CT3011: Inleiding watermanagement

CT3011: Inleiding watermanagement 3: Polders College 3: Waterbeheer 10 september 2007 Nick van de Giesen Ronald van Nooyen Olivier Hoes CT3011 3: Polders

CT3011: Inleiding watermanagement Colleges: 1. Water in de wereld 2. Water in de bodem 3. Polders 4. Irrigatie 5. Kunstwerken & operationeel 6. Reservoirs (+review)

CT3011 3: Polders

CT3011: Inleiding watermanagement Colleges: 1. Water in de wereld 2. Water in de bodem 3. Polders 4. Irrigatie 5. Kunstwerken & operationeel 6. Reservoirs (+review)

CT3011 3: Polders

CT3011: Inleiding watermanagement Polders: 1. 2. 3. 4.

Wat is een polder? Afvoer debieten Open kanaal / Manning Toepassing

CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Polder: “Gebied waarvan tijdelijk of permanent het waterniveau op het afwateringspunt lager is dan de buitenwaterstand.”

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Polder: “Gebied waarvan tijdelijk of permanent het waterniveau op het afwateringspunt lager is dan de buitenwaterstand.” • Rivierpolders • Getijdepolders • Droogmakerijen

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder: Landschap

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder:

Winterbed CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder: Waal Zomer

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder: Waal Winter

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder:

Overstromingen 1750-1820 CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Rivierpolder: Afstuderen Margot Drost An Evaluation of the Impacts of Flood Control and Drainage Projects in Bangladesh

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Getijdepolder Eb

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Getijdepolder Vloed

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Getijdepolder:

Sluis CT3011 3: Polders


Guiné-Bissau & Casamance

CT3011 3: Polders


Guiné-Bissau & Casamance CT3011 3: Polders



Vloed



Eb


Guiné-Bissau & Casamance http://www.xs4all.nl/~ideecasa CT3011 3: Polders


www.casamance.nl CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Droogmakerij:

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Droogmakerij

Peilvakken Boezem CT3011 3: Polders


drainage

dijken

molens

gemalen

1 hoogwate r

0

-1 laagwate r

-2

-3 1000

CT3011 3: Polders

bode mdaling

1200

1400

1600

1800

2000


1530

CT3011 3: Polders


1530

CT3011 3: Polders


1576

CT3011 3: Polders


Octrooi Rijksarchief

1532

CT3011 3: Polders


Windmolens

CT3011 3: Polders


Beemster 1612

CT3011 3: Polders


Haarlemmermeer 1600

CT3011 3: Polders


Haarlemmermeer 1840

CT3011 3: Polders


Stoomgemaal Cruquius

CT3011 3: Polders


Afsluitdijk De Blocq-van Kuffeler

CT3011 3: Polders


Zuiderzee

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast

Maasdijk Augustus 2004

CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 6 september 2004 Delfland vergroot bergingscapaciteit

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 7 september 2004 Waterdoorvoer door Maasdijk gerealiseerd

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 21 oktober 2004 Delfland vervangt duikers in het Westland

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Delfland vervangt duikers in het Westland

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Delfland vervangt duikers in het Westland

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 24 februari 2005 Delfland baggert ringsloot Oranjepolder

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Delfland baggert ringsloot Oranjepolder

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Delfland baggert ringsloot Oranjepolder

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 8 maart 2005 Delfland vervangt duiker Nollaantje in Maasdijk

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Delfland vervangt duiker Nollaantje in Maasdijk

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 24 maart 2005 Gietwaterbassins

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 7 juni 2005 Waterberging onder kassen Oranjepolder

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Waterberging onder kassen Oranjepolder

CT3011 3: Polders


CT3011 3: Polders


CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast, persberichten Delfland 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 15 juni 2005 Maatregelen in de Oranjepolder

CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast 1800

CT3011 3: Polders

2004


Duikertjes

CT3011 3: Polders


CT3011 3: Polders

Duikertjes


CT3011 3: Polders

De oplossing


CT3011 3: Polders

De oplossing

1 Wat is een polder? Wateroverlast Oranje Polder • Oorzaken • Aanleiding • Bestuurlijk proces • Pragmatisch / hogere kosten

CT3011 3: Polders


Afvoer Ù Berging CT3011 3: Polders

1 Wat is een polder? Wateroverlast WB21:

Vasthouden Ù Bergen Ù Afvoeren CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Polder ontwerp 1. Maatgevende afvoer (mm/d) 2. Kanalen 3. Kunstwerken 4. Gemalen

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Maatgevende afvoer Methode Theo Meijer

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 1. Moving window (n minuten/uren/dagen) 2. Selecteer extremen 3. Fit kansverdeling 4. Bepaal herhalingstijden 5. Volgende window (n+1 minuten/…) 6. Plot neerslag vs window grootte

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 1. Moving window (n uur) Window=3 uur t Int. uur mm/h 1 10 2 22 3 30 4 19 5 17 6 8 7 4 CT3011 3: Polders

Sum mm 62 71 66 44 29 … …

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 2. Selecteer extremen Window=3 min, 100 jaa t Sum min mm 318 21 906 15 989 10 958 9 156 7 75 6 650 5 441 5

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten

⎛ ⎡ z − µ ⎤⎞ G ( z ) = exp⎜⎜ − exp ⎢− ⎟⎟ ⎥ ⎣ σ ⎦⎠ ⎝

Regen [mm]

Regenduurlijn methode 3. Fit kansverdeling

Gumbel Herhalingstijd [j]

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 3. Fit kansverdeling Gumbel

⎛ ⎡ z − µ ⎤⎞ ⎟⎟ G ( z ) = exp⎜⎜ − exp ⎢− ⎥ ⎣ σ ⎦⎠ ⎝

Fréchet

⎛ ⎡ z − µ ⎤ − 1ξ ⎞ ⎟ G ( z ) = exp⎜ − ⎢ ⎜ ⎣ σ ⎥⎦ ⎟ ⎝ ⎠

Weibull

⎛ ⎡ z − µ ⎤ 1ξ ⎞ ⎟ G ( z ) = exp⎜ − ⎢− ⎥ ⎜ ⎣ σ ⎦ ⎟ ⎝ ⎠

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 4. Bepaal herhalingstijden Window 4 uur, 100 H Sum [jaar] [mm] 1.1 14.9 2 23.1 5 30.5 10 35.4 25 41.6 CT3011 3: Polders

(Inverse Gumbel)

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 5. Andere windows Window [uur] 1 2 3 4 5 6 8 10 12

Sum [mm] 8.244 11.48 13.56 14.93 16.16 17.2 18.48 19.65 21.43

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode Regenduurlijn 6. Plot 100 1/50 jaar neerslag [mm]

80 60 40 20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode 5. Plot Regenduurlijn 100

neerslag [mm]

80

1/50 jaar

60 1/20 jaar 40 20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten

neerslag [mm]

Regenduurlijn methode Afvoercapaciteit Regenduurlijn 100 1/50 jaar 80 60 40

25 mm

20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten

neerslag [mm]

Regenduurlijn methode Afvoercapaciteit Regenduurlijn 100 1/50 jaar 80 60 40

25 mm

20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten

neerslag [mm]

Regenduurlijn methode Afvoercapaciteit Regenduurlijn 100 1/50 jaar 80 60

tg α = afvoer capaciteit

40

25 mm

20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten

neerslag [mm]

Regenduurlijn methode Berging Regenduurlijn 100 1/50 jaar 80 60 40 20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten

neerslag [mm]

Regenduurlijn methode Berging Regenduurlijn 100 1/50 jaar 80 60

25 mm

40 20 0 0

CT3011 3: Polders

10

20 t [uur]

30

40

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode • •

Niet al te sophisticated Wel goed: Afvoer Ù Berging

CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode Afvoer Ù Berging • ABC Delfland • Verbreding Oranje kanaal • Vergroting capaciteit gemaal

Westland CT3011 3: Polders

2 Afvoerdebieten Regenduurlijn methode Afvoer Ù Berging • ABC Delfland • Locale berging • Bergboezem

CT3011 3: Polders

Berkel

2 Afvoerdebieten Hydrologische & hydraulische modellen… • Regenval wordt vertraagd • Ook vertraging in leidingen • Weersvoorspelling Afvoer Ù Berging?

CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning Gegeven afvoercapaciteit, hoe groot moet het kanaal zijn?

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning Gegeven afvoercapaciteit, hoe groot moet het kanaal zijn? 2 1 Q 2 V = = K m ⋅ S ⋅ RH3 A

Manning / Strickler / Gauckler (1/n=Km) CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

Rh=Aw/Pw

CT3011 3: Polders

2

2

3


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

2

3

Rh=Aw/Pw Aw

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

Rh=Aw/Pw

2

3

Pw=I+II+III I

III II

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

2

3

Bb CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

2

3

Bs

Bb CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

2

3

Bs

Bs + Bb Aw = h ⋅ 2

h

Aw Bb

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ RH 1

2

2

3

Bs h

Pw = Bb +

(Bs − Bb )2 + 4h 2 Bb

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ Rh 1

Pw = Bb +

2

2

3

(Bs − Bb )2 + 4h 2

Bs + Bb Aw = h ⋅ 2 h ⋅ (Bs + Bb ) ⎛ Rh = ⎜ Bb + ⎝ 2

Bs

(Bs − Bb )

2

+ 4h 2 ⎞⎟ ⎠

h Bb

CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ Rh 1

• •

2

Rond: Breed rechthoekig:

2

3

Rh=πr2/2 πr=r/2 …. Rh=h

Rh = h ⋅ B (B + 2h ) CT3011 3: Polders


V = K m ⋅ S ⋅ Rh 1

• •

2

2

3

Empirisch!

Rond: Breed rechthoekig:

Rh=πr2/2 πr=r/2 …. Rh=h

Rh = h ⋅ B (B + 2h ) CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning Navier-Stokes

v ∂v v v 1 v 2v + v ⋅ ∇v = − ∇p + g + ν ∇ v ∂t ρ

St.Venant

∂Vx ∂Vx ∂h + Vx ⋅ = − g ⋅ + g ⋅ S0 − g ⋅ S f ∂x ∂t ∂x CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant

∂Vx ∂Vx ∂h + Vx ⋅ = − g ⋅ + g ⋅ S0 − g ⋅ S f ∂x ∂t ∂x Verandering over ruimte

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant

∂Vx ∂Vx ∂h + Vx ⋅ = − g ⋅ + g ⋅ S0 − g ⋅ S f ∂x ∂x ∂t Verandering over tijd (maak nul)

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant, continue stroming

1 dV 2 dh + − S0 + S f = 0 2 g dx dx

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant, continue stroming x + ∆x

∫ x

⎧ 1 dV ⎫ dh + − S 0 + S f ⎬dx′ = 0 ⎨ ⎩ 2 g dx′ dx′ ⎭ 2

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant, continue stroming x + ∆x

⎫ ⎧ 1 dV dh ′ =0 S S d x + + − ⎬ ⎨ f 0 ∫x ⎩ 2 g dx′ dx′ ⎭ 2 2 V1 V2 + h1 + S 0 ⋅ ∆x = + h2 + S f ⋅ ∆x 2g 2g 2

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant, continue stroming

V12 V22 + h1 + S 0 ⋅ ∆x = + h2 + S f ⋅ ∆x 2g 2g V12/2g

Sf∆x

h1

V22/2g h2

S0∆x ∆x

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning St.Venant, eenparige stroming

1 ∂V ∂h + S0 − S f = 0 + 2 g ∂x′ ∂x′ 2

V12/2g

Sf∆x

h1 V22/2g S0∆x

h2 ∆x

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning Alleen afhankelijk van diepte: α Q/A=V=C ⋅ S01/2 ⋅ Rh Strickler, Manning, Gauckler 2/3 1/2 V=Km ⋅ S0 ⋅ Rh

CT3011 3: Polders

3 Open kanaal / Manning Dimensie analyse V=

gS f h k

[ln(h / z0 ) − 1]

⎡ C p g ⎤ 1 2 m+ 1 2 V =⎢ S h ⎥ f m ( ) 1 m z + ⎢⎣ 0 ⎥ ⎦

CT3011 3: Polders

Boundary layer theory Power-law benadering

3 Open kanaal / Manning Dimensie analyse k

[ln(h / z0 ) − 1]

⎡ C p g ⎤ 1 2 m+ 1 2 V =⎢ S h ⎥ f m ( ) 1 m z + ⎢⎣ 0 ⎥ ⎦

Prima fit met Cp=5.4 m=1/6 CT3011 3: Polders

4000 power logaritme 3000 h/z 0

V=

gS f h

2000

1000

0 8

13 1/2 V/(gS fh)

18

3 Open kanaal / Manning Dimensie analyse ⎡ C p g ⎤ 1 2 m+ 1 2 V =⎢ S h ⎥ f m ⎢⎣ (m + 1)z0 ⎥⎦

Prima fit met Cp=5.4, m=1/6 ⎡ 6 ⋅ 5. 4 ⋅ g ⎤ 1 2 2 3 V =⎢ ⎥S f h 1 6 ⎢⎣ 7 ⋅ z0 ⎥⎦ ⎡ 6 ⋅ 5.4 ⋅ g ⎤ −1 6 ≈ 21 ⋅ ε K =⎢ 1 ⎥ ⎢⎣ 7 ⋅ (ε / 10 ) 6 ⎥⎦ CT3011 3: Polders

( ε=1 cm ⇒ K=40 m1/3/s )

3 Open kanaal / Manning Manning V=K⋅Rh2/3⋅Sf1/2 Aarde, kort gras Grint Grover bed Vegetatie Rotsblokken Volledig vergroeid CT3011 3: Polders

K 40 30 20 20 15 12

ε [m] 0.01 0.10 1.0 1.0 ? ?



CT3011 3: Polders

4 Toepassing Regenduurlijn

Regenduurlijn De Bilt

Regen [mm]

80 60 40

H=2 jr H=5 jr H=10 jr H=25 jr

20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48



80

Regen [mm]

60 40 H=10 jr

20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48



80

(≈0.5 mm/h)

60 Regen [mm]

Cap: 270 l/s Opp: 2 km2

40 H=10 jr

20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48

4 Toepassing Regenduurlijn 80

(≈0.5 mm/h)

60 Regen [mm]


H=10 jr 0.5 mm/hr

40 20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48

4 Toepassing Regenduurlijn 80

(≈0.5 mm/h)

60 Regen [mm]


H=10 jr 0.5 mm/hr

40 mm

40 20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48

4 Toepassing Regenduurlijn 80 60 Regen [mm]

Gras OK

H=10 jr 0.5 mm/hr

40 mm

40 20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48



80 60 Regen [mm]

Gras OK Glas ???

40 H=10 jr

20 0 0

12

24 Duur [uur]

CT3011 3: Polders

36

48

4 Toepassing Oranjepolder, sophistiqué • Regen ≠ Afvoer • Berging dynamisch • Capaciteit ≠ Afvoer

CT3011 3: Polders

4 Toepassing Oranjepolder, sophistiqué • Regen ≠ Afvoer • Berging • Capaciteit ≠ Afvoer • SOBEK, WL|

CT3011 3: Polders

4 Toepassing SOBEK 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 21 oktober 2004 Delfland vervangt duikers in het Westland

CT3011 3: Polders

4 Toepassing SOBEK 16 augustus 2004 Aanhoudende regen zorgt lokaal voor overlast 21 oktober 2004 Delfland vervangt duikers in het Westland

CT3011 3: Polders



CT3011 3: Polders

CT3011: Inleiding watermanagement

Recommend Documents