/ -7.50 euromaasgeu/ -8.50 euromaasgeu/ -9.50 euromaasgeu/-10.50 euromaasgeu/-11.50 euromaasgeu/-12.50 euromaasgeu/-13.50 euromaasgeu/-14.50 euromaasgeu/-15.50 euromaasgeu/-16.50 euromaasgeu/-17.50 euromaasgeu/-18.50 euromaasgeu/-19.50 euromaasgeu/-20.50 euromaasgeu/-21.50 euromaasgeu/-22.50 euromaasgeu/-23.50 euromaasgeu/-24.50 euromaasgeu/-25.50 euromaasgeu/-26.50 euromaasgeu/-27.50 euromaasgeu/-28.50 hartelhaven/ -2.50 spijkenisse/ 0.00 suurhofbrug/ -2.50 wieldrecht / 0.00 Total 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 RMS [m/s] Total -0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Gem [m/s] Figuur 5.4 RMS en gemiddelde van de snelheid meetlocaties In bovenstaande Figuur 5.4 wordt de RMS en de gemiddelde afwijking van de onderzochte snelheid meetlocaties getoond. Hierin is duidelijk de afwijking aan de oppervlakte van meetpunt Euromaasgeul te zien. In Figuur 5.5 worden voor alle afvoer situaties de RMS getoond. Er blijkt uit dat de Euromaasgeul de lage afvoer situatie beter reproduceert dan de hoge afvoer situatie; voor de gemiddelde afvoer situatie waren geen meetgegevens beschikbaar. De overige meetlocaties reproduceren over het algemeen het slechtst de lage afvoer situatie en de gemiddelde afvoer situatie wordt het best weergegeven. 01439/1190 21
alblasserda/ 0.00 euromaasgeu/ 0.50 euromaasgeu/ -0.50 euromaasgeu/ -1.50 euromaasgeu/ -2.50 euromaasgeu/ -3.50 euromaasgeu/ -4.50 euromaasgeu/ -5.50 euromaasgeu/ -6.50 euromaasgeu/ -7.50 euromaasgeu/ -8.50 euromaasgeu/ -9.50 euromaasgeu/-10.50 euromaasgeu/-11.50 euromaasgeu/-12.50 euromaasgeu/-13.50 euromaasgeu/-14.50 euromaasgeu/-15.50 euromaasgeu/-16.50 euromaasgeu/-17.50 euromaasgeu/-18.50 euromaasgeu/-19.50 euromaasgeu/-20.50 euromaasgeu/-21.50 euromaasgeu/-22.50 euromaasgeu/-23.50 euromaasgeu/-24.50 euromaasgeu/-25.50 euromaasgeu/-26.50 Lage afvoer Gem. afvoer Hoge afvoer euromaasgeu/-27.50 euromaasgeu/-28.50 hartelhaven/ -2.50 spijkenisse/ 0.00 suurhofbrug/ -2.50 wieldrecht / 0.00 Total 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 [m/s] Figuur 5.5 RMS van de snelheid meetlocaties voor alle afvoer situaties 01439/1190 22
6. Samenvatting en conclusies Uit de resultaten van fase 2 (lage afvoer situatie ) van onderzoek naar de reproductiekracht van het Zeedelta 7 model, kunnen de volgende conclusies getrokken worden: Het Zeedelta 7 model reproduceert de waterstanden goed; de stroomsnelheden en saliniteiten worden redelijk tot goed gereproduceerd. De waterstanden worden met een betrouwbaarheid (RMS) van 0.07 m gereproduceerd. De afwijkingen zijn het kleinst op zee. De afwijkingen nemen toe naarmate meer stroomopwaarts gekeken wordt. De grens waarbij de afwijkingen relatief snel toenemen ligt ongeveer bij Rotterdam / Dordrecht. Wanneer de lage afvoer situatie vergeleken wordt met de overige afvoer situaties kan worden gesteld dat de lage afvoer situatie in zijn totaliteit is het best de waterstanden reproduceert. De saliniteiten worden met een betrouwbaarheid van 2.5 ppt gereproduceerd. De verschillen zijn het grootst bij de meetlocaties Hoek van Holland, Lekhaven en Spijkenisse. In deze stations zijn echter ook de saliniteiten en het verloop van de saliniteit in de tijd het grootst. Het meest valt op de minder goede reproductie van het onderste meetpunt van Hoek van Holland (NAP 9.0 m) met een betrouwbaarheid van 4.2 ppt. Het valt op dat het model over het algemeen iets te lage saliniteiten berekend, ondanks het rekenen met globale zoutrandvoorwaarden op de zuidelijke zeerand. Wanneer de lage afvoer situatie vergeleken wordt met de overige afvoer situaties is te zien dat voor alle meet locaties met uitzondering van Hoek van Holland de lage afvoer situatie de grootste afwijking toont. Hoek van Holland geeft een verwarrend beeld. De reproductie van de saliniteit verticalen bij Hoek van Holland is redelijk goed. Wel is te zien dat tijdens hoog water de concentraties in het bovenste meetpunt te laag (zoet) en tijdens laag water de concentraties in het onderste meetpunt wat te laag (zoet) zijn. De soms wat vreemde vorm van de gemeten verticalen leiden tot twijfel aan de juistheid van de meting ten aanzien van het bovenste en onderste meetpunt. De snelheden worden met een betrouwbaarheid van orde 0.15 m/s gereproduceerd. Bij dit laatste moet worden aangetekend dat geen rekening is gehouden met de afwijking in de verticaalvorm van meetpunt Euromaasgeul als gevolg van de afwezigheid van wind(schuifspanning) in het model; de wind zit alleen impliciet in de opzet van de zeerandvoorwaarden. Ook is geen rekening gehouden met de slechte reproductie van meetpunt Hartelhaven. Aanbevolen wordt de slechte reproductie van dit meetpunt te onderzoeken. In vergelijking met de overige situaties valt op dat voor de lage afvoer situatie het model de werkelijkheid het minst goed reproduceert met uitzondering van de Euromaasgeul. Dit meetpunt reproduceert de lage afvoer situatie beter dan de hoge afvoer situatie. 01439/1190 23
Literatuur 3.1 Zeedelta model, Bouw en eerste afregeling, Rijkswaterstaat, RIKZ, project Nautilus, RIKZ/OS-98.111X, april 1998 3.2 Zeedelta Versie 7, 2DH Calibratie en Verificatie, Rijkswaterstaat, RIKZ, project Nautilus, RIKZ/OS/2001.104X, maart 2001 4.1 Data Assimilatie pakket WAQAD/KALMAN, handleidingen, Rijkswaterstaat, RIKZ, 2001 4.2 Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7, Fase 1: Gemiddelde afvoer, Open Beerdam januari 1998, Ingenieursbureau Svašek, 01439/1190 4.3 Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7, Fase 3: Hoge afvoer, oktober 1998, Ingenieursbureau Svašek, 01439/1190 4.4 Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7, Fase 0: Gevoeligheidsonderzoek Zoutrandvoorwaarden, Ingenieursbureau Svašek, 01438/1190 4.5 Reproductie nauwkeurigheid Zeedelta v7, Fase 5: Gevoeligheid debietrandvoorwaarden, Ingenieursbureau Svašek, 01488/1190 01439/1190 24