HYDROMORFOLOGISCH ONDERZOEK HYDROMORFOLOGISCH VERDIEPING MAATWERKGEUL ONDERZOEK VERDIEPING WIELINGEN WESTERSCHELDE MAATWERKGEUL WIELINGEN N.V. WESTERSCHELDE Zeeland Seaports N.V. Zeeland Seaports 21 JULI 2016 21 JULI 2016
Contactpersonen DR. IR. B.T. GRASMEIJER Arcadis Nederland B.V. Postbus 137 8000 AC Zwolle Nederland DRS. A.J.J. SCHOENMAKERS E arjan.schoenmakers@arcadis.com Arcadis Nederland B.V. Postbus 1018 5200 BA 's-hertogenbosch Nederland 2
INHOUDSOPGAVE 1 INLEIDING 5 1.1 Aanleiding 5 1.2 Doel van dit rapport 5 1.3 Leeswijzer 6 2 MORFOLOGIE 7 2.1 Inleiding 7 2.2 Morfologie buitendelta Westerschelde 7 2.3 Historische morfologische ontwikkelingen 8 2.4 Recente morfologische ontwikkelingen 8 2.5 Geulverdieping in verhouding tot huidige situatie en trends 14 3 WATERBEWEGING EN SEDIMENTTRANSPORT 18 3.1 Inleiding 18 3.2 Waterstanden en stroomsnelheden 18 3.3 Getijdebieten in relatie tot morfodynamiek 22 3.4 Sedimenttransport en onderhoudsbaggerwerk 23 4 VERTROEBELING DOOR BAGGEREN EN VERSPREIDEN 26 4.1 Inleiding 26 4.2 Uitgangspunten baggeren en verspreiden 26 4.3 Effecten baggerspecieverspreiding op vertroebeling 27 4.4 Effecten baggerspecieverspreiding op sedimentatiesnelheid 29 5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 31 6 REFERENTIES 33 RAPPORTBIJLAGEN 34 BIJLAGE A 35 3
BIJLAGE B 41 BIJLAGE C 46 BIJLAGE D 53 BIJLAGE E 58 BIJLAGE F 63 BIJLAGE G 68 BIJLAGE H: BOORPUNTENKAART 73 4
1 INLEIDING 1.1 Aanleiding Een goede nautische toegankelijkheid van de haven van Vlissingen-Oost is essentieel voor de toekomst van de Zeeuwse havens en daarmee voor een aantal bedrijven in de Zeeuwse havens. De haven van Vlissingen- Oost is nautisch goed bereikbaar voor scheepvaart met een getij-afhankelijke diepgang van 16,5 m. Toch kan de scheepvaart met een diepgang van 16,5 m niet elk getij de haven van Vlissingen-Oost bereiken. Op basis van voorspellingen aan de hand van het astronomisch getij en de verdragsafhankelijke afgesproken interventiedieptes, kan in circa 80% van de voorspelde hoogwaters per jaar de haven met 16,5 m bereikt worden. Door de beperkte toegankelijkheid zijn er regelmatig schepen die niet direct door kunnen varen naar Vlissingen Oost. Soms besluit een schip te wachten waardoor er extra wachtkosten (demurragekosten) zijn. Soms besluit men eerst te lichteren in een andere (buitenlandse) haven en daarna met minder diepgang door te varen en soms besluit men uit te wijken naar een andere haven. Zeeland Seaports wil de nautische toegankelijkheid van de haven Vlissingen Oost verbeteren, waardoor de toegankelijkheid, de betrouwbaarheid en de concurrentiepositie van de haven zal verbeteren. Hiervoor wil Zeeland Seaports in de vaargeul in de monding van de Westerschelde de interventiediepte in een Maatwerkgeul (breedte 180 meter) aanpassen van -14.90 LAT 1 naar -15.50 m LAT. De ligging van de geul is weergegeven in figuur 1.1. Om deze Maatwerkgeul te realiseren moet circa 600.000 m 3 specie gebaggerd worden. Deze baggerspecie wordt ook weer in het systeem teruggestort. Hiervoor is, in overleg met Rijkswaterstaat, iets verder in de vaargeul een nieuw stortvak gevonden. Doel van het project is om de haven van Vlissingen-Oost nautisch toegankelijk te maken voor bulkvaart met een diepgang van 16,5 m met een zekerheid van minimaal 91%. 1.2 Doel van dit rapport In dit rapport beschrijven we de hydrodynamica en morfologie van de Westerschelde buitendelta en de effecten van de verdieping van de Maatwerkgeul. Dit is van belang voor toetsing van de ecologische effecten, de verwachte onderhoudsinspanning en mogelijke veranderingen van getijwerking en waterpeil. Verdieping van de maatwerkgeul kan leiden tot veranderingen in hydrodynamica en geomorfologie. 1 LAT: Lowest Astronomical Tide : het laagste niveau van laagwater, dat wordt bereikt zonder de effecten van wind. Dit is het internationaal gehanteerde referentieniveau voor de scheepvaart (op nautische kaarten). 5
Figuur 1.1 Ligging Maatwerkgeul (rood) en het stortvak (groen). De westelijke begrenzing ligt op de grens van Nederland en België en de oostelijke begrenzing op de 3 33 Meridiaan. 1.3 Leeswijzer In dit rapport beschrijven we de hydrodynamica en morfologie van de Westerschelde buitendelta en de effecten van de verdieping van de Maatwerkgeul. Hoofdstuk 1 geeft een inleiding op de studie. Hoofdstuk 2 beschrijft de hydrodynamica en morfodynamiek van de Westerscheldebuitendelta en beschouwt de verdieping van de Maatwerkgeul in het licht van deze bestaande situatie en trends. Hoofdstuk 3 beschrijft de berekende effecten van de verdieping op de waterbeweging en het sedimenttransport. Dit wordt vertaald naar effecten op de morfologie en het onderhoudsbaggerwerk. Hoofdstuk 4 beschrijft de berekende effecten van baggerspecieverspreiding op vertroebeling en aanslibbing. Hoofdstuk 5 vat de conclusies van de studie tot slot puntsgewijs samen. 6
2 MORFOLOGIE 2.1 Inleiding In dit hoofdstuk beschrijven we de morfologie en morfodynamiek van de buitendelta van de Westerschelde. We gaan in op historische en recente morfologische ontwikkelingen en beschouwen de geulverdieping in verhouding tot deze huidige situatie en trends. 2.2 Morfologie buitendelta Westerschelde De buitendelta van de Westerschelde wordt doorsneden door twee geulen: de Wielingen, een ebgedomineerde geul in het zuiden, en het Oostgat, een kortsluitgeul in het noordoosten. Deze zijn duidelijk herkenbaar in een opneming uit 1978 (De Looff en Verhagen, 1986). Tussen de Wielingen en het Oostgat liggen verschillende bankengebieden die momenteel grotendeels met elkaar vergroeid zijn en slechts gedeeltelijk gescheiden worden door ondiepe geulen. In het zuidwesten gaan de Rassen over in de Vlakte van de Raan en de Walvischstaart. Ten oosten hiervan bevinden zich de Elleboog en de Nolleplaat. Laatstgenoemde platen worden gescheiden van de Walvischstaart door de ebgedomineerde Geul van de Walvischstaart. In het zuidwesten wordt het bankengebied begrensd door de geul de Spleet, een voormalige vloedgeul die in de loop der tijd sterk verondiept is. Figuur 2.1. Monding Westerschelde en benamingen (bron: De Looff en Verhagen, 1986) 7
2.3 Historische morfologische ontwikkelingen Van Enckevort (1996) beschrijft de morfologische ontwikkeling van 1823 t/m 1978. Het Oostgat had in deze periode een redelijk constante ligging en werd dieper, net als de Galgeput en de Sardijngeul die in het verlengde van het Oostgat liggen. Het Bankje van Zoutelande had eveneens een vrij stabiele ligging. Ook de Wielingen werd dieper en breder, waardoor de banken langs deze geul in omvang afnamen en zich van de geulas af verplaatsten. De verdiepingen in zowel het Oostgat als de Wielingen bedroegen vaak meer dan 2 meter. Ook in latere jaren verdiepte het westelijke deel van de Wielingen. Dit hing samen met baggeractiviteiten in het Scheur aanliggend aan de Wielingen (Van Enckevort, 1996; Winterwerp et al., 2000). 2.4 Recente morfologische ontwikkelingen Om de morfologische ontwikkelingen in de omgeving van de Maatwerkgeul in beeld te brengen, hebben we gebruik gemaakt van vaklodingen door Rijkswaterstaat. Dit betreft bodemhoogtegegevens met een resolutie van 20 m in beide horizontale richtingen voor de volgende jaren: 1964, 1972, 1976, 1980, 1984, 1986, 1989, 1992, 1998, 2001, 2004, 2010, 2012. Tevens zijn recente bodemhoogtegegevens van de Maatwerkgeul beschikbaar gesteld door Zeeland Seaports. Een grafisch overzicht van deze datasets is opgenomen in Bijlage A. In het onderstaande duiden we de huidige morfologische situatie aan de hand van deze gegevens en geven we inzicht in morfologische trends of het ontbreken daarvan. Figuur 2.2 en figuur 2.3 tonen de ontwikkeling van de Westerschelde in de omgeving van de Maatwerkgeul (weergegeven door de polygoon in zwart) voor respectievelijk een periode met relatief hoge morfologische activiteit en een periode met relatief lage morfologische activiteit. Een overzicht van de morfologische ontwikkelingen voor alle opeenvolgende jaartallen is opgenomen in Bijlage B. Samenvattend kan gesteld worden dat de veranderingen tussen 1964 en 1989 betrekkelijk groot waren ten opzichte van de veranderingen in de periode daarna (1989-2016). Sinds de jaren 60 wordt de Wielingen door baggerwerkzaamheden op een diepte van circa -20 m gehouden (Elias & Van der Spek, 2014). De netto morfologische veranderingen over de gehele periode 1964-2016 wordt getoond in figuur 2.4. Hieruit blijkt dat de historische ontwikkelingen in het westelijk deel van de Maatwerkgeul gekenmerkt worden door erosie/verdieping, terwijl het oostelijk deel van de Maatwerkgeul gekenmerkt wordt door sedimentatie. Figuur 2.2 Bodemhoogte veld voor 1989 minus bodemhoogte veld voor 1986. 8
Figuur 2.3 Bodemhoogte veld voor 2012 minus bodemhoogte veld voor 2010. Figuur 2.4 Bodemhoogte veld voor 2016 minus bodemhoogte veld voor 1964 (van het jaar 2016 alleen gebied rond de geul beschikbaar) Uit figuur 2.2 blijkt dat sprake is van (netto) lichte erosie in het westelijk deel van de Maatwerkgeul voor de periode 1986-1989. In andere delen van het getoonde gebied is naast erosie/verdieping ook sprake van sedimentatie, met name op de Vlakte van de Raan en zeewaarts van Zeebrugge (Bol van Heist). Opvallend is de sterke morfologische ontwikkeling van het centrale deel van de Westerschelde door laterale migratie en/of verdieping van geulen alsmede door verschuiving van platen. Uit figuur 2.3 blijkt het tegenovergestelde voor de periode 2010-2012 waarbij nauwelijks morfologische activiteit zichtbaar is in de Maatwerkgeul. Ook in het overige deel van het getoonde gebied is sprake van geringe morfologische activiteit. Deze betrekkelijk stabiele situatie is consistent met de betrekkelijk geringe baggervolumes (Tabel 1). In de Wielingen wordt er met tussenpozen onderhoudsbaggerwerk uitgevoerd. In het jaar 2006 werd er niet gebaggerd. In 2007 werd er ruim 363x10 3 m 3 (beunvolume) gebaggerd. In het jaar daarna werd er niet gebaggerd en in 2009 ruim 327x10 3 m 3. In de drie jaren daarna werd er geen onderhoudsbaggerwerk uitgevoerd. In 2013 werd er ruim 145x10 3 m 3 gebaggerd en in 2014 werd er niet gebaggerd. De variatie in volumes bedraagt meer dan 40%. 9
Tabel 1 Overzicht beunvolumes (m 3 ) voor twee baggerpolygonen. Bron: Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Afdeling Maritieme Toegang. Jaar Drempel van Vlissingen Vlissingen (Wielingen) 2006 415.547 0 2007 0 363.242 2008 173.641 0 2009 104.023 327.766 2010 670.911 0 2011 0 0 2012 438.988 0 2013 143.017 145.737 2014 124.444 0 Naast bovengenoemde sedimentatie/erosie patronen hebben we langs de hartlijn van de Maatwerkgeul op verscheidene plaatsen dwarsdoorsneden gedefinieerd om de ontwikkeling van de geul inzichtelijk te maken Figuur 2.5 toont de ligging van de dwarsdoorsnedes. Figuur 2.6, figuur 2.7 en figuur 2.9 tonen de morfologische ontwikkeling van drie dwarsdoorsnedes ter hoogte van respectievelijk de westelijke begrenzing, het centrale deel en de oostelijke begrenzing van de Maatwerkgeul. Hierin zijn ook de laterale begrenzing van de Maatwerkgeul en de ligging van de vaargeul aangegeven (negatieve x-coördinaat komt overeen met het gedeelte van de dwarsdoorsnede noordelijk van de hartlijn van de Maatwerkgeul). Het morfologische gedrag van alle in de figuur 2.5 aangegeven dwarsdoorsneden is opgenomen in Bijlage C. Figuur 2.5 Ligging dwarsdoorsneden. In figuur 2.6 t/m figuur 2.9 zijn verschillende trends in de dwarsdoorsnedes zichtbaar. In de periode 1964-2016 is voor dwarsdoorsnede 1 t/m 8 gemiddeld genomen sprake van een verdieping van de huidige geul met enkele meters ter hoogte van de Maatwerkgeul (figuur 2.6 en figuur 2.7). Ook in de tussenliggende doorsnedes is deze erosie/verdieping zichtbaar (Bijlage C). De mate van verdieping verschilt in de tijd. Dit is zichtbaar aan de variaties in dichtheid van de gekleurde lijnen. Sommige perioden worden gekenmerkt door relatief weinig morfologische activiteit, terwijl gedurende andere perioden een vrij snelle verdieping van de geul plaatsvindt. In dwarsdoorsnede 10 t/m 15 vindt vooral sedimentatie in de geul plaats. Figuur 2.8 geeft hiervan een voorbeeld. Tegelijkertijd is de geul in deze doorsnedes betrekkelijk diep. Met name in doorsnedes 14 en 15 ligt de bodem dieper dan NAP-25 m. Dit gebied is daarom het meest geschikt om het gebaggerde materiaal te storten. 10
In dwarsdoorsnede 16 en 17 migreert de geul naar het noorden (figuur 2.9). Wanneer deze migratie doorzet dan zou dit in de toekomst kunnen leiden tot aanzanding in de vaargeul in deze zone. Buiten de vaargeul varieert het morfologische gedrag ook tussen de verschillende dwarsdoorsneden. Zo vindt in dwarsdoorsnede 1 van 1964 tot 2016 noordwaarts van de geul netto erosie plaats (figuur 2.6). In dwarsdoorsnedes 2 t/m 8 vindt er in deze periode aan de noordkant van de geul juist sedimentatie plaats (figuur 2.7). In dwarsdoorsnede 16 en 17 migreert de geul naar het noorden (figuur 2.9). Figuur 2.6 Morfologische ontwikkeling dwarsdoorsnede 1. Figuur 2.7 Morfologische ontwikkeling dwarsdoorsnede 8. 11
Figuur 2.8 Morfologische ontwikkeling dwarsdoorsnede 12 Figuur 2.9 Morfologische ontwikkeling dwarsdoorsnede 17. Figuur 2.10 illustreert het morfologisch gedrag van de huidige geul in langsrichting. Duidelijk is de bodemdaling in het westelijk deel van de geul zichtbaar (0-8 km). Deze bedraagt maximaal ruim 4 meter in de periode 1964-2016 en neemt wat af in oostelijke richting (5-8 km). Dit is waarschijnlijk het gevolg van baggerwerkzaamheden. Het oostelijke diepere deel van de geul (10-14 km) toont netto sedimentatie voor dezelfde periode. 12
Figuur 2.10 Morfologische ontwikkeling langs de hartlijn van de Maatwerkgeul. Figuur 2.11 toont de gemiddelde jaarlijkse erosie/sedimentatie per periode. Figuur 2.12 toont het gemiddelde plus/minus één standaard deviatie van de jaargemiddelde bodemverandering voor de verschillende perioden. Deze figuren bevestigen bovengenoemde trend: het westelijk deel van de geul (0-8 km) wordt, gemiddeld genomen, gekenmerkt door erosie van maximaal bijna 10 cm/jaar, terwijl het oostelijk deel van de geul (10-14 km) wordt gekenmerkt door sedimentatie van maximaal bijna 10 cm/jaar. Echter, de bandbreedte rond dit gemiddelde is vrij groot, namelijk een veelvoud van die 10 cm/jaar Uit Figuur 2.11 blijkt dat een groot deel van deze variatie verklaard kan worden door een relatief kleine subset. De positieve en negatieve uitschieters tot meer dan (-)0.5 m/jaar in het westelijk deel is het gevolg van relatief grote bodemhoogtevariatie in de periode 1984-1986 en de hierop volgende periode 1986-1989. Dit is duidelijk te zien aan de twee groene lijnen in figuur 2.11 die voor een groot gedeelte relatief ver boven en onder de andere lijnen liggen. Tevens is de variatie in de periode 1998-2001 relatief groot ten opzichte van de andere perioden. Dit is te zien aan de bruingekleurde lijn in figuur 2.11. Tenslotte blijkt uit figuur 2.11 dat de temporele variatie en dus de dynamiek in het oostelijk deel van de geul iets groter is dan in het westelijk deel. Dit houdt waarschijnlijk verband met de meer natuurlijke ontwikkeling van het oostelijk deel van de geul in vergelijking tot het westelijk deel van de geul. 13
Figuur 2.11 Gemiddelde bodemverandering (per periode) langs de hartlijn van de Maatwerkgeul. Figuur 2.12 Gemiddelde bodemverandering (gemiddelde en standaard deviatie over de gehele 1964-2016 periode). 2.5 Geulverdieping in verhouding tot huidige situatie en trends De interventiediepte van de Maatwerkgeul wordt aangepast van LAT -14,90 m naar LAT -15,50 m (figuur 2.13). Er wordt een baggertolerantie van 0,70 m aangehouden en een overdiepte van 0,30 m. De overdiepte moet in zijn geheel weggehaald worden. De baggertolerantie is nodig in verband met diverse onnauwkeurigheden en het werken op zee. Het streven is het baggerwerk op te leveren op een niveau zo dicht mogelijk bij LAT -15.80 m. Voor de volumeberekening gaan wij uit van een realistisch scenario dat we niet de volledige baggertolerantie weghalen maar rekenen met het gemiddelde peil van LAT -16.20 m. Lowest Astronomical Tide (Laagste Astronomische Waterstand). LAT = -2,52 m NAP voor Cadzand en LAT = -2,56 m NAP voor Vlissingen (Getijtafels, 2016). Uitgaande van het gemiddelde van deze twee stations komen we uit op een interventiediepte gelijk aan NAP -18,0 m zonder overdiepte en NAP-18,3 m inclusief overdiepte. 14
Figuur 2.13 Wielingen, huidige en nieuwe situatie Het gebaggerde sediment uit deze geul wordt vervolgens gestort in het dieper gelegen oostelijk deel (dieper dan -20 m NAP). Figuur 2.14 toont een overzicht van baggerareaal en het areaal beschikbaar voor het storten. Figuur 2.15 toont de ruimtelijke verdeling van de baggerdiepte. Op basis hiervan hebben we het baggervolume bepaald: 620.000 m 3, hetgeen overeenkomt met de afgegeven waarde door Zeeland Seaports. Figuur 2.14 Overzicht van de delen van de Maatwerkgeul voor baggeren en storten. 15
Figuur 2.15 Ruimtelijk overzicht van de baggerdiepte. Figuur 2.15 laat zien dat het meeste baggerwerk nodig is in het centrale gedeelte van de Maatwerkgeul. Figuur 2.16 toont daarom de ontwikkeling van een dwarsdoorsnede in dit deel. Deze figuur illustreert ook de grootte van het baggeroppervlak ten opzichte van de doorsnede van de hele geul. Hieruit blijkt dat het baggeroppervlak in dwarsdoorsnede zeer klein is ten opzichte van de totale doorsnede van de geul. Om dit te kwantificeren, hebben we het totale geuloppervlak in deze dwarsdoorsnede bepaald. De geul is hierbij gedefinieerd als het gedeelte onder NAP, waarbij we de noordzijde hebben begrensd tot de knik in het bodemprofiel rond x = -2500 m. Dit is het blauwe vlak in de figuur. Figuur 2.17 toont de ontwikkeling van dit geuloppervlak in de tijd. Gemiddeld is het oppervlak ongeveer 65.000 m 2 en de temporele variatie bedraagt ongeveer 5%. Het baggeroppervlak in deze dwarsdoorsnede bedraagt ongeveer 168 m 2. De ingreep betreft dus een aanpassing van ongeveer 0,3% van het totale geuloppervlak in dwarsdoorsnede. Dit is zeer klein ten opzichte van het gemiddelde en meer dan een factor 10 kleiner dan de natuurlijke variatie van ongeveer 5%. Figuur 2.16 Bodemhoogte behorend bij dwarsdoorsnede 8.Voor verdere verklaring, zie tekst. 16
Figuur 2.17 Tijdsverloop geuloppervlak in dwarsdoorsnede 8 (blauwe vlak in Figuur 2.16). De baggerspecie wordt verspreid op een locatie ten oosten (vloedrichting) en in het verlengde van het te verdiepen tracé. De specie bestaat voor een groot deel uit fijn materiaal dat zich niet in de hoofdgeulen zal afzetten. Het grovere zandige deel zal zich door de ebdominantie van de Wielingen voornamelijk in ebrichting verplaatsen. De invloed op de naastliggende drempels in de vaargeul ten oosten van de verspreidingslocatie is daardoor verwaarloosbaar klein. Er is naar verwachting geen extra sedimenterend effect op de Drempel van Vlissingen. 17
3 WATERBEWEGING EN SEDIMENTTRANSPORT 3.1 Inleiding In dit hoofdstuk kwantificeren we de effecten van de voorgestelde verdieping van de Maatwerkgeul Wielingen op de hydrodynamica en geomorfologie met behulp van berekeningen met een waterbewegingsen sedimenttransportmodel. Voor een gedetailleerde beschrijving van de opzet en kalibratie van dit Delft3D model verwijzen we naar Grasmeijer et al (2013). We hebben berekeningen uitgevoerd voor de huidige situatie zonder verdieping en voor de situatie met verdieping. Alle overige modelinstellingen zijn ongewijzigd ten opzichte van die toegepast door Grasmeijer et al (2013). Om een indruk te geven van de variatie van het effect van de verdieping onder verschillende getij-condities hebben we berekeningen gemaakt voor een gehele doodtij-springtij cyclus. Op 9 plaatsen in het modeldomein zijn in en rond de geul monitoringspunten aangebracht (figuur 3.1). Voor deze punten tonen we tijdseries van de waterstanden, gemiddelde stroomsnelheden en -richtingen en berekende zandtransporten. De punten P01, P02 en P03 en P07, P08 en P09 liggen in een lijn langs respectievelijk de westelijke en oostelijke begrenzing van de Maatwerkgeul. De punten P04, P05 en P06 liggen in een lijn ter hoogte van het centrale gedeelte van de Maatwerkgeul waar de verdieping maximaal is. Figuur 3.1 Ligging monitoringspunten voor modeluitvoer. In de volgende paragrafen gaan we eerst in op de berekende veranderingen in de waterbeweging door de verdieping. Daarna bespreken we het effect op de zandtransportcapaciteit. Dit vertalen we naar het effect op de baggerinspanning in de nieuwe situatie. 3.2 Waterstanden en stroomsnelheden De grootte van de effecten van geulverdieping op de waterbeweging is afhankelijk van de omvang van de ingreep in verhouding tot de omvang van de geul. In het vorige hoofdstuk hebben we reeds laten zien dat het baggeroppervlak in dwarsdoorsnede zeer beperkt is ten opzichte van het totale geul oppervlak. Op voorhand mogen we daarom ook een zeer klein effect op de waterbeweging verwachten. Om dit te illustreren, bespreken we allereerst de waterbeweging in de huidige situatie en daarna het effect van de verdieping op waterstanden, stroomsnelheden en -richtingen. Figuur 3.2 toont de berekende stroomsnelheid en stroomrichting tijdens vloed. De stroomsnelheden in de Wielingen bedragen dan zo n 1 m/s. Tijdens eb is de stroming hier nog iets sterker (consistent met de eerdergenoemde ebdominantie van de geul), waarbij de grootschalige stroming zich concentreert in de geulen (figuur 3.3). 18
Figuur 3.2 Berekende stroomsnelheid tijdens vloed (opkomend tij, net voor hoogwater). De getoonde waterstanden (inset) komen overeen met punt P05. Het vectorveld (pijltjes) is uitgedund met een factor 3 in beide richtingen. Figuur 3.3 Berekende stroomsnelheid tijdens eb (afgaand tij). De getoonde waterstanden (inset) komen overeen met punt P05. Het vectorveld (pijltjes) is uitgedund met een factor 3 in beide richtingen. Figuur 3.4 toont de berekende waterstanden, stroomsnelheden en stroomrichtingen op locatie P05 in de huidige situatie zonder verdieping. Gemiddeld ligt het hoogwater op NAP +1,95 m en het laagwater op NAP -1,74 m met een tijverschil van 3,69 m. De stroomsnelheid tijdens een gemiddelde eb en vloed bedraagt circa 1 m/s. Bij springtij ligt dit met ongeveer 1,40 m/s iets hoger en tijdens doodtij met ongeveer 0,70 m/s iets lager. 19
Figuur 3.4 Berekende waterstand, stroomsnelheid en stromingsrichting voor punt P05. Figuur 3.5 toont het berekende effect van de verdieping op de waterstanden, stroomsnelheden en stroomrichtingen op locatie P05. In deze figuur is te zien dat het effect, zoals verwacht, zeer gering is. Het maximale effect op de waterstanden bedraagt enkele millimeters. Hiermee samenhangend is ook het berekende effect op de stroomsnelheid zeer gering. De verandering van de stroomsnelheid bedraagt minder dan 1% van de hier optredende stroomsnelheden en is zeer klein ten opzichte van de natuurlijke variatie door bijvoorbeeld weersomstandigheden. Figuur 3.5 Berekende effect van verdieping op waterstand, stroomsnelheid en stromingsrichting voor punt P05: verdiepte situatie minus huidige situatie. 20
Ook op locaties aan weerszijden van de geul is het effect van de verdieping zeer gering. Ter illustratie tonen figuur 3.6 en figuur 3.7 het effect respectievelijk ten noorden en ten zuiden van de geul. Het effect op de waterstanden is ook hier enkele millimeters. De stroomsnelheden nemen af met enkele millimeters per seconde. Figuur 3.6 Gemodelleerde verschil waterstand, stroomsnelheid en stromingsrichting voor punt P06: verdiepte situatie minus huidige situatie. Figuur 3.7 Gemodelleerde verschil waterstand, stroomsnelheid en stromingsrichting voor punt P04: verdiepte situatie minus huidige situatie. 21
Punten P01, P03 en P07, P08, P09 op grotere afstand van het gebied met maximale verdieping tonen nauwelijks verschillen met de huidige situatie: de tijdseries van waterstanden en stroomsnelheden en richtingen tonen geen duidelijke trend (Bijlage E). Punt P02 langs de geul-as toont een lichte toename in stroomsnelheid gemiddeld over de doodtij-springtij cyclus. Ook hier is echter sprake van verschillen van slechts enkele mm/s. Uit het voorgaande blijkt dat het effect van de verdieping op waterstanden en stroomsnelheden beperkt is en vooral van lokale aard. In de directe omgeving van de verdieping nemen met name de ebsnelheden marginaal toe (figuur 3.5), terwijl aan weerszijden van de Maatwerkgeul deze snelheden juist iets afnemen. Dit proces wordt getoond in figuur 3.8. Ook uit dit figuur blijkt het beperkte en lokale karakter van de voorgestelde ingreep. De lokale verdieping heeft geen effect op het grootschalige verhangsysteem. Figuur 3.8 Verschilplot van de berekende stroomsnelheid in de verdiepte situatie minus de huidige situatie tijdens afgaand tij. De getoonde waterstanden (inset) komen overeen met punt P05. Het vectorveld (pijltjes) is uitgedund met een factor 3 in beide richtingen. 3.3 Getijdebieten in relatie tot morfodynamiek Volgens stabiliteitsrelaties zoals bijvoorbeeld die van Gerritsen & De Jong (1985) is er een lineair verband tussen de doorsnede van een getijgeul en het debiet dat door die getijgeul stroomt. Een verandering van het getijdebiet kan op deze manier vertaald worden in een morfologische verandering. Ervan uitgaande dat de geul op dit moment in evenwicht is met het debiet dat er door stroomt kan een toename van het debiet vertaald worden naar een toename van de doorsnede van de geul en vice versa. Figuur 3.9 toont het momentane debiet door een geuldoorsnede voor de huidige situatie. Hieruit blijkt dat het debiet maximaal ongeveer 100.000 m 3 /s bedraagt. Figuur 3.10 toont het effect van de verdieping op dit debiet (verschildebiet tussen verdiept en huidig). Hieruit blijkt een toename van maximaal orde 250 m 3 /s. Dit is een toename van minder dan 0,5% en daarmee zeer klein ten opzichte van de natuurlijke variatie van de geuldoorsnede van ongeveer 5% (zie bijv. figuur 2.16). De natuurlijke dynamiek van de geul is dus een orde groter dan de relatieve omvang van de verdieping. We verwachten daarom geen morfologische aanpassing van de geuldoorsnede als gevolg van de verdieping. Op basis hiervan verwachten we ook een betrekkelijk klein effect op het onderhoudsbaggerwerk in de Wielingen. 22
Figuur 3.9 Momentaan debiet door de Wielingen Figuur 3.10 Effect verdieping Maatwerkgeul op instantaan debiet door de Wielingen 3.4 Sedimenttransport en onderhoudsbaggerwerk De relatieve verandering van het berekende sedimenttransport geeft een indicatie van het effect op het onderhoudsbaggerwerk. Voor genoemde monitoringspunten hebben we daarom naast de waterbeweging ook het sedimenttransport berekend. Dit betreft zowel het bodemtransport als het suspensietransport. Figuur 3.11 toont de resultaten voor punt P05. Conform de verwachtingen is het suspensietransport dominant. Figuur 3.11 Gemodelleerde bodemtransport en suspensief transport voor punt P05. 23
Samenhangend met de lichte toename in stroomsnelheid neemt het berekende sedimenttransport gemiddeld over de doodtij-springtij cyclus in de geul licht toe (figuur 3.12). Dit betreft een toename van ongeveer 5%. Voor punten juist buiten de geul nemen de berekende transporten juist iets af (figuur 3.13 en figuur 3.14). Ook hiervoor geldt dat de absolute grootte van de veranderingen lokaal en zeer klein is. Het heeft geen invloed op het grootschalig morfologisch gedrag van geulen en platen en het meergeulensysteem van de Westerschelde. Deze kleine en lokale aanpassing van het sedimenttransportpatroon kan leiden tot verandering van het onderhoudsbaggerwerk. Op sommige plaatsen kan het onderhoudsbaggerwerk afnemen terwijl dit op andere plaatsen iets toe kan nemen. Op basis van de berekeningsresultaten verwachten we dat de netto toename niet meer zal bedragen dan maximaal 5% van het huidige onderhoud. Figuur 3.12 Gemodelleerde verschil bodemtransport en suspensief transport voor punt P05: verdiepte situatie minus huidige situatie 24
Figuur 3.13 Gemodelleerde verschil bodemtransport en suspensief transport voor punt P04: verdiepte situatie minus huidige situatie Figuur 3.14 Gemodelleerde verschil bodemtransport en suspensief transport voor punt P06: verdiepte situatie minus huidige situatie 25
4 VERTROEBELING DOOR BAGGEREN EN VERSPREIDEN 4.1 Inleiding De effecten van het aanlegbaggerwerk en het verspreiden van de specie op de sedimentatie en vertroebeling zijn berekend met een Delft3D-model van de Westerschelde. De baggerstrategie is geschematiseerd op basis van de aangeleverde beschrijving van de werkzaamheden en de effecten zijn berekend gedurende een periode van drie weken en, ter bepaling van na-ijleffecten, voor een periode van vier weken daarna. 4.2 Uitgangspunten baggeren en verspreiden Sedimenteigenschappen Aquifer Advies (2016) heeft bemonstering van de waterbodem langs het te baggeren traject uitgevoerd met behulp van een vibrocore vanaf een werkboot. De geul werd hierbij verdeeld in 4 vakken (zie bijlage H). Zoals verwacht werd er zand aangetroffen. Daarnaast is er relatief veel slib aangetroffen in vak 1,3 en 4 (Aquifer Advies, 2016). Het meeste baggerwerk vindt plaats in vak 3. Uit de zeefkromme blijkt dat het sediment voor ruim 65% uit deeltjes kleiner dan 63 µm bestaat. Voor de vertroebelingsberekeningen is daarom dit percentage toegepast. Voor het slib is een kritische schuifspanning voor erosie van 0,1 N/m 2 gehanteerd en een valsnelheid van 0,5 mm/s. Bagger- en verspreidingsstrategie De verdieping van de Maatwerkgeul wordt uitgevoerd met een hopperzuiger met een beunvolume van 3.500 m 3. Het materiaal wordt op de verspreidingslocatie geklapt door opening van de bodemdeuren van de hopper. Het baggeren en verspreiden van het sediment is in het model geschematiseerd tot een tweeuurlijkse cyclus. Dit wil zeggen dat er elke twee uur gedurende ongeveer 10 minuten een hoeveelheid sediment op de verspreidingslocatie wordt geklapt. Uitgaande van een totaal in-situ volume van 600.000 m 3 kan het sediment dan in ruim 3 weken worden gebaggerd en verspreid. In werkelijkheid zal de uitvoeringsduur waarschijnlijk langer zijn. De periode van drie weken is een daarom een worst case scenario. Bij een langere uitvoeringsduur is de extra vertroebeling lager maar de duur uiteraard langer. Achtergrondconcentratie Het berekende effect van het baggeren en verspreiden vergelijken we met de achtergrondconcentratie. Figuur 4.1 toont de gemiddelde achtergrondconcentratie nabij het wateroppervlak volgens Van Kessel et al (2011). Hierin is te zien dat de gemiddelde waarde ter hoogte van de Maatwerkgeul 40-75 mg/l bedraagt. Figuur 4.1. Gemiddelde achtergrondconcentratie nabij wateroppervlak volgens Kessel et al (2011) 26
4.3 Effecten baggerspecieverspreiding op vertroebeling Slibconcentraties nabij het wateroppervlak Voor zichtjagende vogels zoals meeuwen, visdiefjes en sterns is doorzicht in het water belangrijk. Dit wordt grotendeels bepaald door de hoeveelheid slib in het water nabij het oppervlak. In deze paragraaf tonen we daarom allereerst het effect van de baggerspecieverspreiding op de slibconcentraties nabij het wateroppervlak. Figuur 4.2 toont de daggemiddelde extra slibconcentratie nabij het wateroppervlak op dag 7 van de verspreidingsperiode. De zwarte stip geeft de verspreidingslocatie aan. De concentraties in het zwaartepunt van de pluim bedragen ongeveer 10-20 mg/l. De grootte van dit deel van de pluim bedraagt ongeveer 25 km in langsrichting en 3 km dwars. Heel lokaal kan de concentratie in dit deel van de pluim oplopen tot 20-50 mg/l. Dit is bijvoorbeeld het geval op de verspreidingslocatie zelf. De grootte van het deel met een concentratie > 2 mg/l bedraagt ongeveer 50 km in langsrichting en 5-10 km dwars. Na drie weken van baggerspecieverspreiding is de pluim in omvang toegenomen (figuur 4.3). Dit is de laatste dag van de verspreidingsperiode. Het zwaartepunt van de pluim met een concentratie van 10-20 mg/l is ongeveer 45 km lang en 5-10 km breed. Het deel met een concentratie > 2 mg/l is ongeveer 80 km lang en 5-20 km breed. Na drie weken van baggerspecieverspreiding en drie weken zonder verspreiding is de pluim zodanig verdund en opgenomen in de bodem dat de extra slibconcentraties nabij het wateroppervlak door baggerspecieverspreiding altijd kleiner zijn dan 2 mg/l. Ter illustratie van deze afname toont figuur 4.4 een tijdserie van de extra daggemiddelde slibconcentratie nabij het wateroppervlak op de verspreidingslocatie. Deze toont een geleidelijke toename tijdens de verspreiding en een betrekkelijk snelle afname erna. Figuur 4.2. Daggemiddelde extra slibconcentratie nabij het wateroppervlak op dag 7 van de baggerspecieverspreidingsperiode 27
Figuur 4.3. Daggemiddelde extra slibconcentratie nabij het wateroppervlak op dag 21 van de baggerspecieverspreidingsperiode Figuur 4.4. Tijdserie van de daggemiddelde extra slibconcentratie op de verspreidingslocatie tijdens en na baggerspecieverspreiding 28
Verticale verdeling van slibconcentraties De concentratie dieper in het water kan van belang zijn voor bijvoorbeeld vissen en andere organismen. Figuur 4.5 toont de verticale verdeling van de relatieve slibconcentratie op een representatieve locatie in de Maatwerkgeul. Hierin is te zien dat de concentratie nabij het wateroppervlak ongeveer de helft bedraagt van de dieptegemiddelde waarde en bij de bodem ongeveer het dubbele ervan. Op deze manier kunnen de bovengenoemde concentraties nabij het water oppervlak omgerekend worden naar waarden dieper in de waterkolom. Figuur 4.5. Berekende verticale verdeling van de relatieve slibconcentratie 4.4 Effecten baggerspecieverspreiding op sedimentatiesnelheid Figuur 4.6 toont de berekende maximale sedimentatiesnelheid door de baggerspecieverspreiding uit de verdieping van de Maatwerkgeul. Deze is van belang voor bodemdieren die eventueel bedekt zouden kunnen worden. Figuur 4.6 laat zien dat de maximale sedimentatiesnelheid in de nabije omgeving van de verspreidingslocatie varieert van 0,4-1,0 mm per dag. In een ruimer gebied van 40 km lang en 5 km breed bedraagt dit maximaal 0,2-0,3 mm per dag. Verder van de verspreidingslocatie neemt dit af. 29
Figuur 4.6. Berekende maximale sedimentatiesnelheid van slib door baggerspecieverspreiding 30
5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN De conclusies van deze studie zijn hieronder per thema puntsgewijs samengevat: Waterstanden en stroomsnelheden Het effect van verdieping van de Maatwerkgeul op de waterstanden is lokaal en zeer gering. Het maximale effect op de waterstanden in de nabijheid van de geul bedraagt enkele millimeters. Buiten de geul is het effect nihil. Ook het effect op de stroomsnelheid is lokaal en zeer gering. De verandering van de stroomsnelheid (lichte toename in de geul en afname juist er buiten) bedraagt minder dan 1% van de hier optredende stroomsnelheden en zeer klein ten opzichte van de natuurlijke variatie door bijvoorbeeld weersomstandigheden, seizoen en klimaat. Geuldebiet in relatie tot morfologie en onderhoudsbaggerwerk In het algemeen bestaat er een lineair verband tussen de doorsnede van een getijgeul en het debiet dat door die getijgeul stroomt. Het berekende effect van de verdieping van de Maatwerkgeul op het getijdebiet bedraagt minder dan 0,5% en is daarmee zeer klein ten opzichte van de natuurlijke variatie van de geuldoorsnede van ongeveer 5%. We verwachten daarom geen morfologische aanpassing van de geuldoorsnede als gevolg van de verdieping. Op basis hiervan verwachten we ook een betrekkelijk klein effect op het onderhoudsbaggerwerk in de Wielingen. Sedimenttransport en onderhoudsbaggerwerk De relatieve verandering van het berekende sedimenttransport geeft een indicatie van het effect op het onderhoudsbaggerwerk. De berekende zandtransporten nemen in de vaargeul licht toe (~5%). Juist buiten de vaargeul nemen de berekende transporten juist iets af. Dit leidt tot een interne herverdeling van het totale transport. Op basis van de berekeningsresultaten verwachten we dat de netto toename niet meer zal bedragen dan maximaal 5% van het huidige onderhoud. Het heeft geen invloed op het grootschalig morfologisch gedrag van geulen en platen en het meergeulensysteem van de Westerschelde. De baggerspecie wordt verspreid op een locatie ten oosten (vloedrichting) en in het verlengde van het te verdiepen tracé. De specie bestaat voor een groot deel uit fijn materiaal dat zich niet in de hoofdgeulen zal afzetten. Het grovere zandige deel zal zich door de ebdominantie van de Wielingen voornamelijk in ebrichting verplaatsen. De invloed op de naastliggende drempels in de vaargeul ten oosten van de verspreidingslocatie is daardoor verwaarloosbaar klein. Er is naar verwachting geen extra sedimenterend effect op de Drempel van Vlissingen. Vertroebeling en sedimentatie door baggeren en verspreiden Het berekende effect van het baggeren en verspreiden vergelijken we met de achtergrondconcentratie. De gemiddelde achtergrondconcentratie slib nabij het wateroppervlak ter hoogte van de Maatwerkgeul bedraagt 40-75 mg/l. Op dag 7 van de verspreidingsperiode bedragen de concentraties in het zwaartepunt van de pluim bedragen ongeveer 10-20 mg/l. De grootte van dit deel van de pluim bedraagt ongeveer 25 km in langsrichting en 3 km dwars. Heel lokaal kan de concentratie in dit deel van de pluim oplopen tot 20-50 mg/l. Dit is bijvoorbeeld het geval op de verspreidingslocatie zelf. De grootte van het deel met een concentratie > 2 mg/l bedraagt ongeveer 50 km in langsrichting en 5-10 km dwars. Na drie weken van baggerspecieverspreiding is de pluim in omvang toegenomen. Dit is de laatste dag van de verspreidingsperiode. Het zwaartepunt van de pluim met een concentratie van 10-20 mg/l is ongeveer 45 km lang en 5-10 km breed. Het deel met een concentratie > 2 mg/l is ongeveer 80 km lang en 5-20 km breed. Na drie weken van baggerspecieverspreiding en drie weken zonder verspreiding is de pluim zodanig verdund en opgenomen in de bodem dat de extra slibconcentraties nabij het wateroppervlak door baggerspecieverspreiding altijd kleiner zijn dan 2 mg/l. 31
De berekende maximale sedimentatiesnelheid door de baggerspecieverspreiding uit de verdieping van de Maatwerkgeul in de nabije omgeving van de verspreidingslocatie varieert van 0,4-1,0 mm per dag. In een ruimer gebied van 40 km lang en 5 km breed bedraagt dit maximaal 0,2-0,3 mm per dag. Verder van de verspreidingslocatie neemt dit af. 32
6 REFERENTIES Aquifer Advies, 2016. Verkennend waterbodemonderzoek cap-size geul Wielingen. Rapportnummer rap16008. Aquifer Advies, 3 mei 2016. Elias, E. en A. van der Spek, 2014. Grootschalige morfologische veranderingen in de Voordelta, Werkdocument, Deltares Van Kessel, T., Vanlede, J. De Kok, J., 2011. Development of a mud transport model for the Scheldt estuary. Continental ShelfResearch 31 (2011) S165 S181. Van Enckevort, I., 1996. Morfologisch onderzoek Westerschelde monding (No. R96-21). Instituut voor Marien en Atmosferisch Onderzoek Utrecht (IMAU), Utrecht, The Netherlands. Winterwerp, J.C., Jeuken, M.C.J.L., Van Helvert, M.A.G., Kuijper, C., Van der Spek, A., Stive, M.J.F., Thoolen, P.M.C., Wang, Z.B., 2000. Lange Termijn Visie Schelde Estuarium cluster Morfologie. Uitvoeringsfase. Deel 2: Appendices (No. Z2878). WL Delft Hydraulics, Delft, The Netherlands. 33
RAPPORTBIJLAGEN 34
BIJLAGE A 35
36
37
38
39
40
BIJLAGE B 41
42
43
44
45
BIJLAGE C 46
47
48
49
50
51
52
BIJLAGE D 53
54
55
56
57
BIJLAGE E 58
59
60
61
62
BIJLAGE F 63
64
65
66
67
BIJLAGE G 68
69
70
71
72
BIJLAGE H: BOORPUNTENKAART 73
Arcadis Nederland B.V. Postbus 137 8000 AC Zwolle Nederland +31 (0)88 4261 261 www.arcadis.com Projectnummer: C05062.000019.0100 Onze referentie: 078982278 B 74