Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas Fase 1: Voorstudie naar de effecten op de zoutindringing

Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas Fase 1: Voorstudie naar de effecten op de zoutindringing

C. Kuijper, T. v.d. Kaaij

© Deltares, 2009

Titel

Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas Opdrachtgever

Project

Kenmerk

Pagina's

Waterdienst

1002366-001

1002366-001-ZKS-0002

127

Trefwoorden

Zoutindringing, bodemverondieping, Noordelijk Deltabekken, trapjeslijn Samenvatting

Eind jaren 60/begin jaren 70 van de 20e eeuw is in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas de zogenaamde trapjeslijn aangelegd. Met deze trapjeslijn zijn de minimale en maximale waterdiepten voor opeenvolgende trajecten (treden) vastgelegd tussen globaal kmr. 1035 en kmr. 990. Het doel van de trapjeslijn is de verzilting vanuit zee te beperken en tegelijkertijd te voldoen aan de eisen vanuit de scheepvaart. In 2000 en 2002 zijn de minimale diepten van de treden op de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas vergroot ten behoeve van een betere bereikbaarheid van de Waalhaven voor cruiseschepen. Dit heeft ertoe geleid, dat de maximale diepte volgens de oorspronkelijke definitie van de trapjeslijn tussen kmr. 1004 en 1014 met 0,5 m groter is geworden. Verder heeft het niet onderhouden van de trapjeslijn ertoe geleid, dat de bodem op natuurlijke wijze dieper is komen te liggen dan de bodemligging volgens de trapjeslijn: de Nieuwe Waterweg en het westelijke deel van de Nieuwe Maas (tot kmr. 1004) gemiddeld 0,5 m en de Nieuwe Maas tussen kmr. 1004 en 1001 gemiddeld 0,2 m. Door Rijkswaterstaat wordt overwogen de trapjeslijn te herstellen, om te bereiken dat de mate van verzilting ter plaatse van innamelocaties afneemt. In deze voorstudie zijn de effecten van het herstel van de trapjeslijn op de verzilting van het Noordelijk Deltabekken beschreven. Op basis van (i) theoretische overwegingen, (ii) in het verleden uitgevoerd onderzoek (o.a. in het Getijmodel Rijnmond) en (iii) simulaties met een analytisch model wordt geconcludeerd, dat herstel van de trapjeslijn een vermindering van de zoutindringing tot gevolg zal hebben. De effecten nabij de punt van de zouttong, van Brienenoordbrug en Beerenplaat, bedragen voor een relatief lage Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s als eerste schatting 100 mg Cl-/l (Beerenplaat) à 200 mg Cl-/l (van Brienenoordbrug) ofwel ongeveer 15 à 20% van de lokale gehalten. Bij een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s is de reductie kleiner (van Brienenoordbrug) of zelfs nul indien geen verzilting optreedt (Beerenplaat). Deze waarden hebben betrekking op tijdsgemiddelde concentraties gedurende 14,5 dagen. De reductie is van dezelfde grootte als de gehanteerde grenswaarden voor het chloridegehalte bij innamepunten, zodat een herstel van de trapjeslijn de verziltingsituatie bij deze locaties daadwerkelijk zal verbeteren.

Titel


Project

Kenmerk

Pagina's

Waterdienst

1002366-001

1002366-001-ZKS-0002

127

Uit een eerste analyse van gemeten chlorideconcentraties kan niet worden afgeleid, dat nabij de punt van de zouttong de verziltingsituatie zou zijn verslechterd ten opzichte van het begin van de jaren 70 van de vorige eeuw. De geringere achtergrondconcentratie van het door de Rijn aangevoerde water, momenteel bij Lobith ongeveer 100 mg Cl-/l lager, speelt hierbij een belangrijke rol. Bij een besluit de trapjeslijn te herstellen dient er inzicht te zijn in de daarmee gemoeide kosten. Een globale kostenschatting voor het herstel en het jaarlijks onderhoud van de trapjeslijn is gegeven. De resultaten van Fase 1 van het onderzoek geven aan, dat herstel van de trapjeslijn bij lage Bovenrijnafvoeren tot een daadwerkelijke reductie van de chloridegehalten ter plaatse van van Brienenoordbrug en Beerenplaat kan leiden. Deze reductie is van dezelfde grootte als de gehanteerde norm voor de chlorideconcentraties, welke voor de meeste innamelocaties een paar honderd mg/l bedraagt. Tijdens Fase 2 van het onderzoek zal het verwachte effect van het herstel van de trapjeslijn nader worden gekwantificeerd door de inzet van numerieke rekenmodellen en een gedetailleerde analyse van meetdata. Op deze wijze zal, samen met de bereikte resultaten van Fase 1, een bandbreedte kunnen worden aangegeven voor de reductie in de chlorideconcentratie als gevolg van het terugkeren naar een bodemprofiel volgens de oorspronkelijke trapjeslijn.

Titel


Project

Kenmerk

Pagina's

Waterdienst

1002366-001

1002366-001-ZKS-0002

127

Concreet wordt voor Fase 2 het volgende voorgesteld: 1. De opzet van het modelinstrumentarium. Dit instrumentarium heeft betrekking op het analytische model uit Fase 1 in combinatie met het ééndimensionale model SOBEK en het driedimensionale model ZEEDELTA van Rijkswaterstaat. (t.b.v. verdere berekening van de effecten van herstel trapjeslijn 2. Met de opgezette modellen het verder kwantificeren van effecten van herstel(varianten!) van de trapjeslijn en andere aanpassingen aan de bodem op de zoutindringing. 3. Onderzoek naar effecten van “andere” ontwikkelingen op de zoutindringing, vooral gevolgen van (i) de klimaatverandering (gemiddeld zeeniveau, rivierafvoer), (ii) beheer Haringvlietsluizen en (iii) nog nader te bepalen zaken. 4. Uitgebreide kostenberekeningen per aanlegscenario (zeegrind, zeezand, lokale onderhoudsbagger/rondbaggeren etc.), e.e.a. nader af te spreken op de workshop. 5. Uitgebreide data analyse. Dit is een voortzetting van het onderdeel data-analyse uit Fase 1. Nu worden andere meetgegevens (vaste meetnet) gebruikt en de analyse wordt uitgebreid met een statistische aanpak, waarbij gebruik gemaakt zal worden van de volgende parameters: (i) het verschil hoogwater Hoek van Holland / laagwater Moerdijk (HL-parameter) en het verschil laagwater Hoek van Holland / hoogwater Moerdijk (LH-parameter), (ii) de Bovenrijnafvoer, (iii) het chloridegehalte hiervan én (iv) de gemiddelde bodemdiepten van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas, 6. Analyse bodemontwikkeling trapjeslijn vanaf 1970. O.a. wordt bij dit onderdeel de effectiviteit/stabiliteit van de grindafdeklagen uit de jaren 70 onderzocht. 7. Onderzoek naar de effecten van het aanpassen van de bodem van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas op de maximale hoogwaterstanden. 8. Aanvullende literatuurstudie, dit vanwege de grote hoeveelheid documentatie die boven tafel is gekomen. Op deze wijze kunnen de resultaten van de voorstudie nader worden onderbouwd met rekenmodellen met (i) meer fysica maar minder flexibiliteit (rekentijden) en (ii) meer empirie maar meer flexibiliteit, aangevuld met een data-analyse welke onafhankelijk is van de toegepaste modellen. A priori kan niet worden aangegeven of met de data-analyse de effecten van bodemveranderingen op de zoutverdeling kunnen worden afgeleid. Indien dit wel het geval is, zullen de verkregen systeemrelaties belangrijk bijdragen aan kennis van de zoutverdeling van het Noordelijk Deltabekken. Deze kennis kan vervolgens weer worden gebruikt bij de verificatie van numerieke modellen. Indien uit Fase 1 en 2 blijkt dat het herstel van de trapjeslijn een positieve invloed op het verminderen van de zoutindringing heeft, zullen in Fase 3 overige effecten van de trapjeslijn worden beschouwd:

Titel


Project

Kenmerk

Pagina's

Waterdienst

1002366-001

1002366-001-ZKS-0002

127

Veiligheid: • Komt het functioneren van de Maeslantkering in gevaar? Ecologie: • Wat is het effect van de maatregel op de ecologie en de geldende ecologische doelstellingen? • Wat is het effect van het herstel van de trapjeslijn op het natuurgebied ter hoogte van kilometerraai 1020, Gors Rozenburg? Baggeronderhoud: • Neemt het baggeronderhoud van vaargeul en havens toe? Scheepvaart: Zijn er indirecte kosten, zoals hinder voor de scheepvaart, gemoeid met de aanleg van de trapjeslijn? Mogelijke alternatieve ingrepen die het herstel van de trapjeslijn onnodig kunnen maken (zoals inlaten in Rijnland vanuit het noorden), zullen in Fase 3 ook aan de orde komen. Nagegaan wordt of deze maatregelen mogelijk duurzamer en kosteneffectiever zijn dan het herstel van de trapjeslijn.

Versie Datum

1.0 1.1 1.2 2.0

Auteur

2009-02-25 C. Kuijper, T. v.d. Kaaij 2009-03-09 C. Kuijper, T. v.d. Kaaij 2009-03-31 C. Kuijper, T. v.d. Kaaij 2009-04-23 C. Kuijper, T. v.d. Kaaij

Status

definitief

Paraaf Review

Paraaf Goedkeuring

A. Nolte

T. Schilperoort

Paraaf

Inhoud 1 Begin hier 1.1 Achtergronden van de studie 1.2 Inrichting en doelstellingen van de voorstudie 1.3 Uitgevoerde activiteiten vooronderzoek

1 1 4 5

2 Literatuuronderzoek 2.1 Inhomogene stroming in het Noordelijk Deltabekken 2.2 Kentallen en classificatie 2.3 Onderzoek naar zoutindringing: algemeen 2.4 Onderzoek naar zoutindringing: Noordelijk Deltabekken 2.4.1 Onderzoek in het eerste Getijmodel Rijnmond 2.4.2 Onderzoek in het tweede Getijmodel Rijnmond

7 7 10 12 17 18 24

3 Dataverzameling en analyse 3.1 Langjarige trends chlorideconcentraties Noordelijk Deltabekken 3.2 Chloridegehalten ter plaatse van waterinnamepunten 3.3 Bodemligging trapjeslijn 3.3.1 Aanleg oorspronkelijke trapjeslijn 3.3.2 Bodemverandering t.p.v. trapjeslijn sinds 2001

30 30 35 39 39 40

4 Onderzoek verzilting problematiek 4.1 Algemeen 4.2 Invloed ingrepen op verzilting 4.2.1 Afsluiting Haringvliet, beheer Haringvlietsluizen 4.2.2 Aanleg trapjeslijn Nieuwe Waterweg 4.2.3 Openstellen Beerdam 4.2.4 1e Aanpassing trapjeslijn (2000) 4.2.5 2e Aanpassing trapjeslijn (2002) 4.2.6 Aanleg Maasvlakte 2 4.3 Toename verzilting als gevolg van gewijzigd klimaat 4.4 Visie deltacommissie 4.5 Conclusies zoutindringing/verzilting

46 46 46 47 49 49 50 50 50 51 53 54

5 Analyse van beschikbaar modelinstrumentarium 5.1 Algemeen 5.2 Reproductie effecten van verondiepingen met analytisch model 5.2.1 Inleiding 5.2.2 Verificatie analytisch model 5.2.3 Verwacht effect herstel trapjeslijn op de zoutverdeling 5.3 Conclusies beschikbaar modelinstrumentarium voor fase 2

55 55 57 57 58 62 68

6 Globale kostenraming herstel en onderhoud van de trapjeslijn

70

7 Conclusies

71

8 Fase 2 en doorkijk Fase 3 8.1 Plan van aanpak fase 2

74 74

i

8.2

Doorkijk Fase 3

9 Literatuur

75 76

Bijlage(n) A Verzamelde documentatie

79

B Geraadpleegde documenten

81

C Beschrijving, verificatie en toepassing analytisch Savenije model C.1 Achtergrond C.2 Beschrijving analytisch-empirisch model volgens Savenije C.3 Aanpassingen model Savenije voor toepassing op het Noordelijk Deltabekken C.4 Verificatie aangepaste Savenije model aan metingen in Getijmodel Rijnmond C.5 Verificatie aangepaste Savenije model aan veldmetingen C.6 Conclusies en aanbevelingen C.7 Schatting effect herstel trapjeslijn C.7.1 Schematisatie C.7.2 Resultaten simulaties C.7.3 Conclusies C.7.4 Aanbevelingen

87 87 87 89 90 106 107 108 108 113 118 118

D Referenties

120

ii

1002366-001-ZKS-0002, 19 april 2009, definitief

1 Begin hier 1.1

Achtergronden van de studie Om de zoutindringing in het Noordelijk Deltabekken tegen te gaan zijn aan het eind van de jaren 60van de vorige eeuw afspraken gemaakt tussen Rijkswaterstaat, het Havenbedrijf, de waterschappen en andere belanghebbenden over het bodemprofiel in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas vanaf Rotterdam tot aan de monding van de Nieuwe Waterweg, zie Figuur 1.1 voor een geografisch overzicht van het Noordelijk Deltabekken.

Figuur 1.1:

Geografisch overzicht Noordelijk Deltabekken (afkomstig van Google Maps)

Het kunstmatig aangebrachte bodemprofiel in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas heeft een trapvormige langsdoorsnede en is bekend onder de naam “trapjeslijn”. De aanleg van de trapjeslijn en de bouw en aansluitend het gebruik van de Haringvlietsluizen hebben ertoe geleid dat de in de jaren 60 toegenomen invloed vanuit zee op de verzilting is teruggedrongen tot het niveau van de jaren vijftig. Bij de aanleg van de trapjeslijn moest voldaan worden aan het criterium t.a.v. de maximaal toelaatbare diepte m.b.t. de zoutindringing en, in de vaargeul, de minimale diepte m.b.t. de scheepvaart. Hiervoor moest de rivierbodem op een groot gedeelte van het traject worden opgehoogd en op andere gedeelten worden verdiept. Op enkele riviertrajecten, vooral op het traject 995-1001 van de Nieuwe Maas (de “hoogste” trede van de trapjeslijn), is de bodem afgedekt met een laag grind om erosie van de bodem tegen te gaan. Bij de aanleg van de treden westwaarts van Rotterdam werd tot eind 1973 het principe van “rondbaggeren” gehanteerd. Hierbij werd de gezogen specie uit de vaargeul direct in de nabij gelegen diepe Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

1


gaten of geulen gestort. De aanleg op de Nieuwe Maas was eind 1972 voltooid en op de Nieuwe Waterweg eind 1976. De wijze van aanleg is weergegeven in figuur 1.2.

Figuur 1.2: Trapjeslijn rond de periode van aanleg (Rijkswaterstaat, 1988).

De oorspronkelijke trapjeslijn, zoals aangelegd in 1972, is ten behoeve van de scheepvaart, aangepast in zowel 2000 als 2002 (Rijkswaterstaat 2004a). Tabel 1.1 geeft minimale en maximale diepten beneden NAP van zowel de oorspronkelijke trapjeslijn als de twee herzieningen. De minimale diepte is de voor de scheepvaart benodigde vaardiepte. Een overdiepte van 0.3 m op de minimale diepte is toegestaan om te voorkomen dat continu gebaggerd moet worden. De maximale diepte is de maximaal toelaatbare diepte in verband met het tegengaan van zoutindringing. Tabel 1.1: Maximale diepte volgens trapjeslijn (vet) en minimale diepte t.b.v. scheepvaart. Maximale/minimale bodemligging (m t.o.v. NAP) Rivier Traject (km – km) oorspronkelijk 1e herziening 2e herziening (2000) (2002) -22.5 -22.5 -22.5 Maasmond 1032.6 – 1035.4 -16.0 / -14.5 -16.0 / -14.5 -16.0 / -15.0 Nieuwe Waterweg 1014.0 – 1032.6 -14.0 / -13.5 -14.0 / -14.0 -14.5 / -14.5 Nieuwe Maas 1004.4 – 1014.0 -12.0 / -11.5 -12.0 / -11.5 -12.0 / -11.5 1000.6 – 1004.4 -8.0 / -7.5 -8.0 / -7.5 -8.0 / -7.5 994.0 – 1000.6

Uit Tabel 1.1 volgt, dat alleen voor het traject 1004,4-1014,0 de maximale diepte groter is geworden dan die volgens het oorspronkelijke profiel (verdieping van NAP-14,0 m naar NAP14,5 m). vanaf het eind van de jaren 70 is de trapjeslijn niet intensief onderhouden. Hierdoor is op veel plaatsen in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas de bodemligging op dit

Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

2


moment dieper dan destijds afgesproken met mogelijke gevolgen voor de zoutindringing in het gebied. Figuur 1.3 toont de bodemligging per kilometer vaargeul en gemiddeld per trede van de trapjeslijn volgens de lodingen van maart 2008. Eveneens is het theoretische lengteprofiel (2002) van de trapjeslijn weergegeven. Gemeten bodem Nieuwe Waterweg-Nieuwe Maas - maart 2008 en trapjeslijn 2002 0

gemiddelde diepte in de vaargeul Gemiddeld per trede van trapjeslijn

-5

-10

-15

Diepte [m NAP]

Trapjeslijn 2002

-20

1035

1030

1025

1020

1015

1010

1005

1000

995

-25 990

Kilometerraai

Figuur 1.3: Trapjeslijn Nieuwe Waterweg – Nieuwe Maas en bodemligging maart 2008 (gegevens Rijkswaterstaat per email d.d. 05-01-2009).

Uit Figuur 1.3 blijkt, dat tussen kmr. 1033 (kop splitsingsdam) en kmr. 1005 de gemeten bodem ongeveer 0,5 m dieper is dan de maximale bodemdiepte volgens de trapjeslijn (2002). De trede tussen kmr. 1005 en kmr. 1001 is 0,2 m te diep. De verzilting via de Nieuwe Waterweg is voor de land- en tuinbouw in tijden van droogte een probleem. Vooral het inlaatpunt bij Gouda heeft dan te kampen met (te zeer) verhoogde zoutconcentraties. Ook de (nood)inlaat op de Oude Maas ter plaatse van Beerenplaat is een belangrijk innamepunt voor zoet water. Rijkswaterstaat wil onderzoeken of het herstel van de “trapjeslijn” kan bijdragen aan de vermindering van het risico op te hoge zoutconcentraties bij de zoetwaterinlaten. Mogelijk kan dit herstel in een volgend onderhoudscontract voor de waterbodem van Nieuwe Maas/Nieuwe Waterweg worden meegenomen. Door de Infraprovider van RWS Zuid-Holland is aan de afdeling Advies van RWS Zuid-Holland gevraagd om adviezen te leveren voor dit in 2010 op te stellen contract. Deze adviezen betreffen onder andere: welke wijze van herstel het meest effectief is, wat een realistisch tijdschema is voor de uitvoering van de benodigde werkzaamheden en welke kosten hiermee gemoeid zijn.


3


1.2

Inrichting en doelstellingen van de voorstudie Op 17 september en 18 november 2008 is over de bovengenoemde onderzoeksvraag overlegd tussen medewerkers van Rijkswaterstaat Dienst Zuid Holland, de Waterdienst en medewerkers van Deltares. Tijdens dit overleg is afgesproken dat het onderzoek in drie fasen zal worden uitgevoerd: Fase 1: Fase 2: Fase 3:

vooronderzoek (voorliggend rapport); bepaling effect herstel trapjeslijn op zoutindringing, uit te voeren in het voorjaar en de zomer van 2009; bepaling overige effecten herstel trapjeslijn als er een positief effect op zoutindringing is en onderzoek naar alternatief voor herstel trapjeslijn, gereed in oktober 2009.

De doelstellingen van het vooronderzoek (Fase 1) zijn als volgt: • Het komen tot een eerste beeld van de verziltingsituatie van het Noordelijk Deltabekken en vooral veranderingen hierin sinds de afsluiting van het Haringvliet; • Het geven van een eerste schatting van het effect van het herstel van de trapjeslijn op de zoutverdeling in het algemeen en de zoutgehalten nabij de punt van de zouttong in het bijzonder; • Het opstellen van een eerste kostenschatting voor het herstel uitgaande van de huidige bodemligging op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas ten opzichte van het theoretische profiel van de trapjeslijn. Op basis van de bereikte resultaten (te verwachten reductie in zoutgehalten versus kosten voor herstel trapjeslijn) dient vervolgens te worden besloten of een meer gedetailleerde studie zinvol en mogelijk is tijdens Fase 2. Tot dit vervolg zal worden besloten na een presentatie van de resultaten van het vooronderzoek tijdens een workshop met vertegenwoordigers van Rijkswaterstaat. Deze rapportage heeft betrekking op Fase 1, het vooronderzoek, resulterend in een plan van aanpak voor Fase 2. Fase 3 wordt uitgevoerd indien het herstel van de trapjeslijn inderdaad wordt overwogen gegeven de uitkomsten van Fase 2. Dit project heeft RWS Waterdienst zaaknummer 31010070. Het wordt uitgevoerd onder de raamovereenkomst tussen RWS en Deltares van 28 februari 2008 met referentie WD-4924. Voorliggend verslag betreft de conceptrapportage van het vooronderzoek. Het vooronderzoek is uitgevoerd door ir. Th. van der Kaaij en ir. C. Kuijper van Deltares. De begeleiding van de studie was in handen van drs. A. de Swaaf van de Waterdienst en ing. A. Broekhuizen van de Dienst Zuid-Holland van Rijkswaterstaat. De uitgevoerde activiteiten tijdens dit vooronderzoek worden beschreven in de navolgende paragraaf.


4


1.3

Uitgevoerde activiteiten vooronderzoek Als onderdeel van het vooronderzoek zijn de volgende activiteiten uitgevoerd:

1. Literatuuronderzoek Doel van het literatuuronderzoek is het samenvatten van de bestaande kennis met betrekking tot zoutindringing, vooral waar het de relatie tussen de waterdiepte en de zoutindringing betreft. Dit betreft voor een belangrijk deel eerder uitgevoerd onderzoek in de Getijgoot en in het Getijmodel Rijnmond van het voormalige Waterloopkundig Laboratorium in de jaren 70 en 80 van de vorige eeuw. Het onderzoek in het getijmodel was specifiek gericht op het Noordelijk Deltabekken. Daarnaast is recenter onderzoek beschikbaar over de zoutindringing in het Noordelijk Deltabekken, de zoetwatervoorziening in het gebied en gevolgen van ingrepen. In veel gevallen betreft dit studies van Rijkswaterstaat zelf of uitbesteed onderzoek aan anderen. Dit materiaal is eveneens verzameld en bestudeerd. De resultaten van het literatuuronderzoek zijn beschreven in Hoofdstuk 2. Een lijst met de in dit kader verzamelde informatie is bijgevoegd in Appendix A.

2. Dataverzameling en analyse Voor een analyse op basis van beschikbare meetgegevens zijn afvoerreeksen en zoutgehaltes in het hoofdwatersysteem en bij de innamepunten gemobiliseerd. Gebruik is gemaakt van informatie uit Waterbase (van Brienenoordbrug, Maassluis en Lobith), data toegeleverd door het Hoogheemraadschap Rijnland (Gouda) en gegevens van het Regionale zoutmeetnet (Beerenplaat). Informatie met betrekking tot de bodemligging over het traject van de trapjeslijn én historische veranderingen hierin is eveneens bestudeerd. De analyse van de verzamelde meetdata is opgenomen in Hoofdstuk 3.

3. Onderzoek verziltingproblematiek Op basis van beschikbare literatuur is getracht de aard en omvang van de verziltingproblematiek in beeld te brengen. Hierbij zijn de mogelijke effecten van diverse historische ingrepen in het systeem op de verzilting beschouwd. Als onderdeel van deze activiteit is ook aandacht besteed aan de gevolgen van klimaatverandering. Aangegeven is met welke ontwikkelingen van de zeespiegelstijging, afvoeren en waterstanden rekening moet worden gehouden. Het onderzoek naar de verziltingproblematiek wordt beschreven in Hoofdstuk 4.

4. Analyse van beschikbaar modelinstrumentarium Geïnventariseerd is welke modellen voor het voorspellen van de zoutindringing bij Deltares en Rijkswaterstaat beschikbaar zijn. Hierbij is aangegeven wat de mogelijkheden en beperkingen van deze modellen zijn. Een eerste schatting van de effecten van het herstel van


5


de trapjeslijn op de zoutindringing wordt gegeven met gebruik van een semi-analytische methode van Prof. Savenije van de Technische Universiteit Delft. De resultaten van deze activiteit zijn beschreven in Hoofdstuk 5.

5. Globale kostenraming herstel trapjeslijn De globale kosten van het herstel van de trapjeslijn met een voor de hand liggend scenario – bijvoorbeeld met zand uit de Noordzee - zijn globaal geschat. De kosten voor herstel zijn voor RWS een belangrijke factor in de besluitvorming. Hierbij is ook aandacht besteed aan de onderhoudskosten ná het herstel van de trapjeslijn. De globale kostenraming voor het herstel van de trapjeslijn is opgenomen in Hoofdstuk 6.

6. Conclusies De conclusies van het onderzoek zijn tenslotte samengevat in Hoofdstuk 7.

7. Plan van aanpak voor fase 2 Op basis van de uitkomst van het vooronderzoek, is een Plan van Aanpak voor Fase 2 gemaakt. Ook wordt op hoofdlijnen ingegaan op mogelijke activiteiten voor Fase 3 van het onderzoek. Het Plan van Aanpak wordt beschreven in Hoofdstuk 8. Appendix A bevat de in het kader van deze voorstudie verzamelde documentatie. Indien in de tekst naar deze documentatie wordt verwezen is de betreffende referentie opgenomen in het literatuuroverzicht in Hoofdstuk 9. In Appendix B is voor een aantal van de geraadpleegde documenten een korte samenvatting opgenomen. Appendix C geeft een beschrijving van het analytische model gebaseerd op de aanpak volgens Savenije (2005). In Appendix C wordt uitvoerig ingegaan op de verificatie van dit model aan de hand van metingen in het Getijmodel Rijnmond en wordt het model toegepast op de onderhavige onderzoeksvraag, i.c. het effect van het herstel van de trapjeslijn op de zoutverdeling. De belangrijkste bevindingen worden gepresenteerd in Par. 5.2 van de hoofdtekst.


6


2 Literatuuronderzoek 2.1

Inhomogene stroming in het Noordelijk Deltabekken

Karakteristieken Noordelijk Deltabekken Het Noordelijk Deltabekken bestaat uit een stelsel van prismatische riviertakken, ofwel riviertakken met een in lengterichting uniforme dwarsdoorsnede. Dit in tegenstelling tot alluviale estuaria, waarbij vaak sprake is van een exponentieel veranderende dwarsdoorsnede in lengterichting. Het Hollandsch Diep en Haringvliet nemen ongeveer de helft van de totale komberging van het Noordelijk Deltabekken voor hun rekening. Daarnaast is veel komberging aanwezig in de havens langs de Nieuwe Maas en in de Maasvlakte. De riviertakken komen samen of splitsen zich ter plaatse van knooppunten. Hierdoor kunnen in het Noordelijk Deltabekken diverse “eilanden” worden onderscheiden. De toevoer van zoet water vindt plaats via de Lek, Waal en Maas. Afvoer van het water verloopt via de Nieuwe Waterweg, Haringvlietsluizen (bij Bovenrijnafvoeren vanaf 1700 m 3/s) en voor een klein deel via de Volkeraksluizen en de innamepunten in het gebied waaronder Gouda. Sinds de doorsteek van de Beerdam op 8 november 1997 en 30 juni 1998 (de Goederen en Fioole, 2003) wordt het rivierwater ook afgevoerd via het Hartelkanaal (in 1981 in open verbinding gebracht met de Oude Maas) en het Beerkanaal.

Zoutindringing in relatie tot innamepunten voor zoet water De zoutindringing beperkt zich meestal tot de Nieuwe Waterweg, en het westelijke deel van de Nieuwe en Oude Maas. Bij lage afvoeren kan de punt van de zouttong reiken tot Krimpen aan de IJssel langs de Hollandsche IJssel en Beerenplaat op de Oude Maas bij het Spui. Verzilting van de Hollandsche IJssel en het Spui kan tot problemen leiden ter plaatse van de innamepunten van zoet water bij Gouda en Bernisse. Figuur 2.1 geeft een overzicht van innamepunten in het Noordelijk Deltabekken voor de drinkwatervoorziening en de landbouw. Bij extreme condities, lage rivierafvoer in combinatie met doodtij en/of middenstandsverandering op zee ten gevolge van storm, kan het zout komen tot op de Lek en de Oude Maas bij Dordrecht en zelfs via het Spui en de Dordtsche Kil het Haringvliet en Hollandsch Diep bereiken. In dat geval wordt gesproken van achterwaartse verzilting. Dit betreft dan meestal een kortstondige verzilting gedurende enkele uren.


7


Figuur 2.1:Waterinnamepunten voor drinkwater en landbouw.

Voor de verschillende innamepunten gelden verschillende normen met betrekking tot de maximaal toelaatbare chloriniteit van het ingenomen water. Tabel 2.1 geeft een overzicht van de normen zoals gehanteerd door de verschillende waterschappen en drinkwaterbedrijven in het Noordelijk Deltabekken. Tabel 2.1: Grenswaarden chloridegehalten bij innamelocaties. Inname locatie

HHS van Rijnland: inname bij Gouda HHS van Schieland en Krimpenerwaard • stedelijk gebied • overig (maximum) HHS De Stichtse Rijnlanden • streefwaarde • maximum HHS Hollandse Delta: inname Koert: • landbouw • drinkwater Inzet Kleinschalige Wateraanvoer (KWA) Innamepunt Bernisse (overbruggingperiode 7 uur) Innamepunt Beerenplaat t.b.v. drinkwaterwinning


Norm [mg/l] 250 500-1000 200 200 300 300 150 250-300 150 150

8


Fysische processen inhomogene stroming De inhomogene stroming betreft de stroming van zoet en zout water, zoals deze wordt bepaald door het getij, de rivierafvoer, middenstandsveranderingen op zee ten gevolge van stormen en dichtheidsverschillen tussen het zoute zeewater en het zoete rivierwater. Corioliseffecten zijn in smalle estuaria als het Noordelijk Deltabekken in het algemeen te verwaarlozen. Het dichtheidsverschil tussen het zee- en rivierwater leidt tot een drukgradiënt in landwaartse richting, welke toeneemt met de diepte. Hierdoor ontstaat een netto (= getijgemiddelde) landwaartse stroming bij de bodem, die wordt gecompenseerd door een netto zeewaartse stroming nabij het wateroppervlak. Deze verticale circulatie, welke vaak wordt aangeduid als gravitatiecirculatie, leidt tot een verticale gelaagdheid met relatief zoet water nabij het oppervlak en relatief zout water nabij de bodem. Opgemerkt wordt, dat deze verticale gelaagdheid niet de oorzaak maar het gevolg is van de circulatiestroming. Hoewel de netto uitwisseling van water ten gevolge van alleen de gravitatiecirculatie nul is, ontstaat hierdoor wel een netto zouttransport in stroomopwaartse richting. Door menging, bijvoorbeeld ten gevolge van de getijdynamiek, kan deze gelaagdheid worden afgebroken. Bij een relatief sterk getij (bijvoorbeeld springtij) zal de bijdrage van de gravitatiecirculatie aan het zouttransport daarom kleiner zijn dan tijdens een relatief zwak getij (doodtij). Gemiddeld neemt in het Noordelijk Deltabekken de gravitatiecirculatie ter plaatse van de mond van de Waterweg ongeveer de helft van het totale zouttransport voor haar rekening (Waterloopkundig Laboratorium, 1981). Op dit aspect wordt in Par. 2.2 uitgebreid ingegaan.

Relevante tijdschalen De interactie tussen de periodieke waterbeweging enerzijds en de geometrie incl. bodem anderzijds resulteert in een driedimensionale stroming, waarbij de stroomsnelheden en de chlorideconcentraties tijdsafhankelijk variëren. De relevante tijdschalen voor de getijbeweging betreffen de dubbeldaagse getijperiode (~ 12,5 uur), welke wordt beïnvloed door de dagelijkse ongelijkheid, en de doodtij-springtij cyclus (~ 14,5 dagen). Minder dominante effecten spelen op nog grotere tijdschalen, zoals de 18,6 jaars cyclus (een gevolg van de variatie van de hoek van de maan met het equatorvlak van de aarde), en decennia tot eeuwen gerelateerd aan klimatologische veranderingen (o.a. toename van de getijslag). Voor de rivierafvoer is de seizoensvariatie op de tijdschaal van een jaar van belang evenals wijzigingen hierin ten gevolge van klimaatveranderingen. Seizoens- en klimatologische effecten spelen ook voor de middenstandsveranderingen op zee in de vorm van het optreden van stormen gedurende het najaar.

Mengingsprocessen Het transport van zout door de waterbeweging wordt mede bepaald door diverse mengingsprocessen. Op de kleinste schaal betreft dit menging door turbulente fluctuaties van de snelheden, welke het gevolg is van bijvoorbeeld de getijbeweging. Op grotere schalen is menging het gevolg van wisselwerking met de geometrie. In brede estuaria kan bijvoorbeeld door de aanwezigheid van eb- en vloedgeulen grootschalige menging ontstaan. Voor het Noordelijk Deltabekken treedt grootschalige menging op ten gevolge van uitwisseling tussen een riviertak en naastliggende havens en tussen riviertak en kribvakken (‘tidal trapping’). Deze uitwisseling is het gevolg van komvulling en –lediging door het getij,


9


dichtheidsverschillen tussen rivier en haven en neren in de havenmond. Analoog kan de gravitatiecirculatie ook als grootschalige menging worden beschouwd, omdat in langsrichting zoet en zout water worden uitgewisseld. Verder geldt dat eveneens grootschalige menging optreedt tussen de Nieuwe en Oude Maas als gevolg van faseverschillen in het horizontale getij op beide riviertakken. Tenslotte kan ook sprake zijn van menging door wind (circulatiestromen vooral in brede estuaria) en door scheepvaart. De laatste speelt in het Noordelijk Deltabekken mogelijk een rol (Waterloopkundig Laboratorium, 1981). Samenvatting •

• •

•

2.2

De geometrie van het Noordelijk Deltabekken kenmerkt zich door een vertakt rivierenstelsel. De riviertakken hebben een prismatische doorsnede en omsluiten eilanden in het gebied. In het gebied is een groot aantal zoetwaterinnamepunten, o.a. ter plaatse van Gouda langs de Hollandsche IJssel en Bernisse langs het Spui. De waterbeweging wordt geforceerd door het (i) getij ter plaatse van de mond van de Waterweg (Hoek van Holland), (ii) de toevoer van rivierwater via Lek, Waal en Maas, (iii) de afvoer van rivierwater via de Nieuwe Waterweg, het Hartel- en Beerkanaal, de Haringvlietsluizen (bij hogere Bovenrijnafvoeren) en beperkt via de Volkeraksluizen, (iv) het dichtheidverschil tussen het zee- en rivierwater en (v) middenstandsveranderingen op zee ten gevolge van wind. De toevoer van zout vanuit zee met de getijbeweging verloopt via de Nieuwe Waterweg en het Beer- en Hartelkanaal naar de Oude en Nieuwe Maas. Ten gevolge van de dichtheidsverschillen ontstaat een extra verticale circulatie, die bijdraagt aan de zoutindringing. Voor het Noordelijk Deltabekken is dit een belangrijk mechanisme, wat kan worden beschouwd als grootschalige menging. Andere grootschalige mengmechanismen betreffen de uitwisseling tussen riviertakken en havens en de faseverschillen tussen de Nieuwe en Oude Maas. Scheepvaart is mogelijk ook van invloed op de menging.

Kentallen en classificatie Met dimensieloze kentallen kan de toestand van een systeem worden aangegeven. Bekende kentallen in de stromingsleer zijn het Reynoldsgetal (stroming is laminair of turbulent) en het Froudegetal (stroming is sub- of superkritisch). Kentallen zijn vaak gebaseerd op fysische overwegingen en worden gebruikt voor classificatieschema’s. De volgende kentallen voor de classificatie van estuaria met betrekking tot de gelaagdheid worden gehanteerd, zie bijvoorbeeld Abraham (1982) en Savenije (2005): De verhouding tussen het volume rivierwater en volume zeewater ten gevolge van het getij, dat gedurende een getijperiode het estuarium instroomt, wordt gegeven door het getal van Canter Cremers N:

N

QrivT Pt

U riv v0

(2.1)

met Qriv de rivierafvoer [m3/s], T de getijperiode [s], Pt het vloedvolume [m 3], Uriv = Qriv / A0 [m/s], A0 [m 2] het dwarsprofieloppervlak in de monding en v0 de amplitude van de getijsnelheid [m/s].


10


De verhouding tussen de hoeveelheid (potentiële) energie, die nodig is om zout water uit de onderlaag van de waterkolom uit te wisselen (mengen) met zoet water uit de bovenlaag en de hoeveelheid kinetische energie, die hiervoor beschikbaar is vanuit de getijstroming, wordt beschreven met het Estuarine Richardson getal NR:

gh NR

2 0

v

QrivT Pt

(2.2)

met het dichtheidsverschil tussen zee- en rivierwater [kg/m 3], de referentiedichtheid van het rivierwater [kg/m3], g de gravitatieversnelling [m/s2] en h de gemiddelde waterdiepte [m]. Indien de getijdynamiek sterk is (veel kinetische energie), terwijl de benodigde energie voor menging gering is (bijv. bij geringe waterdiepte), dan leidt dit tot een lage waarde voor NR (gemengde situatie). Vergelijking (2.2) kan eveneens worden geschreven als:

NR

N Fd

(2.3a)

waarbij het interne Froudegetal Fd gedefinieerd is als (Savenije, 2005):

Fd

v02

(2.3b)

gh De kentallen N en Fd zullen later worden gebruikt bij de beschrijving van de minimale zoutindringingslengte op basis van proeven in de (oude) Getijgoot. Indien NR groter is dan 0,8 is sprake van sterke gelaagdheid en voor NR kleiner dan 0,08 geldt, dat het estuarium goed gemengd is. Voor tussenliggende waarden (0,08 < NR < 0,8) wordt gesproken van een gedeeltelijk gemengd estuarium (Abraham, 1982). Abraham (1982) leidt op basis van veldmetingen in 1908, 1956 en 1971 voor NR in kmr. 1030 als waarden af 0,43, 1,2 en 2,3. Dit betekent, dat sprake is van een sterke gelaagdheid tot een gedeeltelijk gemengde situatie. In (Waterloopkundig Laboratorium, 1981) wordt op basis van (de inverse van) NR geconcludeerd, dat sprake is van een gedeeltelijk gemengd estuarium (NR is 0,4 à 2), liggend dichter bij gelaagde dan gemengde systemen. Opgemerkt wordt, dat waarden voor NR tijdens doodtij- en springtijsituaties kunnen verschillen evenals tijdens hoge en lage afvoersituaties. Op basis van de gedeeltelijk gemengde tot gelaagde condities voor de Nieuwe Waterweg mag worden verwacht, dat de gravitatiecirculatie een belangrijke bijdrage geeft aan het netto (getijgemiddelde) zouttransport. Voor geschematiseerde condities (o.a. geen variatie van de dwarsdoorsnede in lengterichting en geen variaties van snelheid en concentratie in dwarsrichting) hebben Hansen en Rattray (1966) een classificatiediagram opgesteld, dat het relatieve belang van de gravitatiecirculatie (1- ) ten opzichte van andere mechanismen ( )


11


voor het netto landwaartse zouttransport aangeeft. Voor de Nieuwe Waterweg blijkt te gelden 0.5, zie Abraham (1981) en Waterloopkundig Laboratorium (1981).

Samenvatting • • •

Bij de classificatie van estuaria wordt gebruik gemaakt van dimensieloze kentallen zoals het Canter Cremers getal, het interne Froude getal en het Estuarine Richardson getal. Het Noordelijk Deltabekken wordt volgens het Estuarine Richardson getal geclassificeerd als gedeeltelijk gemengd tot gelaagd. Als gevolg van de variatie van het zoutgehalte in verticale richting (gelaagdheid) draagt de gravitatiecirculatie substantieel bij aan het landwaartse zouttransport en dus de zoutindringing.

Toe te passen modellen voor de simulatie van de zoutverdeling in het Noordelijk Deltabekken dienen de gravitatiecirculatie dus expliciet of via empirische relaties te beschouwen.

2.3

Onderzoek naar zoutindringing: algemeen Bij experimenteel onderzoek wordt eveneens gebruik gemaakt van de dimensieloze kentallen, zoals genoemd in Par. 2.2. Hierbij wordt een relatie gezocht tussen deze kentallen en bijvoorbeeld de minimale of maximale zoutindringing. Via de kentallen is het dan mogelijk het effect van bijvoorbeeld de waterdiepte op de zoutindringing kwalitatief of kwantitatief aan te geven. Tussen 1968 en 1970 is in de Getijgoot van het Waterloopkundig Laboratorium onderzoek uitgevoerd naar de invloed van getijamplitude, ruwheid, estuariumlengte, rivierafvoer, waterdiepte en dichtheidsverschil op de zoutindringing, zie van Rees (1970) en Rigter (1973). Op basis van dimensieanalyses is gezocht naar relaties tussen de zoutindringingslengte en dimensieloze grootheden. Soortgelijke experimenten zijn gedaan bij Waterways Experimental Station (WES) van de US Army Corps of Engineers in de Verenigde Staten, zie Ippen en Harleman (1961). Savenije (2005) heeft de zoutindringing in een groot aantal estuaria in de wereld bestudeerd. Op basis van de verzamelde data heeft hij een zoutindringingsmodel ontwikkeld, dat de longitudinale zoutverdeling beschrijft. In het navolgende intermezzo wordt in detail ingegaan op de resultaten van de hiervoor genoemde studies. Met deze literatuurinventarisatie wordt beoogd aan te geven in welke mate een diepteverandering, zoals zich zal voordoen bij een eventueel herstel van de trapjeslijn, in kwalitatieve zin de zoutindringing beïnvloedt. Samenvattende conclusies worden vermeld na het intermezzo.


12


Intermezzo: literatuurinventarisatie zoutindringing Getijgootonderzoek In (Rijkswaterstaat / Waterloopkundig Laboratorium/wl, 1989) wordt als relatie gegeven:

Li g 1 h0C 2 16 F0 Fr

(2.4a)

met Li de minimale zoutindringingslengte [m], h0 de gemiddelde waterdiepte [m], C de Chézy-ruwheid [m 1/2/s]en F0 [-] en Fr [-] de interne Froude getallen gebaseerd op resp. het getij en de rivierafvoer:

F0

Fr

qeb qr h0

gh0 qr

h0 zee

gh0 rivier

(2.4b)

(2.4c)

(2.4d)

rivier

waarin qeb het maximale ebdebiet per eenheid van breedte ter plaatse van de overgang goot-zee [m 2/s], qr de rivierafvoer per eenheid van breedte [m 2/s] en het relatieve dichtheidsverschil [-] volgens vgl. (2.4d) met zee en rivier de dichtheid van resp. het zee- en rivierwater [kg/m3]. Figuur 2.2 geeft de resultaten van de proeven in de Getijgoot, waarbij de dimensieloos gemaakte minimale zoutindringing is uitgezet als functie van de dimensieloze parameter F0Fr. Hieruit volgt, dat er een eenduidig verband is tussen beide dimensieloze parameters voor alle onderzochte condities. De proeven, waarbij alleen de gemiddelde waterdiepte is gevarieerd, zijn omkaderd.


13


Getijgootproeven WL (Rigter, 1973) en WES (Ippen & Harleman, 1961) 8 Getijgoot (WL) Variatie h

7

WES goot Vgl. (2.4a)

6

Vgl. (2.5)

(Li g)/(h C2) [-]

5

4

. -0.70

y = 0.685x 2

3

R = 0.881

2

1

-1.35

y = 0.049x 2

R = 0.924 0 0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

F0 x Fr [-]

Figuur 2.2: Resultaten proeven minimale zoutindringing in de goten van WL en WES.

Zoutindringing als functie van de waterdiepte Om de variatie van de minimale zoutindringing als functie van de waterdiepte te onderzoeken is, t.o.v. vgl. (2.4a), een andere vergelijking gekozen:

Li g 0, 049( F0 Fr ) h0C 2

1,35

(2.5)

Vgl. (2.4a) en vgl. (2.5) zijn beiden weergegeven in Figuur 2.2. Vgl. (2.5) is tenslotte omgeschreven naar een vergelijking met de in Par. 2.2 gedefinieerde kentallen N (Canter Cremer getal) en Fd (intern Froude getal), resulterend in vgl. (2.6). Op deze wijze wordt aansluiting gevonden met de aanpak volgens Savenije (2005).

Li g 0, 23 Fd 1,35 N 2 h0C

1,35

(2.6)

De verandering van de minimale zoutindringing als functie van de gemiddelde waterdiepte kan worden onderzocht door in vgl. (2.6) h0 te vervangen door h0. In eerste instantie wordt verondersteld, dat de amplitude van de getijsnelheid ( 0) niet verandert ten gevolge van de diepteverandering. Er geldt dan:

Fd

1

Fd en N

1

N


14


Volgens vgl. (2.6) wordt de minimale zoutindringing Li dan 3,7 groter. Indien ook rekening wordt gehouden met het effect van de waterdiepte op de Chézy-ruwheid volgens:

C ~ h1/ 6 dus C 2

0,3

C2

geldt, dat de minimale zoutindringing evenredig is met 3,7+0,3 = 4,0. Een vermindering van de waterdiepte leidt dus tot een zeer sterke reductie van de zoutindringing. Bijvoorbeeld: 10% reductie in de gemiddelde waterdiepte ( = 0,9) geeft een vermindering van Li ter grootte van 35%; een 20% reductie van de waterdiepte zelfs tot een vermindering van Li van 60%. De verandering van de waterdiepte kan echter van invloed zijn op de maximale getijsnelheid 0, welke hiervoor constant is verondersteld. Indien alleen de zes proeven met een diepteverandering worden beschouwd, blijkt dat in de Getijgoot de maximale getijsnelheid v0 toeneemt indien de waterdiepte toeneemt. Uit een regressie van de minimale zoutindringing Li versus de diepte h0 (dus inclusief het effect van veranderingen van v0) volgt Li ~ h

2,8

, zie Figuur 2.3.

Ge tijgootproev en (Rigter, 1973) 90 1.71

y = 595x 2 R = 0.97

80

70 2.80

y = 1777 x 2 R = 0.98

Li [m]

60

50

40

30

L min L max L min+vloedweg

20

10

0 0.15

0.18

0.21

0.24

0.27

0.30

h0 [m]

Figuur 2.3: Minimale en maximale zoutindringing ten gevolge van diepteverandering. Resultaten proeven Getijgoot (ontleend aan Rigter, 1973).

Onderzoek in de Verenigde Staten (WES) Figuur 2.2 geeft eveneens de resultaten van uitgevoerde proeven in de goot van


15


Waterways Experimental Station van de US Army Corps of Engineers, zie Ippen en Harleman (1961) en Rigter (1973). Opvallend is, dat de resultaten verschillen van die in de Getijgoot van WL. Vermoedelijk is dit het gevolg van de gehanteerde wandruwheid voor de WES-goot; in de getijgoot van WL is bodemruwheid toegepast. De macht van de regressielijn bedraagt 0,70. In dat geval volgt voor de relatie tussen de waterdiepte h0 en de minimale zoutindringing Li: Li ~ h02,7 , d.i. inclusief het effect van de waterdiepte op de Chézy-ruwheid maar exclusief de verandering van de maximale getijsnelheid ten gevolge van de waterdiepteverandering.

Zoutindringing volgens Savenije (2005) Savenije (2005) geeft op basis van zijn analytische model, maar dan benaderd voor prismatische geulen, voor de maximale zoutindringing tijdens hoogwaterkentering Lmax:

Lmax 1400

h0 E0 0,5 Fd N Ka

0,5

(2.7a)

met E0 de getijweglengte in de monding [m], K de Van den Burgh constante [-] en a de convergentielengte voor het oppervlak van de dwarsdoorsnede [m]1. Voor K geldt de door Savenije afgeleide empirische vergelijking:

K 0, 2 10

3

E H

0,65

E C2

0,39

1

b

2,0

b a

0,58

Ea A0

0,14

(2.7b)

met E de getijweglengte [m], H de getijslag [m], de dempingcoëfficiënt voor het verticale getij [m-1], b de convergentielengte voor de breedte [m] en A0 de oppervlakte van het dwarsprofiel in de mond [m 2]. Op een soortgelijke wijze als hiervoor kan worden nagegaan hoe de maximale zoutindringingslengte Lmax verandert ten gevolge van een diepteverandering van h0 naar

h0. Lmax blijkt in dat geval evenredig te zijn met h02 .

Hierbij is het effect van de diepte op de ruwheid (via K) en het effect van een verandering van de maximale getijsnelheid (via v0) niet meegenomen. In de oorspronkelijke rapporten van het Getijgootonderzoek wordt de maximale zoutindringing Lmax grafisch gepresenteerd. Hieraan ontleende waarden zijn eveneens in Figuur 2.3 weergegeven. In dat geval volgt voor de relatie tussen Lmax en h0:

Lmax ~ h01,7 , waarbij het effect van de ruwheid en een verandering van de maximale getijsnelheid v0 impliciet in de regressie is meegenomen. Tevens is in Figuur 2.3 de maximale zoutindringing bepaald als som van de minimale zoutindringing en de vloedweg. De verkregen waarden voor Lmax stemmen overeen met de gemeten waarden al wordt voor grote waterdiepten de gemeten maximale zoutindringing iets overschat. Omdat de getijsnelheden bij grote waterdiepten zijn toegenomen (dit volgt uit de metingen in de Getijgoot) kan dit het resultaat zijn van de toegenomen menging, welke resulteert in minder gelaagdheid en dus tot een geringer netto landwaarts zouttransport. 1

De convergentielengte a is gedefineerd volgens: A = A0 exp(-x/a).


16


Samenvattende conclusies •

Experimenteel onderzoek in goten geeft aan, dat de minimale zoutindringing (Li) evenredig is met de diepte volgens de relatie: Li ~ h0n met n = 2,7 à 4,0. Hierbij is alleen

•

de afhankelijkheid van de diepte beschouwd, dus zonder effect van de verandering van de waterdiepte op de getijsnelheid. Indien de waterdiepte verandert, kan dit eveneens van invloed zijn op de getijsnelheden. Op basis van een beperkte set proeven in de Getijgoot, met hierin impliciet het effect van de getijsnelheid, is afgeleid, dat de minimale zoutindringingslengte Li evenredig is met de waterdiepte volgens Li ~ h0n met n

2,8.

max

•

•

Voor de maximale zoutindringing L volgt in dat geval n 1,7. De maximale zoutindringing kan worden benaderd door bij de minimale zoutindringing Li de vloedweg op te tellen. In dat geval wordt de gemeten maximale zoutindringing Lmax 5 tot 10% overschat. Mogelijk is deze overschatting het gevolg van het negeren van de extra menging ten gevolge van de toegenomen getijsnelheid. Extra menging heeft een minder gelaagde zoutverticaal tot gevolg, waardoor de bijdrage aan de longitudinale zoutindringing door de gravitatiecirculatie afneemt. Voor het analytische model van Savenije is afgeleid, dat de maximale n

zoutindringingslengte toeneemt met de waterdiepte volgens Li ~ h0 met n = 2. Hierbij is

•

geen rekening gehouden met een eventuele verandering van de getijsnelheid ten gevolge van de diepteverandering. Geconcludeerd wordt, dat een vergroting van de diepte leidt tot een toename van de minimale en maximale zoutindringing. De toename van de maximale zoutindringingslengte met de waterdiepte verloopt volgens Lmax ~ h0n , met n = 1,5 à 2,0.

Relevantie voor herstel trapjeslijn Aanpassing van de trapjeslijn, door deze op de oorspronkelijke diepte te brengen, zal dus een afname van de maximale zoutindringing tot gevolg hebben. Deze verwachting is gebaseerd op experimentele gegevens onder geschematiseerde condities en theoretische overwegingen. In het Noordelijk Deltabekken is sprake van additionele processen in een complexe geometrie. Effecten van een verondieping kunnen dus anders doorwerken in een verandering van de zoutindringing. De resultaten van eerder uitgevoerd onderzoek in het Getijmodel Rijnmond kunnen worden gebruikt om de effecten in meer kwantitatieve zin aan te geven, zie de navolgende paragraaf.

2.4

Onderzoek naar zoutindringing: Noordelijk Deltabekken In deze paragraaf wordt ingegaan op resultaten van onderzoek in het voormalige Getijmodel Rijnmond. In feite betreft het twee verschillende versies van de modelfaciliteit, omdat het eerste Getijmodel in januari 1979 is afgebrand. Het herbouwde model verschilde belangrijk van het eerste model o.a. voor wat betreft het grotere rivierengebied dat was gemodelleerd. De bovenstroomse modelranden, oorspronkelijk ter plaatse van de samenvloeiing Oude Maas-Spui en het knooppunt Nieuwe Maas-Lek-Noord, lagen in het nieuwe model op de Lek (Hagestein), Waal (Tiel) en Maas (Lith). Ook maakte het Hollandsch Diep en Haringvliet deel uit van het model. Voor beide modellen zijn dezelfde modelschalen gehanteerd: 1:640 voor de horizontale afmetingen en 1:64 voor de verticale, resulterend in een vertrekking van 10.


17


Voor beide modellen geldt, dat de gemodelleerde bathymetrie en geometrie verschilt van de huidige. In het eerste model is er bijvoorbeeld geen open verbinding tussen het Hartelkanaal en de Oude Maas; in het tweede model wel. In geen van de modellen is er sprake van een doorsteek door de Beerdam. 2.4.1

Onderzoek in het eerste Getijmodel Rijnmond In 1977 is in het ‘oude’ model onderzoek gedaan naar het effect van de aanleg van de trapjeslijn op de zoutverdeling. In Figuur 2.4 is de oorspronkelijke bodemligging in het model (diepste punten!) en de bodemligging na het aanbrengen van de trapjeslijn weergegeven. De oorspronkelijke bodemligging had betrekking op de bodem van 1965 en 1966 in het grootste deel van het rivierengebied. De Maasvlakte en Europoort waren in het model ingebouwd. De bodem tussen kmr. 1029 en kmr. 1032 was vastgelegd op NAP-16 m en de mondingen van Oude Maas, Hartelkanaal en Botlek waren aangepast aan een recentere of in de toekomst te verwachten situatie.

Figuur 2.4: Oorspronkelijk en geschematiseerd langsprofiel volgens de trapjeslijn (Langerak, 1977).

Om praktische redenen is de bodem, wanneer deze boven de trapjeslijn uitsteekt, ongemoeid gelaten. Uit Figuur 2.4 blijkt, dat de aangebrachte verondieping op de Waterweg lokaal maximaal 3 meter bedraagt (~ 15%). Op de Nieuwe Maas tot kmr. 1002 is de bodemverondieping lokaal orde 1 meter (~ 6%). De grootste verondiepingen, orde 10 meter, zijn op het oostelijke deel van de Nieuwe Maas. De grote verschillen tussen de oorspronkelijke bodemligging en de trapjeslijn zijn vermoedelijk het gevolg van het verbinden van de diepste punten in een dwarsprofiel. De modelproeven zijn uitgevoerd bij gemiddeld getij en Bovenrijnafvoeren van 2000 (“normaal”) en 1000 m 3/s (“laag”). Bij de modelproeven is tevens een verandering van de afvoerverdeling aangebracht: een afname van 50m 3/s op de Nieuwe Maas en een toename van 50m 3/s op de Oude Maas.


18


Bij normale afvoer komt het zout niet verder dan kmr. 1005, d.i. tot en met de tweede trede (vóór de grootste verondieping). Bij lage afvoer reikt het zout tot kmr. 995, d.i. tot en met de vierde (laatste) trede. Door een profielverkleining ontstaan grotere snelheden en is dus sprake van meer menging, die resulteert in een geringere zoutindringing. Echter, er is ook sprake van een grotere vloedweg. Beide effecten hebben t.a.v. de maximale zoutindringing een tegengesteld effect tot gevolg. De grotere menging geldt vooral in het benedenstroomse deel (Waterweg) waar sprake is van gelaagdheid. Bovenstrooms, vooral op de Nieuwe Maas, is de zoutverticaal al gemengd, zodat extra menging onvoldoende compensatie biedt voor de grotere vloedweg (Langerak, 1977). Het onderzoek heeft geleid tot de volgende conclusies (overgenomen uit Langerak, 1977): •

•

•

•

Uit de isopycnen van Figuur 2.5 volgt, dat de trapjeslijn bij lage afvoer over het algemeen een gunstige invloed heeft. Bij normale afvoer is het niet mogelijk op basis van de isopycnen een eenduidig verschil aan te geven. De Figuren 2.6 en 2.7 voor de vertikaal-gemiddelde dichtheden op het moment van laag- en hoogwaterkentering geven aan, dat de trapjeslijn zowel bij lage als normale afvoer over het algemeen een geringe gunstige invloed heeft op de zoutindringing. De verschillen liggen echter in de orde van de meetnauwkeurigheid. Voor de nauwkeurigheid waarmee twee situaties in het model konden worden vergeleken (bijvoorbeeld voor en na aanleg trapjeslijn) wordt in (Langerak, 1977) genoemd een waarde van 400 mg Cl-/l. Alleen in het bovenstroomse deel van de Nieuwe Maas zijn de dichtheden, en dus zoutgehalten, bij de toestand met trapjeslijn, mogelijk iets hoger. De extra menging ten gevolge van de grotere getijsnelheden compenseert niet de toegenomen vloedweg. De in Figuur 2.8 weergegeven, over de diepte én tijd gemiddelde, dichtheden bevestigen het beschreven beeld.

Samenvattend geldt, dat de resultaten van het uitgevoerde onderzoek weliswaar een positief effect van het aanleggen van de trapjeslijn op de zoutverdeling tonen, maar dat dit effect alleen bij lage afvoeren optreedt. Hoewel condities met lage afvoeren het meest relevant zijn voor het huidige onderzoek, omdat vooral dan verzilting bij de innamepunten kan optreden, zijn de gemeten veranderingen betrekkelijk gering. Dit kan voor een deel liggen aan de nauwkeurigheid van het toenmalige (eerste) Getijmodel Rijnmond, d.i. 400 mg Cl-/l. Ook het ongemoeid laten van de referentiebodem, indien deze uitkomt boven het profiel van de trapjeslijn, kan het effect van de trapjeslijn op de zoutverdeling hebben verminderd. Tenslotte is niet duidelijk in welke mate de gemiddelde diepteligging van de bodem op de Nieuwe Waterweg vóór en ná aanleg trapjeslijn van elkaar verschillen (in Figuur 2.4 worden alleen de diepste punten getoond), waardoor een vergelijking met de bodemligging in de huidige situatie en het effect van een bodemaanpassing hierop zoals momenteel wordt overwogen, niet mogelijk is.


19


Figuur 2.5: Invloed trapjeslijn bij lage afvoer: isopycnen (Langerak, 1977).


20


Figuur 2.6: Invloed trapjeslijn bij normale afvoer: diepte-gemiddelde dichtheden (Langerak, 1977).


21


Figuur 2.7: Invloed trapjeslijn bij lage afvoer: diepte-gemiddelde dichtheden (Langerak, 1977).


22


Figuur 2.8: Invloed trapjeslijn bij normale en lage afvoer: diepte-gemiddelde en getij-gemiddelde dichtheden (Langerak, 1977).


23


2.4.2

Onderzoek in het tweede Getijmodel Rijnmond Na de brand van het Getijmodel Rijnmond in januari 1979 is het Getijmodel herbouwd. Het model is hierbij belangrijk uitgebreid in bovenstroomse richting: op de Lek tot de stuw bij Hagestein, op de Waal tot Tiel en op de Maas tot de stuw bij Lith en inclusief de zuidrand bestaande uit Hollandsch Diep en Haringvlet. De op dat moment meest actuele bodem is in het getijmodel ingebouwd (op basis van lodingen in 1979, enkele ondergeschikte riviergedeelten uitgezonderd, zie Waterloopkundig Laboratorium, 1984). Een belangrijk voordeel hierbij was, dat het model zijn eigen randvoorwaarden (getijdebieten) genereerde ter plaatse van het eigenlijke onderzoeksgebied, waar sprake is van een zoutindringing. Na de inregeling, ijking en verificatie van het model (Waterloopkundig Laboratorium, 1984 en 1985) zijn als onderdeel van het Systeemonderzoek de effecten van een groot aantal ingrepen op de inhomogene waterbeweging onderzocht. Als onderdeel van de cluster Verdiepingen/verondiepingen van riviertakken (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a+b) is voor een groot aantal riviertakken de bodem verondiept en de bijbehorende zoutverdeling bepaald. Voor deze studie zijn vooral de bodemveranderingen van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas van belang, aangezien deze veranderingen representatief zijn voor de bodemaanpassingen, welke nodig zijn voor het herstel van de trapjeslijn. De resultaten van het onderzoek kunnen echter ook worden gebruikt om het effect van de erosie van de Oude Maas (tussen Spui en Nieuwe Maas) gedurende de periode 1970-1990 op de zoutverdeling aan te geven. De onderzochte verondiepingen tijdens het onderzoek betroffen ongeveer 10% en 20% van de waterdiepte. Hoewel tijdens het onderzoek een aantal verschillende getijcondities is gebruikt, o.a. cyclische getijden, is de zoutverdeling bij elke ingreep vastgesteld met de zgn. reeks mei-1979 met een periode van 14,5 dagen ofwel een volledige doodtij-springtij cyclus. De afvoercondities betroffen Bovenrijnafvoeren van 800 en 1100 m 3/s. De resultaten van het onderzoek laten zien, dat de effecten van de onderzochte bodemveranderingen groot zijn. Een verondieping van de Nieuwe Waterweg heeft effect op de zoutverdeling in het gehele gebied, zie Figuur 2.9, terwijl een verondieping van de Nieuwe Maas alleen effect heeft op de Nieuwe Maas zelf en niet op de Oude Maas, zie Figuur 2.10. De veranderingen in de chloridegehalten nemen af in bovenstroomse richting. De verondiepingen hebben tot gevolg, dat zowel de tijdsgemiddelde als de chlorideconcentraties afnemen (beiden gemiddeld over een tijdsperiode van 14,5 gemiddeld over de vertikaal). Het effect op de zoutindringingslengte lijkt beperkt, toch enkele kilometers bedragen door de geringe horizontale gradiënt chlorideconcentraties.

maximale dagen én maar kan van de

Indien ter plaatse van de zeerand een middenstandsverhoging wordt geforceerd, heeft dit tot gevolg dat een tijdelijke instroom van zout water vanuit zee optreedt, welke tijdens de opvolgende verlaging wordt gevolgd door een ledigingstroom. Uit het onderzoek in het Getijmodel blijkt, dat deze vul- en ledigingstroom slechts weinig wordt beïnvloed door een verondieping (10% reductie bij een aangebrachte verondieping van 3,75 m). De reductie van de chloridegehalten ten gevolge van de verondieping, gemiddeld over 14,5 dagen, verandert dus nauwelijks als gevolg van de gesimuleerde middenstandsverandering ter grootte van 0,5 m gedurende 2x25 uur. Omdat de chloridegehalten betrokken zijn op een periode van 14,5 dagen, is de invloed van een middenstandsverhoging op zich al gering.


24


Figuur 2.9: Zoutverdeling (chloridegehalten) langs de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas t.g.v. verondiepingen van de Nieuwe Waterweg (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a+b). T3 en T4 zijn aanduidingen voor de uitgevoerde proeven in het Getijmodel Rijnmond voor resp. de situaties met 10% en 20% verondieping.


25


Figuur 2.10: Zoutverdeling (chloridegehalten) langs de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas t.g.v. verondiepingen van de Nieuwe Maas (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a+b). T5 en T6 zijn aanduidingen voor de uitgevoerde proeven in het Getijmodel Rijnmond voor resp. de situaties met 10% en 20% verondieping.


26


Figuur 2.11 vergelijkt de verandering van de chloridegehalten ten gevolge van een verondieping van 20% voor de Waterweg, Nieuwe én Oude Maas, voor de situaties zonder en met middenstandsverandering en bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. De chloridegehalten zijn hierbij gemiddeld over drie dagen gedurende en direct na de middenstandsverandering. Effect 20%-verondiepingen Waterweg, Nieuw Maas en Oude Maas zonder en met middenstandsverandering (concentraties gemiddeld over 3 dagen)

Verandering Cl-conc. met middenstandsverandering [g/l]

0.0

Hoek van Holland

-1.0

-2.0

van Brienenoordbrug

Beerenplaat

Maassluis Spijkenisse .

-3.0 Schiedam -4.0

-5.0 -5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

Verandering Cl-conc. zonder middenstandsverandering [g/l]

Figuur 2.11: Verandering chloridegehalten ten gevolge van 20%-verondiepingen van Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas voor situaties zonder en met een middenstandsverandering. Bovenrijnafvoer: 800 m3/s. (data ontleend aan Waterloopkundig Laboratorium, 1987a).

De figuur toont, dat voor beide condities sprake is van een afname van de zoutgehalten van ongeveer gelijke grootte. Afhankelijk van de plaatselijke zoutgradiënt kan het effect van het naar binnen schuiven van de zouttong per locatie verschillen. Bij de punt van de zouttong geldt, dat het effect van de 20% verondieping voor de randconditie met een middenstandsverandering iets geringer is dan het effect van een 20% verondieping indien op de rand geen middenstandverandering wordt opgedrukt. De verondieping heeft daar dus bij een middenstandsverandering een groter positief effect (i.c. reductie zoutgehalte) dan voor de situatie zonder verandering van de gemiddelde waterstand. Tabel 2.2 vermeldt de zoutgehalten zoals weergegeven in Figuur 2.11 en de relatieve veranderingen hierin.


27


Tabel 2.2: Zoutgehalten en absolute en relatieve veranderingen voor situaties zonder en met middenstandsverandering op zee (data ontleend aan Waterloopkundig Laboratorium, 1987a). Bovenrijnafvoer: 800 m3/s. Zonder middenstandsverandering Met middenstandsverandering Referentie Verand. t.g.v. Relatieve Referentie Verand. t.g.v. Relatieve 20% verond. verandering 20% verond. verandering [g/l] [g/l] [%] [g/l] [g/l] [%] Hoek van Holland 13,1 -1,8 -13 13,4 -1,3 -9 Maassluis 8,6 -3,6 -41 10,9 -2,4 -22 Schiedam 4,0 -3,8 -94 5,2 -4,0 -78 van Brienenoordbrug 0,7 -0,7 -100 1,2 -1,2 -96 Spijkenisse 3,4 -2,6 -76 4,7 -2,7 -56 Beerenplaat 1,0 -0,9 -90 2,4 -1,6 -68

De afname van het zoutgehalte t.p.v. de van Brienenoordbrug bedraagt 0,7 g/l (zonder middenstandsverandering) en 1,2 g/l (met middenstandsverandering); t.p.v. Beerenplaat is de afname resp. 0,9 en 1,6 g/l. Bedacht moet worden dat de onderzochte diepteafnames van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe en Oude Maas vrij groot zijn: ongeveer 3 tot 4 m. De volgende conclusies zijn ontleend aan het gerapporteerde onderzoek in het Getijmodel Rijnmond: • • • • • •

Er is sprake van een flinke zoutafname bij de onderzochte verondiepingen van de Nieuwe Waterweg; In mindere mate is dit het geval voor het verondiepen van de Nieuwe Maas; Verandering in de verzilting nabij de punt van de zouttong komt vooral tot uiting in verandering van de concentraties; de verziltingduur blijft vrijwel gelijk. Verbetering van de verziltingkwaliteit bij Beerenplaat kan alleen worden bereikt door het verondiepen van de Nieuwe Waterweg; Een sterke verbetering bij Van Brienenoordbrug wordt verkregen met het verondiepen van de Nieuwe Waterweg; Een efficiënte verbetering bij Van Brienenoordbrug is mogelijk door het verondiepen van de Nieuwe Maas west. Het effect van deze ingreep op de zoutverdeling van de Oude Maas is marginaal.

Aanvullend op bovengenoemde conclusies, ontleend aan (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a) kan worden genoemd, dat de effecten van verondiepingen van de Oude Maas op de 14,5-dagen tijdsgemiddelde chlorideconcentraties marginaal zijn. Echter, voor bepaalde condities (doodtij) en dan vooral bij de bodem zijn wel effecten gemeten. De effecten van bodemverondiepingen lijken dus groter dan volgens het in Par. 2.4.1 genoemde onderzoek in het eerste Getijmodel Rijnmond. In (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a+b) wordt als reden genoemd, dat in het eerder uitgevoerde onderzoek vooral bodemveranderingen in het bovenstroomse deel van de Nieuwe Maas (Nieuwe Maas oost) zijn onderzocht. Een dergelijke bodemverandering nabij de punt van de zouttong heeft betrekkelijk weinig effect. Samenvattende conclusie Uitgevoerde proeven in het (tweede) Getijmodel Rijnmond laten zien, dat bodemverondiepingen van 3 tot 4 meter op de Nieuwe Waterweg, Nieuwe en Oude Maas resulteren in een reductie van de zoutgehalten nabij de punt van de zouttong met ongeveer 1


28


tot 1,5 g/l. Bij een verondieping van orde 0,5 meter, de geschatte benodigde diepteaanpassing voor het herstel van de trapjeslijn (zie Figuur 1.3) kan, op basis van interpolatie, een afname van de chlorideconcentraties van globaal 100-300 mg/l worden verwacht. Deze waarden hebben betrekking op tijdsgemiddelde concentraties over een volledige doodtij-springtij cyclus bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. Bij andere afvoeren en getijcondities kunnen deze waarden verschillen. Effecten op extreme waarden kunnen eveneens anders zijn. Geconcludeerd wordt, dat een herstel van de trapjeslijn kan leiden tot een reductie van de zoutgehalten, welke van dezelfde grootte is als de geldende normen voor het zoutgehalte van het rivierwater ter plaatse van de innamepunten.


29


3 Dataverzameling en analyse Voor een beoordeling van de verziltingtoestand van het Noordelijk Deltabekken én de veranderingen hierin is een eerste analyse uitgevoerd van gemeten chlorideconcentraties ter plaatse van Maassluis (uit: Waterbase2), van Brienenoordbrug (uit: Waterbase), Gouda (data van HHR Rijnland), Beerenplaat (uit: regionale zoutmeetnet) en Lobith (uit: Waterbase). Deze data gaan terug tot het begin van de jaren 70 van de vorige eeuw, d.i. na de ingebruikname van de Haringvlietsluizen. Tijdens de tweede fase van het project zal deze analyse worden uitgebreid door aanvullende meetpunten te beschouwen. 3.1

Langjarige trends chlorideconcentraties Noordelijk Deltabekken Aan Waterbase zijn voor de locaties Maassluis en van Brienenoordbrug data m.b.t. chlorideconcentraties onttrokken. Het betreft een doorlopende reeks sinds 1 januari 1974. Figuur 3.1a toont de gemeten waarden voor Maassluis op een diepte van 1 m beneden het wateroppervlak met een monsternamefrequentie van (meestal) tweemaal per maand. Verticale lijnen geven de momenten van de open verbinding tussen Hartelkanaal en Oude Maas (1981), de inwerkingstelling van LPH’84 (1984)3, de voltooiing van de bouw van de Maeslantkering (1997) en de doorsteek van de Beerdam (8 november 1997 en 30 juni 1998). In rood is weergegeven het glijdende gemiddelde over 24 waarnemingen (~ 1 jaar). In Figuur 3.1b wordt eveneens het voortschrijdende gemiddelde getoond, samen met de jaargemiddelde concentratie en de jaargemiddelde Bovenrijnafvoer. Gegeven de jaarlijkse variatie van de Bovenrijnafvoer kan niet worden gesproken van een trendmatig verloop sinds het begin van de weergegeven reeks (1974). Momentane chlorideconcentraties zijn meestal lager dan 2 à 4 g/l. De relatief lage concentraties zijn het gevolg van de bemonstering dicht onder het wateroppervlak. Bij Maassluis lijkt sinds het begin van de jaren 80 een geleidelijke toename van het gemiddelde zoutgehalte op te treden: van ongeveer 700 mg/l tot 1000 à 2000 mg/l. De variatie over de jaren is echter groot, waardoor niet duidelijk kan worden aangegeven of sprake is van een trendmatig verloop. Deze variatie is in ieder geval voor een deel het gevolg van het bemonsteren op verschillende momenten tijdens het getij.

2

Met Waterbase worden via Internet meetgegevens, zoals opgeslagen in de Rijkswaterstaat database DONAR toegankelijk gemaakt. Via Waterbase worden alleen de gevalideerde gegevens van het MWTL (landelijk watermonitoringsprogramma) beschikbaar gesteld, zie http://www.waterbase.nl/.

3

Om aan de nautische eisen te voldoen is het oorspronkelijke Lozingsprogramma voor de Haringvlietsluizen (LPH’70) opgevolgd door achtereenvolgens het Afwijkend Lozingsprogram (ALP) en het Systematisch Afwijkend Lozingsprogramma (SALP). Uiteindelijk is het Lozingsprogramma LPH’84 ontstaan, waarbij rekening is gehouden met meer dan alleen de waterhuishoudkundige en nautische belangen, zie de Goederen en Fioole (2003).


30


Chloridegehalte Maassluis 10000 Verbinding Hartelkaal-Oude Maas (1981) LPH84 (1986) 8000

Maeslantkering (1997)

Chloridegehalte [mg/l]

Open Beerdam (1997+1998) 6000

4000

2000

0 1-01-74

1-01-79

1-01-84

1-01-89

1-01-94

1-01-99

2-01-04

1-01-09

Figuur 3.1a: Chlorideconcentraties Maassluis (blauwe lijn) en voortschrijdend gemiddelde over 24 waarnemingen ~1 jaar (rode lijn) (data: Waterbase).

Chloridegehalte Maassluis Verbinding Hartelkaal-Oude Maas (1981) LPH84 (1986) 4000 Maeslantkering (1997) Open Beerdam (1997+1998) Bovenrijnaf voer Lobith jaar-gem. Cl-concentratie


3000

2000

1000

0 1-01-74

1-01-79

1-01-84

1-01-89

1-01-94

1-01-99

2-01-04

1-01-09

Figuur 3.1b: Chlorideconcentraties te Maassluis jaargemiddeld (blauwe lijn) en na middeling over 24 waarnemingen ~ 1 jaar (rode lijn) en jaargemiddelde Bovenrijnafvoer bij Lobith (groene lijn) (oorspronkelijke data: Waterbase).

Er lijkt een correlatie te zijn tussen de gemeten (bij benadering) jaargemiddelde chlorideconcentratie te Maassluis en de opgetreden jaargemiddelde Bovenrijnafvoer; perioden met een lage Bovenrijnafvoer gaan samen met perioden met relatief hoge lage


31


chlorideconcentratie en vice versa. Deze variaties in Bovenrijnafvoer én chlorideconcentratie treden op met een periode van 5 à 7 jaren. Hierbij moet worden bedacht, dat de afvoer via de Nieuwe Waterweg niet lineair gerelateerd is aan de Bovenrijnafvoer bij Lobith, zie Figuur 3.1c, omdat deze gestuurd wordt door het lozingsprogramma van de Haringvlietsluizen. Figuur 3.1c geeft de relatie tussen de Bovenrijnafvoer en de restafvoer over de Nieuwe waterweg, zoals bepaald met het ééndimensionale numerieke waterbewegingsmodel SOBEK voor de situatie na de doorsteek van de Beerdam. Uit Figuur 3.1c volgt, dat van de totale afvoer door de Maasmond ongeveer 10% via het Hartel-Beerkanaal wordt gerealiseerd.

restafvoer Nieuwe Waterweg en Maasmond restafvoer Nieuwe Waterweg restafvoer Hartel-Beerkanaal

restafvoer Maasmond

restafvoer (m 3/s)

6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Bovenrijnafvoer (m 3/s) Figuur 3.1c: Afvoer Nieuwe Waterweg, Hartel-Beerkanaal en Maasmond voor verschillende Bovenrijnafvoeren (data toegeleverd door RWS, Dienst Zuid-Holland).

Figuur 3.2a toont de chlorideconcentratie bij de van Brienenoordbrug. De monsters zijn evenals bij Maassluis op een diepte van 1 m beneden het wateroppervlak genomen met een frequentie van, meestal, tweemaal per maand (t/m 1987) en eenmaal per maand (na 1987). Ook ter plaatse van de Brienenoordbrug is sprake van een trage variatie van de chlorideconcentraties van ongeveer 7 jaren, welke gerelateerd lijkt aan de Bovenrijnafvoer, zie Figuur 3.2b. Sinds 1995-2000 lijken de chlorideconcentraties op een lager niveau te liggen t.o.v. de periode ervoor (~ 50 mg/l lager).


32


Chloridegehalte van Brienenoordbrug

2500 Verbinding Hartelkaal-Oude Maas (1981) LPH84 (1986)


2000

Maeslantkering (1997) Open Beerdam (1997+1998)

1500

1000

500

0 1-01-74

1-01-79

1-01-84

1-01-89

1-01-94

1-01-99

2-01-04

1-01-09

Figuur 3.2a: Chlorideconcentraties van Brienenoordbrug (blauwe lijn) en voortschrijdend gemiddelde over 24 waarnemingen ~1 jaar t/m 1987 en ~2 jaar na 1987 (rode lijn) (oorspronkelijke data: Waterbase).

Chloridegehalte van Brienenoordbrug


600

jaar-gem. Cl-concentratie Bovenrijnafvoer Lobith 3000

400

2000

200

1000

0 1-01-74

1-01-79

1-01-84

1-01-89

1-01-94

1-01-99

2-01-04

Bovenrijnafvoer [m 3/s]

Verbinding Hartelkaal-Oude Maas (1981) LPH84 (1986) 4000 Maeslantkering (1997) Open Beerdam (1997+1998)

800

0 1-01-09

Figuur 3.2b: Chlorideconcentraties van Brienenoordbrug jaargemiddeld (blauwe lijn) en na middeling over 104 waarnemingen (rode lijn) en jaargemiddelde Bovenrijnafvoer bij Lobith (groene lijn) (oorspronkelijke data: Waterbase).


33


Intermezo: effect doorsteek Beerdam op zoutverdeling Opvallend is de toename van het chloridegehalte op het moment van de eerste doorsteek van de Beerdam op 8 november 1997. Het chloridegehalte gedurende de periode van twee jaren voor tot twee jaren na deze doorsteek is weergegeven in Figuur 3.2c. Chloridegehalte van Brienenoordbrug 1000 chlorideconcentratie Maeslantkering (1997)

800


Open Beerdam (1997+1998)

600

400

200

0 2-01-96

1-01-97

1-01-98

1-01-99

1-01-00

Figuur 3.2c: Chlorideconcentraties van Brienenoordbrug voor en na eerste doorsteek Beerdam (data: Waterbase). De dagen van de eerste en tweede doorsteek, 8 november 1997 en 30 juni 1998, zijn weergegeven met de rode lijnen.

Figuur 3.2c toont, dat ná de eerste doorsteek van de Beerdam de chlorideconcentratie toeneemt tot 700 à 1000 mg/l; dergelijk hoge waarden zijn gedurende de voorafgaande twee jaren niet waargenomen. De toename is zowel op 11 november 1997 als op 9 december 1997 gemeten; daarna daalt de concentratie weer naar een lager niveau. Voor Maassluis kan echter niet van een concentratietoename direct na de doorsteek worden gesproken. Het effect van de doorsteek van de Beerdam op de zoutverdeling kan dus op basis van de hiervoor gepresenteerde metingen afkomstig uit het MWTL niet eenduidig worden afgeleid. Tijdens de workshop, welke is gehouden na afronding van Fase 1 (Voorstudie), is voorgesteld en afgesproken de data analyse tijdens Fase 2 van het onderzoek uit te breiden aan de hand van de meetpunten uit het regionale zoutmeetnet. In deze meetpunten wordt bemonsterd met een frequentie van 1 maal per 10 min. Vooruitlopend op deze uitgebreide analyse worden in dit rapport de gemeten chlorideconcentraties bij de van Brienenoordbrug uit het regionale meetnet getoond voor en na de doorsteek van de Beerdam, zie Figuur 3.2d. De metingen zijn verricht op diepten van NAP-2,5 m en NAP-6,5 m. Opgemerkt wordt, dat het getijsignaal in het concentratieverloop is verwijderd is met de bepaling van het voortschrijdend gemiddelde over één dag.


34


Cl-concentratie van Brienenoordbrug 1000

Concentratie [mg/l]

800

600

NAP-2,5 m NAP-6,5 m doorsteek Beerdam

400

200

19971201

19971125

19971119

19971113

19971107

19971101

0

Figuur 3.2d: Chlorideconcentraties van Brienenoordbrug voor en na eerste doorsteek Beerdam (data: regionaal zoutmeetnet). De dag van de eerste doorsteek, 8 november 1997, is weergegeven met de rode lijnen.

De momentane concentraties nabij het wateroppervlak, zoals getoond in Figuur 3.2c, zijn hoger dan de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties op grotere diepten volgens Figuur 3.2d. Uit de beoordeling van de ongefilterde concentraties volgt, dat momentaan de chloridegehalten kunnen oplopen tot 1000 mg/l. Door turbulenties kunnen zout ‘patches’ van grotere diepten omhoog worden getransporteerd. Uit Figuur 3.2d volgt, dat op beide diepten (NAP-2,5 m en NAP-6,5 m) de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie afneemt van maximaal 600 mg/l vóór 8 november naar 400 à 450 mg/l na 8 november. Dit beeld is dus tegengesteld aan het beeld ontleend aan de incidentele monsternames. Het geeft tevens aan, dat voorzichtigheid is geboden m.b.t. het trekken van conclusies over het effect van de doorsteek Beerdam op de zoutverdeling door slechts één meetpunt te analyseren met een lage meetfrequentie. Overigens is het nagaan van de effecten van de doorsteek niet het doel van de huidige studie; het kan wel bijdragen aan het systeeminzicht.

3.2

Chloridegehalten ter plaatse van waterinnamepunten Figuur 2.1 toont alle waterinnamepunten in het Noordelijk Deltabekken. In dit hoofdstuk worden de gemeten chloridegehalten ter plaatse van een tweetal innamepunten als karakteristiek beschouwd voor alle waterinnamepunten. Figuur 3.3 toont de gemeten chloridegehalten ter plaatse van het waterinnamepunt Gouda in de Hollandsche IJssel (data toegeleverd door HHR Rijnland). De metingen zijn verricht bij het gemaal te Gouda op een diepte van 0,5 m beneden het wateroppervlak en met intervallen van 7 dagen voor de periode t/m 1980; sinds 1990 is de tijdsduur tussen twee opeenvolgende metingen 7 à 14 dagen. In de figuur wordt ook getoond de langjarige trend in Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

35


chlorideconcentratie en de opgetreden droogteperiodes, gedefinieerd als een periode met een afvoer te Lobith kleiner dan 1000 m 3/s (weergegeven met de verticale streepjes op de horizontale as in Figuur 3.3). De getoonde regressielijn heeft vooral als doel de daling van het chloridegehalte weer te geven tussen de perioden vóór 1981 en na 1993. Vanaf 1970 is een structurele daling van de chloridegehalten zichtbaar. De gemiddelde chlorideconcentratie is ongeveer 70 mg/l afgenomen van ongeveer 200 mg/l in het begin van de 70-er jaren tot 130 mg/l vanaf 2000. Verder lijken periodes met relatief hoge chlorideconcentraties gecorreleerd met relatief lage rivierafvoer. Het aantal periodes (bijvoorbeeld per vijf jaar) met een rivierafvoer kleiner dan 1000 m 3/s lijkt gedurende de periode 1970-2008 niet te zijn toegenomen.

Figuur 3.3: Chlorideconcentraties Gouda, Hollandsche IJssel (data: afkomstig van HHR Rijnland).

Figuur 3.4 toont de gemeten chlorideconcentraties ter plaatse van de waterinnamelocatie Beerenplaat op 2 m beneden het wateroppervlak. De data zijn afkomstig uit het regionale zoutmeetnet en zijn ingewonnen met een frequentie van 1 maal per 10 minuten.


36


Figuur 3.4: Chlorideconcentraties Beerenplaat (data: regionaal zoutmeetnet).

Voor dit waterinnamepunt geldt dat de chlorideconcentraties hoger zijn dan ter plaatse van de waterinname te Gouda (o.a. door de geringere afstand t.o.v. zee), maar de afnemende trend in chlorideconcentraties wordt ook hier waargenomen. Bij Beerenplaat is de afname in gemiddelde chlorideconcentraties (~ 150 mg/l tussen 1983 en 2005) groter dan ter plaatse van het innamepunt Gouda (~70 mg/l tussen 1970 en 2008). Opgemerkt wordt, dat de Oude Maas tussen het Spui en de Nieuwe Maas gedurende de periode 1970-1985 sterk is verdiept (zie Figuur C.13a+b in Appendix C), waardoor juist een toename van de chlorideconcentraties zou worden verwacht. De metingen in Figuur 3.4 laten dit niet zien, omdat de meetreeks pas start in 1983, d.i. na de grootste bodemaanpassing van de Oude Maas. Door de grote variatie van de chlorideconcentratie (“ruis”) en de relatief korte meetreeks geldt de observatie, dat het chloridegehalte geleidelijk is afgenomen, onder voorbehoud. Aanvullende data analyse met meerdere meetlocaties moet hier meer duidelijkheid in verschaffen. De afname in chlorideconcentraties ter plaatse van de waterinnamepunten Gouda en Beerenplaat wordt deels verklaard door de afname van de achtergrondwaarde van de chlorideconcentratie, i.e. de chlorideconcentratie van het Rijnwater, dat bij Lobith Nederland binnenstroomt, zie Figuur 3.5. De data zijn afkomstig uit Waterbase van Rijkswaterstaat; intervallen tussen twee opeenvolgende metingen variëren tussen één dag en ongeveer twee weken.


37


Figuur 3.5: Chlorideconcentraties Lobith (data: Waterbase).

Te Lobith is de gemiddelde chlorideconcentratie afgenomen van ongeveer 200 mg/l in 1970 tot ongeveer 100 mg/l in 2008. De afname is vooral opgetreden tussen 1990 en 2000 en qua grootte vergelijkbaar met de afname in de gemiddelde chlorideconcentratie ter plaatse van het waterinnamepunt Gouda. Het lijkt het gevolg van het vanaf 1976 geleidelijk verminderen van de zoutlozingen van de Franse kalimijnen (Rijn-Zout verdrag). In 2001 zijn de kalimijnen volledig gestopt met de zoutlozingen. Samenvatting • Uit metingen volgt, dat de jaargemiddelde Bovenrijnafvoer niet trendmatig is veranderd sinds 1975. De jaarlijkse variatie van de afvoer is groter dan een eventueel systematisch verloop. • De chlorideconcentatie nabij het wateroppervlak bij Maassluis (MWTL data) is sinds het begin van de jaren 80 geleidelijk toegenomen met 500 à 1000 mg/l. De jaarlijkse variatie is echter groot. Deze variatie, met een periode van 5 tot 7 jaren, lijkt het gevolg te zijn van de variaties in de jaargemiddelde Bovenrijnafvoer. • De periodieke variatie van de chlorideconcentratie over 5 à 7 jaren is eveneens aanwezig in het meetpunt van Brienenoordbrug. Sinds 1995-2000 lijkt de jaarlijksgemiddelde chlorideconcentratie ongeveer 50 mg/l lager te liggen t.o.v. de voorafgaande periode. Door de grote jaarlijkse variatie kunnen echter geen “harde” conclusies worden getrokken. • Direct na de (eerste) doorsteek van de Beerdam zijn de chlorideconcentraties bij de van Brienenoordbrug toegenomen tot ongeveer 1000 mg/l. Deze waarde is echter gebaseerd op slechts twee (maandelijkse) metingen en de relatie met de doorsteek kan dus op ‘toeval’ berusten. Concentraties van orde 1000 mg/l zijn tijdens de twee voorafgaande en twee opvolgende jaren niet gemeten. Ná de doorsteek (1998-heden) kan niet worden gesproken van verhoogde chlorideconcentraties t.o.v. de periode vóór de doorsteek (zie hiervoor). Een nadere analyse van meetdata uit het regionale zoutmeetnet (hogere meetfrequentie) kan hierin meer duidelijkheid verschaffen.


38


•

•

•

Evenals in het meetpunt van Brienenoordbrug zijn de chlorideconcentraties te Gouda gedaald. De afname sinds 1970 bedraagt ongeveer 70 mg/l. Relatief hoge chlorideconcentraties lijken gecorreleerd met relatief lage rivierafvoer. Het aantal periodes (bijv. per vijf jaar) met een rivierafvoer lager dan 1000 m 3/s lijkt vanaf 1970 niet te zijn toegenomen. In de locatie Beerenplaat zijn de chlorideconcentraties eveneens gedaald. De afname bedraagt sinds 1983 ongeveer 150 mg/l. De meetreeks in deze locatie is relatief kort (niet vanaf 1970), wat een onzekerheid introduceert. De afname in chlorideconcentraties, zoals hiervoor vermeld, kan tenminste voor een deel worden verklaard door de afname van de achtergrondconcentratie, i.e. de chlorideconcentratie van het aangevoerde water van de Bovenrijn, welke met ongeveer 100 mg Cl-/l is afgenomen.

Samenvattende conclusie Uit de geanalyseerde meetdata komt niet naar voren, dat de verziltingsituatie bij de punt van de zouttong de afgelopen decennia is verslechterd. Een verslechtering, welke het gevolg zou van een degeneratie van de trapjeslijn, kan dus niet uit de in deze voorstudie geanalyseerde data worden afgeleid. Een aanvullende analyse van meetdata op basis van meer meetpunten wordt voorgesteld om de verzilting in het Noordelijk Deltabekken en veranderingen hierin gedetailleerder in kaart te brengen. De afname van het zoutgehalte van de Rijn sinds 1990/2000 kan voor een deel de verklaring vormen voor de afgenomen chlorideconcentraties bij de van Brienenoordbrug, Gouda en Beerenplaat.

3.3

Bodemligging trapjeslijn In Hoofdstuk 1 is in geschematiseerde vorm, d.i. alleen als functie van de lengtecoördinaat, de bodemligging van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas in maart 2008 weergegeven t.o.v. het theoretische bodemprofiel volgens de trapjeslijn 2002. In deze paragraaf wordt meer in detail de bodemligging beschreven op basis van de meest actuele informatie (januari 2009). Voorafgaand hieraan wordt de wijze waarop de trapjeslijn in de jaren 70 is aangelegd gepresenteerd en de ontwikkeling ervan de afgelopen jaren.

3.3.1

Aanleg oorspronkelijke trapjeslijn Bij de aanleg van de trapjeslijn is eind jaren 60 / begin jaren 70 op verschillende manieren de bodem verhoogd en vastgelegd. Figuur 3.6 toont de destijds gevolgde werkwijze voor verschillende trajecten. Hierbij kan onderscheid worden gemaakt tussen: Ophoging met onderhoudsspecie; Ophoging met zand en vastlegging met grind; Ophoging met zand; Ophoging met onderhoudsspecie en vastlegging met grind. Het vastleggen met grind is uitgevoerd voor het traject tussen kmr. 1001 en kmr. 995 en tussen kmr. 1004 en kmr. 1003 op de Nieuwe Maas. Op de Nieuwe Waterweg is de opgehoogde bodem met grind vastgelegd over de trajecten kmr. 1018-1016 en kmr. 10271030. Op de Nieuwe Maas zijn de ophogingen vrijwel alleen uitgevoerd met zand; op de Waterweg is dit gebeurd met onderhoudsspecie (zeewaarts van kmr. 1030 met zand).


39


Figuur 3.6: Aanleg trapjeslijn eind jaren 60 / begin jaren 70 met onderhoudsspecie en zand en lokaal vastlegging met grind (Bron: Rijkswaterstaat Zuid-Holland).

3.3.2

Bodemverandering t.p.v. trapjeslijn sinds 2001 De bodemveranderingen van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas sinds 2001 zijn weergegeven in de Figuren 3.7a t/m 3.7d. Achtereenvolgens worden getoond (van oost naar west): Traject Erasmusbrug – Waalhaven (kmr. 1001-1005); Traject Waalhaven – Botlek (kmr. 1005-1013); Traject Botlek – kop landtong Rozenburg (kmr. 1013-1030); Traject Splitsingsdam (kmr. 1030-1032), In de figuren is eveneens de bodemdiepte volgens de trapjeslijn vermeld. Voor het traject Waalhaven-Botlek) geldt dat in 2002 de diepte van de trede is toegenomen van NAP-14,0 m tot NAP-14,5 m. De verticale schaal is voor alle figuren hetzelfde genomen (2,5 m).


40


Bodemdiepte t.p.v. trede Erasmusbrug - Waalhaven (km. 1001-1005) Jan-01

Jan-02

Jan-03

Jan-04

Jan-05

Jan-06

Jan-07

Jan-08

Jan-09

-11,5

Bodemdiepte [m]

-12,0

-12,5

-13,0

-13,5 Trede trapjeslijn Bodemdiepte -14,0

Figuur 3.7a: Bodemdiepte en diepte trede trapjeslijn voor het traject Erasmusbrug – Waalhaven (kmr. 10011005) voor de periode 2001-2009.

Bodemdiepte t.p.v. trede Waalhaven - Botlek (km. 1005-1013) Jan-01

Jan-02

Jan-03

Jan-04

Jan-05

Jan-06

Jan-07

Jan-08

Jan-09

-13,0 Trede trapjeslijn Bodemdiepte

Bodemdiepte [m]

-13,5

-14,0

-14,5

-15,0

-15,5

Figuur 3.7b: Bodemdiepte en diepte trede trapjeslijn voor het traject Waalhaven - Botlek (kmr. 1005-1013) voor de periode 2001-2009.


41


Bodemdiepte t.p.v. trede Botlek - kop landtong Rozenburg (km. 1013-1030) Jan-01

Jan-02

Jan-03

Jan-04

Jan-05

Jan-06

Jan-07

Jan-08

Jan-09


Bodemdiepte [m]

-14,5

-15,0

-15,5

-16,0

-16,5

Figuur 3.7c: Bodemdiepte en diepte trede trapjeslijn voor het traject Botlek – kop landtong Rozenburg (kmr. 1013-1030) voor de periode 2001-2009.

Bodemdiepte t.p.v. trede Splitsingsdam (km. 1030-1032) Jan-01

Jan-02

Jan-03

Jan-04

Jan-05

Jan-06

Jan-07

Jan-08

Jan-09


Bodemdiepte [m]

-16,0

-16,5

-17,0

-17,5

-18,0

Figuur 3.7d: Bodemdiepte en diepte trede trapjeslijn voor het traject Splitsingsdam (kmr. 1030-1032) voor de periode 2001-2009.

Voor het traject Erasmusbrug – Waalhaven (kmr. 1001-1005) is tot maart 2008 nauwelijks sprake van een bodemverdieping. De laatste twee lodingen (oct. 2008 en jan. 2009) tonen beiden een verdieping van 0,5 m t.o.v. de eerdere metingen. Hierdoor ligt de bodem momenteel ongeveer 0,6 m beneden de diepte van deze trede (NAP-12,0 m). Voor het traject Waalhaven – Botlek (kmr. 1005-1013) kan worden waargenomen, dat de bodem momenteel ongeveer 0,5 m dieper is dan de diepte volgens de trede van de trapjeslijn Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

42


voor dit traject. De ontwerpdiepte is in 2002 van NAP-14,0 m op NAP-14,5 m gebracht. De huidige bodemdiepte bedraagt bijna NAP-15,0 m. De verdiepende trend sinds 2001 lijkt tot stilstand te zijn gekomen. De bodemdiepte op het traject Botlek – kop landtong Rozenburg is sinds 2006 ongeveer 0,3 m dieper dan de maximaal toegestane diepte volgens de trapjeslijn. Gedurende deze periode van 5 jaren is dus geen trendmatige verandering waarneembaar. Voor het resterende (korte) traject van de Waterweg bij de splitsingsdam (kmr. 1030-1032) geldt, dat de bodemdiepte ongeveer 1,7 m dieper is dan volgens de definitie van de trapjeslijn. Er is geen sprake van een trendmatig verloop in de bodemdiepte sinds 2006. De huidige bodemdiepte van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas is weergegeven in Figuur 3.8. De bodemdiepte ten opzichte van de trapjeslijn wordt getoond in Figuur 3.9. Hieruit blijkt, dat het westelijke deel van de Waterweg dieper is dan de diepte van 16 m volgens de trapjeslijn, terwijl het oostelijke deel ondieper is. Gemiddeld voor de gehele Waterweg uit zich dit in een ‘overdiepte’ van 0,3 m t.o.v. de tredediepte, zoals weergegeven in Figuur 3.7c. Samenvattende conclusie Uit de lodingen volgt, dat momenteel (2009) de actuele bodemdiepte van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas tussen kmr. 1001 en 1030 gemiddeld ongeveer 0,3 à 0,6 m dieper ligt dan de maximaal toegestane diepte volgens de trapjeslijn (2002). Het grootste verschil tussen de gemiddelde bodemdiepte en de diepte volgens de trapjeslijn treedt op over het traject van 2 km naast de splitsingsdam (kmr. 1030-1032). Over dit traject ligt de bodem gemiddeld 1,7 m dieper dan de maximaal toegestane diepte volgens de trapjeslijn. Voor de Waterweg geldt, dat het westelijke deel veelal dieper is dan de diepte volgens de trapjeslijn en het oostelijke deel ondieper.


43


Figuur 3.8: Bodemligging Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas in januari 2009 (Bron: Rijkswaterstaat Zuid-Holland).


44


Figuur 3.9: Bodemligging Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas ten opzichte van trapjeslijn (bron: Rijkswaterstaat, Dienst Zuid-Holland)


45


4 Onderzoek verzilting problematiek 4.1

Algemeen De verzilting van het oppervlaktewater, die een gevolg is van de zoutindringing in het Noordelijk Deltabekken, is al sinds de jaren 70 onderwerp van uitgebreide studies. Immers, in het Noordelijk Deltabekken wordt op een groot aantal plaatsen zoet water ingenomen voor de landbouw en de drinkwatervoorziening en de kwaliteit van het ingenomen water voor deze doeleinden is gebonden aan vastgestelde normen. Studies naar de verzilting van oppervlaktewater kunnen in de volgende hoofdgroepen worden onderverdeeld: • •

Studies naar de gevolgen van ingrepen in het (beheer van het) Noordelijk Deltabekken, Studies naar de gevolgen van voorziene autonome ontwikkelingen in het Noordelijke Deltabekken.

De autonome ontwikkeling van het Noordelijk Deltabekken wordt hier gedefinieerd als de verandering van het systeem als gevolg van veranderingen van omgevingsfactoren die niet (direct) door menselijke ingrepen in het Noordelijk Deltabekken worden bepaald. In deze studie worden de klimaatverandering en de effecten ervan op de verziltingsituatie beschouwd als de autonome ontwikkeling van het gebied. Par. 4.2 bespreekt beknopt de gevolgen van historische ingrepen op de verzilting. De mogelijke gevolgen van klimaatverandering wordt besproken in Par. 4.3. In haar advies poneert de Deltacommissie ook een visie op de verzilting van oppervlaktewater in Zuidwest Nederland. Deze visie wordt aangehaald in Par. 4.4.

4.2

Invloed ingrepen op verzilting De belangrijkste ingrepen die invloed hebben gehad op de verzilting in het Noordelijk Deltabekken zijn: •

• •

• •

De afsluiting van het Haringvliet door de bouw van de Haringvlietsluizen en de ingebruikname in 1970 én aanpassingen op basis van opgedane praktijkervaringen in het beheer van de Haringvlietsluizen. De afsluiting heeft ook morfologische gevolgen gehad, met mogelijke effecten op de zoutindringing, De aanleg van de oorspronkelijke trapjeslijn in de Nieuwe waterweg en Nieuwe Maas tussen 1968 en 1973, De doorsteek van de Beerdam in 1997 gevolgd door een tweede opening in 1998. Omdat al in 1981 het Hartelkanaal in open verbinding is gebracht met de Oude Maas is door deze doorsteek een tweede verbinding tot stand gebracht tussen het rivierengebied en de zee. 1e aanpassing van de trapjeslijn in september 2000, 2e aanpassing trapjeslijn in september 2002 (bodemligging nabij de Waalhaven verdiept tot 14,8 m ten behoeve van de scheepvaart).

Ingrepen die momenteel voorzien worden en die invloed kunnen hebben op de zoutindringing zijn:


46


• •

4.2.1

De aanleg van Maasvlakte 2, Het Kierbesluit wat een gewijzigd beheer van de Haringvlietsluizen zal betekenen.

Afsluiting Haringvliet, beheer Haringvlietsluizen De Haringvlietsluizen zijn op 2 november 1970 in gebruik genomen (Rijkswaterstaat, 1972). De effecten van de toegenomen afvoer via de Nieuwe Waterweg op de chlorideconcentraties zijn in Figuur 4.1 weergegeven. Uit deze figuur volgt, dat de chlorideconcentraties bij de van Brienenoordbrug reduceren van maximaal 2000-3000 mg/l in oktober 1972 tot 200 à 300 mg/l gedurende de twee opvolgende maanden.

Figuur 4.1: ·Effect ingebruikname Haringvlietsluizen op gemeten chloridegehalten van Brienenoordbrug (Rijkswaterstaat, 1972). Verticale schaal is logaritmisch.

De volgende spuiregimes worden onderscheiden: LPH’84 Na de afsluiting van het Haringvliet in 1970 is een lozingsprogramma voor de Haringvlietsluizen ingesteld. Het sluisbeheer is van oorsprong gericht op (Rijkswaterstaat, 1998): veiligheid tegen overstroming; handhaving van de zoetwaterhuishouding langs de zuidrand; ten behoeve van voornamelijk de drinkwater- en de landbouwwatervoorziening; verdeling van de rivierafvoeren over het Noordelijk Deltabekken, zodanig dat de kans op verzilting van de noordrand minimaal is. Daarbij wordt uit nautisch oogpunt gestreefd naar een waterstand die bij Moerdijk niet onder NAP komt. Het lozingsprogramma is in 1984 (Steenkamp, 2002) geformaliseerd ten behoeve van de scheepvaart (zeevaart naar Moerdijk) en is vastgelegd in Lozingsprogramma Haringvlietsluizen 1984 (LPH’84).


47


Het lozingsprogramma LPH’84 streeft ernaar zo lang mogelijk een rivierafvoer van ca. 1500 m 3/s via de Nieuwe Waterweg in stand te houden; sinds de doorsteek van de Beerdam heeft deze afvoer betrekking op de Maasmond, d.i. de som van de afvoeren via de Waterweg en het Hartel-Beerkanaal. In grote lijnen komt het lozingsprogramma op het volgende neer (Rijkswaterstaat, 2004a): bij Bovenrijnafvoeren kleiner dan ca. 1100 m 3/s staan de sluizen dicht. Er wordt geen water geloosd, op ca. 10 m 3/s na via de zoutriolen. bij Bovenrijnafvoeren tussen ca. 1100 m 3/s en 1700 m 3/s staan de sluizen 25 m 2 open, waardoor een netto doorspoeldebiet van ca. 50 m 3/s in het westelijk deel van het Haringvliet wordt gerealiseerd. bij Bovenrijnafvoeren tussen ca. 1700 m 3/s en 3900 m 3/s wordt er iedere ebperiode gespuid, zolang de waterstand op zee dat toelaat. De bediening is erop gericht, dat er sprake is van een getijgemiddeld debiet via de Maasmond (= afvoer Nieuwe Waterweg + afvoer Hartelkanaal) ter grootte van ca. 1500 m 3/s. Bij het spuien wordt ervoor gewaakt, dat de laagwaterstand bij Moerdijk niet onder NAP komt. bij Bovenrijnafvoeren tussen ca. 3900 m 3/s en 9500 m 3/s neemt de spuiopening verder toe bij een toename van de afvoer. De bediening van de sluizen is erop gericht de waterstand van NAP bij Moerdijk te handhaven. Hierdoor zal de restafvoer via de Nieuwe Waterweg en het Hartelkanaal toenemen. bij Bovenrijnafvoeren groter dan ca. 9500 m 3/s staan de sluizen geheel open (6000 m 2) als de buitenwaterstand lager is dan de binnenwaterstand. Getemd Getij Het spuiregime volgens Getemd Getij is één van de onderzochte varianten tijdens de uitgevoerde MER voor een ander beheer van de Haringvlietsluizen. Bij deze variant is er weer sprake van getijdeninvloed tot in de Biesbosch met een getijverschil van 1 meter (vóór de afsluiting bedroeg het getijverschil 2 meter). De eventuele invoering van het spuiregime volgens Getemd Getij is echter nog verre toekomst. In 2003 is besloten om, vooruitlopend op een eventuele invoering van dit spuiregime, de Kiervariant in te voeren, waarbij sprake is van een beperkte openstelling van de sluizen tijdens eb en vloed. Het spuiregime volgens deze Kier-variant zal per 1 december 2010 operationeel zijn. Na een evaluatie van de Kier-variant in 2016, zal worden bekeken of het wenselijk is de sluizen nog verder open te zetten. In dat geval is een nieuwe besluitvormingsprocedure noodzakelijk. HOP (Haringvlietsluizen Operationeel Programma) volgens “de Kier” Dit betreft een uitwerking van het oorspronkelijke spuiprogramma t.b.v. “de Kier” zoals onderzocht als onderdeel van de uitgevoerde MER Ander Beheer Haringvlietsluizen. Het kierbesluit houdt in, dat verzilting van het Haringvliet toelaatbaar is tot de raai MiddelharnisSpui. Het programma is erop gericht de verziltingsituatie aan de Noordrand, i.e. Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas, niet te doen verslechteren. De genoemde uitwerking heeft onder meer betrekking op het ‘anticiperend’ spuien gedurende 2 tot 3 dagen voorafgaand aan de sluiting van de Haringvlietsluizen voor een langere periode (‘zoetspoelen’). Voor het HOP geldt, dat de sluizen t.o.v. het voor de MER onderzochte spuiregime minder vaak zullen openstaan (Projectorganisatie Realisatie de Kier, 2004b): • • •

LPH’84: eb 88% en vloed 0% van de tijd open; Ander Beheer Haringvlietsluizen: eb 95% en vloed 95% van de tijd open; HOP: eb 88% en vloed 73% van de tijd open.


48


4.2.2

Aanleg trapjeslijn Nieuwe Waterweg Resultaten van onderzoek in het eerste Getijmodel Rijnmond naar de invloed van de trapjeslijn op de zoutindringing zijn gegeven in paragraaf 2.4.1. De belangrijkste conclusie uit dit onderzoek is dat de trapjeslijn een positieve, maar geringe, invloed heeft op de zoutindringing. De juistheid van dit onderzoek, en dus de daaruit volgende conclusies, wordt betwist in (Rijkswaterstaat, 1988). De belangrijkste argumentatie hiervoor is dat het onderzoek in het Getijmodel Rijnmond is uitgevoerd vóór de zgn. bewijsproef en het onderzoek niet is uitgevoerd met de juiste randvoorwaarden. De ingebruikname van de Haringvlietsluizen in combinatie met het gereedkomen van de trapjeslijn heeft volgens (Rijkswaterstaat, 1988) tot gevolg gehad dat de verzilting, direct na aanleg van de trapjeslijn, is teruggedrongen tot het niveau van de 50-er jaren. Toename van verzilting in de jaren na gereedkomen van de trapjeslijn wordt toegeschreven aan het niet onderhouden van de trapjeslijn. De belangrijkste aanbeveling in (Rijkswaterstaat, 1988) is dat de trapjeslijn hersteld moet worden om verzilting tegen te gaan. Tenslotte worden in (Rijkswaterstaat, 1988) berekeningen met het 1-dimensionale water- en zoutbewegingsmodel ZWENDL gepresenteerd, die laten zien dat verruiming van de Nieuwe Waterweg een forse toename van de zoutindringing tot gevolg heeft. Samengevat stelt (Rijkswaterstaat, 1988), dat de trapjeslijn een uiterst effectief middel is om verzilting tegen te gaan.

4.2.3

Openstellen Beerdam Het effect van het openstellen van de Beerdam op 8 november 1997 en 30 juni 1998 op de zoutindringing in het Noordelijk Deltabekken is onderzocht in (Rijkswaterstaat, 2003) en (Rijkswaterstaat, 2006a). Beide studies laten zien, op basis van metingen, dat het openstellen van de Beerdam heeft geleid tot een toename van de verzilting. Op bijna alle meetlocaties in het Noordelijk Deltabekken waar chloridegehalten worden gemeten (regionale zoutmeetnet), wordt een toename van de maximale concentratie geconstateerd na het openstellen van de Beerdam. Dit betreft de volgende locaties (met diepte van de meetsensoren): Lekhaven (NAP-2,5 m, NAP-5,0 m en NAP-7,0 m), Spijkenisse (NAP-2,5 m, NAP-5,0 m en NAP-9,0 m) en Zuidland (= Bernisse) (NAP-3,0 m). De maximale chlorideconcentratie blijft gelijk in de volgende locatie: van Brienenoordbrug (NAP-2,5 m en NAP-6,5 m). De enige meetlocatie waar sprake is van een daling van de maximale concentratie betreft het meetpunt: Beerenplaat (NAP-2,0 m). Vooral voor dit meetpunt geldt, dat de meetsensor hoog in de verticaal is gepositioneerd, waardoor informatie over het zoutgehalte in de onderlaag ontbreekt. De minimale concentraties t.p.v. Spijkenisse en van Brienenoordbrug zijn na het openstellen van de Beerdam afgenomen.


49


Opvallend is dat het effect van het openstellen van de Beerdam niet juist voorspeld was vóór openstellen van de Beerdam en ook niet te reproduceren is ná openstellen van de Beerdam met de modellen SOBEK en DISTRO, zie (Rijkswaterstaat, 2003) en (Rijkswaterstaat, 1992).

4.2.4

1e Aanpassing trapjeslijn (2000) De 1e verdieping van de trapjeslijn in september 2000 heeft volgens het onderzoek in (Rijkswaterstaat, 2006a) geresulteerd in een afname van de verzilting. Hierbij zijn dezelfde locaties en posities in de vertikaal geanalyseerd als genoemd in Par. 4.2.3. In het gehele Noordelijk Deltabekken, met uitzondering van de meetlocatie Beerenplaat, nemen de gemeten maximale chlorideconcentraties af na de 1e aanpassing van de trapjeslijn. De maximale concentratie t.p.v. Beerenplaat blijft gelijk. De minimale chlorideconcentraties, met uitzondering van Beerenplaat en van Brienenoordbrug, nemen eveneens af.

4.2.5

2e Aanpassing trapjeslijn (2002) De 2e verdieping van de trapjeslijn in september 2002 heeft volgens het onderzoek in (Rijkswaterstaat, 2006a) geresulteerd in een duidelijke toename van de verzilting. In het gehele Noordelijk Deltabekken nemen de gemeten maximale chlorideconcentraties toe; in Zuidland (Bernisse) is deze toename het geringst. De minimale concentraties nemen in de volgende locaties toe: van Brienenoordbrug (NAP-2,5 m), Lekhaven (NAP-2,5 m en NAP-5,0 m), Spijkenisse (NAP-2,5 m) en Zuidland (NAP-3,0 m). De andere locaties met bijbehorende dieptes blijven nagenoeg op hetzelfde niveau. Er is geen directe verklaring voor het verschil in respons van de zoutindringing op de eerste en tweede aanpassing van de trapjeslijn. Mogelijk is de periode tussen beide aanpassingen (slechts 2 jaar) te kort geweest om de zoutverdeling gedurende de periode 2000-2002 nauwkeurig te kunnen vaststellen.

4.2.6

Aanleg Maasvlakte 2 Op voorhand mag verwacht worden dat de aanleg van Maasvlakte 2 een afname van de zoutindringingslengte tot gevolg kan hebben en dus gunstig is met betrekking tot verzilting. Immers, de mond van de Maasvlakte 2 ligt 5 km meer zeewaarts dan voor de huidige situatie. Echter, de uitbouw van de kust heeft alleen betrekking op de zuidzijde van de Maasmond, zie Figuur 4.2, waardoor een reductie van de zoutindringing vermoedelijk niet optreedt. Dit wordt ondersteund met simulaties met het 3-dimensionale RIJMAMO model, welke laten zien dat voor de toekomstige Maasvlakte de zoutindringingslengte gelijk blijft aan de huidige situatie (Waterloopkundig Laboratorium, 1999). Opgemerkt wordt, dat het hier berekeningen betreft voor een beheer met een getemd getij van de Haringvlietsluizen.


50


Figuur 4.2: Artistieke impressie Maasvlakte 2 (bron: www.maasvlakte2.com).

4.3

Toename verzilting als gevolg van gewijzigd klimaat Het effect van klimaatverandering op de verzilting van oppervlaktewater in het Noordelijk Deltabekken wordt onderzocht in (Rijkswaterstaat, 2008) en (Rijkswaterstaat, 2005). Voor een 5-tal karakteristieke jaren is de verwachte verzilting in 2050 voor 4 verschillende klimaatscenario’s bepaald met een groot aantal SOBEK berekeningen. De 5 karakteristieke jaren, bepaald in (Rijkswaterstaat, 2006b), zijn: • • • • •

Het extreem zoute jaar 1976, Het zoute jaar 2003, Het gemiddeld zoute jaar 1996, Het brakke jaar 1994, Het matige brakke jaar 2002.

De gebruikte klimaatscenario;’s zijn afkomstig van het KNMI. Schematisch worden de scenario’s weergegeven in Figuur 4.3.


51


Figuur 4.3: Schematische weergave gebruikte klimaatscenario’s.

Scenario’s G en W veronderstellen een wereldwijde temperatuurstijging van respectievelijk 1 en 2 graden zonder verandering van luchtstromingspatronen. Voor de scenario’s G+ en W+ wordt wel een verandering van luchtstromingspatronen verondersteld. Voor verzilting van het oppervlaktewater in het Noordelijk Deltabekken zijn de belangrijkste veranderingen als gevolg van een gewijzigd klimaat de zeespiegelstijging en veranderingen van de Bovenrijn- en Maasafvoer (en eventueel een verandering van de stormfrequentie en daarmee gepaard gaande middenstandsveranderingen). Afvoeren worden groter in de wintermaanden maar kleiner in de zomermaanden wat dus de kans op verzilting doet toenemen gedurende de zomer. De veranderingen worden voor de 4 KNMI scenario’s gegeven in tabel 4.1. Tabel 4.1: Zeespiegelstijging en relatieve afvoerverandering (2050 t.o.v. 1990) Scenario G Scenario W Scenario G+ Scenario W+ Zeespiegelstijging 15-25 cm 20-35 cm 15-25 cm 20-35 cm Verandering Bovenrijnafvoer 0%/-5% 0%/-5% -20% -35%/-40% Verandering Maasafvoer 0% 5% -15%/-20% -25%/-40%

Het gevolg van de 4 bovengenoemde klimaatscenario’s voor het innamepunt Hollandsche IJssel wordt getoond in Figuur 4.4. Vooral het G+ en W+ scenario resulteren in een forse toename van het overschrijden van de norm voor gemiddeld zoute, zoute en extreem zoute jaren. Dit geldt ook, maar in veel minder mate, voor de G en W scenario’s. Aangezien niet is aan te geven welk van de klimaatscenario’s het meest waarschijnlijk is, kan niet meer worden geconcludeerd dan dat klimaatwijziging een toename van verzilting tot gevolg heeft. De mate waarin zal afhangen van hoe het klimaat daadwerkelijk zal veranderen. Van Vuren en Kwadijk (2007) bevelen aan om voor de jaren na 2015 voor waterkwantiteits-vraagstukken uit te gaan van het G+ scenario wat voor het innamepunt Gouda een aanzienlijke verslechtering ten opzichte van de huidige situatie tot gevolg heeft.


52


Figuur 4.4: Totale jaarlijkse overschrijdingsduur (dagen) van een chlorideconcentratie van 250 mg/l langer dan 48 uur bij Gouda voor verschillende klimaatscenario’s betrekking hebbende op het jaar 2050 (Rijkswaterstaat, 2008).

4.4

Visie deltacommissie In het rapport Samen Werken met water geeft de Deltacommissie (http://www.deltacommissie.com/) haar visie op het omgaan met verzilting in de toekomst.

Zoutindringing via de Nieuwe Waterweg wordt niet langer meer met grote hoeveelheden rivierwater bestreden. De inlaatpunten worden, waar nodig, verlegd. Innovatieve ontwikkelingen in de behandeling van zout water kunnen bijdragen. Verder komt de zoetwatervoorziening voor West-Nederland uit het IJsselmeer en mogelijk uit lokale berging. Uit Samen Werken met Water, Deltacommissie 2008 De commissie lijkt dus toename van verzilting te accepteren en doet geen poging verzilting te bestrijden. Het gaat hier echter om een ver toekomstbeeld. Voor Rijkswaterstaat is het wel degelijk van belang om te weten in welke mate de zoutindringing kan worden gestuurd door aanpassingen aan de bodem van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas (en eventueel ook de Oude Maas). Voor haar veiligheidsadviezen baseert de commissie zich op een klimaatscenario dat als extremer dan het W+ en G+ scenario gezien kan worden, zie Figuur 4.5. Voor de periode tot 2050 stemmen de scenario’s van het KNMI en de Deltacommissie overeen. De door de Deltacommissie gehanteerde zeespiegelstijging in 2100 is echter veel groter dan volgend uit de KNMI scenario’s.


53


Figuur 4.5: Scenario’s voor zeespiegelstijging.

4.5

Conclusies zoutindringing/verzilting Uit de in het verleden uigevoerde studies naar verzilting van oppervlaktewater kunnen de volgende conclusies getrokken worden: • • •

•

Het verondiepen van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas gaat zoutindringing tegen en heeft dus een positief effect met betrekking tot verzilting. De aanleg van Maasvlakte 2 heeft naar verwachting geen gevolgen voor de zoutindringing in de Nieuwe Waterweg. De implementatie van het kierbesluit houdt in, dat verzilting van het Haringvliet toelaatbaar is tot de raai Middelharnis-Spui. Het programma is erop gericht de verziltingsituatie aan de Noordrand, i.e. Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas, niet te doen verslechteren. Als gevolg van klimaatverandering zal de zoutindringing en dus ook de verzilting van het Noordelijk Deltabekken toenemen.


54


5 Analyse van beschikbaar modelinstrumentarium 5.1

Algemeen De zoutindringing in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas wordt, grofstoffelijk, bepaald door de waterstand op zee (getijbeweging incl. middenstandsveranderingen t.g.v. stormen4), de rivierafvoer en de bodemligging in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Om een verandering van de zoutindringing als gevolg van herstel van de trapjeslijn of klimaatverandering te kunnen voorspellen moeten modellen dus gevoed worden met bodemligging en waterbeweging. Een vijftal klassen van modellen, oplopend in zowel complexiteit als vereiste rekeninspanning, voldoet hieraan: • •

•

•

•

Semi-analytisch/empirische modellen; 1-Dimensionale gecombineerde waterbeweging/zoutverspreidingmodellen, waarin diepte- en breedtegemiddelde stroomsnelheden en zoutconcentraties worden uitgerekend op een netwerkschematisatie; 2-Dimensionale gecombineerde waterbeweging/zoutverspreidingmodellen waarin breedtegemiddelde stroomsnelheden en zoutconcentraties worden uitgerekend op een netwerkschematisatie (2Dv modellen); 2-Dimensionale gecombineerde waterbeweging/zoutverspreidingmodellen waarin dieptegemiddelde stroomsnelheden en zoutconcentraties worden uitgerekend op een horizontaal rekenrooster (2Dh modellen); 3-Dimensionale gecombineerde waterbeweging/zoutverspreidingmodellen waarin stroomsnelheden en zoutconcentraties worden uitgerekend op een horizontaal en vertikaal rekenrooster (3D modellen).

De voor- en nadelen van de verschillende modellen worden hieronder besproken: Ad 1)

Ad 2)

4.

Een semi-analytisch/empirisch model om zoutindringing in een alluviaal estuarium te voorspellen wordt beschreven in (Savenije, 2005). Groot voordeel van dit model is dat de vereiste rekeninspanning te verwaarlozen is. Nadeel is dat de waterbeweging toegeleverd moet worden en alleen chloridegehalten voorspeld worden. Om de impact van klimaatwijziging op zoutindringing te voorspellen moet dus als eerste het effect van klimaatwijziging op de waterbeweging in het interessegebied worden bepaald. 1-Dimensionale modellen rekenen zelf de gecombineerde waterbeweging/zoutindringing uit op een netwerk bestaande uit takken dat een rivierenstelsel weergeeft. De vereiste rekeninspanning is beperkt. Transport van zout wordt beschreven met een advectie/dispersie vergelijking Het advectieve deel van het zouttransport is het transport met breedte- en dieptegemiddelde stroomsnelheden. Het dispersieve deel van het transport is het transport van zout ten opzichte van breedte- en dieptegemiddelde stroomsnelheden. De gevolgen voor het zouttransport van ruimtelijke verschillen

Het verschil tussen de hoogwaterstand te Hoek van Holland en de laagwaterstand te Moerdijk (HL-parameter) wordt gebruikt als grootheid om het effect van het getij incl. middenstandverandering op de verzilting te beschrijven. De LH-parameter, laagwaterstand Hoek van Holland minus hoogwaterstand Moerdijk, beschrijft het terugdringen van de zouttong.


55


Ad 3)

Ad 4)

Ad 5)

tussen breedte- en dieptegemiddelde stroomsnelheden en daadwerkelijk stroomsnelheden worden verdisconteerd in de dispersiecoëfficiënt. Om de gevolgen van klimaatwijziging te bepalen moeten de randvoorwaarden van het model worden aangepast zodanig dat de randvoorwaarden een gewijzigd klimaat representeren (bijv. waterstand op zee verhoogd). Om het effect van verdiepingen of verondiepingen te bepalen moet, naast het aanpassen van de diepten van rekentakken, ook het effect van diepteverandering op de dispersiecoëfficiënt worden geschat. Voor het Noordelijk Deltabekken is een 1-dimensionaal SOBEK model beschikbaar (Rijkswaterstaat, 2000). Met het model was het niet mogelijk de gevolgen van de doorsteek van de Beerdam goed te voorspellen (Rijkswaterstaat, 2003). Wel bleek het mogelijk, weliswaar na aanpassing van de dispersiecoëfficiënten, kwalitatief de eind 2005 opgetreden achterwaartse verzilting in het westelijk gedeelte van de Rijn-Maasmonding weer te geven (Rijkswaterstaat, 2006c). 2Dv modellen zijn netwerkmodellen vergelijkbaar met 1-dimensionale modellen echter de diepte is verdeeld in een aantal rekenlagen. Dit betekent dat verticale gradiënten van stroomsnelheid en saliniteit, en de gevolgen daarvan, worden weergegeven. Dit betekent dat meer van de fysica van zoutindringing daadwerkelijk wordt opgelost en minder hoeft te worden verdisconteerd in een dispersiecoëfficiënt. Er bestaat een 2Dv DISTRO model van het Noordelijk Deltabekken echter dit model en het programmapakket DISTRO zijn niet langer operationeel. Ook met het DISTRO model van het Noordelijk Deltabekken bleek het niet mogelijk de gevolgen van het openstellen van de Beerdam goed te voorspellen. 2Dh modellen berekenen gecombineerde water- en zoutbeweging op een horizontaal rekenrooster. De diepte wordt weergegeven met 1 enkele rekenlaag. Effecten van horizontale snelheids- en zoutgradiënten worden weergegeven, echter de effecten van verticale gradiënten niet. De vereiste rekeninspanning is afhankelijk van de horizontale resolutie en het daaruit volgende aantal rekenpunten. Echter, in het algemeen is de vereiste rekeninspanning groot. 3-Dimensionale modellen rekenen gecombineerde water- en zoutbeweging uit op een 3-dimensionaal rekenrooster. Ten opzichte van eerder genoemde modellen is dit de meest complete/juiste beschrijving van het fysische gedrag van een estuarium. De vereiste rekeninspanning is groot (ongeveer 1 week om 2 weken te simuleren). Bij Rijkswaterstaat is het 3-dimensionale Zeedeltamodel (Rijkswaterstaat, 1999) in gebruik. Het Noordelijk Deltabekken is in dit model opgenomen. Dit model kan gebruikt worden om de effecten van het herstel van de trapjeslijn te bepalen. Echter, de nauwkeurigheid waarmee zoutgehalten in de Hollandsche IJssel (innamepunt Gouda) en de Oude Maas (inname Beerenplaat) worden gereproduceerd is niet bekend. Voor de monding van de Nieuwe Waterweg nabij Hoek van Holland geldt, dat het verschil tussen gemeten en berekende saliniteit ongeveer 2 g/l (zeewater ongeveer 20 g/l, rivierwater ongeveer 100 mg/l) bedraagt. De in de monding van de Nieuwe Waterweg optredende stratificatie (verschillen in zoutgehalten tussen oppervlakte en bodem) wordt door het Zeedelta model onderschat.

Voor de huidige studie is de belangrijkste vraag hoe goed de verschillende modellen het effect van bodemveranderingen in de Nieuwe Waterweg en/of de Nieuwe Maas op de zoutindringing voorspellen. Voor zowel het Sobek model van het Noordelijk Deltabekken als


56


het Zeedelta model geldt dat hiervoor nieuwe berekeningen in combinatie met schematisatie aanpassingen nodig zijn. Voor het analytische Savenije model is voldoende informatie uit onderzoek in het voormalige Getijmodel Rijmond voorhanden om de mogelijkheden van dit model waar het de reproductie van effecten van bodemverandering op zoutindringing betreft te onderzoeken. Hierop wordt in de navolgende paragraaf uitgebreid ingegaan.

5.2

Reproductie effecten van verondiepingen met analytisch model

5.2.1

Inleiding Door Savenije (2005) is een analytische methode ontwikkeld om de zoutverdeling in een estuarium te beschrijven. De methode is gevalideerd aan de hand van metingen in een groot aantal estuaria in de wereld. Door de modelparameters te relateren aan de geometrische en hydrodynamische kenmerken van de watersystemen zijn empirische relaties afgeleid, waardoor het model in voorspellende zin kan worden toegepast. Als onderdeel van de voorstudie voor het herstel van de trapjeslijn is nagegaan of, en zo ja hoe, dit model kan worden ingezet bij de beantwoording van de onderzoeksvraag. Daartoe is het model geschikt gemaakt voor het Noordelijk Deltabekken, dat door zijn prismatische riviertakken afwijkt van de natuurlijke estuaria met een trechtervormige mond en convergerende dwarsdoorsnede in stroomopwaartse richting. Het model is geverifieerd aan de hand van metingen in het (tweede) Getijmodel Rijnmond. Dit model simuleert de fysische processen door op schaal de inhomogene stroming in de gemodelleerde geometrie van het Noordelijk Deltabekken na te bootsen. Op basis van schaaloverwegingen kan worden bereikt, dat de dominante mechanismen zoals getijvoortplanting, rivierafvoer, dichtheidseffecten en menging correct worden gesimuleerd (Waterloopkundig Laboratorium, 1981). Het Getijmodel Rijnmond is gecalibreerd en geverifieerd aan de hand van een groot aantal meetcampagnes in het prototype (Waterloopkundig Laboratorium, 1984 en 1985). Omdat in de jaren 80 van de vorige eeuw mathematische (numerieke) modellen nog niet voldoende waren ontwikkeld, vormde het getijmodel destijds de ‘state of the art’ met betrekking tot de modellering van de zoutindringing5. In het Getijmodel Rijnmond zijn onder meer de effecten van verondiepingen van (delen van) riviertakken op de zoutverdeling systematisch onderzocht. In deze paragraaf worden enkele resultaten van uitgevoerde simulaties met het analytische model gepresenteerd. Hierbij worden de effecten van verondiepingen, zoals gemeten in het Getijmodel Rijnmond, vergeleken met de uitkomsten van het analytische model6. Aansluitend zijn enkele berekeningen met het analytische model uitgevoerd om een eerste schatting te geven van de verwachte veranderingen van de chlorideconcentraties, die het gevolg zijn van het herstel van de trapjeslijn.

5.

Hoe goed de huidige numerieke 3D-modellen presteren ten opzichte van het Getijmodel Rijnmond, waar het de simulatie van de inhomogene waterbeweging betreft, is onbekend.

6.

Een meer uitgebreide vergelijking tussen het analytische model, metingen in het Getijmodel Rijnmond en observaties in het prototype is uitgevoerd in Appendix C. De appendix geeft eveneens een beknopte mathematische beschrijving van het analytische model.


57


5.2.2

Verificatie analytisch model Het inhomogene deel van het Noordelijk Deltabekken, bestaande uit de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas, is met het analytische model geschematiseerd volgens Figuur 5.1. De zeerand van het model ligt ter plaatse van de kop van de splitsingsdam t.p.v. kmr. 1033, zie de rode stip in de figuur Verondersteld wordt, dat de saliniteit niet of nauwelijks wordt beïnvloed door ingrepen in het gebied bovenstrooms van deze locatie. Ter plaatse van het splitsingspunt Nieuwe Maas-Oude Maas (kmr. 1013) bevindt zich een interne rand voor het model, zie de blauwe stip. De zoutverdeling wordt eerst berekend voor de Nieuwe Waterweg (traject kmr. 1033-1013). Vervolgens wordt de saliniteit in kmr. 1013 gebruikt als randvoorwaarde voor de Nieuwe en Oude Maas. De dispersiecoëfficiënten voor beide riviertakken wordt ter plaatse van deze locatie bepaald met de kentallen voor de Nieuwe en Oude Maas. Deze kentallen hebben betrekking op de getijsnelheid v0, de waterdiepte h0, de Chézy-ruwheid C en de rivierafvoersnelheid Uriv. Het relatieve dichtheidsverschil / wordt berekend aan de hand van de berekende saliniteit ter plaatse van het splitsingspunt en de saliniteit van het rivierwater7. De berekening van de zoutverdeling verloopt dus van benedenstroomse in bovenstroomse richting. Een tweede interne rand ligt ter plaatse kmr. 1000, waar de bodem een sprong vertoont. In principe is het model op deze wijze uit te breiden met meerdere takken, bijvoorbeeld Oude Maas-midden en het Spui. Uitbreiding met de Hollandsche IJssel is in dit analytische model niet mogelijk, omdat op deze riviertak geen zoutverdeling kan worden berekend voor (i) de situatie met een negatieve restafvoer (onttrekking te Gouda) en (ii) voor de situatie zonder restafvoer (geen onttrekking). Indien met het model een verzilting van de Nieuwe Maas ter hoogte van de mond Hollandsche IJssel wordt berekend, zal dit worden beschouwd als verzilting van Gouda. Een dergelijke situatie doet zich overigens ook in werkelijkheid voor.

7.

Met het model wordt alleen de verandering van de chlorideconcentratie als gevolg van de zeeïnvloed berekend. Het chloridegehalte van het aangevoerde rivierwater (vooral Bovenrijn) bedraagt orde 0,1 à 0,2 g/l (zie Par. 3.2). De totale concentratie in een bepaalde locatie kan worden bepaald als som van beide concentraties.


58


Figuur 5.1: Noordelijk Deltabekken en schematisatie voor analytisch model.

Volgens bovenstaande schematisatie bestaat elke tak uit een externe of interne rand en een geschematiseerd rivierdeel met uniforme kenmerken (waterdiepte en dwarsdoorsnede, getijsnelheid, rivierafvoersnelheid en modelparameter K). Bij de bepaling van de effecten van de verondiepingen op de zoutverdeling dienen zowel voor de referentiesituatie als voor de situaties met verondiepingen de karakteristieke grootheden voor de waterbeweging en geometrie bekend te zijn: de waterdiepte h0, getijsnelheid v0, Chézy-ruwheid C en de rivierafvoersnelheid Uriv (ofwel de restafvoeren over de riviertakken). De waarden voor de waterbeweging zijn ontleend aan de gerapporteerde waarden in het Systeemonderzoek (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a), welke zijn berekend door het eendimensionale model ZWENDL. De ruwheid van de takken is bepaald door calibratie van het Savenije model aan de waarnemingen in het Getijmodel. In Figuur 5.2a+b zijn de resultaten van het analytische model voor de referentiesituatie en twee verondiepingen van de Nieuwe Waterweg (resp. ‘10%’ en ‘20%’) gegeven samen met de metingen in het Getijmodel Rijnmond in zes locaties: Hoek van Holland, Maassluis, Schiedam, van Brienenoordbrug, Spijkenisse en Beerenplaat. De gemeten chloridegehalten betreffen gemiddelde waarden voor een getijreeks van 14,5 dagen.


59

kmr. 990

Brienenoord Holl. IJssel

Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Poortersh.

Maassluis

Verondieping 10% en 20% Nieuwe Waterweg. QBR = 800 m 3/s

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15 Referentie

Chloridegehalte [g/l]

10% verond. 20% verond. 10

M2086-ref. M2086-10% M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Beerenplaat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Poortersh.

Maassluis


Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Figuur 5.2a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.

15 Ref erentie



M2086-ref . M2086-10% M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [k m ]

Figuur 5.2b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.

Uit de figuren volgt: - De referentie situatie wordt zeer goed door het analytische Savenije model beschreven. Opmerkelijk is dat de overeenstemming zelfs kwantitatief zeer goed is te noemen.


60


-

-

De effecten van de verondiepingen op de zoutverdelingen zijn groot. De grootte van de veranderingen in absolute zin zijn klein in de nabijheid van de punt van de zouttong. Toch kunnen deze veranderingen belangrijk zijn gelet op de gehanteerde normen bij de innamepunten. Het analytische model beschrijft zeer goed de effecten van de verondiepingen.

Onderstaande figuren geven in detail de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties nabij de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat.

kmr. 990

Holl. IJssel

Brienenoord

Verondieping 10% en 20% Nieuwe Waterweg. Q BR = 800 m3/s

2.5 Referentie 10% verond.


2

20% verond. M2086-ref.

1.5

M2086-10% M2086-20% 1

0.5

0 35

36

37

38

39

40

41

42

43

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Spui

Spijkenisse

Beerenplaat

Verondieping 10% en 20% Nieuwe Waterweg. QBR = 800 m3/s

2.5 Referentie


2

10% verond. 20% verond. M2086-ref.

1.5

M2086-10% M2086-20% 1

0.5

0 24

25

26

27

28

29

30

31

32

X t.o.v km r. 1033 [km]

Figuur 5.3: Berekende en gemeten zoutverdeling ter plaatse van locaties van Brienenoordbrug (boven) en Beerenplaat (onder) voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.

Eveneens zijn de effecten van simultane verondiepingen van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe en Oude Maas bekeken. Dit is gedaan voor Bovenrijnafvoeren van 800 en 1100 m 3/s. Ook voor deze gevallen wordt een goede overeenstemming bereikt tussen het analytische model en de uitgevoerde metingen in het getijmodel. Voor de resultaten wordt verwezen naar Appendix C.


61


Van alle uitgevoerde simulaties (zie Appendix C) zijn voor de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties de gemeten waarden in het Getijmodel Rijnmond en de met het analytische model berekende concentraties in de eerder genoemde zes locaties onderling vergeleken, zie Figuur 5.4. Uit de figuur volgt dat de effecten van de verondiepingen op de zoutverdeling bij twee afvoersituaties volgens het analytische model van dezelfde grootte zijn als de effecten volgens de uitgevoerde metingen in het getijmodel (de punten liggen langs de rode 1:1 lijn). De voorspellende waarde van het analytische model is in deze dus gelijk aan die van het Getijmodel Rijnmond. Omdat het een vergelijking tussen twee modellen betreft, blijft er een onzekerheid bestaan in hoeverre de effecten van de verondiepingen representatief zijn voor het prototype. Op basis van (i) overwegingen dat met het schaalmodel de dominante fysische processen correct worden weergegeven (Waterloopkundig Laboratorium, 1981) en (ii) bereikte resultaten van de calibratie en opvolgende verificaties van het model kan worden geconcludeerd, dat effecten van ingrepen (verondiepingen) door het Getijmodel Rijnmond, en daarmee dus ook door het analytische model, correct worden beschreven. Chloridegehalte t.g.v. verondiepingen Waterweg, Nieuwe en Oude Maas QBR = 800 m3/s en QBR = 1100 m3/s 15

Cl-gehalte Savenije [g/l]

12

9

6 Referentie: QBR=800 m3/s Referentie: QBR=1100 m3/s Verondiepingen WaWe: QBR=800 m3/s

3

Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=800 m3/s Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=1100 m3/s 0 0

3

6

9

12

15

Cl-gehalte Getijmodel Rijnmond (M2086) [g/l]

Figuur 5.4: Vergelijking gemeten en berekende chlorideconcentraties in 6 locaties voor alle simulaties.

Het analytische model is eveneens direct vergeleken met veldmetingen op 10 september 1979. Dit betreffen metingen vanaf voor anker liggende schepen, die destijds speciaal zijn uitgevoerd voor de calibratie van het model. Bij deze vergelijking blijkt het nodig de Chézyruwheid op de Waterweg te verlagen, zie Appendix C voor een nadere analyse.

5.2.3

Verwacht effect herstel trapjeslijn op de zoutverdeling Na de verificatie van het analytische model aan metingen in het Getijmodel Rijnmond (d.i. de reproductie van effecten van grootschalige verondiepingen op de zoutverdeling) is het model toegepast om de gevolgen van het herstel van de trapjeslijn op de zoutverdeling te kwantificeren. In deze paragraaf worden de belangrijkste resultaten gepresenteerd. Voor details met betrekking tot de schematisatie van de trapjeslijn en de modelinstellingen wordt


62


verwezen naar Appendix C. Voor de bodem van de Nieuwe Waterweg (tussen kmr. 1014 en 1033, dus incl. het deel tussen kmr. 1030 en 1033) en de Nieuwe Maas (tussen kmr. 1014 en 1001) is de bodem van maart 2008 gebruikt; voor de bodem van de Oude Maas west (tussen het Spui en de Nieuwe Maas) is de diepte in het jaar 2000 gebruikt8. Vergelijking van de bodem volgens de trapjeslijn en die van maart 2008 voor de Waterweg en Nieuwe Maas toont, dat de Waterweg momenteel gemiddeld 0,5 m te diep is. Voor de eerste en tweede trede van de trapjeslijn op de Nieuwe Maas (gerekend vanaf het splitsingspunt) is de huidige bodemligging resp. 0,5 m en 0,2 m te diep. De longitudinale zoutverdeling voor (i) de bodem maart 2008 (Waterweg en Nieuwe Maas) en 2000 (Oude Maas west) en (ii) de zoutverdeling voor de situatie met de trapjeslijn 2002 is weergegeven in Figuur 5.5a+b voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. Het verschil tussen beide simulaties is uitgezet t.o.v. de rechteras. Een positieve waarde houdt in, dat de chlorideconcentratie voor de situatie met de trapjeslijn is afgenomen t.o.v. de situatie met de bodem van maart 2008 voor de Waterweg en Nieuwe Maas (en de bodem van de Oude Maas in 2000).

Holl. IJssel

Brienenoord

Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Chloridegehalte (tijdsgemiddeld) Waterweg-Nieuwe Maas - QBR = 800 m 3/s

15

1.2


Trapjeslijn (2002) Bodem (mrt. 2008) 10

0.8

Trapje Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur 5.5a: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s. Verschillen t.o.v. rechteras: positief = reductie chloridegehalte t.g.v. herstel trapjeslijn.

8.

De simulaties met het analytische model zijn aan het begin van de voorstudie uitgevoerd. Op dat moment was de diepte van de Oude Maas in het jaar 2000 de meest actuele informatie, waarover kon worden beschikt. De effecten van de onderzochte bodemveranderingen van de trapjeslijn zullen vermoedelijk niet veel anders zijn voor een (iets) andere bodemligging van de Oude Maas.


63


Beerenplaat Spui

Beerengat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Chloridegehalte (tijdsgemiddeld) Waterweg en Oude Maas - QBR = 800 m 3/s

15

1.2

10

0.8 Bodem (mrt. 2008)


Trapjeslijn (2002)

Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur 5.5b: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Oude Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s. Verschillen t.o.v. rechteras: positief = reductie chloridegehalte t.g.v. herstel trapjeslijn.

Voor de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat zijn de tijdsgemiddelde chloridegehalten weergegeven in Figuur 5.6. Tijdsgemiddelde chloride-gehalte QBR = 800 m 3/s 1.20

Chloride-gehalte [g/l]

1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002)

0.40

0.20

0.00 Van Brienenoordbrug

Beerenplaat

Figuur 5.6: Tijdsgemiddelde chlorideconcentraties t.p.v. van Brienenoordbrug en Beerenplaat: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s.

De maximale afname in de chlorideconcentratie bedraagt 0,5 g Cl-/l (~ 10%) en treedt op nabij kmr. 1000 op de Nieuwe Maas. Ter plaatse van de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat is de afname resp. 0,2 en 0,1 g Cl-/l (15-20%). Bovenstrooms van deze locaties neemt de reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie af. De reductie is vooral het gevolg van de verondieping van de Waterweg met 0,5 m.


64


De simulaties voor een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s geven een vrijwel identieke afname van de zoutindringing, zie Appendix C. Tenslotte zijn in Figuur 5.7 de afvoerafhankelijke tijdsgemiddelde chlorideconcentraties t.p.v. van Brienenoordbrug en Beerenplaat voor beide bodems weergegeven. De verschillen geven aan, dat voor afnemende Bovenrijnafvoeren de afname ten gevolge van het herstel van de trapjeslijn groter wordt. Uiteraard zijn meer afvoersituaties nodig om de relatie nauwkeuriger aan te geven. In het rapport van Rijkswaterstaat, waar de droogteperiode van 2003 wordt geanalyseerd, wordt afgeleid dat sprake is van permanente verzilting van de Hollandsche IJssel bij een Bovenrijnafvoer van 1200 m 3/s, zoals deze twee dagen eerder bij Lobith is opgetreden (en met een forse onttrekking te Gouda), zie Rijkswaterstaat (2004b). Uit Figuur 5.7 volgt, dat bij de van Brienenoordbrug de chlorideconcentratie t.g.v. verzilting vanuit zee begint bij een Bovenrijnafvoer van 1100 à 1150 m 3/s (de bodem van de Waterweg en Nieuwe Maas ligt in 2003 gemiddeld iets dieper dan volgens de trapjeslijn, maar is ondieper dan de bodem van maart 2008, zie Figuren 3.7a t/m 3.7d). Hierbij moet nog het volgende worden opgemerkt: • Van Brienenoordbrug ligt ongeveer 1,5 km benedenstrooms van de mond van de Hollandsche IJssel en zal daardoor “eerder” verzilten dan de Hollandsche IJssel. Volgens het analytische model zal verzilting van de Hollandsche IJssel dus optreden bij een Bovenrijnafvoer die iets lager is dan 1100 à 1150 m 3/s. • In het analytische model is nog geen rekening gehouden met de doorsteek Beerdam. Uit analyses van waarnemingen volgt dat de zouttoestand van het Noordelijk Deltabekken weliswaar is verslechterd, maar dat de (maximale) chlorideconcentraties t.p.v. de van Brienenoordbrug niet zijn veranderd (Rijkswaterstaat, 2003 en 2006a), zie Par. 4.2.3. Uit het voorgaande volgt, dat het analytische model de verzilting t.p.v. de Hollandsche IJssel enigszins lijkt te onderschatten. Tijdsgemiddelde chloride-concentraties van Brienenoordbrug afvoerafhankelijke reductie 1.20

Cl--concentratie [g/l]

1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002) 0.40

0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m3/s]


65


Tijdsgemiddelde chloride-concentraties Beerenplaat afvoerafhankelijke reductie 1.20


1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002)

0.40

0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m 3/s]

Figuur 5.7: Tijdsgemiddelde chlorideconcentraties te van Brienenoordbrug (boven) en Beerenplaat (onder) als functie van de Bovenrijnafvoer voor de actuele bodem (maart 2008 en 2000) en de trapjeslijn (2002).

Eerder is opgemerkt, dat er onzekerheid bestaat over de toe te passen Chézy-ruwheid voor de Waterweg. Indien de Chézy-ruwheid wordt verlaagd van 80 m 1/2/s, zoals gebruikt hiervoor, naar 65 m1/2/s, wordt de zoutindringing minder ten gevolge van de toegenomen ruwheid. Voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s blijft het effect van het herstel van de trapjeslijn echter vrijwel gelijk. Voor een Bovenrijnafvoer van 1100 m3/s is er geen verzilting in beide locaties en is er dus geen reductie ten gevolge van een bodemaanpassing. Volgens waarnemingen zou bij deze Bovenrijnafvoer wel sprake moeten zijn van verzilting in beide locaties (zie hiervoor en pers. comm. Van Spijk). Voor details wordt verwezen naar Appendix C. De bovengenoemde analyse is gebaseerd op een beschouwing van de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties. De conclusies hebben daarom betrekking op de getijgemiddelde positie van de zoutindringslengte. Voor de maximale concentraties geldt, dat op het moment van hoogwaterkentering de zoutindringingslengte over een lengte van globaal de halve vloedweg landwaarts is verschoven. Een afname van de waterdiepte in een riviertak leidt tot grotere getijsnelheden en dus tot een grotere vloedweg. Het is daarom mogelijk, dat een afname van de getijgemiddelde zoutindringing samengaat met een toename van de maximale zoutindringing. Het volgende wordt geconcludeerd: 1. Het herstel van de trapjeslijn terug naar de situatie van 2002 heeft tot gevolg dat de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie ter plaatse van de van Brienenoordbrug en Beerenplaat reduceert met respectievelijk 0,2 g Cl-/l en 0,1 g Cl-/l (15-20%) bij een afvoersituatie van 800 m3/s Bovenrijnafvoer. 2. Voor de locatie van Brienenoordbrug geldt de onder 1. genoemde reductie van 0,2 g Cl-/l ook bij een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s. Bij deze afvoer verzilt Beerenplaat niet, zodat de reductie ter plaatse gelijk nul is. 3. Er is een onzekerheid m.b.t. de aan te houden Chézy-ruwheid voor de Waterweg. Indien een grotere ruwheid voor de Waterweg wordt gehanteerd, C = 65 m 1/2/s i.p.v. 80 m 1/2/s, is er alleen bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s sprake van een reductie van 0,2 g Cl-/l t.p.v. van Brienenoordbrug en 0,1 g Cl-/l t.p.v. Beerenplaat. Voor een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s is er geen reductie in beide locaties. Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

66


4. Samenvattend kan worden gesteld dat voor Bovenrijnafvoeren van 800-1100 m 3/s de verwachte reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie in het bereik ligt van 0-0,2 g Cl-/l bij de van Brienenoordbrug en 0-0,1 g Cl-/l te Beerenplaat. 5. De genoemde waarden voor de verwachte afname van de zoutgehalten na een herstel van de trapjeslijn geldt voor de geometrie van vóór de doorsteek van de Beerdam. Verwacht wordt, dat de effecten van verondiepingen als gevolg van het herstel van de trapjeslijn van dezelfde grootte zullen zijn als voor de situatie met een open verbinding via het Hartel- en Beerkanaal. Immers ook in dat geval heeft een diepteafname een belangrijk effect op de zoutindringing. Wel kan voor de situatie met een open Beerdam een verondieping van de Nieuwe waterweg tot gevolg hebben dat een iets andere afvoerverdeling zal ontstaan tussen de Waterweg en het Hartelkanaal, waardoor de afname van de zoutindringing langs de waterweg deels wordt gecompenseerd. Het volgende wordt aanbevolen: 1. Aanbevolen wordt om na te gaan in hoeverre het analytische model kan worden uitgebreid met een tweede open verbinding naar zee (via het Hartel- en Beerkanaal), zie Figuur 5.8. De effecten van de doorsteek van de Beerdam kunnen worden vergeleken met de bevindingen van (Rijkswaterstaat, 2003), waarin op basis van een statistische analyse van waarnemingen wordt geconcludeerd, dat de doorsteek van de Beerdam heeft geleid tot een toename van de verzilting. 2. Bij gebleken geschiktheid van het model dienen de effecten van het herstel van de trapjeslijn voor de situatie met een open Beerdam opnieuw te worden bepaald. Op deze wijze is een extra analyse ‘tool’ voorhanden, waarmee samen met de andere voorgestelde onderzoeksmiddelen (zie Plan van Aanpak in Hoofdstuk 8) het effect van het herstel van de trapjeslijn op de zoutverdeling kan worden vastgesteld. 3. Aanbevolen wordt om na te gaan in hoeverre met het analytische model uitspraken kunnen worden gedaan over maximale chlorideconcentraties. Een vergelijking kan worden gemaakt met metingen in het Getijmodel Rijnmond voor cyclische spring- en doodtij omstandigheden. Resultaten van de metingen in het Getijmodel Rijnmond moeten dan wel handmatig worden opgemeten in figuren. 4. Als onderdeel van het Systeemonderzoek is nog een groot aantal andere proeven uitgevoerd, zoals het afsluiten van riviertakken en haven en lozingen/onttrekkingen. Deze proeven kunnen eveneens worden gebruikt voor een aanvullende verificatie van het analytische model. Verder zijn proeven met andere getijcondities uitgevoerd, zoals cyclische springtij-, normaaltij- en doodtijomstandigheden, welke eveneens kunnen worden gebruikt voor een verdere verificatie. Ook in die gevallen moeten resultaten handmatig worden opgemeten in de betreffende rapporten. 5. Voor een schatting van de veranderingen van de chlorideconcentraties voor de huidige situatie dient eveneens de bodemdiepte voor de Oude Maas west in 2008 (i.p.v. 2000) bekend te zijn.


67


Figuur 5.8: Mogelijke uitbreiding van het analytische model van Savenije met het Hartel- en Beerkanaal. Interne randen ter plaatse van locaties met diepteveranderingen.

6. Een nauwkeuriger schatting van de verandering van de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties is mogelijk door gebruik te maken van de veranderingen van de waterbeweging (m.n. maximale getijsnelheden 0), zoals berekend door een ééndimensionaal waterbewegingmodel, bijvoorbeeld SOBEK. In dat geval moet de meest actuele geometrie en bodemligging in het model worden meegenomen.

5.3

Conclusies beschikbaar modelinstrumentarium voor fase 2 Het meest volledige model, zowel waar het de fysica van waterbeweging en zoutindringing als de geometrie en bodemligging van het Noordelijke Deltabekken betreft, is het 3dimensionale Zeedeltamodel. Voor eventueel gebruik in fase 2 van de studie zal eerst moeten worden onderzocht in welke mate de zoutindringing in de Hollandsche IJssel (innamepunt Gouda) en de Oude Maas goed wordt voorspeld door dit model. Afhankelijk van de uitkomst van deze modelverificatie zal al dan niet tot hercalibratie van het model moeten worden besloten. Daarnaast beperken de grote rekentijden van dit model het uitvoeren van een groot aantal simulaties, zodat de mogelijkheden om uitspraken te doen over het gecombineerde effect van klimaatwijziging en herstel van de trapjeslijn beperkt zijn. Dit alles bij elkaar betekent dat gebruik van dit model in fase 2 risicovol is, gegeven de beschikbare doorlooptijd voor fase 2. Het 2Dv Distro model van het Noordelijk Deltabekken is niet meer operationeel. Daarnaast bleek dit model niet in staat de gevolgen van de doorsteek van de Beerdam juist te voorspellen. Gebruik van het Distro model in fase 2 van de studie ligt dan ook niet voor de hand.


68


Het Sobek model van het Noordelijk Deltabekken is goed bruikbaar voor fase 2. Wel zal eerst aangetoond moeten worden dat ook effecten van bodemveranderingen op de zoutindringing goed worden gereproduceerd door dit model. In paragraaf 5.2 is aangetoond dat het Savenije model de effecten van bodemverandering op zoutindringing goed voorspelt. Wel moet het effect van verondieping op de waterbeweging aan dit model worden toegeleverd. De combinatie van (i) het Sobek model van het Noordelijk deltabekken (om de effecten van verondiepen op de waterbeweging te voorspellen) met (ii) het Savenije model (om de effecten op de zoutindringing te voorspellen) is veelbelovend. Gegeven de beperkte rekentijden moet het mogelijk zijn het gecombineerde effect van herstel van de trapjeslijn in combinatie met klimaatwijziging te beschouwen. De voordelen (+) en nadelen (-) van de meest in aanmerking komende modellen voor gebruik in Fase 2 zijn op hoofdlijnen samengevat in onderstaande tabel: Model Zeedelta

SOBEK

Analytisch model / SOBEK

+

Beschrijving fysische processen In principe beschikbaar Gedetailleerde uitvoer Mogelijke uitbreiding naar slibmodellering Veel toegepast voor NDB en beschikbaar Beperkte rekentijden dus veel simulaties mogelijk Redelijke resolutie voor modellering en uitvoer Goede voorspellingen m.b.t. diepte-effecten Beperkte rekentijden (SOBEK is bepalend) Veel simulaties mogelijk

Grote rekentijden dus beperkt aantal simulaties Calibratie mogelijk nodig Grote doorlooptijd

Beperkte fysica in model Voorspellend vermogen m.b.t. diepteveranderingen onduidelijk Sterke schematisatie Geen effecten van havens, splitsingspunt etc. op zoutverdeling Beperkte uitvoer

Tabel 5.1: Voordelen (+) en nadelen (-) van beschikbare modellen.

Het 3D-model zou vanuit fysische overwegingen het meest in aanmerking komen voor gebruik in Fase 2 (en Fase 3). Gegeven de grote rekentijden van het model en daardoor het geringe aantal simulaties dat kan worden uitgevoerd is gebruik van alleen een 3D model te beperkend. Ook moet nog de reproductiekwaliteit van het model nog worden vastgesteld. De 1D-modellering biedt meer flexibiliteit qua uitvoering maar minder zekerheid met betrekking tot het kunnen vaststellen van het effect van het herstel van de trapjeslijn. De analytische methodiek biedt echter wel vertrouwen, dat diepteveranderingen met de modelformuleringen in voorspellende zin kunnen worden aangegeven. Voor een beperkt aantal situaties kan dat worden geverifieerd met het 3D-model.


69


6 Globale kostenraming trapjeslijn

herstel

en

onderhoud

van

de

In dit hoofdstuk wordt een globale schatting van de kosten voor het herstel en onderhoud van de trapjeslijn gegeven. Het verschil tussen de diepte volgens de trapjeslijn en de huidige diepte (2009), en dus de aan te vullen hoeveelheid zand, is eerder getoond in Figuur 3.9. De kosten voor het herstel van de trapjeslijn bestaan uit een eenmalige herstelpost en een jaarlijks terugkerende post om de trapjeslijn ook te onderhouden. Gegeven de huidige diepteligging van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas moet eenmalig 2 miljoen m 3 worden aangevuld, zie tabel 6.1. Bij de schatting van dit volume is geen onderscheid gemaakt tussen netto sedimentatie en netto erosiegebieden. Met andere woorden het betreft het netto totaal van deze gebieden. In werkelijkheid zal het volume van de te diepe gebieden (t.o.v. de trapjeslijn) groter zijn dan de genoemde 2 miljoen m 3. Als wordt uitgegaan van aanvullen met zeezand met een vaarafstand van ongeveer 40 km dan bedraagt de prijs per m 3 gestort materiaal ongeveer € 5 voor een werk van deze omvang. De kosten gemoeid met het herstel van de trapjeslijn zijn, grofstoffelijk geschat, van de orde van grootte van € 10 miljoen. Tabel 6.1: Tekort inhoud trapjeslijn 2000-2009 [m3] 3

Tekort inhoud trapjeslijn [m ] Diepte trapjeslijn

[m NAP] 2000

2002

2003

km 1001-1005

-12,5

358000

404000

292000

km 1005-1013

-14,5

682200

375600

-215000

km 1013-1030

-16,0

276800

228000

959000

603600

totaal 1005-1030

-215000

2004 2005

2006 214000

2007

Mar-08

Oct-08

Jan-09

234000

-22000

-28000

-201600 -493900 -660300 -776600

-538400 -675400

-879200 -1194000 -1280800 -1402800

-1260400 -1216400

-1080800 -1687900 -1941100 -2179400

-1798800 -1891800

In 2002 heeft de laatste aanpassing van de trapjeslijn plaatsgevonden. In het verschil tussen de tekorten 2002 en 2003 is dus vermoedelijk een deel herziening trapjeslijn verdisconteerd. Gebaseerd op de tekorten tussen 2003 en 2007, en veronderstellend dat het toenemen van de tekorten een gevolg is van natuurlijke erosieprocessen, wordt geschat dat jaarlijks ongeveer een half miljoen m3 zand nodig is voor herstelwerkzaamheden. Voor een werk van dergelijke omvang bedraagt momenteel de prijs per m 3 gestort materiaal ongeveer € 6/m3. Dit betekent dat jaarlijks ongeveer € 3 miljoen nodig is om de trapjeslijn te onderhouden. De bovenstaande schattingen gaan uit van herstel van de trapjeslijn met Noordzeezand. Tijdens de aanleg van de trapjeslijn is een deel van de trapjeslijn vastgelegd met grind. Op dit moment is niet bekend of het vastleggen van de trapjeslijn met grind ook daadwerkelijk succesvol is geweest. Als dat zo is dan valt te overwegen de trapjeslijn in zijn geheel met grind te herstellen. Dit betekent weliswaar hogere aanlegkosten maar vermoedelijk lagere onderhoudskosten. Voorgesteld wordt om tijdens Fase 2 van deze studie in detail na te gaan waar netto sedimentatie en netto erosie optreedt en wat de samenstelling van het gesedimenteerde materiaal is. In dat geval zal worden nagegaan in hoeverre bij het herstel van de trapjeslijn gebruik kan worden gemaakt van de onderhoudsspecie of dat het herstel moet worden uitgevoerd met zeezand.


70


7 Conclusies De conclusies voor de in dit onderzoek uitgevoerde activiteiten worden als volgt samengevat: 1. De trapjeslijn is eind jaren 60 / begin jaren 70 door Rijkswaterstaat aangelegd om de zoutindringing langs de Nieuwe Waterweg tegen te gaan en tegelijkertijd de benodigde diepte voor de scheepvaart te garanderen. In 2000 en 2002 zijn de diepten van de verschillende treden van de trapjeslijn om nautische redenen enigszins aangepast. Op basis van lodingen van maart 2008 blijkt, dat de huidige bodemligging van de trapjeslijn tussen kilometerraai 1033 en 1005 gemiddeld 0,5 m te diep is. Tussen kilometerraai 1005 en 1001 is de bodem gemiddeld 0,2 m te diep. 2. In een diep estuarium als het Noordelijk Deltabekken is de gravitatiecirculatie van grote invloed op de zoutindringing. Gemiddeld over de getijperiode is dan sprake van een netto landwaarts transport van zout nabij de bodem, terwijl relatief zoet water bij het oppervlak mede door de rivierafvoer zeewaarts wordt getransporteerd. Naarmate sprake is van een sterkere gelaagdheid neemt het aandeel van dit mechanisme in het totale zouttransport toe. Het Noordelijk Deltabekken kan worden gekarakteriseerd als gedeeltelijk gemengd tot gelaagd; het aandeel van de gravitatiecirculatie in het totale zouttransport bedraagt ongeveer 50%. 3. Het getij is van invloed op de grootschalige menging. Indien de getijslag relatief klein is (bijvoorbeeld tijdens doodtij) is de gelaagdheid groot en daarmee het aandeel van de gravitatiecirculatie. Andere grootschalige mengingsprocessen zijn: de uitwisseling tussen havens en rivier en de uitwisseling ter plaatse van splitsingspunten (bijvoorbeeld splitsingspunt Nieuwe Maas – Oude Maas). Menging door wind en scheepvaart kan ook van invloed zijn. De laatste speelt mogelijk een rol in het Noordelijk Deltabekken. 4. Het belang van de gravitatiecirculatie voor de zoutindringing heeft tot gevolg, dat een verandering van de waterdiepte van grote invloed is op de maximale zoutindringing. De zoutindringingslengte kan globaal toenemen met het kwadraat van de waterdiepte. Resultaten van proeven in de Getijgoot en in het schaalmodel van het Noordelijk Deltabekken (Getijmodel Rijnmond) tonen aan, dat de zoutindringing groter wordt bij toenemende waterdiepte. 5. Op basis van de bovengenoemde conclusies wordt verwacht dat een herstel van de trapjeslijn in kwalitatieve zin zal leiden tot een reductie van de zoutindringing. Verondieping van de Nieuwe Waterweg zal de zoutindringing op zowel de Nieuwe als de Oude Maas reduceren. Een verondieping van de Nieuwe Maas zal eveneens de zoutindringing langs de Nieuwe Maas reduceren, maar zal (vrijwel) geen effect hebben op de verzilting langs de Oude Maas. 6. De toepassing van een semi-analytische beschrijving van de processen toont aan, dat bij een lage Bovenrijnafvoer (800 m 3/s) een reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties van 100 à 200 mg/l (~20%) ter plaatse van de van Brienenoordbrug en Beerenplaat kan worden bereikt indien de trapjeslijn weer wordt teruggebracht naar de situatie van 2002. Bij een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s is de reductie bij de van Brienenoordbrug geringer en bij Beerenplaat zelfs nul; in het laatste geval is nml. geen sprake van verzilting van dit meetpunt. Hieruit volgt, dat het effect van het herstel van de trapjeslijn op de verzilting afhangt van de mate van verzilting en dus van de condities. De gehanteerde methode maakt gebruik van empirische relaties, waarvan de voorspellende waarde is getoetst aan de hand van proeven in het Getijmodel Rijnmond. Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas

71


7. Uit een eerste analyse van meetdata (hoofdzakelijk afkomstig uit DONAR, onttrokken via Waterbase) kan niet worden geconcludeerd, dat de mate van verzilting nabij de punt van de zouttong zou zijn toegenomen. Chlorideconcentraties ter plaatse van de van Brienenoordbrug en Gouda lijken eerder te zijn afgenomen, sinds 1990/1995 met 50-100 mg/l. Te plaatse van Beerenplaat is de afname sinds 1983 met 150 mg/l zelfs nog groter. Deze afname kan tenminste voor een deel worden verklaard uit de afname van de chlorideconcentratie van het aangevoerde water van de Rijn bij Lobith. Tijdens het afbouwen van de lozingen van de kalimijnen na 1990 is deze concentratie met ongeveer 100 mg/l verminderd. 8. Uit de geanalyseerde meetdata kan dus niet een eventueel toegenomen zoutindringing als gevolg van een degeneratie van de trapjeslijn worden afgeleid. In de literatuur (bijv. Rijkswaterstaat, 2003) wordt wél geconcludeerd, dat de grotere waterdiepte voor de nieuwe trapjeslijn in 2002 heeft geleid tot een toegenomen verzilting. Bij de gevolgde statistische aanpak is gecorrigeerd voor o.a. de achtergrondconcentratie van de Bovenrijn. Een verdere data-analyse wordt voorgesteld voor de vervolgfase (zie Plan van Aanpak in Par. 8.1). Hierbij zal hoogfrequente meetdata uit het regionale zoutmeetnet (bemonstering elke 10 minuten) worden gebruikt en zal eveneens rekening worden gehouden met de opgetreden bodemontwikkeling. 9. Uit de literatuurinventarisatie naar effecten van uitgevoerde ingrepen kan worden afgeleid, dat de doorsteek van de Beerdam (1997 en 1998) heeft geleid tot een verslechtering van de verzilting op een aantal (maar niet alle) locaties in het Noordelijk Deltabekken (Rijkswaterstaat, 2003). 10. Uit de literatuurinventarisatie naar effecten van voorgenomen ingrepen kan het volgende worden afgeleid: Verondieping van de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas vermindert de zoutindringing; De aanleg van Maasvlakte 2 (d.i. zonder verlenging van de Noorderdam) heeft geen gevolgen voor de zoutindringing; De implementatie van het Kierbesluit is erop gericht om de verzilting langs de noordrand niet te doen verslechteren; 10. Uit de literatuurinventarisatie naar effecten van klimaatveranderingen volgt, dat de zoutindringing in het Noordelijk Deltabekken zal toenemen. 11. De bovengenoemde schattingen voor de verandering van de chlorideconcentraties ten gevolge van aanpassingen van de bodem van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas kunnen worden onderbouwd door simulaties met numerieke modellen. Een 3D-model is daarvoor het meest geschikt, omdat een dergelijk model qua fysica het meest volledig is. Toepassing van een dergelijk model is, gegeven het tijdspad van dit onderzoek, risicovol omdat rekentijden en daardoor doorlooptijden groot zijn. Het beperkt het aantal uit te voeren simulaties terwijl mogelijk nog een calibratie van het model nodig is. Voor ééndimensionale modellen geldt, dat rekentijden beperkt zijn, waardoor bijvoorbeeld veel simulaties kunnen worden uitgevoerd (o.a. naar het effect van randcondities). De fysische processen zijn echter sterker geschematiseerd dan in 3D-modellen. Het succes van een dergelijk model wordt dan bepaald door de mate waarin de parameterisaties in staat zijn de werkelijkheid te beschrijven. De mate waarin het semi-analytische model in staat is effecten van verondiepingen op de zoutindringing in het schaalmodel ‘Getijmodel Rijnmond’ te reproduceren geeft aan dat een parameterisatie bij een


72


ééndimensionale aanpak mogelijk is. Wel moet worden bedacht, dat in dit geval twee modellen onderling zijn vergeleken. Voor een succesvolle toepassing van een model geldt, dat het betreffende model in staat is de locatie van de zouttong in redelijke mate te reproduceren.


73


8 Fase 2 en doorkijk Fase 3 8.1

Plan van aanpak fase 2 Het herstel van de trapjeslijn heeft een gunstige invloed op de zoutindringing/verzilting van het oppervlaktewater in het Noordelijk Deltabekken. Herstel van de trapjeslijn is dan ook te overwegen. Voor Fase 2 van dit onderzoek worden de volgende activiteiten voorgesteld: 1. De opzet van het modelinstrumentarium. Dit instrumentarium heeft betrekking op het analytische model uit Fase 1 in combinatie met het ééndimensionale model SOBEK en het driedimensionale model ZEEDELTA van Rijkswaterstaat t.b.v. verdere berekeningen van de effecten van het herstel van de trapjeslijn. 2. Met de opgezette modellen het verder kwantificeren van effecten van herstel(varianten!) van de trapjeslijn en andere (evt. lokale) aanpassingen aan de bodem, zoals gronddammen, op de zoutindringing. 3. Onderzoek naar effecten van “andere” ontwikkelingen op de zoutindringing, vooral gevolgen van (i) de klimaatverandering (gemiddeld zeeniveau, rivierafvoer), (ii) beheer Haringvlietsluizen en (iii) nog nader te bepalen zaken (afhankelijk van de resultaten van de workshop). Voor dit laatste kan ook worden gedacht aan een gevoeligheidsanalyse met extremere varianten voor verondiepingen. Dit kan bijvoorbeeld interessant zijn voor de situatie dat in de toekomst de relatief grote schepen in Maasvlakte 2 zullen aanmeren en niet in het meer binnenwaarts gelegen havengebied. In dat geval zal de aan te brengen verondieping vooral betrekking hebben op de Nieuwe Waterweg, opdat de Waalhaven nog steeds bereikbaar zal blijven voor cruiseschepen. 4. Uitgebreide kostenberekeningen per aanlegscenario (zeegrind, zeezand, lokale onderhoudsbagger/rondbaggeren etc.). 5. Uitgebreide data analyse. Dit is een voortzetting van het onderdeel data-analyse uit Fase 1. Nu worden meerdere meetgegevens uit het regionale zoutmeetnet gebruikt en de analyse wordt uitgebreid met een statistische aanpak, waarbij gebruik gemaakt zal worden van de volgende parameters: (i) het verschil tussen hoogwater/laagwater Hoek van Holland en laagwater/hoogwater Moerdijk (HL- en LH-parameter), (ii) de Bovenrijnafvoer, (iii) het chloridegehalte hiervan én (iv) de gemiddelde bodemdiepten van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas, 6. Analyse bodemontwikkeling trapjeslijn vanaf 1970 incl. uitgevoerd (onderhouds)baggerwerk. O.a. wordt bij dit onderdeel de effectiviteit/stabiliteit van de grind-afdeklagen uit de jaren 70 onderzocht. 7. Onderzoek naar de effecten van het aanpassen van de bodem van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas op de maximale hoogwaterstanden (= MHW). 8. Aanvullende literatuurstudie, dit vanwege de grote hoeveelheid documentatie die boven tafel is gekomen. Tenminste de volgende rapporten zullen meer in detail worden geanalyseerd: Rijkswaterstaat, 1972, De verziltingsbestrijding op het Noordelijk Deltabekken na het inwerkingstellen van de Haringvlietsluizen. Rijkswaterstaat 1988, Trapjeslijn in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas, evaluatie periode 1973/1977-1987, Directie Benedenrivieren. Rijkswaterstaat, 2004b, Evaluatie droogteperiode 2003. De situatie in het noordelijk deltabekken in de periode met een lage afvoer van de Rijn in juli t/m oktober 2003: waterbeweging en verzilting. Notanummer AP/2401750/2004/03. Rijkswaterstaat, 1977, Droogterapport Benedenrivierengebied; evaluatieverslag droogteperiode 1976.


74


Op deze wijze kunnen de resultaten van de voorstudie nader worden onderbouwd met rekenmodellen met (i) meer fysica maar minder flexibiliteit (grote rekentijden dus weinig simulaties) en (ii) meer empirie (dus grotere onzekerheden) maar meer flexibiliteit (veel condities kunnen worden bekeken), aangevuld met een data-analyse welke onafhankelijk is van de toegepaste modellen. A priori kan niet worden aangegeven of met de data-analyse de effecten van bodemveranderingen op de zoutverdeling kunnen worden afgeleid. Indien dit wel het geval is, zullen de verkregen systeemrelaties belangrijk bijdragen aan kennis van de zoutverdeling van het Noordelijk Deltabekken. Deze kennis kan vervolgens weer worden gebruikt bij de verificatie van numerieke modellen.

8.2

Doorkijk Fase 3 Indien uit Fase 1 en 2 blijkt dat het herstel van de trapjeslijn een positieve invloed op het verminderen van de zoutindringing heeft, zullen in Fase 3 overige effecten van de trapjeslijn worden beschouwd: Veiligheid: • Komt het functioneren van de Maeslantkering in gevaar? Ecologie: • Wat is het effect van de maatregel op de ecologie en de geldende ecologische doelstellingen? • Wat is het effect van het herstel van de trapjeslijn op het natuurgebied ter hoogte van kilometerraai 1020, Gors Rozenburg? Baggeronderhoud: • Neemt het baggeronderhoud van vaargeul en havens toe? Scheepvaart: Zijn er indirecte kosten, zoals hinder voor de scheepvaart, gemoeid met de aanleg van de trapjeslijn? Mogelijke alternatieve ingrepen die het herstel van de trapjeslijn onnodig kunnen maken (zoals inlaten in Rijnland vanuit het noorden), zullen in Fase 3 ook aan de orde komen. Nagegaan wordt of deze maatregelen mogelijk duurzamer en kosteneffectiever zijn dan het herstel van de trapjeslijn.


75


9 Literatuur Abraham, G., 1982, Reference notes on density currents and transport processes, International Course in Hydraulic Engineering, Delft. Beersma, J.J, Adri Buishand, Sacha de Goederen en Pieter Jacobs, 2005, Zout, zouter, zoutst, Statistiek van de externe verzilting in Midden-West Nederland, KNMI publicatie; 199-III, 2005. Goederen, S. de, A. Fioole, 2003, Trendanalyse waterstanden Benedenrivierengebied 19712001, RIZA werkdocument 2003.178x. Hansen, D.V., Rattray, M., 1966, New dimensions in estuary classification. Limnological Oceanography, Vol. 11, pp. 319-326. Ippen, A., Harleman, D.R.F., 1961, One-dimensional Analysis of Salinity Intrusion in Estuaries, Technical Bulletin No. 5, Committee on Tidal Hydraulics, Corps of Engineers, U.S. Army, Vicksburg, Miss. Langerak, A., 1977, Vastlegging bodem Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas volgens “Definitieve Trapjeslijn”. Onderzoek in het Getijmodel Rijnmond naar de invloed op de zoutindringing. Verslag modelonderzoek. M1352 deel 1. Waterloopkundig Laboratorium / Delft Hydraulics Laboratory Projectorganisatie Realisatie de Kier, 2004a, Haringvlietsluizen op een Kier. Aanpak functionaliteit innamepunten waterschappen en waterbedrijven, Ernst Lofvers, Kees Storm (redactie), Stuurgroep Realisatie de Kier, Notanummer AP/2004.05 Projectorganisatie Realisatie de Kier, 2004b, Haringvlietsluizen op een Kier. De Kier: doordacht doen! Eindrapportage planstudie. Notanummer AP/2004.06. Redactie: Marjolein Burgers, Lisette Louwman-Soeters, Ed de Meijer, Kees Storm, Twan Tiebosch Rigter, B.P., 1973, Minimum Length of Salt Intrusion in Estuaries, Journal of the Hydraulics Division Rijkswaterstaat, 1972, De verziltingsbestrijding op het Noordelijk Deltabekken na het inwerkingstellen van de Haringvlietsluizen. Rapport Rijkswaterstaat 1988, Trapjeslijn in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas, evaluatie periode 1973/1977-1987, Directie Benedenrivieren, Nota. Rijkswaterstaat en Waterloopkundig Laboratorium /WL, 1989, Inhomogene stromingen. 4. Oriënterend onderzoek naar de getijbeweging en de zoutverdeling in de getijgoot. Verslag metingen, Z162-31. Rijkswaterstaat, 1992, Tracénota Europoortkering met open Beerdam; Effecten van open Beerdam en open Rozenburgse Sluis op de zoutindringing in het benedenrivierengebied, Achtergronddocument 2 Rijkswaterstaat, 1998, MER Beheer Haringvlietsluizen. Over de grens van zout en zoet. Deelrapport recreatie. Notanummer apv 98/099. ISBN 903694881 Rijkswaterstaat, 1999, Reproductie van de zoutindringing in het Rijn-Maasmond gebied met de modellen Zeedelta 3D10 en Rijmamo 3D10 Periode oktober - november 1985, Project: NAUTILUS, Werkdocument: RIKZ/OS-99.156X.1 Rijkswaterstaat 2000, Een Sobek-model van het Noordelijk, Deltabekken, kalibratie en verificatie, J. van Zetten, RIZA, Werkdocument 2000.128x


76


Rijkswaterstaat, 2003, Analyse verzilting Noordrand Noordelijk Deltabekken na doorsteek Beerdam, RIZA werkdocument 2003.054X Project nr 6100.010.32. Rijkswaterstaat, 2004a, Huidige situatie en autonome ontwikkeling Rijn-Maasmonding. Beschrijving hydraulische, morfologische en scheepvaartkundige aspecten in het kader van ‘ruimte voor de rivier’, Directie Zuid-Holland. Hoofdgroep Planvorming Water AP, Notanummer AP/2004/15. Rijkswaterstaat, 2004b, Evaluatie droogteperiode 2003. De situatie in het noordelijk deltabekken in de periode met een lage afvoer van de Rijn in juli t/m oktober 2003: waterbeweging en verzilting. Notanummer AP/2401750/2004/03. Rijkswaterstaat, 2005, Zoetwaterbeschikbaarheid voor drinkwater onder invloed van klimaatveranderingen, RIZA werkdocument 2005.038X, Project nummer: 6099.050.01 Rijkswaterstaat, 2006a, Vervolg trendanalyse verzilting Benedenrivierengebied, RIZA werkdocument 2006.???X Rijkswaterstaat, 2006b, Aanvoerfrequenties verziltingsjaren t.b.v. Zoetwaterverkenning Midden-West Nederland RIZA werkdocument 2005.122X Project nummer: 6100.016.36 Rijkswaterstaat, 2006c, Achterwaartse Verzilting Rijn-Maasmonding, RIZA werkdocument 2006.065X Rijkswaterstaat, 2008, Klimaatverandering en verzilting, Modelstudie naar de effecten van de KNMI '06 klimaatscenario's op de verzilting van het hoofdwatersysteem in het noordelijk deltabekken, Rapportnummer 2008.035, Rijkswaterstaat Waterdienst en Rijkswaterstaat Dienst Zuid-Holland Savenije, Hubert H.G., 2005, Salinity and tides in alluvial estuaries, Elsevier. Spijk, A. van, 2006, Evaluatie verzilting en ontzilting van het Haringvliet na de storm van 24/25 november 2005, Rijkswaterstaat Zuid-Holland, versienummer AP/2006/03. Steenkamp, B.P.C., 2002, Systeembeschrijving Noordelijk Deltabekken, RIZA werkdocument 2002.207X, Project nr 6100.017.03. Van den Noort, 2003, De hand in eigen boezem. Waterkwaliteit in het Hoogheemraadschap Delfland 1888-2003. Webversie (tekst + cartografie). Uitgeverij Verloren. ISBN 90 6550 778 7. Van Rees, 1970, Flume study on salinity intrusion in estuaries. Systematic investigation variation boundary conditions and flow regime. M896-X, Delft Hydraulics Laboratory. Van Vuren, S. en Kwadijk, J. 2007, Toepassing klimaatscenario’s in het waterbeheer en – beleid, WL | Delft Hydraulics in opdracht van Rijkswaterstaat, november 2007 werkdocument 2003.047x. Vuurens. S.H., 2008, Herijking Zoetwaterverkenning, Royal Haskoning. Waterloopkundig Laboratorium, 1981, Grondslagen waterhuishoudkundig onderzoek ten behoeve van het Noordelijk Deltabekken in het Getijmodel Rijnmond, M1350-XI. Waterloopkundig Laboratorium, 1984, Inregeling, IJking en Verificatie van de waterbeweging en zoutverdeling in het Getijmodel Rijnmond. Verslag onderzoek. M2000-3. Waterloopkundig Laboratorium, 1985, Verifikatie van de waterbeweging en zoutverdeling in het Getijmodel Rijnmond. Situatie open Hartelkanaal. Verslag onderzoek. M2029. Waterloopkundig Laboratorium, 1987a, Waterloopkundig systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Verdiepingen/verondiepingen van riviertakken. Verslag modelonderzoek-deel 1. M2086/Z67.


77


Waterloopkundig Laboratorium, 1987b, Waterloopkundig systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Verdiepingen/verondiepingen van riviertakken. Verslag modelonderzoek-deel 2 (figuren). M2086/Z67. Waterloopkundig Laboratorium,1999, Kleinschalig aanslibbingsonderzoek Maasvlakte 2, Z.B.Wang, Z2296


78


A Verzamelde documentatie Naast de gebruikte referenties zoals gegeven in Hoofdstuk 10, is de onderstaande documentatie verzameld als onderdeel van het vooronderzoek: [1]

Achterwaartse Verzilting Rijn-Maasmonding, RIZA werkdocument 2006.065X, Auteur: Ronald Struijk, Rotterdam, maart 2006.

[2]

Economische effecten van klimaatverandering, overstroming en verzilting in scenario’s, modellen en cases, TNO-rapport, 2008-D-R0711/A.

[3]

Geluidssnelheidprofielen Nieuwe Waterweg, Meetkundige Dienst december 2001.

[4]

Met het Rijmamo (v4a) model, Periode 9 - 15 maart 1997, Project: NAUTILUS, Werkdocument: RIKZ/OS/2001.107X.

[5]

Prognose verzilting noordrand Noordelijk Deltabekken na verdieping Nieuwe Maas, RIZA werkdocument 2001.193X Projectnummer: 6100.016.34, Dordrecht, december 2001, Auteurs: P. Jacobs en J.W. van Zetten (RIZA-WST).

[6]

Reproductie van de water- en zoutbeweging in het Haringvliet en het Rijn-Maasmond gebied.

[7]

Simulatie van de zoutindringing in het Haringvliet tijdens de meetproef maart 1997, Eindrapportage Gevoeligheidsonderzoek met Moha 3D8 (v2) Werkdocument: RIKZ/OS/99.118x.

[8]

Zoetwaterverkenning Midden-West Nederland> E. Bosman, F.J. van der Linden; Royal Haskoning, Rotterdam : Royal Haskoning, 26-01-2006.

[9]

Zout, zouter, zoutst, Statistiek van de externe verzilting in Midden-West Nederland, Jules J. Beersma, T. Adri Buishand, Sacha de Goederen en Pieter Jacobs, KNMI publicatie; 199-III, 2005.

[10]

Trendanalyse verzilting benedenrivierengebied 1978-2002. RIZA werkdocument 2004.147X A. Fioole, S. de Goederen, 2004.

[11]

De verziltingsbestrijding op het noordelijk deltabekken na het inwerkingstellen van de Haringvlietsluizen, RWS, 1972.

[12]

Quick Scan verzilting Rijn-Maasmonding, KIWA, 2005.

[13]

Maatregelen omgaan met (toenemende) verzilting Rijn-Maasmonding, RWS, RIZA, 2006.

[14]

De Delta in Wording, Overzicht van het benedenrivierengebied door de eeuwen heen, RWS Waterdienst, 2008.


79


[15]

Huidige situatie en autonome ontwikkeling Rijn Maas monding, Beschrijving hydraulische, morfologische en nautische aspecten in het kader van “Ruimte voor de Rivier, Rijkswaterstaat, Directie Zuid Holland, Notanr. AP 2004/15, December 2004

[16]

Van Deursen, W. 2006, Rapportage Rhinflow/Meusflow Nieuwe KNMI scenarios 2050, Carthago Consultancy, Rotterdam, mei 2006.

[17]

Een SOBEK-model van het Noordelijk Deltabekken : kalibratie en verificatie zoutbeweging Noordrand> Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling (RWS, RIZA); M. Kraaijeveld > Lelystad : RWS, RIZA, 2003..

[18]

Royal Haskoning, 2003. Regionale Verkenning Zoetwatervoorziening Midden-West, Nederland, ‘De praktijk ten aanzien van de zoetwaterproblematiek – vanaf 1976’.

[19]

Zoet waterverkenningen, achtergronddocumenten, (zie voor volledige lijst het hoofdrapport:).


80


B Geraadpleegde documenten 1. Economische effecten van klimaatverandering, overstroming en verzilting in scenario’s, modellen en cases, TNO-rapport, 2008-D-R0711/A. Verwijzing naar Deltares 2008 Klimaatbestendigheid van Nederland waterland – knikpunten in beheer en beleid. Kwalitatieve uitspraak dat verzilting als gevolg van gewijzigd klimaat gevolgen heeft voor landbouw en drinkwatervoorziening. Geen kwantitatieve inschatting naar de toename van verzilting (open deuren). 2. Aanvoerfrequenties verziltingsjaren t.b.v. Zoetwaterverkenning Midden-West Nederland RIZA werkdocument 2005.122X Project nummer: 6100.016.36 Auteurs: Ronald Struijk Pieter Jacobs Rotterdam, januari 2006. Impact klimaatverandering op verzilting middels Sobek berekeningen 5 jaren: Extreem zout (1976) Zout (2003) Gemiddeld zout (1996) Brak (1994) Matig Brak Gekeken naar toename verzilting 2050. Waterstand op zee 25 cm hoger, Rivierafvoer procentuele toename/afname (oorsprong niet duidelijk). Toename overschrijdingsduur 250 mg/l bij Gouda neemt ongeveer 30 dagen toe voor extreem zout en zout jaar (van 68 naar 106 en van 46 naar 75) voor gemiddeld jaar van 0 naar 10 dagen, voor brak en matig brak jaar geen toename (0 dagen). 3. Klimaatverandering en verzilting; Modelstudie naar effecten van de KNMI ‘6 klimaatscenario’s op de verzilting van het hoofdwatersysteem in het noordelijk deltabekken, Rijkswaterstaat Waterdienst, Rapportnummer 2008.035, Mei 2008. Studie vergelijkbaar met [2] alleen nu met de “nieuwe” KNMI’06 scenario’s (G,W,G+,W+). Alle 4 de scenario’s gelijke kans van voorkomen bandbreedte verzilting. Overschrijdingsduur van chlorideconcentratie >250 mg/l (langer dan 48 uur) neemt fors toe, verdubbeld ongeveer, met name voor scenario’s G+ en W+ voor extreem zout en zout jaar.


81


4. Zout, zouter, zoutst, Statistiek van de externe verzilting in Midden-West Nederland, Jules J. Beersma, T. Adri Buishand, Sacha de Goederen en Pieter Jacobs, KNMI publicatie; 199-III, 2005. Onderbouwing van de statistiek in 2. Fit bepaald op basis waarvan chloriniteit Gouda kan worden berekend als functie van de rivierafvoer en de opwaaiing Hoek van Holland. Effect diepte op zoutindringing niet beschouwd. 5. Klimaatverandering en verzilting, Modelstudie naar de effecten van de KNMI '06 klimaatscenario's op de verzilting van het hoofdwatersysteem in het noordelijk deltabekken, Mei 2008. 6. Advies Zoetwatervoorziening Midden-West Nederland februari 2006, Advies van de projectorganisatie Zoetwatervoorziening Midden-West Nederland aan de besturen van de deelnemende organisaties Geen relevante informatie. 7. Analyse verzilting Noordrand Noordelijk Deltabekken na doorsteek Beerdam RIZA werkdocument 2003.054X Project nr 6100.010.32 Auteurs: P. Jacobs, S. de Goederen en A. Fioole Dordrecht, februari 2003 (RIZA-WST). Analyse zoutmetingen in het NDB gebied geeft de conclusie dat zoutconcentraties als gevolg van de doorsteek zijn toegenomen. Modelberekeningen (sobek en distro) geven aan dat zoutconcentraties zijn afgenomen. Geen goede verklaring voor dit verschil. 8. Trapjeslijn in de nieuwe waterweg en de nieuwe maas; evaluatie periode 1973/1977 – 1987, nota axk/88-02, Rijkswaterstaat dir. Benedenrivieren, 1988. Stelt heel expliciet dat de trapjeslijn effectief is in het tegengaan van verzilting. Wel wordt genoemd dat effectiviteit trapjeslijn ter discussie staat. Echter, studies die effectiviteit trapjeslijn bestrijden, oa wl studie in getijmodel rijmond, worden als niet juist uitgevoerd beschouwd.


82


Na aanleg trapjeslijn en operationeel worden haringvlietsluizen verzilting teruggedrongen tot niveau 50 er jaren. Invloed trapjeslijn sec (zonder overige ingrepen in het NDB systeem) kan niet worden bepaald. Vanaf 1980 trapjeslijn niet meer onderhouden, geen storingen meer. Bodemophoging tussen kop splitsingsdam en Botlekhaven bij aanleg trapjeslijn “in belangrijke mate moet hebben bijgedragen aan de reductie van de zoutindringing in het benedenrivierenstelsel”. Dichtheidsstroming belangrijkste mechanisme. Verdieping nieuwe waterweg aanzienlijke verslechtering verziltingssituatie. Aanbeveling: Herstel trapjeslijn, met aanleg van nieuwe drempels. 9. Watertekortopgave, Eindrapport Droogtestudie Nederland, R. Versteeg D. Klopstra, T. Kroon, september 2005. Hoog abstractieniveau, watertekort neemt toe tot 2050, voor met name natuur en landbouw. Geen relevante informatie m.b.t. trapjeslijn/zountindringing nieuwe waterweg. 10. Een Sobek model van het Noordelijk Deltabekken, Riza werkdocument 2000.128x, J.W. van Zetten, november 2001. Wellicht achterhaald. Belangrijkste conclusie is dat de invloed van zout op waterstanden voldoende nauwkeurig wordt meegenomen. Zout zelf nader calibratie nodig (nauwkeurigheid zoutreproductie 1000 – 2000 mg/l). 11. Tracénota Europoortkering met open Beerdam; Effecten van open Beerdam en open Rozenburgse Sluis op de zoutindringing in het Benedenrivierengebied, Achtergronddocument 2, mei 1992, I. Helsloot. Belangrijkste conclusie, gebaseerd op met name Distro berekeningen, is dat openstellen Beerdam en Rozenburgse sluis voor maatgevende condities geen significante gevolgen heeft voor de belangrijkste waterinname punten (Hollandsche IJssel en Spui). Mocht na openstellen toch blijken dat verslechtering optreedt, worden de volgende compenserende maatregelen voorgesteld: Tijdelijk sluiten stormvloedkering in het Hartelkanaal tijdens lage rivierafvoeren, Afsluiten van het Spui, Afsluiten Botlekhaven, Verondiepen Nieuwe waterweg en of Nieuwe maas, Aanbrengen van luchtbellenschermen om meer menging te veroorzaken. Spaarbekkens om water op te slaan en tijdens verzilting van innamepunten te gebruiken worden, als gevolg van het benodigde grote ruimtebeslag, niet als realistisch gezien. 12. Geluidssnelheidsprofielen Nieuwe Waterweg, Meetkundige Dienst december 2001. Eenvoudig model zoutindringing nieuwe waterweg, te eenvoudig om iets te kunnen zeggen over invloed trapjeslijn op de zoutindringing. Te eenvoudig om invloed bodemveranderingen te kwantificeren. 13. Het zoete en bittere van verzilting; Robert van Cleef, Jeroen Laro, H2O /9 – 2008.


83


Populair wetenschappelijk, Verzilting neemt toe voornamelijk als gevolg van klimaatwijziging. Geen kwantitatieve informatie. 14. Regionale zoetwaterverkenning midden west Nederland, Fase 2a Expertspoor, Rijkswaterstaat Directie Zuid Holland, Achtergronddocument 9P9580 Genoemde mogelijke maatregel om verzilting tegen te gaan: verondiepen nieuwe maas. Niet nader uitgewerkt. 15. Kosten en baten verkend, Zoetwaterverkenning Midden West Nederland, Verkorte documenttitel MKBA Zoetwaterverkenning, Status Eindrapport, Datum 15 december 2005, Projectnummer 9P9580.BO. Verondiepen nieuwe maas zwaar negatieve kosten met name als gevolg van de beperking van de vaardiepte voor scheepvaart. Minder containerschepen kunnen de Waalhaven bereiken. Positieve effecten voor de drinkwateronttrekkingen niet gekwantificeerd (in geld uitgedrukt). 16. Modelperformance van he aangepaste RIZA modelinstrumentarium; Voorbereiding van het modelspoor ten behoeve van de tweede fase van de Zoetwaterverkenning Midden West Nederland, RIZA werkdocument 2005.113x, augustus 2005. Oppervlaktewatertekorten veel kleiner dan grondwatertekorten. Oppervlaktewater uit Sobek model. Geen informatie over performance sobek model. 17. Prognose verzilting noordrand Noordelijk Deltabekken na verdieping Nieuwe Maas, RIZA werkdocument 2001.193X Projectnummer: 6100.016.34, Dordrecht, december 2001, Auteurs: P. Jacobs en J.W. van Zetten (RIZA-WST). Effect verdieping bepaald middels groot aantal sobek berekeningen. Verdieping heeft geen significant effect op verzilting (verschillen met zonder verdieping zelfde orde van grootte als de nauwkeurigheid). Vergelijking Sobek met distro leert dat distro veel grotere impact van verdieping te zien geeft. Welke van de twee in absolute zin waar is niet duidelijk Sobek zout alleen relatief gebruiken en niet absoluut. 18. Reproductie nauwkeurigheid van het 3D Zeedelta model v8, RIKZ, werkdocument RIKZ/OS/2003.106x, Januari 2003. Richt zich op vergelijking v7 en v8 van Zeedelta model. Modellen stemmen op zich goed overeen. Echter, slechtste zoutreproductie bij hoek van Holland. Gemiddeld verschil meeting berekening ongeveer +-6 ppt. Geen figuren allen statistische uitvoer maar vermoedelijk wordt de optredende stratificatie te hoek van holland veel te weinig weergegeven. 19. Reproductie van de zoutindringing in het Rijn-Maasmond gebied met de modellen Zeedelta 3D10 en Rijmamo 3D10, Periode oktober – november 1985, werkdocument RIKZ/OS-99.156X.1, november 1999. Richt zich op vergelijking Zeedelta en Rijmamo. Conclusie is dat modellen elkaar goed reproduceren. In vergelijking met metingen is Rijmamo iets beter. Voorkeur wordt gegeven aan Zeedelta vanwege de eenvoudiger rivierrandvoorwaarden (geen getij invloed meer in de randvoorwaarden).


84


Reproductie zoutindringing nieuwe waterweg is redelijk (beter met Rijmamo dan met Zeedelta). grof geschat +- 3 ppt. Voldoende om kwalitatief iets te zeggen over verzilting Hollandsche IJssel?. 20. Reproductie van de water- en zoutbeweging in het haringvliet en het Rijn-Maasmond gebied met het Rijmamo (v4a) model, werkdocument RIKZ/OS/2001.107X, mei 2001. Vergelijking “oude” Rijmamo versie (zoals gebruikt in de Mer Haringvlietsluizen) en nieuwe Rijmamo versie (v4a). Vergelijking richt zich waar het zout betreft op het Haringvliet. Nieuwe waterweg komt niet aan bod. 21. Rapportage Rhineflow/Meuseflow, Consultancy, Mei 2006.

Nieuwe

KNMIscenarios

2050,

Carthago

Gaat enkel in op verandering rivierafvoer als gevolg van klimaatwijziging. 22. Achterwaartse verzilting Rijn-Maasmonding, RIZA werkdocument 2006.065X, maart 2006. Narekenen met sobek situatie eind 2005, hoge zeewaterstand en lage afvoer verzilting westelijk deel Rijn-Maasmonding Reproductie metingen erg goed, echter, wel noodzakelijk eerst dispersiecoëfficiënten aan te passen. Lozingsprogramma HOP waar het verzilting betreft zeker niet slechter dan LPH’84. 23. Verzilting: beleidsprobleem in wording, H2O/16 – 2007. Noemt 2 oplossingsrichtingen: bestrijden verzilting of verplaatsen “zoutgevoelige” activiteiten. 24. Water voor later, Bandbreedte van ontwikkelingen in de regio Midden-West Nederland die effect hebben op de zoetwaterproblematiek, Rijkswaterstaat Directie Zuid Holland, Februari 2006. Constateert dat verzilting toeneemt als gevolg van klimaatverandering. Geen kwantitatieve informatie over toename zoutindringing. 25. Zoetwaterbeschikbaarheid voor drinkwater onder invloed van klimaatveranderingen, Riza werkdocument 2005.038x, februari 2005. Sobek berekeningen naar de invloed van klimaatverandering op chlorideconcentraties bij innamepunten ruw drinkwater. 26. Water waar het wezen moet, Effecten van beleidsstrategieën voor droogte in MiddenWest Nederland, Eindrapport Modelspoor Fase 2, Riza rapport 2005.018, oktober 2005. O.a. Sobek berekeningen naar effect verondieping nieuwe maas (van 14 m naar 12 m. Effect in het algemeen gering echter wel significant effect bij Gouda. Van 11.5 dagen overschrijding per jaar naar 6.2 dagen overschrijding per jaar.


85



86


C Beschrijving, verificatie en toepassing analytisch Savenije model

C.1

Achtergrond Door Savenije (2005) is een analytisch model ontwikkeld, dat de zoutverdeling in een estuarium beschrijft. In deze paragraaf wordt allereerst het model beknopt beschreven en vervolgens “geschikt” gemaakt voor toepassing op het Noordelijk Deltabekken. Vervolgens wordt het model geverifieerd aan de hand van metingen in het voormalige Getijmodel Rijnmond en metingen in het prototype. In het Getijmodel Rijnmond zijn als onderdeel van het destijds uitgevoerde Systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken (Waterloopkundig Laboratorium, 1984b) de effecten van diverse (grootschalige) ingrepen op de zoutverdeling vastgesteld. Vooral de cluster Verdiepingen/ verondiepingen van riviertakken (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a+b) is voor het huidige onderzoek relevant. Nagegaan wordt in hoeverre het aangepaste Savenije-model in staat is de effecten van bodemveranderingen op de zoutverdeling te reproduceren.

C.2

Beschrijving analytisch-empirisch model volgens Savenije

Uitgangspunt voor het model vormt de transportvergelijking voor zout. Voor getijgemiddelde omstandigheden geldt, dat ten gevolge van de rivierafvoer een netto transport van zout zeewaarts plaatsvindt: het zogenaamde advectieve transport. Mengprocessen in het estuarium zorgen ervoor dat getijgemiddeld toch sprake is van een zoutverdeling langs de lengteas van het estuarium; zonder dispersie zou getijgemiddeld geen zout aanwezig zijn, omdat de rivierafvoer een netto zeewaarts transport richting tot gevolg heeft. Getijgemiddeld is er dus een evenwicht tussen het advectieve en het dispersieve transport volgens:

Q f S ( x)

A( x ) D( x)

dS ( x ) dx

(C.1)

waarin Qf de rivierafvoer is [m 3/s], S de saliniteit [PSU9], A de dwarsdoorsnede [m 2] en de D de dispersiecoëfficiënt [m 2/s]. Hierin is Qf positief en is gemakshalve aangenomen, dat de saliniteit van het rivierwater nul is. In een eendimensionale benadering worden alle mengprocessen beschreven met de dispersiecoëfficiënt, welke plaatsafhankelijk is. In het Savenije model wordt de variatie van de dispersiecoëfficiënt in de lengterichting als volgt beschreven:

dD ( x ) dx

K

Qf A( x )

(C.2)

waarin K [-] de Van den Burgh constante is, welke varieert tussen 0 en 1 (Savenije, 2005).

9

PSU = Practical Salinity Unit, welke in de praktijk overeenkomt met ppt of grammen zout per kg oplossing.


87


In natuurlijke estuaria wordt in het algemeen waargenomen, dat het verloop van de dwarsdoorsnede in de lengterichting met een exponentiële functie kan worden beschreven volgens:

A( x ) A0 e

x a

(C.3)

In vergelijking (C.3) is A0 de dwarsdoorsnede in de monding (x = 0) [m2] en a de convergentielengte [m]. Combinatie van de transportvergelijking (C.1) met vergelijkingen (C.2) en (C.3) leidt tot de volgende modelvergelijkingen voor de getijgemiddelde zoutverdeling:

S ( x) S0

D( x ) D0

1 K

(C.4a)

KaQ f D ( x) x 1 exp D0 D0 A0 a

1

(C.4b)

In vgl. (C.4) vormen de dispersiecoëfficiënt in de monding D0 en K de modelparameters, welke bekend moeten zijn om de zoutverdeling te beschrijven. Beide parameters kunnen door calibratie aan de hand van metingen worden bepaald. Door Savenije wordt opgemerkt, dat in een estuarium D0 voor verschillende hydrodynamische condities anders is, terwijl K eerder “estuarium-gebonden” is en vooral de vorm van de longitudinale zoutverdeling bepaalt. In het algemeen volgt voor relatief diepe en nauwe estuaria een hoge waarde van K en voor brede, trechtervormige en ondiepe estuaria een lage waarde voor K. Savenije (2005) heeft voor een groot aantal estuaria met uiteenlopende karakteristieken, op basis van calibratie aan de hand van uitgevoerde metingen, D0 en K afgeleid. Vervolgens zijn door middel van regressie deze gecalibreerde waarden gerelateerd aan de karakteristieken van de estuaria, zoals waterdiepte, getijslag, convergentielengte voor de dwarsdoorsnede, getijsnelheid etc. Zowel voor D0 als voor K zijn op deze wijze empirische relaties verkregen, die het model voorspellend maken. De empirische vergelijking voor D0 is als volgt (Savenije, 2005):

D0HWK 1400 v0 h0

E0 0,5 N R ,0 a

(C.5a)

waarin D0HWK de dispersiecoëfficiënt in de monding tijdens hoogwaterkentering [m 2/s],

0

de

amplitude van de getijsnelheid [m/s], h0 de waterdiepte in de monding [m], E0 de getijweglengte (vloedweg) in de monding [m] en NR,0 het estuarium Richardson getal in de mond, gedefinieerd volgens:

gh0 N R,0

v02

Qf T Pt

gh0U riv ,0 v03


(C.5b)

88


waarin Uriv,0 de getijgemiddelde afvoersnelheid in de monding is (Uriv,0 = Qriv/A0) [m/s]. Omdat vgl. (C.5a+b) betrekking heeft op de dispersiecoëfficiënt tijdens hoogwaterkentering heeft de berekende zoutverdeling dus betrekking op de plaatsafhankelijke saliniteit op dat moment, ofwel de saliniteit tijdens maximale zoutindringing. Voor de empirische vergelijking voor K wordt verwezen naar Savenije (2005). In dit onderzoek zal van deze vergelijking geen gebruik worden gemaakt. De lengte van de zoutindringing op het moment van hoogwaterkentering (Lmax) volgt uit vgl. (C.4a) door S = 0 te substitueren voor x = Lmax:

D0HWK A0

Lmax a ln 1

C.3

(C.6)

KaQ f

Aanpassingen model Savenije voor toepassing op het Noordelijk Deltabekken

Het Noordelijk Deltabekken is een kunstmatig estuarium, waarbij de riviertakken vrijwel prismatisch zijn: het dwarsprofiel is dan constant in lengterichting. In dat geval is de convergentielengte a voor de dwarsdoorsnede oneindig groot. Vgl. (C.4b) wordt in dat geval:

D ( x) D0

KQ f A0

x

(C.7)

Vgl. (C.7) is dus een speciaal geval van het Savenije model. De vergelijking voor de dispersiecoëfficiënt in de monding, vgl. (C.5), moet worden aangepast, omdat voor een oneindig grote waarde van a D0 nadert tot nul. Aannemelijk kan worden gemaakt, dat voor grote waarden van a vgl. (C.5) kan worden geschreven als:

D0HWK constante v0 h0

C 0,5 NR g

(C.8)

Deze vergelijking is getoetst aan de hand van uitgevoerde metingen in de (eerste) Getijgoot. Het blijkt, dat voor een breed spectrum aan onderzochte hydrodynamische condities, de waargenomen lengte van de maximale zoutindringing in de Getijgoot goed wordt beschrijven10. Het aangepaste analytische model, gegeven door de vergelijkingen (C.4a), (C.7) en (C.8), is getoetst aan de hand van uitgevoerde metingen in het (herbouwde) Getijmodel Rijnmond. De maximale zoutindringing wordt in dit geval gegeven door:

Lmax

10

D0HWK A0

D0HWK

KQ f

KU riv

(C.9)

De analyse vormt geen onderdeel van deze studie. Er zal nog worden overlegd met Prof. Savenije (TUD) en intern Deltares.


89


Indien vgl. (C.9) wordt gecombineerd met vgl. (C.8) en vgl. (C.5b), volgt, dat de maximale zoutindringing langs een riviertak met constante dwarsdoorsnede afhangt van de waterdiepte h0, de getijsnelheidsamplitude 0 en de afvoersnelheid Uriv volgens: 1

Lmax

h0 1 2 0

2 3

vU

(C.10) 0,5 riv

waarbij verondersteld is, dat C

1 6 0

h .

De maximale zoutindringing hangt dus sterk af van de gemiddelde waterdiepte h0. Een diepteverandering heeft echter ook tot gevolg, dat de maximale getijsnelheid 0 verandert. Bijvoorbeeld een verdieping resulteert in grotere getijdebieten in de verdiepte tak. Door de toename van de dwarsdoorsnede nemen de snelheden echter af. Het netto effect zal zijn, dat de getijsnelheden in de verdiepte tak kleiner worden. Dit leidt ertoe, dat de toename van de maximale zoutindringing ten gevolge van de verandering van h0 nog extra wordt versterkt door de afname van 0.

C.4

Verificatie aangepaste Savenije model aan metingen in Getijmodel Rijnmond

In het Getijmodel Rijnmond is in de 80-er jaren van de 20e eeuw, na calibratie van het model aan waargenomen zoutverdelingen, een uitgebreid systeemonderzoek uitgevoerd. Als onderdeel van de cluster Verdiepingen/verondiepingen van riviertakken is voor een groot aantal riviertakken onderzocht, wat de gevolgen zijn van aangebrachte verondiepingen op de longitudinale zoutverdeling. In het Getijmodel zijn vooral verondiepingen aangebracht, omdat verdiepingen moeilijker waren te realiseren. Voor de huidige studie zijn vooral de verondiepingen van de Nieuwe Waterweg, de Nieuwe Maas en Oude Maas van belang, welke in twee stappen zijn onderzocht (10% en 20% verondieping11). Tabel C.1 geeft de onderzochte bodemveranderingen en de condities, waaronder deze veranderingen zijn onderzocht. Opgemerkt wordt, dat in het Getijmodel Rijnmond nog geen doorsteek van de Beerdam was gerealiseerd; wel was er een open verbinding tussen de Oude Maas en het Hartelkanaal. Sinds 1998 is er wel sprake van een open verbinding via het Hartelkanaal en Beerkanaal naar zee. Hierdoor is de waterbeweging in het Noordelijk Deltabekken veranderd en is tegelijk sprake van een zoutindringing vanuit zee via de beide genoemde takken.

11

De aanduidingen ‘10%’ en ‘20%’ zijn globaal. De werkelijk aangebrachte verondiepingen, welke hierna worden gebruikt, wijken hiervan af.


90


Tabel C.1: Onderzochte verondiepingen Nieuwe Waterweg, Nieuwe en Oude Maas bij twee afvoersituaties als onderdeel van het uitgevoerde Systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Verondieping Bovenrijnafvoer 0% (ref) 10% 20% 800 m3/s 1100 m3/s Referentie

Referentie Nieuwe Waterweg Nieuwe Waterweg Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas

• •

• • • •

Uit Tabel C.1 volgt, dat de verondieping van de Nieuwe Waterweg voor twee situaties is onderzocht (10% en 20%) bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. De diepte van de Nieuwe en Oude Maas is hierbij ongewijzigd gebleven. Vervolgens is eveneens een combinatie van verondiepingen van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe en Oude Maas onderzocht voor één situatie (20% verondieping). Dit is uitgevoerd voor Bovenrijnafvoeren van 800 en 1100 m 3/s.

Schematisatie Noordelijk Deltabekken met Savenije model De schematisatie van het inhomogene deel van het Noordelijk Deltabekken met het analytische model is weergegeven in Figuur C.0. De zeerand van het model ligt ter plaatse van de kop van de splitsingsdam t.p.v. kmr. 1033, zie de rode stip in de figuur Verondersteld wordt, dat de saliniteit niet of nauwelijks wordt beïnvloed door ingrepen in het gebied bovenstrooms van deze locatie. Ter plaatse van het splitsingspunt Nieuwe Maas-Oude Maas (kmr. 1013) bevindt zich een interne rand voor het model, zie de blauwe stip. De zoutverdeling wordt eerst berekend voor de Nieuwe Waterweg (traject kmr. 1033-1013). Vervolgens wordt de saliniteit in kmr. 1013 gebruikt als randvoorwaarde voor de Nieuwe en Oude Maas. De dispersiecoëfficiënt wordt ter plaatse van deze locatie met de kentallen voor de Nieuwe en Oude Maas bepaald. Deze kentallen hebben betrekking op de getijsnelheid 0, de waterdiepte h0, de Chézy-ruwheid C en de rivierafvoersnelheid Uriv. Het relatieve dichtheidsverschil / wordt berekend aan de hand van de saliniteit ter plaatse van het splitsingspunt en de saliniteit van het rivierwater (in dit geval nul verondersteld). De tweede interne rand ligt ter plaatse kmr. 1000, waar de bodem een sprong vertoont. In principe is het model op deze wijze uit te breiden met meerdere takken, bijvoorbeeld Oude Maas-midden en het Spui. Uitbreiding met de Hollandsche IJssel lijkt minder zinvol, omdat verzilting van de mond van de Hollandsche IJssel zal leiden tot verzilting ter plaatse van Gouda indien een continue onttrekking ter plaatse van Gouda wordt verondersteld. De berekening van de zoutverdeling verloopt dus van benedenstroomse in bovenstroomse richting.


91


Figuur C.0: Noordelijk Deltabekken en schematisatie voor analytisch model.

Volgens bovenstaande schematisatie bestaat elke tak uit een externe of interne rand en een geschematiseerd rivierdeel met uniforme kenmerken (waterdiepte en dwarsdoorsnede, getijsnelheid, rivierafvoersnelheid en modelparameter K). Bij de bepaling van de effecten van de verondiepingen op de zoutverdeling dienen zowel voor de referentiesituatie als voor de situaties met verondiepingen de karakteristieke grootheden voor de waterbeweging en geometrie bekend te zijn: de waterdiepte h0, getijsnelheid 0, Chézy-ruwheid C en de rivierafvoersnelheid Uriv (ofwel de restafvoerverdeling). De waarden voor de waterbeweging zijn ontleend aan de gerapporteerde waarden in het Systeemonderzoek (Waterloopkundig Laboratorium, 1987a), welke zijn berekend door het eendimensionale model ZWENDL. De ruwheid van de takken is door calibratie van het Savenije model aan de waarnemingen in het Getijmodel bepaald. Voor de referentiesituatie is hierbij afgeleid: - Nieuwe Waterweg: C = 80 m 0,5/s; - Nieuwe Maas west: C = 45 m 0,5/s; - Nieuwe Maas oost: C = 45 m 0,5/s; - Oude Maas west: C = 50 m0,5/s; Voor alle takken is aangehouden K = 0,6, wat een realistische waarde is voor een prismatisch en diep estuarium als het Noordelijk Deltabekken. Voor de simulaties met verondiepingen is K niet veranderd. De Chézy-ruwheid C is alleen aangepast om het diepte-effect op de ruwheid te verdisconteren. De invloed van deze aanpassing op de zoutverdeling is overigens gering. Als randconditie voor de saliniteit is voor de simulaties met een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s een waarde van 27 PSU gehanteerd. Voor de simulaties met een Bovenrijnafvoer van 1100 m3/s is een waarde van 26 PSU gebruikt.


92


Verondiepingen Nieuwe Waterweg: kmr. 1033-1013 (QBR = 800 m3/s) Figuur C.1a+b toont de bodemdiepte van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas.

kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Referentie en 10% en 20% verondieping Waterweg

0

Diepte [m NAP]

-2 -4

M2086 ref

-6

M2086 10% M2086 20%

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.1a: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg (incl. verondiepingen) en Nieuwe Maas.

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Referentie en 10% en 20% verondieping Waterweg

0

Diepte [m NAP]

-2 -4

M2086 ref

-6

M2086 10% M2086 20%

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.1b: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg (incl. verondiepingen) en Oude Maas.


93


kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Poortersh.

Maassluis


Hoek v. Holl.

kmr. 1033

De door het Savenije model berekende zoutverdelingen voor de drie bodemdieptes van de Nieuwe Waterweg is weergegeven in de Figuren 6.2a+b. In de figuren zijn eveneens de in het Getijmodel gemeten chlorideconcentraties vermeld in de locaties Hoek van Holland, Maassluis, Schiedam, van Brienenoordbrug, Spijkenisse en Beerenplaat. De gemeten concentraties hebben betrekking op tijdsgemiddelde waarden over een periode van ongeveer 14,5 dagen (doodtij-springtij cyclus). De nauwkeurigheid van de metingen bedraagt ongeveer 0,2 g Cl-/l (iets meer in de zoute locaties en iets minder in de relatief zoete locaties).

15 Referentie



M2086-ref. M2086-10% M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur C.2a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.


94

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Poortersh.

Maassluis


Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15 Ref erentie



M2086-ref . M2086-10% M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [k m ]

Figuur C.2b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.

Uit de figuren volgt: - De referentie situatie wordt zeer goed door het analytische Savenije model beschreven. Opmerkelijk is dat de overeenstemming zelfs kwantitatief zeer goed is te noemen. - De effecten van de verondiepingen op de zoutverdelingen zijn groot. De grootte van de veranderingen zijn relatief klein in de nabijheid van de punt van de zouttong. Het analytische model beschrijft zeer goed de effecten van de verondiepingen.


95


Onderstaande figuren geven in detail de chloride-concentraties nabij de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat.

kmr. 990

Holl. IJssel

Brienenoord

Verondieping 10% en 20% Nieuwe Waterweg. Q BR = 800 m3/s

2.5 Referentie 10% verond.


2

20% verond. M2086-ref.

1.5

M2086-10% M2086-20% 1

0.5

0 35

36

37

38

39

40

41

42

43

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Spui

Spijkenisse

Beerenplaat

Verondieping 10% en 20% Nieuwe Waterweg. QBR = 800 m3/s

2.5 Referentie


2

10% verond. 20% verond. M2086-ref.

1.5

M2086-10% M2086-20% 1

0.5

0 24

25

26

27

28

29

30

31

32

X t.o.v km r. 1033 [km]

Figuur C.3: Berekende en gemeten zoutverdeling ter plaatse van locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat voor de referentiesituatie en 10% en 20% verondiepingen van de Waterweg.

Het is opmerkelijk, dat de aanwezigheid van de havens langs de Nieuwe Maas niet leidt tot grote verschillen tussen het analytische model en de metingen in het Getijmodel Rijnmond (in het analytische model zijn de havens niet geschematiseerd). Evenmin leidt de uitwisseling tussen de Nieuwe Maas en Oude Maas, waarvan vermoed wordt dat deze van invloed is op de zoutverdeling, tot verschillen tussen analytisch model en Getijmodel. Gecombineerde verondieping Nieuwe Waterweg (kmr. 1033-1013), Nieuwe Maas (kmr. 1013999.5) en Oude Maas (kmr. 1006-995.5) - QBR = 800 m3/s Figuur C.4a+b toont de bodemdiepte van de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas.


96


kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Referentie en 20% verondieping Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west

0 -2 -4 Diepte [m NAP]

M2086 ref -6

M2086 20%

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.4a: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (incl. verondiepingen).

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Referentie en 20% verondieping Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west


M2086 ref -6

M2086 20%

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.4b: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg en Oude Maas (incl. verondiepingen).

De berekende en gemeten zoutverdelingen zijn weergegeven in Figuur C.5a+b.


97


kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Verondieping 20% Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west. QBR = 800 m 3/s

15


Referentie 20% verond. 10

M2086-ref. M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur C.5a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de referentiesituatie en 20% verondiepingen van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas. QBR = 800 m3/s.

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Verondieping 20% Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west. Q BR = 800 m 3/s

15


Ref erentie 20% verond. 10

M2086-ref . M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [k m ]

Figuur C.5b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de referentiesituatie en 20% verondiepingen van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas. QBR = 800 m3/s.

Ook voor de gecombineerde verondiepingen worden de effecten op de zoutverdeling goed weergegeven. De effecten van de verondiepingen op de Nieuwe en Oude Maas zijn


98


overigens veel kleiner dan de effecten van een verondieping op de Waterweg, immers de zoutverdeling voor de 20% verondieping van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas, wijkt niet veel af van die voor de 20% verondieping voor de Waterweg alleen (behoudens de zoutverdeling in het bovenstroomse deel van de Nieuwe en Oude Maas). Gecombineerde verondieping Nieuwe Waterweg (kmr. 1033-1013), Nieuwe Maas (kmr. 1013999.5) en Oude Maas (kmr. 1006-995.5) - QBR = 1100 m3/s De bodemdiepte van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas is identiek aan die voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s (Figuur C.4a+b). De berekende en gemeten zoutverdelingen zijn weergegeven in Figuur C.6a+b.

kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15



M2086-ref. M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur C.6a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de referentiesituatie en 20% verondiepingen van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas. QBR = 1100 m3/s.


99


Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15



M2086-ref. M2086-20%

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v kmr. 1033 [km ]

Figuur C.6b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de referentiesituatie en 20% verondiepingen van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas. QBR = 1100 m3/s.

De overeenstemming tussen de gemeten en berekende zoutverdeling is wat minder goed dan voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. Het effect van de verondieping wordt echter goed gereproduceerd. Invloed van de Bovenrijnafvoer op de zoutverdeling De zoutverdeling voor de referentiebodem en voor de bodems met de 20% verondiepingen van de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas kunnen elk worden vergeleken voor twee afvoersituaties. Figuur C.7a+b geeft de zoutverdelingen voor de referentiebodem voor QBR = 800 m 3/s en 1100 m 3/s; Figuur C.9a+b geeft de zoutverdelingen voor beide afvoeren voor de 20% onverdiepte bodems. Figuur C.8 toont in detail de zoutverdeling nabij de punt van de zouttong. Hierbij is voor de simulatie met een Bovenrijnafvoer van 1100 m3/s een iets lagere waarde voor de saliniteit (S0) ter plaatse van de zeerand gekozen.


100


kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Referentiebodem Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west.

15


QBR=800 m3/s QBR=1100 m3/s 10

M2086-QBR=800 m3/s M2086-QBR=1100 m3/s

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur C.7a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de referentiebodem en Bovenrijnafvoeren van 800 m3/s en 1100 m3/s.

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15


QBR=800 m3/s QBR=1100 m3/s 10

M2086-QBR=800 m3/s M2086-QBR=1100 m3/s

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [k m ]

Figuur C.7b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de referentiebodem en Bovenrijnafvoeren van 800 m3/s en 1100 m3/s.


101


kmr. 990

Holl. IJssel

Brienenoord


2.5

QBR=800 m3/s


2

QBR=1100 m3/s M2086-QBR=800 m3/s

1.5

M2086-QBR=1100 m3/s 1

0.5

0 35

36

37

38

39

40

41

42

43

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Spui

Spijkenisse

Beerenplaat


2.5


2

QBR=800 m3/s QBR=1100 m3/s M2086-QBR=800 m3/s

1.5

M2086-QBR=1100 m3/s 1

0.5

0 24

25

26

27

28

29

30

31

32

X t.o.v km r. 1033 [km]

Figuur C.8: Berekende en gemeten zoutverdeling voor de referentiebodem en Bovenrijnafvoeren van 800 m3/s en 1100 m3/s ter plaatse van de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat.


102


kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Bodem 20% verondiept Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west.

15


QBR=800 m3/s QBR=1100 m3/s 10

M2086-QBR=800 m3/s M2086-QBR=1100 m3/s

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [km ]

Figuur C.9a: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de 20% verondiepte bodems van Waterweg, Nieuwe en Oude Maas en Bovenrijnafvoeren van 800 m3/s en 1100 m3/s.

Beerenplaat Spui

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Bodem 20% verondiept Waterweg, Nieuwe en Oude Maas west.

15


QBR=800 m3/s QBR=1100 m3/s 10

M2086-QBR=800 m3/s M2086-QBR=1100 m3/s

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v km r. 1033 [k m ]

Figuur C.9b: Berekende en gemeten zoutverdeling op de Nieuwe Waterweg en Oude Maas voor de 20% verondiepte bodems van Waterweg, Nieuwe en Oude Maas en Bovenrijnafvoeren van 800 m3/s en 1100 m3/s.


103


Vergelijking Getijmodel Rijnmond en analytisch model voor afzonderlijke locaties In Figuur C.10a is voor alle hiervoor vermelde simulaties de gemeten chlorideconcentratie in het Getijmodel Rijnmond vergeleken met de berekende concentratie door het analytische model. De rode lijn geeft aan, wanneer sprake is van een volledige overeenstemming tussen beiden. Geconcludeerd wordt, dat de resultaten van het analytische model zeer goed in overeenstemming zijn met de metingen in het getijmodel. Het gemiddelde verschil bedraagt 0,06 g Cl-/l; de standaarddeviatie 0,34 Cl- g/l. Dit is weinig meer dan de nauwkeurigheid van de dichtheidsmetingen in het getijmodel, welke ongeveer 0,25 kg/m 3 is. Dit komt overeen met een nauwkeurigheid van 0,2 g Cl-/l (in de relatief ‘zoete locaties’ is dit iets minder). De nauwkeurigheid voor het gemiddelde van de 36 metingen (6 simulaties met elk 6 locaties) is 0,2/ 36 0,03 g Cl-/l. Chloridegehalte t.g.v. verondiepingen Waterweg, Nieuwe en Oude Maas QBR = 800 m3/s en QBR = 1100 m3/s 15


12

9

6 Referentie: QBR=800 m3/s Referentie: QBR=1100 m3/s Verondiepingen WaWe: QBR=800 m3/s

3

Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=800 m3/s Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=1100 m3/s 0 0

3

6

9

12

15

Cl-gehalte Getijmodel Rijnmond (M2086) [g/l]

Figuur C.10a: Vergelijking gemeten en berekende chloride-concentraties in 6 locaties voor alle simulaties.

Figuur C.10b geeft alleen de resultaten voor het bereik van [0, 3] g Cl-/l, d.w.z. in de locaties nabij de punt van de zouttong.


104


Chloridegehalte t.g.v. verondiepingen Waterweg, Nieuwe en Oude Maas QBR = 800 m3/s en QBR = 1100 m3/s 3.0


2.5

2.0

1.5 Referentie: QBR=800 m3/s 1.0

Referentie: QBR=1100 m3/s Verondiepingen WaWe: QBR=800 m3/s Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=800 m3/s

0.5

Verondiepingen WaWe-NiMa-OuMa: QBR=1100 m3/s 0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Cl-gehalte Getijmodel Rijnm ond (M2086) [g/l]

Figuur C.10a: Vergelijking gemeten en berekende chloride-concentraties nabij de punt van de zouttong voor alle simulaties.


105


C.5

Verificatie aangepaste Savenije model aan veldmetingen

Het Getijmodel Rijnmond is destijds gecalibreerd aan prototypemetingen tijdens o.a. 10 september 1979. De condities betroffen een springtij samen met een Bovenrijnafvoer van 1200 m 3/s. De resultaten van de metingen in het veld en in het getijmodel zijn v.w.b. de vertikaal-gemiddelde en tijdsgemiddelde dichtheden weergegeven in Figuur C.11. De tijdsmiddeling betreft net iets minder dan één getijperiode, nml. 12 uur, en kan daarom tot enigszins afwijkende gemiddelde dichtheden leiden t.o.v. getijgemiddelde waarden. Bij deze verificatie van het analytische model bleek het nodig de Chézy-ruwheid van de Waterweg te verlagen van 80 naar 65 m 0,5/s. Met de hierboven beschreven instelling van de modelparameters kan de longitudinale zoutverdeling goed worden gereproduceerd. Wat de oorzaak is van de benodigde aanpassing voor de Chézy-ruwheid is nog niet duidelijk. Mogelijk is het verschil in de periode waarover de dichtheden worden gemiddeld (1 getijperiode voor de calibratie vs. 14,5 dg. voor de mei-reeks) van invloed. Ook kan i.p.v. C de parameter K worden aangepast. Waarom K dan anders zou moeten zijn voor de calibratieperiode, in vergelijking tot de condities zoals gebruikt voor het Systeemonderzoek, is echter niet duidelijk. Verder is tijdens de calibratie en de verificatie van het Getijmodel naar voren gekomen, dat het model de tendens heeft tot te grote gelaagdheid en daardoor tot een te grote zoutindringing, vooral tijdens doodtij en perioden met plotselinge middenstandsveranderingen. De gemiddelde zoutverdeling voor de gehanteerde mei-reeks (incl. een doodtij) is daardoor in het Getijmodel mogelijk relatief “te zout”. In dat geval is voor het analytische model een hogere C (geringere ruwheid) nodig om tot een vergelijkbare zoutindringing te komen.

Brienenoord

Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Observaties en Getijmodel Rijnmond vs. Savenije model - 10 september 1979


20

Referentie

15

Observaties Getijmodel 10

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

X t.o.v kmr. 1033 [km]

Figuur C.11a: Vergelijking analytisch model Savenije met veldwaarnemingen en metingen in het Getijmodel Rijnmond voor het traject Waterweg-Nieuwe Maas.


106


Beerenplaat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Observaties en Getijmodel Rijnmond vs. Savenije model - 10 september 1979

Dichtheid-1000 [kg/m3]

20

Referentie

15

Observaties Getijmodel 10

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

X t.o.v kmr. 1033 [km]

Figuur C.11b: Vergelijking analytisch model Savenije met veldwaarnemingen en metingen in het Getijmodel Rijnmond voor het traject Waterweg-Oude Maas.

C.6

Conclusies en aanbevelingen 1. Het analytische model is zeer goed in staat de zoutverdeling in het Noordelijk Deltabekken te beschrijven. Het is opvallend, dat de invloed van het splitsingspunt Nieuwe Maas-Oude Maas en de havens langs de Nieuwe Maas op de reproductie van de zoutverdeling door het analytische model beperkt blijkt te zijn (mogelijk worden de verschillen t.p.v. Schiedam en Spijkenisse hierdoor veroorzaakt). 2. Het analytische model is zeer goed in staat veranderingen in de zoutverdeling ten gevolge van aangebrachte diepte- en afvoerveranderingen in het Getijmodel Rijnmond te reproduceren. 3. De relevante processen die van invloed zijn op de zoutverdeling worden dus goed met het analytische model beschreven. Het model kan daardoor worden toegepast voor een kwalitatieve en ook kwantitatieve afschatting van aanpassingen van de trapjeslijn. De resultaten betreffen de veranderingen van de tijdsgemiddelde concentraties over een periode van ongeveer 14,5 dagen. 4. Een onzekerheid betreft nog de te gebruiken ruwheid C, vooral voor de Nieuwe Waterweg, en de mogelijke toepasbaarheid van het model voor de bepaling van de verandering van de maximale chloride-concentraties. Ook de bruikbaarheid van het model voor perioden met middenstandsveranderingen moet nog nader worden verkend. 5. Er is nog geen “optimale” afregeling van het analytische model uitgevoerd. Gedacht kan worden aan het verder opsplitsen van riviertakken in meerdere delen, waardoor de ruwheid op een kleinere ruimteschaal kan worden aangebracht. Voor de huidige toepassing lijkt dit echter niet nodig, gelet op de overall goede ‘performance’ van het analytische model. 6. Het analytische model is gebruikt voor de berekening van tijdsgemiddelde chloridegehalten over een periode van 14,5 dg. Het model, zoals door Savenije beschreven,


107


heeft echter betrekking op de maximale zoutindringing tijdens hoogwaterkentering. De oorzaak voor deze ‘discrepantie’ moet nog nader worden bestudeerd. 7. Er dient nog te worden nagegaan hoe het model kan worden uitgebreid met een open verbinding via het Hartelkanaal en het Beerkanaal naar zee. Eveneens moet worden vastgesteld hoe het model kan worden geverifieerd met waarnemingen.

C.7

C.7.1

Schatting effect herstel trapjeslijn

Schematisatie Het analytische model is toegepast voor de bepaling van de effecten van het herstel van de trapjeslijn op de zoutverdeling. Hierbij zijn in eerste instantie twee simulaties uitgevoerd: Effect voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s; Effect voor een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s; De schematisatie van het inhomogene deel van het Noordelijk Deltabekken is volgens Figuur C.0, d.w.z. inclusief Nieuwe Waterweg bovenstrooms kmr. 1033, Nieuwe Maas tot kmr. 989.5 (Holl. IJssel) en Oude Maas tot kmr. 995.0 (Spui) maar (nog) zonder een tweede open verbinding met zee via het Hartel- en Beerkanaal. Voor de huidige bodemdiepte van de Waterweg en Nieuwe Maas zijn gegevens gebruikt van maart 2008, zoals toegeleverd door Rijkswaterstaat, zie Figuur C.12 en Tabel C.2. Tabel C.2: Bodemligging Waterweg en Nieuwe Maas maart 2008. Kmr. Diepte [m NAP] Nieuwe Waterweg 1033 – 1014 -16,5 Nieuwe Maas 1014 - 1005 -15,0 Nieuwe Maas 1005 - 1001 -12,2


108


Gemeten bodem Nieuwe Waterweg-Nieuwe Maas - maart 2008 en trapjeslijn 2002 0

gemiddelde diepte in de vaargeul Gemiddeld per trede van trapjeslijn

-5

-10

-15

Diepte [m NAP]

Trapjeslijn 2002

-20

1035

1030

1025

1020

1015

1010

1005

1000

995

-25 990

Kilometerraai

Figuur C.12: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas maart 2008.

Voor de bodemdiepte van de Oude Maas is de bodemdiepte ontleend aan Rijkswaterstaat (2004), waarin o.a. de morfologische ontwikkeling van de riviertakken in het Noordelijk Deltabekken wordt gepresenteerd. Voor de Oude Maas (tussen het Spui en de Nieuwe Maas) is de gemiddelde diepte in 2000 ongeveer NAP-11 m te zijn; voor de Oude Maas tussen het Hartelkanaal en de Nieuwe Maas is de diepte NAP-12 m, zie Figuur C.13a+b. Voor de simulatie met het analytische model wordt een bodemdiepte op NAP-11,5 m verondersteld.

Figuur C.13a: Verloop gemiddelde diepte Oude Maas: Spui-Hartelkanaal (Rijkswaterstaat, 2004a)


109


Figuur C.13b: Verloop gemiddelde diepte Oude Maas: Hartelkanaal-Nieuwe Maas (Rijkswaterstaat, 2004a)

Voor de schematisatie van de trapjeslijn wordt uitgegaan van de maximaal toegestane bodemdiepte, welke in 2002 is vastgesteld (Rijkswaterstaat, 2004a): Tabel C.3: Bodemdiepte trapjeslijn 2002. Trede trapjeslijn Minimum bodemligging Maximum bodemligging (t.b.v. scheepvaart) (t.b.v. verzilting) [m NAP] [m NAP] 1032.6 – 1014.0 -15.0 -16.0 1014.0 – 1004.4 -14.5 -14.5 1004.4 – 1000.6 -11.5 -12.0 1000.6 – 994.0 -7.5 -8.0

Vergelijking van Tabel C.2 (actuele bodemligging) met Tabel C.3 (trapjeslijn – rode data) laat zien, dat de Waterweg 0,5 m te diep is (~ 3% van de waterdiepte). Voor de Nieuwe Maas tussen 1014 en 1005 is de bodem 0,5 m dieper dan de maximale diepte volgens de trapjeslijn. De trede op de Nieuwe Maas tussen 1005 en 1001 is slechts 0,2 m te diep t.o.v. de maximum diepte van NAP-12.0 m. In (Rijkswaterstaat, 2004a) wordt opgemerkt, dat de extra verdieping van 0,5 m voor de trede van de trapjeslijn tussen NiMa 1014 en NiMa 1005 in 2002 gecompenseerd moet worden door mitigerende maatregelen, indien deze verdieping nadelig mocht zijn voor de verzilting. In dit onderzoek zou dit betekenen, dat de bodemdiepte van de trede tussen kmr. 1014 en 1005 teruggebracht moet worden tot NAP-14.0 m indien van een verslechtering van de verziltingssituatie sprake mocht zijn. In Figuur C.14a+b is de bodemligging van maart 2008 vergeleken met de trapjeslijn volgens Tabel C.3 (rode data) en de diepten van de Oude Maas in 2000. De eventueel aan te brengen verondiepingen t.b.v. het herstel van de trapjeslijn zijn veel kleiner dan de aangebrachte verondiepingen tijdens het Systeemonderzoek; zij vallen dus binnen het verificatiebereik van het analytische model.


110



Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Nieuwe Waterweg-Nieuwe Maas: Trapjeslijn (2002) en bodem maart 2008


Trapjeslijn (2002) -6

Bodem (mrt. 2008)

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.14a: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas volgens situatie maart 2008 en volgens trapjeslijn (2002).

Beerenplaat Spui

Beerengat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033

Oude Maas: bodem 1979 (M2086)

0

Diepte [m NAP]

-2 -4

Trapjeslijn (2002)

-6

Bodem (WaWe mrt. 2008; OuMa 2000)

-8 -10 -12 -14 -16 -18 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.14b: Bodemdiepte Nieuwe Waterweg en Oude Maas volgens situatie maart 2008 (Waterweg) en 2000 (Oude Maas) en volgens trapjeslijn (2002).


111


De Chézy-ruwheid van de riviertakken zijn identiek aan die voor de simulaties ter verificatie a.d.h.v. de metingen in het Getijmodel Rijnmond: -

Nieuwe Waterweg: Nieuwe Maas west: Nieuwe Maas oost: Oude Maas west:

C = 80 m 0,5/s; C = 45 m 0,5/s; C = 45 m 0,5/s; C = 50 m0,5/s;

Voor de parameter K is voor alle takken een waarde van 0,6 toegepast, welke niet is veranderd voor de verschillende berekeningen. De saliniteit op de zeerand (kmr. 1033) bedraagt in alle gevallen 27 PSU. De getijsnelheden ( 0) op de verschillende riviertakken zijn ten gevolge van aanpassingen van de bodemdiepte niet veranderd. Deze dienen in een later stadium te worden bepaald met een eendimensionaal waterbewegingsmodel. Gelet op de geringe bodemveranderingen zullen de veranderingen in 0 echter klein zijn. Het effect van een verondieping wordt hierdoor enigszins onderschat (in werkelijkheid zal de reductie van de zoutindringing dus iets groter zijn). Voor de bepaling van de restafvoeren wordt (voorlopig) uitgegaan van de restafvoerverdeling, zoals bekend vanuit het Systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken, dus zonder open verbinding via het Hartel- en Beerkanaal (Waterloopkundig Laboratorium, 1985), met gebruik van het lozingsprogramma LPH’84 voor de Haringvlietsluizen. Dit lozingsprogramma komt erop neer, dat voor Bovenrijnafvoeren kleiner dan 1100 m 3/s slechts sprake is van een netto debiet van 10 m 3/s via de zoutriolen. Voor Bovenrijnafvoeren tussen 1100 en 1700 m 3/s is er een netto doorspoeldebiet van ca. 50 m 3/s t.b.v. het westelijke deel van het Haringvliet, zie (Rijkswaterstaat, 2004a). Er wordt verder een onttrekking van 30 m 3/s te Gouda en 50 m3/s via de Volkeraksluizen verondersteld. Vanuit het Systeemonderzoek is bekend hoe groot de restafvoerveranderingen op de Nieuwe en Oude Maas zijn t.g.v. de onttrekkingen bij de Haringvliet- en Volkeraksluizen en Gouda. Onderstaande tabel geeft voor de twee afvoersituaties de resulterende restafvoeren op de Waterweg, Nieuwe en Oude Maas. Tabel C.4: Restafvoeren Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas voor Bovenrijnafvoeren van 800 en 1100 m3/s (situatie: zonder doorsteek Beerdam). Berekeningen uitgevoerd met ZWENDL. QBR = 800 m3/s WaWe NiMa OuMa 710 237 473 Gouda = 30 m3/s -30 -27 -3 Volk. = 50 m3/s -50 -16 -34 3 Havl. = 10 m /s -10 -3 -7 620 191 429

QBR = 1100 m3/s Gouda = 30 m3/s Volk. = 50 m3/s Havl. = 10 m 3/s

WaWe 975 -30 -50 -10 885

NiMa 324 -27 -16 -3 278


OuMa 651 -3 -34 -7 610

112


C.7.2

Resultaten simulaties De hierna gepresenteerde veranderingen in de zoutverdeling ten gevolge van het herstel van de trapjeslijn hebben betrekking op een periode van 14,5 dagen, d.i. inclusief een volledige doodtij-springtij cyclus en een constante Bovenrijnafvoer tijdens deze periode. Het analytische model is immers voor deze condities geverifieerd a.d.h.v. metingen in het Getijmodel Rijnmond. De longitudinale zoutverdeling voor de bodem maart 2008 (Waterweg en Nieuwe Maas) en 2000 (Oude Maas west) en de zoutverdeling voor de situatie met de trapjeslijn 2002 is weergegeven in de Figuren 6.15a+b voor een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. Het verschil tussen beide simulaties is uitgezet t.o.v. de rechteras. Een positieve waarde houdt in, dat de chlorideconcentratie voor de situatie met de trapjeslijn is afgenomen t.o.v. de situatie met de bodem van maart 2008 voor de Waterweg en Nieuwe Maas (en de bodem van de Oude Maas in 2000).


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15

1.2



0.8

Trapje Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.15a: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s.


113


Beerenplaat Spui

Beerengat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15

1.2

10

0.8 Bodem (mrt. 2008)


Trapjeslijn (2002)

Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.15b: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Oude Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s.

Voor de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat zijn de tijdsgemiddelde chloridegehalten weergegeven in Figuur C.16. Tijdsgemiddelde chloride-gehalte QBR = 800 m 3/s 1.20


1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002)

0.40

0.20


Beerenplaat

Figuur C.16: Tijdsgemiddelde chloride-concentraties t.p.v. van Brienenoordbrug en Beerenplaat: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 800 m3/s.

De maximale reductie in de chlorideconcentratie bedraagt 0,4 g Cl-/l en treedt op ter plaatse van het splitsingspunt Westgeul en op de Nieuwe Maas over het traject 1013-1000. Bij de van Brienenoordbrug en Beerenplaat is de reductie resp. 0,2 en 0,1 g Cl-/l. Bovenstrooms van deze locaties neemt de reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie af. De reductie is vooral het gevolg van de verondieping van de Waterweg met 0,5 m.


114


Tijdens een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s is de longitudinale zoutverdeling zoals weergegeven in de Figuren 6.17a+b.

kmr. 990


Rotterdam

Parksluizen

Schiedam

Vlaardingen

Oude Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15

1.2



0.8

Trapje Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.17a: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 1100 m3/s.

Beerenplaat Spui

Beerengat

Spijkenisse

Nieuwe Maas

Botlek

Maassluis

Poortersh.

Hoek v. Holl.

kmr. 1033


15

1.2

10

0.8 Bodem (mrt. 2008)


Trapjeslijn (2002)

Verschil

5

0.4

0

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

X t.o.v k m r. 1033 [km ]

Figuur C.17b: Zoutverdeling Nieuwe Waterweg en Oude Maas: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 1100 m3/s.


115


Voor de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat zijn de tijdsgemiddelde chloridegehalten weergegeven in Figuur C.18. Tijdsgemiddelde chloride-gehalte QBR = 1100 m 3/s 1.20


1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60


0.20


Beerenplaat

Figuur C.18: Tijdsgemiddelde chloride-concentraties t.p.v. van Brienenoordbrug en Beerenplaat: effect herstel trapjeslijn voor QBR = 1100 m3/s.

De maximale reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie is met 0,5 g Cl-/l ter plaatse van kmr. 1000 op de Nieuwe Maas. Bij de locaties van Brienenoordbrug en Beerenplaat is de reductie resp. 0,1 g en 0 Cl-/l (Beerenplaat verzilt niet bij deze afvoersituatie). Tenslotte zijn in Figuur C.19 de afvoerafhankelijke tijdsgemiddelde chloride-concentraties t.p.v. van Brienenoordbrug en Beerenplaat voor beide bodems weergegeven. De verschillen geven aan, dat voor afnemende Bovenrijnafvoeren de reductie ten gevolge van het herstel van de trapjeslijn groter wordt. Uiteraard zijn meer afvoersituaties nodig om de relatie nauwkeuriger aan te geven. Tijdsgemiddelde chloride-concentraties van Brienenoordbrug afvoerafhankelijke reductie 1.20


1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60


0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m3/s]


116




1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002)

0.40

0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m 3/s]

Figuur C.19: Tijdsgemiddelde chlorideconcentraties als functie van de Bovenrijnafvoer voor de actuele bodem (maart 2008 en 2000) en de trapjeslijn (2002).

Invloed Chézy-ruwheid Nieuwe Waterweg Eerder is gesteld, dat er een onzekerheid is m.b.t. de aan te houden Chézy-ruwheid voor de Waterweg. Indien voor de Waterweg C = 65 m 1/2/s i.p.v. C = 90 m 1/2/s wordt aangehouden, volgt voor de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s een reductie, zoals weergegeven in Figuur C.20. Tijdsgemiddelde chloride-concentraties van Brienenoordbrug afvoerafhankelijke reductie 1.20


1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60


0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m3/s]


117




1.00

0.80 Bodem (mrt. 2008)

0.60

Trapjeslijn (2002)

0.40

0.20

0.00 700

800

900

1000

1100

1200

QBR [m 3/s]

Figuur C.20: Tijdsgemiddelde chlorideconcentraties als functie van de Bovenrijnafvoer voor de actuele bodem (maart 2008 en 2000) en de trapjeslijn (2002). Chézy-ruwheid Waterweg = 65 m1/2/s.

De reductie ten gevolge van het herstel van de trapjeslijn blijft voor een afvoer van 800 m 3/s ongeveer gelijk, d.w.z. 0,2 g Cl-/l t.p.v. de van Brienenoordbrug en 0,1 g Cl-/l bij Beerenplaat. Voor een afvoer van 1100 m 3/s is er geen reductie, omdat beide locaties niet verzilten. C.7.3

Conclusies 1. Het herstel van de trapjeslijn terug naar de situatie van 2002 heeft tot gevolg dat de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie ter plaatse van de van Brienenoordbrug en Beerenplaat reduceert met respectievelijk 0,2 g Cl-/l en 0,1 g Cl-/l bij een afvoer situatie van 800 m 3/s Bovenrijnafvoer. 2. Voor de locatie van Brienenoordbrug geldt de onder 1. genoemde reductie van 0,2 g Cl-/l ook bij een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s. Bij deze afvoer verzilt Beerenplaat niet, zodat de reductie ter plaatse gelijk nul is. 3. Er is een onzekerheid m.b.t. de aan te houden Chézy-ruwheid voor de Waterweg. Indien een grotere ruwheid voor de Waterweg wordt gehanteerd, C = 65 m 1/2/s i.p.v. 80 m 1/2/s, is er alleen sprake van een reductie van 0,2 g Cl-/l bij van Brienenoordbrug en 0,1 g Cl-/l bij Beerenplaat bij een Bovenrijnafvoer van 800 m 3/s. Voor een Bovenrijnafvoer van 1100 m 3/s is er geen reductie. 4. Samenvattend kan worden gesteld dat, voor Bovenrijnafvoeren van 800-1100 m 3/s, de verwachte reductie van de tijdsgemiddelde chlorideconcentratie in het bereik ligt van [0; 0,2] g Cl-/l (van Brienenoordbrug) en [0; 0,1] g Cl-/l (Beerenplaat). 5. De genoemde waarden voor de reductie geldt voor de geometrie van vóór de doorsteek van de Beerdam. Verwacht wordt, dat de effecten van verondiepingen als gevolg van het herstel van de trapjeslijn van dezelfde grootte zullen zijn als voor de situatie met een open verbinding via het Hartel- en Beerkanaal. Aanbevolen wordt om deze hypothese wel te toetsen voor de situatie met een tweede open verbinding met zee.

C.7.4

Aanbevelingen 1. Aanbevolen wordt om na te gaan in hoeverre het analytische model kan worden uitgebreid met een tweede open verbinding naar zee (via het Hartel- en Beerkanaal), zie Figuur C.21. De effecten van de doorsteek van de Beerdam kunnen worden


118


2.

3.

4.

5.

vergeleken met de bevindingen van (Jacobs et al., 2003), waarin op basis van een statistische analyse van waarnemingen wordt geconcludeerd, dat de doorsteek van de Beerdam heeft geleid tot een toename van de verzilting. Aanbevolen wordt om na te gaan in hoeverre met het analytische model uitspraken kunnen worden gedaan over maximale chloride-concentraties. Een vergelijking kan worden gemaakt met metingen in het Getijmodel Rijnmond voor cyclische spring- en doodtij omstandigheden. Resultaten van de metingen in het Getijmodel Rijnmond moeten dan wel handmatig worden opgemeten in figuren. Als onderdeel van het Systeemonderzoek is nog een groot aantal andere proeven uitgevoerd, zoals het afsluiten van riviertakken en haven en lozingen/onttrekkingen. Deze proeven kunnen eveneens worden gebruikt voor een aanvullende verificatie van het analytische model. Verder zijn proeven met andere getijcondities uitgevoerd, zoals cyclische springtij-, normaaltij en doodtij omstandigheden, welke eveneens kunnen worden gebruikt. Voor een schatting van de veranderingen van de chloride-concentraties voor de huidige situatie dient eveneens de bodemdiepte voor de Oude Maas west in 2008 (i.p.v. 2000) bekend te zijn. Een nauwkeuriger schatting van de verandering van de tijdsgemiddelde chlorideconcentraties is mogelijk door gebruik te maken van de veranderingen van de waterbeweging (m.n. maximale getijsnelheden 0), zoals berekend door een eendimensionaal waterbewegingsmodel, bijvoorbeeld SOBEK. In dat geval moet ook de meest actuele bodemschematisatie in het model worden meegenomen.

Figuur C.21: Mogelijke uitbreiding van het analytische model van Savenije met het Hartel- en Beerkanaal. Interne randen ter plaatse van locaties met diepteveranderingen.


119


D Referenties

Jacobs, P., S. de Goederen, A. Fioole, 2003, Analyse verzilting Noordrand Noordelijk Deltabekken na doorsteek Beerdam. RIZA werkdocument 2003.054X. Projectnummer 6100.010.32. Rijkswaterstaat (RIZA-WST). Rijkswaterstaat, 2004a, Huidige situatie en autonome ontwikkeling Rijn-Maasmonding, Beschrijving hydraulische, morfologische en scheepvaartkundige aspecten in het kader van ‘ruimte voor de rivier’. Waterloopkundig Laboratorium, 1984, Inregeling, IJking en Verificatie van de waterbeweging en zoutverdeling in het Getijmodel Rijnmond. Verslag onderzoek. M2000-3. Waterloopkundig Laboratorium, 1984, Projektbeschrijving Waterloopkundig Systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Werkplan. M2000-4 WL, WWZW 31.004.31 RWS (BER/DZW). Waterloopkundig Laboratorium, 1985, Waterloopkundig systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Lozingen/onttrekkingen en afvoervertrekkingen. Deel 1; variaties restafvoeren. Verslag modelonderzoek. M2030-1. Waterloopkundig Laboratorium, 1987, Waterloopkundig systeemonderzoek Noordelijk Deltabekken. Verdiepingen/verondiepingen van riviertakken. Verslag modelonderzoek deel 1 en deel 2 (figuren). M2086/Z67.


120

Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas Fase 1: Voorstudie naar de effecten op de zoutindringing

Recommend Documents