Amsterdam-Rijnkanaal

Kwaliteitsanalyse Beslissings Ondersteunend Systeem Noordzeekanaal/Amsterdam-Rijnkanaal

Afstudeeronderzoek A. Goedbloed Oktober 2006 Rapportnummer: WSW 06.11

Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Subfaculteit Civiele Techniek, Sectie Waterhuishouding

Ministerie van Verkeer en Waterstaat Rijkswaterstaat Noord-Holland

Samenvatting Het Noordzeekanaal en Amsterdam-Rijnkanaal spelen een belangrijke rol in het waterbeheer van West Nederland. Grote delen van Noord-Holland Zuid-Holland en Utrecht voeren overtollig water af naar zee via deze twee kanalen. Ten behoeve van deze waterafvoer staat bij IJmuiden het spui-maalcomplex. Hier kan tijdens laag water op zee onder vrij verval water via de spuisluis naar zee stromen. In het geval dat de aanvoer van water groter is dan de spuimogelijkheden kan water door middel van de pompen weggepompt worden. Het spui-maalcomplex bij IJmuiden wordt handmatig bediend. Ter ondersteuning van de beheerders van dit complex is een Beslissingsondersteunend systeem (BOS) operationeel. Dit BOS maakt een voorspelling voor de komende 24 uur over de te verwachtte aanvoer en afvoermogelijkheden en geeft een advies over de in zet van de spuisluis en pompen op het spui-maalcomplex. Het BOS is sinds 2004 actief maar functioneert niet naar behoren. De beheerders maken nauwelijks gebruik van het systeem omdat de adviezen onvoldoende overeenkomen met het werkelijk nodig beheer. De volgende probleemstelling kan geformuleerd worden: Op dit moment is het BOS niet nauwkeurig genoeg om de waterbeheerders in voldoende mate te ondersteunen. De doelstelling van dit project is: De hydrologische onderdelen van het BOS onderzoeken op mate van onnauwkeurigheid. Ook zal worden aangegeven welke oplossingsrichtingen bestaan om het totale BOS voldoende nauwkeurigheid te geven. Het BOS bestaat uit verschillende modules. Dit onderzoek heeft zich gericht op de adviesmodule van het BOS. In figuur 0.1 is de structuur van de adviesmodule weergegeven.

Figuur 0.1 Schema adviesmodule

I

Verschillende onderdelen van de adviesmodule zijn apart geanalyseerd. Deze onderdelen zijn: • Strategie keuze en het algemeen operationeel gebruik van het BOS; • Aanvoervoorspeller; • Intern model en de beginvoorwaarde; • Getijvoorspelling. Operationeel gebruik. Op dit moment moet de beheerder handmatig een keuze maken voor een beheersstrategie voor het BOS. Op dit moment wordt er door de beheerders nauwelijks gebruik gemaakt van het BOS en dus ook niet van het keuzemenu. Dit heeft tot gevolg dat het advies van het BOS vaak niet overeenkomt met de dan geldende omstandigheden. Ook functioneert het BOS te veel als een “black box”. De belangrijkste aanbeveling is om de resultaten van de verschillende onderdelen te presenteren aan de beheerder en de beheerder meer invloed te geven op de resultaten van de verschillende onderdelen van het BOS. Op deze manier kan het BOS een integraal onderdeel gaan uitmaken van de beheersstrategie van de beheerder. Het BOS moet ook in staat zijn om volledig zelfstandig een strategiekeuze te maken afhankelijk van de verhouding tussen aanvoer en spuimogelijkheden. Dit zal het gebruiksgemak voor de beheerder vergroten. Aanvoervoorspeller De aanvoervoorspeller bepaald via een aantal representatieve meetwaarden de verwachte aanvoer. Deze representatieve meetwaarden worden via een aantal formules omgezet in een totale aanvoer. Het blijkt dat de voorspelde aanvoer structureel lager is dan de werkelijk gemeten afvoer bij het spui-maalcomplex in IJmuiden. Daarom is een aantal concrete verbeteringen voorgesteld: • Toepassen van een correctiefactor op de aanvoer om te compenseren voor de sluitfout in de waterbalans waar de formules op gebaseerd zijn; • In plaats van het gebruik van één 10-minutenwaarde in bepaalde formules een gemiddelde van 24 uur gebruiken; • Controleren van alle formules met actuele meetwaarden en eventueel formules aanpassen; • Voor aanvoervoorspellingen van grote objecten gebruik maken van het aantal draaiuren in plaats van het gemiddelde debiet over 24 uur; • Parallel aan de aanvoervoorspeller gebaseerd op de verschillende aanvoerposten kan gebruik worden gemaakt van een bestaand rekenblad dat de aanvoer bepaald aan de hand van neerslaggegevens. Dit rekenblad dient wel verder verfijnd te worden maar uiteindelijk zou de uitkomst van het rekenblad als controle aanvoer kunnen gelden. Intern model en beginvoorwaarde Het BOS maakt voor het bepalen van de inzet van het spui-maalcomplex een simulatie met een model. In dit model wordt uitgegaan van een kombergingsbenadering. Dit model houdt dus geen rekening met peilverschillen op verschillende locaties in het systeem. Hierdoor kan de berging in het systeem niet goed geschat worden. Ook treden er afwijkingen op bij het bepalen van het spuidebiet. Daarom is een nieuw model ontwikkeld dat het systeem opdeelt in 10 bakken zodat een beter beeld kan worden verkregen van de staat van het gehele systeem. Dit model heeft ook de mogelijkheid om windeffecten mee te nemen in de berekening. De resultaten waren echter niet goed genoeg om deze effecten mee te laten nemen in het BOS. Ook dient de formule voor de berekening van het Spuidebiet nog verbeterd worden. De formule dient aangepast te worden aan de output waarden van het model.

II

Getijvoorspelling De getijvoorspelling functioneert als benedenstroomse randvoorwaarde in de berekening van het BOS. De getijvoorspelling wordt aangeleverd door het RIKZ. De nauwkeurigheid van deze voorspelling is essentieel voor de bepaling van met name het mogelijk spuidebiet. Vanwege het belang voor het bepalen van het spuidebiet dient vooral de voorspelling van het laagwater extra nauwkeurig te zijn. Op dit moment is de voorspelling nog te onnauwkeurig. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het ontbreken van een goed beginvoorwaarde voor het model dat de voorspelling genereert. Deze beginvoorwaarde kan geleverd worden door een nieuw te installeren meetpunt op het Buitenspuikanaal. Door middel van al deze verbeteringen zou het BOS een grotere nauwkeurigheid moeten krijgen en van groter nut kunnen zijn voor de beheerders van het Noordzeekanaal en Amsterdam-Rijnkanaal.

III

IV

Inhoudsopgave Samenvatting ............................................................................................................. I 1 Inleiding .............................................................................................................. 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Aanleiding ..................................................................................................................1 Probleemstelling ........................................................................................................2 Doelstelling ................................................................................................................2 Aanpak.......................................................................................................................3

1.4.1

1.5

2

Systeembeschrijving ......................................................................................... 5 2.1

Watersysteem ............................................................................................................5

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4

2.2 2.3

Meetnet NZK/ARK ...................................................................................................14 Omschrijving ............................................................................................................17

3.1.1 3.1.2

3.2 3.3

3.4

Operationeel beheer NZK/ARK zonder BOS ................................................................ 17 Operationeel gebruik BOS............................................................................................. 18

Tekortkomingen Structuur BOS ...............................................................................20 Oplossingsrichting....................................................................................................21

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4

Zelfstandige strategiekeuze door BOS.......................................................................... 21 Totaalvolume aanvoer ................................................................................................... 22 Maximaal spuivolume .................................................................................................... 22 Berging in het systeem .................................................................................................. 23

Conclusies en aanbevelingen ..................................................................................24

Aanvoervoorspeller ......................................................................................... 25 4.1 4.2

Omschrijving ............................................................................................................25 Tekortkomingen aanvoervoorspeller........................................................................26

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7

4.3

4.4

Omschrijving .................................................................................................................. 26 Afwijkende uitkomsten aanvoervoorspeller bij gebruik meetwaarden........................... 28 Ontbreken sluitfoutcorrectie........................................................................................... 29 Foute voorspellingen ..................................................................................................... 29 Slechte correlatie tussen meetwaarden en totaalaanvoer ............................................ 30 Ontbrekende of verkeerde meetwaarden...................................................................... 32 Gebruik gemiddelde 24 uur ........................................................................................... 33

Oplossingsrichting aanvoervoorspeller ....................................................................34

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5

5

Omschrijving BOS ........................................................................................................... 9 Adviesmodule van het BOS........................................................................................... 11

Operationeel beheer NZK/ARK ....................................................................... 17 3.1

4

Noordzeekanaal............................................................................................................... 5 Amsterdam-Rijnkanaal .................................................................................................... 5 Ontwikkeling waterbeheer ............................................................................................... 6 Huidig beheer NZK/ARK.................................................................................................. 8

Beslissingsondersteunend Systeem ..........................................................................9

2.2.1 2.2.2

3

Gebruik van gegevens..................................................................................................... 3

Leeswijzer ..................................................................................................................3

Verbetering formules of tabellen.................................................................................... 34 Sluitfoutcorrectie ............................................................................................................ 34 Verandering gebruik type meetwaarde.......................................................................... 35 Aanvoerverdeling over 24 uur ....................................................................................... 36 Toepassen andere methode voor berekening aanvoer................................................. 39


Intern model ..................................................................................................... 41 5.1

Beschrijving huidige model ......................................................................................41

5.1.2

5.2

5.2.1 5.2.2

5.3

Kwaliteit 1-bakmodel...................................................................................................... 42

Tekortkomingen Intern Model ..................................................................................44 Beginvoorwaarde waterstand ........................................................................................ 44 Berekend spuivolume wijkt af van werkelijk spuivolume ............................................... 45

Oplossingsrichting....................................................................................................48

5.3.1 5.3.2

Kwaliteit 10-bakmodel ................................................................................................... 48 Verbetering beginvoorwaarde ....................................................................................... 49

V

5.3.3

5.4

6

Verbetering berekening spuivolume .............................................................................. 50


Getijvoorspelling.............................................................................................. 53 6.1 6.2

Omschrijving ............................................................................................................53 Tekortkomingen Getijvoorspelling............................................................................53

6.2.1 6.2.2 6.2.3

6.3

Verkeerde beginvoorwaarde ......................................................................................... 53 Kwaliteit vervalberekening............................................................................................. 54 Getijvoorspelling in het BOS.......................................................................................... 56

Oplossingsrichting....................................................................................................57

6.3.1

6.4

7

Beginvoorwaarde en vervalberekening ......................................................................... 57


Wind .................................................................................................................. 59 7.1 7.2 7.3

Omschrijving ............................................................................................................59 Analyse optredende windsnelheden en richting ......................................................60 Effecten op het kanaal .............................................................................................61

7.3.1 7.3.2 7.3.3

7.4

Testperiode 4 tot 13 februari 2006 ................................................................................ 62 Testperiode 27 maart tot 4 april 2006............................................................................ 65 Testperiode 1 tot 13 Augustus 2006.............................................................................. 67

Analyse berekening windeffecten door modellen ....................................................68

7.4.1 7.4.2

7.5

8

Beschrijving tests........................................................................................................... 68 Resultaten...................................................................................................................... 70


Conclusies en aanbevelingen......................................................................... 75 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6

Operationeel gebruik................................................................................................75 Aanvoervoorspeller ..................................................................................................75 Intern model .............................................................................................................76 Getijvoorspelling ......................................................................................................76 Wind.........................................................................................................................76 Algemeen.................................................................................................................77

Literatuurlijst........................................................................................................... 78 Bijlagen.................................................................................................................... 79 Bijlage A A.1 A.2 A.3 A.4 A.5 A.6 A.7

Opmerkingen.................................................................................................79 Gemaal Zeeburg................................................................................................................ 79 Fouten in formules Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht .................................... 79 BOS Kadoelen niet meer actief ......................................................................................... 81 Verschillende formules voor spuidebiet............................................................................. 81 Formule spuisluis en Hysterese spuidebiet....................................................................... 82 Fouten in de waterstandmeting ......................................................................................... 84 Te groot aanvoervolume door aanvoervoorspeller............................................................ 85

Bijlage B B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 B.6 B.7 B.8 B.9 B.10

Formules aanvoervoorspeller........................................................................87 Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier .............................................................. 87 Hoogheemraadschap van Rijnland ................................................................................... 88 Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht ................................................................... 88 Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden................................................................... 90 Inlaat vanuit de Lek ........................................................................................................... 91 Schutverliezen ................................................................................................................... 91 Instroom vanuit gemaal Zeeburg....................................................................................... 92 Neerslag en verdamping ................................................................................................... 92 Effluent vanuit RWZI’s ....................................................................................................... 93 Industrie ............................................................................................................................. 93

Bijlage C

Neerslag-afvoer relatie..................................................................................95

C.1 Inleiding ............................................................................................................................. 95 C.2 Aanpak............................................................................................................................... 96 C.2.1 Afvoergegevens............................................................................................................. 96 C.2.2 Neerslaggegevens......................................................................................................... 97 C.2.3 Verdamping ................................................................................................................... 99 C.2.4 Berekeningsvarianten.................................................................................................... 99 C.3 Resultaten en conclusies................................................................................................. 100

VI

C.3.1 C.3.2 C.3.3 C.3.4 C.3.5 C.4 C.5 C.6 C.7

Gebruikte neerslagperiode in relatie............................................................................ 100 Relatie met neerslag in zelfde dag als berekening...................................................... 101 Verdamping en berging meenemen in relatie ............................................................. 102 Resultaten basisafvoer ................................................................................................ 102 Gebruik verschillende datasets ................................................................................... 102 Aanbevelingen ................................................................................................................. 104 Resultaten BOS database heel 2005 .............................................................................. 106 Resultaten BOS database oktober2005 tot januari 2006 ................................................ 108 Resultaten Aquadata geheel 2005 .................................................................................. 110

Bijlage D D.1 D.2

Bijlage E

Beschrijving Nieuw model ...........................................................................113

Schematisering ................................................................................................................ 116 Koppeling aanvoervoorspeller ......................................................................................... 117

Nieuw beheer ..............................................................................................119

VII

VIII

1

Inleiding

1.1 Aanleiding Het Noordzeekanaal (NZK) loopt van IJmuiden tot het Markermeer waarvan het door de Oranjesluizen gescheiden is. Het NZK staat hier wel in open verbinding met het AmsterdamRijnkanaal (ARK) dat doorloopt tot de Lek bij Wijk bij Duurstede. De twee kanalen zijn aangelegd in respectievelijk 1875 en 1952. Ook de stadswateren van Amsterdam en het boezemgebied van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht staan in open verbinding met het NZK.

Figuur 1.1 NZK en ARK in Nederland (bron: Rijkswaterstaat Noord-Holland)

De haven van Amsterdam is gelegen langs het NZK. Ook liggen steden als Amsterdam en Utrecht direct langs de kanalen. Het economische belang van het NZK, ARK en het omliggende gebied is daarom zeer groot. Het kwantiteits- en kwaliteitsbeheer van het NZK ligt bij Rijkswaterstaat Noord-Holland en Rijkswaterstaat Utrecht is waterkwantiteits- en waterkwaliteitsbeheerder van het ARK.

1

Het spui-maalcomplex en de inlaat bij Schellingwoude worden bediend door de waterbeheerders vanuit de continu bemande post op het spui-maalcomplex in IJmuiden. De twee belangrijkste functies van het NZK en ARK zijn de waterafvoer en scheepvaart. • Op verschillende punten wordt water ingelaten op het NZK. Dit bestaat voor een groot gedeelte uit overtollig regen en kwelwater uit de omliggende polders. • Het NZK is via de sluizen in IJmuiden de toegang voor de zeehaven van Amsterdam. Het ARK is de verbinding naar het achterland voor de binnenvaart. Vanwege de scheepvaart en het grote belang van het omliggende gebied zijn er strikte eisen aan het peil op het NZK en ARK. Deze eisen hebben zich tegelijk ontwikkeld met de vooruitgang in het gebied over de jaren heen. Om een constant peil te handhaven wordt via het spui-maalcomplex in IJmuiden water naar zee afgevoerd. Hier kan via een spuisluis tijdens laagwater op zee water worden afgevoerd. Ook bestaat de mogelijkheid één of meerdere van de zes pompen in te zetten bij veel aanvoer. Naar aanleiding van een aantal hoogwatersituaties in de jaren ‘90 en om toekomstige ontwikkelingen als zeespiegelstijging en grotere neerslaghoeveelheden aan te kunnen is in 2004 het gemaal uitgebreid van vier naar zes pompen. Parallel aan deze ontwikkelingen ontstond de behoefte aan een betere informatievoorziening voor de beheerders. Ook ontstond vanwege de hoge energielasten van de pompen de behoefte het beheer te optimaliseren, zodat er energie bespaard kan worden. Daarom is tegelijk met de uitbreiding een beslissingsondersteunend systeem (BOS) ontwikkeld. Het BOS maakt een voorspelling voor het peilverloop op het kanaal voor de komende 24 uur op basis van de verwachte aanvoer en afvoermogelijkheden. Aan de hand hiervan genereert het BOS een advies voor de inzet van het spui-maalcomplex en de inlaat bij Schellingwoude. Dit advies wordt elk uur vernieuwd met de nieuwste gegevens. Het advies wordt door het BOS geoptimaliseerd op factoren als afwijking van streefpeil en energieverbruik. Ook fungeert het BOS als database waar de beheerders gegevens over het watersysteem uit het recente verleden kunnen raadplegen. Helaas functioneert het BOS nog niet naar wens. De beheerders maken nauwelijks gebruik van de adviezen van het BOS. De acceptatie van het BOS door de beheerders is erg laag omdat de kwaliteit van de adviezen nog niet goed genoeg is.

1.2 Probleemstelling Op dit moment is het BOS niet nauwkeurig genoeg om de waterbeheerders in voldoende mate te ondersteunen.

1.3 Doelstelling De hydrologische onderdelen van het BOS onderzoeken op mate van onnauwkeurigheid. Ook zal worden aangegeven welke oplossingsrichtingen bestaan om het totale BOS voldoende nauwkeurigheid te geven.

2

1.4 Aanpak De onderdelen van het BOS kunnen gezien worden als aparte hydrologisch fenomenen. Daarom zijn deze onderdelen op zichzelf staand geanalyseerd. Van ieder onderdeel is met behulp van modellen, kennis uit eerder uitgevoerde projecten, de broncode van het geïmplementeerde onderdeel in het BOS en inhoudelijke gesprekken met de beheerders een analyse gemaakt. Achterhaald is waar de onnauwkeurigheid door wordt veroorzaakt. Voor iedere gevonden onnauwkeurigheid wordt een oplossingsrichting aangedragen.

1.4.1 Gebruik van gegevens Om een goede analyse mogelijk te maken zijn vele meetgegevens noodzakelijk. Voor hoofdstuk 4 en 6 zijn gegevens nodig uit de adviezen van het BOS. Omdat niet alle gewenste gegevens opgeslagen werden, zijn er wat aanpassingen verricht aan de outputdata van het BOS. Op deze manier kon elk advies afzonderlijk geanalyseerd worden. Pas na deze aanpassing zijn alle benodigde gegevens beschikbaar gekomen. Daarom is er voor de analyse van het BOS gebruik gemaakt van een beperkte periode. Dit is de periode van 10 mei tot 16 juni 2006. Aangenomen is dat deze periode representatief is voor het algemeen functioneren van het BOS. In sommige figuren is niet de gehele periode afgedrukt maar alleen een selectie. Dit is gedaan om de figuren te verduidelijken en omdat sommige effecten niet gedurende de hele periode optreden (bijvoorbeeld tijdens een droge periode zijn sommige pompen uit en valt er dus niks te zien). Voor het testen van verschillende modellen zijn gegevens gebruikt uit de BOS database. Er is een periode geselecteerd van 2 tot 8 mei. Ook zijn er tests gedaan met gegenereerde gegevens. Op deze manier kunnen gecontroleerde tests worden gedaan.

1.5 Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt het watersysteem en het beslissingondersteunend systeem in detail beschreven. In de hoofdstukken 3 tot en met 6 worden de verschillende hydrologische onderdelen beschreven volgens de opzet: inleiding, gevonden onnauwkeurigheden en oplossingsrichting. Per onderdeel worden conclusies getrokken. In hoofdstuk 3 komt het operationeel gebruik aan bod. In hoofdstuk 4 de aanvoervoorspeller. Hoofdstuk 5 behandelt het intern model en in hoofdstuk 6 de getijvoorspelling. In hoofdstuk 7 wordt de mogelijkheid om rekening te houden met windinvloeden in het BOS beschreven. Tot slot worden de conclusies die betrekking hebben op de nauwkeurigheid van het totale BOS weergegeven in hoofdstuk 8. Tevens worden hier de samenvattende aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. Tijdens het onderzoek zijn onvolkomenheden aangetroffen in het geïmplementeerde BOS. Er is voor gekozen een aparte bijlage te schrijven met concrete aanbevelingen voor technische verbetering van het BOS (Bijlage A).

3

4

2

Systeembeschrijving

2.1 Watersysteem 2.1.1 Noordzeekanaal Het Noordzeekanaal (NZK) is in gebruik genomen in 1876. Het is tot stand gekomen door de inpoldering van het IJ. Wat overbleef na inpolderen was het NZK. Het westelijke stuk naar de zee is uitgegraven door de duinen. Aan de zee werden sluizen aangelegd en hier ontstond de plaats IJmuiden. In het oosten werd het kanaal afgesloten van de Zuiderzee door de aanleg van de Oranjesluizen bij Schellingwoude. In de begintijd van het kanaal was scheepvaart de belangrijkste functie van het kanaal maar in de loop van de jaren is de waterhuishouding steeds belangrijker geworden. In de loop de jaren is het kanaal enkele malen verbreed tot de huidige 270 m.

Figuur 2.1 Noordzeekanaal 1875 [bron: rijksarchief Noord-Holland]

2.1.2 Amsterdam-Rijnkanaal Het Amsterdam-Rijnkanaal (ARK) is gereed gekomen in 1952. Al in 1931 is het besluit genomen dat het kanaal er moest komen maar door de crisisjaren en de oorlog liep het project vertraging op. Het kanaal diende als vervanging voor het in 1892 in gebruik genomen Merwedekanaal. Dit kanaal voldeed niet meer aan de eisen van die tijd. Ook hier was de scheepvaart de belangrijkste functie en reden voor de aanleg van het kanaal. Het ARK staat in open verbinding met het NZK. Samen vormen deze twee kanalen dus één systeem.

5

Figuur 2.2 Werkspoorbrug over Amsterdam-Rijnkanaal [bron: wikipedia.org]

2.1.3 Ontwikkeling waterbeheer Om het overtollige water van het NZK af te voeren zijn tijdens de aanleg ook twee uitwateringssluizen aangelegd, bij IJmuiden en bij Schellingwoude. Bij Schellingwoude is ook een stoomgemaal gebouwd. In 1900 is dit gemaal uitgebreid zodat de capaciteit voldoende was voor een goed beheer. Ook na de aanleg van de Afsluitdijk bleven de uitwateringssluis en gemaal bij Schellingwoude functioneren. Vóór de Tweede Wereldoorlog is een inundatiesluis aangelegd bij IJmuiden (om de nieuwe Hollandse Waterlinie onder te laten lopen bij een invasie). Deze is echter nooit gebruikt en is na de oorlog in gebruik genomen als spuisluis. Omdat er grote hoeveelheden zout water het NZK instromen door het schutten in IJmuiden heerst er een brak milieu op het NZK. In de jaren ‘60 kwam er daarom steeds meer protest tegen het pompen en uitwateren van brak water op het (zoete) Markermeer. Echter met alleen de Spuisluis in IJmuiden was het niet mogelijk een goed peil te handhaven. Daarom werd in 1966 besloten om een gemaal te bouwen bij IJmuiden.

Figuur 2.3 Spui-maalcomplex IJmuiden in vogelvlucht [bron: Rijkswaterstaat]

6

Dit gemaal is in 1975 in gebruik genomen. Het gemaal bestond uit vier pompen met een totale capaciteit van 160 m3/s. Het was nu niet meer nodig om water naar het Markermeer af te voeren. Sterker nog: er kon nu water ingelaten worden vanuit het Markermeer om dit door te spoelen. Door water in te laten bij Schellingwoude kan zoet water uit de IJssel het Markermeer instromen en zo zout kwelwater uit de Flevopolder verdringen naar het NZK waar al een brak milieu heerst. Ook wordt het zoute water dat vanaf IJmuiden het NZK instroomt teruggedrongen. In 1998 trad er een uitzonderlijk natte periode op waarin de capaciteit van het gemaal in IJmuiden niet voldoende bleek. Het overtollige water kon niet weggemalen worden, met als gevolg een grote peilstijging op het kanaal. Na deze situatie, en met het oog op toekomstige klimaatontwikkelingen, werd besloten het gemaal uit te breiden. In 2004 was de uitbreiding met twee extra pompen gereed. Nu is er een maalcapaciteit van 260 m3/s beschikbaar plus de al bestaande spuicapaciteit van 500 m3/s.

Figuur 2.4 Nieuwe pomp gemaal IJmuiden, capaciteit 50 m3/s [bron: Rijkswaterstaat]

7

2.1.4 Huidig beheer NZK/ARK Het huidige watersysteem bestaat niet alleen uit het NZK. Ook het ARK en het boezemstelsel van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV), inclusief de stadswateren van Amsterdam, staan in open verbinding met het NZK. Het totale bergend oppervlak bedraagt ongeveer 39 km2 [Beuse, 2004]. Vanuit een groot aantal verschillende posten wordt jaarlijks ongeveer drie miljard m3 water op het systeem geloosd. Het meeste water is afkomstig van de verschillende hoogheemraadschappen rond het NZK/ARK. Regenwater en kwelwater wordt vanuit de vele polders naar de boezemstelsels van de verschillende hoogheemraadschappen gepompt. Van hoger gelegen gebieden (vooral ten oosten van het ARK) komt het water onder vrije afstroming in de boezemstelsels terecht.

Figuur 2.5 Afwateringsgebied NZK en ARK (bron: Rijkswaterstaat)

8

Het boezemstelsel van AGV staat in open verbinding met het NZK/ARK. Het boezemwater stroomt dus vrij hiernaartoe. De overige hoogheemraadschappen voeren overtollig water uit de eigen boezemstelsels af naar het NZK en ARK via gemalen of sluizen. Deze hoogheemraadschappen zijn: • Hoogheemraadschap van Rijnland (HHR); • Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK); • Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden (HDSR). Overige wateraanvoer komt van: • Rioolwaterzuiveringen; • Waterinlaatsysteem (WIS) bij de Irene- en Beatrixsluizen (inclusief schutverliezen). Water wordt continu ingelaten vanuit de Lek om zoutwaterindringing vanuit het NZK naar het ARK te voorkomen; • Inlaat Schellingwoude. Dit gebeurt om het Markermeer door te spoelen zodat het zoutgehalte daar laag blijft. Ook wordt zo de zouttong op het NZK teruggedrongen in de richting van IJmuiden; • Schutverliezen door de verschillende sluiscomplexen (IJmuiden, Oranjesluizen). Ongeveer 97% van dit water wordt via het spui-maalcomplex in IJmuiden afgevoerd. Tijdens laagwater op zee kan de spuisluis worden geopend. In geval van veel aanbod van water en/of weinig spuimogelijkheden door bijvoorbeeld windopzet op zee kan het gemaal worden ingezet. Het kanaal heeft een streefpeil van –0,40 m NAP. Het minimumpeil is –0,55 m NAP en het maximumpeil is. –0,30 m NAP. Het is de zorg van de beheerders op de continu bemande post in het spui-maalcomplex om dit peil te handhaven. Ter ondersteuning van de beheerders is er sinds 2004 een Beslissingsondersteunend systeem (BOS) actief.

2.2 Beslissingsondersteunend Systeem 2.2.1 Omschrijving BOS De behoefte aan een BOS bestaat al lang. Aan deze wens ligt aantal ontwikkelingen ten grondslag: [HKV, 1997] • Ontwikkelingen bij de waterbeheerders van het NZK en ARK en van de omliggende hoogheemraadschappen om het waterbeheer te optimaliseren; • Toekomstige zeespiegelrijzing en een groter verwacht wateraanbod binnen het systeem; • Behoefte aan een betere informatievoorziening voor alle betrokken beheerders in het gebied. Het BOS is niet eerder ontwikkeld, omdat de prioriteiten van Rijkswaterstaat bij andere projecten lagen. Na de hoogwaterperiodes van 1993 en 1995 kwam hier verandering in. In 1997 is een haalbaarheidsstudie gedaan en samen met de investering in de uitbreiding van het gemaal is ook het BOS ontwikkeld. Na de uitbreiding werd ook de behoefte om het beheer te optimaliseren groter vanwege de hoge energiekosten van het gemaal. In 2004 is het BOS operationeel geworden.

9

Het BOS heeft twee belangrijke doelstellingen: [Vermeulen, Versteeg, 1999] • Centrale informatievoorziening met betrekking tot dagelijks waterbeheer voor het NZK en ARK. Naast actuele informatie over waterstanden en debieten betreft dit ook voorspellingen met betrekking tot de aan- en afvoer naar de kanalen en de meteorologische omstandigheden in het beheergebied; • Advisering met betrekking tot het dagelijkse waterbeheer van het NZK en ARK, in het bijzonder de benodigde inzet van de kunstwerken in beheer bij Rijkswaterstaat NoordHolland. Het BOS heeft dus vooral een ondersteunende rol. Het BOS genereert een advies aan de hand van de beschikbare informatie en presenteert deze informatie bovendien aan de beheerder. Op deze manier kan de beheerder het gegeven advies toetsen en dus zo een efficiënt beheer blijven voeren. In Figuur 2.6 is te zien hoe het BOS in elkaar zit. Gegevens worden ingewonnen uit eigen of externe meetstations. Verschillende modules zorgen voor de communicatie met deze bronnen en zorgen zo dat de zogenaamde Datapool gevuld wordt [Kooremans, 2002]. Dit zijn gegevens over bijvoorbeeld: • Getijverloop; • Het weer; • Aanvoer; • Waterstanden en debieten in en rond het systeem; • Zoutgehaltes in en rond het systeem. De overige modules maken gebruik van deze gegevens uit de Datapool. De adviesmodule genereert elk uur een advies over het te voeren beheer voor de komende 24 uur aan de hand van de gegevens in de Datapool. Zie ook paragraaf 2.3 over het meetnet. Dit rapport gaat vooral over de adviesmodule.

Figuur 2.6 Schema BOS

10

2.2.2 Adviesmodule van het BOS In de adviesmodule wordt een advies gegenereerd voor de inzet van het spui-maalcomplex. Dit advies is afhankelijk van de huidige situatie. In het BOS wordt de huidige situatie “scenario” genoemd [Beuse, Ebbinge, Stor, 2004]. Er zijn vier mogelijk scenario’s: • Normale situatie; • Watertekort; • Hoogwater; • Bijzondere omstandigheden. Binnen deze scenario’s zijn er verschillende combinaties van strategieën mogelijk. Deze zijn voor scenario Normale situatie: • Peilbeheer; • Peilbeheer in combinatie met visintrek; • Peilbeheer in combinatie met terugdringen zouttong; • Peilbeheer in combinatie met energiezuinig bemalen; • Peilbeheer in combinatie met gelijkmatig beheer (een zo gelijkmatig mogelijk peil); • Peilbeheer in combinatie met warm water. Voor scenario Watertekort: • Peilbeheer; • Peilbeheer in combinatie met warm water; • Peilbeheer in combinatie met visintrek. Voor scenario Hoogwater: • Peilbeheer. Elke strategie heeft een ander doel en afhankelijk van dit doel gelden speciale randvoorwaarden en beperkingen. Afhankelijk van welke strategie gebruikt wordt geeft het BOS advies over de inzet van de middelen zodat de doelstelling voor de strategie zo goed mogelijk gehaald wordt. Bij het scenario “Bijzondere omstandigheden” wordt er geen advies gegeven. In het geval van een bijzondere omstandigheid (bijv. lozing gevaarlijke stof) zal door de beheerders een beslissing genomen worden over de uit te voeren actie zonder hulp van het BOS.

11

Hieronder een schema van de adviesmodule:

Figuur 2.7 Schema Adviesmodule

Het intern model is de kern van de module en berekent een advies. De aanvoervoorspeller en getijvoorspelling leveren de randvoorwaarden voor het model. Het advies wordt getoetst aan de beperkingen die gelden voor de gekozen strategie dit is een iteratief proces. De beginvoorwaarde zorgt voor de juiste startconditie van het model. Hieronder zullen alle onderdelen van de adviesmodule kort beschreven worden. Aanvoervoorspeller De aanvoervoorspeller voorspelt een aanvoerdebiet op het NZK en ARK. Op dit moment wordt er een gemiddeld debiet voor de komende 24 uur bepaald of, in een andere eenheid, een volume per dag. Om dit te berekenen is de aanvoer opgesplitst in een aantal verschillende posten. Van elke post wordt het totaaldebiet bepaald aan de hand van een of enkele meetwaarden. Dit kan een recente waarde zijn, een gemiddelde van een afgelopen periode of een voorspelling voor de toekomst. Het berekende aanvoervolume wordt als randvoorwaarde gebruikt in de berekening van het intern model.

Getijvoorspelling De getijvoorspelling komt binnen vanuit RWS Noordzee. Hier wordt vier keer per dag een voorspelling gemaakt met een model van RIKZ (Rijksinstituut voor Kust en Zee). Deze voorspelling is specifiek geldig voor het waterstandverloop op het Buitenspuikanaal. Deze getijvoorspelling dient als benedenstroomse randvoorwaarde in het intern model.

12

Beginvoorwaarden Als beginvoorwaarde wordt de waterstand op het NZK genomen. Er wordt een gemiddelde gebruikt van de meetpunten H2 (Schellingwoude Binnenij) en H3 (Buitenhuizen) (zie figuur 2.8). Deze waarde wordt dus gebruikt als eerste waterstand aan het begin van de berekening. Scenario en strategie Het scenario en de strategie worden bepaald door de beheerder. De beheerder kan aan de hand van een keuzemenu een keuze maken. De beheerder zal een keuze maken afhankelijk van een aantal factoren. • De huidige waterstand; • De aanvoer (inclusief weersverwachting); • De mogelijkheden om te spuien. Intern model De interne rekenkern van het BOS is gebaseerd op een eenvoudige balansvergelijking

dh Qin − Quit = dt As

(2.1)

dh =de peilverandering over de tijd [m/s], Qin =het instroomdebiet [m3/s], Quit =het dt uitstromende debiet [m3/s], As =oppervlak van het systeem [m2]

Waarin:

Het model berekent zo het peilverloop in het systeem over de komende 24 uur. Het instromende debiet wordt geleverd door de aanvoervoorspeller. Dit levert een bepaald peilverloop op. Aan de hand van dit peilverloop zal een inzet van het spui-maalcomplex bepaald worden. Het uiteindelijke peilverloop wordt opnieuw berekend. Uiteindelijk zal er een inzet bepaald worden, zodat het resultaat het best voldoet aan de gestelde voorwaarden afhankelijk van de geldende strategie. Het berekende spuidebiet is afhankelijk van het verval over de spuikokers. Hiervoor worden het peil op het kanaal en de zeewaterstand uit de getijvoorspelling gebruikt.

13

2.3 Meetnet NZK/ARK Onder andere voor de gegevensvoorziening van zowel de beheerders als het BOS is een uitgebreid meetnet aanwezig in het hele gebied rond het NZK en ARK. Dit meetnet registreert waarden van vele verschillende meetpunten. De verschillende meetstations zijn in beheer bij verschillende instanties van Rijkswaterstaat. Hieronder is een opsomming gegeven van deze instanties en het soort meetposten dat ze in beheer hebben. Uitsluitend die posten die van belang zijn voor het beheer op het NZK en ARK worden genoemd [Jonk, Ruyter, 2004]. • Waterdistrict Noord-Holland (WSN) is onderdeel van Directie Water en Scheepvaart (WS) van Rijkswaterstaat Noord-Holland (DNH). Deze afdeling heeft de waterstandmetingen op en rond het NZK in beheer (H1 tot en met H11). Ook alle metingen rond het spui-maalcomplex, zoals debieten en bedrijfstoestanden, zijn in beheer van WSN. In Figuur 2.8 een overzicht van de waterstandmeetpunten in beheer bij WSN. In Figuur 2.9 een detailkaartje van de meetpunten rond het spui-maalcomplex in IJmuiden;

Figuur 2.8 Waterstandmeetpunten WSN op NZK

Figuur 2.9 Detailkaart Waterstandmeetpunten IJmuiden [bron: Google Earth]

14

•

De Informatiedienst Water (WSI) is ook onderdeel van Directie Water en Scheepvaart en beheert de verschillende chloride- en temperatuurmetingen op en rond het NZK. In Figuur 2.10 een overzicht van deze meetpunten;

Figuur 2.10 Meetpunten zoutgehalte en temperatuur

•

Rijkswaterstaat Utrecht heeft het beheer van de verschillende waterstanden debietmetingen op het ARK. In Figuur 2.11 een overzicht van de locaties van deze meetpunten;

Figuur 2.11 Meetpunten Directie Utrecht

15

•

Meteorologische gegevens zoals neerslag, verdamping en windsnelheid en -richting worden beheerd door het KNMI. Ook worden door het KNMI voorspellingen van de neerslag, windrichting en -snelheid gemaakt. In Figuur 2.12 is een overzicht gegeven van de meetstations waar gegevens van worden gebruikt door het de beheerders en het BOS;

Figuur 2.12 Weerstations van belang voor BOS

• •

De verschillende hoogheemraadschappen rond het NZK en ARK beheren een eigen meetnet en geven informatie door over boezempeilen en pompdebieten van gemalen. Ook worden voor sommige gemalen voorspellingen gegeven over de toekomstige inzet; Het RIKZ beheert een waterstandmeetnet op zee. Met deze meetgegevens wordt via verschillende modellen een aantal getijvoorspellingen gemaakt voor een diverse plaatsen rond en in de havenmond bij IJmuiden.

Al deze gegevens worden digitaal aangeboden aan de bemande post in IJmuiden. De gegevens van WSN zijn real-time te volgen door de beheerder in IJmuiden. Alle overige gegevens worden variërend van elk uur tot vier keer per dag bijgewerkt. Deze gegevens kunnen dan door de beheerder via verschillende systemen geraadpleegd worden (SCADA, MFPS). Alle gegevens komen ook in de Datapool van het BOS terecht, waar ze gebruikt worden door de verschillende modules. De beheerder kan ook hier de gegevens raadplegen via een presentatiemodule.

16

3

Operationeel beheer NZK/ARK

3.1 Omschrijving Het spui-maalcomplex in IJmuiden is 24 uur per dag bemand. Vanuit hier bedient de beheerder de spuisluis, pompen en de inlaat bij Schellingwoude. Het belangrijkste doel voor de beheerder is het streefpeil van –0,40 m NAP handhaven. Hiervoor heeft de beheerder een aantal hulpmiddelen beschikbaar. Eén van deze hulpmiddelen zou het BOS moeten zijn. Op dit moment maken de beheerders hier geen gebruik van. Daarom eerst een beschrijving hoe het beheer op dit moment gedaan wordt zonder gebruik van het BOS (paragraaf 3.1.1). In paragraaf 3.1.2 een beschrijving van het operationeel gebruik van het BOS.

3.1.1 Operationeel beheer NZK/ARK zonder BOS Om tot een juiste inzet van de beschikbare middelen te komen maakt de beheerder op dit moment gebruik van gegevens over een aantal elementen van het systeem: • Verwacht verloop getij; • Verwachte aanvoer; • Huidige staat van het systeem. Verwacht verloop getij De beheerder krijgt aan de hand van de verschillende voorspellingen een beeld van het getijverloop. Op deze manier maakt de beheerder een inschatting van de spuimogelijkheden. Verwachte aanvoer Om een inschatting te maken van de aanvoer wordt gebruik gemaakt van een rekenblad. Hierin wordt aan de hand van de neerslag van de afgelopen dagen een aanvoer berekend. Ook kan door de beheerder een gewenst peil worden aangegeven voor het begin van de volgende spuiperiode. Vervolgens berekent het rekenblad of dit peil gehaald kan worden met de huidige aanvoer. Bij een hogere waterstand dan gewenst zullen pompen ingezet moeten worden en bij een lagere kan de inlaat bij Schellingwoude geopend worden. Het gewenste peil dat de beheerder kan invoeren is afhankelijk van de grootte van de spui. Bij een groot verwacht spuivolume mag het peil hoger oplopen. Bij een klein verwacht spuivolume wordt dit streefpeil lager. Ook meetgegevens en weersvoorspellingen zijn belangrijk voor de beheerder om een goede inschatting van de aanvoer te kunnen maken (zie ook paragraaf 2.3 over het meetnet). Huidige staat van het systeem Natuurlijk speelt ook de huidige staat van het systeem een rol bij het bepalen van de inzet door de operator. De beheerder heeft een uitgebreid meetnet tot zijn beschikking waaruit hij actuele data kan bekijken. De gemiddelde waterstand op het NZK ((H2+H3)/2) is het te controleren peil. Ook wordt gebruik gemaakt van de debietmetingen op het ARK. In geval van een droge periode zal ook het zoutgehalte op het NZK en Markermeer bijgehouden worden. Bij een te hoog zoutgehalte op het Markermeer of NZK zal de inlaat bij Schellingwoude geopend worden. Op deze manier krijgt de beheerder een goed beeld van de situatie. Op basis hiervan en eigen ervaring zal een besluit worden genomen over de inzet van de middelen. En dit kan op elk moment bijgestuurd worden door het veranderen van de situatie. Over het algemeen wordt er conservatief gehandeld zodat het peil niet buiten de marges komt.

17

3.1.2 Operationeel gebruik BOS Het advies dat het BOS geeft is afhankelijk van de omstandigheden in het systeem. Daarom is er een onderverdeling gemaakt in scenario’s en strategieën. Binnen elk scenario zijn één of meerdere strategieën mogelijk toegespitst op de omstandigheden van dat moment. De vier mogelijke scenario’s zijn [Beuse, Ebbinge, Stor, 2004]: • Normale situatie. Dit scenario is geldig op het moment dat er geen extreme droogte met lage aanvoer en waterstanden onder het minimumpeil van -0,55 m NAP is of geen extreem grote wateraanvoer met hoge waterstanden boven -0,30 m NAP. Deze situatie komt het meeste voor; • Waterschaarste. Dit scenario is geldig bij een te lage waterstand onder de -0,55 m NAP en weinig aanvoer; • Hoogwater. Bij een waterpeil boven de -0,30 m NAP en een hoge afvoer is dit scenario geldig; • Bijzondere omstandigheden. Dit scenario treedt in werking bij bijvoorbeeld lozing van gevaarlijke stoffen of andere calamiteiten. Er is beheer op maat nodig en er zal dus geen advies gegeven worden. In de gewenste situatie kiest de beheerder naar eigen inzicht een scenario en de genoemde criteria zijn dan ook geen harde eisen maar meer een indicatie. De beheerder zal deze in overweging nemen maar heeft de keuze in eigen hand Binnen het scenario ‘normale situatie’ heeft de beheerder de keuze uit een aantal strategieën. Ook hier kan de beheerder naar eigen inzicht een keuze maken. Elke strategie legt de focus op een bepaald aspect van het beheer. Op deze manier wordt een optimaal advies gegenereerd toegespitst op de geldende omstandigheden van dat moment. • Peilbeheer. Het enige doel van deze strategie is het peil van -0,40 m NAP te handhaven; • Peilbeheer in combinatie met visintrek. Binnen deze strategie worden beperkingen opgelegd aan het spuidebiet. Door op een speciale manier te spuien wordt het mogelijk voor vis om tijdens de spui door de aangepaste spuikoker 1 te zwemmen. Deze strategie mag alleen gebruikt worden als de aanvoer laag genoeg is, zodat al het water tijdens de spui kan worden afgevoerd en er dus geen extra pompinzet nodig is; • Peilbeheer in combinatie met terugdringen zouttong. In deze strategie wordt water uit het Markermeer via de inlaat bij Schellingwoude het NZK ingelaten. Dit heeft twee functies: 1. Vanwege zoute kwel vanuit de Flevopolder neemt het zoutgehalte op het Markermeer langzaam toe. Door de inlaatsluis bij Schellingwoude kan dit water afgevoerd worden naar het NZK en tegelijk kan zoet water uit het IJsselmeer naar het Markermeer stromen. Hierdoor wordt het zoutgehalte op het Markermeer laag gehouden. Zie Figuur 3.1 voor de situatie dat Schellingwoude gesloten is en Figuur 3.2 als Schellingwoude geopend is.

Figuur 3.1 Schellingwoude dicht [bron: NASA]

18

Figuur 3.2 Schellingwoude open [bron: NASA]

50

1.50

40

1.00

30

0.50

20

0.00

10

-0.50

0 0:00

Pomp3 Pomp4 HT Pomp4 LT Waterpeil (mNAP)

Debiet (m3/s)

•

2. Door de schutsluizen bij IJmuiden komt zeewater het NZK op. Dit zoute water vormt een zoute tong op de bodem van het NZK. Vooral tijdens droge periodes met weinig aanvoer dringt deze zouttong steeds verder het NZK op. Door het relatief zoetere water van het Markermeer in te laten via Schellingwoude kan het tekort aan aanvoer aangevuld worden en wordt de zouttong teruggedrongen. Ook deze strategie kan alleen toegepast worden als er voldoende ruimte in de spui is. Op deze manier wordt voorkomen dat het inlaten van water tot extra pompinzet leidt. Deze strategie is alleen mogelijk als het verval tussen Markermeer en het NZK groter is dan 0,05 m; Peilbeheer in combinatie met energiezuinig bemalen. Deze strategie zal de inzet van pompen optimaliseren op energiegebruik. Door deze strategie wordt een afweging gemaakt tussen afwijkingen van streefpeil en de energiebelasting veroorzaakt door de inzet van pompen. In deze strategie zullen de spuimogelijkheden maximaal benut worden door in de periode tussen de spuien water te bergen en met een hoger startpeil, en dus een groter verval, te spuien. Hierdoor kan meer volume worden gespuid. Ook zal het de pompinzet zo veel mogelijk bij lage opvoerhoogte plaatsvinden (niet over de top van het tij spuien) zodat er zo min mogelijk energie gebruikt wordt. Deze strategie zal vooral toegepast worden als de aanvoer groter is dan de beschikbare spuimogelijkheden, met andere woorden, als pompen noodzakelijk is. In Figuur 3.3 een voorbeeld van een advies van de energiezuinige module (EMOD);

Pomp6 50 Pomp6 40 Getijde NZK Peil

-1.00 4:00

8:00

12:00 Tijd (uur)

16:00

20:00

Figuur 3.3 Voorbeeld advies EMOD [Overloop, Beuse, Weissenbruch, 2005]

•

•

Peilbeheer in combinatie met gelijkmatig beheer (een zo gelijkmatig mogelijk peil). In deze strategie is het de bedoeling een zo constant mogelijk peil te handhaven. Dit wordt bereikt door de afvoer gelijk te houden met de aanvoer. Dit betekent geen grote spuivolumes en tussen de spuien door continu pompen. Deze strategie wordt toegepast onder speciale omstandigheden die een constant peil eisen zoals bijvoorbeeld tijdens constructiewerkzaamheden op en rond het kanaal; Peilbeheer in combinatie met warm water. Deze strategie wordt toegepast in het geval van een te hoge watertemperatuur in het systeem. Het advies is hier van ondergeschikt belang. Omdat de temperatuursvervuiling zeer lokaal kan optreden, bijvoorbeeld bij een elektriciteitscentrale, zal er een oplossing op maat moet komen. Het BOS is niet geschikt om tot een goed advies te komen in deze situatie. De beheerder zal afhankelijk van de situatie zelf tot een besluit komen over het te voeren beheer.

19

Voor scenario waterschaarste zijn de volgende strategieën mogelijk: • Peilbeheer; • Peilbeheer in combinatie met warm water; • Peilbeheer in combinatie met visintrek. Zie voor de toelichting van de strategieën de paragraaf over het scenario normale situatie. Voor het scenario hoogwater kan alleen de strategie peilbeheer toegepast worden. Nadat de beheerder een scenario en strategie gekozen heeft zullen de randvoorwaarden die gelden voor deze strategie toegepast worden in de simulatie van het intern model. Op deze manier wordt een optimaal advies gegenereerd.

3.2 Tekortkomingen Structuur BOS De beheerder maakt vooral een kwalitatieve analyse zoals in paragraaf 3.1.1 is beschreven. Het BOS maakt een kwantitatieve analyse zoals beschreven in paragraaf 2.2. Op dit moment is de uitwisseling tussen BOS en beheerder niet aanwezig. De beheerder bepaalt zonder het BOS een inzet en het BOS komt ook zelfstandig tot een advies. Beide werken als een black box waar alleen het resultaat vergeleken wordt. Dit leidt tot een aantal specifieke problemen. • De beheerders maken op dit moment geen gebruik van het keuzemenu om een scenario of strategie te kiezen. Hierdoor blijft de gebruikte strategie gedurende lange periodes hetzelfde en komt het berekende advies vaak niet overeen met het werkelijk beheer; • Door onnauwkeurigheden in de verschillende onderdelen van het BOS wijken de adviezen af van het werkelijk beheer. Dit hoeft echter niet te betekenen dat elk onderdeel gefaald heeft. Het is best mogelijk dat het resultaat van een bepaald onderdeel een goede bijdrage kan leveren aan het inzicht van de beheerder.

20

3.3 Oplossingsrichting Het is belangrijk om meer vertrouwen te creëren bij de beheerder. Er zal een wisselwerking moeten zijn tussen beheerder en BOS. Dit zorgt er namelijk voor dat alle beschikbare informatie gebruikt kan worden zo dat een zo goed mogelijke beheersstrategie gekozen kan worden. Deze wisselwerking is dus vooral van belang voor het bepalen van een strategie. Door de resultaten van de verschillende onderdelen presenteren aan de beheerder kan deze een beter inzicht krijgt in het systeem en zo tot een goede strategiekeuze komen voor het BOS. De beheerder heeft een extra bron van informatie en wordt zo betrokken bij het BOS. Om het systeem robuust te maken en ook het gebruiksgemak van de beheerder te vergroten zou het BOS ook zelf een keuze voor een strategie kunnen maken. De beheerder hoeft alleen te controleren of dit overeen komt met zijn eigen keuze. Hoe dit vorm gegeven kan worden is omschreven in paragraaf 3.3.1. Ook zou het mogelijk gemaakt kunnen worden dat de beheerder invloed kan uitoefenen op de resultaten van het BOS. Als bijvoorbeeld de aanvoervoorspelling naar de mening van de beheerder niet goed is zou deze zelf een waarde kunnen invoeren. Hoe dit mogelijk gemaakt kan worden voor de verschillende onderdelen van het BOS is beschreven in paragraaf 3.3.2 tot en met 3.3.4.

3.3.1 Zelfstandige strategiekeuze door BOS Voor het bepalen van een strategie kan de volgende relatie gebruikt worden:

X = Vaanvoer + B − Vspui max

(3.1)

Waarin: X= factor bepalend voor de strategie [m3], Vaanvoer=totaalvolume aanvoer [m3], B=berging in het systeem [m3], Vspuimax=maximaal spuivolume [m3]. Deze relatie wordt ook gebruikt door de beheerder al gebeurt dit op een meer kwalitatieve manier. De grootte van X is bepalend voor het scenario en de te voeren strategie in Figuur 3.4 is te zien hoe de verdeling van strategieën ongeveer is. De strategieën gelijkmatig beheer en warmwater zijn niet in deze figuur opgenomen omdat dit speciale omstandigheden zijn die niet door het verschil tussen aanvoer en afvoer bepaald worden. Scenario

waterschaarste

Strategie

visintrek/peilbeheer

waarde X

normale situatie terugdringen zouttong/ visintrek/peilbeheer

X<<0

X<0

Peilbeheer

hoogwater Energiezuinig

X=0

X>0

peilbeheer

X>>0

Figuur 3.4 Strategie en scenario t.o.v. verschil aanvoer en afvoer.

Als er meer aanvoer is dan afvoer zal er gepompt moeten worden en is de strategie energiezuinig de beste keuze. Als echter de aanvoer te groot wordt gaat de veiligheid voor energiezuinig en zal er enkel de strategie peilbeheer worden gebruikt. Als er minder aanvoer is dan afvoer en het verschil is niet groot zal de strategie peilbeheer worden toegepast. De strategie terugdringen zouttong is alleen mogelijk als er een zekere speling is tussen aanvoer en afvoer omdat er een minimumtijd is dat de inlaat bij Schellingwoude open moet 21

staan. Bij het scenario waterschaarste moet zoveel mogelijk water op het Markermeer vastgehouden worden en is deze strategie niet mogelijk. Extra criteria voor de strategie terugdringen zouttong zijn het zoutgehalte op het Markermeer en NZK en het waterpeil op het Markermeer. De strategie visintrek legt een beperking op aan de spui. Het maximaal mogelijke spuivolume wordt beperkt. Deze strategie mag alleen gebruikt worden als er niet extra gepompt hoeft te worden. Het aanvoervolume mag dus niet groter zijn dan dit beperkte spuivolume. In de volgende paragrafen zal beschreven worden hoe de verschillende factoren door het BOS berekend kunnen worden. Ook zal toegelicht worden hoe ze de beheerder kunnen helpen een beter inzicht krijgen.

3.3.2 Totaalvolume aanvoer Dit is het totaal van de aanvoervoorspeller. Deze kan onafhankelijk berekend worden door het BOS. Op dit moment wordt de aanvoer pas berekend nadat er een keuze is gemaakt voor een strategie. Dit zou dus veranderd moeten worden of de aanvoer van het vorige advies zou gebruikt moeten worden. Op dit moment krijgt de beheerder bij elk advies ook de aanvoer die gebruikt is in de berekening gepresenteerd. Dit zou dus vooraf kunnen gebeuren voor de strategiekeuze. De beheerder heeft op dit moment ook het rekenblad ter beschikking. Deze bepaalt de aanvoer uitsluitend op basis van de neerslag. De aanvoervoorspeller van het BOS gebruikt een andere methode. Met deze aanvoervoorspeller kan de beheerder mogelijk een betere afweging maken. Ook kan de mogelijkheid gecreëerd worden dat als de beheerder de aanvoer van de aanvoervoorspeller van onvoldoende kwaliteit vindt, hij een eigen waarde kan invoeren, gebaseerd op zijn eigen afweging. Over de werking en kwaliteit van de aanvoervoorspeller zal dieper worden ingegaan in hoofdstuk 4. Op de neerslag-afvoerrelatie die gebruikt wordt in het rekenblad zal dieper worden ingegaan in Bijlage C.

3.3.3 Maximaal spuivolume Het maximaal spuivolume is afhankelijk van het verval over de spuisluis. Dit verval wordt bepaald door de zeewaterstand en de waterstand op het kanaal. Voor de zeewaterstand wordt de getijvoorspelling gebruikt. De waterstand op het kanaal wordt beïnvloed door de aanvoer. De invloed van het kanaalpeil op het totaal spuivolume is relatief klein ten opzichte van de invloed van de zeewaterstand. Er zijn twee mogelijkheden: 1. Door de invloed van de aanvoer op het kanaalpeil te verwaarlozen kan het spuivolume direct worden afgeleid uit het getijverloop. Er wordt dus uitgegaan van een vast kanaalpeil. Dit zorgt voor een snel resultaat. Dit zou zelfs in een standaard tabelvorm gepresenteerd kunnen worden. Deze methode is minder nauwkeurig vanwege de invloed van de aanvoer die verwaarloosd wordt. 2. Door een simulatie te maken waarbij de invloed van de aanvoer wel wordt meegenomen kan het maximale spuivolume beter bepaald worden. Deze berekening kost wel meer tijd. Deze berekening zal gemaakt worden door het intern model waarbij het maximaal spuivolume bepaald kan worden inclusief de invloeden van de aanvoer op het kanaalpeil.

22

Als voorbeeld is een simulatie gemaakt. In deze simulatie zijn verschillende modellen met elkaar vergeleken. • Een Sobekmodel. Dit is een gedetailleerd Model van het NZK en ARK. Dit model dient als referentie. De resultaten van dit model komen goed overeen met de werkelijkheid. • Het 1-bakmodel zoals dat nu gebruikt wordt in het BOS. • Een experimenteel 10-bakmodel dat een gedetailleerder beeld zou moeten geven dan het 1-bakmodel. Meer over de verschillende modellen is te vinden in hoofdstuk 5. Voor de simulatie is één spuiperiode genomen. Een standaard getijverloop is genomen als benedenstroomse randvoorwaarde. Om ook de invloed van de aanvoer mee te nemen zijn twee varianten doorgerekend. Eén met een hoge aanvoer van ongeveer 135 m3/s en één met een aanvoer van ongeveer 45 m3/s. In het geval dat het verval over de spuisluis groot genoeg is (> 0,12 m) wordt de spuisluis geopend. In Tabel 3.1 de resultaten van de simulaties. Tabel 3.1 Resultaten simulatie lage en hoge aanvoer Model

aanvoervolume 3 (m )

Sobekmodel 1-bakmodel 10-bakmodel

2,38E+06 2,38E+06 2,38E+06

lage aanvoer hoge aanvoer verhouding spuivolume verhouding aanvoervolume spuivolume verhouding spuivolume 3 3 3 aanvoer/afvoer aanvoer/afvoer lage/hoge aanvoer (m ) (m ) (m ) 7,10E+06 0,33 7,28E+06 8,39E+06 0,87 0,85 8,12E+06 0,29 7,28E+06 9,55E+06 0,76 0,85 7,47E+06 0,32 7,28E+06 8,80E+06 0,83 0,85

Het blijkt dat er in dit geval ongeveer 15 % verschil zit tussen de spuimogelijkheden bij een hoge aanvoer en de spuimogelijkheden bij een lage aanvoer. Dit is dus een indicatie voor de marge van onzekerheid bij de berekening van het spuivolume onafhankelijk van de aanvoer. Deze bepaling van het maximale spuivolume is erg nuttig voor de beheerder. Op dit moment heeft de beheerder geen middel ter beschikking om het spuivolume te kwantificeren. Hij gaat alleen uit van zijn eigen ervaring. Dit is een grove indicatie. De berekening en presenteren aan de beheerder van het maximaal spuivolume kan een waardevolle toevoeging zijn voor het beheer.

3.3.4 Berging in het systeem De berging in het systeem is de afwijking van het streefpeil van de beginvoorwaarde vermenigvuldigd met het bergend oppervlak. Deze waarde kan ook negatief zijn. Deze waarde is afhankelijk van het moment van berekening ten opzichte van de spuiperiode. Vlak voor een spui zal er veel berging in het systeem zijn en vlak na een spui zal er een grote negatieve berging zijn. Voor deze invloed zal gecompenseerd moeten worden. Dit omdat een hoge waterstand vóór de spui niet tot extra afvoerbehoefte leidt evenmin als een lage waterstand na de spui tot minder afvoerbehoefte leidt.

23

3.4 Conclusies en aanbevelingen Door het BOS zelfstandig een strategie te laten kiezen sluiten de adviezen beter aan op het werkelijk beheer en zal wellicht meer vertrouwen ontstaan bij de beheerders in de adviezen van het BOS. Door de resultaten van de verschillende onderdelen van het BOS te presenteren aan de beheerder kan een betere ondersteuning worden gegeven aan de beheerder. Dit geldt vooral voor het bepalen van het maximaal spuidebiet. Het vertrouwen in het BOS kan ook hierdoor toenemen. Ook zorgt de opsplitsing van de resultaten ervoor dat elk onderdeel van het BOS afzonderlijk gebruikt kan worden door de beheerder. Als één onderdeel dan niet goed is dan kunnen de andere onderdelen nog van nut zijn. Op dit moment wordt alleen het eindadvies beoordeeld. De combinatie beheerder en BOS heeft de potentie om tot een goed beheer te komen. De beheerder heeft de kennis en ervaring om de vele aangeboden gegevens op de juiste manier kwalitatief te interpreteren en het BOS om specifieke onderdelen nauwkeurig te kwantificeren. Voor het goed werken van dit systeem is de kwaliteit van de verschillende onderdelen van het BOS van groot belang. Hierop zal in de volgende hoofdstukken dieper worden ingegaan.

24

4

Aanvoervoorspeller

4.1 Omschrijving De aanvoervoorspeller geeft de bovenstroomse randvoorwaarde voor het intern model. De aanvoer is verdeeld in een aantal posten [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001]. • Aanvoer vanuit een aantal hoogheemraadschappen te weten: o Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK); o Hoogheemraadschap van Rijnland (HHR); o Hoogheemraadschap Amstel Gooi en Vecht (AGV); o Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden (HDSR). • Inlaat vanuit de Lek en de Nederrijn. Hier wordt zowel bij de Beatrixsluizen als bij de Irenesluizen water ingelaten; • Effluent vanuit rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s); • Schutverliezen; • Instroom vanuit gemaal Zeeburg om de Amsterdamse grachten door te spoelen; • Neerslag en verdamping direct op het systeem. Dit kan dus ook een netto uitpost zijn; • Lozing en opname van water door de industrie. Dit kan ook een netto uit post zijn. Voor elke post wordt een bepaald volume voor de komende 24 uur bepaald. Al deze aanvoerrelaties zijn gebaseerd op de waterbalans van 1997. Deze studie is uitgevoerd door HKV. Er worden verschillende typen formules gebruikt voor de verschillende posten. • Er wordt gebruik gemaakt van een afvoerwaarde van één of enkele representatieve objecten. Hiervan kan een recente waarde, een gemiddelde uit een recente periode of een voorspelling van een gemiddelde over de komende 24 uur genomen worden. Het totale debiet is via een factor direct gerelateerd aan deze objecten. Deze soort relatie wordt voor alle hoogheemraadschappen, behalve AGV, gebruikt; • Gerelateerd aan de neerslag. Dit kan zowel een totaal over een recente periode als een voorspelling zijn of zelfs een combinatie. Dit is het geval voor de aanvoer van RWZI’s, AGV en de neerslag op het kanaal zelf; • Een vaste waarde die onafhankelijk is en dus direct uit een tabel kan worden gehaald. Dit geldt voor de schutverliezen, de aanvoer van gemaal Zeeburg en de industrie. Bijlage A bevat een beschrijving van elke post in de aanvoervoorspeller inclusief alle formules en tabellen. Een goede aanvoervoorspelling is van groot belang. Bij normaal peilbeheer zal de afvoer in IJmuiden ongeveer gelijk (moeten) zijn aan de aanvoer. Als de aanvoer verkeert voorspeld wordt, zal dus een verkeerde inzet van het gemaal en spuisluis worden bepaald. In de volgende paragrafen zullen de problemen met de aanvoervoorspelling beschreven worden en worden aanbevelingen gedaan voor oplossingen.

25

4.2

Tekortkomingen aanvoervoorspeller

4.2.1 Omschrijving Op dit moment is de kwaliteit van de aanvoervoorspeller niet erg goed. Er blijkt structureel verschil te zijn tussen de voorspelde aanvoer en de werkelijk gemeten afvoer. Dit is te zien in Figuur 4.1. In deze figuur is op de x-as de verhouding tussen de voorspelde aanvoer en de werkelijk gemeten afvoer bij IJmuiden afgedrukt. De afvoer in IJmuiden bedraagt 97% van de totale afvoer. Op de y-as de fractie waarin een verhouding voorkomt uit het totaal aantal voorspellingen. Bijvoorbeeld in meer dan 20 % van de voorspellingen lag de verhouding voorspelde aanvoer/werkelijke afvoer tussen 0,5 en 0,6. Alle voorspellingen tussen 10 mei en 16 juni 2006 zijn gebruikt. Bij een correcte voorspelling zou de verhouding rond de één moeten liggen. Duidelijk is dat de aanvoer structureel onderschat wordt. Natuurlijk is er geen rekening gehouden met berging maar dit zou geen effect moeten hebben op de gemiddelde verhouding. Wat de ene dag wordt geborgen en niet tot afvoer leidt (voorspelling > werkelijke afvoer) zorgt enige tijd later wel voor extra afvoer (voorspelling < werkelijke afvoer dus netto 0).

verdeling verhouding aanvoer en afvoer

25

fractie (%)

20 15 10

verhouding aanvoer/afvoer Figuur 4.1 Verdeling verhouding voorspelde aanvoer en gemeten afvoer

26

>2,0

1,9-2,0

1,8-1,9

1,7-1,8

1,6-1,7

1,5-1,6

1,4-1,5

1,3-1,4

1,2-1,3

1,1-1,2

1,0-1,1

0,9-1,0

0,8-0,9

0,7-0,8

0,6-0,7

0,5-0,6

0,4-0,5

0,3-0,4

0,2-0,3

0,1-0,2

0

0,0-0,1

5

Om een mogelijke trend te kunnen ontdekken zijn in Figuur 4.2 de gemeten afvoer en de voorspelde aanvoer van dezelfde periode tegen elkaar uitgezet. De zwarte lijn is de best fit door de punten. De rode lijn is de lijn bij 100% correcte voorspellingen dus de gewenste situatie. Het blijkt dat de correlatie zeer laag is en de trendlijn een te lage richtingscoëfficiënt heeft.

Voorspelde aanvoer BOS m3/s

200

150 y = 0,6001x R 2 = -0,286

100

50

0 0

50 100 150 werkelijke afvoer Ijmuiden m3/s

200

Figuur 4.2 Gemeten afvoer en voorspelde aanvoer met trendlijn.

Er zijn verschillende mogelijke oorzaken: • Verkeerde formule; • Ontbrekende sluitfoutcorrectie; • Foute voorspellingen die aangeleverd worden om de aanvoer van een aantal posten te berekenen; • De gebruikte meetwaarde in de formule heeft een slechte correlatie met de werkelijke afvoer; • Ontbrekende of verkeerde meetwaarden. In de volgende paragrafen zullen alle oorzaken kort besproken worden

27

4.2.2 Afwijkende uitkomsten aanvoervoorspeller bij gebruik meetwaarden De formules die gebruikt worden zijn opgesteld aan de hand van de waterbalans van 1997 [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001]. Om de kwaliteit van de formules te controleren zijn werkelijke meetwaarden gebruikt om de aanvoer te berekenen. In de formules zijn dus niet de voorspellingen gebruikt of een meetwaarde uit het verleden maar de meetwaarden uit de periode van 24 uur. De uitkomsten zijn weer vergeleken met de gemeten afvoer in IJmuiden over dezelfde 24 uur. Dit zou, als de formules kloppen, de goede aanvoer moeten geven en dus ongeveer overeen moeten komen met de afvoer. Er is gebruik gemaakt van een korte periode namelijk van 10 tot 26 mei 2006. Er is een gemiddelde waarde genomen over 24 uur om de vier uur. Dit is vergeleken met de afvoer in IJmuiden over dezelfde periode. In Figuur 4.3 is de verdeling in verhouding tussen berekende aanvoer en gemeten afvoer weergegeven. De figuur heeft dezelfde assen als Figuur 4.1. verdeling verhouding aanvoer en afvoer

35 30

fractie (%)

25 20 15 10

>2,0

1,9-2,0

1,8-1,9

1,7-1,8

1,6-1,7

1,5-1,6

1,4-1,5

1,3-1,4

1,2-1,3

1,1-1,2

1,0-1,1

0,9-1,0

0,8-0,9

0,7-0,8

0,6-0,7

0,5-0,6

0,4-0,5

0,3-0,4

0,2-0,3

0,0-0,1

0

0,1-0,2

5

verhouding aanvoer/afvoer Figuur 4.3 Verdeling verhouding gemeten/berekende aanvoer en gemeten afvoer

In Figuur 4.4 zijn de berekende aanvoer en de gemeten afvoer tegen elkaar uitgezet vergelijkbaar met Figuur 4.2.

Aanvoer ber. met meetw. m3/s

200

150 y = 0,6892x R2 = 0,7059 100

50

0 0

50

100

150

w erkelijke afvoer Ijm uiden m 3/s

28

200

Figuur 4.4 Gemeten afvoer en berekende/gemeten aanvoer met trendlijn

Het blijkt dat de gemiddelde verhouding dichter bij één komt en dat de correlatie beter wordt. De fout blijft echter groot. Dit betekent dat met de huidige formules geen goede voorspelling kan worden gedaan over de aanvoer en dus over de benodigde afvoer. De afwijking hoeft niet alleen veroorzaakt te worden door fouten in de formules. Dit zal worden beschreven in de volgende paragraaf.

4.2.3 Ontbreken sluitfoutcorrectie De formules die gebruikt worden in het BOS zijn afgeleid uit de aanvoergegevens van de waterbalans van 1997. De waterbalans is gebaseerd op de volgende basisformule: INgemeten = UITgemeten + Sluitfout De formules zijn dus gebaseerd op de IN post. INvoorspeld ≈ INgemeten In het BOS wordt op basis van deze IN-post een inzet bepaald ofwel, de UIT-post. Tijdens normaal peilbeheer kan worden aangenomen dat de voorspelde aanvoer ook afgevoerd moet worden in de adviesperiode van 24 uur. Dus: UITgeadviseerd=INvoorspeld Het probleem is nu dat: UITgemeten ≠ UITvoorspeld Dit komt omdat er geen correctie is toegepast voor de sluitfout. De voorspelde UIT-post is via de formules in het BOS gerelateerd aan de gemeten IN-post. Om tot een goed advies te komen voor de inzet zal de sluitfout moeten worden meegenomen. In de waterbalans van 1997 is de UIT-post ongeveer 20% groter dan de IN-post. Het is dus logisch dat een advies voor de UIT-post gebaseerd op deze IN-post niet overeen zal komen met de naderhand gemeten UIT-post.

4.2.4 Foute voorspellingen Er is een aantal posten waarvan de input van de formule geheel of gedeeltelijk bestaat uit een voorspelling. Dit zijn: • In de formule voor HHR wordt een voorspelling van gemaal Halfweg en Spaarndam gebruikt; • In de formule van HHNK wordt een voorspelling van gemaal Kadoelen gebruikt; • De Neerslagvoorspelling voor de komende 24 uur wordt gebruikt in de formule om het debiet van AGV te bepalen.

29

In Figuur 4.5 is de voorspelde aanvoer van het gemaal Halfweg weergegeven zoals deze gebruikt is in het BOS. Deze waarde is vergeleken met het werkelijk opgetreden gemiddelde debiet voor de 24 uur na elke voorspelling (dit is dus de waarde die, achteraf gezien, correct was geweest). Deze waarde is berekend uit de 10-minutenwaarden van het gemaal. 35

meetw halfweg

30

voorsphalfweg

debiet (m3/s)

25 20 15 10 5 0 11-5

16-5

21-5

26-5

datum

31-5

5-6

10-6

15-6

Figuur 4.5 Voorspelt gemiddelde debiet gemaal Halfweg vergeleken met werkelijk gemiddelde debiet.

Het blijkt dat er erg grote afwijkingen kunnen zijn. Dit beeld is in de andere voorspellingen vergelijkbaar. Het is echter wel zo dat voor alle voorspellingen het gemiddelde voorspelde debiet niet structureel lager is dan het gemiddelde berekend uit de meetwaarden. Alleen de timing is niet correct. De voorspellingen zorgen dus alleen voor de spreiding die te zien is in Figuur 4.1 en Figuur 4.2. In paragraaf 4.3 zal hier verder op worden ingegaan.

4.2.5 Slechte correlatie tussen meetwaarden en totaalaanvoer Voor sommige posten wordt geen voorspelling genomen maar wordt een oude waarde genomen. Dit kan de laatst bekende waarde zijn, dus de huidige staat. Dit is het geval voor: • Het Zaangemaal van HHNK; • Alle gemeten objecten HDSR. In andere gevallen wordt het gemiddelde of totaal genomen van de afgelopen 24 uur: • Inlaat vanuit de Lek (gemiddelde debiet afgelopen 24 uur); • RWZI’s afhankelijk van neerslag afgelopen 24 uur; • Neerslag en verdamping direct op het NZK en ARK wordt gerelateerd aan neerslag afgelopen 24 uur. Het gebruik van deze methode is soms logisch zoals bij RWZI’s waar een vertraging optreedt. En soms niet erg, zo is de inlaat vanuit de Lek relatief constant. En de neerslag en verdamping op het systeem is maar een zeer klein percentage van de totale afvoer. De grootste posten zijn de twee hoogheemraadschappen.

30

In Figuur 4.6 is het debiet van gemaal Bijleveld te zien zoals dat gebruikt is in het BOS. In deze grafiek is ook de gemiddelde waarde van het debiet te zien in de 24 uur na een voorspelling. Dit is dus de waarde die het BOS achteraf gezien had moeten gebruiken. 3

meetw. Gem. Bijleveld BOS gem Bijleveld

2

3

debiet m /s

3

2 1 1 0 10-5

15-5

20-5

25-5

datum

30-5

4-6

9-6

14-6

Figuur 4.6 Gebruikte BOS waarde gemaal Bijleveld vergeleken met gemiddelde over voorspelde periode

Het is duidelijk dat het BOS er steeds ver naast zit. Meestal is het debiet nul en in andere gevallen veel te hoog. Dit beeld is hetzelfde voor het Zaangemaal en Spuisluis Oog in Al. Om dit beeld te verklaren is in Figuur 4.7 het werkelijk opgetreden debiet (10minutenwaarden) en de gebruikte waarde in de aanvoervoorspeller. De rode Stippen representeren de gebruikte waarde in de aanvoervoorspeller die op dat moment gestart is. 3,00

debiet (m3/s)

2,50

meetw gemaal Bijl. BOS gem Bijleveld

2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 17-5 20:00

18-5 4:00

18-5 12:00

18-5 20:00

19-5 4:00

19-5 12:00

19-5 20:00

20-5 4:00

20-5 12:00

20-5 20:00

21-5 4:00

Figuur 4.7 10-minutenwaarden gemaal Bijleveld en gebruikte waarde BOS.

31

De waarde is telkens ongeveer vier uur vertraagd. Het blijkt dat de keuze voor het gebruik van de laatst bekende waarde geen goede resultaten geeft. In Tabel 4.1 is een korte analyse weergegeven van alle gebruikte 214 voorspellingen. Tabel 4.1 Analyse gebruikte waarde van Zaangemaal, Bijleveld en Spuisluis Oog in Al

Aantal: BOS < werkelijk gemiddelde Aantal: BOS > werkelijk gemiddelde Aantal: BOS = werkelijk gemiddelde Aantal: BOS voorspelling = 0 m3/s gemiddeld debiet BOS gemiddeld debiet meting

Zaangemaal 122 21 71 192 0,762 1,119

Bijleveld 163 46 5 166 0,352 0,350

Oog in Al 122 47 45 151 1,224 1,165

Het blijkt dat de gebruikte waarde door het BOS in het grootste gedeelte van de voorspellingen te laag is (en vaak 0 m3/s). Dit is dus een deel van de oorzaak van het te lage debiet dat de aanvoervoorspeller gebruikt. Het gemiddelde van het BOS komt bij gemaal Bijleveld en Oog in Al beter overeen met het werkelijk gemiddelde. Dit komt omdat de waarde vaak te laag en soms veel te hoog. Hierdoor komt het gemiddelde van het BOS toch ongeveer overeen met de werkelijkheid. In paragraaf 4.4 zal een aantal aanbevelingen worden gedaan voor verbetering van deze situatie.

4.2.6 Ontbrekende of verkeerde meetwaarden Over het algemeen komt het weinig voor dat een meetwaarde of voorspelling ontbreekt. In sommige gevallen is er ook een alternatief ingeprogrammeerd. Zo wordt bij het ontbreken van een waarde bij HHNK en HHR het gemiddelde debiet over de afgelopen 24 uur van het betreffende object genomen. In andere gevallen is de waarde al een optelling of gemiddelde van een aantal meetwaarden. Zo wordt de neerslag bepaald door 24 uur waarden op te tellen tot één dag totaal. Ook de aanvoer vanuit de Lek is al een gemiddelde uit 10minutenwaarden van de afgelopen 24 uur. Het ontbreken van één of enkele waarden hoeft geen grote invloed te hebben. Alleen voor HDSR is geen alternatief aanwezig en wordt de waarde 0 genomen. Dit kan dus wel zorgen voor een onderschatting van de aanvoer.

32

4.2.7 Gebruik gemiddelde 24 uur Op dit moment wordt de voorspelde aanvoer gemiddeld over 24 uur. Dit betekent dat er dus geen variaties zijn over de tijd in de voorspelde aanvoer. In de praktijk blijkt dat er grote variaties kunnen optreden in het debiet gedurende 24 uur. Dit wordt vooral veroorzaakt door een aantal grote gemalen, zoals gemaal Halfweg en gemaal Spaarndam. Deze objecten staan vaak maar een klein gedeelte van de dag aan en malen dan met groot debiet. In Figuur 4.8 is een voorbeeld te zien van de berekende aanvoer vergeleken met het gemiddelde over 24 uur. Voor het berekenen van de aanvoer is gebruik gemaakt van de 10minutenwaarden. Deze meetwaarden zijn vervolgens gebruikt in de formules van de aanvoervoorspeller. Dit geeft geen perfecte weergave de werkelijke aanvoer, maar de afwijkingen, veroorzaakt door de grote objecten, zijn goed zichtbaar. Het gemiddelde is berekend uit deze grafiek en is het gemiddelde over 24 uur vooruit. Dit gemiddelde is dus de waarde die de aanvoervoorspeller zou gebruiken als deze 100% nauwkeurig is. 180 160

3

debiet (m /s)

140

aanvoer berekend gemiddelde aanvoer

120 100 80 60 40 20 0 16-5

17-5

18-5

19-5

20-5

21-5

22-5

datum Figuur 4.8 Berekende aanvoer 15-21 mei 2006 plus gemiddelde (24 uur vooruit)

Deze variatie kan gevolgen hebben voor de timing van de afvoer. Omdat de verschillen tussen gemiddelde aanvoer en werkelijke aanvoer erg groot kunnen zijn (tot 60 m3/s) kunnen grote verschillen optreden tussen voorspelde waterstand en werkelijke waterstand (water kan niet worden afgevoerd als het er nog niet is). Een afwijking van 50 m3/s gedurende een halve dag geeft een peilafwijking van meer dan 5 cm. Nu is het zo dat er na een uur een nieuw advies komt en er dus voor afwijkingen gecompenseerd kan worden. Dit gebeurt echter op het moment dat het verschil optreedt. De bedoeling van het BOS is juist om te anticiperen op toekomstige gebeurtenissen en het zou dus rekening moeten houden met deze variatie. Een ander punt is de nauwkeurigheid van een voorspelling. In het algemeen neemt de nauwkeurigheid af naarmate de voorspellingsperiode verder weg ligt. Door een gemiddelde te gebruiken wordt deze onnauwkeurigheid ook meegenomen in de eerste paar uur van een voorspelling. Een goede voorspelling van eerste uren is van groot belang omdat hieruit een advies moet worden gegenereerd dat werkelijk moet worden uitgevoerd. Het zou dus beter zijn om geen gemiddelde over 24 uur te gebruiken maar de voorspelling op te splitsen in kortere periodes. Op deze manier heeft de onzekerheid aan het einde geen invloed meer heeft voor het advies aan het begin.

33

Om deze verbetering toe te kunnen passen zijn meer en gedetailleerdere meetgegevens en voorspellingen nodig. Zoals uit paragraaf 4.2 blijkt, is de kwaliteit van deze gegevens nu al een probleem. In de volgende paragraaf zal een aantal mogelijkheden tot verbeteringen en de haalbaarheid ervan worden besproken.

4.3 Oplossingsrichting aanvoervoorspeller De structurele onderschatting van de aanvoer door de aanvoervoorspeller is voor een groot gedeelte verantwoordelijk voor de slechte kwaliteit van de adviezen. Een verbetering van dit onderdeel is essentieel voor het goed functioneren van het gehele BOS. Hieronder zal een aantal mogelijke verbeteringen worden beschreven.

4.3.1 Verbetering formules of tabellen De kwaliteit van de waterbalans waarop de formules gebaseerd zijn is niet erg goed. In de loop van de jaren zijn meerdere en betere waterbalansen beschikbaar (1998-2003). Een nieuwe analyse om een formule of tabel te bepalen per post zou een verbetering op kunnen leveren. In ieder geval kunnen de formules gecontroleerd worden tegen een onafhankelijke dataset. Een voorbeeld is HDSR. De formule voor de aanvoer (afvoer van HDSR heeft aparte formule, zie bijlage A) is als volgt [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001].:

QHDSRaanvoer = 0,95QHDSRgemeten _ aanvoer

(4.1)

De factor 0,95 niet correct want de totale aanvoer kan niet kleiner zijn de gemeten aanvoer van een paar objecten. In dit geval kan een verandering in de formule dus wel voor een verbetering van de aanvoervoorspelling zorgen. Een ander voorbeeld is de formule voor de RWZI’s. Er is gebleken dat bij het opstellen van de formule een aantal RWZI’s niet is meegenomen. Ook zijn er sinds het opstellen van de formules enkele RWZI’s bijgekomen. Dit levert natuurlijk extra aanvoer op dus het opstellen van een nieuwe relatie met de nieuwste gegevens is noodzakelijk.

4.3.2 Sluitfoutcorrectie De bedoeling is een factor toe te passen op de aanvoervoorspeller of op de geadviseerde inzet van het gemaal. Dit is nodig, omdat de aanvoergegevens waarop de formules zijn gebaseerd in totaal een kleiner debiet geven dan de totaal gemeten afvoer in IJmuiden. Deze sluitfout bedraagt ongeveer 20% (van de IN-post) in de waterbalans van 1997 waarop de formules gebaseerd zijn. De gemiddelde sluitfout tussen 1998 en 2003 is ongeveer 16% dit is een verbetering maar nog niet optimaal. Het is niet bekend [Vlotman, Hesp, Vermeulen, 2005] of de fout in de aanvoer of in de afvoer zit. Op korte termijn zal er een nieuwe ijking plaatsvinden van de spuikokers. Hiermee wordt gehoopt dat een deel van de sluitfout verdwijnt, doordat zou kunnen blijken dat de afvoer overschat wordt. De analyse van de sluitfout in het rapport Waterbalans Noordzeekanaal/ Amsterdam-Rijnkanaal door Royal Haskoning wijst ook in deze richting. Echter er moet rekening mee worden gehouden dat de sluitfout nooit helemaal zal verdwijnen en dat er dus altijd voor gecorrigeerd zal moeten worden.

34

Er is een aantal alternatieven hoe de correctie toegepast kan worden: 1. Het debiet van de aanvoervoorspeller kan met een factor verhoogd worden; 2. Het adviesdebiet van de afvoer kan met een factor verhoogd worden; 3. De meetwaarde van de afvoer kan met een factor verlaagd worden. Alternatief 2 lijkt de meest logische oplossing maar kan voor problemen zorgen vanwege de optimalisatie in het advies. Het veranderen van het advies verstoort de optimalisatie. Ook kan het problemen opleveren door de beperkingen aan de capaciteit van het spuimaalcomplex. Een pomp- of spuidebiet kan niet zomaar verhoogd worden. Bij alternatief 1 wordt de correctie voor de optimalisatie toegepast en kan dus een optimaal advies worden gegenereerd met de gecorrigeerde aanvoer. Het corrigeren van de meetwaarde zoals in alternatief drie is niet gewenst. Een meetwaarde is nu eenmaal een meetwaarde. Alternatief 1 zou dus toegepast kunnen worden. In principe zal de correctiefactor gelijk moeten zijn aan de sluitfout in de waterbalans, waarop de formules gebaseerd zijn. Hoe kleiner de sluitfout in de waterbalans hoe kleiner de correctiefactor hoeft te zijn. Overige afwijkingen hebben een andere oorzaak en het corrigeren van deze afwijkingen met een factor over het geheel zou de werkelijke oorzaak maskeren. Het is daarom van groot belang eerst de aanvoervoorspelling te verbeteren op individuele posten voordat een algemene correctiefactor wordt toegepast.

4.3.3 Verandering gebruik type meetwaarde In het geval van HDSR en HHNK wordt in de formules om de aanvoer te bepalen steeds de laatste bekende meetwaarde gebruikt. Dit levert vaak een te lage waarde op (en zelfs vaak 0) die door de Aanvoervoorspeller gebruikt wordt. Een verbetering zou zijn om in deze gevallen in plaats van de laatste waarde een gemiddelde van de afgelopen paar uur te nemen. Deze periode zou lang genoeg moeten zijn om effecten zoals beschreven in paragraaf 4.2.5 te voorkomen, maar kort genoeg om nog een correlatie te hebben met de aanvoer over de komende 24 uur. Als voorbeeld gemaal Bijleveld genomen. In Figuur 4.9 is het gemiddelde debiet van 24 vooruit uitgezet tegen het gemiddelde debiet van het afgelopen uur. Zoals te zien is, is er geen correlatie. 2,50

gemiddelde 24 uur vooruit

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00 0,00

0,50

1,00 1,50 2,00 gem iddelde afgelopen uur

2,50

Figuur 4.9 Correlatie gemiddelde pompdebiet 24 uur vooruit met gemiddelde afgelopen uur

35

De correlatie blijkt beter te worden als een langere periode wordt genomen. In Figuur 4.10 is de afgelopen 24 uur gebruikt. Er is nu ook een trendlijn toegevoegd. 1,40 y = 0,8964x R2 = 0,2286

gemiddelde 24 uur vooruit

1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,00

0,20

0,40 0,60 0,80 1,00 gem iddelde afgelopen 24 uur

1,20

1,40

Figuur 4.10 Gemiddelde 24 uur vooruit met gemiddelde 24 uur terug

De correlatie is nu beter maar nog steeds slecht. Het blijkt dus erg moeilijk om met uitsluitend gegevens uit het verleden een goede voorspelling te doen voor de toekomst. Het is wel een verbetering ten opzichte van de huidige situatie. Deze methode zou toegepast moeten worden op het Zaangemaal van HHNK en alle objecten van HDSR, want deze vertonen hetzelfde beeld. Andere mogelijkheden worden in de volgende paragrafen beschreven.

4.3.4 Aanvoerverdeling over 24 uur Op dit moment wordt voor alle posten gebruik gemaakt van een gemiddelde over 24 uur. Hierboven zijn de nadelen uiteengezet. Het is dus van belang om in plaats van een gemiddeld debiet over 24 uur bijvoorbeeld een debiet per uur te gebruiken. Of in elk geval voor de eerste paar uur vooruit een gedetailleerdere voorspelling te gebruiken, zodat de invloed van de laatste paar uur verdwijnt. Het invoeren van deze verbetering is slechts voor enkele posten mogelijk en nuttig. Het is alleen mogelijk als er de mogelijkheid bestaat om gedetailleerde gegevens te krijgen. Dit is voor bijvoorbeeld schutverliezen erg moeilijk. Bij kleine posten zoals de neerslag op het systeem zelf of bij posten die relatief constant zijn, zoals de aanvoer vanuit de Lek, is het niet erg nuttig. Het gaat dus om de volgende posten • HHR; • Gemaal Zeeburg, dit gemaal speelt maar een kleine rol maar vanwege het vaste patroon waarmee het bediend wordt is het mogelijk om per uur een debiet vast te stellen. Zie verder Bijlage B; • HDSR; • HHNK. Als voorbeeld van de verbetering zal HHR gebruikt worden. Dit hoogheemraadschap heeft twee grote objecten in beheer die voor het grootste gedeelte van de aanvoer zorgen. Deze twee objecten zijn: • Gemaal Halfweg met een capaciteit van 33 m3/s; • Gemaal Spaarndam met een capaciteit van 32 m3/s. 36

Verder is er nog een aantal kleine gemalen. Dit zijn de gemalen van het voormalige Waterschap Groot-Haarlemmermeer, dat in 2005 is gefuseerd met HHR. Bij HHR is een Operationeel beheer systeem (OBS) actief. Aan de hand van dit OBS wordt de inzet van de gemalen bepaald. Elk uur wordt het verwachte gemiddelde debiet voor de komende 24 uur van gemaal Halfweg en gemaal Spaarndam doorgegeven aan het BOS in IJmuiden. Om het totale debiet voor deze post te bepalen, wordt de volgende formule toegepast [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001].:

Q HHR = 1, 05* (Q Halfweg + QSpaarndam )

(4.2)

Waarin: QHHR=totaaldebiet HHR [m3/s], QHalfweg=voorspelling gemiddeld debiet Halfweg [m3/s], QSpaarndam=voorspelling gemiddeld debiet Spaarndam [m3/s]. In Figuur 4.11 is de aanvoer van gemaal Halfweg te zien in verschillende vormen. Het werkelijk opgetreden debiet uit 10-minutenwaarden, de voorspelling zoals deze gebruikt is door het BOS. Ook is het gemiddelde van 24 uur vooruit in de grafiek opgenomen. Dit is dus de waarde die het BOS achteraf gezien had moeten gebruiken op dat moment. Pompdebiet Gemaal Halfweg

gemiddelde 24 uur

BOS waarde gemaal halfweg

40 35

Debiet (m3/s)

30 25 20 15 10 5 0 18-5

20-5

22-5

24-5

datum

26-5

28-5

30-5

1-6

Figuur 4.11 Gemaal Halfweg 18 mei tot 1 juni 2006

37

Het blijkt dat de waarde die het BOS gebruikt niet klopt. De bedoeling is nu om in plaats van het gebruik van het gemiddelde een uurschema te gebruiken. In dit geval zou Rijnland elk uur aan IJmuiden het aantal verwachte draaiuren moeten doorgeven. In Figuur 4.12 is een voorbeeld gegeven van hoe dit eruit zou kunnen zien: halfweg

70 60

debiet (m3/s)

50 40 30 20 10 0 0

4

8

12

16

uur

20

24

Figuur 4.12 Pompschema gemaal Halfweg, gebruikt door BOS na verbetering.

Voor gemaal Spaarndam zal een zelfde schema kunnen worden doorgegeven. Nu zijn er twee varianten om de formule toe te passen. Variant één: na optelling van de twee gemalen wordt de factor 1,05 toegepast op het uurdebiet. Dit zorgt ervoor dat de pieken hoger worden en het totale volume een factor 1,05 hoger is. In Figuur 4.13 is een voorbeeld afgebeeld. totaal*1,05

halfweg

spaarndam

70 60

debiet (m3/s)

50 40 30 20 10 0 0

4

8

12

uur Figuur 4.13 Voorbeeld voorspelling debiet Rijnland

38

16

20

24

Variant twee: omdat de overige gemalen waarschijnlijk niet op hetzelfde moment aangaan als gemaal Halfweg en Spaarndam is het logischer om een andere verdeling te maken over de tijd. Dit kan bereikt worden door het totale volume te vermenigvuldigen met de restfactor 0,05. De uitkomst kan dan verdeeld worden over 24 uur. De formule ziet er als volgt uit:

Q gem idd eld =

0, 0 5 * ∫ ( Q H alfw eg + Q S p aarn dam ) δ t

(4.2)

86400

Het schema ziet er dan uit zoals in Figuur 4.14 is weergegeven. Het geschatte debiet voor de overige gemalen is nu verspreidt over 24 uur. totaal +gemiddelde*0,05

halfweg

Spaarndam

70 60

debiet (m3/s)

50 40 30 20 10 0 0

4

8

12

uur

16

20

24

Figuur 4.14 Voorbeeld voorspelling debiet HHR

Het toepassen van deze methode op de genoemde hoogheemraadschappen zou een grote verbetering opleveren in de nauwkeurigheid van het BOS. Deze methode kan alleen worden toegepast als het mogelijk voor de hoogheemraadschappen om de benodigde data aan te leveren. Het is echter gebleken dat veel van de betrokken objecten volgens een min of meer vast schema pompen. Zo gaat gemaal Halfweg meestal dagelijks om 07:00 uur aan. Dit zou dus enkele uren van tevoren bekend kunnen zijn. Mocht het niet mogelijk zijn om een voorspelling voor de komende 24 uur te maken dan is een andere optie om bijvoorbeeld voor de eerste 12 uur een uurvoorspelling te maken en voor de laatste 12 uur alleen een gemiddelde te gebruiken. Op het einde is de nauwkeurigheid namelijk minder belangrijk.

4.3.5 Toepassen andere methode voor berekening aanvoer Op dit moment maken de beheerders gebruik van een rekenblad zoals genoemd in hoofdstuk 3. Deze bevat een grove neerslag-afvoerrelatie, maar de ervaringen van de beheerders met deze relatie zijn positief. Als blijkt dat het bepalen van de afvoer niet nauwkeurig genoeg kan worden door gebruik te maken van de formules is er de mogelijkheid om deze neerslag-afvoerrelatie te gebruiken. Het voordeel van deze methode is dat met betrekkelijk weinig meetwaarden(alleen de neerslag) een aanvoerdebiet bepaald kan worden. Een nadeel is dat het moeilijk is een verdeling naar instroompunt in het kanaal te vinden. Ook is waarschijnlijk een gemiddelde over 24 uur het maximaal haalbare. In Bijlage C wordt dieper op deze relatie ingegaan.

39

4.4 Conclusies en aanbevelingen De aanvoervoorspeller bevat vele gebreken. Het verbeteren ervan is van groot belang voor het functioneren van het BOS. De sluitfoutcorrectie is een snelle en simpele manier om de voorspelling te verbeteren. Een groot nadeel is dat het wel andere fouten kan maskeren. Er bestaat de kans op schijnnauwkeurigheid. Het controleren van de formules met de gegevens van de meer recentere waterbalansen kan nuttig zijn om het vertrouwen in de formules te vergroten en kan mogelijk tot een verbetering van de factoren leiden. Het gebruik van de laatst bekende meetwaarde in de formules voor HHNK en HDSR is geen goede methode. Beter zou zijn om een gemiddelde van de laatste 24 uur te nemen. Dit zal uiteindelijk gemiddeld een hogere voorspelde aanvoer opleveren, die beter klopt met de werkelijkheid. Dit is echter nog geen perfecte oplossing. Een betere oplossing zou zijn om gebruik van een voorspelling te maken. Hiervoor moeten de hoogheemraadschappen deze wel zelf kunnen genereren. Het gebruik van een gemiddelde van 24 uur zorgt voor grotere afwijkingen dan nodig is. Door voor enkele posten een debiet per uur te gebruiken wordt voorkomen dat een onnauwkeurige voorspelling voor de laatste paar uur het zicht op de eerste paar uur vertroebelt. Ook kan er met een uurvoorspelling eerder geanticipeerd worden op afvoerpieken. Het kunnen implementeren van een uurvoorspelling debiet is sterk afhankelijk van de betrokkenheid en mogelijkheden van de hoogheemraadschappen. De eerste stap zal een overleg met deze partijen moeten zijn om de haalbaarheid van het plan te bepalen.

40

5

Intern model

5.1 Beschrijving huidige model Om de benodigde inzet van kunstwerken te bepalen wordt een simulatie gedaan voor 24 uur. Als randvoorwaarde wordt het debiet van de aanvoervoorspeller gebruikt en de zeewaterstand van de getijvoorspelling. Het doel is het waterpeil op het streefpeil van –0,40 m NAP te handhaven door de inzet van het spui-maalcomplex. Dit is een iteratief proces omdat een verandering in de inzet invloed heeft op het waterstandverloop. In Figuur 5.1 is een voorbeeld te zien van een advies zoals dat door het BOS wordt gegeven. 0.00

Canal water level Sea water level Maximum

Level (mMSL)

-0.20

Setpoint

-0.40

Minimum -0.60

-0.80 -12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4 6 8 Time (hours)

10

12

14

16

18

20

22

24

600

Gravity discharge

Flow (m3/s)

500

Total Pump discharge

400

Disturbance discharge

300 200 100 0 -12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4 6 8 Time (hours)

10

12

14

16

18

20

22

24

Figuur 5.1 Advies BOS, waterstandverloop NZK en zee, inzet spui-maalcomplex IJmuiden

In het huidige BOS wordt het hele Noordzeekanaal (NZK) en Amsterdam-Rijnkanaal (ARK) aangenomen als één reservoir. Hierop is een balansvergelijking van toepassing.

dh Qin − Quit = dt As

(5.1)

dh =de peilverandering over de tijd [m/s], Qin =het instroomdebiet [m3/s] (komt van dt de aanvoervoorspeller), Quit =het uitstromend debiet [m3/s] (is de geadviseerde inzet), As =bergend oppervlak van het systeem [m2].

Waarin:

Het gebruik van één reservoir zorgt ervoor dat het berekenen van het waterstandverloop snel gaat. Deze grove benadering heeft ook tot gevolg dat de uitkomsten erg onnauwkeurig zijn. In de volgende paragrafen zal hier dieper op worden ingegaan. In paragraaf 5.3 zal een alternatief model worden beschreven dat een beter resultaat oplevert.

41

Voor de analyse en vergelijking van het huidige en alternatieve model is gebruik gemaakt van een gedetailleerd Sobekmodel van het NZK en ARK. De reden hiervoor is dat het voor sommige analyses nodig is om de simulatie onder gelijke en gecontroleerde omstandigheden uit te voeren. Het is erg moeilijk om gebleken om deze vergelijking uit te voeren met werkelijke meetwaarden. Met het Sobekmodel kan deze gecontroleerde vergelijking wel gemaakt worden. Het Sobekmodel zal in deze gevallen dienen als ‘werkelijkheid’ om het gedrag van de twee andere modellen te controleren.

5.1.2 Kwaliteit 1-bakmodel Het huidige beheer, zoals dat door de beheerders wordt gevoerd, is vooral gericht op het NZK. De aansturing van het spui-maalcomplex gebeurt op basis van de gemiddelde waterstand op het NZK ((H2+H3)/2). De beheersregels zoals het streef- , maximum- en minimumpeil zijn gericht op deze waarde. Het BOS maakt gebruik van het 1-bakmodel. De eerste test die is uitgevoerd is het controleren hoe goed het 1-bakmodel in staat is het waterpeil op het NZK en ARK te berekenen, en met name het gemiddeld peil op het NZK ((H2+H3)/2). Er is een simulatie gemaakt van een korte periode, 2 tot 8 mei 2006. Er is een simulatie gemaakt met het 1-bakmodel en het Sobekmodel. De resultaten zijn vergeleken met de werkelijk opgetreden waterstanden. De verschillende randvoorwaarden zijn zo veel mogelijk gelijk gehouden met de werkelijkheid. De afvoer in de twee modellen is gelijk gesteld aan de werkelijk opgetreden afvoer van het spui-maalcomplex zoals deze te vinden is in de database. Omdat de kwaliteit van de aanvoervoorspeller onvoldoende is en er niet genoeg meetgegevens zijn om de juiste aanvoer te bepalen is er aangenomen dat de aanvoer gelijk is aan de totale afvoer. Het totale afvoervolume is gemiddeld over de tijd. Hiervan is eerst het debiet van de inlaat bij Schellingwoude afgetrokken. Dit is gedaan omdat dit debiet erg groot is (100 m3/s) en het uitmiddelen van deze post geeft te grote afwijkingen. Het debiet van de inlaat is op de juiste tijdstippen weer bij het gemiddelde opgeteld. In Figuur 5.2 een overzicht van de gebruikte aanvoer en de afvoer in de modellen. 600 Qaanvoer

500

Qafvoer

debiet (m3/s)

gemiddelde

400 300 200 100 0 2-5

3-5

4-5

5-5

6-5

datum Figuur 5.2 Gebruikte aanvoer en afvoer in de simulatie.

42

7-5

8-5

9-5

In Figuur 5.3 de resultaten van de twee modellen vergeleken met de werkelijkheid (gedeelte periode voor de duidelijkheid).

Waterstand (m NAP)

-0,3 NZK echt H 1-bakmodel NZK sobek

-0,35

-0,4

-0,45

-0,5 5-5 00:00

5-5 12:00

6-5 00:00

6-5 12:00

7-5 00:00

7-5 12:00

8-5 00:00

8-5 12:00

Datum en tijd Figuur 5.3 Waterstanden (H2+H3)/2 van werkelijkheid, Sobekmodel en 1-bakmodel

Het blijkt dat het Sobekmodel en het 1-bakmodel goed overeenkomen. De werkelijkheid geeft een iets ander beeld maar dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de aanname die is gedaan om de aanvoer te bepalen. Het blijkt dus dat het 1-bakmodel een goede beschrijving geeft van het gemiddeld peilverloop op het NZK. Toch heeft het gebruik van deze benadering tekortkomingen. Dit komt omdat voor een aantal elementen in het BOS het gebruik van het gemiddelde waterpeil op het NZK niet tot goede resultaten leidt. • Bepalen beginvoorwaarde; • Bepalen spuivolume; • Bepalen inlaatdebiet Schellingwoude. In paragraaf 5.2 zijn de eerste twee tekortkomingen beschreven en in paragraaf 5.3 wordt beschreven hoe deze tekortkomingen opgelost kunnen worden met behulp van een alternatief model. De derde tekortkoming wordt in dit rapport niet behandeld. Hier zal nog verder onderzoek naar moeten worden gedaan.

43

5.2 Tekortkomingen Intern Model 5.2.1 Beginvoorwaarde waterstand Als beginvoorwaarde voor een simulatie wordt het gemiddelde genomen van de laatste bekende waarde van H2 (Schellingwoude) en H3 (Buitenhuizen). Dit geeft een goed beeld van het waterpeil op het NZK. De waterstand op het ARK en in het Amstel, Gooi en Vecht boezemgebied wordt niet meegenomen als beginvoorwaarde. Dit zorgt voor afwijkingen in de berekening van de hoeveelheid water in het systeem. Dit komt omdat er waterstandverschillen zijn tussen het NZK en het ARK. In Figuur 5.4 is het waterstandverschil tussen het gemiddelde van H2 en H3, de waterstand bij meetpunt Maarssen en bij Wijk bij Duurstede te zien. verschil H NZK-H WijkbD

verschil H NZK-H maarssen

0,15

verschil (m)

0,1 0,05 0

-0,05 -0,1 11-5

11-5

12-5

12-5

13-5

datum

13-5

14-5

14-5

15-5

Figuur 5.4 Peilverschil NZK en ARK

Het verschil kan oplopen tot 0,1 m. Voor het boezemgebied van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV) zijn geen waterstandmetingen beschikbaar, maar aangenomen mag worden dat hier de afwijkingen van dezelfde orde van grootte kunnen zijn. Het gezamenlijke bergend oppervlak van het ARK en het boezemgebied van AGV is ongeveer 20 km2 dus een gemiddelde afwijking van 0,05 m zorgt voor een afwijking van één miljoen m3 water. Dit is met een gemiddelde afvoer van ruim 8 miljoen m3 per dag een relatief groot percentage. De mogelijkheden van het BOS om een correct afvoervolume te bepalen wordt met deze afwijking sterk ingeperkt.

44

5.2.2 Berekend spuivolume wijkt af van werkelijk spuivolume Het spuivolume in IJmuiden wordt niet bepaald door een directe debietmeting maar wordt berekend door de volgende formule [Beuse, Ebbinge, Stor, 2004]: 7

Qspui (t ) = ∑ {µ (n) *125, 44* ∆H drukverschil * K (n)}

(5.2)

n =1

Waarin: Qspui= Spuivolume op tijdstipt t [m3/s], µ=contractiecoëfficiënt, 1,0 voor koker twee t/m zeven 0,8 voor koker één [-], ∆Hdrukverschil=verval over spuisluis gerelateerd aan drukmeting [m], K=openingspercentage [-]. De formule is gebaseerd op de verschildrukmeting over de spuisluis. Deze formule wordt ook gebruikt in het BOS. In het BOS wordt het verval berekend door de voorspelde waterstand van het getij af te trekken van de berekende waterstand van het kanaal uit formule 5.1. Deze berekende gemiddelde waterstand op het kanaal kan sterk afwijken van de waterstand net bovenstrooms van de spuisluis. Vooral tijdens een spui is het waterpeil net bovenstrooms van de spuisluis veel lager dan het gemiddelde. Hierdoor wordt in het BOS het verval overschat. Het gevolg is een overschatting van het spuivolume. In Figuur 5.5 is een uitvergroting te zien van Figuur 5.3 gedurende een spuiperiode.

waterstand (m NAP)

-0,3 -0,35 -0,4

-0,45 -0,5

-0,55 6-5 12:00

H4 echt h 1bak bak10 sobek

6-5 16:00

6-5 20:00

7-5 0:00

7-5 4:00

7-5 8:00

7-5 12:00

7-5 16:00

Datum en tijd

Figuur 5.5 waterstand H4, Sobekmodel en 1-bakmodel gedurende spui

Om dit verschil te kwantificeren is een vergelijking gemaakt tussen het Sobekmodel en het 1bakmodel, zoals dat nu door het BOS gebruikt wordt. Aangenomen wordt dat het Sobekmodel een goede weergave geeft van de werkelijkheid. Uit Figuur 5.5 blijkt dat deze aanname redelijk klopt. De verschillen tussen het Sobekmodel en de werkelijkheid worden zoals beschreven in paragraaf 5.1.2 veroorzaakt door verschillen in de aanvoer, het algemeen verloop is ongeveer gelijk. Dit is te zien in Figuur 5.6 waar het Sobekmodel en de werkelijkheid over elkaar zijn gezet.

waterstand (m NAP)

-0,3 -0,35 -0,4

-0,45 -0,5

-0,55 6-5 12:00

H4 echt h 1bak bak10 sobek

6-5 16:00

6-5 20:00

7-5 0:00

7-5 4:00

7-5 8:00

7-5 12:00

7-5 16:00

Datum en tijd

Figuur 5.6 Sobekmodel en werkelijkheid over elkaar heen

45

In de analyse die is gemaakt is één spuiperiode doorgerekend. Als aanvoer is een constante waarde genomen. Er is een aantal simulaties gemaakt met telkens een ander getijverloop. Dit is gedaan om grotere en kleinere spuivolumes te kunnen analyseren. In Figuur 5.7 zijn de gebruikte getijverlopen te zien. Er zijn vier varianten gebruikt. • Kleine spui: bij een minimum laagwater van ongeveer –0,55 m NAP kan de spuisluis meestal nog net geopend worden voor een kleine spui van ongeveer twee miljoen m3; • Gemiddelde spui: een laagwater van ongeveer -0,75 m NAP geeft een spuivolume van vier miljoen m3. Dit is een gemiddelde grootte die vaak voorkomt; • Grote spui: een laagwater van ongeveer –1,0 m NAP zorgt voor een bovengemiddeld spuivolume van ongeveer zeven miljoen m3; • Zeer grote spui: onder zeer gunstige omstandigheden kan het voorkomen dat het laagwater op ongeveer –1,2 m NAP uitkomt. In deze situatie treedt er een zeer grote spui op met een volume van ongeveer 10 miljoen m3.

waterstand (m NAP)

1,5 1 0,5 0 Hzee kleine spui

-0,5

Hzee gem. spui

-1

Hzee grote spui Hzee zeer gr. spui

-1,5 0

20

40

60 80 tijdstap (10 min)

100

120

Figuur 5.7 verloop getijde verschillende testen

Uit de resultaten blijkt dat de waterstand van het 1-bakmodel en de waterstand in de Velserkom, berekend door het Sobekmodel gedurende de hele spui 5 tot 10 cm verschillen. Dit is te zien in Figuur 5.8. Deze waarden komen uit de berekening voor een normaal spuivolume van ongeveer 4 miljoen m3. Dit effect treedt op bij alle alternatieven. Bij een kleine spui is het effect minder groot. -0,3

watersatand (m NAP)

-0,35 -0,4

-0,45 H velserkom Sobekmodel

-0,5

Waterstand 1bakmodel -0,55 1

25

49 tijdstap (10min)

Figuur 5.8 Waterstandverloop tijdens spui 1-bakmodel en Sobekmodel

46

73

Het blijkt dat deze verschillen in waterstand een grote invloed hebben op het totale spuivolume. In Figuur 5.9 is het spuidebiet te zien van de simulatie voor een klein spuivolume van ongeveer 2 miljoen m3. Bij dit alternatief is het verschil relatief het grootst en dus het duidelijkst te zien. 400 Sobekmodel

350

1-bakmodel

spuidebiet (m3/s)

300 250 200 150 100 50 0 1

25

49

73

tijdstap (10min) Figuur 5.9 Spuivolume Sobek en 1-bakmodel voor een kleine spui.

Het relatieve verschil in totaal spuivolume is het grootst voor een kleine spui, ongeveer 20 %. Omdat het maximum spuidebiet 500 m3/s is, wordt het spuidebiet bij grotere spuimogelijkheden geknepen tot dit maximum van 500 m3. Dit zorgt ervoor dat bij de grotere spuivolumes minder verschil kan optreden. Hierdoor liggen de relatieve verschillen bij een grotere spui rond de 7 %. Als er geen limiet zou zijn op het spuivolume zou het verschil rond de 12 % liggen. In Tabel 5.1 zijn de resultaten per simulatie weergegeven. Tabel 5.1 Resultaten simulaties spuivolume in m3/s.

Sobek

1bak

verschil met totaal volume totaal volume absoluut verschil Sobek [m3/s] [m3/s] [m3/s] kleine spui normale spui grote spui grote spui 500max zeer grote spui zeer grote spui 500max

relatief verschil

1,87E+06 4,21E+06 7,39E+06

2,24E+06 4,80E+06 8,31E+06

3,62E+05 5,92E+05 9,19E+05

119,3% 114,1% 112,4%

7,06E+06

7,58E+06

5,21E+05

107,4%

1,07E+07

1,19E+07

1,25E+06

111,7%

9,73E+06

1,03E+07

5,98E+05

106,1%

47

5.3 Oplossingsrichting Om het beheer van het BOS meer in overeenstemming te laten komen met de werkelijkheid, is een meer gedetailleerde benadering nodig van het kanaal. Het voorstel is om gebruik te maken van een 10-bakmodel in plaats van het 1-bakmodel. Hierdoor is een beter beeld te krijgen van het waterstandverloop over het kanaal. In de volgende paragrafen zal beschreven worden hoe 10-bakmodel omgaat met de in paragraaf 5.2 genoemde problemen. In 0 is het model beschreven.

5.3.1 Kwaliteit 10-bakmodel Door het gebruik van 10 bakken kan een beter beeld worden verkregen van de waterstand op het NZK. Om de kwaliteit van het 10-bakmodel te analyseren is dezelfde simulatie gemaakt als beschreven in paragraaf 5.1.2. In Figuur 5.10 is de berekende waterstand op het NZK ((H2+H3)/2) van het 10-bakmodel vergeleken met het Sobekmodel en de werkelijkheid.

Waterstand (m NAP)

-0,3 NZK tienbakmodel NZK sobekmodel NZK werkelijk

-0,35 -0,4

-0,45

-0,5 5-5 00:00

5-5 12:00

6-5 00:00

6-5 12:00

7-5 00:00

7-5 12:00

8-5 00:00

8-5 12:00

Datum en tijd

Figuur 5.10 Vergelijking gemiddelde H2 en H3 met 10-bakmodel en Sobekmodel

De resultaten voor het beschrijven van de waterstand op het NZK door het 10-bakmodel zijn vergelijkbaar met de resultaten van het 1-bakmodel. Dit blijkt uit Figuur 5.11.

Waterstand (m NAP)

-0,35

-0,4

-0,45 H 1-bakmodel NZK sobek NZK tienbak

-0,5 5-5 00:00

5-5 12:00

6-5 00:00

6-5 12:00

7-5 00:00

7-5 12:00

8-5 00:00

8-5 12:00

Datum en tijd

Figuur 5.11 Vergelijking 10-bakmodel, 1-bakmodel en Sobekmodel

Hoe het 10-bakmodel omgaat met de specifieke tekortkomingen uit paragraaf 5.2 is beschreven in de volgende paragrafen.

48

5.3.2 Verbetering beginvoorwaarde Door het gebruik van een 10-bakmodel kunnen waterstanden langs het hele kanaal worden meegenomen. Hierdoor kan een juiste schatting worden gemaakt van de hoeveelheid water in het systeem. Op dit moment wordt de beginvoorwaarde alleen bepaald door de gemiddelde waterstand van H2 en H3. Met een 10-bakmodel kunnen ook één of enkele meetpunten op het ARK gebruikt worden. Deze waterstanden kunnen vervolgens geïnterpoleerd worden over alle tien de bakken zodat een redelijk goed beeld ontstaat van het waterpeil over het hele kanaal en dus van het volume water in het kanaal. In Figuur 5.12 is een voorbeeld te zien van deze extrapolatie als zeven meetpunten worden gebruikt. Deze meetpunten zijn [Jonk, Ruyter, 2004]: • H4 (Noordersluis oost); • H3 (Buitenhuizen); • H2 (Schellingwoude); • H Weesp; • H Maarssen; • H Nieuwegein; • H Wijk bij Duurstede. Als minder meetpunten worden gebruikt zal de interpolatie minder nauwkeurig zijn. -0,3 waterstand (m NAP)

werkelijke waterstand

-0,35

geinterpoleerd naar 10bak

-0,4

-0,45

-0,5 0

20 40 60 80 IJmuiden - Wijk bij Duurstede (km)

100

Figuur 5.12 Voorbeeld interpolatie van meetpunten voor beginvoorwaarde

49

Om deze methode mogelijk te maken is het wel van belang dat de waterstandmetingen nauwkeurig genoeg zijn. Dit is op dit moment nog niet het geval voor de metingen op het Amsterdam-Rijnkanaal. In Figuur 5.13 is een voorbeeld te zien van de meting van meetpunt Wijk bij Duurstede. Deze meting kan binnen enkele metingen 5 tot 10 cm variëren. Voor de meting van H3 is dit niet het geval. Voor een goede schatting van het volume in het systeem is een stabielere meting nodig. Als dit niet mogelijk is zou een gemiddelde over meer dan 10 minuten genomen kunnen worden om als beginvoorwaarde te gebruiken. Dit zou wel een minder nauwkeurig alternatief zijn. waterstand meetpunt Wijk bij Duurstede

-0,3

waterstand

-0,35

-0,4

-0,45

Wijk bij Duurstede H3

-0,5 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

tijdstap (10min) Figuur 5.13 Waterstand Wijkbij duurstede en H3 over korte periode.

5.3.3 Verbetering berekening spuivolume Om te testen hoe het 10-bakmodel omgaat met het spuivolume zijn dezelfde berekeningen uitgevoerd als beschreven in paragraaf 5.2.2. In Figuur 5.14 is de waterstand van de laatste bak bij IJmuiden vergeleken met de waterstand van het 1-bakmodel en van het Sobekmodel. De berekening is voor een normaal spuivolume.

waterstand (m NAP)

-0,3

-0,35

-0,4

bak10

-0,45

H velserkom Sobekmodel

Waterstand 1bakmodel -0,5 1

21

41

61

tijdstap (10 min) Figuur 5.14 Waterstandverloop tijdens spui 1-bakmodel en Sobekmodel en 10-bakmodel

50

81

Het is duidelijk dat de waterstand bij de spuisluis door het 10-bakmodel beter wordt benaderd dan door het 1-bakmodel. Dus ook het spuivolume komt meer overeen met de Sobekberekening. In Figuur 5.15 is het spuidebiet weergegeven van een kleine spui. Bij dit alternatief is het verschil het duidelijkst zichtbaar. 400

Sobekmodel 1 bak model

350

10 bakmodel

spuidebiet (m3/s)

300 250 200 150 100 50 0 1

25

49 tijdstap (10min)

73

Figuur 5.15 Spuidebiet kleine spui 1-bak, 10-bak en Sobekmodel

Het berekende spuivolume wordt door het 10-bakmodel beter berekend in Tabel 5.2 zijn de resultaten te zien van alle berekeningen. Tabel 5.2 Resultaten berekening spuivolumes

Sobek verschil met Sobek

totaal volume [m3/s]

10bak totaal volume [m3/s]

absoluut verschil [m3/s]

1bak relatief verschil

totaal volume [m3/s]

absoluut verschil [m3/s]

relatief verschil

kleine spui normale spui grote spui grote spui 500max

1,87E+06 2,01E+06 1,35E+05 4,21E+06 4,39E+06 1,83E+05 7,39E+06 7,61E+06 2,15E+05

107,2% 2,24E+06 3,62E+05 119,3% 104,3% 4,80E+06 5,92E+05 114,1% 102,9% 8,31E+06 9,19E+05 112,4%

7,06E+06 7,24E+06 1,85E+05

102,6% 7,58E+06 5,21E+05 107,4%

zeer grote spui

1,07E+07 1,09E+07 2,65E+05

102,5% 1,19E+07 1,25E+06 111,7%

zeer grote spui 500max

9,73E+06 9,90E+06 1,66E+05

101,7% 1,03E+07 5,98E+05 106,1%

De verschillen zijn teruggebracht van maximaal 7% bij een klein spuivolume tot ongeveer 2% bij een groot spuivolume. Een verdere verbetering zou zijn een andere formule te gebruiken. In de huidige formule 5.2 dient in principe het verval over de spuisluis gebruikt worden. Het 10-bakmodel is nog te grof om de waterstand vlak voor de spuisluis nauwkeurig te berekenen. Er zou daarom een formule moeten worden afgeleid waarin de waterstand van de laatste bak van het 10-bakmodel gebruikt kan worden. Meer over dit onderwerp is beschreven in Bijlage A.

51

5.4 Conclusies en aanbevelingen De huidige benadering voor het berekenen van het waterstandverloop is te grof. Er treden grote afwijkingen op. De berekende inzet kan tientallen procenten verschillen van de werkelijk nodige inzet. Een gedetailleerder model met tien bakken kan een grote verbetering opleveren in de kwaliteit van de voorspellingen. Dit geldt in het bijzonder op de volgende punten: • Verbetering van de beginvoorwaarde waardoor een beter beeld wordt verkregen van de huidige staat van het systeem; • Grote verbetering in de berekening van het spuidebiet. Met een 10-bakmodel is het mogelijk om een meer gedifferentieerd beheer te voeren. De eisen aan het peil zijn verschillend voor het NZK, ARK en het boezemgebied van AGV. Met een 10-bakmodel bestaat de mogelijkheid om verschillende eisen per deelgebied te stellen. Het gebruiken van meerdere waterstandmetingen voor het bepalen van de beginvoorwaarde is aan te bevelen. Er moet echter wel een verbetering optreden in de kwaliteit van de meetwaarden op het ARK. Ook moet de mogelijkheid worden overwogen om één of twee waterstanden te gebruiken uit het boezemgebied van AGV. Op deze manier kan een goede schatting worden gemaakt van de berging in het systeem. Hoewel er met een 10-bakmodel een verbetering is in het bepalen van het spuidebiet, is de situatie is echter nog niet optimaal. De formule is opgesteld voor gebruik van de waterstand vlak bij de spuisluis in het Binnenspuikanaal. Het 10-bakmodel is niet gedetailleerd genoeg om deze waterstand te berekenen. Het is aan te bevelen een nieuwe formule af te leiden waarin het spuidebiet is gerelateerd aan de gemiddelde waterstand in het laatste gedeelte van het NZK zodat de waarde voor de laatste bak van het 10-bakmodel in deze formule gebruikt kan worden. Zie ook Bijlage A.

52

6

Getijvoorspelling

6.1 Omschrijving Vanuit Rijkswaterstaat Noordzee wordt vier keer per dag een voorspelling doorgegeven voor het zeewaterpeil op het Buitenspuikanaal. Deze voorspelling wordt gebruikt als randvoorwaarde in het intern model. De voorspelling is vooral van belang voor het bepalen van het mogelijke debiet van de spuisluis. De waarde wordt gebruikt in formule 5.2. Ook wordt de voorspelling voor het bepalen van de pompinzet. Het zeewaterpeil is namelijk van invloed op de efficiëntie van de pompen. Zoals uit de vorige hoofdstukken is gebleken is het voor het bepalen van de spui-inzet erg belangrijk dat het verval goed wordt bepaald. Enkele centimeter afwijking in de voorspelling van het verval kan al vele procenten schelen op de mogelijke spui-inzet. In de volgende paragraaf zal de kwaliteit van de Getijvoorspelling geanalyseerd worden.

6.2 Tekortkomingen Getijvoorspelling 6.2.1 Verkeerde beginvoorwaarde Met behulp van een reeks voorspellingen (10 mei tot 16 juni 2006) van de zeewaterstand een vergelijking gemaakt met de werkelijk opgetreden zeewaterstand. Omdat de voorspelling is gemaakt voor de optredende waterstand op het Buitenspuikanaal en er hier geen meetpunt zit, is het dichtstbijzijnde meetpunt genomen. Dit is het meetpunt bij de Noordersluis (H5).Er is een korte statistische analyse gemaakt van deze vergelijking. Voor de periode tussen 10 mei en 16 juni zijn alle beschikbare voorspellingen gebruikt. Deze voorspellingen zijn vergeleken met de metingen van H5. Op deze manier kan gecontroleerd worden hoe goed de voorspelling overeen komt met de werkelijkheid. Omdat voorspellingen meestal minder nauwkeurig worden naarmate deze verder in de toekomst ligt zijn de voorspellingen naar tijd opgesplitst. Van elke voorspelling zijn de steeds verschillende intervals genomen en samengevoegd met de overige voorspellingen. Dit is in Tabel 6.1 weergegeven. Tabel 6.1 uitsplitsen in tijd van voorspellingen

0

4

8

12

tijd in uur 16

20

24

28

32

voorspelling 1 voorspelling 2 voorspelling 3

Er is telkens een interval van 4 uur genomen. Dit betekent dat voor elke voorspelling de eerste vier uur zijn samengenomen. Vervolgens de periode van 4 tot 8 uur vooruit, 8 tot 12 uur vooruit, tot de totale periode van 24 uur. Telkens zijn dus alle gelijke kleuren van elke voorspelling samengenomen. Op deze manier kan onderscheid gemaakt worden tussen een voorspelling voor een periode die dichtbij in de toekomst ligt of een voorspelling die verder in de toekomst ligt. De reden voor het interval van 4 uur is dat er een advies wordt opgeslagen om de 4 uur. Door hetzelfde interval te kiezen kan elke periode makkelijk geselecteerd worden zonder overlap.

53

Van elke periode is de gemiddelde afwijking ten opzichte van H5 berekend. Tevens is de standaardafwijking van het verschil berekend. Ook de standaardafwijking van het verschil waarvan de extreme afwijkingen zijn verwijderd is gemaakt (afwijkingen groter dan 40 cm). De resultaten voor de verschillende intervallen zijn te zien in Tabel 6.2. Tabel 6.2 resultaten analyse getijvoorspelling

periode gemiddeld verschil (m) standaardafwijking (m) standaardafwijking extremen eraf (m)

0-4

4-8

8-12

12-16

16-20

20-24

0,143 0,204

0,133 0,231

0,122 0,189

0,125 0,226

0,127 0,228

0,191 0,297

0,115

0,105

0,106

0,110

0,114

0,144

Het blijkt dat de afwijking aan het begin van de voorspelling groter is dan verder in de toekomst. Dit is vreemd, want verwacht zou worden dat het voorspellen van de nabije toekomst nauwkeuriger kan, dan het voorspellen verder in de toekomst. Bij deze analyse moet wel de kanttekening gemaakt worden dat de voorspelling bedoeld is voor het Buitenspuikanaal en het meetpunt H5 niet op deze locatie ligt. De twee locaties liggen over het water gemeten ongeveer 1,5 km uit elkaar. Het gebruiken van een meetpunt op het Buitenspuikanaal zou wellicht betere resultaten geven. Het ontbreken van een meetpunt op het Buitenspuikanaal is wellicht ook de oorzaak van de afwijkingen. Voor het maken van een voorspelling is namelijk een beginvoorwaarde nodig. Vanwege het ontbreken van een meetpunt op het Binnenspuikanaal is het dus niet mogelijk de juiste beginvoorwaarde te gebruiken.

6.2.2 Kwaliteit vervalberekening De invloed van het getij op het spuidebiet is groter dan de invloed van het getij op het pompdebiet. Dit is te zien in Figuur 6.1 waar het spuidebiet en het pompdebiet van pomp vijf en zes samen zijn uitgezet tegen het verval. 500

spuidebiet pompdebiet pomp 5+6

Debiet (m3/s)

400 300 200 100 0 -0,5

0

0,5 1 1,5 2 opvoerhoogte(negatief is verval) (m)

Figuur 6.1 Spuidebiet en pompdebiet (pomp 5 of 6) uitgezet tegen opvoerhoogte.

54

2,5

Daarom is een nauwkeurige voorspelling van het laag water van groter belang omdat alleen dan de spuisluis geopend kan worden. In Figuur 6.2 en Figuur 6.3 zijn de gebruikte intervals uit paragraaf 6.2.1 achter elkaar gezet per interval. Figuur 6.2 geeft het interval 0 tot 4 uur vooruit (dit betekend alle gele stukken van Tabel 6.1 achter elkaar gezet) en Figuur 6.3 van 8 tot 12 uur vooruit (blauwe stukken achter elkaar). 0,0

waterstand (m NAP)

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 0 to 4 uur vooruit

-1,0

H5 -1,2 25-5

26-5

27-5

28-5

datum

29-5

30-5

31-5

Figuur 6.2 voorspelling laagwater interval 0 tot 4 uur vooruit 0,0

waterstand (m NAP)

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 8 tot 12 vooruit

-1,0

H5 -1,2 25-5

26-5

27-5

28-5

datum

29-5

30-5

31-5

Figuur 6.3 voorspelling laagwater interval 8 tot 12 uur vooruit

Wat opvalt, is dat in het interval 0 tot 4 uur vooruit het werkelijk laagwater steeds lager uitkomt dan de voorspelling. In het interval 8 tot 12 uur is de voorspelling beter. Dit komt overeen met de resultaten voor de beginvoorwaarde (6.2.1).

55

In Figuur 6.4 zijn de hoogwaters afgedrukt van het interval 0 tot 4 uur van dezelfde periode als Figuur 6.2. 1,2

waterstand (m NAP)

1,0 0,8 0,6 0,4 0 to 4 uur vooruit

0,2

H5 0,0 25-5

26-5

27-5

28-5

29-5

datum

30-5

31-5

Figuur 6.4 Voorspelling hoogwater interval 0 tot 4 uur vooruit

Het blijkt dat de voorspelling van de hoogwaters beter is. Deze zijn echter minder van belang. Voor het bepalen van het spuidebiet in het BOS is een goede voorspelling van het waterpeil op het Buitenspuikanaal voor juist de eerste 4 uur essentieel. Een overschatting (hogere voorspelde waterstand dan werkelijk) van het laagwater zorgt voor een onderschatting van de spuimogelijkheden door het BOS. De spuibeperking van maximaal 500 m3/s heeft een dempend effect op de verschillen, maar voor een spui waar dit debiet niet gehaald wordt kunnen de verschillen groot zijn (zie hoofdstuk 5).

6.2.3 Getijvoorspelling in het BOS Het gebruik van de getijvoorspelling in het BOS gaat over het algemeen goed. Soms gaat het echter mis. In Figuur 6.5 is een getijreeks te zien zoals die is gebruikt door het BOS. Tussen 14 en 15 mei verspringt de gebruikte getijreeks van het BOS. Hier heeft het BOS gebruik gemaakt van de getijreeks van de vorige voorspelling zonder de tijd te corrigeren. Hierdoor is de reeks vier uur verschoven in de tijd. Dit betekent dat de timing van het advies niet klopt. De spui valt op het verkeerde moment. In de reeks voorspellingen tussen 10 en 29 mei komt dit twee keer voor. Omdat er na vier uur weer een nieuwe berekening wordt gemaakt en hierbij wel de juiste voorspelling beschikbaar is wordt de fout weer gecorrigeerd.

waterstand (m NAP)

H_zee BOS

0,8

H5

0,3 -0,2 -0,7 -1,2 11-5

12-5

13-5

datum

14-5

15-5

Figuur 6.5 Voorspelling zeewaterstand gebruikt in BOS vergeleken met H5

Er zal nog meer onderzoek gedaan moeten worden naar de precieze oorzaak van deze fout. Hiervoor zal de broncode van het BOS onderzocht moeten worden. 56

6.3 Oplossingsrichting 6.3.1 Beginvoorwaarde en vervalberekening Om de kwaliteit van de voorspelling te verbeteren zou er een meetpunt moeten komen op het Buitenspuikanaal. De gemeten waterstand van dit meetpunt kan dan als beginvoorwaarde worden gebruikt voor de voorspelling. Op deze manier zal de aan het begin van de voorspelling de waterstand beter overeenkomen met de werkelijkheid. Eventueel zou H8 hiervoor gebruikt kunnen worden die nu alleen beschikbaar is als verschilmeting over de spuikokers samen met H6. Dit heeft wel als nadeel dat de verschilmeting bij de spuisluis geen ongestoorde meting is vanwege de stroming van het water gedurende de spuiperiode. Met een nieuw meetpunt is het ook mogelijk de voorspelling achteraf beter te controleren. Op deze manier kan de voorspelling beter gemaakt worden zodat ook de berekening van het spuidebiet nauwkeuriger wordt. Meer over deze verschilmeting en de effecten van een spui is beschreven in Bijlage A.

6.4 Conclusies en aanbevelingen Door een meetpunt te creëren op het Buitenspuikanaal kan het model dat de voorspelling genereert gebruik maken van de juiste beginvoorwaarde. Ook wordt het mogelijk om de voorspelling achteraf te controleren met de meetwaarden van het nieuwe meetpunt. Dit kan uiteindelijk tot verbeteringen in de voorspelling leiden. Extra aandacht zal besteed moeten worden aan het voorspellen van het laagwater omdat dit essentieel is voor het berekenen van het spuidebiet.

57

58

7

Wind

7.1 Omschrijving Het 10-bakmodel heeft als extra mogelijkheid om ook windeffecten te berekenen op het kanaal. Deze mogelijkheid kan van nut zijn voor het peilbeheer op het Noordzeekanaal (NZK) en Amsterdam-Rijnkanaal (ARK). Er is een aantal redenen om deze effecten te onderzoeken: • Uit de praktijk is gebleken dat bij noordenwind een aanzienlijke peilverhoging kan optreden op het ARK. Dit zou de afvoermogelijkheden vanuit het boezemgebied van Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV) kunnen beperken. Dit boezemgebied is erg gevoelig voor extreme waterstanden vanwege lage boezemkades. Daarom is het van belang te onderzoeken of extremen veroorzaakt kunnen worden door windeffecten. • De waterstand van het NZK bij de spuisluis is van belang voor het bepalen van de spuimogelijkheden. De wind heeft invloed op het peil en dus op de spuimogelijkheden. Door de windeffecten mee te nemen in de berekening van het BOS zou hierop geanticipeerd kunnen worden. • Ook voor het gebruik van de inlaat bij Schellingwoude speelt de waterstand op het NZK een grote rol. Het meenemen van windeffecten door het BOS zou ook op dit punt een verbetering kunnen opleveren voor het beheer. De vragen die beantwoord zullen moeten worden zijn: • Hoe groot zijn de windeffecten op het NZK en ARK en hoe vaak treden ze op. • Welke invloed heeft de wind op het dagelijks beheer van het kanaal • Hoe goed is het 10-bakmodel in staat de windeffecten nauwkeurig te berekenen. • Is het mogelijk windeffecten mee te nemen in het advies van het BOS. In dit hoofdstuk zal een eerste aanzet worden gegeven in het beantwoorden van deze vragen. In paragraaf 7.2 wordt een korte beschrijving gegeven van de wind in het gebied rond het NZK en ARK. Hoe vaak waait het en hoe hard (en wat is het effect op het kanaal). In paragraaf 7.3 is beschreven wat de effecten zijn van de wind op het kanaal. In paragraaf 7.4 is beschreven hoe de verschillende modellen omgaan met windeffecten. In paragraaf 7.5 zullen conclusies worden getrokken en aanbevelingen worden gedaan over hoe windeffecten op het kanaal meegenomen kunnen worden in het beheer.

59

7.2 Analyse optredende windsnelheden en richting Er is een analyse gemaakt van de optredende windsnelheden en windrichtingen het gebied rond het NZK en ARK. Hiervoor zijn gegevens gebruikt van drie meetstations (zie Figuur 7.1) [Jonk, Ruyter, 2004]. • IJmuiden • Schiphol • De Bilt.

Figuur 7.1 Meetstations

Er is een periode geselecteerd van 1990 tot 1997. In deze periode zijn uurwaarden van de wind gebruikt. Aangenomen wordt dat het windpatroon niet erg varieert over de jaren en deze periode dus representatief is. Er is een analyse gemaakt naar frequentie van optreden van windkracht en windrichting. De resultaten van deze analyse zijn te zien in Tabel 7.1. In deze tabel zijn de percentages van de totale tijd dat een bepaalde windrichting en/of snelheid voorkomt in de gebruikte periode. Tabel 7.1 Resultaten windanalyse

Meetlocatie windsnelheid windkracht (bft) (m/s) 0-5 5-10 10-15 15-20 >20

1-3 4-5 6-7 7-8 >8

totaal Meetlocatie windsnelheid windkracht (bft) (m/s) 0-5 5-10 10-15 15-20 >20

1-3 4-5 6-7 7-8 >8

totaal Meetlocatie windsnelheid windkracht (bft) (m/s) 0-5 5-10 10-15 15-20 >20

1-3 4-5 6-7 7-8 >8 totaal

60

noord-oost

oost-zuid

IJmuiden zuid-west

west-noord totaal

6,48% 10,11% 2,00% 0,05% 0,00% 18,63%

11,18% 9,53% 0,79% 0,02% 0,00% 21,51%

noord-oost

oost-zuid

7,46% 17,47% 9,62% 1,19% 0,06% 35,80% Schiphol zuid-west

7,17% 11,73% 4,55% 0,61% 0,00% 24,06%

33,70% 47,81% 16,60% 1,83% 0,06% 100,00%

west-noord totaal

10,11% 7,37% 0,83% 0,01% 0,00% 18,31%

12,46% 6,49% 0,31% 0,00% 0,00% 19,25%

noord-oost

oost-zuid

14,55% 15,93% 5,16% 0,62% 0,03% 36,28% De Bilt zuid-west

13,53% 10,07% 2,33% 0,21% 0,01% 26,16%

52,38% 38,45% 8,32% 0,81% 0,03% 100,00%

west-noord totaal

15,27% 4,79% 0,06% 0,00% 0,00% 20,11%

17,80% 3,86% 0,04% 0,00% 0,00% 21,70%

19,74% 15,25% 1,28% 0,04% 0,00% 36,31%

15,71% 5,78% 0,38% 0,01% 0,00% 21,88%

70,09% 28,19% 1,67% 0,05% 0,00% 100,00%

Uit de tabel kan een aantal conclusies getrokken worden: • De overheersende windrichting is zuidwest. Ook de windrichting noordwest komt relatief vaak voor. Uit deze twee richtingen waait het ook relatief het hardst; • Bij station IJmuiden waait het aanzienlijk harder (kracht 4-5 bft) dan bij de andere twee stations (kracht 1-3 bft). Dit wordt veroorzaakt doordat meetstation IJmuiden aan zee ligt; • Bij station De Bilt komen windsnelheden boven de 10 m/s nauwelijks voor. In de volgende paragraaf zal beschreven worden, wat de effecten zijn van de wind op het kanaal.

7.3 Effecten op het kanaal Om de windeffecten op het NZK en ARK te analyseren is een aantal periodes geselecteerd uit de BOS database. Van deze periodes zijn Sobeksimulaties gemaakt. Door de werkelijk opgetreden waterstand te vergelijken met de Sobekberekening zonder wind kunnen de windeffecten zichtbaar gemaakt worden. Dit kan gedaan worden onder de aanname dat het Sobekmodel een goede weergave geeft van het waterstandverloop zonder windeffecten (zie paragraaf 5.1.2) . De gebruikte periodes zijn: • 4 tot 13 februari 2006; • 27 Maart tot 4 april 2006; • 1 tot 13 augustus 2006. Deze periodes zijn geselecteerd omdat er in deze periodes een bepaald windpatroon optrad. De windpatronen zijn: • Westen tot noorden wind met snelheden tussen 10 en 15 m/s in IJmuiden. Vanwege de geografische ligging en de ervaringen uit de praktijk is dit een situatie waarin duidelijk windeffecten zouden moeten optreden. Dit is ook een situatie die relatief vaak voorkomt (4,55 %); • Wind uit het zuiden tot westen met snelheden tussen 10 en 15 m/s. Dit een relatief harde wind uit de overheersende richting (9,62 %); • Noordelijke wind met snelheden tussen 5 en 10 m/s in IJmuiden. Dit is een ongunstige windrichting, voor met name het ARK, met snelheden die vaak voorkomen (11,73 %). In de Sobekberekening is als randvoorwaarde voor de afvoer de werkelijk opgetreden afvoer gebruikt. De randvoorwaarde voor de aanvoer is afgeleid van de afvoer. De gemiddelde afvoer per dag is gebruikt als aanvoer voor diezelfde dag. In de volgende paragrafen zullen de resultaten uiteengezet worden.

61

7.3.1 Testperiode 4 tot 13 februari 2006 De opgetreden windrichting en windsnelheid in de periode tussen 4 en 13 februari zijn te zien in respectievelijk Figuur 7.2 en Figuur 7.3. De windrichting in graden wordt bepaald vanaf het noorden en telt tegen de klok in (90°=oost, 270°=west). Een sprong tussen 350° en 0° betekent dat de windrichting door de noord gaat.

windrichting (graden)

350

w indrichting

300 250 200 150 100 50 0 5-2

6-2

7-2

8-2

9-2

10-2

11-2

12-2

13-2

10-2

11-2

12-2

13-2

datum Figuur 7.2 Windrichting IJmuiden 4 tot 13 februari 2006

18 Windsnelheid

16 snelheid (m/s)

14 12 10 8 6 4 2 0 5-2

6-2

7-2

8-2

Figuur 7.3 Windsnelheid IJmuiden 4 tot 13 februari 2006

62

9-2

datum

In de onderstaande figuren zijn de metingen van veschillende locaties weergegeven in deze figuren zijn om de windeffecten duidelijk te maken ook de resultaten van de sobekberekening zonder windeffecten weergegeven. Op deze manier zijn de windeffecten zichtbaar als afwijkingen tussen de werkelijkheid en de Sobek berekening. In Figuur 7.4 is het waterstandverloop van H3 (meetpunt Buitenhuizen op het NZK) te zien. In Figuur 7.5 het waterstandverloop van meetpunt Wijk bij Duurstede. Als referentie is in beide figuren ook de windsnelheid aangegeven. H3 sobek

windsnelheid 30

-0,30

25

-0,35

20

-0,40

15

-0,45

10

-0,50

5

-0,55

snelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

H3 werkelijk -0,25

0 5-2

6-2

7-2

8-2

9-2 datum

10-2

11-2

12-2

Figuur 7.4 Waterstandverloop H3, werkelijk en Sobekmodel, en windsnelheid H Wijk bij Duurstede sobek

windsnelheid

30

-0,30

25

-0,35

20

-0,40

15

-0,45

10

-0,50

5

-0,55

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

H Wijk bij Duurstede werkelijk

-0,25

0 5-2

6-2

7-2

8-2

9-2 datum

10-2

11-2

12-2

Figuur 7.5 Waterstandverloop H Wijk bij Duurstede, werkelijk en Sobekmodel, en windsnelheid

Het is duidelijk te zien dat op de piek van de wind de werkelijke waarde sterk afwijkt van de berekende waarde. Dit wordt veroorzaakt door de wind. Het effect heeft enige tijd nodig om in te spelen maar op het hoogtepunt van de wind aan het einde van 9 februari bedraagt de windopzet ongeveer 20 cm. Dit kan duidelijk zichtbaar gemaakt worden in een lengtedoorsnede van het kanaal (Figuur 7.6).

63

lengtedoorsnede 09-02-2006 16:50

waterstand (m NAP)

-0,20

lengtedoorsnede werkelijk lengtedoorsnede Sobek

-0,25 -0,30 -0,35 -0,40 -0,45 -0,50 0

20 40 60 80 IJmuiden <--------- Lengte kanaal (km) -----> Wijk bij Duurstede

Figuur 7.6 Lengtedoorsnede NZK/ARK 9 februari 2006 16:50

Als de windsnelheid lager is (10m/s) en meer uit westelijke richting komt zijn er geen windeffecten waarneembaar (zie Figuur 7.7). lengtedoorsnede 07-02-2006 11:30

waterstand (m NAP)

-0,20

lengtedoorsnede werkelijk lengtedoosnedet Sobek

-0,25 -0,30 -0,35 -0,40 -0,45 -0,50 0

20 40 60 80 IJmuiden <------- Lengte kanaal (km) -----> Wijk bij Duurstede


Het blijkt dat harde noorden wind een aanzienlijk effect heeft op het ARK. De effecten op het NZK zijn niet er groot. Dit is te zien in Figuur 7.8 waar de berekende waterstand op het NZK en de werkelijke vergeleken zijn ((H2+H3)/2). (H2+H3)/2 Sobek

windsnelheid

-0,25

30

-0,3

25

-0,35

20

-0,4

15

-0,45

10

-0,5

5

-0,55

0 5-2

6-2

7-2

8-2

9-2 datum

Figuur 7.8 Waterstand NZK Sobekberekening en werkelijk

64

10-2

11-2

12-2

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

(H2+H3)/2 werkelijk

7.3.2 Testperiode 27 maart tot 4 april 2006

snelheid (m/s)

In de testperiode tussen 27 maart en 4 april kwam de wind uit het zuidwesten met windsnelheden tot 17 m/s. dit is weergegeven in Figuur 7.9 en Figuur 7.10 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 27-3

w indsnelheid IJmuiden

28-3

29-3

30-3

31-3

datum

1-4

2-4

3-4

4-4

Figuur 7.9 Windsnelheid IJmuiden 27 maart tot 4 april

windrichting (graden)

350 300 250 200 150 100 50 0 27-3

w indrichting IJmuiden

28-3

29-3

30-3

31-3

1-4

2-4

3-4

4-4

datum Figuur 7.10 Windrichting IJmuiden 27 maart tot 4 april

65

Het blijkt dat ondanks de hoge windsnelheden er nauwelijks verschillen optreden tussen de Sobekberekening en de werkelijkheid zoals te zien is in Figuur 7.11 en Figuur 7.12. De verschillen die optreden kunnen niet duidelijk toegeschreven worden aan de wind. Alleen aan het einde van de periode op 3 april als de windrichting meer noordwest wordt is een duidelijke verhoging van de waterstand te zien in Wijk bij duurstede. De situatie op die dag is vergelijkbaar met de situatie tussen 4 en 13 februari. H3 werkelijk

H3 sobek met wind

windsnelheid

15

-0,25 -0,3

10

-0,35 -0,4 5

-0,45 -0,5 -0,55 27-3

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

-0,2

0 28-3

29-3

30-3

31-3 datum

1-4

2-4

3-4

Figuur 7.11 Waterstand NZK 27 maart tot 4 april werkelijk en Sobekmodel Wijk bij Duurstede werkelijk

H Wijk bij Duurstede sobek

windsnelheid

10

-0,25

5

-0,35 -0,45

0

-0,55 27-3

-5 28-3

29-3

30-3

31-3 datum

1-4

2-4

Figuur 7.12 Waterstand Wijk bij Duurstede 27 maart tot 4 april werkelijk en Sobekmodel

66

3-4

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

15 -0,15

7.3.3 Testperiode 1 tot 13 Augustus 2006 In deze periode was de wind zoals in februari overwegend uit het noorden. De windsnelheden zijn nu wel lager, namelijk tussen 5 en 10 m/s. Deze situatie komt relatief vaak voor (11,73 %). In Figuur 7.13 en Figuur 7.14 zijn de windsnelheid en windrichting gedurende deze periode te zien. 14

w indsnelheid IJmuiden

snelheid (m/s)

12 10 8 6 4 2 0 1-8

3-8

5-8

7-8

datum

9-8

11-8

13-8

Figuur 7.13 Windsnelheid IJmuiden 1 tot 13 augustus

350

snelheid (m/s)

300 250 200 150 100 50

w indrichting IJmuiden

0 1-8

3-8

5-8

7-8

datum

9-8

11-8

13-8

Figuur 7.14 Windrichting IJmuiden 1 tot 13 augustus

67

Het blijkt dat, hoewel de wind uit een ongunstige richting komt, deze niet krachtig genoeg is om een groot effect te hebben op de waterstand op het NZK en ARK. Zie Figuur 7.15 en Figuur 7.16 voor het waterstandverloop op het NZK en bij Wijk bij Duurstede. H3

H3 sobek

windsnelheid

15

-0,25

10

-0,35 5 -0,45 -0,55

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

-0,15

0 1-8

2-8

3-8

4-8

5-8

6-8

7-8 datum

8-8

9-8

10-8

11-8

12-8

Figuur 7.15 Waterstand NZK 1 tot 13 augustus werkelijk en Sobekmodel WijkbD

Hwijkbd sobek

windsnelheid

15

10

-0,25 -0,35

5 -0,45 -0,55

windsnelheid (m/s)

waterstand (m NAP)

-0,15

0 1-8

2-8

3-8

4-8

5-8

6-8

7-8 datum

8-8

9-8

10-8

11-8

12-8

Figuur 7.16 Waterstand Wijk bij Duurstede 1 tot 13 augustus werkelijk en Sobekmodel

7.4 Analyse berekening windeffecten door modellen 7.4.1 Beschrijving tests Het is duidelijk dat de wind in bepaalde omstandigheden effect kan hebben op de waterstand op vooral het ARK. Om hierop te kunnen anticiperen zou de wind meegenomen kunnen worden in de voorspelling van het BOS. Hiervoor moet onderzocht worden hoe goed het intern model van het BOS in staat is deze windeffecten te berekenen. Er zijn verschillende testperiodes gebruikt: • 4 tot 13 februari 2006; • 27 maart tot 4 april 2006; • 1 tot 13 augustus 2006; • 20 tot 31 oktober 2002.

68

De eerste drie testperiodes zijn dezelfde periodes als in paragraaf 7.3. Met deze test kan het gedrag van het model getest worden in een relatief normale situatie. Om ook in een extreme situatie te testen zijn gegevens gebruikt van een storm die is opgetreden in oktober 2002. Alle periodes zijn doorgerekend met zowel het 10-bakmodel als het Sobekmodel. Op deze manier kunnen beide modellen met elkaar vergeleken worden. Voor de periodes in 2006 zijn de gegevens uit de BOS database gebuikt. Dit zijn: • Windgegevens meetstation IJmuiden; een nadeel is dat alleen de windgegevens van meetstation IJmuiden beschikbaar zijn in de database. Omdat de wind over het algemeen krachtiger is aan de kust dan verder landinwaarts, is de verwachting dat de windeffecten in de berekeningen groter zullen zijn; • Afvoer spui-maalcomplex; de werkelijk opgetreden afvoer wordt als benedenstroomse randvoorwaarde gebruikt in de modellen. Voor de aanvoer (bovenstroomse randvoorwaarde) wordt de gemiddelde afvoer per 24 uur genomen. Voor de stormperiode van 2002 zijn windgegevens gebruikt van het KNMI. Er zijn gegevens beschikbaar voor de drie stations (Schiphol, IJmuiden en De Bilt) over een lange periode tot 01-01-2006. Uit deze datareeksen is de juiste periode geselecteerd. Omdat in Sobek maar één serie gegevens kan worden ingevoerd is de simulatie drie keer uitgevoerd met telkens een andere set gegevens. Als vergelijking is de berekening met het 10-bakmodel ook op deze manier uitgevoerd. Voor de randvoorwaarden zijn de afvoergegevens gebruikt van het spui-maalcomplex uit Aquadata1. Deze gegevens zijn op dezelfde manier toegepast als de gegevens uit de BOS database. In Aquadata zijn alleen gemiddelde debieten per pomp of spuiperiode beschikbaar. In Figuur 7.17 is een voorbeeld te zien van het verschil in opslagmethode. Dit gemiddelde debiet heeft vooral effect op het waterstandverloop gedurende een spui. Spuigegevens Aquadata spuigegevens database BOS

450

debiet (m3/s)

400 350 300 250 200 150 100 50 0 0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

tijd Figuur 7.17 voorbeeld spuidebiet opgeslagen door Aquadata en database BOS

1

Aquadata is een database beschikbaar voor intern gebruik binnen Rijkswaterstaat Noord Holland met gegevens ten behoeve van het waterbeheer in het beheersgebied.

69

7.4.2 Resultaten In Figuur 7.18 de resultaten van de berekening met het Sobekmodel en 10-bakmodel over de periode 5 tot 13 februari 2006. In deze figuur is het waterstandverloop bij Wijk bij Duurstede te zien waar de windopzet bij noordenwind het duidelijkst zichtbaar is.

waterstand (m NAP)

0,00 H Wijk bij Duurstede werkelijk bak 1 10-bak met wind bak 1 sobek met wind

-0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,50 -0,60 5-2

6-2

7-2

8-2

9-2

10-2

11-2

12-2

13-2

datum Figuur 7.18 Waterstand Wijk bij Duurstede 5 tot 13 februari werkelijk, Sobek- en 10-bakmodel met wind

In een lengtedoorsnede is de windopzet ook goed zichtbaar (Figuur 7.19). lengtedoorsnede 09-02-2006 16:50

waterstand (m NAP)

0,00

werkelijk Sobek met wind 10-bakmodel met wind

-0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,50 -0,60 0

20 40 60 80 IJmuiden <--------- Lengte kanaal (km) -----> Wijk bij Duurstede


Het blijkt dat het Sobekmodel het waterstandverloop redelijk goed berekent en het 10bakmodel duidelijk een te extreem resultaat geeft. Hierbij moet wel worden opgemerkt dat bij deze berekening de gegevens van meetstation IJmuiden zijn gebruikt voor beide modellen.

70

Hetzelfde beeld blijkt uit de berekeningen van maart/april en augustus 2006. Hier zijn de windeffecten bijna niet aanwezig in werklelijkheid maar het 10-bakmodel geeft toch een afwijking. Ook bij deze berekening zijn de effecten het duidelijkst zichtbaar bij Wijk bij Duurstede. In Figuur 7.20 en Figuur 7.21 zijn het waterstandverloop van respectievelijk 27 maart tot 4 april en 1 tot 13 augustus te zien bij Wijk bij Duurstede.

waterstand (m NAP)

-0,15 -0,25

Wijk bij Duurstede werkelijk bak 1 Sobekmodel bak 1 10-bakmodel

-0,35 -0,45 -0,55 27-3

28-3

29-3

30-3

31-3 datum

1-4

2-4

3-4

Figuur 7.20 Waterstandverloop Wijk bij Duurstede werkelijk, 10-model en Sobekmodel met wind

waterstand (m NAP)

0

Wijk bij Duustede Werkelijk bak 1 sobek bak 1 10-bakmodel

-0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 1-8

3-8

5-8

7-8

9-8

11-8

13-8

datum

Figuur 7.21 Waterstandverloop Wijk bij Duurstede werkelijk, 10-model en Sobekmodel met wind

De storm in oktober 2002 was een zware westerstorm. Deze storm had vooral veel effect op de waterstand op het NZK vanwege de oost-westoriëntatie van dit kanaal. Er zijn drie berekeningen uitgevoerd met elk model, telkens met gegevens van een ander meetstation (De Bilt, Schiphol en IJmuiden). In Figuur 7.22 tot Figuur 7.24 is telkens het waterstandverloop In IJmuiden te zien met telkens windgegevens van andere meetstations. Het blijkt dat met gegevens van De Bilt het 10-bakmodel redelijk goede resultaten geeft. Bij het gebruik van gegeven van Schiphol of IJmuiden worden de afwijkingen erg groot. Omdat de effecten op het NZK het grootst zijn bij deze storm zou met gegevens van IJmuiden of Schiphol het beste resultaat verkregen moeten zijn. Voor het Sobekmodel is dit ook het geval.

71

waterstand (m NAP)

-0,25 -0,3

De Bilt

18 16 14

-0,35

12

-0,4

10

-0,45

8

-0,5

6

-0,55

4

-0,6

2

windsnelheid (m/s)

-0,2

H4 werkelijk H4sobek bak 10 10-bakmodel windsnelheid

-0,65 0 20-10 21-10 22-10 23-10 24-10 25-10 26-10 27-10 28-10 29-10 30-10 31-10 1-11

datum Figuur 7.22 Waterstand IJmuiden werkelijk en modellen met windgegevens De Bilt

waterstand (m NAP)

-0,25 -0,3


Schiphol

25 20

-0,35

15

-0,4 -0,45

10

-0,5 -0,55

5

windsnelheid (m/s)

-0,2

-0,6 -0,65 0 20-10 21-10 22-10 23-10 24-10 25-10 26-10 27-10 28-10 29-10 30-10 31-10 1-11

datum Figuur 7.23 Waterstand IJmuiden werkelijk en modellen met windgegevens Schiphol

waterstand (m NAP)

-0,25 -0,3


IJmuiden

30 25

-0,35

20

-0,4 -0,45

15

-0,5

10

-0,55

5

-0,6

windsnelheid (m/s)

-0,2

0

-0,65

-0,7 -5 20-10 21-10 22-10 23-10 24-10 25-10 26-10 27-10 28-10 29-10 30-10 31-10 1-11

datum

Figuur 7.24 Waterstand IJmuiden werkelijk en modellen met windgegevens IJmuiden

De oorzaak dat het 10-bakmodel zo extreem reageert op wind komt door de vorm die het 10bakmodel heeft. De tien bakken worden recht aangenomen en alleen op de overgang tussen twee bakken zit er een knik in het kanaal. Als controle is de vorm van het 10-bakmodel nagemaakt in Sobek. Er is een controleberekening gemaakt met een gegenereerd

72

windpatroon. In Figuur 7.25. zijn de resultaten te zien van de berekening met het gedetailleerde Sobekmodel (Sobek), het vereenvoudigde Sobekmodel (Sobek 2) en het 10bakmodel. 0,4

Waterstand (m NAP)

0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 bak 1 10-bakmodel

-0,8

bak 1 Sobek

-1

bak 1 Sobek 2

-1,2 1

49

97

145

193

241

tijdstap (10 min) Figuur 7.25 Controleberekening 10-bakmodel Sobekmodel en Sobekmodel 2

Het blijkt dat de resultaten van het 10-bakmodel en het Sobekmodel met dezelfde vorm goed overeenkomen. De vorm kan dus aangeduid worden als de oorzaak van de afwijking in het 10-bakmodel.

73

7.5 Conclusies en aanbevelingen In een normale situatie spelen windeffecten nauwelijks een rol. Pas bij snelheden rond 15 m/s (windkracht 6 in IJmuiden) uit een ongunstige richting beginnen de windeffecten mee te tellen. Deze ongunstige richtingen zijn west tot noord. Uit deze richting heeft de wind het meeste effect op het kanaal en de wind is ook relatief vaak krachtig genoeg (4,55 %). Modellen blijken moeilijk in staat om de effecten juist te berekenen. Met name het 10bakmodel reageert te extreem op wind. Dit wordt veroorzaakt door de vereenvoudigde vorm van dit model. Om een goede benadering van de windeffecten in het BOS mogelijk te maken is een gedetailleerder model nodig. Er zit een groot verschil tussen wind gegevens van de verschillende meetstations. De precieze correlatie met de wind over het NZK en ARK is niet duidelijk. Er zou meer onderzoek naar gedaan moeten worden, voordat gegevens van bepaalde meetstations gebruikt kunnen worden in het BOS. In de BOS database worden op dit moment alleen gegevens van meetstation IJmuiden en Voorspellingen voor dit station opgeslagen. Voor een goede implementatie zouden er meerdere meetstations beschikbaar moeten zijn met name rond het ARK. Het meenemen van windeffecten is op dit moment nog niet goed te implementeren in het BOS. Het blijkt ook in de meerderheid van de tijd niet noodzakelijk. Als verbetering zou dit dan ook een lage prioriteit moeten hebben.

74

8

Conclusies en aanbevelingen

8.1 Operationeel gebruik Op dit moment wordt door de waterbeheerders van het spuien maalcomplex IJmuiden nog te weinig gebruik gemaakt van het BOS. De beheerder zal meer betrokken moeten worden bij het BOS. Dit zou bereikt kunnen worden door meer informatie te verschaffen aan de beheerder. Vooral in het kwantificeren van aanvoer en spuimogelijkheden kan het BOS een waardevolle toevoeging zijn voor de beheerders. Voor het bepalen van de spuimogelijkheden zou een aparte berekening gemaakt moeten worden. De aanvoer volgt direct uit de aanvoervoorspeller. Vanwege de grote onnauwkeurigheid van de aanvoervoorspelling zou de mogelijkheid gecreëerd kunnen worden voor de beheerder om zelf een aanvoer te kiezen. De beheerder kan tot een eigen schatting komen van de aanvoer door bijvoorbeeld gebruik te maken van het momenteel in gebruik zijnde rekenblad. Voor het bepalen van de te gebruiken strategie, vormt de verhouding tussen aanvoer en spuimogelijkheden het belangrijkste criterium. Dit zou gebruikt kunnen worden door het BOS om zelfstandig tot een strategiekeuze te komen. Dit zou het gebruiksgemak voor de beheerder vergroten, omdat nu niet telkens een strategie gekozen hoeft te worden. Er hoeft alleen gecontroleerd te worden of de juiste strategie gekozen is. De beheerder moet wel de mogelijkheid behouden om een strategiekeuze te overrulen. Voor het bepalen van de strategie kan gebruik worden gemaakt van alleen het getij, hetgeen sneller is, maar minder nauwkeurig of een berekening met het intern model, hetgeen nauwkeuriger is, maar complexer. Verder dienen er extra criteria en beperkingen per strategie te worden vastgesteld, zodat het BOS zelfstandig tot een strategiekeuze kan komen.

8.2 Aanvoervoorspeller Op dit moment is de aanvoervoorspeller niet nauwkeurig genoeg. Er is een structurele onderschatting van het aanvoerdebiet. Concreet is en er een aantal verbeteringen mogelijk die de kwaliteit vergroten: • Controleren van de gebruikte formules met gegevens van recentere waterbalansen. Dit zou ertoe kunnen leiden dat factoren van formules veranderen. Ook zou kunnen blijken dat de correlatie tussen de gemeten objecten en de totale aanvoer van de post niet goed is. In dat geval zouden er andere objecten gekozen moeten worden; • Veranderen van het gebruik van één laatste 10-minutenwaarde naar een gemiddelde van de afgelopen 24 uur in bepaalde formules; • Voor grote objecten, zoals gemaal Spaarndam, Kan gebruik worden gemaakt van een gedetailleerdere voorspelling in draaiuren in plaats van een gemiddelde over 24 uur (in overleg met betrokken hoogheemraadschappen); • Toepassen van een algemene correctie op de berekende aanvoer ter grote van de sluitfout in de waterbalans. Zolang er een sluitfout bestaat in de waterbalans waar de aanvoervoorspeller op gebaseerd is, zal deze correctie nodig blijven. Het is wel van groot belang dat er onderzoek naar de oorzaken van de sluitfout wordt gedaan. Speciale aandacht moet geschonken worden aan de geplande ijking van de spuisluis en de gevolgen die dit kan hebben voor de waterbalans.

75

8.3 Intern model Het 1-baks, zoals dat op dit moment wordt gebruikt in het BOS, is op bepaalde vlakken niet nauwkeurig genoeg. Het gebruik van het nieuwe 10-bakmodel geeft meer nauwkeurigheid in de berekening van het waterstandverloop over het gehele kanaal. Dit heeft een aantal voordelen: • Beter inzicht in het waterstandverloop op het ARK. Tijdens het spuien zorgen translatiegolven ervoor, dat waterstanden op verschillende locaties langs het kanaal erg kunnen verschillen. Dit kan invloed hebben op het te voeren beheer. Door het 10bakmodel kunnen deze verschillen berekend worden.. Ook kunnen verschillen meegenomen worden in de beginvoorwaarde, zodat een beter beeld kan worden verkregen van de staat van het systeem bij het begin van de berekening; • Voor het bepalen van het spuidebiet en voor het bepalen van het debiet door de inlaat bij Schellingwoude, is de waterstand op de betreffende locatie nodig. In het huidige 1-bakmodel is alleen de gemiddelde waterstand beschikbaar. Met name tussen deze gemiddelde waterstand en de daadwerkelijk optredende waterstand bij de spuisluis zitten grote verschillen. Dit zorgt voor afwijkingen in het berekende spuidebiet. Door gebruik te maken van de waterstand van één bepaalde bak van het 10-bakmodel kan er een nauwkeurigere berekening worden gemaakt van het spuidebiet.

8.4 Getijvoorspelling Het is voor het BOS van groot belang dat het laagwater juist voorspeld wordt, aangezien dit van grote invloed is op de spuimogelijkheden. In overleg met Rijkswaterstaat Noordzee zou dan ook gezocht moeten worden naar methoden om vooral de voorspelling van dit laagwater zo nauwkeurig mogelijk te laten zijn. Op dit moment is vooral het begin van de voorspellingsperiode niet nauwkeurig genoeg. Dit komt waarschijnlijk door het ontbreken van een meetpunt op de locatie waar de voorspelling geldig is (Buitenspuikanaal). Dit zorgt ervoor dat er geen goede beginvoorwaarde beschikbaar is voor het model dat de voorspelling verzorgt. Het toevoegen van een extra meetpunt (niet beïnvloed door het debiet van het spui-maalcomplex) kan een goede beginvoorwaarde leveren voor het model. Ook kan dit meetpunt mogelijk gebruikt worden om een goede relatie te bepalen tussen verval en spuidebiet.

8.5 Wind Het meenemen van windeffecten in de berekening van het BOS is niet aan te bevelen. Dit om een aantal redenen: • Windeffecten spelen meestal geen rol. Alleen onder speciale omstandigheden zoals harde noorden wind (>windkracht 6) of extreme windsituaties (westerstorm) is het effect aanzienlijk; • Het 10-bakmodel blijkt niet goed in staat de windeffecten met voldoende nauwkeurigheid te berekenen. Het meenemen van deze effecten zou dan ook tot onnauwkeurige resultaten leiden; • Op dit moment zijn nog niet de juiste meetgegevens en voorspellingen aanwezig in de BOS database. Beschikbaar zijn de gegevens van meetstations Schiphol en De Bilt, maar de ligging van het spui-maalcomplex vlakbij zee vereist metingen en voorspellingen ter plaatse. Ook zal extra onderzoek gedaan moeten worden wat de correlatie is tussen de wind van de verschillende meetstations en de werkelijk optredende wind boven het NZK en ARK. 76

8.6 Algemeen In het huidige BOS zijn nauwelijks controlemogelijkheden beschikbaar. Er moeten relatief veel bewerkingen worden verricht om de kwaliteit van een advies te bepalen. Het zou beter zijn 24 uur na een advies een aantal parameters uit de database direct bij het advies te voegen. Gedacht kan worden aan de volgende parameters: • Werkelijke inzet van spuisluis en pompen zodat de voorspelde inzet gecontroleerd kan worden; • Totale afvoervolume, Hiermee kan de kwaliteit van de aanvoervoorspeller gecontroleerd worden. In principe zouden deze twee waarden ongeveer gelijk aan elkaar moeten zijn (verwaarlozing van berging); • Waterstandverloop op het kanaal, zolang het 1 bakmodel actief is kan volstaan worden met het gemiddelde van H2 en H3. De gegevens zouden gepresenteerd kunnen worden in tabel of grafiekvorm zoals nu al gebeurt met de gegevens van het advies. Het toevoegen van deze mogelijkheid kan de analyse van het BOS versnellen en de analyse van toekomstige verbeteringen efficiënter maken. NZK ARK is een dynamisch systeem onder invloed van het getij. Dit zorgt ervoor dat het peil op het NZK en ARK varieert met de getijcyclus. Dit komt door het spuien gedurende laagwater. Deze variatie biedt mogelijkheden aan Hoogheemraadschappen om het lozen van overtollig water aan te passen aan deze variatie. Door water te lozen op het NZK of ARK gedurende laagwater (spuiperiode) kan dit onder laag verval gebeuren, omdat dan het waterpeil op het NZK en ARK relatief laag is. Door een verbetering in kwaliteit van het BOS neemt het vertrouwen in de adviezen toe. Dit kan er toe bijdragen dat er beter gebruik kan worden gemaakt van de marges in het peil. Zonder extra risico kan water geborgen worden tot er gespuid kan worden. Dit kan ervoor zorgen dat spuivolumes toenemen en pompen minder noodzakelijk is. Dit kan een aanzienlijke energiebesparing opleveren.

77

Literatuurlijst Beuse, P.H., ‘Oppervlakte Noordzeekanaal/Amsterdam-Rijnkanaal’, Rijkswaterstaat NoordHolland, 2004 Beuse, P.H., Ebbinge, G.J., Stor, D.P., ‘Toelichting waterhuishoudkundige modelvorming bos NZK/ARK’, Rijkswaterstaat Noord-Holland, 2004 Brouwer, M.T., ‘Waterbalans Noordzeekanaal/Amsterdam-Rijnkanaal 1998-2000’. Rijkswaterstaat Noord-Holland, oktober 2003 HKV, ‘Haalbaarheidsstudie BOS voor de waterbeheersing van het NZK/ARK openwatersysteem’, HKV Lijn in water, 1997 Jonk, P.J.M., Ruyter, C de, ‘Inventarisatie meetgegevens en –locaties’, Rijkswaterstaat Noord-Holland, 2004 Kooremans, M., ‘Technisch ontwerp BOS NZK/ARK’, Trinité, 2002 Overloop, P.J. van, Beuse, P., Weissenbruch, R. van, ‘Energiezuinig beheer van maal- en spuicomplex IJmuiden’, H2O, 2005 Overloop, P.J. van, ‘Model predictive control on open water systems’, TU Delft, 2006 Schobben, J.H.M., ‘Neerslag en afvoer rond het Noordzeekanaal, Rijkswaterstaat NoordHolland’, 2005 Sobek, ‘Manual and Technical Reference’, WL|Delft Hydraulics 2000 Vermeulen, C.J.M., Versteeg, R.P., ‘Programma van eisen BOS NZK/ARK’, HKV Lijn in water, 1999 Vlotman, S., Hesp, C., Vermeulen, A., ‘Waterbalans Noordzeekanaal/Amsterdam-Rijnkanaal 2001-2003’, Haskoning Nederland BV., 2005

Vreugdenhil, B.J., Vermeulen, C.J.M., ‘Operationaliseren Waterbalans NZK/ARK’, HKV Lijn in water, 2001. Weissenbruch, R.D. van, ‘Onderzoek energieverbruik gemaal IJmuiden’, TU Delft, 2003 Weissenbruch, R.D. van, Overloop, P.J. van, Beuse, P.H., ‘Energieoptimalisatie-module voor spuien maalcomplex IJmuiden’, TU delft, 2004

78

Bijlagen Bijlage A

Opmerkingen

In de loop van het onderzoek zij een aantal gebreken aan het licht gekomen in de aanvoervoorspeller of de gegevens die hierdoor gebruikt worden. Daarom nog een aantal opmerkingen achteraf.

A.1

Gemaal Zeeburg

Er wordt in de aanvoervoorspeller van uit gegaan dat gemaal Zeeburg op maandag, woensdag en vrijdag tussen 0:00 uur en 06:00 aan staat om de grachten van Amsterdam door te spoelen. Dit is echter niet het geval zoals uit Figuur A.1 blijkt. Het gebeurt meestal in de nacht van maandag op dinsdag en dinsdag op woensdag. Dit zou in overleg met Waternet veranderd moeten worden in de aanvoervoorspeller. Debiet gemaal zeeburg

50

debiet (m3/s)

40 30 20 10 0 6-2

7-2

maandag

8-2

dinsdag

woensdag

9-2

10-2

donderdag

11-2

vrijdag

Figuur A.1 Voorbeeld aanvoer gemaal Zeeburg

A.2

Fouten in formules Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht

Al eerder zijn fouten uit de formules voor Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht (AGV) gehaald. De formules zijn echter nog steeds niet helemaal correct. De eerste fout zit in de formules voor AGV west en oost. Deze formules zien er als volgt uit [Schobben, 2005]:

afvoerAGVwest = awest + b1west N1 + b2 west N 2 + b3west N 3 + b4 west N 4

(A.1)

en

afvoerAGVoost = aoost + b1oost N1 + b2 oost N 2 + b3oost N 3 + b4 oost N 4

(A.2)

Het gaat in deze formules om de waardes van N3 en N4. Deze zouden de neerslag hoeveelheden van respectievelijk 24 tot 48 uur geleden en 48 tot 72 uur geleden moeten zijn. Op dit moment worden in de aanvoervoorspeller voor N3 en N4 de neerslaghoeveelheden van 0 tot 48 uur en 0 tot 72 uur geleden gebruikt (gemiddeld over 24

79

uur). In Figuur A.2 is een voorbeeld te zien van N4. De waarde zoals deze in het BOS is gebruikt en de waarde die volgens de beschikbare gegevens gebruikt had moeten worden. 14

neerslag(mm)

12

N4 BOS N4 verwacht

10 8 6 4 2 0 15-05

16-05

17-05

18-05

19-05 datum

20-05

21-05

22-05

23-05

Figuur A.2 Door BOS gebruikte waarde voor N4 en de verwachte waarde voor N4

Een andere vergelijking waar fouten in zitten is de vergelijking voor de onttrekking. Deze vergelijking luidt [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001]:

QAGVonttrekking = 1, 2*105 als N 6 ≤ 14000

(A.3)

N6 zou de totaalneerslag van de afgelopen 6 dagen moeten zijn. Deze zal nooit de waarde van 14000 bereiken het vermoeden is dat hier een fout is gemaakt met punt of komma als decimaal scheidingsteken of duizendtal scheidingsteken. Een waarde van 14 mm is vermoedelijk de juiste waarde. Verder wordt de waarde van N6 verkeerd bepaald. In plaats van de neerslagsom te berekenen uit uurwaarden wordt het gemiddelde berekend uit de meetwaarden. De bepaalde waarde is dus 144 keer te klein. In Figuur A.3 is een korte periode N6 weergegeven vergeleken met wat de waarde had moeten zijn. Ook is de grafiek N6*144 weergegeven. 50 N6 BOS

neerslag (mm)

40

N6 verwacht N6 BOS*144

30 20 10 0 15-05

16-05

17-05

18-05

19-05

20-05

datum Figuur A.3 Voorbeeld N6, de verwachte waarde en N6*144

80

21-05

22-05

23-05

A.3

BOS Kadoelen niet meer actief

Het zou zo moeten zijn dat voor het gemaal Kadoelen een voorspelling wordt gebruikt voor het gemiddelde debiet voor de komende 24 uur. In Figuur A.4 is van een korte periode de waarde afgedrukt van de ‘voorspelling’. Ook is in deze figuur het werkelijke gemeten debiet en de waarde die de voorspelling had moeten hebben weergegeven.

Debiet Gemaal kadoelen 7 gebruikt door BOS verwachte waarde

6

werkelijke waarde

Debiet (m3/s)

5 4 3 2 1 0 17-05

18-05

19-05

20-05

21-05

22-05

datum

23-05

24-05

25-05

26-05

27-05

Figuur A.4 Gebruikte, verwachtte en werkelijke debieten gemaal Kadoelen

Te zien is dat de gebruikte waarde telkens 24 uur verschoven is ten opzichte van de verwachte waarde. Er wordt dus geen voorspelling gebruikt maar het gemiddelde van de afgelopen 24 uur. Dit zou besproken moeten worden met Hoogheemraadschap Hollands Noorder Kwartier.

A.4

Verschillende formules voor spuidebiet

Volgens “Toelichting waterhuishoudkundige modelvorming bos NZK/ARK” is de formule voor het spuidebiet gelijk aan formule 5.2 uit hoofdstuk 5 [Beuse, Ebbinge, Stor, 2004]: 7

Qspui(t ) = ∑ {µ (n) *125,44 * Hbinnen(t ) − Hbuiten(t ) * K (n)}

(5.2)

n =1

In de EMOD module is de volgende formule gevonden:

Qspui (t ) = 220* 19, 62* ( H binnen − H buiten )

(A.4)

Na enig omrekenen komen de volgende twee vergelijkbare formules naar boven:

Qspui (t ) = 853, 0* H binnen − H buiten

(A.5)

Voor vergelijking 4.2 en 81

Qspui (t ) = 974,5* H binnen − H buiten

(A.6)

Voor vergelijking A.4. Deze formules zouden gelijk moet zijn. De vraag is welke is de juiste? Eén van beide zal aangepast moeten worden.

A.5

Formule spuisluis en Hysterese spuidebiet

Het belang van het gebruik van de juiste waarde in de formule (of anders gezegd de juiste formule voor de beschikbare waarden) blijkt uit Figuur A.5. In deze figuur is het verschil in verval weergegeven tussen enerzijds H6-H8 (Binnenspuikanaal en Buitenspuikanaal) en anderzijds H4-H5 (Noordersluis-oost/Velserkom en Noordersluis-west/zeezijde). In deze figuur is ook het spuidebiet aangegeven. Figuur A.6 is een overzichtskaartje met de locaties van de meetpunten. 0,2

350

vervalverschil

Qspui

300 250

0,1

200 150

0,05

100 0 50 -0,05

0 1-7

2-7

3-7

4-7 datum

Figuur A.5 Verschil verval Velserkom-zee en Binnenspuikanaal-zee

Figuur A.6 Kaartje locaties meetpunten [bron: Google Earth]

82

5-7

6-7

debiet (m 3/s)

verschil verval (m )

0,15

Het blijkt dat tijdens een spui er een groot verschil optreedt in het verval. Het verval over de spuisluis neemt sterk af ten opzichte van het verval over de Noordersluis. Dit wordt veroorzaakt door de stroming op het Binnen- en Buitenspuikanaal. In het 10-bakmodel komt de waterstand in de laatste bak ongeveer overeen met de waarde van H4. Als deze waarde gebruikt wordt in de formule zal er dus nog een extra overschatting van het spuidebiet optreden. Op dit moment worden de metingen H6 en H8 niet onafhankelijk van elkaar gemeten. Er is enkel een verschilmeting beschikbaar. Het is wenselijk voor een goed begrip van de situatie op het Binnenspuikanaal en Buitenspuikanaal (zoals gebleken is uit hoofdstuk 6) dat deze twee waarden wel onafhankelijk beschikbaar zijn. Een ander fenomeen dat optreedt tijdens een spui is hysterese. Dit betekent dat het spuidebiet bij toenemend verval (opkomend tij) relatief kleiner is dan bij afnemend verval (afgaand tij). Het water heeft als het ware tijd nodig om op gang te komen aan het begin van een spui. In Figuur A.7 is het spuidebiet uitgezet tegen het verval. De blauwe lijn geeft het begin van de spuiperiode aan met opkomend verval. De groene lijn het einde met afgaand verval en de rode lijn geeft het spuidebiet aan berekend volgens vergelijking 4.2. 600

spuidebiet (m3/s)

500 400 300 200 opkomend verval

100

debiet volgens formule afgaand verval

0 0,00

0,10

0,20 0,30 verval (m)

0,40

0,50

Figuur A.7 Spuidebiet tegen verval en volgens formule

Het blijkt dat het spuidebiet aan het begin en het einde van de spui overschat wordt door de formule. Ook is er een groot verschil tussen stijgend en dalend verval. Het is wel zo dat er geen rekening is gehouden met de openingspercentage van de spuisluis.

83

A.6

Fouten in de waterstandmeting

Het lijkt dat er structurele fouten zitten in een aantal waterstandmetingen. Als voorbeeld zijn H2 H3 en H4 genomen. H2 H3 en H4 zijn vergeleken met elkaar en met de MFPS metingen IJmuiden Noordersluis(oost) (H4MFPS), Buitenhuizen(H3MFPS) en Surinamekade(H2MFPS). Dit is over een langere periode gedaan. In Figuur A.8 tot Figuur A.10 zijn korte periodes te zien van de vergelijking met H2 H3 en H4 met respectievelijk H2MFPS, H3MFPS en H4MFPS. De periode is representatief voor het algemene beeld.

waterstand (m NAP)

-0,3 -0,35 -0,4 -0,45 -0,5

H2 Surinamekade

-0,55 15-4 6:00

15-4 18:00

16-4 6:00

16-4 18:00

17-4 6:00

17-4 18:00

datum Figuur A.8 Vergelijking H2 en H Surinamekade (H2 MFPS)

waterstand (m NAP)

-0,3 -0,35 -0,4 -0,45 -0,5

H3

Buitenhuizen -0,55 15-4 6:00

15-4 18:00

16-4 6:00

16-4 18:00

17-4 6:00

17-4 18:00

datum Figuur A.9 Vergelijking H3 en H buitenhuizen (H3 MFPS)

waterstand (m NAP)

-0,3 -0,35 -0,4 -0,45 -0,5

H4

IJmuiden Noordersluis -0,55 15-4 6:00

15-4 18:00

16-4 6:00

16-4 18:00

datum Figuur A.10 Vergelijking H4 en H Noordersluis (H4 MFPS)

84

17-4 6:00

17-4 18:00

Hieruit kan geconcludeerd worden dat met H4 steeds een hogere waarde aangeeft dan de meting H4MFPS. Voor H2 en H3 geldt het omgekeerde maar de verschillen met de MFPS metingen zijn kleiner. Ook is de verwachting dat H2 gemiddeld een hoger waterstand heeft dan H3 en H 3een hogere dan H4 omdat dit de richting van de verhanglijn is. Echter in Tabel A.1 is te zien dat met de ANN waarden H4 structureel hoger is dan de H3 en H2 dit lijkt onwaarschijnlijk. Ook H3 is in de meerderheid van de gevallen hoger dan H2 hoewel minder vaak. De gemiddeldes zijn ongeveer gelijk. Met de MFPS waarden is het verschil tussen H3MFPS en H4MFPS omgekeerd wat een aannemelijker is. Voor de verschillen tussen H2MFPS en H3MFPS zijn ongeveer hetzelfde als de ANN waarden. Nu is het gemiddelde van H4MFPS een stuk lager dan van H2MFPS en H3MFPS. Tabel A.1 Gemiddeldes en vergelijking H2, H3 en H4

ANN MFPS

gemiddelde gemiddelde gemiddelde percentage percentage H2 H3 H4 H2>H3 H3>H4 -0,408 -0,405 -0,396 31,9% 15,3% -0,395 -0,396 -0,419 39,6% 88,6%

Deze problemen kunnen opgelost worden door de waterstandmetingen langs het NZK en ARK te herijken.

A.7

Te groot aanvoervolume door aanvoervoorspeller

Door het BOS wordt bij een te kleine aanvoervoorspelling (<20 m3/s) de aanvoer van de vorige voorspelling gebruikt. Deze is vaak veel te hoog. In Figuur A.11 is een voorbeeld te zien van een vreemde piek op 3 juni. 200 Afvoer totaal

voorspelde aanvoer

debiet (m3/s)

150

100

50

0 27-5-06

28-5-06

29-5-06

30-5-06

31-5-06

1-6-06

2-6-06

3-6-06

4-6-06

5-6-06

6-6-06

datum

Figuur A.11 Aanvoervoorspellingen vergeleken met werkelijke afvoer

Op deze datum is in plaats van de berekende aanvoer de aanvoer van de vorige voorspelling genomen. Dit blijkt ook uit de log-file (EMOD.log) van de voorspelling van 3 juni om 04:00 uur: WAARSCHUWING: De berekende totale aanvoer (1473925.77 m3/dag) is ongeldig (Vmin=1728000.00, Vmax=22464000.00)...Er wordt verder

85

gerekend met de totale aanvoer van het vorige advies: 17219910.00 m3/dag De vervangende waarde wordt 17 miljoen m3/dag of 199,3 m3/s gemiddeld. Deze waarde is veel te hoog maar nog steeds onder de waarde die werkelijk gebruikt is, deze is namelijk 222,9 m3/s. Dit wordt veroorzaakt doordat bij de waarde van 199,3 m3/s de aanvoer vanuit de Lek nog wordt opgeteld. Zoals blijkt uit EMOD.log: Aanvoer Leksluizen is 23.62 (=Q3+Q4) Als nu bij de voorspelling van 05:00 uur de aanvoer weer te laag wordt berekend zal deze de aanvoer van de voorspelling van 04:00 uur gebruiken. Dit is dus de waarde van 222,9 m3/s. Hier zal de aanvoer vanuit de Lek weer bij worden opgeteld. Zo kan het voorspelde aanvoerdebiet in enkele uren extreem toenemen.

86

Bijlage B

Formules aanvoervoorspeller

Van alle posten wordt aan de hand van meetwaarden via een formule een volume per dag bepaald. Dit wordt uiteindelijk omgezet in een volume per tijdstap. Deze formules worden gebruikt omdat de eenheid van de meetwaarden niet in m3/dag is, zodat een extra bewerking nodig is, of omdat niet alles gemeten wordt en er dus aan de hand van wel beschikbare waarden een schatting wordt gedaan van het totaal. Ook kan het natuurlijk zijn dat er een fysische relatie is tussen een meetwaarde (zoals neerslag) en de afvoer. Alle formules zijn gebaseerd op de waterbalans van 1997. De formules zijn overgenomen uit: • Operationalisering waterbalans NZK/ARK [Vreugdenhil, Vermeulen, 2001]; de meeste formules behalve formules voor AGV. • Neerslag en afvoer rond het Noordzeekanaal [Schobben, 2005]; formules AGV • Broncode van het BOS; controle of de formules, genoemd in de rapporten, werkelijk overeenkomen met hoe ze in het BOS zijn opgenomen.

B.1

Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier

Het hoogheemraadschap is voortgekomen uit een fusie van waterschappen. In de aanvoervoorspeller worden de aanvoerformules voor deze waterschappen nog afzonderlijk berekend. Dit hoogheemraadschap beschikt over een aantal gemalen en sluizen die uitwateren op het NZK. De meeste hebben een kleine capaciteit en hiervan worden geen meetgegevens beschikbaar gesteld aan het BOS. Van twee gemalen is dit wel het geval. Deze zijn: • Gemaal Kadoelen met een capaciteit van 12 m3/s • Het Zaangemaal met een capaciteit van 35 m3/s Het totale debiet wordt gerelateerd aan deze twee gemalen. De volgende formules worden gebruikt: Waterschap het Lange Rond

VWSLR = 86400 ⋅ 0,1⋅ Q zaangemaal

(B.1) 3

Waarin: VWSLR=totaalvolume waterschap [m /dag], Qzaangemaal=debiet Zaangemaal [m3/s] Hoogheemraadschap Uitwaterende sluizen

VHUS = 86400 ⋅ 1,136 ⋅ Q Zaangemaal

(B.2) 3

Waarin: VHUS=totaalvolume hoogheemraadschap [m /dag] Waterschap De Waterlanden

VWDW = 86400 ⋅1, 429 ⋅ Q kadoelen

(B.3) 3

Waarin: VWDW= totaalvolume waterschap [m /dag] Van het Zaangemaal wordt de huidige staat van het gemaal gebruikt. Deze waarde wordt dus constant aangenomen voor de komende 24 uur. Bij afwezigheid van deze waarde wordt het gemiddelde debiet van de afgelopen 24 uur genomen. Van het gemaal Kadoelen is een aanvoerverwachting beschikbaar. Dit is een waarde die het gemiddelde verwachte debiet geeft voor de komende 24 uur. Als deze waarde niet beschikbaar is wordt het gemiddelde debiet van gemaal Kadoelen over de afgelopen 24 uur genomen.

87

B.2

Hoogheemraadschap van Rijnland

Het Waterschap Groot-Haarlemmermeer is bij HHR gevoegd maar in de aanvoervoorspeller worden ze beide nog met een afzonderlijke formule berekend. Het oorspronkelijke HHR heeft maar 2 objecten die uitwateren op het NZK. Deze zijn: • Gemaal Halfweg met een maximum capaciteit van 33 m3/s. Dit gemaal kan ook met 22 m3/s malen • Gemaal Spaarndam met een capaciteit van 32 m3/s Het Waterschap Groot-Haarlemmermeer heeft 6 kleine gemalen in beheer waarvan geen meetgegevens ter beschikking worden gesteld voor gebruik in het BOS. Het totale volume wordt dus gerelateerd aan het volume van HHR De gebruikte formules zijn: Hoogheemraadschap van Rijnland

VHHR = 86400(Q halfweg + Q spaarndam )

(B.4) 3

Waarin: VHHR= Totaal volume HHR [m /dag], Qhalfweg=debiet gemaal Halfweg [m3/s], Qspaarndam=debiet gemaal Spaarndam [m3/s]. Waterschap Groot-Haarlemmermeer

VWSGHM = 0, 05 ⋅ VHHR

(B.5) 3

Waarin VWSGHM= totaalvolume Waterschap Groot Haarlemmermeer [m /dag]. Voor zowel gemaal Halfweg als voor Spaarndam wordt een voorspelling gebruikt voor het gemiddelde debiet over de komende 24 uur. Als er een waarde ontbreekt, wordt het gemiddelde debiet van de afgelopen 24 genomen van het betreffende gemaal.

B.3

Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en Vecht

Het boezemsysteem van dit hoogheemraadschap staat in open verbinding met het NZK en het ARK. Er zijn vele gemalen die uitwateren op dit boezemsysteem. Dit zijn vooral poldergemalen met een kleine capaciteit. Van deze gemalen worden geen gegevens gebruikt om het aanvoerdebiet te bepalen. Ook zijn er enkele onttrekkingen. Het totale debiet van AGV is opgedeeld in vier delen die elk afzonderlijk berekend worden. Deze zijn: Aanvoer Amstel, Gooi en Vecht oost Dit is de aanvoer van AGV ten oosten van het ARK. De formule die hiervoor gebruikt wordt is:

V AGVoost = aoost + b1oost N1 + b2 oost N 2 + b3oost N 3 + b4 oost N 4

(B.6) Waarin: VAGVoost=totale volume aanvoer AGV-oost [m /dag], aoost=basisafvoer AGV-oost op NZK-ARK [m3/dag], bxoost=Afvoer coëfficiënt AGV-oost van dag x [m3/mm], Nx=neerslag Schiphol op dag x [mm]. 3

Met deze formule wordt de afvoer gerelateerd aan de neerslag. Er wordt gebruik gemaakt van de korte neerslagvoorspelling voor Noord-Holland, en de neerslag van meetstation Schiphol van de afgelopen drie dagen. De basisafvoer en de coëfficiënten die gebruikt worden variëren per maand. De waarden zijn te zien in Tabel B.1

88

Tabel B.1 Basisafvoer en coëfficiënten per maand voor AGV-oost

Maand januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december

a 208.702 183.379 151.230 187.497 126.666 107.050 117.985 100.090 168.530 124.530 228.688 193.962

b1 19.121 13.549 18.841 7.384 6.889 4.538 6.316 4.311 5.615 20.421 10.349 15.629

b2 31.670 27.619 37.402 21.859 6.843 15.862 7.780 8.024 19.194 22.279 16.997 26.993

b3 18.528 21.460 21.785 14.511 4.769 12.261 4.776 4.237 16.663 12.100 15.272 14.446

b4 20.848 16.035 24.741 7.545 2.212 11.090 2.623 5.263 18.496 12.146 14.818 12.967

Aanvoer Amstel, Gooi en Vecht west Dit is de aanvoer van AGV ten westen van het ARK De formule die hiervoor gebruikt wordt is:

VAGVwest = awest + b1west N1 + b2 west N 2 + b3west N3 + b4 west N 4

(B.7) Waarin: VAGVwest=totale volume aanvoer AGV-west [m /dag], awest=basisafvoer AGV-west op NZK-ARK [m3/dag], bxwest=Afvoer coëfficiënt AGV-west van dag x [m3/mm]. 3

De formule werkt hetzelfde als de formule voor AGV-oost, alleen zijn de factoren anders. In Tabel B.2 zijn de factoren voor AGV-west te zien. Tabel B.2 Basisafvoer en coëfficiënten per maand voor AGV-west


a 364.101 359.602 267.020 382.200 323.504 236.545 311.392 309.059 342.898 302.035 412.331 338.445

b1 64.896 46.686 59.881 29.169 27.930 22.529 23.242 19.837 23.714 56.507 40.936 54.697

b2 73.519 81.060 84.346 49.261 18.671 44.845 22.993 21.392 46.061 52.890 51.478 85.509

b3 36.473 44.019 36.119 20.689 8.388 20.080 8.478 3.964 30.362 23.129 28.082 33.708

b4 32.376 21.466 31.012 13.542 8.174 24.691 11.236 13.323 34.623 10.547 27.406 16.351

Aanvoer zeesluis Muiden De aanvoer vanuit zeesluis Muiden wordt apart bepaald en is per maand constant. Deze wordt dus bepaald aan de hand van Tabel B.3.

89

Tabel B.3 Aanvoer Muiden per maand

maand aanvoer[m3/dag] januari 18000 februari 19500 maart 134500 april 438500 mei 604000 juni 590000 juli 556000 augustus 620000 september 328000 oktober 29000 november 14000 december 48000

Onttrekking Amstel, Gooi en Vecht In het Boezemgebied van AGV zijn vele onttrekkingen. Dit zijn vooral particuliere onttrekkingen. Hier is weinig over bekend. Alleen van twee grote onttrekkingen worden metingen bijgehouden. Dit zijn: • Van ARK naar Loosdrecht • Van ARK naar Waterleidingplas De onttrekking is gerelateerd aan de neerslag van de afgelopen 6 dagen aan de hand van een drempel waarde. De volgende vergelijking wordt gemaakt: Als

N6 ≤ 14000 dan VAGVontr = 120000 m3/dag anders VAGVontr = 0 m3/dag

(B.8)

Uiteindelijk is het totale debiet gelijk aan

VAGV = VAGVoost + VAGVwest + VAGVmuiden − VAGVontr B.4

(B.9)

Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden

Dit hoogheemraadschap heeft een aantal objecten in beheer waarvan er vier gemeten worden. Deze zijn: • Gemaal Bijleveld (Leidse Rijn) • Spuisluis Oog in Al (Merwedekanaal Utrecht) • Caspergouwse Wetering, onttrekking • Caspergouwse Wetering, aanvoer Drie van deze objecten zorgen voor aanvoer naar het systeem en een zorgt voor een onttrekking. Het totale aan en afvoerdebiet wordt via simpele formules berekend. Deze formules zijn:

QHDSRaanvoer = 0,95QHDSRgemeten _ aanvoer

(B.10)

QHDSRgemeten _ aanvoer = QHDSR1 + QHDSR 2 + QHDSR 4

(B.11)

QHDSRonttrekking = 0,86QHDSR 3

(B.12)

90

VHDSR = 86400 (QHDSRaanvoe r − QHDSRonttre kking )

(B.13)

Waarin: QHdsraanvoer= totaal aanvoer HDSR [m3/s], QHDSRgemeten_aanvoer= totaal gemeten aanvoer [m3/s], QHDSR1= laatst gemeten waarde gemaal Bijleveld [m3/s], QHDSR2= laatst gemeten waarde Spuisluis Oog in Al [m3/s], QHDSR3= laatst gemeten waarde Caspergouwse Wetering, onttrekking [m3/s], QHDSR4= laatst gemeten waarde Caspergouwse Wetering, aanvoer [m3/s], QHDSRonttrekking=totaal onttrekking HDSR [m3/s] VHDSR=Netto debiet HDSR [m3/dag]. Er wordt uitgegaan van de laatst ontvangen meetwaarde dit debiet blijft dus geldig voor de komende 24 uur.

B.5

Inlaat vanuit de Lek

De inlaat uit de Lek is samengeteld uit het debiet door de Irenesluizen en de Beatrixsluizen inclusief schutverliezen. Er worden bij Wijk bij Duurstede en Nieuwegein debietmetingen gedaan. Van deze waarden wordt het gemiddelde van de afgelopen 24 uur genomen. Het totale Volume is dus:

Vlek = 86400 (Q3 + Q4 )

(B.14)

Waarin: Vlek= aanvoer lek [m3/dag], Q3= gemiddeld gemeten debiet Wijk bij Duurstede [m3/s], Q4=gemiddeld debiet Nieuwegein [m3/s]. Voor de debietmeting van Wijk bij Duurstede zit een RWZI. Het afvoerdebiet van deze RWZI zit dus bij het gemeten debiet. Het is dus niet alleen het debiet vanuit de lek. Het debiet van deze RWZI is dus niet meegerekend in de formule voor de andere RWZI’s (zie paragraaf B.9).

B.6

Schutverliezen

De schutverliezen van de Noordersluis in IJmuiden en de Oranjesluizen bij Schellingwoude worden meegenomen in de aanvoervoorspeller. Van de Noordersluis wordt het schutverlies constant aangenomen en van de Oranjesluizen wordt er met een seizoensvariatie gerekend (per maand). Het totaal schutverlies wordt bepaald aan de hand van Tabel B.4 waaruit het totaal schutverlies per dag voor elke maand kan worden afgelezen. Tabel B.4 Schutverliezen per maand en per dag


[m3] 5.050.000 5.050.000 5.250.000 5.950.000 5.950.000 5.950.000 5.950.000 5.950.000 5.950.000 5.250.000 5.050.000 5.050.000

Vschut[m3/dag] 162900 180350 (of174150 in schr.jaar) 169350 198300 191900 198300 191900 191900 198300 169350 168300 162900

91

B.7

Instroom vanuit gemaal Zeeburg

Op maandag, woensdag en vrijdag wordt het gemaal Zeeburg gebruikt om de Amsterdamse grachten door te spoelen. Dit gebeurt tussen 0:00 uur en 6:00 uur. Van mei tot oktober is het debiet 85 m3/s. Van november tot april is het debiet 15 m3/s. De aanvoervoorspeller controleert alleen of het maandag, woensdag of vrijdag tussen 0:00 uur en 6:00 uur is. Is dit het geval dan wordt het totaal volume van gemaal Zeeburg bepaald met: (B.15) V zeeburg = 21600 * 15 tussen november en april of

V zeeburg = 21600 * 85

(B.16)

Tussen mei en oktober. Er wordt geen controle gedaan met de werkelijke status van het gemaal.

B.8

Neerslag en verdamping

De neerslag die direct op het NZK en ARK valt wordt ook meegenomen en is gerelateerd aan de neerslag van de afgelopen 24 uur van de drie meetstations: • Schiphol • De Bilt • Berkhout De volgende formules worden gebruikt:

VP =

OPP .p 1000

p = 0,3* N s1 + 0,5* N s 2 + 0, 2* N s 3

(B.17) (B.18)

Waarin: Vp=Totale neerslagvolume op het NZK en ARK [m3/dag], OPP=oppervlakte NZK ARK [39060000 m2], p=gewogen neerslag afgelopen 24 uur [mm/dag], Ns1=neerslag afgelopen 24 uur De Bilt [mm/dag], Ns2=neerslag afgelopen 24 uur Schiphol [mm/dag], Ns3=neerslag afgelopen 24 uur Berkhout [mm/dag]. De verdamping direct vanaf het NZK en ARK wordt berekend aan de hand van het aantal mm verdamping van de vorige dag. De volgende formule wordt gebruikt:

VV =

OPP .v 1000

Waarin Vv=Totaal volume verdamping [m3/dag], v= Verdamping vorige dag [mm]

92

(B.19)

B.9

Effluent vanuit RWZI’s

Er is een aantal RWZI die hun effluent lozen op het NZK of ARK. Deze RWZI’s zijn: • RWZI Amstelveen • RWZI Amsterdam-oost • RWZI Amsterdam-zuid • RWZI Breukelen • RWZI De Ronde Venen • RWZI Horstermeer • RWZI Loenen • RWZI Maarssen • RWZI Uithoorn • RWZI Weesp • RWZI Westpoort • RWZI De Meern • RWZI Houten • RWZI Leidsche Rijn • RWZI Maarssenbroek • RWZI Utrecht • RWZI Beverwijk en omstreken • RWZI Beverwijk en Zaanstreek-Noord • RWZI Zaandam Het aanvoervolume van de verschillende RWZI’s is afhankelijk van de neerslag. Hiervoor wordt de neerslag die direct op het NZK en ARK valt (Vp) gebruikt. Natuurlijk is er bij geen neerslag een basisafvoer. De formule is:

VRWZI = 265693+ 0,44VP

(B.20)

Waarin: VRWZI= totaalaanvoer RWZI’s [m3/dag]

B.10 Industrie Een aantal bedrijven loost of ontrekt water aan het systeem. Uit de waterbalans is dit volume over het hele jaar bekend. Dit wordt constant over het jaar aangenomen. De formule als volgt:

Vindustrie =

− 25.000.000 = −68.500 365

(B.21)

Waarin: Vindustrie= totaal volume industrie [m3/dag]

93

94

Bijlage C C.1

Neerslag-afvoer relatie

Inleiding

Het doel van het BOS is om een voorspelling te doen over de toekomstige inzet van het spui en maalcomplex in IJmuiden. Hiertoe moet onder andere de te verwachte aanvoer bepaald worden. Uiteindelijk resulteert deze aanvoer in een bepaald volume dat uitgeslagen moet worden. De aanvoer wordt op dit moment bepaald uit een optelling van vele posten die op hun beurt weer bepaald worden uit meetgegevens van verschillende aard (pompdebieten, meteorologisch e.d.). Het is echter zo dat een zeer groot gedeelte van het uitgeslagen water regenwater is. Neerslag die valt in het achterland zal met enige vertraging uiteindelijk in IJmuiden uitgeslagen worden. De vraag is of er een directe relatie kan worden gelegd tussen de neerslag en de afvoer naar zee. Op dit moment wordt er naast het BOS ook gebruik gemaakt van een Excelsheet waarin de aanvoer geschat wordt aan de hand van de neerslag. De aanvoer wordt geschat aan de hand van het maximum van een relatie met de neerslag van de afgelopen 24 uur of een relatie met de neerslag van de afgelopen 5 dagen (er zijn ook nog 2 andere relaties die fungeren als back-up in het geval dat er gegevens ontbreken). Deze 2 relaties zijn:

Qv1 = max(20 ⋅ ( Pa 24 − 8 + 2 ) , 40)

(1)

Waarin: Qv1 =het debiet van alternatief 1 (m3/s) voorstelt en Pa 24 =de neerslag van de afgelopen 24 uur (mm). en

⎛P +P +P +P +P ⎞ Qv 2 = 20 ⎜ a 24 2 3 4 5 − 4 + 2 ⎟ (2) 5 ⎝ ⎠ Waarin: Qv 2 =het debiet van alternatief 2 is (m3/s), P2 ..P5 =de neerslaghoeveelheid van de afgelopen 2 tot 5 dagen (mm). Uit formule (2) blijkt dat er een gemiddelde genomen wordt van de neerslag van de afgelopen 5 dagen. De weegfactor voor elke dag is dus even veel. Met dit onderzoek kan deze relatie wellicht verfijnd worden.

95

C.2

Aanpak

Het doel is om een relatie te vinden van de volgende vorm:

⎛ n ⎞ Q = C ⎜ ∑ B ( i ) ⋅ P ( i ) ⎟ + B0 ⎝ i =1 ⎠

(3)

Waarin: Q=aanvoerdebiet (m3/s), C=constante is een maat voor het afvoerende oppervlak en compenseert voor eenheidsverschillen (m2), n=aantal dagen dat gebruikt wordt in de relatie, B(i)=vermenigvuldigingsfactor voor dag i (-), P(i)=neerslag op dag i (mm/dag), B0=basisafvoer (m3/s). Voor deze formule zullen waardes gevonden moeten worden voor de factoren C, B(i) en B0. Ook het aantal dagen neerslag (i) waarvan de afvoer afhankelijk is zal bepaald moeten worden. De relatie zal worden bepaald door afvoergegevens te vergelijken met neerslaggegevens van een aantal dagen terug en dan met de kleinste kwadraten methode de factoren B(i) te bepalen voor elke dag neerslag. Deze bewerking kan worden uitgevoerd met de Matlab System Identification Toolbox. In de volgende paragrafen zal een korte beschrijving worden gegeven van de beschikbare meetgegevens en hoe deze zullen worden gebruikt in de berekening.

C.2.1

Afvoergegevens

Er zijn 10-inutenwaarden beschikbaar van de afvoer bij IJmuiden. Deze zijn opgesplitst in afvoer door middel van spuien en afvoer door middel van pompen. Er zijn gegevens beschikbaar vanaf november 2004 (het in werking treden van het BOS) tot heden. Uit deze gegevens kunnen dagtotalen berekend worden. In Figuur C.1 een voorbeeld van de totaalafvoer per dag over de maanden november en december 2005.

Afvoer IJmuiden 30

miljoen m3

25 20 15 10 5

Datum Figuur C.1 Afvoer IJmuiden november-december 2005

96

/1 2 27

/1 2 20

/1 2 13

/1 2 06

/1 1 29

/1 1 22

/1 1 15

/1 1 08

01

/1 1

0

In deze gegevens ontbreken soms waarden. Dit is vooral het geval in de beginperiode daarom zullen alleen de data vanaf januari 2005 gebruikt worden. In het geval dat er 1 of enkele waarde van het pompdebiet of spuidebiet wordt deze aangevuld door het gemiddelde van de omliggende waardes. In het geval van een langere periode wordt getracht of de gegevens op een logische wijze kunnen worden hersteld anders worden ze op 0 gesteld. De afvoer op 1 dag is niet altijd gelijk aan de aanvoer. Dit komt omdat er ook berging kan optreden door peilveranderingen. Deze berging zorgt voor een verschuiving in tijd tussen aan en afvoer. Om deze berging te achterhalen zullen gegevens gebruikt worden over de waterstand op het NZK. Er zijn 10-minutenwaarden beschikbaar van de waterstand op het NZK vlak bij IJmuiden en bij Schellingwoude (H2 en H3). Er wordt aangenomen dat de berging gelijk is aan:

Vberging = As ( heind − hbegin )

(4)

Waarin: Vberging=Totaal volume berging op een dag(kan ook negatief zijn bij peildaling)(m3), AS=bergend oppervlak NZK en ARK (39.06*106 m2), heind=waterstand NZK einde van de dag (m), hbegin=waterstand NZK begin van de dag (m). De bepaling van de werkelijke berging is moeilijk. Dit heeft verschillende redenen. • De waterstand is niet overal gelijk. Door bijvoorbeeld windinvloeden kan het peil flink variëren. Het is dan ook niet zo dat een peilstijging van 1 cm geregistreerd door de meetpunten direct verband houdt met een berging van 1 cm waterschijf. • De meetpunten liggen relatief dicht bij het spui en maalcomplex in IJmuiden. Als de spuisluizen geopend worden daalt het peil in de omgeving sterk om bij het sluiten weer op te komen(translatiegolf). De meetpunten registreren dit. Het is natuurlijk niet juist om deze peilvariaties op te vatten als berging in het systeem. Er zullen dus telkens 2 berekeningen worden gemaakt (met en zonder berging) achteraf zal bekeken worden wat de invloed van de berging is.

C.2.2

Neerslaggegevens

Er zijn 3 Neerslag meetstations die in of in de buurt van het gebied liggen dat afstroomt naar het NZK en ARK. Van deze meetstations krijgt het BOS de neerslaghoeveelheden binnen in mm/uur. Deze meetstations zijn: • De Bilt • Schiphol • Berkhout Op dit moment is er alleen gerekend met gegevens uit de Bilt. Een voorbeeld voor de gegevens uit De Bilt is in Figuur C.2 te zien.

97

Neerslag De Bilt

50 45 40

mm/dag

35 30 25 20 15 10 5 0 11/1

11/7

11/13

11/19

11/25

12/1

12/7

12/13

12/19

12/25

12/31

datum

Figuur C.2 dagtotalen neerslag De Bilt november en december 2005

In het geval van ontbrekende waarden zijn deze op 0 gesteld. Het blijkt dat in de gegevens van De Bilt er behoorlijke periodes zijn dat de waarden ontbreken. Dit kan een aanzienlijk effect hebben op de resultaten er zal dus zowel een analyse worden gemaakt met een totale reeks van 2005 en een selectie van een periode zonder veel ontbrekend waarden. Ook is er gebruik gemaakt van gegevens uit ‘Aquadata’. Deze gegevens zijn wel beschikbaar over heel 2005 zonder veel ontbrekende waarden. Het enig verschil is dat dit dagwaarden zijn waarbij de neerslag van 09.00 uur de vorige dag tot 09.00 uur vandaag opgeteld worden(zie Tabel C.1 over hoe de datum aan de neerslag data gegeven wordt). Dit geeft soms andere getallen en een lichte verschuiving van de data. Zoals te zien is in Figuur C.3 De resultaten van de neerslagafvoer relatie zullen waarschijnlijk ook iets afwijken. Tabel C.1 Datumaanduiding neerslaggegevens

1 april 12 18

datum uur

31 maart 0 18

soort data

periode berkening Datumaanduiding per soort data 31 maart 1 april 2 april 1april 2 april 3 april

Database BOS Aquadata

6

0 'nu'

6

2 april 12 18

0

neerslag(mm)

50 45

Aquadata

40 35

BOS database

30 25 20 15 10 5 0

24

0 /1

31

0 /1

7/

11

14

1 /1

21

1 /1

28

Figuur C.3 Vergelijking neerslag Aquadata en BOS database

98

1 /1

5/

12

12

2 /1

19

2 /1

26

2 /1

C.2.3

Verdamping

De verdampingsgegevens zijn voor de provincie Noord-Holland beschikbaar en zijn in mm/dag. De verdamping is vooral in de zomer een factor van belang. In Figuur C.4 is een voorbeeld van de verdampingsgegevens te zien over de periode februari tot en met juni. Verdamping

7 6

mm/dag

5 4 3 2 1

28/6

21/6

14/6

7/6

31/5

24/5

17/5

10/5

3/5

26/4

19/4

12/4

5/4

29/3

22/3

15/3

8/3

1/3

22/2

15/2

8/2

1/2

0

Datum

Figuur C.4 Verdamping februari-juni

In het geval van ontbrekende waarden wordt deze geëxtrapoleerd aan de hand van de omliggende waarden.

C.2.4

Berekeningsvarianten

Er zijn 3 datasets met neerslag. Deze zijn: 1. Neerslagdata van 4 januari 2005 tot en met 31 januari 2006 uit de BOS database(slechte data). 2. Neerslagdata van 24 oktober 2005 tot en met 31 januari 2006 uit de BOS database(goede data). 3. Neerslagdata van 4 januari 2005 tot en met 31 december 2005 uit Aquadata. Op deze datasets zijn telkens de volgende variaties in parameters mogelijk. • Aantal dagen neerslag dat gebruikt wordt om een relatie te vinden. Er zijn berekeningen tussen 5 en 10 dagen gemaakt. • Ook is er gekeken naar vertraging. Dus heeft de neerslag van vandaag invloed of is er alleen een relatie met de neerslag van de afgelopen dagen. • Wel of geen berging. Er zijn berekeningen gemaakt met enkel het pomp en spuidebiet. Daarnaast zijn er berekeningen gemaakt met het peilverschil over de dag meegenomen. Dit is een maat voor de berging die is opgetreden over de dag. • Wel of geen verdamping. Er zijn berekeningen gemaakt met en zonder verdamping zodat ook de invloed van deze factor meegenomen kan worden. Dit levert dus per dataset 24=16 varianten op. Voor al deze mogelijkheden is een berekening gemaakt om een B en B0 te bepalen. Uiteindelijk kan per berekening een restterm worden bepaald of de uiteindelijke functie over de werkelijke waarden worden gelegd zodat de kwaliteit van het resultaat gecontroleerd kan worden. Een compleet overzicht van de resultaten is te vinden in de paragrafen C.5, C.6 en C.7. Enkele opvallende resultaten zullen in de volgende paragraaf worden gepresenteerd.

99

C.3

Resultaten en conclusies

C.3.1

Gebruikte neerslagperiode in relatie

Als enkel naar de restfactor wordt gekeken geven de berekeningen met neerslagdata van 10 dagen terug een beter resultaat dan die van 5 dagen terug. De restfactor is over het algemeen lager. Als echter gekeken wordt naar de waarden van B dan blijkt dat deze bij het gebruik van 10 dagen neerslag geen aannemelijke waarden geeft. • Negatieve factor: dit is natuurlijk niet mogelijk omdat positieve neerslag natuurlijk niet voor een negatieve afvoer kan zorgen. (zie Figuur C.5 voor een voorbeeld) • Oplopende factor bij eerdere dagen: het is niet aannemelijk dat de neerslag van 9 of 10 dagen terug een sterkere relatie heeft met de afvoer dan de neerslag van 6 of 7 dagen terug. Dit zou alleen kunnen bij een lange looptijd in het systeem wat in dit Boezemgebied niet het geval is.(zie Figuur C.6 voor een voorbeeld). Over het algemeen blijkt dat de neerslag van 5 dagen terug nog een behoorlijke invloed heeft op de afvoer. De invloed van eerdere neerslag dan deze is verwaarloosbaar.

Aquadata de Bilt

5

-berg-verd

4

-berg+verd +berg-verd

m3/(s*mm)

3

+berg+verd

2 1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1 Dagen terug

Figuur C.5 Negatieve factoren bij 10 dagen neerslag

okt-jan

5

-berg-verd

4


m3/(s*mm)

3

+berg+verd

2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

-1 Dagen terug

Figuur C.6 Oplopende waarden factor bij eerdere dagen

100

8

9

10

C.3.2

Relatie met neerslag in zelfde dag als berekening

Het blijkt dat er een duidelijke relatie bestaat tussen de neerslag die valt in de berekeningsperiode en de totale afvoer. De restfactor is significant kleiner als ook de neerslag van dezelfde datum worden meegenomen. In Figuur C.7 en Figuur C.8 zijn twee voorbeelden waarin de factoren voor de verschillende dagen worden getoond. Er is een duidelijk verschil tussen de berekeningen met gegevens uit de BOS database en uit Aquadata. Dit wordt veroorzaakt door de periode waarover de neerslag wordt opgeteld(zie Tabel C.1). Bij gegevens van Aquadata komt de periode van afvoer en neerslag maar voor ongeveer 1/3 overeen.

heel2005

5

-berg-verd

4

-berg+verd

m3/(s*mm)

+berg-verd +berg+verd

3 2 1 0 0

1

2 Dagen terug

3

4

Figuur C.7 Factoren voor 5 dagen inclusief berekeningsperiode, BOS database

Aquadata de Bilt

5

-berg-verd

4

-berg+verd

m3/(s*mm)

+berg-verd +berg+verd

3 2 1 0 0

1

2 Dagen terug

3

4

Figuur C.8 factoren voor 5 dagen inclusief berekeningsperiode, Aquadata

101

C.3.3

Verdamping en berging meenemen in relatie

De verdamping speelt nauwelijks een rol in de kwaliteit van de resultaten. Het grootst is het effect als gegevens over heel 2005 genomen worden. Tussen oktober en januari is de verdamping laag en heeft dus nauwelijks effect. De berging heeft een duidelijk positief effect op de kwaliteit van het resultaat. Dit is ondanks de bezwaren genoemd in paragraaf C.2.1

C.3.4

Resultaten basisafvoer

De B0 is basisafvoer die optreedt als er een lange periode geen neerslag is geweest. In alle berekeningen komt deze waarde erg hoog uit vergeleken met waarde die op dit moment in de praktijk gebruikt worden. In de praktijk gaat men uit van een droge afvoer van 40 m3/s. uit de berekening komen waarden die liggen tussen de 60 en 90 m3/s. Dit kan het gevolg zijn van het gebruik van de inlaat bij Schellingwoude. Deze wordt namelijk gebruikt in periodes met lage afvoer om het zoutgehalte op het Markermeer en NZK laag te houden. Het gebruik van deze inlaat zorgt voor een aanzienlijke extra aanvoer waardoor de basisafvoer verhoogt is. Omdat deze instroom door de beheerders bediend wordt zou deze in principe niet meegenomen moeten worden in de berekening. Een extra berekening zou gedaan kunnen worden om de invloed van de Inlaat te controleren.

C.3.5

Gebruik verschillende datasets

Uiteindelijk blijkt dat met het gebruik van gegevens tussen oktober en januari relatief de beste resultaten worden bereikt. De verwachting was dat door het gebruik van de gegevens van Aquadata ook goede resultaten zouden worden bereikt maar dit is niet het geval. Hoewel de kwaliteit van deze gegevens over heel 2005 beter is dan die van de BOS database over dezelfde periode zit er nauwelijks verschil tussen de kwaliteit van de gevonden neerslagafvoerrelatie . In de figuren C.9, C.10 en C.11 voorbeelden van elk van de drie datasets. Hierin is de gemeten afvoer te zien plus de berekende afvoer aan de hand van de neerslag en formule 3 met de berekende factoren. Er is gebruik gemaakt van neerslag gegevens van vijf dagen inclusief de dag van de berekeningsperiode. Ook is er rekening gehouden met verdamping en berging. 5 dagen okt-jan

350

gemeten

300

berekend

m3/s

250 200 150 100 50

Figuur C.9 Vergelijking gemeten afvoer en berekende afvoer periode okt-jan

102

2/ 6

1/ 30

1/ 23

1/ 16

1/ 9

1/ 2

12 /2 6

12 /1 9

12 /1 2

12 /5

11 /2 8

11 /2 1

11 /1 4

11 /7

10 /3 1

10 /2 4

0

5 dagen 2005 300 gemeten

m3/s

250

berekend

200 150 100 50

7/12

7/5

6/28

6/21

6/14

6/7

5/31

5/24

5/17

5/10

5/3

4/26

4/19

4/12

4/5

3/29

3/22

3/15

3/8

0

Figuur C.10 Vergelijking gemeten afvoer en berekende afvoer heel 2005, BOS database(gedeeltelijk)

5 dagen 2005

300

gemeten

m3/s

250

berekend

200 150 100 50

7/12

7/5

6/28

6/21

6/14

6/7

5/31

5/24

5/17

5/10

5/3

4/26

4/19

4/12

4/5

3/29

3/22

3/15

3/8

0

Figuur C.11 Vergelijking gemeten afvoer en berekende afvoer heel 2005, Aquadata(gedeeltelijk)

Mogelijke oorzaken voor deze resultaten: • Er is enkel gebruik gemaakt van de neerslaggegevens van de Bilt wellicht is de correlatie van deze neerslag met de afvoer niet erg hoog. Het neerslagstation op schiphol zou wellicht een betere correlatie hebben of misschien is een combinatie van beide stations beter. • Een andere oorzaak is het verschil in regenval tussen de seizoenen. In de zomer valt de neerslag meer in kortere buien met een hoge intensiteit. In de herfst en winter is de duur van de neerslag langer maar de gemiddelde intensiteit lager. Dit zorgt misschien voor een andere relatie waardoor als de periodes worden opgesplitst er een verschillend maar beter passend resultaat gevonden kan worden.

Aan de hand van het beste resultaat zijn de volgende factoren gevonden. Dit zijn factoren voor een berekening met vijf dagen neerslag inclusief de neerslag op de berekende dag zelf.

Tabel C.2 Beste resultaten dagen terug B*C 0 3.40 1 4.17 2 2.90 3 1.88 4 2.06 C 14.4 B0 69.1 restfactor 452.227 and FPE 499.83

B 0.24 0.29 0.20 0.13 0.14

103

C.4

Aanbevelingen

•

Er zou een extra verbetering bereikt kunnen worden door het debiet van de inlaat bij Schellingwoude uit de gegevens te filteren. Omdat de inlaat bediend wordt door de beheerders in IJmuiden zou het inlaat debiet niet meegenomen moeten worden in de analyse; Onderzocht kan worden of een verandering van het bergend oppervlak van 39 km2 een verdere verbetering van het resultaat geeft. Dit om de invloed van peilverschillen in het systeem te verminderen; Het gebruik van neerslaggegevens van station schiphol. Deze heeft vanwege de geografische ligging misschien een betere correlatie. Dat dit potentie heeft blijkt uit figuur C.12 waar de neerslag van de Bilt tegen die In hoofddorp is uitgezet. Ook is er een trendlijn toegevoegd en is duidelijk dat de correlatie R2 erg laag is. De verschillen zijn dus groot en het zou dus mogelijk zijn dat de afvoer meer relatie heeft met station Hoofddorp;

• •

50

40

de Bilt

y = 0.78x R2 = 0.5401

30 20

10

0 0

10

20

30

40

50

hoofddorp

Figuur C.12 Vergelijking mm neerslag Hoofddorp met de Bilt

•

Opsplitsen van de periodes zodat voor verschillende seizoenen de factoren kunnen worden bepaald. De vraag is wel of er werkelijk verschil is in de afvoer in de zomer of in de winter. Het kan ook zo zijn dat het probleem volledig te maken heeft met de correlatie van de afvoer met de neerslag van de verschillende weerstations. Dit blijkt uit figuur C.13 en C.14. waarin de neerslag in Hoofddorp vergeleken is met de neerslag in de bilt in de zomermaanden en in de wintermaanden. Te zien is dat de correlatie in de wintermaanden veel hoger is. Als de afvoer een sterke correlatie heeft met de neerslag in hoofddorp zal in de wintermaanden met data uit de Bilt een beter resultaat worden geboekt omdat dan de Bilt en Hoofddorp sterker op elkaar lijken. 40

40 y = 0.8281x R2 = 0.4449

30

de Bilt

de Bilt

30 20

20

y = 0.8083x R2 = 0.7253

10

10

0

0 0

10

20

hoofddorp

30

40

0

10

20

30

40

hoofddorp

mm neerslag Figuur C.13 Vergelijking mm neerslag Figuur C.14 Vergelijking Hoofddorp met de Bilt oktober-februari Hoofddorp met de Bilt april-augustus

104

105

C.5

Resultaten BOS database heel 2005

heel2005

B*C

som B0 restfactor

heel2005

B*C

som B0 restfactor

106

vandaag alleen pomp en spui zonder verdamping 5 2.5564 3.0155 1.5239 1.1411 0.97316

alleen pomp en spui met verdamping 5 2.2828 2.7109 1.243 0.77999 0.72641

vandaag met berging zonder verdamping 5 2.9664 2.4578 1.4918 1.0152 1.1048

vandaag met berging met verdamping 5 2.6616 2.1669 1.2006 0.70259 0.82899

gisteren alleen pomp en spui zonder verdamping 5 0 3.2376 1.7118 0.91328 1.0454 0.81069

gisteren alleen pomp en spui met verdamping 5 0 3.0301 1.4768 0.62132 0.84598 0.4918

gisteren met berging zonder verdamping 5 0 2.7433 1.6782 0.77127 1.2342 0.52683

gisteren met berging met verdamping 5 0 2.571 1.4524 0.54865 1.0256 0.21755

10 10 10 10 2.6105 2.3016 3.0237 2.6812 3.0045 2.6698 2.4788 2.1562 1.5891 1.2665 1.5328 1.1952 1.1027 0.71479 1.0119 0.6802 0.89068 0.65606 1.0345 0.76921 0.76432 0.46307 0.44998 0.13129 0.39112 0.079135 0.59087 0.33001 0.45136 0.24381 0.52053 0.29742 0.24673 0.02843 0.27306 0.024745 0.31103 0.052318 0.44425 0.18243 9.21006 11.36204 7.7431 8.475513 9.036 11.36039 7.56068 8.447905 76.687 72.485 90.495 90.1 77.045 72.506 90.611 90.132 928.875 and 885.699 and 986.198 and 965.423 and 703.504 and 664.745 and 765.122 and 749.328 and FPE 952.815 FPE 931.95 FPE 1011.62 FPE 1015.84 FPE 721.636 FPE 699.457 FPE 784.842 FPE 788.457

10 10 10 10 0 0 0 0 3.2317 2.996 2.7558 2.5469 1.769 1.4923 1.7299 1.4531 0.99255 0.65761 0.86963 0.60224 1.0669 0.86435 1.2378 1.0104 0.7464 0.4585 0.43038 0.1271 0.28482 -0.013044 0.48615 0.23994 0.32644 0.12633 0.35558 0.14562 0.073142 -0.055751 0.085763 -0.057449 0.32035 0.072822 0.48181 0.23399 0.96629 0.67127 0.89219 0.61099 7.71877 9.777592 6.466 7.270387 6.9538 9.325003 5.8152 6.912831 79.599 75.579 91.184 90.75 81.111 76.48 91.552 90.96 1091.54 and 1046.09 and 1127.85 and 1101.15 and 940.539 and 895.202 and 967.749 and 945.171 and FPE 1119.67 FPE 1100.71 FPE 1156.92 FPE 1158.66 FPE 964.779 FPE 941.949 FPE 992.691 FPE 994.528

heel2005

5

heel2005

5 -berg-verd

4

-berg-verd

4

-berg+verd

-berg+verd

+berg+verd

3 2

+berg-verd

m3/(s*mm)

m3/(s*mm)

+berg-verd

+berg+verd

3 2 1

1 0

0 0

1

2 Dagen terug

3

4

0

heel2005

5

1

2

3

4 5 Dagen terug

6

-berg-verd

-berg+verd

+berg+verd

2 1

+berg-verd

3 m3/(s*mm)

m3/(s*mm)

+berg-verd

3

9

-berg-verd

4

-berg+verd

8

heel2005

5

4

7

+berg+verd

2 1 0

0 1

2

3 Dagen terug

4

5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-1 Dagen terug

107

C.6

Resultaten BOS database oktober2005 tot januari 2006

okt-jan

B*C

som B0 restfactor

okt-jan

B*C

som B0 restfactor

108


alleen pomp en spui met verdamping 5 2.5703 4.0717 3.7533 1.8959 1.9957



gisteren alleen pomp en spui zonder verdamping 5 0 4.7654 3.8682 1.8425 1.6007 1.5109

gisteren alleen pomp en spui met verdamping 5 0 4.7167 3.8366 1.8029 1.5537 1.5486

gisteren met berging zonder verdamping 5 0 4.9862 2.9574 1.7702 1.8197 0.90832

gisteren met berging met verdamping 5 0 4.95 2.9274 1.7384 1.7993 0.93458

10 10 10 10 2.6429 2.6254 3.4409 3.425 4.197 4.1601 4.3132 4.2812 3.9285 3.8958 3.0729 3.0519 1.9877 1.9775 2.0234 2.0043 1.7441 1.6977 2.0168 1.9947 1.9537 1.9278 1.2368 1.1996 0.0080576 -0.039494 0.34807 0.30201 0.17645 0.13142 0.1387 0.11212 -0.33505 -0.35908 0.19245 0.14451 0.45018 0.45028 0.38441 0.40796 14.4817 16.7535376 14.2869 16.467426 14.5754 17.16763 14.4128 16.9233 66.833 62.555 69.342 65.564 66.634 61.752 69.102 64.751 750.366 and 642.231 and 745.72 and 635.653 and 461.499 and 408.404 and 452.227 and 396.974 and FPE 829.351 FPE 784.949 FPE 824.217 FPE 776.909 FPE 510.078 FPE 499.161 FPE 499.83 FPE 485.19

10 10 10 10 0 0 0 0 4.2645 4.2716 4.5327 4.5474 3.9268 3.9016 3.0715 3.0498 2.008 2.0091 1.9938 1.984 1.7677 1.7811 2.002 2.0301 1.9681 1.9689 1.2186 1.2037 0.0020098 -0.061027 0.30206 0.21924 0.18258 0.1693 0.071214 0.083024 -0.22808 -0.24539 0.31096 0.27381 0.45402 0.35152 0.75707 0.67724 1.8514 1.8696 1.7216 1.6934 13.5877 16.1970298 13.4585 16.016303 12.44182 15.981504 12.34968 15.761714 68.516 63.603 70.778 66.345 70.651 63.986 72.677 66.764 846.704 and 696.279 and 836.072 and 675.602 and 703.602 and 587.5 and FPE 690.953 and 572.937 and FPE 935.831 FPE 851.008 FPE 924.08 FPE 825.735 FPE 777.666 718.055 FPE 763.684 FPE 700.257

okt-jan

5

okt-jan

5 -berg-verd

4

-berg-verd

4

-berg+verd

-berg+verd

2

1

0

0

1

2 Dagen terug

3

+berg+verd

2

1

0

+berg-verd

3

+berg+verd

3

m3/(s*mm)

m3/(s*mm)

+berg-verd

0

4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1 Dagen terug

okt-jan

5 4

-berg+verd

3

+berg+verd

0 1

2

3 Dagen terug

4

5

m3/(s*mm)


3

m3/(s*mm)

1

-berg-verd

4

+berg-verd

2

okt-jan

5

-berg-verd

+berg+verd

2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-1 Dagen terug

109

C.7

Resultaten Aquadata geheel 2005

Aqua

B

som B0 restfactor

Aqua

B

som B0 restfactor

110


10 3.335 1.7737 1.0518 1.0952 0.50012 0.20527 0.44904 0.50496 -0.20935 0.47782 7.77005 9.18356 77.159 73.592 957.285 and 925.234 and FPE 984.1 FPE 977.805

vandaag alleen pomp en spui met verdamping 5 10 2.6448 2.6392 1.1108 1.0242 0.6694 0.64371 0.88373 0.83052 0.126 0.042998 0.28297 0.5475 0.64446 -0.27703 0.20799 5.43473 6.586518 94.12 93.522 915.071 and 862.399 and FPE 949.602 FPE 928.738



gisteren alleen pomp en spui zonder verdamping 5 2.6252 1.0023 0.86848 0.63689 0.28047

gisteren alleen pomp en spui met verdamping 5 1.7891 0.69743 0.79599 0.25109 0.49814

gisteren met berging zonder verdamping 5 2.4263 1.0212 0.72882 0.65168 0.31922

gisteren met berging met verdamping 5 1.6364 0.79913 0.51729 0.4528 0.54125

10 10 3.1117 2.2475 1.6425 1.0008 1.057 0.72358 0.96999 0.58087 0.49338 0.24237 0.22244 0.31627 0.58074 0.66162 0.31271 0.36347 0.03634 -0.061412 0.45627 0.16019 7.30945 8.88307 5.07423 6.235258 78.354 74.382 94.156 93.554 788.817 and 761.296 and 753.362 and 712.292 and FPE 810.913 FPE 804.551 FPE 781.79 FPE 767.084

10 10 10 10 2.5941 1.7654 2.405 1.6278 1.0085 0.6498 1.0127 0.7228 0.88427 0.73386 0.78195 0.50782 0.6869 0.31215 0.67205 0.46543 0.13488 0.24434 0.16127 0.28586 0.37433 0.67218 0.50945 0.75188 0.37361 0.54335 0.19401 0.27852 -0.13718 -0.24001 0.10671 -0.029471 0.60993 0.37825 0.55439 0.25502 0.25175 -0.30094 0.35 -0.072693 5.41334 6.78109 4.03175 4.75838 5.14722 6.74753 3.94687 4.792966 83.107 79.655 94.847 94.47 83.811 79.772 94.741 94.302 1267.35 and 1234.55 and 1125.02 and 1073.56 and 1059.96 and 1030.64 and 903.952 and 870.401 and FPE 1302.85 FPE 1304.7 FPE 1167.47 FPE 1156.14 FPE 1089.65 FPE 1089.2 FPE 938.063 FPE 937.355

Aquadata de Bilt

5

Aquadata de Bilt

5 -berg-verd

4

-berg-verd

4

-berg+verd

-berg+verd

+berg+verd

3 2

1

0

0 1

2 Dagen terug

3

+berg+verd

2

1

0

+berg-verd

3 m3/(s*mm)

m3/(s*mm)

+berg-verd

0

4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-1 Dagen terug

Aquadata de Bilt

5 4

-berg+verd

+berg-verd

-berg-verd

4

-berg+verd

+berg+verd

3

+berg-verd

3 m3/(s*mm)

m3/(s*mm)

Aquadata de Bilt

5

-berg-verd

2 1

+berg+verd

2 1

0 1

2

3 Dagen terug

4

5

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-1 Dagen terug

111

112

Bijlage D

Beschrijving Nieuw model

Als vergelijking met het huidige 1-bakmodel zal nu een model waarin het NZK en ARK zijn opgedeeld in 10 bakken worden gebruikt. Voor de onderlinge relatie tussen de verschillende elementen wordt een numeriek schema gebruikt gebaseerd op de Saint Venant vergelijkingen. De Saint Venant vergelijkingen zien er als volgt uit:

∂A f ∂Q + = qlat ∂x ∂t g ⋅Q Q ∂Q ∂ ⎛ Q2 ⎞ ∂h + + 2 =0 ⎜⎜ ⎟⎟ + g ⋅ A f ∂t ∂x ⎝ Af ⎠ 1 ∂3 x C ⋅ R f ⋅ Af { 4 24 14243 1424 3 (1) ( 3)

(C.1) (C.2)

( 4)

( 2)

3

Waarin Q=debiet [m /s], x=afstand [m], Af=Doorstroomprofiel [m2], t=tijd [s], qlat=instroom per lengte-eenheid [m2/s], g=zwaartekrachtversnelling [9,81 m/s2], h=waterstand [m], C=Chezy weerstandscoëfficiënt [m1/2/s], Rf=hydraulische straal [m]. Het numerieke schema dat hieruit afgeleid is (Prof.dr.ir. G.S. Stelling)[Weissenbruch, Beuse, Overloop, 2003]:

u (m, n ) = fu (m, n ) ⋅ (h(m, n ) − h(m + 1, n )) + ru (m, n )

Q(m, n ) = u (m, n ) ⋅ A(m, n ) cu (m ) fu (m, n ) = bu (m, n ) du (m, n ) ru (m, n ) = bu (m, n ) g cu (m ) = L(m ) u (m, n ) du (m, n ) = + fw(n) Tc

bu(m, n ) =

1 g ⋅ B(m, n ) ⋅ u (m, n ) + Tc A(m, n ) ⋅ C 2

(C.3) (C.4) (C.5) (C.6) (C.7) (C.8)

(C.9)

Waarin: u=snelheid [m/s], h=waterstand [m], A=doorstroomprofiel [m2], 2 g=zwaartekrachtversnelling [m/s ], L=lengte segment [m], Tc=tijdstap [s], fw=windweerstand [m/s2] , B=breedte segment [m], C=Chezy weerstandscoëfficiënt [m1/2/s], m=segmentaanduiding [-], n=tijdstap aanduiding [-], fu, ru, cu, bu, du=tussenvariabelen. Met formule (C.3) kan de snelheid tussen segment m en segment m+1 op tijdstip n berekend worden. Deze is onder meer afhankelijk van het verval over deze twee segmenten. Vervolgens wordt het debiet berekend met formule (C.4). De volgende formule wordt vervolgens gebruikt om de waterstand te berekenen van segment m op tijdstip n+1:

113

h(m, n + 1) = h(m, n ) + Tc ⋅

Q(m − 1, n) − Q(m, n ) + Qd (m ) + Qi (m, n ) As (m, n)

(C.10)

Waarin: Qd=instroom van buiten het systeem op segment m op tijdstip n [m3/s], Qi=instroom controle debiet segment m op tijdstip n [m3/s], As=bergend oppervlak segment m op tijdstip n [m2]. Vervolgens kan met h(m,n+1) en formules C.3 en C.4 u(m,n+1) en Q(m,n+1) berekend worden. In deze situatie zullen dus telkens alle parameters gelijk blijven gedurende een tijdstap en hiermee worden de parameters voor tijdstap n+1 berekend. Dit zijn dus telkens schoksgewijze stappen in werkelijkheid gaat de situatie geleidelijk over en zal dus een andere uitkomst worden verkregen. Om een nauwkeuriger resultaat te krijgen worden alle parameters van tijdstap n en tijdstap n+1 gemiddeld zodat een nauwkeuriger resultaat verkregen kan worden. Hiervoor zal dus iteratief te werk moeten worden gegaan, omdat natuurlijk de ‘werkelijke’ situatie op n+1 niet bekend is. Om een eerste indicatie voor alle parameters op n+1 te krijgen wordt de eerste keer formule (C.10) gebruikt, vervolgens de volgende formule om de iteratie mee uit te vieren:

h(m, n + 1) = h(m, n ) + Tc ⋅

Q(m − 1, n + 1 2) − Q(m, n + 1 2 ) + Qd (m ) + Qi (m, n + 1 2 ) (C.11) As (m, n + 1 2)

Om deze berekening voor elk segment in één keer te doen wordt een matrixformule afgeleid uit vergelijking C.11.[Overloop, 2006]

h(n + 1) = A ⋅ h(n ) + Bd ⋅ Qd + Bu ⋅ Qi (n + 1 2 ) + d

(C.12)

Waarin:

⎡ h(1, n ) ⎤ ⎢ h(2, n ) ⎥ ⎥ h(n ) = ⎢ ⎢ M ⎥ (C.13) ⎢ ⎥ ⎣h(10, n )⎦ X (1) L 0 0 ⎤ ⎡1 − X (1) ⎢ Y (1) ⎥ ( ) ( ) ( ) Y X X M 1 − 1 − 2 2 ⎢ ⎥ A=⎢ 0 O O O 0 ⎥ ⎢ ⎥ Y (8) 1 − Y (8) − X (9 ) X (9 ) ⎥ ⎢ M ⎢⎣ 0 L Y (9 ) 0 1 − Y (9 )⎥⎦

114

(C.14)

⎤ ⎥ ⎥ Tc ⎥ M ⎥ As (2, n + 1 2 ) (C.15) ⎥ O 0 ⎥ Tc ⎥ L 0 As (10, n + 1 2 ) ⎥⎦ ⎡ − V (1) ⎤ 0 ⎡ ⎤ ⎡ Qd (1) ⎤ ⎢W (1) − V (2 )⎥ ⎢ ⎥ M ⎢ Q (2 ) ⎥ ⎥ ⎢ ⎢ ⎥ ⎥ d = = B Qd = ⎢ d ⎥ (C.18) ⎢ M u ⎢ ⎥ (C.17) 0 ⎢ M ⎥ (C.16) ⎥ ⎢ ⎢ ⎥ Tc W (8) − V (9 )⎥ ⎢ ⎥ − ⎢ ⎢ A (10, n + 1 2 ) ⎥ ⎣Qd (10 )⎦ ⎢⎣ W (9 ) ⎥⎦ ⎣ s ⎦ Qi (n + 1 2) = Qi (10, n + 1 2 ) (C.19) A (k, n + 1 2) ⋅ Tc ⋅ ru(k, n + 1 2) V (k ) = f (C.20) As(k, n + 1 2) A (k, n + 1 2) ⋅ Tc ⋅ ru(k, n + 1 2) W (k ) = f (C.21) As(k + 1, n + 1 2) A (k, n + 1 2) ⋅ Tc ⋅ fu(k, n + 1 2) X (k ) = f (C.22) As(k, n + 1 2) A (k, n + 1 2) ⋅ Tc ⋅ fu(k, n + 1 2) Y (k ) = f (C.23) As(k + 1, n + 1 2) Tc ⎡ ⎢ A (1, n + 1 2 ) ⎢ s ⎢ 0 Bd = ⎢ ⎢ M ⎢ ⎢ 0 ⎢⎣

0

L

0

Opmerkingen: • De instroom per segment (Qd) is onafhankelijk van de tijd. Dit zijn de gegevens van de aanvoervoorspeller die op dit moment een gemiddeld debiet geven over 24 uur. • Het controledebiet bestaat alleen bij segment 10. Dit is het debiet van het spuimaalcomplex bij IJmuiden.

115

D.1

Schematisering

In het 10-bakmodel is het NZK opgedeeld in vier segmenten van 7.100 m, en het ARK in zes segmenten van 10.000 m. Het kanaalprofiel is aangenomen als een trapezoïde. De diepte is overal gelijk aangenomen op 6 m. Het NZK is in werkelijkheid 15 m diep maar vanwege de zouttong op de bodem van het NZK is er nauwelijks stroming op grotere diepte. Deze zouttong heeft wel gevolgen voor de wrijving die de stroming ondervind. Daarom is op het NZK de wrijvingscoëfficiënt verlaagd (hogere Chézy coëfficiënt). Voor het ARK geldt een Chézy coëfficiënt van 50 m1/2/s en voor het NZK van 70 m1/2/s. Met name langs het NZK ligt een aantal havens. Deze havens dragen bij aan het bergend oppervlak maar niet aan het doorstroomprofiel. Ook het boezemgebied van AGV draagt bij aan het bergend oppervlak. Er is dus bij een aantal bakken extra bergend oppervlak toegevoegd om tot het totaal van 39,06 km2 te komen. In Tabel D.1 een overzicht van de totale schematisering van het 10-bakmodel. Tabel D.1 schematisering 10-bakmodel

Bak 1 Bak 2 Bak 3 Bak 4 Bak 5 Bak 6 Bak 7 Bak 8 Bak 9 Bak 10

116

Lengte (m)

Breedte wateroppervlak bij -0,40 m NAP (m)

10000 10000 10000 10000 10000 10000 7100 7100 7100 7100

112 112 112 112 112 112 455 270 270 300

Aangrenzend Totaal bergend Chézy Breedte bergend oppervlak bij bodem Diepte (m) coëfficiënt 1/2 2 2 (m) 0,40 m NAP(m ) (m /s ) oppervlak (m ) 110 110 110 110 110 110 400 170 170 200

6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

50 50 50 50 50 50 70 70 70 70

0 4,00E+05 2,00E+05 0 0 9,37E+05 4,46E+06 9,91E+06 7,24E+06 0 totaal bergend oppervlak:

1,12E+06 1,52E+06 1,32E+06 1,12E+06 1,12E+06 2,06E+06 7,69E+06 1,18E+07 9,16E+06 2,13E+06 3,906E+07

D.2

Koppeling aanvoervoorspeller

De aanvoervoorspeller zal de waardes berekenen van Qd. De verschillende posten, die de aanvoervoorspeller berekent, komen op verschillende locaties in het systeem terecht. Elke post zal dus in één of enkele reservoir terechtkomen. In Tabel D.2 is de verdeling omschreven. Deze verdeling is gebaseerd op de grotere objecten (bijvoorbeeld het Zaangemaal) per post die het grootste deel uitmaken van de totale post. Tabel D.2 Verdeling debieten aanvoer

Neerslag, verdamping, RWZI’s, schutverliezen en industrie Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden Irenesluizen Beatrixsluizen Amstel, Gooi en Vecht oost Amstel, Gooi en Vecht west Amste, Gooi en Vecht onttrekking inlaat Schellingwoude gemaal Zeeburg Hoogheemraadschap Uitwaterende Sluizen Waterschap De Waterlanden Waterscahp Het Lange Rond Hoogheemraadschap van Rijnland

reservoir

verhouding

alle

gelijkmatig

2 en 3

0,5

1

-

2

-

4 en 6

resp. 0.25 en 0.75

6 en 8

0,5

4, 6 en 8

resp. 0.25, 0.5 en 0.25

7

-

7

-

8

-

8

-

9

-

9

-

117

118

Bijlage E

Nieuw beheer

Tijdens een spui beweegt zich een translatiegolf voort over het kanaal. De waterstand is sterk verlaagd gedurende deze periode. Het is misschien voordelig om te pompen gedurende een spuiperiode. Dit kan een energiebesparing opleveren voor de hoogheemraadschappen en het waterpeil op het kanaal zal minder fluctueren omdat de translatiegolf als het ware tegen wordt gewerkt. Dit soort beheer kan vooral gunstig zijn voor HHR en HHNK deze hebben weinig objecten met een groot debiet. Ze liggen ook dicht bij IJmuiden waardoor de lage waterstand bijna tegelijk optreedt met de spuiperiode. Een Spuiperiode duurt gemiddeld ongeveer. Er is dus ongeveer 6 uur per dag dat de waterstand verlaagd is. Deze verlaging bedraagt bij een spui van 4 miljoen m3 5 tot 10 cm. Zie Figuur E.1 voor het waterstandverloop op het NZK bij buitenhuizen en in Amsterdam. In deze berekening zijn de aanvoerdebieten constant gehouden over de gehele periode. tijdstappen (10min) 21

41

61

81

-0,32 waterstand (m)

-0,34 -0,36 -0,38 -0,4 -0,42

H IJ H buitenhuizen

-0,44

aanvoerdebiet

-0,46

spuidebiet

-0,48

101

121

141

161

181

201

221 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

debiet (m3/s)

1 -0,3

Figuur E.1 berekening constant aanvoerdebiet

Er is een tweede berekening gemaakt waarbij de gemalen van HHR en HHNK alleen gedurende de lage waterstand pompen. Dit gebeurt op volle capaciteit zodat het totaalvolume gelijk is aan de eerste berekening. In Figuur E.2 is het waterstandverloop te zien op het NZK en het aanvoervolume. Te zien is dat de ‘zaagtand’ enigszins afgevlakt is. Het is nu echter wel zo dat er bij een lager verval gepompt kan worden door de hoogheemraadschappen. Wat een energiebesparing oplevert.

119

tijdstappen (10min) 21

41

61

81

-0,3

waterstand (m)

-0,34 -0,36 -0,38 -0,4

121

141

161

181

201

221 500 450 400

-0,32

-0,42

101

H IJ H buitenhuizen

-0,44

aanvoerdebiet

-0,46

spuidebiet

-0,48

350 300 250 200 150

debiet (m3/s)

1

100 50 0

Figuur E.2 Berekening pompen tijdens laag water

Ook in het geval dat er geen spuimogelijkheden zijn is het gunstig om op deze manier te pompen. Omdat laagwater het gunstigste moment is om in IJmuiden te pompen. Op deze manier kunnen de pompen van de hoogheemraadschappen en het gemaal in IJmuiden afgestemd worden. En kan de afvoer gedurende het hoogwater beperkt worden. Deze nieuwe vorm van beheer kan ondersteund worden door het BOS als de verbeteringen in de aanvoervoorspeller van de betrokken gemalen zijn geïmplementeerd. Uiteindelijk zullen de hoogheemraadschappen een eigen pompschema kunnen kiezen aan de hand van het astronomisch getij (de timing van het lage peil kan hieruit afgeleid worden). Dit hoeft niet vanuit IJmuiden te gebeuren ze kunnen zelf aan de hand van het voorspelde getij hun beslissingen nemen. Het BOS kan vervolgens met de EMOD module aan de hand van de gegevens van de hoogheemraadschappen het meest gunstige beheer bepalen. Dit zou dus pompen en spuien gedurende laag water betekenen omdat dan de meeste aanvoer is. En ook de zeewaterstand het laagste is waardoor er goedkoop gepompt kan worden. Het BOS zou deze taak aan moeten kunnen

120

Amsterdam-Rijnkanaal

Recommend Documents