MER VERDIEPING NIEUWE WATERWEG EN BOTLEK ACHTERGRONDSTUDIE MORFOLOGIE

MER VERDIEPING NIEUWE WATERWEG EN BOTLEK ACHTERGRONDSTUDIE MORFOLOGIE HAVENBEDRIJF ROTTERDAM NV

4 december 2015 078678890:A.1 - Definitief C03041.002054.0100

MER verdieping Nieuwe Waterweg en Botlek Achtergrondstudie Morfologie

Inhoud 1

2

Inleiding ................................................................................................................................................................ 7 1.1

Kader ........................................................................................................................................................... 7

1.2

Aanleiding en doel .................................................................................................................................... 8

1.3

Aanpak en leeswijzer ................................................................................................................................ 8 1.3.1

Fase 1: Huidige situatie ......................................................................................................... 9

1.3.2

Fase 2: Effecten van de verdieping op de morfologie ..................................................... 10

Gebiedsbeschrijving ......................................................................................................................................... 12 2.1

Inleiding .................................................................................................................................................... 12

2.2

Beschrijving Rijn-Maasmonding............................................................................................................ 12

2.3

2.4

2.2.1

Korte Gebiedsbeschrijving .................................................................................................. 12

2.2.2

Historische ontwikkelingen................................................................................................ 13

Waterbeweging ........................................................................................................................................ 15 2.3.1

Waterstanden en getijslag ................................................................................................... 15

2.3.2

Stroming en gelaagdheid .................................................................................................... 16

2.3.3

Rivierafvoeren en waterverdeling ..................................................................................... 17

2.3.4

Zoet-zout dynamiek ............................................................................................................ 18

Sediment transport en morfologie ......................................................................................................... 18 2.4.1

2.4.2

Bodemligging ....................................................................................................................... 18 2.4.1.1

Huidige bodemligging ............................................................................... 18

2.4.1.2

Ontwikkelingen in bodemligging Nieuwe Waterweg /Nieuwe Maas 21

2.4.1.3

Ontwikkelingen in bodemligging bovenstroomse rivierdelen ............. 22

2.4.1.4

Prognose bodemveranderingen in de Rijn-Maasmonding.................... 25

Sedimentsamenstelling toplaag waterbodem .................................................................. 26 2.4.2.1

Sedimentsamenstelling toplaag waterbodem ......................................... 26

2.4.2.2

Sedimentsamenstelling toplaag waterbodem, bovenstrooms............... 27

2.4.2.3

Sedimentsamenstelling toplaag waterbodem in de verdiepte situatie 28

2.4.3

Samenstelling ondergrond (lithostratigrafie) Nieuwe Waterweg ................................. 29

2.4.4

Bodemvormen en aanwezigheid harde lagen aan het oppervlak ................................. 31

2.4.5

Onderhoudsvolumes ........................................................................................................... 34 2.4.5.1

Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas ........................................................ 34

2.4.5.2

Havenbekkens ............................................................................................. 36

2.4.5.3

Euro-Maasgeul ............................................................................................ 37

2.4.5.4

Inschatting totale baggervolume benedenstroomse deel Rijn-

Maasmonding....................................................................................................................... 38 2.4.6 3

Sediment concentraties ....................................................................................................... 39

Analyse van de huidige situatie ...................................................................................................................... 43 3.1

Inleiding .................................................................................................................................................... 43

3.2

Modelinstrumentarium........................................................................................................................... 43 3.2.1

Gehanteerde modellen ........................................................................................................ 43

3.2.2

Waterbewegingsmodellen .................................................................................................. 44 3.2.2.1

3.2.3

078678890:A.1 - Definitief

Het OSR-model ........................................................................................... 44

Sediment transport modellen ............................................................................................. 46

ARCADIS

3


3.2.3.1

1DV TSAND model .................................................................................... 46

3.2.3.2

Delft3D & Simona Zeedelta model ........................................................... 47

3.2.3.3

1DV slibvangmodel .................................................................................... 49

3.2.3.4

Delft3D Slib model ...................................................................................... 49

3.2.3.5

Delft3D 2dv model ten behoeve van het bepalen van de

bovenstroomse effecten ....................................................................................................... 51 3.2.4 3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

Evenwichtsvergelijkingen................................................................................................... 52

Waterbeweging ........................................................................................................................................ 54 3.3.1

Introductie ............................................................................................................................ 54

3.3.2

gehanteerde randvoorwaarden .......................................................................................... 55

3.3.3

Getij voortplanting en asymmetrie .................................................................................... 57

3.3.4

Waterverdeling over de verschillende riviertakken ........................................................ 61

3.3.5

(Residuele) stroomsnelheden ............................................................................................. 62

3.3.6

Residuele stroomsnelheden over de verticaal .................................................................. 63

3.3.7

Wateruitwisseling tussen kanaalsecties en havenbekkens ............................................. 64

Zand transporten langs de Nieuwe Waterweg / Nieuwe Maas ........................................................ 66 3.4.1

Introductie ............................................................................................................................ 66

3.4.2

Zandtransporten berekend met TSAND .......................................................................... 66 3.4.2.1

Resultaten TSAND voor huigem50 en huidoo95 .................................... 67

3.4.2.2

Gewogen opgetelde transporten van de beschouwde condities .......... 71

3.4.2.3

Kalibreren van TSAND aan Delft3D formuleringen (Van Rijn, 2004) . 72

3.4.2.4

TSAND versus geobserveerde morfologische aspecten ........................ 73

3.4.2.5

Invoerreductie TSAND .............................................................................. 74

3.4.3

Sedimenttranporten berekend met DELFT3D ................................................................. 75

3.4.4

Vergelijking TSAND met NSC en Delft3D ....................................................................... 77

Slib transporten langs de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas ............................................................ 78 3.5.1

Introductie ............................................................................................................................ 78

3.5.2

Calibratie van het slibmodel op de Huidige situatie....................................................... 78

3.5.3

Havensedimentatie .............................................................................................................. 80

Evenwichtrelaties..................................................................................................................................... 83 3.6.1

Introductie ............................................................................................................................ 83

3.6.2

Evenwichtsrelaties toegepast op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas .................. 83

3.6.3

Nieuw Afgeleide evenwichtsrelaties ................................................................................. 84

Fenomenologische beschrijving van het huidige systeem en conceptueel model tbv effectstudie................................................................................................................................................ 86

4

Introductie ............................................................................................................................ 86

3.7.2

Waterbeweging .................................................................................................................... 86

3.7.3

Morfologische processen .................................................................................................... 88

3.7.4

Conceptueel model van het morfologische systeem ....................................................... 89

Referentie situatie en verdiepingsalternatief ............................................................................................... 91 4.1

Inleiding .................................................................................................................................................... 91

4.2

Referentiesituatie ..................................................................................................................................... 91

4.3

4

3.7.1

ARCADIS

4.2.1

Beschrijving van Autonome trends ................................................................................... 91

4.2.2

Autonome ontwikkelingen ................................................................................................. 94

4.2.3

Te beschouwen Referentiesituatie ..................................................................................... 95

Alternatief ................................................................................................................................................. 96 4.3.1

Beschrijving alternatief........................................................................................................ 96

4.3.2

Baggervolumes ..................................................................................................................... 97



4.3.3 5

Effectbepaling verdiepingsalternatief ......................................................................................................... 101 5.1

Inleiding .................................................................................................................................................. 101

5.2

Effecten op de waterbeweging ............................................................................................................. 101

5.3

5.2.1

Waterstanden ..................................................................................................................... 101

5.2.2

Debieten .............................................................................................................................. 103

5.2.3

Stroomsnelheden en residuele horizontale stromingen ............................................... 106

5.2.4

Residuele stromingen over de verticaal .......................................................................... 108

Morfologische Effecten van de verdieping......................................................................................... 110 5.3.1

5.3.2

5.4

6

Baggermethode/ verspreidingslocaties ............................................................................. 98

Effecten op zandtransport in de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas .......................... 110 5.3.1.1

Zandtransporten op de Nieuwe Waterweg ........................................... 110

5.3.1.2

Zandtransporten op de Nieuwe Maas ................................................... 113

5.3.1.3

Zandtransporten op de Oude Maas ....................................................... 114

5.3.1.4

Effecten van zandgolven op onderhoud ................................................ 114

Effecten op slibtransport ................................................................................................... 115 5.3.2.1

Effecten op slibtransporten in de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas 115

5.3.2.2

Effecten op sedimentatie van de havenbekkens ................................... 116

5.3.3

Verwachte effecten uit analyse Evenwichtsrelatie ........................................................ 118

5.3.4

Morfologische effecten bovenstrooms van de verdieping ........................................... 122

5.3.5

Kans op lokale ontgrondingen ......................................................................................... 124

Synthese morfologische effecten .......................................................................................................... 126 5.4.1

Inleiding .............................................................................................................................. 126

5.4.2

Morfologische effectinschatting tijdschaal 10 jaar (2025) ............................................. 127

5.4.3

Morfologische effectinschatting tijdschaal 35 jaar (2050) ............................................. 129

5.4.4

Effecten op baggerhoeveelheden ..................................................................................... 130

5.4.5

Onzekerheden en nauwkeurigheidsbandbreedte ......................................................... 132

Conclusies en aanbevelingen ........................................................................................................................ 134 6.1

Conclusies ............................................................................................................................................... 134

6.2

Aanbevelingen ....................................................................................................................................... 135

6.3

Leemten in kennis .................................................................................................................................. 135

Referenties............................................................................................................................................................... 136 Bijlage 1

Nadere beschouwing stromingsmodel ......................................................................... 142

Bijlage 1.1

Afleiding bovenstroomse randvoorwaarden ............................................................... 143

Bijlage 1.2

Afleiding benedenstroomse (cyclische) randvoorwaarden ....................................... 153

Bijlage 1.3

Aanvullende figuren van de waterbeweging .............................................................. 161

Bijlage 2

TSAND model ................................................................................................................... 162

Bijlage 2.1

Beschrijving model ........................................................................................................... 163

Bijlage 2.2

Aanvullende figuren TSAND model ............................................................................ 166


ARCADIS

5


Bijlage 3

6

ARCADIS

Beschrijving Delft3D sediment transport model ........................................................ 173



1 1.1

Inleiding KADER

Het Havenbedrijf Rotterdam N.V. (hierna: het Havenbedrijf) investeert de komende jaren fors in de revitalisering van de bestaande havengebieden. Een van de betreffende havengebieden, de Botlek/Vondelingenplaat, herbergt een van de grootste petrochemische complexen van Europa. Daarnaast is er in het gebied sprake van maritieme industrie en overslag van natte en droge bulk. Door de investeringen blijven de havengebieden de komende decennia aantrekkelijk voor havengebonden bedrijven. Een vereiste is dan wel dat de nautische bereikbaarheid van de gebieden ook verbetert. Om aan deze voorwaarde invulling te geven heeft het Havenbedrijf het voornemen de nautische bereikbaarheid van de Botlek en de Vondelingenplaat te verbeteren. Het voornemen is de bodemligging in de Nieuwe Waterweg c.q. het Scheur tussen Hoek van Holland en de Beneluxtunnel te verlagen van de huidige NAP -15,0 meter (tussen Hoek van Holland en de toegang van het Botlekgebied) respectievelijk 14,5 meter (tussen het Botlekgebied en de Beneluxtunnel) naar NAP – 16,3 meter. Dit betreft de zogenaamde Nautisch Gegarandeerde Diepte (NGD). Conform het huidige beleid van Rijkswaterstaat wordt beneden de NGD geen onderhoudsmarge gehanteerd. NAP -16,3 is de diepte waarop de rivierbodem wordt aangelegd en onderhouden. Ook een deel van de havens in de Botlek zal tot een niveau van ca. NAP -16,0 meter (NGD) worden verdiept. In de havenbekkens wordt door het Havenbedrijf veelal een onderhoudsmarge van 0,5 meter beneden de NGD aangehouden. Figuur 1.1 toont de locatie van de geplande verdieping Door de verdieping kan de maximale diepgang van schepen met bestemming Botlek of Vondelingenplaat toenemen van de huidige 13,7 naar 15,0 meter. Hierdoor kunnen Aframax-schepen worden ontvangen.


ARCADIS

7


Figuur 1.1: Locatie van de verdieping van de Nieuwe Waterweg

1.2

AANLEIDING EN DOEL

De verdieping van de Nieuwe Waterweg en het Scheur leidt tot een baggervolume van ca. 4 miljoen m 3, terwijl de verdieping van de havens in de Botlek nog eens ca. 2,7 miljoen m3 extra volume oplevert. In totaal wordt de drempelwaarde voor de MER-plicht daarmee ruim overschreden. Ten behoeve van het opstellen van het MER worden verschillende verdiepende studies uitgevoerd waaronder voorliggende studie gericht op de morfologie. Het doel van deze morfologische studie is om, o.a. ten behoeve van de Milieu Effect Rapportage, de morfologische effecten van de verdieping in kaart te brengen. De volgende twee vragen staan centraal in deze studie: Wat is het effect van de verdieping op het hydromorfologische systeem, zowel grootschalig (bovenstroomse effecten) als lokaal (ontstaan van lokale ontgrondingen) in de Rijn-Maasmonding? Hoe verandert door de ingreep de onderhoudsbehoefte op de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas en aanliggende havens? Het product van de werkzaamheden bestaat uit dit onderliggende achtergrondrapport met daarin de bevindingen van alle morfologie onderdelen, alsmede een samenvattende tekst voor opname in het MER.

1.3

AANPAK EN LEESWIJZER

De studie is opgedeeld in twee fasen; fase 1 waarin de huidige hydromorfologische situatie in kaart is gebracht, en fase 2 waarin de lokale en grootschalige effecten van het verdiepingsalternatief ten opzichte van de Referentiesituatie zijn bepaald.

8

ARCADIS



1.3.1

FASE 1: HUIDIGE SITUATIE

Vier parallelle sporen Ten behoeve van fase 1 heeft ARCADIS de huidige morfologische situatie in kaart gebracht. Daartoe zijn beschikbare rapporten en studies bestudeerd, zijn hydrodynamische en morfologische modelberekeningen gemaakt en zijn evenwichtsrelaties geanalyseerd. Samengevat: de huidige situatie en trends zijn vastgesteld door middel van vier verschillende sporen: 1.

Literatuurstudie;

2.

Analyse van de waterbeweging met behulp van hydrodynamische simulaties;

3.

Analyse van het morfologische systeem door middel van sedimenttransportberekeningen, en;

4.

Onderzoek naar toepassingsmogelijkheden van empirische relaties op de Nieuwe Waterweg.

Ad 1) Beschikbare rapporten en data (hoofdstuk 2) De hydromorfologie van de Rijn-Maasmonding is geanalyseerd en beschreven in verschillende openbare rapporten. In het literatuuronderzoek (spoor 1) zijn deze rapporten verzameld en bestudeerd. Hoofdstuk 2 geeft een overzicht van de relevante hydromorfologische informatie en belangrijke aspecten zoals baggervolumes, sedimentconcentraties en de lithostratigrafie. Ad 2) Hydrodynamische model simulaties (paragraaf 3.3) Ten behoeve van deze studie is gebruik gemaakt van het bestaande modelinstrumentarium van het Havenbedrijf en zijn een aantal nieuwe modellen voor deze studie opgezet. Een beschrijving van de gehanteerde modellen en hun toepassingsgebied is beschreven in paragraaf 3.2. De morfodynamiek wordt bepaald door de sedimenttransportgradiënten. Deze worden geforceerd door de waterbeweging. Goed begrip van de morfodynamiek is daarom onlosmakelijk verbonden met een goed begrip van de waterbeweging onder verschillende condities. Daarom zijn 15 verschillende combinaties van getij en rivierafvoer onderzocht met behulp van hydrodynamische modelsimulaties (drie getij en vijf rivierafvoer condities). Er is gerekend met het gevalideerde rekenmodel van het Havenbedrijf (Zeedelta model en NSC model). De opzet van de berekeningen, de resultaten en de belangrijkste lessen voor de morfologie van het gebied zijn beschreven in paragraaf 3.3.; getij, getij-asymmetrie, verticale gelaagdheid, debietsverdeling in de Rijn-Maasmond, rivierafvoeren, etc Ad 3) Sedimenttransportberekeningen voor zand (paragraaf 3.4) en voor slib (paragraaf 3.5) Er zijn zandtransportberekeningen uitgevoerd met het voor deze studie verder ontwikkelde sediment transport model TSAND. Dit model berekent de zandtransporten gebaseerd op de NSC-modelsimulaties van de waterbeweging. Voor de validatie van het TSAND-model en voor een goed systeembegrip zijn ook simulaties uitgevoerd met een voor deze studie opgezet Delft3D-model. De modellen en de resultaten zijn beschreven in paragraaf 3.4. Naast zandtransportberekeningen zijn er ook slibtransportberekeningen uitgevoerd. Hierbij is ook gebruik gemaakt van een speciaal voor deze studie opgezet Delft3D-model. Daarnaast zijn de effecten van de verdieping op de sedimentatie van slib in de haven bepaald met een 1DV slibuitwisselingsmodel. De resultaten zijn beschreven in paragraaf 3.5. Ad 4) Evenwichtsvergelijkingen (paragraaf 3.6) Naast de numerieke modellen zijn ook in de literatuur beschikbare evenwichtsrelaties tussen doorstroomoppervlak (Ac) en getijdebieten voor de Rijn Maasmonding toegepast op de huidige situatie


ARCADIS

9


(2014) in de Nieuwe Waterweg. Met deze relaties en jaarlijks korte-termijn fluctuaties in het gecombineerde debiet, is beschreven welke dynamiek in het doorstroomoppervlak te verwachten is en welk effect dat kan hebben op de sedimentatie/ erosie in het systeem. Conceptueel model (paragraaf 3.7) De ordening van alle gegevens, de berekeningen met het numeriek stromingsmodel, de beschouwingen op basis van beschikbare theorie, en de resultaten van de modellen, resulteren in een “globaal begrip” ofwel een “conceptueel model” van de morfodynamiek van het gebied. Het beschrijft en probeert te verklaren waarom het gebied zich morfologisch heeft gedragen als is waargenomen. Het vormt de basis voor de morfologische effectinschattingen. Het vormt ook de basis voor een inschatting van de autonome morfologische ontwikkelingen op een tijdhorizon van 10 jaar (het Referentiejaar is 2025) met een doorkijk naar 2050. In deze studie is gebruik gemaakt van een meerdere modellen. Deze zijn slechts een schematisatie van de werkelijkheid. De resultaten vragen daarom een zorgvuldige analyse en interpretatie. Een goed systeembegrip wordt verkregen door de resultaten van de verschillende modellen afzonderlijk te beschouwen en in het kader te plaatsen van de reeds beschikbare informatie en literatuur. Op basis van dit systeembegrip kan vervolgens het effect van de verdieping beschouwd worden.

1.3.2

FASE 2: EFFECTEN VAN DE VERDIEPING OP DE MORFOLOGIE

Voor de verdieping wordt er ongeveer 6 miljoen m3 sediment ontgraven en elders gestort. Ten behoeve van het MER zijn zowel de uitvoering van de verdieping zelf als de effecten daarna beschouwd. Beschrijving Referentie situatie Onder fase 1 is een gedetailleerd beeld gegeven van de huidige morfologische situatie. Dit vormt de referentie voor het beschrijven van de feitelijke ingreep. Het vastleggen van de Referentiesituatie (huidige situatie + morfologische trend + autonome ontwikkelingen) is voor de MER van groot belang. In paragraaf 4.2 worden eerst de belangrijkste autonome ontwikkelingen en morfologische trends beschreven. Vervolgens wordt beschreven welke aspecten in de Referentiesituatie worden meegenomen. Beschrijving Verdiepingsoperatie (aanlegfase) In paragraaf 4.3 worden verschillende aspecten van de verdiepingsoperatie beschreven. Er is beschreven hoeveel sediment, van welke type, waar vandaan het wordt weggehaald, in welke volgorde dat zal gebeuren en op welke manier (baggermethode) en hoe lang dat mogelijk gaat duren. Tevens is beschreven waar en hoe er verspreid gaat worden. Beschrijving morfologische effecten (gebruikersfase) Voor de effectinschatting in fase 2 zijn dezelfde sporen gevolgd als in fase 1. In paragraaf 5.2 worden de effecten van de verdieping op de waterbeweging beschreven. Daarbij is onderscheid gemaakt tussen de volgende onderwerpen: -

Effecten op de transporten van zand en eventuele extra aanzanding (5.3.1),

-

Effecten op de transporten van slib en eventuele extra aanslibbing (5.3.2),

-

Verwachte bodemaanpassing vanuit de evenwichtsbenadering (5.3.3),

-

Effecten op de bovenstroomse bodemligging (5.3.4), en;

-

Kans op lokale ontgrondingskuilen (5.3.5).

Op basis van bovengenoemde sporen wordt in paragraaf 5.4 een synthese gegeven van de verwachte effecten van de verdieping op de morfologie.

10

ARCADIS



Tenslotte worden in hoofdstuk 6 de conclusies en aanbevelingen gepresenteerd. Daarnaast worden de leemten in kennis geinventariseerd.


ARCADIS

11


2 2.1

Gebiedsbeschrijving INLEIDING

Dit hoofdstuk geeft een beschrijving van het Rijn-Maasmondinggebied met een focus op de Nieuwe Waterwegen. Het vormt de basis voor een goed systeembegrip. Voor de beschrijving is gebruik gemaakt van de beschikbare literatuur, onderzoeksrapporten, en metingen. In hoofdstuk 3 wordt vervolgens met behulp van modellen de werking van het morfologische systeem in meer detail beschouwd.

2.2

BESCHRIJVING RIJN-MAASMONDING

2.2.1

KORTE GEBIEDSBESCHRIJVING

Door de afsluiting van het Volkerak (1969) en Haringvliet (1970) is het Noordelijk Deltabekken (NDB) ontstaan, ook wel Rijn-Maasmonding genoemd (zie figuur 2.1). De Rijn-Maasmonding is een zeer dynamisch gebied waar de rivieren de Lek, de Waal en Maas bij elkaar komen en via verschillende rivierarmen in zee stromen. De getijbeweging kan ver de rivierarmen oplopen en zout water stroomt, vooral bij lage rivierafvoeren landinwaarts. In onderstaande figuur zijn de namen van de verschillende riviertakken weergegeven.

Figuur 2.1: Locatie en naamgeving

De zouttong, getijslag, verschillende rivierarmen en kanalen en variatie in afvoeren maken de waterbeweging in dit gebied zeer complex. Niet alleen in horizontale zin (de waterverdeling tussen de

12

ARCADIS



rivierarmen) maar ook verticaal door stratificatie en de aanwezigheid van een zouttong in de monding. De zouttong bepaalt mede het gedrag van het morfologische systeem en de mate van aanslibbing/ erosie in het gebied. De rivierarmen zijn veelal vastgelegd en ingesnoerd door dammen en constructies. Daardoor zijn de waterwegen sterk prismatisch met een bijna rechthoekig dwarsprofiel. Jaarlijks wordt er 15 tot 20 miljoen m³ sediment uit het gebied gebaggerd. Ook dit bepaalt een deel van het gedrag morfologische systeem (Sloff en Erdbrink, 2008)

2.2.2

HISTORISCHE ONTWIKKELINGEN

In 1872 werd de Nieuwe Waterweg in gebruik genomen naar een plan van de waterstaatkundige Pieter Caland. Sindsdien zijn vele verdiepingen en aanpassingen uitgevoerd, zijn rivierarmen afgedamd en zijn nieuwe havens aangelegd. Zo is de haven van Pernis aangelegd in een oude rivierbedding van de Maas en is Europoort aangelegd op de zandvlakte die is ontstaan na aanleg van de Nieuwe Waterweg in 1872. Meer recent hebben voornamelijk de aanleg van het Calandkanaal (t.b.v. de ontsluiting van Europoort voor zeeschepen) en het Hartelkanaal (t.b.v. de ontsluiting van Europoort voor binnenvaart) het watersysteem veranderd. Door de afsluiting van het Volkerak en Haringvliet zijn de getijdebieten door het Spui en Dordtsche Kil vergroot waardoor op sommige locaties ontgrondingen in deze rivierarmen zijn opgetreden. Ook belangrijk in dit verband is de aanleg van de Maasvlakte 1 en 2 omdat ze de stroming in de kustzone meer zeewaarts hebben geduwd. Het voert te ver om alle ontwikkelingen van de Rijn-Maasmonding te benoemen. Enkele voor deze studie relevante grootschalige ontwikkelingen worden hieronder kort uiteengezet. Leidend hierbij is de afweging of op basis van expert judgment verwacht kan worden of de desbetreffende ontwikkeling effect heeft op-, of belangrijke informatie toelevert aan-de morfologische effecten van de verdieping. Trapjeslijn Een belangrijke ontwikkeling in de Nieuwe Waterweg (NW) en Nieuwe Maas (NW) is de aanleg van de trapjeslijn eind jaren 60, begin jaren 70 (figuur 2.2). Met de aanleg van de trapjeslijn is beoogd om, door middel van het kunstmatig verhogen en vastleggen van de bodemligging de zoutindringing tegen te gaan. In 2000 en 2002 zijn de minimale treden van de trapjeslijn tussen km 1004 en 1014 verlaagd ten behoeve van een betere bereikbaarheid van de Waalhaven (Van der Kaaij et al, 2010).


ARCADIS

13


Figuur 2.2: Trapjeslijn rond de periode van aanleg (Van der Kaaij, 2010)

Ook voor deze studie is deze historische inpassing nog van belang omdat destijds de bodem is verhoogd met baggerspecie, zand en op sommige trajecten vervolgens vastgelegd met grind (zie figuur 2.3s).

Figuur 2.3: Aanleg trapjeslijn eind jaren 60 / begin jaren 70 met onderhoudsspecie en zand en lokaal vastlegging met grind (Bron: Rijkswaterstaat Zuid-Holland & Van der Kaaij et al, 2009)

Momenteel zijn enkele grindsuppleties op de Nieuwe Waterweg niet goed meer terug te vinden. Er is momenteel onvoldoende informatie beschikbaar om na te gaan wat er met deze grindsuppleties is gebeurd en of eventuele monitoring heeft plaatsgevonden. Grind ligt nog wel deels aan het oppervlak in de bocht tussen km 995 en 1001 en beschermt daar de bodem tegen uitschuren.

14

ARCADIS



Afsluiting Haringvliet De morfologie in de Rijn-Maasmonding is sterk veranderd door de afsluiting van Haringvliet en Volkerak (Sloff et al., 2011). Door de afsluiting kan het estuarium niet meer via het Haringvliet gevuld worden en heeft een alternatieve route gezocht via Maasmonding, Nieuwe Waterweg, Oude Maas, Spui en Dordtsche Kil. Deze grote toename van het getijvolume in de betreffende verbindingstakken heeft geleid tot een forse erosie van met name de bovenstroomse verbindingstakken vanaf het moment dat de afsluiting van het Haringvliet tot stand is gekomen. Sloff en Erdbrink (2008) geven aan dat de afsluiting van het Haringvliet en Volkerak momenteel nog steeds van invloed is op de grootschalige morfologische ontwikkeling. Ook volgens Snippen et al. (2005) hebben deze ingrepen het morfodynamisch evenwicht verschoven en is dit evenwicht (d.d. 2005) nog niet bereikt. Er vindt bijvoorbeeld nog steeds een bodemdaling plaats op het Spui en de Noord. Daarbij wordt opgemerkt dat het vaststellen van de oorzaak van deze morfologsiche veranderingen bemoeilijkt wordt door mogelijke interferentie van lange-termijn morfologische aanpassingen en effecten door recente ingrepen in en rond de Nieuwe Waterweg (zie hieronder voor een tweetal voorbeelden). Doorgraven Beerdam 1997 In 1997 is de Beerdam, die in de jaren 70 van de vorige eeuw is aangelegd doorgegraven. Het doorgraven van de Beerdam was mogelijk geworden doordat het achterland middels de Maeslantkering en het gereedkomen van de Hartelkering in 1997 tegen hoogwater beschermd kan worden. Met het openen van de Beerdam is er weer een open verbinding ontstaan tussen Hartelkanaal en de Noordzee. Daardoor is het Hartelkanaal weer brak geworden en kan het getij, naast de Nieuwe Waterweg en Oude Maas, ook via het Hartelkanaal deels het achtergelegen gebied in lopen. Aanleg Maasvlakte 2 In 2008 is gestart met de aanleg van de Maasvlakte 2. Door de aanleg van de Maasvlakte is de komberging van de Rijn-Maasmonding toegenomen. Daarnaast heeft het een effect op de onderhoudsbehoefte in het gebied. Het jaarlijkse onderhoud in de Euro-Maasgeul is door de aanleg toegenomen. Daarentegen zullen naar alle waarschijnlijkheid de concentraties fijn stof in de monding van de Rijn-Maasmonding (RMM) afnemen (Havenbedrijf Rotterdam & Royal Haskoning, 2007).

2.3

WATERBEWEGING

2.3.1

WATERSTANDEN EN GETIJSLAG

In de Rijn-Maasmonding wordt de waterbeweging bepaald door het evenwicht tussen getij en rivierafvoeren. Bij laag water is daarnaast het spuien van de Haringvlietsluizen van belang. . Het getij dringt binnen langs de Nieuwe Waterweg en bereikt via de Nieuwe Maas de Lek; deels via de Noord, deels via de Oude Maas de Merwede; en via Spui, Dordtsche Kil en Nieuwe Merwede, het Haringvlietbekken (Haringvliet, Hollandsch Diep en Amer); en vandaar de Bergse Maas en Maas tot de stuw te Lith (Hydrometeobundel Havenbedrijf, 2012). Op de Hollandsche IJssel wordt het getij begrensd door de sluis bij Gouda, en op de Lek door de stuw te Hagestein. De laatste wordt echter bij matig hoge afvoer reeds geheven. In het zuiden vormen de Volkeraksluizen de grens met het Volkerak-Zoommeer. Op de open Waal neemt het getij geleidelijk stroomopwaarts af. Het verste punt waar onder gemiddelde omstandigheden nog getij merkbaar is, ligt bij Zaltbommel (Hydrometeobundel Havenbedrijf Rotterdam, 2012)


ARCADIS

15


De getijslag in de mond van de Nieuwe Waterweg varieert over de doodtij-springtij cyclus. Gemiddeld is de getijslag bij Hoek van Holland (zie figuur 2.4): 

Springtij:

H  2,0 m,



Gemiddeld getij

H 1,7 m,



Doodtij:

H 1,25 m.

In de Rijn-Maasmonding is sprake van een gedempte getijvoortplanting: de getijslag neemt af in landwaartse richting.

Figuur 2.4: Waterstanden bij Hoek van Holland gedurende doodtij, gemiddeld getij en springtij (Hydrometeobundel Havenbedrijf Rotterdam, 2012)

2.3.2

STROMING EN GELAAGDHEID

Het faseverschil tussen hoogwater en maximale stroming bij Hoek van Holland is nihil. De stroming is daar sterk gelaagd met veel grotere stroomsnelheden aan het wateroppervlak dan aan de bodem. De maximale stroomsnelheid (gemiddeld over het oppervlak) is afhankelijk van de rivierafvoer en de getijslag en varieert tussen de 0,55 en 1,35 m/s gedurende vloed en -0,50 tot -1,0 m/s gedurende eb (zie figuur 2.5). In tegenstelling tot de maximale vloedstroom komt het moment van optreden van de maximale ebstroom ongeveer overeen met het moment waarop het aan het oppervlak het hardst stroomt.

16

ARCADIS



Figuur 2.5: Gemiddelde stroomsnelheden gedurende doodtij, gemiddeld tij en springtij in de bovenste 12 m van de waterkolom bij Hoek van Holland (Hydrometeobundel Havenbedrijf Rotterdam, 2012)

2.3.3

RIVIERAFVOEREN EN WATERVERDELING

De Rijn draagt voor het grootste deel bij aan de afvoer door de Nieuwe Waterweg. De gemiddelde afvoer van de Rijn is ca. 2200 m³/s, de gemiddelde zomerafvoer is ca. 1800 m³/s en de gemiddelde winterafvoer 2600 m³/s (RIZA, 2007). De aanvoer van rivierwater via de Waal, Lek, Maas verhoudt zich gemiddeld als 4:1:1, de afvoer via Nieuwe Waterweg en Haringvlietsluizen als 3:1. Overige lozingen en onttrekkingen zijn in vergelijking hiermee verwaarloosbaar klein. De afvoer van zoetwater door de Nieuwe Waterweg bestaat uit de afvoeren van de Nieuwe Maas en de Oude maas. De aanvoer van rivierwater van de Oude Maas en Nieuwe Maas naar de Nieuwe Waterweg verhoudt zich gemiddeld als 1:1. Bij hoge afvoer verschuift dit naar 1:2 (Van Spijk, 2009) 5000 4500

Nieuwe Waterweg

Lokale afvoer [m3/s]

4000

Nieuwe Maas

3500

Oude Maas

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

5000

10000

15000

Bovenrijnafvoer [m3/s] Figuur 2.6: Zoetwaterafvoer als functie van de bovenafvoer van de Rijn bij Lobith (Van Spijk, 2009)

De reden voor deze verschuiving in afvoeren zijn de sluizen in het Haringvliet. Bij lage afvoeren (tot 1100 m³/s) zijn de sluizen gesloten. Op deze manier wordt getracht de verzilting van de Hollandse IJssel, waaraan bij Gouda het zoetwater inlaatpunt van Midden West-Nederland ligt, tegen te gaan (Bijlsma,


ARCADIS

17


2011). Bij hoge afvoeren worden de sluizen tijdens afgaand tij steeds verder opengezet. Boven de 9500 m³/s staan de sluizen geheel open. Het Spui leidt onder invloed van getij het rivierwater uit het Haringvliet naar de Oude Maas en vice versa, en heeft daarbij een overwegend noordwaarts gerichte netto getijgemiddelde stroming (Sloff et al. 2011). Voor afsluiting van de Haringvlietsluizen rond 1970 was dit niet het geval, toen was de resulterende (getij gemiddelde) stroming altijd zuidelijk gericht. De invloed van de afvoer is nog wel merkbaar in de grootte van de resulterende afvoer. In de Dordtsche Kil draait de resulterende (getijgemiddelde) stroming nog steeds om, afhankelijk van de rivierafvoer. In deze studie leiden we een karakteristieke morfologische afvoer af. Daarnaast nemen we ook de meer extreme afvoercondities mee om de morfodynamiek van het systeem zo compleet (gemiddeld + extreem) mogelijk weer te geven middels een gereduceerde set van randvoorwaarden.

2.3.4

ZOET-ZOUT DYNAMIEK

In de Rijn-Maasmonding vindt op grote schaal interactie plaats van zoet en zout water zoals tussen de Nieuwe Waterweg en het Hartelkanaal, de verzilting bij Bernisse en de verzilting van de inlaat bij Gouda.De zout-zoet dynamiek is afhankelijk van de getijomstandigheden en de hoogte van de rivierafvoeren. Bij een gemiddelde Rijnafvoer én gemiddelde getijomstandigheden op zee reikt de zouttong ongeveer tot de Willemsbrug in Rotterdam (Bijlsma, 2011). Als het water op zee hoog staat en de Rijn tegelijkertijd weinig water heeft af te voeren kan de zouttong verder landwaarts reiken. De Haringvlietsluizen spelen een belangrijke rol in het tegengaan van verzilting via de Nieuwe Waterweg. Door de sluizen bij lage Rijnafvoer ook tijdens eb gesloten te houden, wordt al het rivierwater naar de Nieuwe Waterweg gedirigeerd, waardoor verzilting wordt tegengewerkt. Er is nog weinig bekend over het verband tussen de historische morfologische ontwikkelingen van de trapjeslijn en de zoet-zout dynamiek; recente studies door Van der Kaaij et al. (2009, 2010) addresseren dit vraagstuk.

2.4

SEDIMENT TRANSPORT EN MORFOLOGIE

2.4.1

BODEMLIGGING

2.4.1.1

HUIDIGE BODEMLIGGING

De bodemligging in het projectgebied is sterk bepaald door menselijke ingrepen, voornamelijk het baggeren van de vaargeulen en de aanleg van de trapjeslijn. Figuur 2.7 toont de bodemligging.

18

ARCADIS



Figuur 2.7: Bodemligging in de Rijn-Maasmonding (modelbodem NSC-model, December 2014)

De bodem in de Euro-Maasgeul, Maasvlaktes en Calandkanaal is over het algemeen dieper dan NAP -22 m. Op de Nieuwe Waterweg is de minimale diepte van de vaarweg min of meer vastgelegd middels de trapjeslijn en het aanwezige baggerregime. Daarnaast zorgen aanwezige constructies (zoals De Haak, Maeslantkering, en de kribben bij Maassluis) voor lokale vernauwingen en daarmee plaatselijke verdiepingen tot enkele meters onder de ontwerpwaterdiepte. Op de locatie waar de Oude Maas en Nieuwe Maas bij elkaar komen is een forse verdieping ontstaan die zich westwaarts van de samenvloeiing uitstrekt.


ARCADIS

19


Vrijwel alle lokale verdiepingen kunnen goed gerelateerd worden aan de aanwezige vernauwingen behalve de verdieping bij km 1023. Volgens Van der Kaaij et al, (2010) zou deze kuil kunnen zijn ontstaan door aanwezigheid van lagen die gemakkelijker eroderen dan de omliggende bodem. De laatste jaren is de bodemligging van deze kuil stabiel en worden de putten niet groter of dieper.

Figuur 2.8: Bodemligging van de meer bovenstroomse delen van de Rijn-Maasmonding

Alleen het meest zeewaarts gelegen deel (tussen ca. km 1025 en 1032,6) ligt gemiddeld ongeveer een meter lager dan de ontwerpdiepte. Het grootste verschil tussen de gemiddelde bodemdiepte en de diepte volgens de trapjeslijn treedt op tussen kilometer 1030-1032. Over dit traject ligt de bodem gemiddeld 1,7 m dieper dan de maximaal toegestane diepte volgens de trapjeslijn (Kuijper & Van der Kaaij, 2009). Tabel 2.1 presenteert de maximale diepte (ten behoeve van de beperking van zoutindringing) en minimale diepte (Nautisch Gegarandeerde diepte voor de scheepvaart) van de vaargeul in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Km

Vaklengte

Maximale waterdiepte

Minimale diepte t.b.v.

t.b.v. trapjeslijn

scheepvaart

(km)

(m t.o.v. NAP)

(m t.o.v. NAP)

1032,6 - 1014,0

18,6

16

15

1014,0 - 1004,4

9,6

14,5

14,5

1004,4 - 1000,6

3,8

12

11,5

1000,6 – 994,0

6,6

8

7,5

Tabel 2.1: Minimale waterdiepte ten behoeve van de scheepvaart en maximale waterdiepte ten behoeve van beperking zoutindringing in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas

20

ARCADIS



2.4.1.2

ONTWIKKELINGEN IN BODEMLIGGING NIEUWE WATERWEG /NIEUWE MAAS

In het gebied wordt nagenoeg continu gebaggerd waardoor het niet altijd eenduidig is vast te stellen waarom bepaalde ontwikkelingen van de bodem zich voordoen. Van der Kaaij et al. (2010) hebben de historische bodemliggingen in kaart gebracht op basis van dieptemetingen (zie figuur 2.9).

Figuur 2.9: Gemiddelde bodemligging van de vaargeul in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas afgeleid uit bodempeilingen tussen 1976-2008 (Van der Kaaij et al., 2010)

Uit de analyse van Van der Kaaij et al. (2010) volgt dat het gebied over het algemeen betrekkelijk stabiel is. Voornamelijk de sectie landinwaarts van km 1018 is stabiel sinds de jaren zeventig. Wel is de onderhoudsdiepte tussen km 1004 en 1014 in 2001 met 0,5 m verlaagd. Zeewaarts van km 1018 lijkt een verdiepende trend zichtbaar (zie figuur 2.9). Tussen 1976 en 2006 is de bodem tussen km 1023 en 1032 met ongeveer 1 m verdiept van NAP -16,0 m direct na aanleg van de trapjeslijn tot NAP -17,0 m in 2006 (zie figuur 2.10). Wel lijkt de bodem zich vanaf ca. 2005 te stabiliseren.


ARCADIS

21


Figuur 2.10: Bodemontwikkeling van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas tussen 1976 – 2008 per trede

2.4.1.3

ONTWIKKELINGEN IN BODEMLIGGING BOVENSTROOMSE RIVIERDELEN

Als gevolg van de afsluitingen van het Haringvliet en Volkerak hebben de verbindingen tussen het Haringvliet en Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (Spui, Noord, Dordtsche Kil en de Oude Maas) grotere afvoeren te verwerken gekregen. Daarnaast kan het getij gemakkelijker door het Hartelkanaal en Oude Maas stromen door de opening van de Beerdam in 1997.

Figuur 2.11: Diepe erosiekuil ter plaatse van Nieuw Beijerland, Spui km 1003 (links) en aanwezigheid van erosie resistente lagen en erosiekuilen bij Zwijndrecht, km 981 (rechts), (Sloff et al., 2011)

Door de toegenomen debieten en de gefixeerde breedte van de waterlopen zijn deze verbindende waterwegen op sommige locaties sterk geërodeerd (zie voorbeelden in figuur 2.11). In het Spui varieert de opgetreden (breedtegemiddelde) bodemdaling sinds 1976 tussen de 0,5 en 1,5 m, in de Oude Maas tussen de 0 en 4 m en in de Noord tussen 0,5 en 1,5 m (Sloff et al., 2011). Door variatie in bodemopbouw is de erosie niet overal uniform. Op locaties waar klei- en veenpakketten aanwezig zijn kan de bodem slechts moeizaam verdiepen. Op locaties waar zand aanwezig is of waar de niet-erodeerbare lagen zijn weggebaggerd zijn erosiekuilen ontstaan. Soms zijn deze meer dan 10 m diep ten opzichte van aanliggende (slecht-erodeerbare) trajecten, bijvoorbeeld ter hoogte van Nieuw Beijerland in het Spui (Sloff et al., 2011).

22

ARCADIS



Sloff et al. (2011) laat aan de hand van modelberekeningen zien dat de grootschalige erosie voorlopig niet zal stoppen. De erosietrend houdt zich volgens de berekeningen als het ware zelf in stand: een grotere dwarsdoorsnede trekt meer water.

Riviertak

Bodemverandering

Verwachtte bodem

Natuurlijke

volgend uit

verlaging door

sedimentatie/

lodingen (meting)

baggerwerk

erosie

[cm/jaar]

[cm/jaar]

[cm/jaar]

Noord

-2,9

-1,2

-1,7

Oude Maas km 976-980 (oost)

0,0

-2,3

+2,3

Oude Maas km 981-995 (midden)

-4,5

-0,4

-4,1

Oude Maas km 995-1006 (west)

-8,2

-0,1

-8,1

Spui

-1,8

0,0

-1,8

Dortsche Kil

-6,2

-2,1

-4,1

Tabel 2.2: Waargenomen bodemveranderingen tussen 1990-2000 (waarden gebaseerd op Snippen et al., 2005 uit Sloff, 2011).

Tabel 2.2 presenteert de waargenomen bodemveranderingen voor de verschillende bovenstroomse riviertakken (een negatieve waarde impliceert een bodemverdieping - Sloff, 2011). Hieruit blijkt dat de bodemdaling in de rivierdelen aanzienlijk was en dat dit vooral het gevolg was van natuurlijke processen . De beschouwde periode (1990 – 2000) is weliswaar al enige tijd geleden, maar hieronder staat beschreven hoe de bodemdaling in deze secties in het afgelopen decennium is doorgegaan. De Noord Op de Noord (zie locatie figuur 2.1) heeft een algehele sterke daling van de bodemligging plaatsgevonden vanaf 1976. Volgens Sloff et al (2011) is deze daling toe te schrijven aan de afsluiting van het Haringvliet en kan niet worden veroorzaakt door baggerwerk omdat er relatief weinig baggerwerk op de Noord wordt uitgevoerd. Halverwege de jaren 90 is deze erosiesnelheid geleidelijk minder geworden. Het verhang in de rivier is groter geworden doordat het noordelijk deel van de Noord sterker erodeert dan het zuidelijk deel. Rond km 984 ligt de bodem in 2009 circa 1,4 m lager dan in 1976. Figuur 2.12 laat zien dat het noordelijk deel van de Noord zich nog verdiept, terwijl het aanzandende zuidelijke deel min of meer is gestabiliseerd.

Figuur 2.12: Ontwikkeling van de breedtegemiddelde bodem in de Noord sinds 2000 (sloff et al., 2011)


ARCADIS

23


Oude Maas Ook in de Oude Maas is er sprake van een voortzettende erosie over grote delen, voornamelijk op de westelijke Oude Maas (Sloff et al., 2011). Meer oostelijk is de bodemligging relatief stabiel (zie figuur 2.13). Evenals in de Noord is sprake van plaatselijke ontgrondingen die samenhangen met het aansnijden van gemakkelijker erodeerbare zandlagen. De bodemligging in het Hartelkanaal, tussen Oude Maas en Beerkanaal, heeft zich enigszins gestabiliseerd na opening van de Beerdam. Ondanks de erosietrend (en geleidelijke verdieping van de vaarweg) wordt er nog regelmatig onderhoudsbaggerwerk uitgevoerd in de Oude Maas. Het betreft met name locaties bij de aansluiting van het Hartelkanaal en de splitsing Beneden-Merwede, Noord en Oude Maas bij Dordrecht (Sloff et al., 2011).

Figuur 2.13: Ontwikkeling van de breedte gemiddelde bodem in de Oude Maas sinds 2005 (Sloff et al. 2011)

Het Spui Ook op het Spui heeft de afsluiting van het Haringvliet tot erosie geleid. Het noordelijk deel van het Spui heeft een dieper gelegen bedding (-8 tot -10 m NAP) dan het zuidelijk deel (-5 tot -6 m NAP). In het zuidelijk deel zijn diepe putten aanwezig tot dieptes van -9 à -12 m NAP. In het Spui heeft vrijwel geen baggerwerk plaatsgevonden in de afgelopen 40 jaar. De gemiddelde erosie bedraagt orde 2-5 cm/jaar in het zuiden tot 10-15 cm/jaar nabij Nieuw Beijerland (zie figuur 2.14).

24

ARCADIS



Figuur 2.14: Ontwikkeling van de breedtegemiddelde bodem in het Spui sinds 1998 (Sloff et al., 2011)

2.4.1.4

PROGNOSE BODEMVERANDERINGEN IN DE RIJN-MAASMONDING

Op basis van de afzonderlijke prognoses gepresenteerd door Sloff et al. (2011) presenteert tabel 2.3 een overzicht van de verwachte bodemveranderingen. De waarden zijn gebaseerd op extrapolatie van de trends zoals onderzocht in 2010, waarbij uitgegaan wordt van voorzetting van het huidige sedimentbeheer. De invloed hierop door zeespiegelstijging, veranderende stormen en klimaateffecten op rivierafvoeren zijn niet meegenomen in deze prognose. De tabel geeft duidelijk weer dat er aanzienlijke erosie te verwachten is op voornamelijk het Spui en Oude Maas waar een inschatting is gemaakt dat, indien geen mitigerend beheer wordt uitgevoerd, de bodem de komende decennia over kilometers afstand enkele meters kan gaan dalen. Tak

Op

Op sectie

km

Verwachte

Verwachte

gedrag

bodemverandering

bodemverandering

2050

2100

0.5

1

aanzanding

Noord

976.5

Noord

979.6

0

0

Stabiel

Noord

984

-1

-1.8

Erosie

976-980.3

0.6

1

Sedimentatie

Oude Maas

980.3-995

-2

-3

Erosie

Oude Maas

995-1003.6

-4

-6

Erosie

Oude Maas

1003.7-1006.7

-1

-2

erosie

Spui

995-1002.5

-1.5

-3.5

Erosie

Spui

1002.5-1003.3

-1.5

-4

Erosie

Spui

1003.3-1011

-0.3

-0.9

Erosie

Oude Maas

Dordtsche Kil

980

-0.4

-0.9

Erosie

Dordtsche Kil

986

0

0

Stabiel

Dordtsche Kil

988

0

0

Stabiel

Nieuwe Maas

984-1013

0

0

Stabiel

Nieuwe Waterweg

1013-1035

0

0

Stabiel

Tabel 2.3: Prognose bodemveranderingen in de Rijn-Maasmonding (bij voortzetting van het huidige reactief beheer, echter zonder lange-termijn beheervisie). Waar bodemverandering per locatie is gespecificeerd volgt de


ARCADIS

25


bodemverandering op tussenliggende locaties uit lineaire interpolatie (zie rechterkolom). Waar de bodemverandering per traject is gespecificeerd wordt deze gelijkmatig verdeeld over de hele lengte van het traject. Bron: Sloff et al. (2011)

2.4.2

SEDIMENTSAMENSTELLING TOPLAAG WATERBODEM

Verschillende bronnen rapporteren over de sedimentsamenstelling van de waterbodem in de RijnMaasmonding. In onderstaande tabel staan de meest recente onderzoeken weergegeven. Jaar

Bron

Diepte

Locatie

Gerelateerd aan Morfologische studie

2002

Fugro

Top waterbodem

Rijn-Maasmonding

D50

2004

MCR-2004, Wensveen

Rijn-Maasmonding

D50 & percentuele

2008

MCR-2008, Wensveen

2014

Gemeentewerken

Sonderingen + 40 boringen

NWW,

D50 & percentuele

Rotterdam

vanaf huidige bodemligging tot

Botlekhaven,

fracties

toekomstige ligging (NAP-16,5)

Petroleumhaven

MCR-2014

Milieutechnisch onderzoek

Havens Rijn-

%grind,%zand,%silt,

Havenbedrijf/ Royal

waterbodem t.b.v. baggerwerk

Maasmonding

%lutum

HaskoningDHV

en verspreidingslocatie. 809

(beheerder

Geen D50 beschikbaar

(valbom/boxcorer) Top waterbodem (valbom/boxcorer) Top waterbodem

fracties Rijn-Maasmonding

(valbom/boxcorer)

2015

2015

D50 & percentuele fracties

boringen in 129 vakken

Havenbedrijf)

MCR-2014

Milieutechnisch onderzoek

NWW-NM

%grind,%zand,%silt,

Rijkswaterstaat/ Royal

waterbodem t.b.v. baggerwerk

(beheerder RWS)

%lutum

HaskoningDHV

en verspreidingslocatie. 318

Geen D50 beschikbaar

boringen in 45 vakken 2015

TauW

200 Boringen vanaf huidige

NWW-NM

Enkel boorstaten

bodemligging tot toekomstige

beschikbaar voor deze

ligging (NAP-16,5)

studie (in uitvoering)

Tabel 2.4: Overzicht van bronnen waarin onderzoek is gedaan naar de samenstelling van de waterbodem

2.4.2.1

SEDIMENTSAMENSTELLING TOPLAAG WATERBODEM

Wensveen (2004) heeft de kwaliteit van de onderhoudsbaggerspecie onderzocht middels bodemmonsters die genomen zijn met een zogenaamde ‘valbom’, waarbij een laag van circa 25 cm naar boven wordt gehaald. Figuur 2.15 toont de percentages slib (lutum+ silt), zand en grind gegeven en de D50 van het gehele bodemmonster. De getrokken lijnen in de figuur geven min of meer de trend aan en zijn ingevoegd ten behoeve van de leesbaarheid en interpretatie. In de Nieuwe Waterweg bestaat het grootste deel van de bodem uit zand (percentages grofweg tussen de 50% en 85%). Op de Nieuwe Maas, tussen km 1007 en km 1014 komen ook vrij hoge percentages slib voor (zie ook figuur 2.16s). De grindfractie is vrijwel over de gehele lengte van het tracé aanwezig.

26

ARCADIS



Figuur 2.15: Sediment samenstelling in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (afgeleid van Wensveen, 2004)

Tussen de monstercampagnes die in het verleden zijn genomen bestaan soms verschillen. Figuur 2.16 presenteert het percentage slib (lutum + silt) langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas, bepaald uit bodemmonsters genomen in MCR-meetcampagnes in 2004 (Wensveen, 2004) en 2014 (RHDHV, 2015). De figuur laat zien dat het percentage slib in de Nieuwe Maas in 2014 circa 10% hoger is dan volgt uit de metingen in 2004. Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn de monstermethode of de tijd van monstername in relatie tot hoge afvoeren (uitspoelend effect).

Figuur 2.16: Percentage slib in bodemmonsters genomen langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas in 2004 (Wensveen, 2004) en 2014 (Van Bruchem & Goosens, 2015a+b)

2.4.2.2

SEDIMENTSAMENSTELLING TOPLAAG WATERBODEM, BOVENSTROOMS

In 2002 zijn in vrijwel alle riviertakken in de Rijn-Maasmonding monsters genomen van de bodem in het midden van de rivier (Fugro,2002). Uit deze gegevens is vervolgens voor elke monsterlocatie de mediane korreldiameter bepaald (zie figuur 2.17).


ARCADIS

27


Figuur 2.17: Mediane korreldiameter Rijn-Maasmonding zoals bepaald door Fugro (2002) en gepresenteerd in Snippen et al. (2005)

De figuur laat goed zien dat naarmate meer oostelijk wordt gegaan het bodemmateriaal steeds grover wordt. Ook volgt uit deze figuur dat de mediane diameter van zand in de Nieuwe Waterweg vrij grof is met waarden tussen 250 en 1000 µm en soms zelfs grover. Het meest fijne sediment wordt aangetroffen in het Haringvliet en Hollandsch Diep. Opvallend is dat de riviertakken de Dordtsche Kil, Spui en de Noord grover sediment bevat dan de omliggende takken.

2.4.2.3

SEDIMENTSAMENSTELLING TOPLAAG WATERBODEM IN DE VERDIEPTE SITUATIE

In 2014 zijn er door Gemeentewerken Rotterdam langs de Nieuwe Waterweg (aan de zijkant van de vaargeul) en in de aanliggende Botlek en Petroleumhaven boringen uitgevoerd (Kreischer, 2014). Van de laag die zich bevindt rond NAP -16,0 m is uit deze boringen de korrelgrootteverdeling bepaald. Figuur 2.18 presenteert de D50 van de zandfractie van de afzonderlijke monsters langs de Nieuwe Waterweg. De figuur laat zien dat de D50 langs het tracé aanzienlijk kan variëren en dat over het algemeen matig grof (201-300 µm) tot zeer grof zand (300-420 µm) op de bodem kan worden aangetroffen.

28

ARCADIS



Figuur 2.18: Mediane korrelgrootte van de zandfractie genomen uit boringen rond NAP -16,0 m. Data uit Kreischer (2014)

2.4.3

SAMENSTELLING ONDERGROND (LITHOSTRATIGRAFIE) NIEUWE WATERWEG

Ter hoogte van de Nieuwe Waterweg bestaat de ondiepe ondergrond uit afzettingen die zijn ontstaan gedurende het eind pleistoceen en het holoceen, grofweg gedurende de laatste 100.000 jaar. Aan het eind van het pleistoceen was er sprake van een ijstijd (het Weichselien) en stond de zeespiegel veel lager en verder weg. In deze periode domineerden vlechtende rivieren en daarmee hun afzettingen grote delen van Nederland. Deltares heeft een geologisch model opgesteld van de omgeving van de Nieuwe Waterweg (Wiersma en Hijma, 2015). Figuur 2.19 toont een doorsnede hiervan langs de as van de Nieuwe Waterweg. Figuur 2.20 toont een conceptueel model met allen in het gebied voorkomende eenheden. Eenheid I in dit model bestaat uit afzettingen van deze vlechtende rivieren, dit laagpakket staat bekend als de formatie van Kreftenheye. Deze formatie bestaat overwegend uit grof zand en grind. Echter, door verticale sortering van korrelgrootten zijn de grofste fracties (grind) te vinden aan de basis van deze formatie (NAP -30 tot -40 m). De top van deze formatie bestaat uit matig fijn zand (d50 = 150 µm) tot grof zand (d50 = 300 µm) (Vos en Cohen, 2014 in Wiersma en Hijma, 2015). Daarmee heeft de top een korrelgrootte die ongeveer gelijk is aan de korrelgrootte van de waterbodem van de Nieuwe Waterweg. Vanaf het begin van het holoceen (ongeveer 11-12.000 jaar geleden) was de laatste ijstijd ten einde en steeg de zeespiegel. Door veranderende omgevingsfactoren zoals de stijgende zeewaterstand en het veranderde aanbod van sediment in de bovenloop van de rivieren gingen de rivieren meanderen. Wanneer meanderende rivieren bij hoogwater buiten hun oevers treden zetten ze klei af. Hierdoor is op de afzettingen van vlechtende rivieren een laag klei afgezet. Deze laag stond bloot aan bodemvorming en is daardoor goed gerijpt en een zeer stugge donkere, blauwige kleilaag geworden. De laag komt over grote delen van het Nederlandse rivierengebied voor en staat bekend als de laag van Wiechen. Deze laag vormt de onderkant van Eenheid II. Door de stijgende zeewaterstand verdronk het gebied en werd een zoetwater getijde gebied (Hijma e.a. 2009; 2010; Hijma en Cohen 2011; Vos en Cohen 2014 in Wiersma en Hijma, 2015). In dit milieu zijn er meer kleiige afzettingen gevormd, deze vormen de bovenkant van Eenheid II. Waar zich geulen bevonden zijn de afzettingen zandig en ontbreekt de kleilaag. In Eenheid II bevindt zich lokaal nog sterk gecompacteerd veen (Eenheid IIc in figuur 2.20) en verder hebben zich lokaal op de laag van Wiechen eolische rivierduinen gevormd (Eenheid IIb in figuur 2.20). Verder heeft het gebied zich als een estuarien gebied ontwikkeld en zijn zand en slib afzettingen gevormd. Eenheid III onderscheid zich lithologisch van eenheid II, de kleiige afzettingen uit het vroeg holoceen worden tot Eenheid II gerekend,


ARCADIS

29


de zandige afzettingen die sindsdien gevormd zijn worden tot Eenheid III gerekend. Uit sedimentologisch onderzoek van de aanvullende boringen genomen door Gemeentewerken Rotterdam in 2014 blijkt dat eenheid III bestaat uit matig fijn zand met klei en siltlaagjes (D50 = 210 µm) en klei en silt met zandlaagjes (zie ook figuur 2.18).

Figuur 2.19: Langsdoorsnede schematische geologie Nieuwe Waterweg (ARCADIS, 2015)

Figuur 2.20 (uit Wiersma en Hijma, 2015): Conceptueel model van de ondergrondopbouw van de Nieuwe Waterweg. Eenheid I (oranje): Overwegend zandig pakket; laat pleistocene rivierafzettingen. Eenheid II (groen: klei, geel: zand, bruin: compact veen): Overwegend kleiig pakket, overwegend vroeg holocene rivierafzettingen; Eenheid III: Overwegend kleiig-gelaagd zandig pakket, midden en laat holocene brakwater getijdeafzettingen (estuariene afzettingen).

Eenheid III vormt de huidige waterbodem en is daarmee belangrijk voor de huidige morfologie en morfodynamiek. Eenheid II vormt in principe de onderbegrenzing van eenheid III, maar is op sommige locaties ook afwezig. Eenheid II bestaat uit geconsolideerde klei en veenpakketten die moeilijk erodeerbaar zijn. Daarmee vormt Eenheid II in principe de ondergrens voor de morfologische ontwikkeling op plekken waar erosie plaats vindt. Figuur 2.21 toont de dikte van de laag potentieel transporteerbaar sediment van Eenheid II. Hierin is een lineaire fit op de bovenkant van eenheid II aangenomen als onderste begrenzing van Eenheid III. Deze figuur toont dat de laagdikte van Eenheid III over grote delen van de Nieuwe Waterweg, Het Scheur en de Nieuwe Maas kleiner is dan 4 m. De contouren van de locaties waar de laagdikte kleiner is dan 1m zijn met een rode lijn aangegeven. Hier ligt

30

ARCADIS



lokaal Eenheid II als vaste laag aan het oppervlak, zie ook paragraaf (2.4.4), of er bevindt zich een erosie kuil.

Figuur 2.21: Laagdikte Eenheid III op basis van een lineaire fit van de top van laagpakket II en de bodemhoogte uit het NSC model (ARCADIS, 2015)

2.4.4

BODEMVORMEN EN AANWEZIGHEID HARDE LAGEN AAN HET OPPERVLAK

Sieben (2008) heeft bodemvormen in de Nieuwe Waterweg onderzocht. Er worden relatief lage bodemvormen (geclassificeerd als duinen) gevonden, ongeveer 0.5 – 1 m. Dit is ongeveer tussen de 2 en 10 % van de waterdiepte. De lengte komt waarschijnlijk niet betrouwbaar uit de geautomatiseerde methode van Sieben (2008). In figuren uit TAUW (2015) en Van der Kaaij et al. (2010) valt de bodemvormlengte te schatten op ongeveer 20 m. De orde van grootte is dus gelijk aan de waterdiepte. Duinen worden geacht een lengte te hebben van enkele malen de waterdiepte (bijv. Van Rijn, 2007). De voorkomende bodemvormen zijn dus relatief laag en kort. Volgens Van Rijn (2007) moeten estuariene bodemvormen met een hoogte van 0,03x tot 0,1x de waterdiepte en een lengte in de orde van de waterdiepte worden geclassificeerd als megaribbels. Sieben (2008) heeft de steilheid en asymmetrie van de bodemvormen onderzocht. Uit deze analyse blijkt dat de bodemvormen bij de monding het steilst zijn aan de landzijde en bij de Nieuwe Maas het steilst aan de zeezijde. Dit wijst erop dat de netto transport richting van het sediment in de Nieuwe Waterweg landinwaarts is, terwijl het transport vanuit de rivieren zeewaarts is.


ARCADIS

31


Figuur 2.22: Bodemvormen in de Nieuwe Waterweg (TAUW, 2015)

Figuur 2.23: Diepe delen in de Nieuwe Waterweg ter hoogte van km 1015 (links) en 1019 (rechts) (Van der Kaaij et al., 2010)

Figuur 2.23 toont de bodemligging van Het Scheur in een flauwe bocht tussen Vlaardingen en Maasluis (links rkm 1015-16) en een scherpere bocht bij Maasluis (rechts rkm 1019-20). Te zien is dat in de buitenbochten de bodem dieper ligt en dat in de diepste delen een onregelmatige structuur aan het oppervlak komt. We interpreteren dit als het oppervlak van Eenheid II bestaande uit klei- en veenpakketten. In deze buitenbochten zien we geen alluviale bodemvormen, in binnenbochten zijn deze wel te zien. Verder is ter plaatse van km 1014.6 sprake van een zeer lokale stabiele diepe put (met een diepteligging tot circa -20 m) wat kan duiden op openingen in een slecht-erodeerbare laag of een geconcentreerde sedimentonttrekking (Van der Kaaij, 2010). Naast de aanwezigheid van Eenheid II als vaste laag is er in het gebied sprake van diverse antropogene vaste lagen. Tijdens de aanleg van de trapjeslijn, begin 70-er jaren is de bodem opgehoogd en lokaal vastgelegd met grind (zie ook figuur 2.3). Nadien is rond de Maeslantkering de bodem vastgelegd met grind. In het onderste paneel van figuur 2.21 is de grindbestorting in de Nieuwe Maas zichtbaar in de ondergrondschematisatie. Deze vaste laag begint benedenstrooms van de samenvloeiing van de Hollandse IJssel en de Nieuwe Maas en eindigt aan de benedenstroomse kant van het Noordereiland. Figuur 2.24

32

ARCADIS



toont een kort traject van deze grind afdekking. Te zien is dat er zich geen duidelijke bodemvormen op de afdekking bevinden, behalve lokaal in de binnenbocht waar bochtsedimentatie plaatsvind. De stroming veegt het sediment hier naar de binnenbocht waar zich een ontgrondingskuil bevindt die werkt als zandvang waaruit zand gewonnen wordt. Op deze manier wordt waarschijnlijk een groot gedeelte van het bodemtransport afgevangen voor dit het havengebied kan bereiken.

Figuur 2.24: Grindafdekking Nieuwe Maas met zandwinlocatie in binnenbocht (Van der Kaaij et al.,2010)

Aanwezigheid van “slibgrind” Op basis van waarnemingen aan de gestoken boringen zijn opmerkingen te plaatsen bij het gedrag van het slib in de actieve bodemlaag van de Nieuwe Waterweg. Op de foto’s van de gestoken boringen uit de Nieuwe Waterweg is te zien dat slib in de waterbodem in verschillende vormen wordt aangetroffen (Kreischer, 2014). In sommige boringen is slib aanwezig in laagjes, terwijl het in andere boringen aanwezig is in de vorm van brokjes of meer afgeronde fragmenten met een omvang van grof grind. In sommige boringen wordt slib in beide vormen aangetroffen. De genese van de verschillende slibvoorkomens is duidelijk verschillend, zoals beschreven in de notitie van Van den Berg (2014): sliblaagjes worden gevormd tijdens kentering, waarna deze tijdens de daaropvolgende fase van het getij worden bedekt met zand. Slibfragmenten worden initieel op dezelfde wijze gevormd als de sliblaagjes, maar deze worden in een later stadium, nadat enige consolidatie heeft plaatsgevonden van het slib, geërodeerd door de stroming. Tijdens het erosieproces breken de sliblaagjes op in fragmenten die rollend over de bodem worden getransporteerd. Daarbij worden de fragmenten afgerond en kunnen ze opbreken in kleinere fragmenten. Voorbeelden van de verschillende typen kleilaagjes zijn getoond door Martinius & Van den Berg (2011).


ARCADIS

33


2.4.5

ONDERHOUDSVOLUMES

2.4.5.1

NIEUWE WATERWEG EN NIEUWE MAAS

De diepte van de vaargeul op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas wordt onderhouden door Rijkswaterstaat. Onderstaande figuur laat zien dat de baggerhoeveelheden jaarlijks met een factor 2 kunnen variëren maar gemiddeld genomen de afgelopen decennia betrekkelijk constant zijn geweest.

Figuur 2.25: Jaarlijkse hoeveelheden baggerwerk op de Nieuwe Maas (boven) en Nieuwe Waterweg (onder). (Huismans et al., 2013)

Verder valt in de figuur op dat de baggervolumes in de jaren 70 aanzienlijk hoger waren dan momenteel het geval. Reden hiervoor kan zijn dat tot de jaren 80 het sediment deels in het systeem werd teruggestort. Ook is eind jaren 60/ begin jaren 70 de trapjeslijn aangelegd en het Haringvliet afgesloten. Beide ingrepen hebben een aanzienlijk effect gehad op de morfologische situatie en daarmee op het instellen van een nieuw evenwicht. De hogere baggervolumes in de Nieuwe Waterweg in 94 en 95 zouden te verklaren kunnen zijn door de aanwezigheid van de hoge rivierafvoeren in die jaren. Gedurende en vlak na die hoge afvoeren is het jaarlijks onderhoud op de Nieuwe Maas juist laag, wellicht doordat het aanwezige slib op de Nieuwe Maas uit het systeem heeft kunnen spoelen. Bovengenoemde is echter niet met zekerheid te stellen. Totaal wordt er jaarlijks ongeveer 0,7 miljoen m³ sediment (in situ) uit de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas gebaggerd (zie tabel 2.5). Afhankelijk van de beunfactor dat voornamelijk bepaald wordt door het percentage slib is dit vergelijkbaar met circa 0,8-1,0 miljoen m³ als beunvolume.

34

ARCADIS



Km

Km

Km

Km

Km

Totaal m³

1004,5-1009

1009-1013

1013-1020

1020-1023

1023-1035,4

(in situ)

38

38

19

32

7

2004

183.000

188.000

103.000

0

17.000

491.000

2005

184.000

236.000

117.000

65.000

28.000

630.000

2006

150.000

209.000

203.000

155.000

54.000

771..000

2007

243.000

438.000

250.000

274.000

26.000

1.231.000

2008

111.000

144.000

31.000

241.000

4.000

531.000

2009

195.000

266.000

84.000

409.000

11.000

965.000

2010

243.000

282.000

266.000

290.000

33.000

1.114.000

2011

102.000

91.000

171.000

135.000

7.000

506.000

2012

55.000

69.000

69.000

122.000

5.000

320.000

163.000

214.000

144.000

188.000

21.000

729.000

Gem % slib

Gemiddeld (2012-2004)

Tabel 2.5: Baggervolumes (m³ in-situ) op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (data van RWS). In-situ volumes zijn bepaald uit tonnen droge stof door deze te delen door de droge dichtheid. Droge dichtheid is bepaald middels formule (ρ=350+1250.*%zand.^2)

De baggerwerkzaamheden beperken zich tot het op vaardiepte houden van de vaargeulen. Het materiaal wordt niet (meer) teruggestort in het systeem maar wordt verspreid op de daarvoor bestemde locaties op de Noordzee.

Figuur 2.26: Verdeling van baggerinspanning per vak over verschillende jaren (Huismans et al., 2013)

Figuur 2.26 toont de jaarlijkse onderhoudsvolumes voor verschillende vakken langs de Nieuwe Waterweg. De figuur laat zien dat de onderhoudsbehoefte in de eerste 12 km van de Nieuwe Waterweg relatief klein is, voornamelijk doordat de bodem hier een neergaande trend laat zien. In de bocht bij Maassluis (km 1020-1023) vinden over een afstand van 3 km de grootste hoeveelheden onderhoud plaats.


ARCADIS

35


Figuur 2.27: Baggertracks uitgevoerd in 2010 in de bocht bij Maassluis (boven) en op het zeewaarts gelegen deel van de Nieuwe Maas (tussen km 1006 – 1017) (RWS Noordzee, uit Huismans et al., 2013).

Op de Nieuwe Maas vinden de grootste hoeveelheden onderhoud plaats tussen km 1004,5 en 1012. Volgens Van der Werf (2015) wordt daar 95% van het benodigde onderhoud op de Nieuwe Maas gebaggerd. Figuur 2.27 toont baggertracks uit 2010. Deze figuur maakt duidelijk dat de voornaamste sedimentatie optreedt in binnenbochten en bij lokale verbredingen van de rivier nabij havenbekkens. Oorsprong van het sediment De meeste geraadpleegde bronnen geven aan dat aanvoer van sediment vanaf de rivier ondergeschikt is ten opzocht van de aanvoer vanuit zee. De herkomst van het slib is echter lastig vast te stellen en bronnen spreken elkaar soms tegen. Over het algemeen wordt aangenomen dat ongeveer 80% van het zand en slib afkomstig is van zee en ongeveer 20% vanaf de rivier (Snippen et al., 2003; De Kok, 2000). De Nijs (2007) concludeert dat 80% wellicht wat te hoog is en dat het percentage naar alle waarschijnlijkheid lager ligt. Van Wijngaarden en Ludikhuize schatten dat van het materiaal dat in de havens neerslaat ongeveer 50% fluviatiel is en 50% marien.

2.4.5.2

HAVENBEKKENS

In totaal wordt er gemiddeld 6,2 miljoen m³ per jaar (beunvolumes) aan sediment uit de havenbekkens gebaggerd. Tabel 2.6 presenteert de beunvolumes. De grootste baggerinspanning vindt plaats op de Maasvlakte, Europoort en Botlek havens die gezamenlijk meer dan 80% aandeel hebben in het onderhoudswerk. Door de grote diepte (> NAP -22 m, zie figuur 2.7) van de havens op de Maasvlaktes en Europoort gebied, en het ontbreken van opwervelende actoren (golven/ stroming) krijgt het aanwezige slib in de waterkolom de kans om te bezinken resulterend in een relatief grote benodigde baggerinspanning. Verschillende studies geven aan dat de sedimentatie in de havenbekkens langs de Nieuwe Waterweg voornamelijk wordt bepaald door de aanwezige zouttong (Eysink, 1989; Langedoen, 1992; De Nijs, 2012). De locatie van de zouttong verschilt over het getij maar is ook afhankelijk van de grootte van de rivierafvoer.

36

ARCADIS



Sedimentatie in de

2010

2011

2012

2013

2014

verschillende haven-

Gemiddeld 2010-2014

bekkens (beunvolume) Maasvlakte

1900

1580

2090

3410

3280

2450

Europoort

1000

940

1260

1350

1520

1210

Botlek

1550

1350

1300

1440

1610

1450

Pernis

620

320

570

550

730

560

Eemhaven & Waalhaven

350

460

480

540

490

460

Fruithavens

60

110

70

50

20

60

Stadhavens

30

30

50

20

40

30

5490

4790

5820

7350

7670

6220

Totaal [x 1000 m³] (beun)

Tabel 2.6: Sedimentatie in havenbekkens Rijn-Maasmonding in afgelopen 5 jaar (Havenbedrijf Rotterdam, 2015)

De Nijs (2012) heeft met behulp van metingen de sedimentatie in de havenbekkens onderzocht. Hij concludeert dat niet zozeer de uitwisselingsvolumes van belang zijn maar dat de hoge concentraties slib aan de bodem nabij het troebelheidsmaximum, en dan voornamelijk gedurende vloed, de sedimentatie in de havenbekkens bepalen. Daarbij dient de periode in het getij wanneer hoge concentraties slib voor de monding aanwezig zijn beschouwd te worden (De Nijs, 2007). Doordat de uitwisseling voornamelijk door dichtheidsstromen wordt gedreven kan het sediment relatief ver het bekken in komen. De Nijs (2012) geeft aan dat vrijwel al het sediment dat de Botlek haven in stroomt daar ook neerslaat (zeer hoge invangcapaciteit). Uit analyse van de baggercijfers in de baggervakken binnen de havenbekkens volgt dat de grootste baggerinspanning wordt gepleegd nabij de havenmondingen. In de Botlek wordt ongeveer 50-60% van het totaal gebaggerd uit de baggervakken “Monding”, “Slibput” en “Zwaaikom”. Ook bij Pernis is het onderhoud nabij de monding ongeveer 60% van het totaal en deze vindt voornamelijk in het vak “Slibput” plaats. Dit betekent niet direct dat ook de meeste sedimentatie optreedt nabij de monding omdat fijn materiaal dat uitzakt op locaties verder de haven in, via bodemtransport (“fluid mud”) de slibput in kan stromen waar het vervolgens uit wordt gebaggerd.

2.4.5.3

EURO-MAASGEUL

Naast de baggercijfers in het binnengebied (vaarwegen en havens) zijn de baggervolumes in de Maasgeul beschouwd. Figuur 2.28 toont de baggervolumes in de afgelopen 2 decennia. Het valt op dat vanaf 1998 aanzienlijk minder gebaggerd is dan in de jaren daarvoor. Volgens De Ronde (2009) heeft dit te maken met de zandwindput Trog van Haksteen die in 1996/1997 is gegraven en de jaren erna voor minder aanzanding in de geul heeft gezorgd. De aanleg van Maasvlakte 2 is in 2008 begonnen. Uit de cijfers kan niet goed worden opgemaakt of de aanleg tot aanzienlijk grotere baggerhoeveelheden heeft geleid. Van Dijk (2014) geeft wel aan dat uit metingen volgt dat de voornaamste aanzanding van de Maasgeul verder naar buiten toe is komen te liggen. Dit komt overeen met voorspellingen van Roelvink en Aarninkhof (2007).


ARCADIS

37


Figuur 2.28: Baggervolumes in de Maasgeul (vak G) in de afgelopen decennia (De Ronde, 2009, Havenbedrijf, 2015)

2.4.5.4

INSCHATTING TOTALE BAGGERVOLUME BENEDENSTROOMSE DEEL RIJNMAASMONDING

Het is lastig om een goede inschatting te geven van de hoeveelheden die in het Rijn-Maasmonding gebied gemiddeld gebaggerd worden. Reden hiervoor is dat de baggerhoeveelheden soms in beunvolumes worden uitgedrukt, soms in tonnen droge stof en soms in in-situ volumes. Vaak zijn naast de volumes/ gewicht niet de dichtheden van het gebaggerde materiaal bekend en kunnen de percentages slib in het bodemmateriaal sterk fluctueren. Dit maakt het lastig om nauwkeurig beunvolumes om te rekenen naar tonnen droge stof of vice versa. Om toch een beeld te krijgen van de volumes die uit het interessegebied worden gebaggerd is hieronder een inschatting gemaakt van de baggercijfers. In Tabel 2.7 zijn in groen de beschikbare baggercijfers uiteengezet. Middels inschattingen van slibpercentages is getracht de baggercijfers af te leiden.

38

ARCADIS



TDS

%slib

ρ_droog

In-situ

Beunfactor

Beunvolume

volume [ton x 1000]

[%]

[kg/m³]

[m³ x 1000]

[-]

[m³ x 1000)

Maasgeul (vak G)

1580

10

1150

1.370

1,12

1.540

Maasmond (vak F)

1320

50

660

1.990

1,24

2.460

Maasmond (vak E)

1340

60

550

2.440

1,26

3.090

Geulen (gemiddelde van periode 2004-2012):

NWW km 1035.4-1023

30

7

1430

20

1,05

20

NWW km 1023 - 1020

170

32

930

190

1,17

220

NWW km 1020 - 1013

170

19

1170

140

1,12

160

NM 1013 - 1009

180

38

830

210

1,20

260

NM km 1009 - 1004.5

140

38

830

160

1,20

190

Maasvlakte

1078

60

550

1960

1,25

2450

Europoort

534

60

550

970

1,25

1210

Botlek

638

60

550

1160

1,25

1450

Pernis

248

60

550

450

1,25

560

Eemhaven & Waalhaven

204

60

550

370

1,25

460

Fruithavens

28

60

550

50

1,25

60

Stadhavens

11

60

550

20

1,25

30

Havens (gemiddelde van periode 2010-2014)

7669

Totaal:

11500

19169

Tabel 2.7: Baggerhoeveelheden in het benedenstroomse deel van de Rijn-Maasmonding. De groene getallen zijn verkregen data. De overige hoeveelheden zijn hiervan afgeleid middels de aangegeven parameters (%slib, droge dichtheid, en beunfactor). De droge dichtheid is bepaald middels: ρ=350+1250.*%zand.^2, de beunfactor (bf) is lineair afhankelijk van de droge dichtheid (ρ=400 => bf=1.3, ρ=1650 => bf=1.0)

Gebaseerd op bovenstaande gegevens wordt er uit het benedenstroomse deel van de Rijn-Maasmonding zo’n 11 miljoen m³ (in-situ) of 19 miljoen m³ (beunvolume) sediment gebaggerd. Van de circa 7,5 miljoen ton sediment die jaarlijks gebaggerd wordt is circa 45% slib en 55% zand.

2.4.6

SEDIMENT CONCENTRATIES

Er zijn in het verleden in verschillende studies metingen van sediment concentraties uitgevoerd in de RijnMaasmonding. Sloff & Erdbrink (2008) geven een opsomming van deze metingen. Van Tongeren (2014) heeft op 14 juli 2014 sediment concentraties over de verticaal gemeten op het Scheur. De Nijs (2007) beschrijft twee campagnes ten behoeve van het meten van concentraties slib op 16-6-2004 en 11-04-2006 op de Nieuwe Waterweg, de Oude Maas en de Nieuwe Maas. In het voorjaar van 2006 is door RIZA het zwevend stof gehalte bepaald of vijftig locaties in de Rijn-Maasmonding bij 3 verschillende rivierafvoeren. In 2000 is door De Kok het SILTMAN onderzoek uitgevoerd waarbij veldmetingen zijn uitgevoerd om een betere kennis te verkrijgen van de sedimentatie- en transport processen. In de zomer van 1980 zijn over een getijcyclus de concentraties slib/ zand gemeten nabij de bodem gemeten door Deltares. Uit analyse van de metingen en rapporten volgt dat de concentraties zwevend stof in de RijnMaasmonding sterk gerelateerd zijn aan rivierafvoeren (Meijers en Icke, 2006). Het slib afkomstig uit de rivieren heeft een hoog organisch stof gehalte en volgens de Nijs (2007) treedt vlokvorming reeds


ARCADIS

39


landinwaarts van de Nieuwe Waterweg op. Volgens De Kok (2000) kunnen er drie vormen van slibtransport onderscheiden worden: (1) de lage concentratie suspensie, die relatief homogeen over de verticaal verdeeld is, (2) de hoge concentratie benthische suspensies en (3) ‘fluid mud’. In de winter treedt voornamelijk een ‘fluid-mudlaag’ op in de Maasmond die langzaam consolideert en dat de meest vloeibare lagen van fluid mud, ‘mobile fluid mud’ genaamd, zouden kunnen bijdragen aan snelle sedimentatie (of ‘rapid siltation events’), maar de benodigde snelheden van enkele decimeters per seconde die hierbij horen, worden zelden waargenomen.

Figuur 2.29: Diepte gemiddelde concentraties zwevend stof in de Rijn-Maasmonding (Snippen et al., 2005)

Snippen et al. (2005) geven diepte-gemiddelde sediment concentraties van orde 30 mg/l op de Oude Maas en oostelijk deel van de Nieuwe Maas tot 15 mg/l in de Nieuwe Waterweg en westelijk deel van de Nieuwe Maas. Van Tongeren (2014) komt ook tot die orde van grootte (20-30 mg/l) bij de metingen op het Scheur. Figuur 2.30 toont metingen van de zwevende stofconcentratie bij Maasluis (km 1017,5). De gemiddelde concentratie zwevend stof bij Maasluis is 27 mg/l en heeft een standaard deviatie van eveneens 27 mg/l. Figuur 2.31 toont metingen bij Brienenoord (km 996,5) waar de gemiddelde concentratie 29 mg/l bedraagt en een standaard deviatie heeft van 17 mg/l.

Figuur 2.30: Concentratie zwevende stof bij Maasluis (km 1017,5). Bron: live.waterbase.nl

40

ARCADIS



Figuur 2.31: Concentratie zwevende stof bij Brienenoord (km 996,5). Bron: live.waterbase.nl

De Nijs (2012) laat zien dat op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas een zouttong aanwezig is waarbij op het meest landwaartse punt van de zouttong een troebelheidsmaximum ontstaat met hoge concentraties sediment aan de bodem van orde 200-400 mg/l (zie figuur 2.32).

Figuur 2.32: Zoutgehalte en sediment concentraties (kg/m) gemeten in de meetcampagne van De Nijs op 16-07-2004

Van Tongeren (2014) heeft concentraties zand nabij de bodem gemeten variërend van 20-30 mg/l tijdens kentering en lage stroomsnelheden tot 500 mg/l tijdens vloed tot >800 mg/l tijdens eb. De metingen van Van Rijn (1980) geven ook aan dat de concentraties tijdens eb hoger zijn dan tijdens vloed. De metingen uit 1980 komen tot orde 150 mg/l tijdens eb en orde 100 mg/l tijdens vloed op ca. 1 m boven de zandige bodem. Uit de metingen door Van Tongeren blijkt duidelijk dat er gedurende lage stroomsnelheden en kentering zich een laagje slib op de bodem van het Scheur afzet dat bij de volgende vloed dan wel eb weer wordt opgewerveld.


ARCADIS

41


vloedstroom max opp: 0,5 m/s max bod: 0,5 m/s

ebstroom max opp: -2 m/s max bod: -1m/s

Figuur 2.33: Concentraties zand nabij de bodem op het Scheur zoals gemeten door Van Tongeren (2014)

Concentraties zwevend stof op zee Volgens Van Ledden et al. (2007) is het slib dat op de Noordzee aanwezig is voor het grootste deel afkomstig uit het Kanaal en van de Vlaamse Banken. De bezinksnelheid van dit slib is zeer laag en alleen bij zeer rustig weer of op luwe plaatsen kan het slib bezinken. De concentraties zwevend stof zijn sterk van het seizoen afhankelijk. In de winter zijn de gemiddelde concentraties op open zee 5 tot 10 mg/l en 30 tot 100 mg/l langs de kust. In de zomer zijn de concentraties 4 tot 5 mg/l op open zee en 10 tot 20 mg/l langs de kust. In lange perioden met rustig weer met nauwelijks golven kan de concentratie zeer laag worden. Typische waarden voor dergelijke rustige perioden zijn 1 tot 2 mg/l op zee en 5 tot 10 mg/l dichtbij de kust. De achtergrondconcentraties zijn het hoogst tijdens en direct na stormperiodes, met name in de kustnabije zone. Tijdens stormen wordt veel sediment uit de zandige bodem opgewoeld en komt tijdelijk in suspensie. De (dieptegemiddelde) concentratie kan tijdens een storm oplopen tot enkele honderden mg/l (Van Ledden et al., 2007). Nabij de bodem kan de slibconcentratie nog veel hoger zijn. Uit metingen blijkt verder dat de concentraties op open zee binnen enkele dagen na de storm tot de normale achtergrondconcentratie kunnen zijn afgenomen. Het slib wordt na de storm weer deels opgenomen in de waterbodem. De aanleg van Maasvlakte 2 zal er waarschijnlijk toe leiden dat de concentraties slib nabij de monding van de Nieuwe Waterweg iets zullen afnemen. Van Ledden et al. (2007) schatten dit op een afname van orde 10%-20%.

42

ARCADIS



3 3.1

Analyse van de huidige situatie INLEIDING

In hoofdstuk 2 is een gebiedsbeschrijving gegeven van het interessegebied gebaseerd op de huidige kennis. Daarbij zijn beschikbare rapporten, literatuur en data bestudeerd en zijn de belangrijkste aspecten ten behoeve van deze morfologische studie gepresenteerd. Hieronder wordt de huidige morfologische situatie verder geanalyseerd middels het toepassen van verschillende modellen. Deze modellen leveren additionele informatie om het morfologische systeem beter te kunnen duiden. Ten behoeve van deze studie is gebruik gemaakt van het bestaande modelinstrumentarium van het Havenbedrijf en zijn een aantal nieuwe modellen specifiek ten behoeve van deze studie opgezet. Een beschrijving van de gehanteerde modellen en hun specifieke toepassingsgebied is beschreven in paragraaf 3.2. In paragraaf 3.3 wordt de waterbeweging in de Rijn Maasmonding geanalyseerd, met een focus op de Nieuwe Waterweg. In paragraaf 3.4 wordt ingegaan op de zandtransporten. De transportmodellen TSAND en Delft3D worden kort beschreven en berekende sediment transporten worden gepresenteerd. Daarnaast worden verschillen tussen de modellen besproken. Naast zandtransportberekeningen zijn er ook slibtransportberekeningen uitgevoerd. Hierbij is gebruik gemaakt van een speciaal voor deze studie opgezet Delft3D slib model. Daarnaast zijn de effecten van de verdieping op de sedimentatie van slib in de haven bepaald met een 1DV slibuitwisselingsmodel. De resultaten zijn beschreven in paragraaf 3.5. Paragraaf 3.6 gaat in op morfologische evenwichtsrelaties, toepasbaar op de Nieuwe Waterweg. De bevindingen uit paragraaf 3.3 tot en met 3.6 vormen belangrijke input voor de analyse in paragraaf 3.7, waarin een fenomenologische beschrijving is gegeven van de huidige morfologische situatie. In paragraaf 3.7.4 is een conceptueel model beschreven van hoe het huidige morfologische systeem functioneert. Dit vormt de basis voor de morfologische effectinschattingen. Het vormt ook de basis voor een inschatting van de autonome morfologische ontwikkelingen op een tijdhorizon van 10 jaar (het referentiejaar is 2025) met een doorkijk naar 2050. De daadwerkelijke effectinschatting wordt gepresenteerd in hoofdstuk 5.

3.2

MODELINSTRUMENTARIUM

3.2.1

GEHANTEERDE MODELLEN

Ten behoeve van deze morfologische studie is gebruik gemaakt van de volgende modellen:


ARCADIS

43


Model/ vergelijking

Toepassing

OSR-model ( Haven-model en het NSC-model)

In kaart brengen waterbeweging

TSAND model

Bepalen zandtransporten en effecten van de verdieping op de zandtransporten

Delft3D Zeedelta model

Verificatie zandtransporten bepaald met TSAND/ verkrijgen systeembegrip van zandtransporten

Simona Zeedelta model

Aanlevering Haringvliet spui randvoorwaarden ten behoeve van de Delft3D modellen

1DV slibvangmodel

Bepalen van de effecten van de verdieping op de aanslibbing in de havenbekkens

Delft3D slibmodel

Bepalen slibtransporten en effecten van de verdieping op de slibtransporten/ sedimentatie van slib

Delft3d 2DV bovenstrooms model

Afschatten van de morfologische effecten op de bovenstroomse rivieren

Evenwichtsvergelijking

Bepalen effecten van de verdieping op evenwichtsbodemligging en te verwachten onderhoudsinspanning

Tabel 3.1: Overzicht van de toegepaste modellen in de morfologische studie

Elk model is een vereenvoudiging van de (zeer) complexe werkelijkheid van het projectgebied. Het is daarom van belang om aan te geven wat het specifieke toepassingsgebied is van het gehanteerde model. In onderstaande paragrafen zijn de toegepaste modellen kort beschreven en is het toepassingsgebied voor elk specifieke model uiteengezet.

3.2.2

WATERBEWEGINGSMODELLEN

3.2.2.1

HET OSR-MODEL

Korte modelbeschrijving De waterbeweging is onderliggend aan de morfologie en bepaalt uiteindelijk hoe het morfologische systeem zich gedraagt. Het is daarom belangrijk dat alle relevante aspecten van de waterbeweging goed in kaart worden gebracht. Dit is gedaan door modelsimulaties uit te voeren met het SIMONA model van het Havenbedrijf, het zogenaamde OSR-model (Operationeel Stromingsmodel Rotterdam). Het OSR-model bestaat uit twee modellen; het gedetailleerde Havenmodel en het NSC-model (Nautisch Service Centrum

44

ARCADIS



model).

Figuur 3.1 NSC rekenrooster

Beide modellen van het Havenbedrijf worden ook gebruikt om 4 maal daags operationeel voorspellingen te maken van de waterstanden en stroomsnelheden ten behoeve van het bepalen van getijvensters en de planning van de haven. Het NSC model heeft een zeer fijn rooster in het interessegebied (resolutie tussen de 20 en 45 m) en heeft 10 Sigma lagen in de verticaal (laagdiktes van het oppervlak naar de bodem 2 keer 12%, 5 keer 11%, 1 keer 9% en 2 keer 6% van de waterkolom). In onderstaande figuur is een detail van het modelrooster weergegeven. Meer informatie over het NSC model en het operationele voorspellingsmodel is te vinden op: http://mx-systems.nl/osr/index.htm

Figuur 3.2: Detail van het NSC rekenrooster tussen Botlek en Waalhaven

Modeltoepassing Het model is toegepast om in hoge mate van detail de waterbeweging te modelleren. Het NSC-model heeft een zeer hoge resolutie in het interessegebied en is gevalideerd aan waterstand-, stromingen saliniteit- metingen en is daarmee als geen ander model in staat om in detail de 3D stromingseffecten in het gebied te kunnen nabootsen. In Kranenburg (2015) wordt een evaluatie gepresenteerd van het OSR inzake de zoutindringing in de Rijn-Maasmonding.


ARCADIS

45


Dit model is o.a. toegepast om: -

In detail de waterbeweging in het gebied in kaart te kunnen brengen en belangrijke (3D) processen te kunnen begrijpen;

-

De effecten van de verdieping op de waterbeweging te kunnen bepalen;

-

3D stromingsinformatie te leveren aan het TSAND model;

-

3D wateruitwisseling informatie te leveren ten behoeve van het bepalen van sedimentatie van slib in de havenbekkens;

De modelresultaten van de waterbeweging in de huidige situatie wordt gepresenteerd in paragraaf 3.3. De effecten van de verdieping op de waterbeweging in paragraaf 5.2.

3.2.3

SEDIMENT TRANSPORT MODELLEN

3.2.3.1

1DV TSAND MODEL

Korte modelbeschrijving De waterbeweging in de Nieuwe Waterweg is vertaald naar netto zanden slibtransporten met behulp van het TSAND-model (Van Rijn 2006, 2013, 2015). Dit is een één-dimensionaal verticaal (1DV) model waarin de volgende effecten worden meegenomen: 

Getijsnelheden en eventuele asymmetrie daarin



Stroomsnelheid van de rivier en verdeling over de waterdiepte;



Dichtheidsstroming en verdeling hiervan over de waterdiepte (residuele stroming);



Sedimentsamenstelling (5 zandfracties:150,250,350 en 500 µm, en 1 slibfractie);



Bodemtransport en suspensief transport (volgens evenwichtsconcentratie profielen)



Begin van beweging volgens Shields met inbegrip van de effecten van slib en grind.

Het model kan worden toegepast met een eenvoudige invoer waarbij waterbeweging en saliniteit worden geschematiseerd op basis van enkele kentallen. Daarnaast kan het model worden toegepast met een gedetailleerde invoer waarbij de waterbeweging en saliniteit uit een 2D- of 3D-model worden gebruikt. Omwille van de nauwkeurigheid is in deze studie gekozen voor de gedetailleerde benadering. De 3D waterbeweging en saliniteit uit het NSC-model van Havenbedrijf Rotterdam zijn gebruikt als invoer voor het TSAND model voor elke kilometer langs het traject tussen km 1009 en 1035. Om een volledig beeld te krijgen van de bijdrage van verschillende condities zijn er berekeningen gemaakt voor 5 verschillende rivierdebieten en voor elk hiervan bij een springtij, een doodtij en een gemiddelde getij conditie. Dit levert 15 verschillende condities op met elk een eigen percentage van voorkomen. Naast de waterbeweging is de fractieverdeling een belangrijke invoerparameter. Deze is gebaseerd op de metingen zoals beschreven onder paragraaf 2.4.2. In Bijlage 2 worden de formuleringen van het TSAND model beschreven. In paragraaf 3.4.2 worden de resultaten van deze berekeningen uitgewerkt en gepresenteerd. Modeltoepassing Het TSAND model is toegepast om op een relatief snelle manier de zandtransporten onder verschillende hydrodynamische condities (verschillende getij- en rivierafvoeren) af te kunnen schatten. Het model stelt ons in staat om, gebaseerd op de nauwkeurig gesimuleerde waterbeweging van het NSC model, onder een

46

ARCADIS



groot aantal hydrodynamische condities, de effecten van de verdieping op zandtransporten op zowel het projectgebied (Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas) als het plangebied (bovenstroomse rivierdelen) te kunnen kwantificeren. Daarmee kan het model ook inzicht geven in mogelijke bovenstroomse effecten van de verdieping. Zonder het TSAND model zouden we slechts enkele afvoeren en getij condities in de beschouwing hebben kunnen meenemen en zou het niet mogelijk zijn geweest om gevoeligheidsberekeningen uit te voeren voor verschillende bodemsamenstellingen (korrelgrootte verdelingen). De modelresultaten van de TSAND berekeningen voor de huidige situatie worden gepresenteerd in paragraaf 3.4. De effecten van de verdieping op de zandtransporten in paragraaf 5.3.1.

3.2.3.2

DELFT3D & SIMONA ZEEDELTA MODEL

Korte modelbeschrijving Ten behoeve van een goed systeembegrip zijn naast de TSAND aanpak ook een aantal simulaties uitgevoerd met het Delft3D Zeedelta model waarin de zandtransporten langs de Nieuwe Waterweg zijn bepaald. Deltares heeft een morfologisch model voor het Noordelijk Delta Bekken opgezet, op basis van het Zeedelta waterbewegingsmodel (Van der Werf, 2014). Dit model is vergeleken met stromingsmetingen en sediment concentraties. Deltares heeft dit Delft3D morfologisch model aan ARCADIS ter beschikking gesteld om in deze studie in te zetten. Het model is op een aantal punten aangepast om de modelresultaten te kunnen vergelijken met de TSAND uitkomsten: 

De bodem is gebaseerd op de bodem uit de waterbewegingsmodellen van het Havenbedrijf;



De gesimuleerde periode is de doodtij-springtij periode die ook gebruikt is om de cyclische randvoorwaarden voor het Havenbedrijf model af te leiden (zie Bijlage 1.2);



Op de rivierranden zijn debieten opgelegd die horen bij de zogeheten bed-shaping afvoer (75%) die in Bijlage 1.1 is afgeleid;



In het model is een slib- en een zandfractie aangebracht, waarbij de verdeling is gebaseerd op de metingen zoals gepresenteerd in paragraaf 2.4.2.


ARCADIS

47


Figuur 3.3: Rekenrooster van het Delft3D Zeedelta model

Het Simona Zeedelta model van Rijkswaterstaat (Waqua) is in deze studie gebruikt om tijdseries van debieten door het Haringvliet te kunnen berekenen voor de tijdsperiode die met het morfologisch Zeedelta model is gesimuleerd. In de Waqua-versie worden de Haringvlietsluizen via een zogenaamde getriggerde sturing aangestuurd (een optie die niet beschikbaar is in Delft3D). De aldus verkregen tijdserie van debieten door het Haringvliet is vervolgens als randvoorwaarde in de Delft3D simulatie opgelegd. Het Zeedelta model heeft een grover rooster in het interessegebied (130 x 80 m) dan het NSC-model en heeft 10 Sigma lagen in de verticaal. In bovenstaande figuur is het modelrooster weergegeven. Modeltoepassing Het Delft3D Zeedeltamodel is toegepast om de berekende zandtransporten zoals met het TSAND model bepaald voor enkele hydrodynamische condities te vergelijken met de zandtransporten zoals berekend met Delft3D. Het model is ook gebruikt om enkele TSAND parameters af te kunnen regelen. De resolutie van het Delft3D model op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas is betrekkelijk grof. Daardoor kan de gesimuleerde zouttong minder ver de rivier opstromen dan metingen aangeven en door het NSC-model wordt gesimuleerd. Daarnaast is het een rekenintensief model wat het niet mogelijk maakt om veel verschillende afvoeren getijcondities te simuleren. Om die reden is het Delft3D model vooral gebruikt ter verificatie en kalibratie van de TSAND berekeningen en het verkrijgen van systeembegrip. De modelresultaten van de Delft3D berekeningen voor de huidige situatie worden gepresenteerd in paragraaf 3.4.3. De effecten van de verdieping op de zandtransporten in paragraaf 5.3.1.

48

ARCADIS



3.2.3.3

1DV SLIBVANGMODEL

Korte modelbeschrijving De sedimentatie in de havenbekkens en de effecten van de verdieping op de sedimentatie in de havenbekkens is bepaald met een 1DV slibvangmodel. In het model wordt eerste de wateruitwisseling tussen de afzonderlijke havenbekkens en vaarweg in detail bepaald uit het NSC waterbewegingsmodel. Vervolgens wordt de wateruitwisseling vertaald naar bruto en netto transport van fijn sediment de haven in- en uit door de uitwisselingsdebieten te vermenigvuldigen met een concentratie zwevend stof. In een gevoeligheidsanalyse zijn verschillende verticale concentratie profielen en afvoer condities beschouwd. De aanslibbing in de havenbekkens is bepaald door ingaande transporten met een invangpercentage te vermenigvuldigen. Naast het slibvangmodel wordt ook gebruik gemaakt van een Delft3D slibmodel (zie volgende paragraaf). Het Delft3D slibmodel heeft in de havenbekkens (en nabij de monding van de havenbekkens) echter onvoldoende resolutie om in detail de wateruitwisseling tussen de havenbekkens en daarmee de aanslibbing in de havenbekkens te kunnen bepalen. Het 1DV slibmodel in combinatie met de wateruitwisseling zoals bepaald uit het NSC model is daartoe wel goed in staat. Het 1DV slibmodel geeft daarnaast de mogelijkheid om de sedimentatie in de havenbekkens voor verschillende hydrodynamische condities te bepalen. Het Delft3D slib is vervolgens toegepast om de resultaten van het 1DV slibmodel te verifiëren voor een enkele hydrodynamische conditie. Modeltoepassing Door het toepassen van het 1DV slibmodel kunnen verschillende hydrodynamische condities worden beschouwd en kan relatief eenvoudig inzichtelijk worden gemaakt wat de effecten zijn van verschillende concentratieprofielen op de sedimentatie in de havenbekkens. Het model is toegepast op alle havens langs de Nieuwe Waterweg en benedenstroomse deel van de Nieuwe Maas. Het model is niet geschikt om uitspraak te doen over de effecten van de verdieping in de havens bij de Maasvlakte en Europoort. Een effect afschatting van de verdieping van de Nieuwe Waterweg op die meer zeewaarts gelegen havenbekkens zijn beschouwd middels het Delft3D slibmodel. De modelresultaten van de 1DV slibvang berekeningen voor de huidige situatie worden gepresenteerd in paragraaf 3.5.3. De effecten van de verdieping op de aanslibbing in de havens in paragraaf 5.3.2.2.

3.2.3.4

DELFT3D SLIB MODEL

Korte modelbeschrijving Bij aanvang van deze studie was er nog geen goed afgeregeld 3D slibmodel van de Rijn-Maasmonding voorhanden. Om toch kwantitatieve uitspraken te kunnen doen over de effecten van de verdieping op slibtransporten en aanslibbing is een nieuw Delft3D slib model opgezet. Daartoe is een nieuw rekenrooster gemaakt van de Rijn-Maasmonding. Het rooster is zodanig samengesteld dat nabij de monding van de Nieuwe Waterweg en Calandkanaal een relatief hoge resolutie bereikt wordt terwijl de rekentijd van het model beperkt blijft. Het model beslaat een gebied op de Noordzee van 70 km kustland en ongeveer 30 km kustdwars. Bovenstrooms zijn de randvoorwaarden gelegen bij de splitsing Oude Maas – Spui, op de Lek bij km 987 en nabij de splitsing Noord- Beneden Merwede – Oude Maas. Figuur 3.4 toont links het gehele rekenrooster van het Delft3D slibmodel en rechts een deel ingezoomd op de monding van de Nieuwe Waterweg. De celgrootte bedraagt ongeveer 200 m ter hoogte van de stortlocaties en ongeveer 70 m in de monding.


ARCADIS

49


Figuur 3.4 Rekenrooster Delft3D model

Fysische processen In het 3D model worden de volgende fysische processen meegenomen: getij, golven, saliniteit, zandtransport en slibtransport. Ook de interactie tussen deze processen wordt berekend. Zo heeft de saliniteit en de aanwezigheid van zand en slib in het water een invloed op de dichtheid van het water en worden flocculatie effecten en resulterende valsnelheden bepaald gebaseerd op de aanwezige saliniteit en concentraties slib die in de waterkolom aanwezig zijn. Aandrijving Het model is een ingekorte versie van het zogenaamde Zeedelta-model. Op zee wordt het aangedreven door randvoorwaarden uit het Kuststrook model. Aan de rivierzijde wordt het op de Oude Maas en de Nieuwe Maas aangedreven door debieten uit het Zeedelta-model. Ook de debieten door de Haringvlietsluizen (die indirect in het model worden meegenomen middels de debieten door het Spui) zijn afkomstig van het Zeedelta-model. De golven die aan de zeezijde zijn opgelegd zijn gebaseerd op de gemiddelde condities op station Europlatform op de Noordzee. De golfhoogte Hs op de rand van het model bedraagt 1,25 m met een piekperiode Tp van 5 seconden en een richting van 225°. Deze golf is opgelegd als zogenaamde “opwoel” golf om het sediment op de Noordzee in suspensie te houden. Schematisatie sediment Het aanwezige sediment is in het model geschematiseerd tot 2 fracties. De eerste fractie bestaat uit zand met een korreldiameter van 250 µm en de tweede fractie is slib met een korreldiameter van 30 µm (valsnelheid ~ 0,5 mm/s). Schematisatie bodemlagen De bodem is geschematiseerd tot 3 bodemlagen. De bovenste laag is een transportlaag met een dikte van 0,10 m. Daaronder zit een onderlaag met een dikte van 1,0 m. De onderste laag is een basislaag die fungeert als opvang voor overtollig sediment in de lagen erboven. Uit de berekeningen is gebleken dat deze basislaag aan het einde van de simulaties nergens sediment bevatte.

50

ARCADIS



Modeltoepassing Het model is afgeregeld op de heersende concentraties zwevend stof op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Daarnaast is het model zodanig afgeregeld dat het redelijk goed de in- en uitgaande slibtransporten door de Rijn-Maas monding nabootst. Daarmee is het uitermate geschikt om de effecten van de verdieping op de slibfluxen en aanslibbing in het gebied af te kunnen schatten. Er zitten een aantal nadelen aan het model. Het is een vrij rekenintensief model waardoor er niet, gelijk aan de zandstudie, veel verschillende hydrodynamische condities doorgerekend kunnen worden. Daarnaast is de resolutie op de Nieuwe Waterweg zodanig dat het model niet tot in hoog detail de wateruitwisseling tussen havenbekkens en vaarwater kan berekenen. Om die reden is een 1DV model ingezet (zie boven) om de sedimentatie van slib in de havenbekkens beter te kunnen afschatten. De modelresultaten van de Delft3D slibberekeningen voor de huidige situatie worden gepresenteerd in paragraaf 3.5. De effecten van de verdieping op de aanslibbing in de Nieuwe Waterweg / Nieuwe Maas en netto slibimport in paragraaf 5.3.2.1.

3.2.3.5

DELFT3D 2DV MODEL TEN BEHOEVE VAN HET BEPALEN VAN DE BOVENSTROOMSE EFFECTEN

Korte modelbeschrijving Met behulp van een Delft3D 2DV model is middels het uitvoeren van enkele principe berekeningen het effect van de verdieping op de bovenstrooms gelegen rijntakken afgeschat. Er is aandacht besteed aan de bovenstroomse effecten omdat bodemveranderingen en resulterende waterstandseffecten in het rivierengebied altijd zeer kritische bekeken worden en slechts kleine verhogingen door de beheerder wordt toegestaan. Met een 2DH of 3D model is het moeilijk om inzicht te krijgen in het effect op de bovenstrooms gelegen rivieren omdat lokale variatie in de breedte en diepte leiden tot lokale versnellingen en vertragingen van de stroming waardoor lokaal erosie of sedimentatie ontstaat die de lange termijn morfologische aanpassing aan de verdieping overschaduwen. Om dit “troebele beeld” te voorkomen en toch inzicht te krijgen in reactie van de bovenstroomse rivieren is een geschematiseerd 2DV-model van de MerwedeWaal gemaakt. Dit model bestaat uit een kanaal met een constante breedte en is initieel morfologisch gezien in evenwicht met de bovenstroomse en benedenstroomse randvoorwaarden. Door verdieping van Nieuwe Waterweg verandert de getijdedoordringing naar het rivierengebied en zal het evenwicht zich gaan aanpassen aan de nieuwe stroomafwaartse randvoorwaarde. Omdat er geen andere aanpassingen spelen, zijn ook kleine aanpassingen duidelijk zichtbaar. Het Delft3D model heeft initieel een verhang van 0,1 promille, wat ongeveer overeenkomt met het verhang van de Beneden Merwede en Waal. De korrelgrootte is constant aangenomen op 0,25 mm. Dit is vooral bovenstrooms te fijn, maar de morfologische veranderingen dempen uit in stroomopwaartse richting en door de uniforme korrelgrootte is de principe reactie van een bovenstroomse rivier op een kleine verandering in de benedenstroomse randvoorwaarde beter zichtbaar. De breedte in het Delft3D model is 1000 m maar is in principe irrelevant omdat de afvoer per eenheid breedte gelijk is aan de morfologisch significante afvoer van 3010 m³/s (zie paragraaf 3.2). De bodemruwheid is vastgesteld op een Chézy waarde van 65 m½/s. Dit zorgt voor evenwichtsstroming voor het initiële verhang en de initiële afvoer. Het sedimenttransport wordt berekend met de transportformule van Engelund-Hansen, dit levert het totaal van bodemtransport en suspensief transport. Hiermee nemen we aan dat het transport steeds in evenwicht is met de stroomsnelheid, dit is gerechtvaardigd vanwege de geleidelijke gradiënten in het


ARCADIS

51


model. Op de bovenstroomse rand van het model is de transport gradiënt nul en vind dus geen erosie plaats. Op de benedenstroomse rand is een waterstandsrandvoorwaarde opgelegd. Deze bestaat in eerste instantie uit de waterstand zoals berekend met het NSC-model op de Beneden Merwede even stroomopwaarts van het splitsingspunt Noord, Beneden Merwede en Oude Maas. Het NSC model (run huigem75) berekend een cyclische randvoorwaarde in de huidige situatie (geen verdieping NW) bij de combinatie van een gemiddeld getij en de afvoer die 75% van de tijd onderschreden wordt. Het model is 10 jaar gedraaid met een morfologische versnellingsfactor van 10 om het model in evenwicht te laten komen met de benedenstroomse randvoorwaarde. Vervolgens is het toegepast voor de huidige situatie en de situatie inclusief verdieping waardoor het verschil in bodemligging kan worden bepaald Modeltoepassing Het model is geschikt om een eerste orde afschatting te kunnen maken van de effecten van de verdieping van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas op de bodemligging op de bovenstrooms gelegen rivieren (Waal, Nederrijn en Lek). Het model is niet toegepast om in detail de bodemverandering te onderzoeken. De resultaten laten zien dat de effecten in het rivierengebied zo klein zijn dat een meer gedetailleerde aanpak ook niet noodzakelijk geacht wordt. De modelresultaten van de 2DV model berekeningen voor de effecten van de verdieping op bodemligging in de bovenstroomse rivierdelen wordt gepresenteerd in paragraaf 5.3.4.

3.2.4

EVENWICHTSVERGELIJKINGEN

Korte beschrijving van de toegepaste vergelijkingen Voor estuaria en getijgeulen bestaan empirische evenwichtsrelaties, met als algemeen kenmerk dat ze een relatie leggen tussen geometrische en hydrodynamische grootheden. De meest bekende is wellicht die waarbij het natte doorstroomoppervlak van een stroomvoerende geul wordt gerelateerd aan het getijvolume dat door die doorsnede gaat, vermeerderd met een bed-shaping bovenafvoer (rivier). Ten behoeve van dit onderzoek zijn de in de literatuur beschikbare evenwichtsrelaties tussen doorstroomoppervlak (Ac) en getijdebieten dan wel getijvolumes voor de Rijn Maasmonding in kaart gebracht en toegepast op de huidige situatie (2014) in de Nieuwe Waterweg. De waarde van Ac wordt doorgaans uitgerekend ten opzichte van NAP. Evenwichtsrelaties Nieuwe Waterweg (Van de Kreeke en Haring, 1979) Van de Kreeke en Haring (1979) hebben onderzoek gedaan naar het verband tussen het doorstroomoppervlak van zeegaten en de maximale getijafvoer met en zonder zoetwaterafvoer in het Nederlandse deltagebied. De meetgegevens (op basis van het gemiddeld getij) van de Waterweg, het Haringvliet, het Brouwershavense Gat en de Oosterschelde volgens Van de Kreeke-Haring 1979 zijn vermeld in tabel 3.2. Deze tabel bevat ook aanvullende data van de Waterweg uit 1870 (Deltares, 1995). De gemiddelde waterdiepte in de mond van het zeegat was toen ca. 4 m over een breedte van ca. 750 m. De getijafvoer is berekend met een lineair getijmodel (Van Rijn, 2011). De dwarsdoorsnede waarop de relaties zijn gebaseerd voor de Nieuwe Waterweg is gedefinieerd op ca. 2 tot 3 km vanaf de zee, waar de variaties van de dwarsdoorsnede beperkt zijn. Uit analyse van de data blijkt dat de maximale getijstroomsnelheid bij benadering constant is:

52

ARCADIS



Umax

= Qmax/Ac

Ac

= 1,17 Qmax

= 0,85 m/s

waarin: Qmax= maximale getijafvoer, Umax= maximale getijstroomsnelheid, Ac= doorstroomoppervlak. Uit de data blijkt dat de rivierafvoer geen significante invloed heeft op het doorstroomoppervlak in het geval dat Qr/Qmax< 0,25. Een mogelijk verklaring hiervoor is dat de stroomsnelheden bij de bodem tijdens eb relatief laag zijn door de landwaartse dichtheidsgedreven stroming. Het zoete rivierwater wordt tijdens eb vooral in het bovenste deel van de waterkolom afgevoerd. De hoogste stroomsnelheden bij de bodem treden vooral op tijdens de relatief korte vloedperiode. Het getijprisma is het watervolume dat door een doorsnede bij de monding naar binnen stroomt tijdens de vloedfase (over een periode van 0,5T) tussen laagwater en hoogwater. In het geval van een sinusvormig getij zonder rivierafvoer geldt: Vgetij = Vprisma = QmaxT/. Dit geeft volgens Van de Kreeke-Haring (1979) voor gemiddelde getijcondities: Ac = 1.17 (/T) Vgetij  0.000082 Vgetij De data van tabel 3.2 kunnen ook worden weergegeven als functie van het ebvolume (Veb) of the totale getij- en rivierafvoervolume (VT=Vvloed+Veb+Vr  2 Vgetij+Vr). Dit geeft voor gemiddelde getijcondities: Ac = 0,000016 (Veb)1.08

Qmax [m³/s]

0,29

112 106

3600

2940

0,82

0,23

169 10

5600

4700

0,84

0,16

21000

17100

0,82

0,09

526 106

19000

16400

0,86

0,08

814 10

6

34000

28600

0,84

0

764 106

32000

26900

0,84

0

6

89000

76800

0,86

0

2250 106

93000

78900

0,85

0

675

30 106

31 106

47 106

16 106

Waterweg 1897-1909

1,6

675

30 106

41 106

56 106

26 106

Waterweg 1944-1958

1,6

750

35 10

67 10

84 10

50 10

Haringvliet 1933

2

1540

70 106

243 106

278 106

209 106

557 106

Haringvliet 1959

2

1300

60 106

233 106

262 106

204 106

Brouwershavense gat 1933

2,3

0

0

814 10

407 10

407 10

Brouwershavense gat 1959

2,3

0

0

382 106

Oosterschelde 1933

2,7

0

0

1100 10

Oosterschelde 1959

2,7

0

0

1125 106

6

6

6

6

6

382 106 6

1100 10

6

6

382 106 6

1125 106

1100 10

6

1125 106

6

2200 10

Qrivier [m³/s]

Umax [m/s]

1,6

Getij range [m]

Waterweg 1870

Zeegat

Ratio Qr/Qmax [-]

Doorstroom opp [m²]

0,75

Vloed volume [m³]

2250

Eb volume [m³]

3000

Getij volume [m³]

92 106

Rivier volume [m³]

Totaal volume [m³]

Ac = 0,0000075 (VT)1.08

Tabel 3.2: Data van doorstroomoppervlakken en vloedvolumes Nederlandse delta

Enkele andere bekende relaties voor zeegaten Andere bekende relaties (metrisch systeem) voor zeegaten met springtij zonder rivierafvoer zijn: O’Brien (1969) voor natuurlijke zeegaten (USA, Pacific coasts): Ac = 0,000066 Vgetij Jarrett (1976) voor zeegaten (USA; Pacific and Atlantic coasts): Ac = 0,00016 (Vgetij)0.95


ARCADIS

53


In het geval van verdieping van de Waterweg is er een nieuw doorstroomoppervlak met bijbehorend berekend getijvolume (nieuw datapunt). Indien dit punt voldoet aan het empirisch verband zal de doorsnede morfologisch stabiel zijn (op lange termijn geen aanzanding of uitschuring). Indien het nieuwe punt boven het empirische verband ligt, zal de doorsnede te ruim zijn en dus aanzanden. Volgens Eysink (1987) verloopt een dergelijk aanpassingsproces asymptotisch afhankelijk van onder ander beschikbare hoeveelheid sediment. Als sprake is van een tendens tot aanzanding, dan is een extra onderhoudsinspanning nodig om de vereiste vaardiepte te handhaven. Indien het nieuwe punt onder het empirisch verband ligt, zal de doorsnede uitschuren en dus groter worden, mits de bodemgesteldheid een dergelijke verdere verdieping toelaat. Toepassing van de evenwichtsvergelijkingen Over het algemeen geldt dat de gevonden empirische relaties redelijk goed toepasbaar zijn voor voornamelijk de Nieuwe Waterweg. Naast dat ze inzicht geven of het profiel te krap of te ruim is en dus aanzanding dan wel uitschuring kan worden verwacht, zullen ze bij de effectbepaling (hoofdstuk 5) ook inzicht geven in hoe in de verdiepte situatie de relatie verschuift. Deze verschuiving kan vervolgens iets zeggen over het effect op de baggerinspanning en op het ontstaan van eventuele additionele ontgrondingen. Bovengenoemde relaties zijn over het algemeen alleen geldig voor het mondingsgebied van zeegaten waar de bodem zandig is met voldoende hoge stroomsnelheden (>0,7 m/s) zodat het zandtransport goed ontwikkeld is. Naar binnen toe nemen de stroomsnelheden af, terwijl het percentage slib in de bodem over het algemeen toeneemt. Daardoor neemt het vermogen om zand te transporteren in het getijgebied naar binnen toe af. Omdat op de Oude Maas de bovengenoemde condities voorkomen (relatief hoge stroomsnelheden, zandig materiaal) zijn de evenwichtsvergelijkingen naast de secties op de Nieuwe Waterweg en benedenstroomse delen van de Nieuwe Maas ook op de Oude Maas toegepast. Ondanks dat de evenwichtsvergelijking niet helemaal ontwikkeld zijn voor de secties op de Oude Maas kan het ons toch nuttige informatie geven over de te verwachtte ontwikkeling van de bodem na aanleg van de verdieping (gegeven de onzekerheden in de toepasbaarheid). De resultaten van de evenwichtsvergelijking voor de huidige situatie worden gepresenteerd in paragraaf 3.6. De effecten van de verdieping op de evenwicht-doorstroomprofielen in paragraaf 5.3.3.

3.3

WATERBEWEGING

3.3.1

INTRODUCTIE

Het netto sedimenttransport wordt voor een groot deel bepaald door het horizontale getij, dichtheidsstromingen en asymmetrie in de waterbeweging. Ten aanzien van de getijasymmetrie wordt onderscheid gemaakt tussen het verticale getij (waterstanden) en het horizontale getij (stroomsnelheden). Bij de waterstanden wordt de asymmetrie uitgedrukt in termen van rijzingsduur en dalingsduur. Een systeem waarbij de rijzingsduur korter is dan de dalingsduur noemt men vloed-dominant. Andersom spreekt men van eb-dominant. Bij de stroomsnelheden zijn er een aantal grootheden die een relatie hebben met sedimenttransport. Naast de maximale eb- en vloedsnelheden en de eb- en vloedduur, is ook de versnelling rond laag en hoog water

54

ARCADIS



kentering van belang. Indien deze versnelling groot is, betekent dit doorgaans dat het fijne sediment weinig tijd krijgt om uit te zakken. In de Nieuwe Waterweg hebben we te maken met een systeem waarbij het getij en de rivierafvoer samenkomen, resulterend in een sterk-gestratificeerd systeem. Dit zorgt ervoor dat de snelheden nabij de bodem en aan het oppervlak andere asymmetrie kunnen vertonen, wat de relatie met sedimenttransport compliceert. In deze paragraaf zal de waterbeweging worden behandeld en de karakteristieken van de asymmetrie worden besproken. In paragraaf 3.3 en 3.4 wordt nader ingegaan op de vraag hoe dit doorwerkt voor het sedimenttransport en de evenwichtsrelaties.

3.3.2

GEHANTEERDE RANDVOORWAARDEN

Gehanteerde getij- en afvoercondities De modellen van het Havenbedrijf Rotterdam zijn gebruikt om cyclische getijberekeningen te maken voor een aantal rivierafvoeren en getijcondities. Het voordeel van cyclische getijberekeningen is dat ook getijgemiddelde reststromingen en (met behulp van een sedimenttransportmodel) getijgemiddelde sedimenttransporten kunnen worden bestudeerd. Daarmee wordt het mogelijk om met een beperkte set van hydraulische randvoorwaarden een schatting te maken van seizoens- of jaargemiddelde sedimentverplaatsingen. De cyclische getijden zijn reeds afgeleid in een Alkyon studie (Hartsuiker, 2003). Nadere details hoe tot deze cyclische getijden is gekomen zijn gepresenteerd in Bijlage 1.2. Er zijn simulaties uitgevoerd voor rivierafvoeren (door de Nieuwe Waterweg) die 5%, 25%, 50%, 75% en 95% van de tijd overschreden worden. De overschrijdingsfrequenties van de debieten door de Nieuwe Waterweg zijn afgeleid op basis van data van Waterbase. In onderstaande figuur is het verloop van de debietverdeling volgens deze analyse gepresenteerd. Voor een nadere details hoe tot deze verdeling is gekomen wordt verwezen naar Bijlage 1.1.


ARCADIS

55


Figuur 3.5: Afvoerverdeling door de verschillende riviertakken en Nieuwe Waterweg gebaseerd op Waterbase data

Elke afvoer is gesimuleerd voor een drietal getijcondities, een gemiddeld doodtij, gemiddeld tij en gemiddeld springtij (zie figuur 3.6). Om de dagelijkse ongelijkheid mee te nemen zijn de simulaties voor 2 cycli (orde 25 uur) uitgevoerd.

Figuur 3.6: Geselecteerde cyclische getijden (Hartsuiker, 2003)

In totaal zijn 15 simulaties gebruikt om de waterbeweging in de huidige situatie in kaart te brengen. Deze simulaties zijn gebruikt bij de berekening van het sedimenttransport met het TSAND puntmodel en voor het bepalen van uitwisselingsvolumes door de havenmondingen voor de verschillende afvoercondities.

56

ARCADIS



De naamgeving van de verschillende simulaties is als volgt:

Getij:

Onderschrijding

Onderschrijding

Onderschrijding

Onderschrijding

Onderschrijding

rivierafvoer:

rivierafvoer:

rivierafvoer:

rivierafvoer:

rivierafvoer:

5%

25%

50%

75%

95%

Doodtij

Huidoo05

Huidoo25

Huidoo50

Huidoo75

Huidoo95

Gemiddeld tij

Huigem05

Huigem25

Huigem50

Huigem75

Huigem95

Springtij

HuiSpr05

HuiSpr25

HuiSpr50

HuiSpr75

HuiSpr95

Tabel 3.3: Naamgeving van de verschillende simulaties voor de huidige situatie. Voor de Referentie situatie wordt “Hui” vervangen door “Ref”, voor de verdiepte situatie door “Ver”.

De hydrodynamische simulaties zijn geanalyseerd en de belangrijkste aspecten ten behoeve van de morfologische studie zijn beschreven in paragraaf 3.3; getij voortplanting, getij-asymmetrie, verticale gelaagdheid, residuele stroomsnelheden, etc.

3.3.3

GETIJ VOORTPLANTING EN ASYMMETRIE

Het getij dringt de Nieuwe Waterweg binnen vanaf de Noordzee. Vanaf de Maasmond loopt het getij enerzijds via de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas en anderzijds via het Hartelkanaal en Oude Maas landinwaarts. De verschillende noord-zuid verbindingen tussen de hoofd-riviertakken maken het dat de getijvoortplanting niet onafhankelijk verloopt in elk van de takken en dat er ook getij is op de Maas. Over het algemeen geldt, hoe verder stroomopwaarts, hoe verder de getijamplitude afneemt. Figuur 3.7 toont de getijamplitudes voor springtij, gemiddeld getij en doodtij zoals berekend met het Havenmodel.


ARCADIS

57


Getijvoortplanting

Figuur 3.7 Getijvoortplanting op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (boven) en Oude Maas (onder). Kruisjes in de figuren geven de gemiddelde waterstand aan.

Het betreft hier de simulaties met de 75-percentiel afvoer waarbij de middenstand iets sneller toeneemt dan bij gemiddelde rivierafvoer. De figuur laat zien dat de middenstand bij springtijcondities hoger is dan gedurende gemiddeld getij. Voor gemiddeld tij is de overeenkomst tussen de modelresultaten met de Getijtafels goed. Bij doodtij is de getijslag iets groter dan wat de Getijtafels aangeven, de afwijkingen zijn echter klein.

58

ARCADIS



Figuur 3.8: Getijvoortplanting langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Bovenste panel: waterstandsverloop gedurende gemiddeld getij en 50% rivierafvoer op locatie km 985, km 1013 en km 1035. Onderste panel: Waterstandsverloop langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas.

Figuur 3.8 geeft de getijvoortplanting langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas weer. De bovenste figuur toont de waterstand voor gemiddeld getij en een 50-percentiel afvoer bij de Maasmond (km 1035), bij de splitsing Nieuwe Waterweg – Oude Maas (km 1013) en bij de bovenstroomse rand van het model (km 985). Deze figuur laat duidelijk zien hoe de vorm van het getij verandert, dat de amplitude afneemt en de middenstand oploopt. De agger (korte waterstandvariatie) rond laag water wordt minder geprononceerd als het getij zich stroomopwaarts voortplant. In de onderste figuur is de waterstand als functie van kilometrering (horizontale as) en tijd (verticale as) middels kleurencontouren weergegeven. De lijnen geven de hoog en laag waters weer. Het getij doet circa 1,5 uur over deze 50 km, wat neerkomt op een voortplantingssnelheid van 33 km/u of 9,3 m/s. Getijasymmetrie In figuur 3.8 is goed zichtbaar hoe de vorm van het getij verandert als de getijgolf verder de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas doordringt. Bij Hoek van Holland is de vorm van het getij in grote mate symmetrisch, met een vergelijkbare rijzings- en dalingsduur. Verder naar binnen wordt het getij meer vloed-gedomineerd met een kortere rijzingsduur (35% van de tijd) en een langere dalingsduur. Ook als het faseverschil tussen M2 en M4 wordt beschouwd, dan is die in de Maasmond ongeveer 0 graden, terwijl die naar binnen toe toeneemt tot circa 40 graden.


ARCADIS

59


Vloedduur

Figuur 3.9: Vloedduur aan het wateroppervlak (boven) en aan de bodem (onder) langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. (huigem50 = huidige situatie, gemiddelde getij, 50% afvoerconditie, huidoo95 = huidige situatie, doodtij, 95% afvoerconditie, huispr05 = huidige situatie, springtij, 5% afvoerconditie)

Figuur 3.9 laat duidelijk zien hoe de stroomsnelheden aan het oppervlak en nabij de bodem langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas verschillen. Aan het oppervlak is de vloedduur overal minder dan 40%. Het grootste gedeelte van de tijd is de stroming dus zeewaarts gericht. Bovenstrooms van km 990 (aftakking Noord) wordt de vloedduur bij doodtij en een 95-percentiel afvoer zelfs nul (rode lijn). Bij een gemiddeld getij en een 50-percentiel afvoer is daar ook een duidelijke sprong in vloedduur zichtbaar (zwarte lijn) , terwijl die bij de lage afvoer in combinatie met springtij niet optreedt (blauwe lijn). Nabij de bodem is de stroming over de eerste 20 km voornamelijk landwaarts. Het berekende verloop langs de rivier-as vertoont soms grote sprongen in vloedduur (bijvoorbeeld rond km 1020). Dit hangt samen met het feit dat de stroomsnelheden nabij de bodem over het algemeen klein zijn en er door bodemvormen, constructies, zijtakken of havenbekkens, wervels kunnen ontstaan die ervoor zorgen dat plaatselijk op de rivier-as de stroming opeens een groot gedeelte van de tijd anders gericht is. Voor de verschillende simulaties blijkt ook duidelijk hoe ver de stratificatie doordringt. Bij de simulatie voor springtij en lage afvoer (blauwe lijn) is dit het geval tot circa km 1004. Bij gemiddeld tij en gemiddelde afvoer (zwarte lijn) vindt dit plaats rond km 1009 en bij doodtij en een hoge afvoer (rode lijn) is dit bij circa km 1012. De zouttong dringt dus minder ver landwaarts onder condities met hoge rivierafvoeren en weinig getij, hetgeen logisch is.

60

ARCADIS



3.3.4

WATERVERDELING OVER DE VERSCHILLENDE RIVIERTAKKEN

De waterverdeling over de verschillende riviertakken is met behulp van het 2D Havenmodel bepaald. Voor de 50-percentiel afvoerconditie zijn de netto debieten weergegeven in Figuur 3.10. Pijlen geven de stroomrichting aan. De verschillen bij doodtij, gemiddeld tij en springtij worden veroorzaakt doordat er bij springtij langer en onder groter verval kan worden gespuid bij de Haringvlietsluizen dan bij doodtij. Dit heeft effect op de debietverdelingen in het hele systeem.

Figuur 3.10 Debietverdeling over de verschillende takken bij een 50-percentiel afvoerconditie. Getallen geven netto debieten in m³/s bij doodtij, gemiddeld tij en springtij.

In Tabel 3.4 zijn voor gemiddeld tij voor de verschillende percentielswaarden bovenstroomse afvoer (Lek, Waal, Maas) de percentuele verdelingen over de verschillende takken weergegeven. 5-percentiel Lek

3

1 m /s

3

24 m /s 3

50-percentiel 3

538 m /s 3

75-percentiel 3

795 m /s 3

95-percentiel 1132 m3/s

Waal

566 m /s

1145 m /s

2186 m /s

3010 m /s

4000 m3/s

Maas

32 m3/s

100 m3/s

538 m3/s

867 m3/s

1204 m3/s

Nieuwe Maas

27%

29%

22%

21%

23%

Oude Maas

47%

44%

21%

19%

20%

Hollands Diep

3

25-percentiel

25%

26%

57%

60%

57%

81% (483 m3/s)

79% (1007 m3/s)

40% (1311 m3/s)

36% (1679 m3/s)

39% (2488 m3/s)

Hartelkanaal

18%

15%

6%

5%

5%

Haringvlietsluizen

0%

6%

53%

59%

55%

Nieuwe Waterweg

Tabel 3.4: Debietverdeling over de verschillende riviertakken bij gemiddeld tij

Voor de takken Nieuwe Maas, Oude Maas en Haringvlietbrug is duidelijk te zien dat bij de 5- en 25percentielsafvoer de Oude Maas het meeste water afvoert. Bij de hogere afvoeren is dit juist het Hollands


ARCADIS

61


Diep. Bij de Nieuwe Waterweg, Hartelkanaal en de Haringvlietsluizen is een vergelijkbare trend zichtbaar, bij 5- en 10-percentiel gaat het meeste debiet door de Nieuwe Waterweg, terwijl bij de hogere afvoercondities de Haringvlietsluizen het meeste water verwerken.

3.3.5

(RESIDUELE) STROOMSNELHEDEN

In figuren A3.1a tot en met A3.1h zijn de vloed-stroombeelden gepresenteerd voor een aantal gebieden langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Figuren A3.2a tot en met A3.2h laten hetzelfde zien tijdens eb. Het betreft hier de conditie met gemiddeld getij en een 50-percentiel afvoer. De figuren tonen duidelijk de stratificatie, waarbij tijdens vloed de stroomsnelheden nabij de bodem hoger zijn dan aan het oppervlak, terwijl dit tijdens eb juist omgekeerd is. De eenheids-snelheidsvector in de onderste figuur is met een factor 2 vergroot ten opzichte van de bovenste figuur, om de stroomrichting beter zichtbaar te maken. Figuur A3.2e laat een voorbeeld zien van het in paragraaf 3.3.3 beschreven fenomeen dat er nabij de bodem wervels optreden die ervoor zorgen dat er lokaal een andere stroomrichting staat dan in de omgeving. Op basis van de stroombeelden zijn residuele stroomsnelheden bepaald. Per laag is de stroomsnelheid vermenigvuldigd met de laagdikte. Deze is vervolgens gemiddeld over de tijd en gedeeld door de gemiddelde laagdikte. In figuren A3.3a tot en met A3.3h zijn deze residuele stroomsnelheden weergegeven voor dezelfde conditie. In de monding lopen de residuele stroomsnelheden aan het oppervlak op tot tegen de 1 m/s, zeewaarts gericht. Bovenstrooms nemen de stroomsnelheden af, tot 0,5 m/s bij km 1015 en nog lager verder bovenstrooms. Nabij de bodem is de snelheid in de monding landwaarts gericht, tot circa 0,2 m/s. Bovenstrooms is er een geringe toename in residuele snelheid zichtbaar. Tussen km 1005 en 1010 (figuur A3.3g) draait de stroomrichting nabij de bodem om. Bij km 1000 is de residuele snelheid nabij de bodem circa 0,2 m/s terwijl dit aan het oppervlak ongeveer 0,3 m/s is. In het Hartelkanaal zijn de residuele stroomsnelheden zeewaarts gericht. Dit komt doordat het getij sneller door de Nieuwe Waterweg naar binnen kan dringen dan door het Hartelkanaal. Uit de modelsimulaties volgt dat tijdens vloed relatief zout water via de Nieuwe Waterweg de splitsing Hartelkanaal/ Oude Maas kan bereiken dat vervolgens bij eb deels terugstroomt via het Hartelkanaal. Residuele stroomsnelheden in het Hartelkanaal zijn aan het wateroppervlak orde 0,2 tot 0,3 m/s en aan de bodem orde 0,1 m/s (beide zeewaarts gericht).

62

ARCADIS



3.3.6

RESIDUELE STROOMSNELHEDEN OVER DE VERTICAAL

Figuur 3.11 toont in een verticale langsdoorsnede de residuele stroomsnelheden parallel aan de as van de rivier. Positieve snelheden (landwaarts gericht) zijn in rood weergegeven, terwijl zeewaartse snelheden blauw zijn.

Figuur 3.11: Residuele stroomsnelheden in een langsdoorsnede langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (gemiddeld getij, 50% afvoerconditie)

Figuur 3.12 toont voor een aantal kilometer-punten een vergelijk tussen het residuele snelheidsprofiel uit de simulaties doodtij/95−percentiel afvoer, gemiddeld getij/50−percentiel afvoer en springtij/5−percentiel afvoer. Deze figuur laat ook weer duidelijk het effect van de afvoer op de residuele stroomsnelheden zien. Bij een hoge afvoer ligt het punt waar de stroomsnelheid nabij de bodem omdraait meer richting zee. Ook liggen de zeewaartse snelheden hoger.


ARCADIS

63


Figuur 3.12 Residuele stroomprofielen langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas tijdens doodtij/95−percentiel afvoer, gemiddeld getij/50−percentiel afvoer en springtij/5−percentiel afvoer (figuren genormaliseerd over gehele waterkolom (diepte + getij).

3.3.7

WATERUITWISSELING TUSSEN KANAALSECTIES EN HAVENBEKKENS

De waterbeweging tussen de havenbekkens en kanaalsecties wordt gedomineerd door dichtheidsstromen (De Nijs, 2012). In onderstaande zijn de horizontale- en verticale verdeling van de stroming tussen havenbekkens en kanaalsecties, zoals berekend in het NSC-model, beschouwd. Hieruit zijn vervolgens de bruto- en netto in- en uitstromende debieten bepaald. Figuur 3.13 illustreert in- en uitgaande stroming in de monding van de 3e Petroleum haven (onderste paneel) voor een locatie gelegen in het midden van de havenmonding (locatie gepresenteerd in de panelen

64

ARCADIS



links- en rechtsboven). In het paneel rechtsboven is daarnaast de stroming aan oppervlak (groene pijl) en bodem (zwarte pijl) gepresenteerd op het eerste tijdstip (t=0).

Figuur 3.13: Wateruitwisseling tussen de 3e Petroleumhaven en de Nieuwe Waterweg

Figuur 3.13 laat zien dat voornamelijk wanneer de zoutconcentratie aan de bodem stijgt (2 uur en 14 uur) er water langs de bodem de haven instroomt. Dit is overeenkomstig met de bevindingen van De Nijs (2012), die aangeeft dat gedurende het voorbijtrekken van de punt van de zouttong de grootste uitwisseling van water optreedt. Wat verder opvalt is dat de stromingsrichting aan het oppervlak en aan de bodem vrijwel continu tegengesteld is gericht. Op locaties waar de zouttong niet of slechts beperkt aanwezig is (bovenstrooms gelegen havens) zijn de uitwisselingsvolumes relatief klein en zijn dichtheidsstromen afwezig (zie figuur 3.14).


ARCADIS

65


Figuur 3.14: Wateruitwisseling tussen de Waalhaven en de Nieuwe Waterweg

Bovenstaande aspecten zijn belangrijk bij het bepalen van de sedimentatie in de havenbekkens ten behoeve van de effectbepaling van de verdieping op deze sedimentatie (zie paragraaf 3.5).

3.4

ZAND TRANSPORTEN LANGS DE NIEUWE WATERWEG / NIEUWE MAAS

3.4.1

INTRODUCTIE

Er zijn sedimenttransportberekeningen uitgevoerd met het voor deze studie verder ontwikkelde sediment transport model TSAND (beschrijving, zie paragraaf 3.2.3.1). Dit model berekent de sedimenttransporten gebaseerd op de NSC-modelsimulaties van de waterbeweging. Voor een goed systeembegrip zijn naast de TSAND aanpak een aantal simulaties uitgevoerd met het Delft3D sedimenttransportmodel (beschrijving, zie paragraaf 3.2.3.2). Het Delft3D-model is gebruikt om het TSAND-model te kalibreren. Daarnaast is Delft3D ingezet om voornamelijk de transporten en sedimentatie van fijn materiaal (slib) op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas te beschouwen.

3.4.2

ZANDTRANSPORTEN BEREKEND MET TSAND

Het zandtransportmodel TSAND is ingezet om de sedimenttransporten langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas te bepalen. In onderstaande paragraaf zijn ter illustratie eerst resultaten van het ongecalibreerde model gepresenteerd voor een tweetal condities; een gemiddelde situatie met gemiddeld getij en een 50% afvoer en een situatie met een grote rivierinvloed; hoge (95%) afvoer in combinatie met

66

ARCADIS



doodtij. Vervolgens worden de transporten gepresenteerd voor alle gewogen opgetelde simulaties. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm.

3.4.2.1

RESULTATEN TSAND VOOR HUIGEM50 EN HUIDOO95

Transporten gemiddeld getij, 50% afvoer conditie Figuur 3.15 toont de verticale verdeling van snelheid en saliniteit uit het NSC-model (boven) tijdens maximale vloedsnelheden, samen met de daaruit berekende sedimentconcentraties en –transporten met TSAND (onder) voor gemiddeld getij condities bij een 50% rivierafvoer bij km 1030. De snelheidsverticaal gedurende maximale vloed vertoont een bolling die wordt veroorzaakt door het zoute getijdewater dat onderin naar binnen stroomt en het zoete rivierwater dat bovenin naar buiten stroomt. Positief is landwaarts. De snelheden bedragen (bij maximale vloedstroom) dichtbij de bodem ongeveer 0,8 m/s (naar binnen), in het midden van de waterkolom ongeveer 1,2 m/s (naar binnen) en dichtbij het wateroppervlak ongeveer -0,1 m/s (naar buiten). De saliniteit bedraagt onderin ongeveer 27 psu. Halverwege de waterkolom bedraagt de saliniteit nog steeds ongeveer 25 psu. Verder naar boven neemt de saliniteit snel af tot 5 psu bij het wateroppervlak, dit is op 17 m van de bodem.

Figuur 3.15. Snelheden (linksboven) en saliniteit (rechtsboven) uit 3D model tijdens maximale vloedsnelheid en de daaruit met TSAND berekende concentraties (linksonder) en transporten (rechtsonder) op locatie km 1030 (zie Figuur 2.1). Condities: gemiddeld getij en 50% rivierdebiet. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht..

De berekende zandconcentratie (paneel linksonder) bedraagt ongeveer 1 kg/m 3 bij de bodem. Halverwege de waterkolom is dit afgenomen tot ongeveer 0,01 kg/m3 en aan het wateroppervlak tot 0,001 kg/m3. Vermenigvuldiging van de snelheden met de concentraties resulteert in transporten (figuur 3.15 ; paneel rechtsonder) van ongeveer 0,8 kg/m2/s dichtbij de bodem. Dit neemt snel af tot ongeveer 0,01 kg/m 2/s halverwege de waterkolom en ongeveer 0,001 kg/m2/s aan het wateroppervlak.


ARCADIS

67


Figuur 3.16. Snelheden (linksboven) en saliniteit (rechtsboven) uit 3D model tijdens maximale ebsnelheid en de daaruit met TSAND berekende concentraties (linksonder) en transporten (rechtsonder) op locatie km 1030 (zie Figuur 2.1). Condities: gemiddeld getij en 50% rivierdebiet. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm.

Figuur 3.16 toont dezelfde parameters als figuur 3.15 maar dan bij maximale ebsnelheden (maximaal op de locatie km 1030) . Het snelheidsprofiel ziet er duidelijk anders uit dan bij vloed. De snelheden bij de bodem bedragen bij eb ongeveer -0,2 m/s en nemen vrijwel lineair toe met de hoogte boven de bodem tot ruim -2 m/s bij het wateroppervlak. De saliniteit bij de bodem is bij eb met ongeveer 25 psu lager dan bij vloed. Halverwege de waterkolom bedraagt dit ongeveer 22 psu en verder naar boven neemt dit af tot ongeveer 7 psu. De concentraties zijn bij eb heel klein en daardoor zijn ook de transporten een factor 1000 kleiner dan bij vloed.

Figuur 3.17 Getij gemiddelde zandtransporten per m breedte berekend met TSAND-model; gemiddeld getij; 50% rivierdebiet. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm.

68

ARCADIS



Wanneer de transporten over de gehele getijcyclus worden opgeteld zien we dat langs de Nieuwe Waterweg voor gemiddeld getij condities en mediane rivierafvoer de getij gemiddelde transporten aan de bodem landwaarts gericht zijn. Door de gelaagdheid en relatief hoge vloedsnelheden zijn de landwaarts gerichte transporten groter dan de zeewaarts gerichte transporten (zie figuur 3.17). Transporten doodtij, 95% afvoer conditie Figuur 3.18 toont de verticale verdeling van snelheid en saliniteit uit het 3D model (boven) tijdens maximale vloedsnelheden, samen met de daaruit berekende sedimentconcentraties en –transporten met TSAND (onder) voor doodtij condities bij een 95% rivierafvoer. Gelijk aan de 50% afvoer condities vertoont de snelheidsverticaal een bolling die wordt veroorzaakt door het zoute getijdewater dat onderin naar binnen stroomt en de in dit geval betrekkelijk grote hoeveelheid zoet rivierwater dat bovenin naar buiten stroomt. Positief is landwaarts. De snelheden bedragen dichtbij de bodem ongeveer 0,8 m/s (naar binnen), in het midden van de waterkolom ongeveer 1,2 m/s (naar binnen) en dichtbij het wateroppervlak ongeveer -0,4 m/s (naar buiten). De saliniteit bedraagt onderin ongeveer 28 psu. Halverwege de waterkolom bedraagt de saliniteit nog steeds ongeveer 22 psu. Verder naar boven neemt de saliniteit snel af tot 5 psu bij het wateroppervlak, dit is op 17 m van de bodem. De berekende zandconcentratie (paneel linksonder) bedraagt ongeveer 0,1 kg/m 3 bij de bodem. Halverwege de waterkolom is dit afgenomen tot ongeveer 0,003 kg/m 3 en aan het wateroppervlak tot 0,001 kg/m3. Vermenigvuldiging van de snelheden met de concentraties resulteert in transporten (figuur 3.15 ; paneel rechtsonder) van ongeveer 0,8 kg/m2/s dichtbij de bodem. Dit neemt snel af tot ongeveer 0,003 kg/m2/s halverwege de waterkolom en minder dan 0,0001 kg/m2/s aan het wateroppervlak.

Figuur 3.18. Snelheden (linksboven) en saliniteit (rechtsboven) uit 3D model tijdens maximale vloedsnelheid en de daaruit met TSAND berekende concentraties (linksonder) en transporten (rechtsonder) op locatie km 1030 (zie figuur 2.1). Condities: doodtij en 95% rivierdebiet. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm.


ARCADIS

69


Figuur 3.19 toont dezelfde parameters als figuur 3.18 maar dan bij maximale ebsnelheden. Het snelheidsprofiel ziet er ook hier duidelijk anders uit dan bij vloed. De snelheden zijn bij de bodem landwaarts gericht en bedragen ongeveer 0,1 m/s. Verder naar boven keert de richting om naar zeewaarts en nemen de snelheden vrijwel lineair toe met de hoogte boven de bodem tot bijna -2,5 m/s bij het wateroppervlak. De saliniteit bij de bodem is bij eb met ongeveer 28 psu gelijk aan die bij vloed. Halverwege de waterkolom bedraagt dit ongeveer 21 psu en verder naar boven neemt dit af tot ongeveer 3 psu. De concentraties zijn bij eb heel klein en daardoor zijn ook de transporten een factor 1000 kleiner dan bij vloed.

Figuur 3.19. Snelheden (linksboven) en saliniteit (rechtsboven) uit 3D model tijdens maximale ebsnelheid en de daaruit met TSAND berekende concentraties (linksonder) en transporten (rechtsonder) op locatie km 1030 (zie figuur 2.1). Condities: doodtij en 95% rivierdebiet De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm.

Als de berekende zandtransporten over de gehele getijcyclus worden opgeteld, dan blijkt dat voor doodtij in combinatie met 95% rivierafvoer, de zandtransporten nabij de bodem nog steeds voor een groot gedeelte landgericht zijn

70

ARCADIS



Figuur 3.20 Zandtransporten per m breedte berekend met TSAND-model; doodtij; 95% rivierdebiet. De zandkorreldiameter is D50zand = 250 µm. Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht.

3.4.2.2

GEWOGEN OPGETELDE TRANSPORTEN VAN DE BESCHOUWDE CONDITIES

De sedimenttransporten langs de Nieuwe Waterweg zijn met het ongecalibreerde TSAND model berekend voor vijf debietcondities (5%, 25%, 50%, 75% en 95%) gecombineerd met drie verschillende getijcondities (doodtij, gemiddeld getij en springtij). De transporten zijn voor elke condities afzonderlijk berekend en daarna gewogen opgeteld. De berekeningen zijn uitgevoerd voor vier verschillende zandkorreldiameters (150 µm, 250 µm, 350 µm en 500 µm).

Figuur 3.21. Berekende transporten per debietconditie voor doodtij (eerste paneel), gemiddeld getij (tweede paneel), springtij (derde paneel) en gewogen over de verschillende condities (onderste paneel) voor een D50 = 250 µm. Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht.


ARCADIS

71


Figuur 3.21 toont de berekende transporten per debietconditie voor doodtij (eerste paneel), gemiddeld getij (tweede paneel), springtij (derde paneel) en gewogen over de verschillende condities (onderste paneel) voor een D50zand = 250 µm. In Bijlage 2.2 zijn ook de figuren voor de overige korrelgroottes gepresenteerd: Figuur B.4 toont hetzelfde voor D50zand = 150 µm, Figuur B.6 voor D50zand = 350 µm en Figuur B.7 voor D50zand = 500 µm. De zandtransporten zijn bij doodtij betrekkelijk klein door de lage stroomsnelheden die dan optreden. Bij springtij zijn de zandtransporten ongeveer vijf keer zo groot. Het is opvallend dat de berekende transporten langs de Nieuwe Waterweg tijdens de 5%, 25% , 50% en 75% debieten vrijwel overal landwaarts gericht zijn. Dit wordt veroorzaakt door een betrekkelijk grote getij-asymmetrie met vloedsnelheden die groter zijn dan de ebsnelheden. Omdat zandtransport een functie is van de stroomsnelheid tot een macht 3 à 5 betekent dit dat de hogere vloedsnelheid sterk bepalend is voor het zandtransport. Alleen bij het hoogste 95% rivierdebiet berekent het model zeewaarts zandtransport. Als de transporten over de gehele getijcyclus gewogen over de verschillende getij- en rivierafvoer condities worden opgeteld, dan blijkt dat langs de Nieuwe Waterweg de getijgemiddelde transporten landwaarts gericht zijn (positieve transporten in bovenstaande figuren). Door de stratificatie en de relatief hoge vloedsnelheden zijn de landwaarts gerichte zandtransporten groter dan de zeewaarts gerichte transporten.

3.4.2.3

KALIBREREN VAN TSAND AAN DELFT3D FORMULERINGEN (VAN RIJN, 2004)

De methode waarmee de transporten uit het TSAND-model wordt bepaald zijn gevalideerd met behulp van het Delft3D-model. Hiertoe zijn de snelheden uit het Delft3D Zeedelta model toegepast als invoer voor het TSAND model (in plaats van wat hierboven is gedaan: de snelheden uit het fijnmaziger NSCmodel). De berekeningen zijn uitgevoerd voor een springtij-doodtij cyclus. Vervolgens zijn de met TSAND berekende zandtransporten vergeleken met de rechtsreeks door Delft3D berekende zandtransporten.

Figuur 3.22. Vergelijking van transporten langs de Nieuwe Waterweg berekend met Delft3D en TSAND (standaard instellingen). 75% Rivierafvoer. Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht.

72

ARCADIS



Figuur 3.22 vergelijkt de transporten berekend met beide modellen. Met standaard instellingen komen de TSAND-transporten reeds goed overeen met de berekende Delft3D-transporten. De correlatie tussen beide bedraagt 0,96 en het gemiddelde verschil is 71%. De grootste verschillen treden op in de monding tussen 1027 en 1032. In Delft3D wordt de concentratieverticaal berekend in 10 punten, in Tsand in 50 punten. De resolutie van DELFT3D om de steile concentratie gradiënten bij de bodem te berekenen is eigenlijk wat klein. Deze verschillen in resolutie kan één van de redenen zijn om de verschillen tussen de twee modellen te verklaren. Daarnaast kan het effect van stratificatie een rol spelen. Deze wordt in Delft3D in detail berekend maar in TSAND wordt deze op een vereenvoudigde manier meegenomen. TSAND bevat een vrije modelparameter (calmix) waarmee dit effect kan worden gekalibreerd. Standaard heeft Calmix de waarde 1. Verlaging van deze waarde versterkt het stratificatie effect in TSAND. Figuur 3.23 vergelijkt de transporten tussen Delft3D en TSAND met calmix = 0,8. Het TSAND model presteert iets beter door de verlaging van calmix. Het gemiddelde verschil tussen beide modellen bedraagt dan 57% en de correlatie coëfficiënt 0,95.

Figuur 3.23. Vergelijking van transporten langs de Nieuwe Waterweg berekend met Delft3D en TSAND (calmix = 0,8). 75% Rivierafvoer. Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht.

Gebaseerd op deze kalibratieslag is de bovengenoemde Calmix parameter ingesteld en is TSAND toegepast om de effecten van de verdieping in te schatten (zie Hoofdstuk5).

3.4.2.4

TSAND VERSUS GEOBSERVEERDE MORFOLOGISCHE ASPECTEN

De transporten gewogen over alle condities worden getoond in figuur 3.23. Deze laten een toename zien van de berekende transportcapaciteit van km 1035 tot km 1027. Dit betekent dat sediment van de bodem opgepakt kan worden. In de praktijk is dit ook het geval. Er is reeds jaren een daling van het gemiddelde bodemniveau zichtbaar in deze zone, zie paragraaf 2.4.1. Uitgaande van de berekende gradiënten in het zandtransport zou een grotere bodemdaling volgen dan de waargenomen bodemverlaging in dit gebied. Het TSAND model lijkt daarmee de transportcapaciteit in de zone tussen km 1035 en 1027 wat te overschatten. Een verklaring hiervoor zou de aanwezigheid van erosiebestendige lagen in de monding


ARCADIS

73


van de Nieuwe Waterweg kunnen zijn (zowel de aanwezigheid van antropogeen grind, aanwezigheid van bodembescherming, aanwezigheid slibgrind, zie hoofdstuk 2). De drempel van de Maeslantkering bevindt zich op ongeveer km 1026,4 en heeft een lengte van ongeveer 15 m langs de as van de Nieuwe Waterweg. Aan de zeezijde bedraagt de lengte van de bodembescherming vanaf de drempel ongeveer 60-120 m. Aan de rivierzijde bedraagt de lengte van de bodembescherming vanaf de drempel 140-350 m. Zeewaarts en landwaarts van de bodembescherming lopen de filterlagen nog enkele meters door. Het is daarom niet onrealistisch te veronderstellen dat er over een lengte van 0,5 km rondom drempel van de Maeslantkering geen sediment kan worden opgepakt door de stroming. Landwaarts van de Maeslantkering (km 1026,4) neemt het berekende zandtransport eerst af en blijft daarna tot aan km 1023 min of meer constant. Dit komt overeen met een beperkte baggerinspanning in dit gebied van ca. 20.000 m3/jaar tussen 1035 tot en met 1023 km. Tussen km 1023 en km 1013 nemen de berekende transporten verder af. Dit komt overeen met een grotere baggerinspanning van ca. 300.000 m3/jaar langs dit traject. De afname in transportcapaciteit (en bijgevolg een toename in de baggerinspanning) is het grootst tussen km 1020 en 1018 (in de bocht van Maassluis nabij Rozenburg).

3.4.2.5

INVOERREDUCTIE TSAND

In eerste instantie zijn de TSAND-berekeningen uitgevoerd voor 15 verschillende condities waarna de transporten gewogen zijn opgeteld. Het simuleren van 15 verschillende 3D stromingscondities vergt echter een betrekkelijk grote rekeninspanning. Daarom is onderzocht of het aantal condities kan worden gereduceerd. Figuur 3.24 toont de berekende transporten gewogen over 15 condities samen met de transporten voor 3 afzonderlijke getijcondities bij een 75% debiet en de transporten gewogen over deze 3 getijcondities. Deze laatste vertoont een goede overeenkomst met de transporten gewogen over 15 condities (de blauwe lijn ligt nagenoeg over de rode lijn). Dit betekent dat de invoer voor TSAND kan worden gereduceerd tot 3 getijcondities, zonder dat daarmee de verdeling van de berekende zandtransporten over de geul-as anders wordt.

Figuur 3.24. Berekende transporten uit gewogen en afzonderlijke condities

74

ARCADIS



3.4.3

SEDIMENTTRANPORTEN BEREKEND MET DELFT3D

Zoals in paragraaf 3.2.3.2 reeds is aangegeven zijn naast de TSAND berekeningen ook simulaties uitgevoerd met het Delft3D Zeedelta-model. Dit model is gedraaid voor een gehele doodtij-springtij cyclus met een representatieve morfologische rivierafvoer (75%). In het model is een zanden slibfractie aangebracht met een mediane korrelgrootte van respectievelijk 250 m en 30 m, en een droge dichtheid van 1600 kg/m3 en 500 kg/m³, waarbij initieel de bodem bedekt is met een zand-slib mengsel van ruimtelijk variërende dikte, waarbij de verdeling is gebaseerd op de metingen zoals gepresenteerd in paragraaf 2.4.2. Dit laatste is relevant, omdat het model een ‘huishoudboekje’ bijhoudt van aanwezig sediment per rekenpunt. Sediment transport wordt berekend met de formuleringen van Van Rijn (2004). De bodembeweging als gevolg van gradiënten in sediment transport wordt niet berekend, echter de hoeveelheid lokaal beschikbaar sediment wordt bijgehouden voor elke tijdstap. Dit betekent dat de dynamiek van het sediment wel wordt berekend met behulp van het model, terwijl het effect hiervan op de bodemligging (en de terugkoppeling naar de waterbeweging) niet wordt meegenomen. Het model is gedraaid voor tweemaal de gehele doodtij-springtij cyclus voor de analyse van sediment transport patronen, ter vergelijk met uitkomsten van het TSAND model. De eerste doodtij-springtij cyclus wordt gebruikt om het zanden slibconcentratieveld te laten inspelen. De uitkomsten van de berekening voor zand van de daaropvolgende (tweede) doodtij-springtij cyclus worden hieronder beschreven.

Figuur 3.25 Zandconcentratie nabij de bodem (in de tweede rekencel boven de bodem) voor een aantal kilometerpunten in de as van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de gehele doodtij-springtij cyclus. 75% Rivierafvoer.


ARCADIS

75


Zoals blijkt uit figuur 3.25 varieert de zandconcentratie zowel in de doodtij-springtij cyclus als langs de as van de Nieuwe Waterweg. In algemene zin worden de hoogste concentraties berekend voor de Nieuwe Waterweg tussen de kilometerpunten ter hoogte van de Botlek havens en Maassluis (figuur 3.25). Er bestaan aanzienlijke verschillen in maximale concentraties op deze punten tussen doodtij en springtij. Zo is bijvoorbeeld voor kilometerpunt 1015 de berekende maximale concentratie bij springtij ruim tweemaal zo hoog als de berekende maximale concentratie bij doodtij (275 mg/l versus 125 mg/l; zie figuur 3.25). Figuur 3.26 toont de berekende transporten gedurende een doodtij-springtijcyclus voor een viertal locaties langs de Nieuwe Waterweg. Positieve transporten zijn landwaarts gericht, negatieve transporten zeewaarts. De figuur laat zien dat de dominante transportrichting van sediment in suspensie omklapt van positief (landwaarts gericht) naar negatief (zeewaarts gericht) tussen km-1027 en km-1022 en dat op alle punten het suspensie transport domineert over het bodemtransport. Tevens is zichtbaar dat het zeewaartsgerichte suspensie transport te km-1022 het landwaarts-gerichte suspensie transport overstijgt. Deze hoge transporten zijn het gevolg van relatief hoge stroomsnelheden nabij de bodem.

Figuur 3.26: Suspensief en bodemtransport langs de as van de geul (volumetrisch, per eenheid van breedte) op verschillende locaties langs de Nieuwe Waterweg

Transporten dwars op de stroomrichting in bochten zijn een orde kleiner dan de transporten in de stroomrichting. Figuur 3.27 presenteert de met Delft3D berekende getij-gemiddelde transporten voor elke kilometer. De figuur laat zien dat berekende landwaarts-gerichte transporten toenemen vanaf km-1032 tot km-1026 om vervolgens af te nemen naar km-1021. Vanaf km-1021 overheersen zeewaarts-gerichte transporten, waarbij de grootte van die transporten maximaal is tussen km-1014 en km-1020.

76

ARCADIS



Figuur 3.27: Over een doodtij-springtij cyclus gemiddelde transporten (kg/m/getij) met Delft3D. 75% Rivierafvoer.

3.4.4

VERGELIJKING TSAND MET NSC EN DELFT3D

In deze studie zijn de transporten langs de Nieuwe Waterweg op twee verschillende manieren bepaald met het TSAND model. De eerste in combinatie met het NSC-waterbewegingsmodel en de tweede met het Delft3D-model. Beide methoden berekenen een toename in zandtransporten die leidt tot uitschuring van de bodem in de eerste kilometers van de Nieuwe Waterweg. Deze verdieping heeft in de praktijk ook plaatsgevonden. De berekeningen met het NSC-model en die met het Delft3D model laten ook beide zien dat de grootste sedimentatie te verwachten is nabij Rozenburg. Ook dit komt overeen met de waarnemingen. Er zijn echter ook verschillen. Volgens de TSAND-berekeningen met de waterbeweging uit het (1) NSCmodel zijn de jaargemiddelde zandtransporten langs de Nieuwe Waterweg overal landwaarts gericht. De TSAND-berekeningen met waterbeweging uit (2) het Delft3D-model (en ook het Delft3D-model zelf) laten in de eerste 10 km van de Nieuwe Waterweg ook een landwaarts transport zien. Echter, verder naar binnen vanaf circa km-1021 zijn de jaargemiddelde transporten volgens deze methode zeewaarts gericht. De voornaamste verklaring voor dit verschil is de zouttong die in het Delft3D model minder ver reikt dan in het NSC-model. Het NSC-model is gekalibreerd op chloridemetingen en stromingsmetingen. Het Delft3D-model is hierop niet gekalibreerd. We gaan er daarom vanuit dat het Delft3D model de zoutindringing onderschat. Hierdoor is de eb-stroming aan de bodem groter dan die in het NSC-model. Als gevolg daarvan worden de zeewaarts gerichte zandtransporten ten oosten van km 1021 overschat. We verwachten dat de TSAND-berekeningen in combinatie met de waterbeweging uit het NSC-model een nauwkeuriger inschatting van de zandtransporten geven dan die in combinatie met het Delft3D-model. Toch worden de Delft3D-model resultaten in deze studie ook getoond. Op basis hiervan kunnen we de relatieve effecten van de verdieping in beide modellen vergelijken en een indicatie van de voorspellingsbandbreedte geven. Daarnaast kunnen we het TSAND-model kalibreren aan de Delft3D zandtransporten (zie paragraaf 3.4.2).


ARCADIS

77


3.5

SLIB TRANSPORTEN LANGS DE NIEUWE WATERWEG/ NIEUWE MAAS

3.5.1

INTRODUCTIE

Sedimentatie van slib vindt voornamelijk plaats in de havenbekkens en op de meer bovenstrooms gelegen rivierdelen van de Nieuwe Maas tussen km 1012 en 1005. De Nijs (2012) heeft reeds veel onderzoek gedaan naar de belangrijke mechanismen achter slibsedimentatie. Zoals ook in hoofdstuk 2 aangegeven speelt de aanwezige zouttong een belangrijke rol in de sedimentatie van slib in dit gebied. Voor de bepaling van de effecten van de verdieping op slibtransporten op met name de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas wordt gebruik gemaakt van een nieuw opgezet Delft3D slib model (zie paragraaf 3.2.3.4) Het gebruik maken van een goed numeriek slibmodel is feitelijk de enige manier om een goede kwantitatieve inschatting te maken van de slibtransporten en de effecten van de verdieping op deze transporten. Dit ondanks het gegeven dat met Delft3D de waterbeweging niet tot in detail goed wordt berekend op het aspect zoutindringing (zie hiervoor). Voornamelijk tussen km 1012 en 1005 is een hoog percentage slib (40-50%) in de bodem terug te vinden (zie figuur 2.16). De vermoedelijke oorzaak daarvan is de aanwezigheid van het troebelheidsmaximum in dit gebied (nabij de punt van de zouttong) maar ook omdat het doorstroomprofiel op die locaties vrij groot is (zie figuur 3.34) waardoor relatief fijne deeltjes de kans krijgen om te bezinken.

3.5.2

CALIBRATIE VAN HET SLIBMODEL OP DE HUIDIGE SITUATIE

Eerste stap in het modelonderzoek is het afregelen van het slibmodel op de juiste concentraties slib en juiste slibfluxen op de Nieuwe Waterweg en Calandkanaal. Metingen door De Nijs (2012) laten een troebelheidsmaximum van slib juist zeewaarts van het front van de zouttong zien die heen en weer beweegt langs de Nieuwe Waterweg. De lengte van dit troebelheidsmaximum bedraagt ongeveer 15 km. Wanneer de slibtransportprocessen goed worden weergegeven dan moet ook het model een dergelijk troebelheidsmaximum genereren. Figuur 3.28 toont de berekende gemiddelde slibconcentraties langs de Nieuwe Waterweg. Hierin is het troebelheidsmaximum inderdaad duidelijk te herkennen. De springtij-doodtij gemiddelde concentratie bij de bodem in het midden van het troebelheidsmaximum bedraagt ongeveer orde 100 mg/l. Zeewaarts neemt dit af tot ongeveer 20 mg/l en landinwaarts tot ongeveer 40 mg/l. De springtij-doodtij gemiddelde concentraties bij het wateroppervlak bedragen ongeveer 10 mg/l bij zee tot 30 mg/l.

78

ARCADIS



Figuur 3.28. Berekende gemiddelde slibconcentraties langs de Nieuwe Waterweg. 50% Rivierafvoer.

In de huidige situatie wordt er ongeveer 1,4 Mton slib per jaar door de rivieren aangevoerd dat in de RijnMaasmonding bezinkt. Daarnaast wordt er ongeveer 2,8 Mton slib per jaar vanaf zee aangevoerd [ARCADIS & RHDHV, 2015; MER achtergrondstudie vertroebeling]. In totaal bezinkt, afhankelijk van het percentage slib, ongeveer 10 Mm³ slib per jaar. De simulaties met een 75% afvoer op de bovenstroomse modelranden lieten een verhouding slibaanvoer van rivieren/zee van circa 75%/25% zien. Bij een 50% afvoer verschoof dit naar circa 50%/50%. Deze laatste verhouding komt overeen met waarnemingen door De Nijs (2012). Om deze reden is voor het slibmodel een 50% rivierafvoer aangehouden. In het Delft3D model zijn parameters zodanig afgeregeld dat de orde grootte van de gemodelleerde slibfluxen overeenkomen met de hierboven beschreven waarden. Figuur 3.29 toont het berekende cumulatieve slibtransport door de monding van de Nieuwe Waterweg in de huidige situatie. Gedurende een periode van 14 dagen komt er ongeveer 56x106 kg slib naar binnen. Over een periode van een jaar is dit 1,5x109 kg (= 1,5 Mton) slib.

Figuur 3.29. Cumulatief slibtransport door monding van de Nieuwe Waterweg. 50% Rivierafvoer.


ARCADIS

79


Figuur 3.30 toont het berekende cumulatieve slibtransport door Nieuwe Maas en de Oude Maas. De waarden zijn negatief want zeewaarts gericht. Het berekende transport door de Nieuwe Maas bedraagt in 14 dagen ongeveer 21x106 kg en dat door de Oude Maas ongeveer 39x10 6 kg. Samen is dat 60x106 kg in 14 dagen. Over een periode van 1 jaar is dat 1,6x10 9 kg (1,6 Mton) slib.

Figuur 3.30. Cumulatief slibtransport door de Nieuwe Maas en de Oude Maas 50% Rivierafvoer.

De totale berekende aanvoer van slib omvat de bijdrage van zee (1,4 Mton/jaar) en die van de rivieren (1,6 Mton/jaar) en bedraagt in het model totaal 3,1 Mton/jaar en komt daarmee redelijk goed overeen met de waarnemingen.

3.5.3

HAVENSEDIMENTATIE

De sedimentatie in de havenbekkens is bepaald door de waterbeweging volgens het NSC-model tussen de havenbekkens en kanaalsecties in detail te beschouwen (zie paragraaf 3.3.7) en de aanpak zoals beschreven in paragraaf 3.2.3.3 te volgen. Voor de drie beschouwde morfologische simulaties (doodtij - 75% afvoer, gemiddeld tij - 75% afvoer, en springtij - 75% afvoer) en twee meer extreme condities van getijdominantie (springtij - 5% afvoer) en rivierdominantie (doodtij - 95% afvoer) zijn wateruitwisselingen tussen de havenbekkens en riviersecties bepaald. De in deze studie beschouwde havenbekkens zijn gepresenteerd in Figuur 3.31.

Figuur 3.31 Locatie van havenbekkens langs de Nieuwe Maas en Nieuwe Waterweg

80

ARCADIS



Om een ingaand transport van sediment te kunnen bepalen zijn vervolgens de instromende watervolumes vermenigvuldigd met een sedimentconcentratie. Bij de berekening is er vanuit gegaan dat vrijwel al het sediment dat de haven in komt daar ook wordt ingevangen en uiteindelijk op de bodem van het havenbekken terechtkomt. Dit is overeenkomstig met de bevindingen van De Nijs (2012) die een invangpercentage van boven de 90% noemt. De drie beschouwde morfologische simulaties zijn gewogen opgeteld (alle drie de condities even zwaar) om de jaargemiddelde sedimentatie in de havenbekkens te bepalen. De “springtij, 5%” en “doodtij, 95%”simulaties zijn gebruikt om de effecten van rivierdominantie dan wel getijdominantie op de havensedimentatie af te kunnen schatten. Opgemerkt wordt dat het hier vooral gaat om de huidige slibsedimentatie redelijkerwijs te berekenen op een zodanige manier die ook toegepast kan worden voor een verdiepingsvariant. Pas dan kan een kwantitatieve uitspraak worden gedaan over het effect van die verdiepingsvariant op de slibdepositie in de verschillende havens. De Nijs (2012) geeft ook aan dat het troebelheidsmaximum nabij de punt van de zouttong belangrijk is voor de bepaling van de sedimentatie van de havenbekkens. Om het effect hiervan af te kunnen schatten zijn in de berekeningen twee verticale sedimentconcentratie verdelingen gehanteerd: 

Uniforme verdeling



Niet-uniforme verdeling

Uniforme verdeling De aanname is dat de concentraties zwevend stof op het aanliggende buitenwater in dit geval in de tijd gelijkmatig over de verticaal zijn verdeeld. Hierbij wordt er dus van uit gegaan dat de sedimentconcentratie voor de havenmonding altijd constant is. De in de berekeningen gehanteerde ‘achtergrond sedimentconcentratie’, is bepaald door de berekende sedimentatievolumes in de havens langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas te vergelijken met de gemeten sedimentatie in die havenbekkens (zie figuur 3.32). De achtergrondconcentraties zijn daarbij als kalibratieparameter gehanteerd. Daarbij is er voor gekozen om voor elke havenregio (Botlek, Pernis, Fruithavens, Eem&Waalhaven) afzonderlijk een andere achtergrondwaarde te kiezen. Dit is in lijn met Snippen et al. 2005 die hebben aangegeven dat de achtergrondconcentraties op bijvoorbeeld Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas langs de geul-as variëren (zie figuur 2.29). Niet-uniforme verdeling De Nijs (2012) heeft aangegeven dat het langstrekken van de zouttong een belangrijk effect heeft op de sedimentatie van de havenbekkens. De zouttong heeft zowel effect op de wateruitwisseling (zie ook paragraaf 3.3.7) als de sedimentconcentraties aan de bodem (zie paragraaf 2.4.6). Om dit laatste effect mee te kunnen nemen in de effectbepaling zijn naast berekeningen met een uniforme verdeling ook berekeningen uitgevoerd met een sedimentconcentratieverdeling die gebaseerd is op de saliniteitsverdeling in de waterkolom om op die manier de effecten van de gelaagdheid en troebelheidsmaximum mee te kunnen nemen. Gemiddeld over de tijd en over de ruimte is de aangenomen concentratie gelijk aan de waarde gekozen in Tabel 3.5 alleen zijn bij de non-uniforme verdeling de concentraties bij een hoog zoutgehalte (nabij de bodem en in de zouttong) een factor hoger (max 200 mg/l) dan aan het oppervlak waar een lagere saliniteit aanwezig is (resulterend in concentraties van circa 5-10 mg/l). Door de concentraties zwevend stof te


ARCADIS

81


koppelen aan de zoutconcentraties worden de effecten van een eventuele verschuiving van de zouttong in de verdiepte situatie direct meegenomen. Uit Tabel 3.5 blijkt dat ook het rekenen met een niet-uniforme verdeling, slibsedimentatie in de havenbekkens kan berekenen die goed overeenkomen met de gemeten beunvolumes zonder dat daarvoor sterk afwijkende achtergrondconcentraties nodig zijn. Modelkalibratie Figuur 3.32 laat zien wat de achtergrondconcentratie zou moeten zijn voor de Botlekhaven om voor zowel de uniforme verdeling als de non-uniforme verdeling een sedimentatie te vinden (uitgedrukt in beunvolume) die overeenkomstig is met de gemeten jaarlijkse sedimentatie gemiddeld over de afgelopen 4 jaar in de Botlekhaven (1,4 miljoen m³/j).

Figuur 3.32: Berekende (gekleurde symbolen) versus gemeten havensedimentatie (maximale, minimale en gemiddelde sedimentatie in de afgelopen 4 jaar, gepresenteerd met de doorgetrokken lijnen) in de Botlek voor zowel de aanpak met de uniforme verdeling als de niet-uniforme verdeling voor verschillende beschouwde achtergrondconcentraties

Figuur 3.32 presenteert de berekende versus gemeten havensedimentatie in de Botlek voor zowel de aanpak met de uniforme verdeling als de niet-uniforme verdeling (zie voor een beschrijving hierna) voor verschillende achtergrondconcentraties. De horizontale lijnen in de figuur presenteren de minimale-, gemiddelde- en maximale baggervolumes in de afgelopen 4 jaar). Met behulp van deze figuur zijn voor alle havenbekkens de achtergrondconcentraties bepaald die leiden tot baggervolumes die overeenkomen met de gemeten volumes. Bij de gehanteerde achtergrondconcentraties zoals gepresenteerd in Tabel 3.5 is de berekende sedimentatie (uitgedrukt in beunvolumes) gelijk aan de gemeten sedimentatie gemiddeld voor de individuele havenbekkens over de afgelopen 4 jaar. De gehanteerde concentraties komen goed overeen met de waarnemingen van Snippen et al (2005) die ook waarden tussen de 14 en 30 mg/l presenteren (zie figuur 2.29). Dit laatste blijkt uit vergelijking van de vijfde en zesde kolom in tabel 3.5. Dit is niet verwonderlijk omdat daarop is afgeregeld, maar voor deze goede overeenkomst bleek het niet nodig om erg afwijkende achtergrondconcentraties te hanteren.

82

ARCADIS



Haven

Achtergrond

Kalibratie

Kalibratie

Gemeten

Berekend

Berekend

Concentratie

Concentratie

Concentratie

Beunvolume

beunvolume

beunvolume

Snippen 2005

Uniform

Non-Uniform

(4-jaar gem)

Uniform

Non-Uniform

[mg/l]

[mg/l]

3

[mg/l]

[m x1000]

3

[m x1000]

[m3 x1000]

Botlek

20-30

35

45

1450

1480

1350

Pernis

20-30

25

30

560

570

570

Eem&Waal

10-20

15

15

460

440

440

Fruithavens

10-20

15

15

Totaal:

50

55

55

2477

2552

2419

Tabel 3.5: (1) Achtergrond concentratie volgens Snippen et al., 2005, gehanteerde achtergrondconcentraties voor de (2) uniforme- en (3) non-uniforme verdeling, (4) gemeten gemiddelde beunvolumes en berekende beunvolumes voor de (5) uniforme en (6) non-uniforme verdeling bij de beschouwde havenbekkens langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas.

Vergelijking berekeningen en metingen De resultaten van beide aanpakken (uniform en niet-uniform) geven een bandbreedte in de te verwachten effecten op het onderhoud van de havenbekkens. Ook de simulaties voor de twee extremen (doodtij in combinatie met 95% afvoer en springtij in combinatie met 5% afvoer) helpen om een realistische bandbreedte af te kunnen schatten. In paragraaf 5.3.2.2 wordt verder ingegaan op de te verwachten effecten van de verdieping op de aanslibbing in de havens.

3.6

EVENWICHTRELATIES

3.6.1

INTRODUCTIE

Zoals in paragraaf 3.2.4 aangegeven zijn in deze studie naast modellen ook evenwichtsrelaties toegepast. Ten behoeve van dit onderzoek zijn de in de literatuur beschikbare evenwichtsrelaties tussen doorstroomoppervlak (Ac) en getijdebieten dan wel getijvolumes voor de Rijn Maasmonding in kaart gebracht en toegepast op de huidige situatie (2014) in de Nieuwe Waterweg.

3.6.2

EVENWICHTSRELATIES TOEGEPAST OP DE NIEUWE WATERWEG EN NIEUWE MAAS

Figuur 3.33 toont de relaties van O’Brien, Jarret en Van de Kreeke en Haring en presenteerd enkele data punten. De relatie van O’Brien en Jarret die geldig zijn voor springtij met grotere getijvolumes, liggen iets rechts van de relatie voor gemiddeld getij. De berekende data van de Waterweg 2015 zijn ook getoond als functie van Totaal Volume (VT) en voldoen aan het empirische verband voor de zeegaten van de Nederlandse delta. De figuur laat zien dat de huidige situatie in de Nieuwe Waterweg goed overeenkomt met de gevonden evenwichtsrelaties van De Kreeke en Haring (1979).


ARCADIS

83


Doorstroomoppervlak (m2)

1.00E+06 gemeten data ebvolumes gemiddeld getij Deltagebied Nederland empirisch verband ebvolumes gemeten data getij+riviervolumes gemiddeld getij deltagebied Nederland empirisch verband getij+riviervolumes Deltagebied Nederland berekende data gemiddeld getij Waterweg 2015 empirisch verband ebvolumes springtij O'Brien 1969 empirisch verband ebvolumes springtij Jarrett 1976

1.00E+05

1.00E+04

1.00E+03 1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

Ebvolume en Totaalvolume

1.00E+10

(m3)

Figuur 3.33: Evenwichtsrelaties voor doorstroomoppervlak, gemiddeld tij (Van Rijn, 2015)

3.6.3

NIEUW AFGELEIDE EVENWICHTSRELATIES

Naast een vergelijking met de relatie van Kreeke en Haring (1979) is ook een nieuwe relatie afgeleid uit data van verschillende punten langs de Nieuwe Waterweg. Relatie doorstroomoppervlak – getijprisma / getij amplitude Figuur 3.34 en Figuur 3.35 tonen de relaties tussen getijprisma - doorstroomoppervlak en getijamplitude - doorstroomoppervlak voor een aantal punten langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. De gevonden relaties liggen dicht bij de relatie die door Kreeke en Haring zijn gevonden. Om variatie over het getij inzichtelijk te maken zijn drie verschillende condities weergegeven (doodtij, gemiddeld tij en springtij). De relatie zelf is gebaseerd op gemiddeld getij condities. De figuur laat zien dat de historische punten en de punten langs de Nieuwe Waterweg vrij dicht langs de empirische evenwichtslijn liggen. Alleen het meest zeewaartse punt ligt boven de lijn. Daar is het profiel ruimer dan volgens de afgeleide relatie. Volgens Gerritsen (1990) kan dit komen door de relatief grotere invloed van golven die vanaf zee het gebied indringen en leiden tot een grotere bodemschuifspanning en daarmee grotere transportcapaciteit (opwoelend effect van de golven). Golfdoordringingsberekeningen zouden dit verder kunnen onderbouwen maar omdat dat weinig toevoegt aan ons begrip van het systeem is dat hier niet gedaan. Bovendien ligt het punt aan de te verwachten (ruimere) kant van de lijn, hetgeen theoretisch verdedigbaar is.

84

ARCADIS



Figuur 3.34: Relatie tussen getijprisma en watervoerend oppervlak voor verschillende secties langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas

Figuur 3.35: Relatie getij amplitude en watervoerend oppervlak voor verschillende secties langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas


ARCADIS

85


De relaties op de Nieuwe Maas liggen allen boven de afgeleide relatie. Dat wil zeggen dat het doorstroomprofiel feitelijk te ruim is en sedimentatie zal optreden. Voornamelijk de doorstroomprofielen in het benedenstroomse deel van de Nieuwe Maas (km 1005-1012) zijn te ruim. In werkelijkheid zijn deze profielen verdiept om grotere scheepvaart mogelijk te maken. Momenteel wordt er in die secties relatief veel gebaggerd en is er relatief veel slib in de bodem aanwezig. Wel kan een vraagteken gezet worden bij de toepasbaarheid van de vergelijking op de Nieuwe Maas gezien het feit dat de condities terplekke afwijken van de condities in zeegaten en zeearmen waarop de vergelijkingen zijn gebaseerd. Op de Nieuwe Maas komt bijvoorbeeld relatief veel slib voor. Over het algemeen geldt dat de gevonden empirische relaties redelijk goed toepasbaar zijn. Naast dat ze inzicht geven of het profiel te krap of te ruim is en dus aanzanding dan wel uitschuring kan worden verwacht, zullen ze bij de effectbepaling (hoofdstuk 5) ook inzicht geven in hoe in de verdiepte situatie de relatie verschuift. Deze verschuiving kan vervolgens iets zeggen over het effect op de baggerinspanning. Het betreft dan met name het benedenstroomse gebied, daar de voorgestelde relaties betrekking hebben op systemen met getij-forcering (hoe deze relatie overgaat in relaties voor riviersystemen is onderwerp voor wetenschappelijk onderzoek). Om die koppeling te kwantificeren (i.e., bepaling van zowel benedenstroomse als bovenstroomse effecten) is een morfodynamisch model noodzakelijk.

3.7

FENOMENOLOGISCHE BESCHRIJVING VAN HET HUIDIGE SYSTEEM EN CONCEPTUEEL MODEL TBV EFFECTSTUDIE

3.7.1

INTRODUCTIE

Op basis van de analyses uit de voorgaande paragrafen wordt hier een resumé gegeven van de belangrijkste sedimenttransporten morfologische processen in het gebied. Deze fenomenologische beschouwing resulteert in een conceptueel model van het systeemgedrag op basis waarvan verwachtingen worden opgesteld ten aanzien van de mogelijke gevolgen van de voorgenomen verdieping.

3.7.2

WATERBEWEGING

Asymmetrie in het verticale getij (waterstanden) Vanaf de Maasmond loopt het getij enerzijds via de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas en anderzijds via het Hartelkanaal en Oude Maas landinwaarts. De verschillende noord-zuid verbindingen tussen de hoofdriviertakken maken dat de getijvoortplanting niet onafhankelijk verloopt in elk van de takken en dat er ook getij is op de Maas. De getijslag is het grootst bij monding en neemt dan exponentieel af als gevolg van een gedempte getijvoortplanting. Over het algemeen geldt, hoe verder stroomopwaarts, hoe verder de getijamplitude afneemt van gemiddeld 1,9 m nabij Hoek van Holland tot circa 1,1 m nabij Krimpen a/d Lek. Nabij de monding van de waterweg is het verticale getij vrij symmetrisch. Naarmate het getij de smalle maar relatief ondiepe riviertakken oploopt vervormt het getij zodanig dat de asymmetrie toeneemt met een kortere rijzingsduur (35% van de tijd) dan dalingsduur. Wang e.a. (1999) laat zien dat indien de rijzingsduur korter is dan de dalingsduur er sprake is van vloed-dominantie in het sedimenttransport (dus landwaarts gericht netto transport).

86

ARCADIS



Asymmetrie in het horizontale getij (stroomsnelheden) Ten aanzien van getijasymmetrie in het horizontale getij zijn verschillende benaderingen mogelijk. Allereerst het verschil in de snelheidsveranderingen (een soort versnelling dus) rond laagwater kentering en hoogwater kentering. Deze vorm van getijasymmetrie blijkt vooral van belang te zijn voor fijn suspensief materiaal. Indien de laagwater stroomkentering sneller plaatsvindt dan de hoogwater stroomkentering, dan zal er eerder sprake zijn van import van fijn sediment (Dronkers en Stive, 1997). Bij het netto transport van fijn sediment is niet zozeer de grootte van de maximale stroomsnelheden van belang (zoals wel het geval is voor grof sediment dat voornamelijk als bodemtransport wordt verplaatst), maar vooral de duur van de perioden met lage stroomsnelheden rond de beide stroomkenteringen. Fijn sediment wordt reeds bij lage snelheden getransporteerd en bezinkt langzaam (het zogenaamde traagheidseffect). Er zal alleen bezinking optreden als er gedurende een langere tijd lage snelheden optreden. Ter hoogte van het traject Hoek van Holland - Maassluis is deze vorm van asymmetrie klein, maar verder landinwaarts ter hoogte van km 1005 is de duur van de laagwaterkentering korter dan de hoogwater stroomkentering, hetgeen impliceert dat daar een residueel zeewaarts transport van fijn sediment is te verwachten. Omdat er (netto) geen doorgaand transport van dit fijne sediment plaatsvindt, moet het afgezet worden in het traject tussen km 1005 en km 1027, hetgeen in grote lijnen door de sedimentatiegegevens en door de gemeten bodemsamenstellingsgegevens wordt bevestigd. Een andere vorm van asymmetrie in het horizontale getij is door te kijken naar het verschil in maximale vloed- en ebsnelheden. Deze vorm van asymmetrie is vooral van belang voor de netto transporten van grof sediment. Dit is te begrijpen door te beseffen dat het sedimenttransport van de zandfractie een functie is van de stroomsnelheid tot een macht groter dan 1 (namelijk 3 à 5), zodat een iets grotere vloedsnelheid relatief veel meer bijdraagt aan de sedimenttransporten dan een iets kleinere ebsnelheid. Nabij Hoek van Holland zijn de (dieptegemiddelde) maximale ebsnelheden kleiner dan de maximale vloedsnelheden (0,5 versus 0,8 m/s). Meer bovenstrooms, nabij de Botlekhaven (km 1015) zijn deze waarden ongeveer gelijk (beide orde 0,8 m/s). Dit impliceert dat de landwaartse vloedstroom bepalend is voor het getijgemiddelde transport van grof zand, hetgeen overeenkomt met hetgeen is geconcludeerd bij de asymmetrie in het verticale getij. Het voorgaande gaat uit van dieptegemiddelde getijasymmetrie. De waterbeweging in de Nieuwe Waterweg wordt echter gedomineerd door het getij en de rivierafvoer, resulterend in een sterkgestratificeerd systeem. Dit zorgt ervoor dat de snelheden nabij de bodem en aan het oppervlak andere asymmetriën vertonen, wat de relatie met sedimenttransport compliceert. Kijken we naar de verschillen in vloed – en ebduur, dan blijkt de vloedduur in de Nieuwe Waterweg circa 70% van de tijd op te treden, terwijl die aan het oppervlak ongeveer 30% van de tijd bedraagt. Residuele stroomsnelheden In de monding lopen, bij gemiddelde afvoer en getij condities, de residuele stroomsnelheden aan het oppervlak op tot tegen de 1 m/s, zeewaarts gericht. Bovenstrooms nemen de stroomsnelheden af, tot 0,5 m/s bij km 1015 en nog lager verder bovenstrooms. Nabij de bodem is de snelheid in de monding landwaarts gericht, tot circa 0,2 m/s. Bovenstrooms is er een geringe toename in residuele snelheid zichtbaar. Tussen km 1005 en 1010 (figuur A3.3g) draait de stroomrichting nabij de bodem om. In het Hartelkanaal zijn de residuele stromingen zeewaarts gericht met aan de bodem snelheden in de orde van 0,1 m/s. Residuele stroompatronen kunnen een indicatie geven voor de residuele sedimenttransportpatronen, maar het is de vraag of dat voor dit studiegebied ook opgaat. Gelet op de complexiteit van de waterbeweging en de verschillen in sedimentfracties hoeft de netto sedimentverplaatsing niet lineair gekoppeld te zijn aan de netto stroomsnelheden. Resulterende sedimenttransporten worden mede bepaald


ARCADIS

87


door tweede-ordeverschijnselen, zoals asymmetrie in het horizontale en verticale getij en dichtheidsverschijnselen, massatraagheid en bodemwrijving.

3.7.3

MORFOLOGISCHE PROCESSEN

Sedimentatie van de slibfractie De sedimentatie van zwevend stof (slib) in dit door zout beïnvloede gebied is zeer sterk afhankelijk van de zoutindringing. Er vind een sterke import van fijn sediment plaats die resulteert in onderhoudsvolumes van de havens van gemiddeld 6,2 (±1) miljoen m³. Het grootste deel van dit sediment is fijn tot zeer fijn en verschillende bronnen geven aan dat ca. 80% van dit materiaal afkomstig is van zee en 20% een fluviatiele origine heeft. Het slib dat vanaf zee afkomstig is bezinkt voor het merendeel in het Europoort- en Maasvlakte gebied. Hoewel meningen in de literatuur uiteenlopen kan verwacht worden dat op de Nieuwe Waterweg circa 50% van het slib afkomstig is van zee en 50% vanaf de rivier. Door relatief hoge stroomsnelheden kan fijn sediment alleen tijdens kentering in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas (tijdelijk) neerslaan. In die periode kunnen aan de bodem dunne lagen fijn sediment op de bodem ontstaan die vervolgens bij het toenemen van de stroomsnelheden weer in suspensie worden gebracht. Hoge concentraties zwevend stof nabij de punt van de zouttong, tezamen met dichtheidsgedreven stromingen tussen havenbekkens en buitenwater bepalen voor een groot gedeelte de benodigde hoeveelheid onderhoud in de havenbekkens. Diepte- en getijgemiddelde concentraties zwevend stof zijn orde grootte 20-30 mg/l, in het troebelheidsmaximum kan dat oplopen tot circa enkele honderden milligrammen per liter. Door regelmatige uitwisseling van gesuspendeerd sediment (< 63µm) uit het troebelheidsmaximum met havens en incomplete invang van gesuspendeerd sediment van fluviatiele herkomst in de zouttong blijft de hoeveelheid gesuspendeerd sediment in het troebelheidsmaximum beperkt. Hierdoor ontstaan er geen modderbanken in de Nieuwe Waterweg (De Nijs, 2012). Sedimentatie van zand De benodigde baggerinspanning op de rivieren zelf (Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas) is afhankelijk van de stroomsnelheden die op hun beurt worden beïnvloed door de rivierafvoer en getij. Naarmate men meer stroomopwaarts gaat worden de rivierinvloeden steeds groter en uiteindelijk dominant boven de invloeden vanuit zee. Het omslagpunt waar de residuele stroomsnelheden overgaan van landwaarts gericht naar zeewaarts gericht is afhankelijk van de rivierafvoer en waterstand op zee maar ligt gemiddeld ergens bij km 1010. Volgens de modelsimulaties en literatuur is het overgrote deel van de sedimentatie van zand in de Nieuwe Waterweg afkomstig vanaf zee. De vloedsnelheden bepalen voor een groot gedeelte de transporten. Aanzanding vindt voornamelijk plaats door bochteffecten en op locaties waar het profiel relatief te ruim is. Bovenstroomse morfologie De morfologische effecten van historische antropogene ingrepen zoals de afsluiting van het Haringvliet en Volkerak zijn momenteel nog duidelijk zichtbaar. Ondanks dat belangrijke ingrepen reeds jaren geleden zijn uitgevoerd zijn in het Spui, Oude Maas en Dordtsche Kil de afgelopen jaren nog aanzienlijke bodemverlagingen opgetreden (orde decimeters) en wordt ook voor de komende decennia verwacht dat de bodemverlaging door zal gaan. Doordat het doorstroomprofiel ruimer wordt gaan de desbetreffende rivierarmen meer water trekken en nemen de getijprisma’s toe. Het gevolg hiervan is dat de resulterende stroomsnelheden in het gebied ook iets toenemen of gelijk blijven waardoor deze erosie door blijft gaan.

88

ARCADIS



3.7.4

CONCEPTUEEL MODEL VAN HET MORFOLOGISCHE SYSTEEM

Belangrijke aspecten in de huidige situatie De Rijn-Maasmonding wordt vanuit het oosten met slib en zand gevoed vanuit de rivieren de Lek, de Waal en de Maas. Door de open verbinding met de Noordzee (via Hartelkanaal/Beerkanaal en Nieuwe Waterweg) vindt met het tweemaal-daags getij ook een voeding van slib, zand en van zout plaats vanuit zee. Zowel de literatuur als de sediment transport berekeningen geven aan dat de bodem in de monding van de Nieuwe Waterweg (de buitenste 10 km) onderhevig is aan (lichte) erosie. Enerzijds zal dit komen door de geleidelijke toename in sediment transportcapaciteit vanaf zee naar binnen waardoor de neiging bestaat sediment van de bodem op te pakken. Anderzijds helpen de baggeractiviteiten in het gebied deze trend tot verdieping. De berekende asymmetrie in de waterbeweging ondersteunen de hypothese van een landwaarts toenemende transportcapaciteit (vloed-dominantie), voor zowel zand (> 63 µm) als fijn sediment (< 63 µm). De aanwezige zouttong in de Nieuwe Waterweg heeft een grote invloed op het morfologische systeem. Enerzijds zorgt deze voor sterke stratificatie van het systeem waardoor vloeddominantie en landgerichte residuele transporten langs de bodem plaatsvinden. Dit is belangrijk voor de import van zand langs de bodem de Nieuwe Waterweg in. Ook zorgt de zouttong voor de aanwezigheid van een troebelheidsmaximum op de Nieuwe Waterweg die op zijn beurt een belangrijk effect heeft op de sedimentatie van de havenbekkens. De relatief hoge concentraties aan de punt van de tong, tezamen met sterke dichtheidsgedreven uitwisseling van het water met de havenbekkens zorgt voor relatief hoge sedimentatie in de havens. Dit wordt versterkt door de resulterende zeewaartse transportrichting van fijn sediment vanuit bovenstrooms gelegen secties op basis van iets kortere duur van de laagwater stroomkentering. Volgens empirische relaties is het profiel van de Nieuwe Waterweg, al dan niet beïnvloed door baggeren, redelijk in evenwicht met de stromingscondities. Meer bovenstrooms, langs de Nieuwe Maas zijn de profielen relatief ruim. De hoogste baggervolumes lijken voornamelijk veroorzaakt te worden door bochtprocessen en op locaties waar de waterweg zeer ruim is (nabij havenbekkens). Wat verwachten we dat er na de verdieping verandert Gebaseerd op de analyse van het huidige systeem verwachten we dat door de verdieping de volgende verschillende aspecten aan verandering onderhevig zullen zijn. Deze verwachtingen zullen in hoofdstuk 4 en 5 van dit rapport getoetst worden. Waterbeweging & transporten Door verruiming van het profiel zullen de stroomsnelheden enerzijds af willen nemen, anderzijds zal de getijgolf makkelijker het estuarium binnen kunnen dringen. Dit heeft tot gevolg dat de rijzingsduur korter wordt en de landwaartse getijdominantie (import van de zandfractie) dus toeneemt. Daarnaast zal naar verwachting de stratificatie toenemen met als gevolg een toename van de vloedsnelheden nabij de bodem en daarmee bijdragen aan de landwaarts gerichte getij dominantie. Omdat mogelijk ook de andere vormen van getijasymmetrie zullen veranderen kan dit gevolgen hebben voor de resulterende sedimenttransporten en daarmee op het morfologisch gedrag van het systeem. Ter verificatie is het daarom belangrijk om gedetailleerde stromingsberekeningen te maken voor de nieuwe situatie(s).


ARCADIS

89


De toegepaste empirische relaties zullen aangeven in hoeverre de relatie tussen doorstroomoppervlak en het getij prisma in de toekomstige situatie zich zal aanpassen. Daaruit kan worden afgeleid of de verdiepte situatie dichter- dan wel verder van het evenwicht komt te liggen en wat dit zal betekenen voor het onderhoud. Bij een toegenomen diepte zal de dwarscomponent van de stroming in de bochten mogelijk toenemen en zal daarmee de sediment transporten dwars op de stroomrichting doen toenemen. Dit zal de hoeveelheid onderhoudsbaggerwerk in de vaargeul doen toenemen. Om dit te kunnen vaststellen dienen de laterale sedimenttransporten in voldoende detail te worden beschouwd, met name in de bochtige trajecten waar ook nu reeds het meeste onderhoudsbaggerwerk plaatsvindt. De gelaagdheid zal toenemen en daardoor zal de zouttong zich verder het estuarium in kunnen verplaatsen. Het troebelheidsmaximum zal zich met de punt van de zouttong verplaatsen en daardoor zal de hoogste sedimentatie in de havens naar aller waarschijnlijkheid landwaarts opschuiven. Bodemvormen In de huidige situatie dragen bodemvormen slechts beperkt bij aan de hoeveelheid onderhoudsbaggerwerk. We verwachten dat door de verdieping dit niet zal veranderen. Ontgrondingskuilen De lokale lithostratigrafische situatie in de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas geeft geen aanleiding tot het ontstaan van ontgrondingskuilen en we verwachten dan ook dat de kans klein is dat deze kuilen zich zullen ontwikkelen. Gevoelige plekken zijn buitenbochten waar momenteel een klei / veen laag aan het oppervlak ligt. Bovenstroomse effecten Door de verdieping zal bovenstrooms van de Nieuwe Waterweg de waterbeweging veranderen. Enerzijds zal het evenwichtsdoorstroomprofiel ruimer worden waardoor ofwel de huidige sedimentatie reduceert, ofwel de bodem zich wil verdiepen. Naar verwachting zullen de bovenstroomse effecten als gevolg van de verdieping van de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas zeer klein zijn en ondergeschikt aan de effecten (bodemverlagingen) die momenteel nog zichtbaar zijn op bijvoorbeeld het Spui, Oude Maas en Dordtsche Kil. Wel zijn de effecten door de verdieping cumulerend bovenop de reeds aanwezige bodemverlagingen.

90

ARCADIS



4 4.1

Referentie situatie en verdiepingsalternatief INLEIDING

In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de referentiesituatie (paragraaf 4.2) en de situatie na verdieping, in dit rapport het verdiepingsalternatief genoemd (paragraaf 4.3). In hoofdstuk 2 en 3 is een gedetailleerd beeld gegeven van de huidige morfologische situatie. In dit hoofdstuk worden de autonome morfologische trend en de autonome ontwikkelingen beschreven. Deze zijn van belang omdat de morfologische effecten van de verdieping worden afgezet tegen een situatie in het jaar 2025 (Referentiesituatie). Daarnaast zal een doorkijk worden gegeven naar de effecten voor het jaar 2050. De huidige situatie is het referentiepunt voor het beschrijven van de feitelijke ingreep, terwijl de autonome trend van de morfologie het referentiekader is voor het bepalen van de relatieve (morfologische) effecten van de verdieping voor 2025 en 2050. Het vastleggen van de Referentiesituatie (huidige situatie + morfologische trend + autonome ontwikkelingen) is voor de MER dan ook van belang. De Referentiesituatie is beschreven in paragraaf 4.2 In paragraaf 4.3 worden verschillende aspecten van de verdiepingsoperatie beschreven. Er is beschreven hoeveel sediment, van welke type, waar vandaan het wordt weggehaald, in welke volgorde dat kan gebeuren en op welke manier (baggermethode) en hoe lang dat mogelijk gaat duren. Tevens is beschreven waar en hoe er verspreid gaat worden.

4.2

REFERENTIESITUATIE

4.2.1

BESCHRIJVING VAN AUTONOME TRENDS

Ten behoeve van het bepalen van de Referentiesituatie zijn naast de autonome (antropogene) ontwikkelingen ook de autonome trends in het gebied beschouwd. In onderstaande secties is een beschrijving gegeven van de te verwachten trends in: -

waterstanden / stormfrequentie

-

rivierafvoeren

-

ontwikkelingen van de bodem in de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas

-

ontwikkelingen van de bodem in bovenstrooms gelegen gebieden

-

concentraties zwevend stof


ARCADIS

91


Trends in waterstanden/ stormfrequentie Figuur 4.1 geeft de ontwikkeling van de waterstand in Hoek van Holland van de afgelopen 150 jaar weer. De gegevens zijn afkomstig van Rijkswaterstaat over de periode 1864-2010. De figuur laat zien dat de zeespiegel de afgelopen decennia met ongeveer 2,4 mm/ jaar gestegen is.

Figuur 4.1: Langjarig verloop van gemiddelde waterstanden (Hydrometeobundel HbR)

Door zeespiegelstijging kan, op locaties die door aanzanding niet meestijgen met de waterstand (waar bijvoorbeeld een dalende trend aanwezig is), als gevolg van een iets ruimer doorstroomprofiel een iets grotere getijbinnendringing (getijvolume) optreden. Dit kan effect hebben op de morfologie. Bij de afschatting van de morfologische effecten voor 2025 is het effect van de zeespiegelstijging niet meegenomen omdat het wel/niet meenemen van zeespiegelstijging de relatieve effecten (met/zonder verdieping) waarschijnlijk niet zal beïnvloeden. Ook de mogelijke toename van de stormfrequentie en intensiteit is niet meegenomen, omdat er geen eenduidigheid bestaat over de vraag of deze veranderingen ook daadwerkelijk zullen optreden. Bij de doorkijk naar de morfologische effecten in 2050 zijn bovenstaande effecten wel kwalitatief meegenomen. Trends rivierafvoeren Het onderzoek dat de afgelopen jaren is uitgevoerd naar de invloed van klimaatverandering op het afvoerregime van Rijn en Maas laat een eenduidig beeld zien: toename van de winterafvoer en met name voor de Rijn een afname van de afvoeren in de zomer. De bandbreedte bij de schatting van de maatgevende rivierafvoer in een verre toekomst is groot. Tabel 4.1 presenteert de scenario’s voor extreme afvoeren in 2050 en 2100 (KNMI W+ scenario – KNMI et al., 2013). Extreme hoge Rijn afvoer

Extreme hoge Maas afvoer

(Lobith) 1/100 jaar

(Borgharen) 1/100 jaar

[m³/s]

[m³/s]

2000

12.500

2.900

2050

13.000

3.000

2100

14.000

3.200

Tabel 4.1: Scenario’s voor extreme rivierafvoeren (De Wit et al., 2007)

92

ARCADIS



Gelijk aan de trends in waterstanden zijn bij de beoordeling van de morfologische effecten voor 2025 de trends in rivierafvoeren niet meegenomen. Bij de effectinschatting voor 2050 zijn deze wel kwalitatief beschouwd. Ontwikkeling van de bodemligging Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas De ontwikkeling van de bodem in de Nieuwe Waterweg en (westelijk deel) Nieuwe Maas die sinds de jaren ’70 zijn opgetreden zijn het gevolg van enerzijds nautisch vaargeulonderhoud en anderzijds morfologische activiteit. De bodemligging als geheel in het gebied is vrij stabiel. Nergens zijn grote morfologische veranderingen opgetreden anders dan die veroorzaakt door menselijk ingrepen (kribben/ tunnels/ etc.). De te verwachtten trend in aanzanding is niet aanwezig omdat dit door baggerinspanning wordt weggehaald. Alleen het meest zeewaarts gelegen deel van de Nieuwe Waterweg is aan verdieping onderhevig, alhoewel meer recente onderzoeken aangeven dat het lijkt of de bodemligging vanaf 2005 ook in dit gebied redelijk stabiel is (Van de Kaaij, 2010). Vanwege de relatief stabiele bodemligging wordt bij de morfologische effectinschatting 2025 en de doorkijken naar 2050 geen autonome trend in bodemligging op de Nieuwe Waterweg in beschouwing genomen. Trends in bodemligging van de bovenstrooms gelegen riviertakken De bodemligging van de rivierdelen bovenstrooms van de Nieuwe Waterweg (Oude Maas, Spui, etc.) zijn wel onderhevig aan een trend in bodemverlaging. Zoals in paragraaf 2.4.1 aangegeven is de bodemverlaging voornamelijk het gevolg van de afsluiting van het Haringvliet en Volkerak. De prognose van bodemontwikkeling hangt in sterke mate samen met de manier waarop het gebied de komende jaren beheerd gaat worden. Naar verwachting zal de bodemligging proactief beheerd gaan worden middels bijvoorbeeld sedimentbeheer (baggeren en storten), suppleties, aanpassingen in de breedte van de rivier of vastleggen van de bodem. Door deze afhankelijkheid is het lastig om gerichte uitspraken te doen over hoe de bodem zich op lange termijn zal gaan ontwikkelen. Wel kan worden aangegeven dat de verdiepingsvariant zelf op de beschouwde termijn geen wezenlijke andere effecten teweeg zal brengen als wanneer deze niet zal worden aangelegd. Om die reden zijn trends in bodemligging van de bovenstrooms gelegen riviertakken niet in de modelbodem voor de Referentie situatie voor 2025 meegenomen. Wel worden de effecten van de verdieping van de Nieuwe Waterweg op de bodemligging in de bovenstroomse rivierdelen in perspectief geplaatst met de huidige en te verwachten trend in bodemverlaging van deze bovenstroomse delen. Trends in concentraties zwevend stof Na aanleg van de tweede Maasvlakte zijn naar alle waarschijnlijkheid (Van Ledden et al., 2007) de concentraties zwevend stof op de Rijn-Maasmonding verlaagd en zal de zouttong minder ver naar binnen dringen. Deze verlaging en verschuiving zal een zeer klein effect hebben op het jaarlijks onderhoud van voornamelijk de havenbekkens.


ARCADIS

93


2000

Figuur 4.2 Effect op de jaargemiddelde slibconcentratie (Van Ledden et al. 2007)

Doordat Maasvlakte 2 pas enkele jaren aanwezig is kan er uit beschikbare metingen nog geen trend worden afgeleid. Het relatieve effect van de kleine verlaging van de sediment concentraties op de aanleg van het initiatief op het onderhoud zal zeer klein zijn. De effecten van een eventuele verlaging van de concentraties zwevend stof na aanleg van de Maasvlakte 2 zijn in de modelberekeningen voor deze studie meegenomen omdat Maasvlakte 2 in de bodemschematisatie van het model aanwezig is. In de achtergrondstudie vertroebeling zijn gedetailleerde berekeningen naar concentraties zwevend stof uitgevoerd (ARCADIS/ RHDHV, 2015).

4.2.2

AUTONOME ONTWIKKELINGEN

Autonome ontwikkelingen worden onafhankelijk van de voorgenomen activiteit genomen en kunnen (beperkt) effect hebben op het morfologische systeem. De autonome ontwikkelingen kunnen gedefinieerd worden als ontwikkelingen waarover reeds een formeel besluit is genomen of die momenteel al zijn gestart. Voor de situatie 2025 zijn in de studie de volgende autonome ontwikkelingen meegenomen: 1.

Nieuwe Zeesluis IJmuiden (geïmplementeerd door in het OSR-model 20 m3/s van Waal-debiet af te halen);

2.

Volkerak Zoommeer (geïmplementeerd door in het OSR-model een bron bij Volkerak aan te brengen met een debiet van 5 m3/s en een zoutgehalte van 4ppt);

3.

Compensatie voor extra debiet Volkeraksluizen (via Roode Vaart) (geïmplementeerd via een onttrekking in het OSR-model van 3,5 m3/s bij Moerdijk);

4.

Breeddiep (350 m breed, 8 m diep), en;

5.

Een extra verdieping van 200.000 m3 ter compensatie van alle toekomstige aanvragen voor lokale verdiepingen (dit is geïmplementeerd door een extra strook van 50 m aan de noordkant van de voorgestelde verdieping tussen km 1010 en 1012 met 2 m te verdiepen).

De eerste drie autonome ontwikkelingen zijn in de modelsimulaties meegenomen omdat ze een invloed kunnen hebben op de zoutindringing. Voor de zoet-zout studie kunnen deze ontwikkelingen van belang zijn. Voor de morfologische studie zijn de effecten van deze ontwikkelingen echter verwaarloosbaar klein.

94

ARCADIS



Het Breeddiep en de extra verdieping zullen naar verwachting (een kleine) invloed kunnen hebben op de morfologie en zijn voor deze morfologische studie dan ook van belang. De verbreding van het Breeddiep bestaat uit het deels afgraven van de splitsingsdam tussen Nieuwe Waterweg en Calandkanaal zodat een doorstroomopening van 350 m (gemeten op NAP) ontstaat met een bodemligging van NAP – 8m. Er zijn geen stroomgeleidingsdammen of ander stroomgeleidende maatregelen genomen (zie Figuur 4.3).

Figuur 4.3: Autonome ontwikkeling: verbreding van het Breeddiep

De volgende ontwikkelingen zijn niet meegenomen als autonome ontwikkeling: 1.

Kierbesluit;

2.

Groene Poort;

Het Kierbesluit is niet meegenomen in de studie omdat het uitgangspunt is dat dit besluit geen effect heeft op de achtergrondconcentratie bij Spui. Het Kierbesluit zal vooral effect induceren gedurende lage afvoeren. Gedurende hoge rivierafvoeren worden de spuisluizen ook in de huidige situatie reeds geopend. De te verwachten effecten van het Kierbesluit op de morfologie zal daarom klein zijn. Het initiatief Groene Poort is buiten beschouwing gelaten omdat volgens de vergunningaanvraag deze ontwikkeling (die voornamelijk in de ondiepe zone langs de landtong zal worden aangelegd) nauwelijks merkbare effecten heeft op de waterbeweging.

4.2.3

TE BESCHOUWEN REFERENTIESITUATIE

Samenvattend zullen de volgende aspecten worden beschouwd: 2025 

Breeddiep (in model inbegrepen)



Extra verdieping van 200.000 m3 ter compensatie van alle toekomstige aanvragen voor lokale verdiepingen (in model inbegrepen)



Trend in bovenstroomse bodemligging (kwalitatieve analyse)


ARCADIS

95


Doorkijk naar 2050 

Breeddiep (in model inbegrepen)



Extra verdieping van 200.000 m3 ter compensatie van alle toekomstige aanvragen voor lokale verdiepingen (in model inbegrepen)



Trend in bovenstroomse bodemligging (kwalitatieve analyse)



Effect zeespiegelstijging/ storm intensiteit/ extreme rivierafvoeren (kwalitatieve analyse)

4.3

ALTERNATIEF

4.3.1

BESCHRIJVING ALTERNATIEF

Het voornemen is de bodemligging in de Nieuwe Waterweg c.q. het Scheur tussen Hoek van Holland en de Beneluxtunnel te verlagen van de huidige NAP -15,0 meter (tussen Hoek van Holland en de toegang van het Botlekgebied) respectievelijk 14,5 meter (tussen het Botlekgebied en de Beneluxtunnel) naar NAP – 16,3 meter. Dit betreft de zogenaamde Nautisch Gegarandeerde Diepte (NGD). Conform het huidige beleid van RWS wordt beneden de NGD geen onderhoudsmarge gehanteerd, NAP -16,3 is de diepte waarop de rivierbodem wordt aangelegd en onderhouden, in geval van aanzanding. In Tabel 4.2 is de NGD voor de huidige situatie en toekomstige situatie gepresenteerd. Km

Vaklengte

NGD huidig

NGD verdiept

(km)

(m tov NAP)

(m tov NAP)

1032,6 - 1014,0

18,6

15

16,3

1014,0 - 1009,4

4,6

14,5

16,3

1009,4 - 1004,4

5,0

14,5

14,5

1004,4 - 1000,6

3,8

11,5

11,5

1000,6 – 994,0

6,6

7,5

7,5

Tabel 4.2: Nautisch Gegarandeerde Diepte (NGD) voor de huidige en verdiepte situatie

Ook een deel van de havens in de Botlek zal tot een niveau van ca. NAP – 16,0 meter (NGD) worden verdiept. In de havenbekkens wordt door het Havenbedrijf veelal een onderhoudsmarge van 0,5 meter beneden de NGD aangehouden. Figuur 4.4 toont de laagdikte van het te baggeren gebied.

96

ARCADIS



Figuur 4.4: Locatie en laagdikte (m) te baggeren materiaal

De verdieping bestaat praktisch gezien uit het opzuigen en afvoeren van de bovenste laag van delen van de bodem van genoemde vaarwegen. Afhankelijk van de kwaliteit zal de baggerspecie op de bodem van de Noordzee of elders worden gedeponeerd. Ten opzichte van de huidige situatie zal een groter oppervlak in de toekomst onderhouden dienen te worden. De reden hiervoor is dat in de huidige situatie de bodem op een groot aantal locaties lager ligt dan de Nautisch Gegarandeerde Diepte (NGD). In de toekomstige situatie, na uitvoeren van het Verdiepingsalternatief ligt een groter oppervlak van de bodem op deze NGD. Het te onderhouden oppervlak zal in de verdiepte situatie met circa 75% toenemen (van 2,0 miljoen m² naar 3,5 miljoen m²).

Figuur 4.5: Te onderhouden baggeroppervlak in de huidige situatie en na uitvoeren van het Verdiepingsalternatief.

4.3.2

BAGGERVOLUMES

Tabel 4.3 presenteert de totale volumes voor de te baggeren delen alsmede de verwachte kwaliteit van de baggerspecie. Uit de tabel blijkt dat voor de Nieuwe Waterweg het totale baggervolume (berekend aan de hand van een recente dieptepeiling van de waterbodem ) ruim 4 miljoen m³ bedraagt. De kwaliteit van het


ARCADIS

97


te baggeren materiaal is voornamelijk zand. Uitzondering hierop is het te baggeren deel tussen de Oude Maas en Beneluxtunnel, waar slib en klei aanwezig is. Voor de hoofdgeul en havenbekkens in de Botlek bedraagt het totale baggervolume bijna 2,7 miljoen m3: dat bestaat in hoofdzaak uit geconsolideerd slib en klei.

4.3.3

BAGGERMETHODE/ VERSPREIDINGSLOCATIES

De toepasbare baggermethodes zijn gebaseerd op een eerste interpretatie van het grondonderzoek van IGWR en Tauw (Indicatief bodemonderzoek) en expert judgement met betrekking tot baggeren op de Nieuw Waterweg en in havenbekkens (Tauw, 2015b, 2015c, 2015d). Bagger-

Gebied

Bagger-

volume

methode

[in situ m3]

Materieel Kwaliteit

Groot

Materieel Volume

[maat

NWW / Nieuwe Maas HvH – Maassluis

Hopperen,

(VA: km 1025)

amob

Maassluis - Rozenburg

Hopperen,

(VA: km 1020)

amob

Rozenburg - Oude Maas

Hopperen,

(VA: km 1015)

amob

Klein

Volume

[maat

sleephop-

[beun

sleephop-

[beun

per m3]

m3]

per m3]

m3]

500.000

zand

15.000

9.000

4.000

2.400

500.000

zand

15.000

9.000

4.000

2.400

1.225.000

zand

15.000

9.000

4.000

2.400

1.500.000

slib

15.000

10.500

4.000

2.800

300.000

klei

3.000

2.700

3.000

2.700

650.000

slib/klei

15.000

10.500

4.000

2.800

50.000

klei

3.000

2.700

3.000

2.700

50.000

klei

3.000

2.700

3.000

2.700

550.000

slib/klei

15.000

10.500

4.000

2.800

200.000

slib/klei

15.000

10.500

4.000

2.800

100.000

klei

3.000

2.700

3.000

2.700

amob

980.000

slib/klei

15.000

10.500

4.000

2.800

Hopperen

100.000

slib/klei

4.000

2.800

4.000

2.800

Hopperen, Oude Maas - Benelux

amob

(VA: km 1010)

Cutteren, bakken

Totaal NWW (incl. 2e PH)

4.025.000

Botlek (VA: km 1010) Hopperen, Toegang en zwaaikom,

amob

3e PH

Cutteren, bakken Cutteren,

Hoofdgeul

bakken Hopperen, amob

Slibput

Hopperen, amob Cutteren,

Overig

bakken Hopperen,

Vervuild Totaal Botlek

2.680.000

Totaal

6.705.000

Tabel 4.3 Overzicht baggermethoden en materieel (MER Verdieping Nieuwe Waterweg, 2015)

98

ARCADIS



Er zijn verschillende verspreidingslocaties mogelijk. Een belangrijke randvoorwaarde bij het verspreiden van baggermateriaal op speciaal daarvoor aangewezen locaties is om de impact op het milieu zoveel mogelijk te beperken. Daarnaast is het van belang rekening te houden met het beperken van vertroebeling en het afdekken van bodemleven op de verspreidingslocatie. Op alle locaties, met uitzondering van de Slufter, waar vervuilde specie via een vaste leiding in het depot wordt geperst (zie Figuur 4.6), wordt uitgegaan van onderlossen als stortmethode.

Figuur 4.6: Ligging verspreidingslocaties

Een deel van de bodem bestaat uit plastische kleilagen, die met een grijperkraan op ponton zullen worden verwijderd, in duwbakken geladen worden en gestort worden in de Mosaput, dan wel andere putten of overdiepten in de Europahaven. Op de delen Rozenburg - Oude Maas (km 1015) en Oude Maas - Benelux (km 1010) dient het grootste volume gebaggerd te worden, met de grootste vaarafstanden. Daarnaast is hier ook sprake van kleilagen, waarbij de baggermethode mogelijk anders is dan bij de andere delen van de Nieuwe Waterweg. Om het totale volume van het gebaggerde materiaal te verspreiden, uitgaande van 1 baggerschip, kan de uitvoeringsduur worden ingeschat. Dit is weergegeven in tabel 4.4.


ARCADIS

99


Gebied

Uitvoeringsduur [dagen]

Type sediment

Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas

Kleine hoppers (4.000 m3

Grote hoppers (15.000 m3

beuninhoud)

beuninhoud)

HvH - Maassluis (vaarafstand: km 1025)

Zand

43

12

Maassluis - Rozenburg ( km 1020)

Zand

48

13

Rozenburg - Oude Maas ( km 1015)

Zand

128

34

Oude Maas - Benelux (km 1010)

Slib

156

0

Klei

30

30

Slib

68

18

Klei

5

5

Botlek (km 1010) Toegang en zwaaikom, 3e PH

Klei

5

5

Slib

57

15

Slibput

Slib

21

6

Overig

Klei

10

10

Slib

102

27

Slib

10

10

Hoofdgeul

Vervuild

Tabel 4.4: Uitvoeringsduur baggeren (MER Verdieping Nieuwe Waterweg, 2015)

Tabel 4.4 laat zien dat de uitvoeringsduur voor het gebied Oude Maas – Benelux het langst is voor de kleine hoppers. Dit hangt samen met het aantal benodigde reizen die in de vorige paragraaf beschreven staan. Dit verklaart ook de korte uitvoeringsduur van het gebied Toegang en zwaaikom, Hoofdgeul en Slibput van de Botlek. Het netto aantal dagen zal voor de Nieuwe Waterweg bij kleine hoppers ongeveer 405 dagen zijn en bij grote hoppers 89 dagen. In het geval van de Botlek gaat het om respectievelijk 278 en 96 dagen. Dit is de totale uitvoeringsduur bij inzet van 1 baggerschip. Bij meer schepen wordt de uitvoeringsduur naar rato korter. Hoe het werk in de praktijk uitgevoerd zal worden is aan de aannemer.

100

ARCADIS



5 5.1

Effectbepaling verdiepingsalternatief INLEIDING

Dit hoofdstuk behandelt de hydrodynamische en morfologische effecten van de voorgestelde verdieping. Paragraaf 5.2 gaat eerst in op de effecten op de waterbeweging in het gebied. De waterbeweging is onderliggend aan het morfologische gedrag en inzicht in de veranderingen in de waterbeweging zijn daarom van belang. Paragraaf 5.3 behandelt vervolgens de morfologische effecten. Daar worden de te verwachten effecten op zanden slib transporten, sedimentatie dan wel het ontstaan van erosiekuilen en mogelijke bovenstroomse effecten beschreven. Tenslotte wordt in paragraaf 5.4 een synthese gegeven. Alle gevonden effecten op waterbeweging en morfologie worden daar gebundeld en de grote lijnen van de te verwachten response van de morfologie op de verdieping wordt gepresenteerd. De te verwachten effecten voor het jaar 2025 worden beschouwd en er wordt een doorkijk gegeven naar het jaar 2050.

5.2

EFFECTEN OP DE WATERBEWEGING

5.2.1

WATERSTANDEN

Figuur 5.1 toont het verloop van de maximale waterstanden gepresenteerd langs de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas. De figuur laat zien dat zowel de Referentiesituatie (huidig met autonome ontwikkelingen) als het Verdiepingsalternatief (referentie met verdiepingsvariant), nauwelijks effect hebben op de berekende maximale waterstanden in het gebied.


ARCADIS

101


Figuur 5.1: Maximale en minimale waterstanden voor de huidige situatie, Referentiesituatie en Verdiepingsalternatief

Op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas blijven de verschillen in laag water beperkt tot 1 cm. Bij het hoog water treden de grootste verschillen op tussen km 1035 en 1028, wat het gevolg is van het verbreden van het Breeddiep. Ook hier is het effect van de verdieping zelf kleiner dan 1 cm. Op de Oude Maas zijn de verschillen niet groter dan circa 1 cm voor zowel het hoog als laag water. Figuur 5.2 presenteert de getijvoortplanting langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas in meer detail. Het bovenste paneel toont het waterstandsverloop op drie stations in de verdiepte situatie. Het tweede paneel toont het tijd-ruimte verloop van de getijvoortplanting, terwijl de andere twee panelen het verschil laten zien met de huidige situatie. Uit de figuur blijkt dat de verschillen tussen de Huidige situatie, Referentie situatie en Verdiepingsalternatief minimaal zijn. Er is sprake van een kleine faseverschuiving van enkele minuten waardoor de verschilplaatjes ngo enigszins een effect suggereren (zou de faseverschuiving worden gecompenseerd, dan zou het verschil in getijvoortplanting minder zijn). Wel blijkt dat in de Nieuwe Waterweg tussen km 1035 en km 1028 duidelijker verschillen optreden als gevolg van de verbreding van het Breeddiep. Deze verschillen zijn deels het gevolg van kleine verschillen in amplitude en deels het gevolg van kleine verschillen in looptijd van de getijgolf.

102

ARCADIS



Figuur 5.2: Getijvoortplanting langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas en het effect van de Verdieping

De verschillen in looptijd op het traject Nieuwe Waterweg – Nieuwe Maas (km 1035 tot km 985) liggen in de orden van enkele minuten, kleiner dan het interval waarmee de tijdseries van de modelsimulaties zijn weggeschreven (5 minuten). Door de ingrepen die in de Referentiesituatie zijn meegenomen (voornamelijk Breeddiep) is de trend dat de looptijd toeneemt. Door de verdieping vermindert de looptijd weer enigszins waardoor de netto effecten ten opzichte van de huidige situatie klein zijn.

5.2.2

DEBIETEN

Netto debietverdeling Figuur 5.3 presenteert de verdeling van de netto debieten (gemiddeld over een cyclisch getij) door de verschillende rivierarmen. De verdieping zorgt ten opzichte van de Referentie situatie nauwelijks voor een verandering van de getijgemiddelde debietverdeling. Voor de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas komt het verschil niet uit boven de 3,5 m3/s. Dit betekent dat de verdieping een zeer kleine invloed heeft op de getijgemiddelde debieten. Dit betekent ook dat de circulatiestroom die aanwezig is in de Nieuwe Waterweg, Oude Maas en Hartelkanaal als gevolg van de verdieping nauwelijks verandert. In de Referentiesituatie wordt het effect van de nieuwe zeesluis bij IJmuiden meegenomen door de bovenstroomse debietrandvoorwaarde op de Waal met 20 m3/s te reduceren (van 3010 m3/s naar 2090 m3/s: zie figuur 5.3). Dit zorgt voor een evenredige afname van de getijgemiddelde debieten door de Beneden Merwede en Nieuwe Merwede, wat benedenstrooms verder doorwerkt in alle riviertakken (naast het


ARCADIS

103


effect van de veranderingen bij het Volkerak en bij Moerdijk). De opgelegde 20 m 3/s afname komt uiteindelijk voor circa 80% terecht bij de Haringvlietmond en voor circa 20% bij de Maasmond.

Figuur 5.3: Verdeling van netto debieten(gemiddeld over het cyclische getij, in m³/s) voor de huidige situatie, Referentiesituatie en Verdiepingsalternatief (gemiddeld getij, 75% afvoer).

Bruto debieten door de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas Figuur 5.4 toont de bruto momentane debieten door drie secties op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de Huidige situatie, Referentie situatie en Verdiepingsalternatief (‘hui’, ‘ref’ en ‘ver’ in bovenste panel). Daaronder staan de verschillen tussen de Referentie situatie en Verdiepingsalternatief. Negatieve debieten zijn uitstromend, positieve debieten instromend. De figuur laat zien dat de effecten van de verdieping op de bruto debieten relatief klein zijn. De maximale toename in uitstromende debieten zijn circa 140 m³/s bij km 1032 en maximale toename in instromende debieten circa 80 m³/s bij km 1015 en worden voornamelijk veroorzaakt door de kleine faseverschuiving in de getijvoortplanting. Dit zijn toenames van 1-2% ten opzichte van het totale instromende debiet. Door de verdieping wordt zowel de instroming van zout water nabij de bodem als het uitstromen van zoet water nabij het oppervlak iets groter.

104

ARCADIS



Figuur 5.4: Bovenste paneel: debieten door drie secties (km 990, km 1015 en km 1032) op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de Huidige situatie (hui), Referentie situatie (ref) en Verdiepingsalternatief (ver) voor gemiddeld getij en 50% rivierafvoer. Onderste paneel: het verschil in netto debieten tussen de Referentie situatie en het Verdiepingsalternatief

Tabel 5.1 presenteert de getijprisma’s door verschillende riviersecties voor de huidige situatie, Referentie situatie en Verdiepingsalternatief. De toename in getijprisma is het grootst op de Nieuwe Waterweg bij km 1015. Op de Nieuwe Maas en Oude Maas zijn de toenames in de orde van grootte van 0,5 – 1,0 procent. Het getijprisma door het Hartelkanaal neemt met circa 1 procent af.


ARCADIS

105


Riviersectie

Locatie

Getijprisma

Getijprisma

Getijprisma

Verschil Ref –

Huidige situatie

Referentie situatie

Verdiepte situatie

Verdiept

8

8

8

[m3 x 10 ]

[m3 x 10 ]

[m3 x 10 ]

[%]

Km 1032

1.034

0.941

0.948

0.7

Km 1015

0.928

0.934

0.950

1.7

Nieuwe Maas

Km 990

0.357

0.359

0.362

0.7

Oude Maas

Km 1005

0.449

0.454

0.458

0.9

Oude Maas

Km 993

0.361

0.364

0.366

0.5

Hartelkanaal

Oostzijde

0.120

0.120

0.118

-1.0

Nieuwe Waterweg Nieuwe Waterweg

Tabel 5.1: Getijprisma’s door verschillende secties op de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas voor de drie beschouwde situaties

5.2.3

STROOMSNELHEDEN EN RESIDUELE HORIZONTALE STROMINGEN

Figuur 5.5 presenteert tijdseries van berekende stroomsnelheden (absoluut) door de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor 3 verschillende locaties (gemiddeld getij, 50% afvoer). De figuur laat zien dat de verdieping niet voor een duidelijke verandering zorgt van de stroomsnelheden, noch van de fase van het getij.

Figuur 5.5 Tijdseries van absolute stroomsnelheden aan oppervlak en bodem voor drie locaties voor de huidige situatie, Referentie situatie en Verdiepingsalternatief

106

ARCADIS



De grootste waarneembare verschillen in snelheden zijn vooral nabij kilometer 1013 zichtbaar. Daar nemen als gevolg van de verdieping de stroomsnelheden met enkele cm/s toe en zelden meer dan 10 cm/s . In de figuren A3.4a t/m 3.4h zijn de stroomsnelheden aan het oppervlak en bodem gepresenteerd tijdens maximale vloed (gemiddelde getij, 50% afvoer conditie) voor de Referentie situatie. De figuren A3.5a t/m h laten de snelheden aan oppervlak en bodem zien voor vloed. In de set figuren A3.6a t/m h zijn de residuele stroomsnelheden voor de Referentie situatie gepresenteerd. Dezelfde figuren zijn ook gepresenteerd voor het Verdiepingsalternatief; de vloedsnelheden in A3.7a t/m h, de ebsnelheden in A3.8a t/m h en de residuele snelheden in A3.9a t/m h. In de figuren A3.10a t/m h en A3.11a t/m h zijn de verschillen in stroomsnelheden aan de bodem en aan het wateroppervlak tussen de Referentie situatie en het Verdiepingsalternatief gepresenteerd. Daarbij wordt opgemerkt dat de momentane verschillen zijn gepresenteerd en dat door de (kleine) faseverschuiving in de getijvoortplanting verschillen in stroomsnelheden worden geïntroduceerd. Voor de morfologische studie zijn de effecten op de residuele stromingen van belang. Figuur 5.6 presenteert de effecten van de verdieping op de residuele stroomsnelheden aan het wateroppervlak en bodem (10% van de waterdiepte boven de lokale bodem: 10% bodem). Residuele stroombeelden kunnen iets zeggen over de residuele sedimenttransporten en worden daarom apart uitgelicht. In de bijlage zijn de verschillen in residuele stroomsnelheden in de figuren A3.12a t/m h in meer detail gepresenteerd. Uit de figuren kan het volgende worden opgemaakt (gaande van oost naar west): -

Bovenstrooms van de verdieping (km 1003) op de Nieuwe Maas zullen de residuele stroomsnelheden aan het wateroppervlak en aan de bodem vrijwel niet veranderen. De verschillen liggen tussen 0,02 en -0,02 m/s.

-

Ter plaatse van de diepere secties (km 1005- km 1009) neemt aan het oppervlak de residuele stroming toe met circa 0,05 m/s (sterker residueel uitstromend in de verdiepte variant) en aan de bodem af met circa 0,05 m/s (minder sterk residueel uitstromend).

-

Tussen km 1009 – km 1012 nemen de residuele (landwaarts) gerichte stromingen aan de bodem toe (iets sterker landwaarts gericht).

-

Lokaal (km 1010) kan als gevolg van de verdieping de toename in residuele stroomsnelheden aan het oppervlak toenemen tot maximaal 0,08 m/s. Op deze locatie vindt de overgang plaats tussen zoet en zout, de residuele stroomsnelheden aan de bodem gaan hier van landwaarts (> km 1010) naar zeewaarts (< km 1010).

-

De residuele stroming aan de bodem nabij de 2e Petroleumhaven neemt toe. Dit is enerzijds een gevolg van de verdieping van de monding van deze haven (zie Figuur 4.4), anderzijds een effect van de aanwezigheid van de punt van de zouttong in dit gebied.

-

De geleidelijke toename in residuele stroomsnelheid aan het oppervlak neemt vanaf km 1012 verder naar buiten toe af. Alleen op die locaties waar de bodem wordt verdiept zijn enige effecten waarneembaar. Vanaf km 1012 wordt er ten opzichte van km 1005-1012 de bodem minder sterk verlaagd (zie Figuur 4.4).

-

Nabij de Botlekhaven en de samenvloeiing met de Oude Maas is het effect van de verdieping op residuele stroomsnelheden aan de bodem wat grilliger. Over het algemeen nemen de residuele stroomsnelheden aan de bodem iets toe. Met uitzondering van km 1014 waar lokaal een ontgrondingskuil aanwezig is.

-

Op de Oude Maas nemen de zeewaarts gerichte residuele stroomsnelheden aan de bodem iets toe

-

Zeewaarts van km 1024 zijn de effecten op residuele stroomsnelheden verwaarloosbaar klein.


ARCADIS

107


Figuur 5.6: Verschil in residuele stroomsnelheden aan het wateroppervlak (bovenste panel) en aan de bodem (onderste panel) tussen de Referentiesituatie en de verdiepte situatie

5.2.4

RESIDUELE STROMINGEN OVER DE VERTICAAL

Figuur 5.7 toont de residuele stromingen in een verticale doorsnede langs de as van de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas voor gemiddeld getij en 75% afvoer voor zowel de Referentie situatie als het Verdiepingsalternatief. Bij een vergelijking tussen de twee situaties zijn geen grote veranderingen waarneembaar. Wel valt op dat de laagdikte van instromend water aan de bodem in de verdiepte situatie groter is dan in de Referentie situatie.

108

ARCADIS



Figuur 5.7: Residuele stromingen in een doorsnede langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas voor de Referentie situatie (bovenste panel) en Verdiepings-alternatief (onderste panel).

b

Figuur 5.8: Verschil in residuele stroomsnelheden tussen de Referentiesituatie en Verdiepingsalternatief langs een verticale doorsnede langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas


ARCADIS

109


Figuur 5.8 toont langs een verticale doorsnede langs de as van de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas de verschillen in de residuele stroomsnelheden. Deze figuur toont het verschil tussen de onderste en bovenste panel in figuur 5.7. Duidelijk is dat de effecten van de verdieping benedenstrooms van km 1024 zeer klein zijn.

5.3

MORFOLOGISCHE EFFECTEN VAN DE VERDIEPING

In deze paragraaf zijn de te verwachte effecten van de verdieping op de morfologie gepresenteerd. Daarbij is onderscheid gemaakt tussen de volgende onderwerpen: -

transporten van zand (5.3.1),

-

transporten van slib (5.3.2),

-

verwachte bodemaanpassing vanuit de evenwichtsbenadering (5.3.3),

-

bovenstroomse effecten (5.3.4), en;

-

kans op lokale ontgrondingskuilen (5.3.5).

5.3.1

EFFECTEN OP ZANDTRANSPORT IN DE NIEUWE WATERWEG/ NIEUWE MAAS

5.3.1.1

ZANDTRANSPORTEN OP DE NIEUWE WATERWEG

Om de effecten van de verdieping op het sedimenttransport en daarmee op de onderhoudsbehoefte te bepalen, is gebruik gemaakt van het (zand)transportmodel TSAND. In dit model zijn de waterbeweging in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas vertaald naar netto zanden slibtransporten (Van Rijn 2006, 2013, 2015) De 3D waterbeweging en saliniteit uit het NSC-model van Havenbedrijf Rotterdam zijn gebruikt als invoer voor het TSAND model voor elke kilometer langs het traject tussen km 1009 en 1035. In paragraaf 3.4.2. zijn de nadere details en achtergronden van dit TSAND model gepresenteerd. Het model is toegepast op zowel de huidige situatie als de Referentie situatie en het Verdiepingsalternatief. De berekende getij-gemiddelde zandtransporten per strekkende meter rivierbreedte zijn gepresenteerd in onderstaande figuren. Dit wordt gedaan voor vier verschillende korreldiameters, namelijk D50 = 150, 250, 350 en 500 µm. In werkelijkheid varieert de korreldiameter over het traject. Ter hoogte van 1035-1028 komen de werkelijke transporten het best overeenkomen met de berekende transporten voor de fijne fractie. Verder naar binnen zullen de werkelijke transporten veel kleiner zijn dan de berekende transportcapaciteit voor de fijne fractie omdat daar ook grover materiaal op de bodem voorkomt. Om deze reden zijn de transporten berekend voor verschillende fracties. Uit de berekeningen blijkt overigens een consistent beeld van de invloed van de verdieping van de Nieuwe Waterweg. Het relatieve effect is ongeveer gelijk voor de verschillende fracties.

110

ARCADIS



Figuur 5.9 Berekend getijgemiddeld zandtransport per meter breedte voor D50 = 150 µm. Positief teken is landwaarts gericht, negatief teken is zeewaarts gericht.

Figuur 5.10 Berekend getijgemiddeld zandtransport per meter breedte voor D50 = 250 µm



ARCADIS

111



Referentie situatie In de referentie situatie is het Breeddiep verbreed. Dit heeft een effect op de lokale waterbeweging en daarmee op de berekende zandtransporten in een zone 3 kilometer zeewaarts, en 4 kilometer landwaarts van het Breeddiep (vergelijk de blauwe lijn met de rode lijn). Westelijk van het Breeddiep nemen de berekende zandtransporten in de Nieuwe Waterweg sterk af. De belangrijkste reden hiervoor is dat water in de Referentiesituatie zowel via de Nieuwe Waterweg als het Calandkanaal naar binnen kan stromen. De stroming, en daarmee de transporten, in dat deel van de Nieuwe Waterweg nemen daarmee af. Wat het doet voor de zandtransporten in het Calandkanaal is hier niet onderzocht. Juist oostelijk van het Breeddiep nemen de snelheden in het midden van de Nieuwe Waterweg iets toe, voornamelijk door uitwisseling van water met het Calandkanaal . Oostelijk van kilometer 1025 zijn de effecten van de aanleg van het Breeddiep op de stroomsnelheden en daarmee op de berekende zandtransporten zeer klein. De aanleg van het Breeddiep zal lokaal leiden tot een aanpassing van de bodemligging. Ter plaatse van het Breeddiep zal, door de toename van de stroomsnelheden nabij de verbreding, de bodem zich lokaal willen verdiepen. Sediment afkomstig uit deze ontgronding kan zich oostelijk en westelijk van het Breeddiep willen afzetten totdat de ontgrondingskuil niet verder verdiept en een nieuw evenwicht is bereikt. Westelijk van het Breeddiep nemen de transporten en de gradiënten in de transporten af. In dit deel van de Nieuwe Waterweg zal de huidige trend van verlaging van de bodem naar alle waarschijnlijkheid stoppen en zullen zich kleine hoeveelheden sediment willen gaan afzetten. Momenteel ligt de bodem in dit gebied op een diepte van circa NAP -17 tot - 18 m en zal deze verhoging van de bodem tot extra onderhoud leiden wanneer de bodem tot NAP -16,3 m omhoog is gekomen. Effect verdieping Het effect van de verdieping ten opzichte van de Referentie situatie blijkt uit een vergelijking tussen de rode (referentie) en gele lijn (verdieping) in figuur 5.9 t/m figuur 5.12. Aan de zeewaartse zijde nemen de transporten met gemiddeld 5%, iets toe. Op de Nieuwe Waterweg is geen duidelijk trend te ontdekken, maar in het algemeen nemen de zandtransporten iets (procenten) af op de delen die worden verdiept en iets (procenten) toe op de delen die reeds in de huidige situatie op diepte waren. Daarmee zal er zand vanuit de niet verdiepte delen (waar momenteel de geul ook vrijwel niet onderhouden hoeft te worden) getransporteerd worden naar de verdiepte delen (waar de geul ook in de toekomst onderhouden dient te worden). Deze extra sedimentatie wordt met name verwacht tussen Breeddiep en de Maeslantkering (km

112

ARCADIS



1028 en 1025) en juist zeewaarts van Rozenburg (km 1020). Op deze laatste locatie is de verdieping het grootst (zie Figuur 4.4).

5.3.1.2

ZANDTRANSPORTEN OP DE NIEUWE MAAS

Op de Nieuwe Maas bestaat de bodem naast zand ook uit slib. De verdeling tussen zand en slib varieert zowel per kilometer als per monstercampagne (zie figuur 2.16). In deze studie zijn we uitgegaan van een verdeling van 50% slib en 50% zand. Figuur 5.13 toont de met TSAND berekende zandtransporten voor de Referentie situatie en het Verdiepingsalternatief. Voor de verklaring van de variatie in transporten wordt o.a. verwezen naar figuur 2.8 waar de bodemligging van de Nieuwe Maas in de huidige situatie is gepresenteerd. In figuur 2.8 en tabel 2.1 is zichtbaar dat de bodemligging tussen kilometer 1014 en 1004,4 aanzienlijk lager ligt dan bovenstrooms van km 1004,4 (landwaarts hiervan loopt de bodem op, waardoor de stroomsnelheden toenemen en dus de transporten). Deze verschillen in bodemligging zijn goed zichtbaar in figuur 5.13 waar vanaf km 1005 de zeewaarts gerichte transporten met een factor zes toenemen (van circa -180 kg/m/getij naar -1000 kg/m/getij). Over vrijwel de gehele sectie zijn de getij gemiddelde transporten netto zeewaarts gericht. Alleen tussen 1013 en 1014 zijn de (zeer kleine) transporten landwaarts gericht.

Figuur 5.13: Berekend getijgemiddeld zandtransport op de Nieuwe Maas per meter breedte voor D50 = 250 µm

Zoals in tabel 4.2 gepresenteerd wordt in het Verdiepingsalternatief de Nautisch Gegarandeerde Diepte tussen km 1014 en 1009,4 verdiept van NAP -14,5 naar NAP -16,3 m. Tussen 1009,4 en 1004,4 blijft de NGD van NAP 14,5 m gehandhaafd. Figuur 5.13 laat zien dat door de verdieping de transporten bovenstrooms van de verdieping een kleine beetje (orde 5%) toenemen. Dit is het gevolg van de toename in stroomsnelheden in dit gebied door een toename in getijdoordringing (zie paragraaf 5.2). Op de locatie van de verdieping zelf worden de transporten lager en meer oostwaarts gericht. In beide situaties zal al het materiaal (zand) dat vanaf de rivier richting zee wordt getransporteerd tussen km 1005 en km 1014 neerslaan en niet meer worden opgepakt.


ARCADIS

113


5.3.1.3

ZANDTRANSPORTEN OP DE OUDE MAAS

Figuur 5.14 toont de berekende zandtransporten op de Oude Maas voor de referentie en de verdiepte situatie. In deze figuur is duidelijk te zien dat de effecten van de verdieping van de Nieuwe Waterweg op de berekende zandtransporten betrekkelijk klein zijn. Tussen de verbinding met de Nieuwe Maas en Spui nemen de zandtransporten met ongeveer 3-5% toe daarna nemen de effecten verder stroomopwaarts geleidelijk af tot verwaarloosbaar klein op km 975.


Omdat de bovenstroomse zandaanvoer vanaf de rivieren gelijk blijft en de transporten vooral op het tracé tussen Hartelkanaal en Spui iets toenemen zal het verdiepingsalternatief bijdragen aan een klein beetje extra erosie op dat tracé. Deze erosie dient in perspectief geplaatst te worden met de huidige erosie trends (zie ook paragraaf 2.4.1 en paragraaf 5.4). In de secties tussen het Hartelkanaal en Nieuwe Waterweg zijn de verschillen in transporten tussen de Referentie situatie en Verdiepingsalternatief kleiner. Naar verwachting zal de sedimentatie die in dit gebied optreedt dan ook iets toenemen. Door het verdiepingsalternatief wordt er vrijwel geen extra zand vanaf de Oude Maas de Nieuwe Waterweg op getransporteerd.

5.3.1.4

EFFECTEN VAN ZANDGOLVEN OP ONDERHOUD

Door de verdieping neemt het oppervlak dat middels baggeren onderhouden dient te worden sterk toe (75%, zie Figuur 4.5). Daarbij wordt er geen onderhoudsmarge aangehouden bij de verdieping; de Nieuwe Waterweg wordt aangelegd én onderhouden op NAP -16,3 m. Zoals in paragraaf 2.4.4 en figuur 2.22 aangegeven komen er op sommige delen in de Nieuwe Waterweg megaribbels voor met een hoogte tussen 0,5 en 1,0 m. De hoogte van deze ribbels hangt voornamelijk af van de heersende hydrodynamische condities, sediment karakteristieken en waterdiepte. Deze ribbels ontstaan door de stroming boven de bodem en verhogen / verlagen daarmee lokaal de bodem. Wanneer de bodem op daadwerkelijk de NAP -16,3 m onderhouden zal gaan worden zullen deze ribbels ook weggebaggerd dienen te worden met aanzienlijke baggervolumes tot gevolg. Het lijkt praktischer om de NGD niet op NAP -16,3 te leggen maar op enkele decimeters daarboven zodat de toppen van de ribbels onder de NGD blijven.

114

ARCADIS



5.3.2

EFFECTEN OP SLIBTRANSPORT

5.3.2.1

EFFECTEN OP SLIBTRANSPORTEN IN DE NIEUWE WATERWEG/ NIEUWE MAAS

Naast de effecten op zandtransport zijn ook de effecten op transport van slib van belang. Het Delft3D slibmodel (zie paragraaf 3.2.3.4) is toegepast om de effecten van de verdieping op de transporten en sedimentatie van slib langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas te bepalen. Figuur 5.15 toont de berekende slibconcentraties voor de huidige en de verdiepte situatie. Duidelijk is te zien dat de grootte van het troebelheidsmaximum ongeveer gelijk blijft maar dat het een klein beetje landinwaarts verschuift. De berekende slibconcentraties bij de bodem zijn vanaf de monding tot Rozenburg ongeveer 5% lager en vanaf Rozenburg tot de Beneluxtunnel ongeveer 5% hoger. De berekende concentraties aan het oppervlak zijn van de monding tot de Beneluxtunnel ongeveer 10% lager. We merken op dat de reductie in concentraties zwevend stof deels veroorzaakt zal worden door het inspelen van het gebruikte Delft3D model. We verwachten dat wanneer het model voor de verdiepte situatie een aantal malen wordt doorgestart (voor de gepresenteerde figuur is dit nu 2x gedaan) er zich een nieuw evenwicht heeft kunnen instellen en daarmee de reductie in concentraties zwevend stof kleiner zullen worden. Uit de berekeningen blijkt verder dat als gevolg van de verdieping de import van slib door de RijnMaasmonding met ongeveer 10-15% toeneemt.

Figuur 5.15: Berekende gemiddelde slibconcentraties langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas bij de bodem en het oppervlak in huidige situatie (getrokken lijnen) en verdiepte situatie (onderbroken lijnen) bij gemiddelde (50%) afvoer.

Figuur 5.16 toont de extra aanslibbing als gevolg van de verdieping. De aanslibbing vindt vooral plaatst op plaatsen waar wordt verdiept (vergelijk figuur 4.4 en figuur 5.16). In de bocht van Maassluis, nabij de haveningangen en op de Nieuwe Maas nabij de aantakking met de Oude Maas neemt de sedimentatie toe.


ARCADIS

115


Figuur 5.16: extra aanslibbing (kg/m²/jaar) in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas als gevolg van de verdieping

Figuur 5.17 presenteert de berekende aanslibbing voor de huidige en verdiepte situatie. De figuur laat zien dat voornamelijk de aanslibbing in de vakken 1004.5-1009 en 1009-1013 toeneemt. In totaal bezinkt in de situatie met verdieping ongeveer 34% (25-40%) meer slib. In de huidige situatie ongeveer 210 ton slib, in de verdiepte situatie circa 280 ton slib.

Figuur 5.17: Aanslibbing in de huidige situatie en in het Verdiepingsalternatief verschillende baggersecties.

5.3.2.2

EFFECTEN OP SEDIMENTATIE VAN DE HAVENBEKKENS

In paragraaf 3.3.7 is ingegaan op de wateruitwisseling tussen havenbekkens en kanaalsecties en in paragraaf 3.5 is een aanpak gepresenteerd om de sedimentatie in de havenbekkens te berekenen. Daarbij is de sedimentatie in de havenbekkens bepaald door de simulaties voor doodtij, gemiddeld tij en springtij (allen met een 75% rivierafvoer) te middelen. Deze methode is in onderliggende paragraaf toegepast op de Referentie situatie en Verdiepingsalternatief om de effecten van de verdieping op de sedimentatie in de havenbekkens te kwantificeren.

116

ARCADIS



Referentie situatie Figuur 5.18 toont de sedimentatie in de verschillende havenbekkens voor de huidige situatie, Referentiesituatie en Verdiepingsalternatief voor respectievelijk de uniforme verdeling zwevend stof en de niet-uniforme verdeling zwevend stof (zie paragraaf 3.5 voor details). Figuur 5.18 laat zien dat aanleg van het Breeddiep (referentiesituatie) een nauwelijks waarneembaar effect heeft op de sedimentatie van slib in de havenbekkens langs de Nieuwe Waterweg (de hoogte van de staven licht-grijs en lichtblauw zijn gelijk voor elke locatie; idem voor de staven zwart en blauw).

Figuur 5.18: Sedimentatie in de havenbekkens

Effect verdiepingsalternatief Figuur 5.18 laat voor de verdiepte situatie zien dat de sedimentatie een klein beetje toeneemt. Door de verdieping zelf neemt voornamelijk de sedimentatie in de havens toe die zelf ook verdiept worden, te weten de Botlekhaven, de 2e Petroleumhaven en de 3e Petroleumhaven (zie figuur 4.4). Dit is een logisch gevolg van de grotere dichtheidsstroom die zich ontwikkelt bij een grotere diepte van de havenmonding en daarmee samenhangend aandrijvend vermogen tot wateruitwisseling (Eysink, 1989). De toename in sedimentatie in de overige havens langs de Nieuwe Waterweg (die niet worden verdiept) is zeer beperkt. Tabel 5.2 presenteert de absolute- en relatieve toename van sedimentatie in de havenbekkens. De toename in sedimentatie is voor de aanpak met de uniforme verdeling ongeveer 11%, de niet-uniforme aanpak resulteert een hogere sedimentatie van 18%. Omdat de additionele sedimentatie in de aanpak met de uniforme verdeling lineair verloopt met de wateruitwisseling kan ook gesteld worden dat als gevolg van de verdieping de wateruitwisseling met 11% toeneemt. Bij de niet-uniforme aanpak wordt 7% (18-11%) van de sedimentatie veroorzaakt doordat meer sedimentrijk water onderin de waterkolom aanwezig is.


ARCADIS

117


Haven

Gemeten

Toename

Toename

Toename

Toename

Beunvolume

Ver-Ref

Ver-Ref

Ver-Ref

Ver-Ref

(4-jaarlijks gem.)

Uniform

Non-Uniform

Uniform

Non-Uniform

[m3 x1000]

[m3 x1000]

[m3 x1000]

[%]

[%]

Botlek

1450

161

316

11

23

Pernis

560

80

119

14

21

Eem&Waalhaven

460

17

8

4

2

Fruithavens

60

10

7

17

12

2530

269

450

11

18

Totaal:

Tabel 5.2: Absolute en relatieve toename in havensedimentatie (beunvolume) voor de gewogen 75% simulaties

Naast berekeningen met de morfologische afvoer (75%) en drie getij condities (doodtij, gemiddeld getij en springtij) zijn er ook een aantal gevoeligheidssimulaties uitgevoerd voor meer extreme getij- en rivierafvoer situaties. Daartoe is naast de morfologische situatie ook het effect bepaald voor: -

een getij-dominante situatie waarbij de zouttong relatief ver het gebied in kan trekken (springtij, 5% rivierafvoer)

-

een rivierdominante situatie waarbij de zouttong richting zee wordt gedrukt als gevolg van een relatief hoge rivierafvoer (doodtij, 95% rivierafvoer)

Tabel 5.3 presenteert de relatieve effecten van de verschillende beschouwde condities. De rode getallen in de tabel geven aan dat die situaties gedomineerd worden door dichtheidsstromen als gevolg van de aanwezigheid van de punt van de zouttong nabij de havenmonding. Haven

75% gewogen

95%, doodtij

5%, springtij

Botlek

11

23

29

43

10

12

Pernis

14

21

6

5

2

2

Eem&Waalhaven

4

2

<1

<1

3

3

Fruithavens

17

12

<1

<1

<1

<1

Totaal:

11

18

18

22

7

8

Tabel 5.3: Toename in havensedimentatie voor verschillende getij-afvoer situaties

Boevengenoemde aanvullende berekeningen geven een beeld van de mate van variatie in toename van de sedimentatie in de havenbekkens. Deze zijn toegepast om een bandbreedte af te kunnen schatten.

5.3.3

VERWACHTE EFFECTEN UIT ANALYSE EVENWICHTSRELATIE

In paragraaf 3.6 is ingegaan op bestaande evenwichtsrelaties tussen watervoerend oppervlak en getijprisma. Naast de in de literatuur gegeven relaties zijn ook voor de huidige situatie nieuwe relaties afgeleid voor watervoerend oppervlak versus getijprisma en getijamplitude (zie paragraaf 3.6). Deze relaties zijn daarmee gebaseerd op de huidige situatie inclusief de antropogene verstoringen als bijvoorbeeld baggeractiviteiten. In de onderliggende paragraaf zijn de effecten van de verdieping op de lokaal aanwezige relaties gepresenteerd. In figuur 5.19 zijn voor een aantal punten op de Nieuwe Waterweg de relaties uitgezet tussen getijprisma en doorstroomoppervlak. Er zijn punten gekozen die zo min mogelijk worden verstoord door dammen, kribben of andere antropogene effecten. Uit de figuur valt op te maken dat het getijprisma in alle gevallen toeneemt. Het watervoerend oppervlak neemt alleen bij km 1017 relatief veel toe (daar wordt

118

ARCADIS



voornamelijk gebaggerd ten behoeve van de verdieping). Verder valt op dat de individuele secties soms onder en soms boven de evenwichtslijn liggen. Dit kan verschillende redenen hebben die voornamelijk toe te schrijven zullen zijn aan antropogene effecten als baggeren en het vastleggen van de oevers van de rivier. Als er van wordt uitgegaan dat in de huidige situatie het systeem in evenwicht is en dat na de verdieping het systeem zich wil aanpassen aan de nieuwe hydrodynamische condities volgens de afgeleide relatie zal de bodem zich in de toekomst willen gaan aanpassen. Nabij km 1031 zal de dwarsdoorsnede kleiner willen worden als gevolg van het aanleggen van het Breeddiep. Voornaamste reden is dat door de aanleg van het Breeddiep er minder water door dit deel van de Nieuwe Waterweg zal stromen (en meer door het Calandkanaal). De profielen bij Km 1024 en 1028 zullen een klein beetje willen gaan verruimen terwijl kilometer 1017 relatief te veel verruimd is en (volgens de evenwichtsvergelijking) daardoor weer beperkt zal gaan verzanden.

Figuur 5.19: Evenwichtsligging van een aantal secties op de Nieuwe Waterweg


ARCADIS

119


Figuur 5.20: Evenwichtsligging van een aantal secties op de Nieuwe Maas

In figuur 5.20 is de afgeleide evenwichtsvergelijking ook toegepast op een aantal doorsnedes op de Nieuwe Maas. De evenwichtsvergelijkingen zijn voornamelijk toepasbaar in de mondingen van zeegaten waar een ruime hoeveelheid zandig materiaal aanwezig is. Op de Nieuwe Maas is voor een groot deel slib aanwezig en ligt 25 kilometer van de monding af. Toch zijn de evenwichtsvergelijkingen toegepast om af te tasten wat de effecten zouden kunnen zijn indien hier sprake was van de condities waarvoor de vergelijking geldig is. Figuur 5.20 laat zien dat in alle verdiepte delen de situatie verder uit evenwicht wordt gebracht. Voor km 1010-1012 wordt er (bij toepassing van de evenwichtsvergelijking) een verkleining van het doorstroomoppervlak verwacht. Op km 1009, waar de vaargeul niet wordt verdiept maar het getijprisma wel toeneemt zal de huidige sedimentatie iets verkleinen (indien er daar in de huidige situatie niet gebaggerd zou worden zou de bodem iets willen verruimen). De evenwichtsvergelijking is ook toegepast op de Oude Maas, zie figuur 5.21. De toepasbaarheid lijkt daar beter geschikt omdat op de Oude Maas voornamelijk zand aanwezig is. Wel is de relatie tussen getijamplitude en rivierafvoer relatief groot (volgens Van de Kreeke en Haring circa 0,27). De auteurs noemen ook dat de verwachtte fout van de voorspelling bij de relatie met getijprisma dan circa 27% zal zijn.

120

ARCADIS



Figuur 5.21: Evenwichtsligging van een aantal secties op de Oude Maas

Tabel 5.4 toont voor een aantal cross-secties op de Nieuwe Waterweg, Nieuwe Maas en Oude Maas de verwachtte verdieping van de bodemligging volgens de evenwichtsrelatie tussen getijprisma en doorstroomoppervlak (zoals bepaald uit de bodemligging op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maar en niet de Oude Maas). Afhankelijk van de mobiliteit van het sediment dat op de verschillende locaties aanwezig is zal dit evenwicht eerder of later bereikt worden. Ook is de verruiming van het doorstroomoppervlak van het verdiepingsalternatief niet meegenomen. Volgens de vergelijking en tabel 5.4 zal de bodem bij km 1015 op de Nieuwe Waterweg met circa 20 cm willen verdiepen. Het grootste deel van deze verdieping zal reeds door het baggeren van het Verdiepingsalternatief worden bereikt.


ARCADIS

121

113

1,7%

515

0,22

Km 990

0,359

0,362

2531

2552

21

0,8%

340

0,06

Oude Maas

Km 1005

0,454

0,458

3201

3229

28

0,9%

330

0,08

Oude Maas

Km 993

0,364

0,366

2566

2580

14

0,5%

350

0,04

Hartelkanaal

Oostzijde

0,12

0,118

846

832

-14

-1,7%

320

-0,04

Lokatie

P-A relatie [m]

6698

Verdieping volgens

Breedte vaarweg [m]

6585

[m²]

0,95

Oppervlak verschil

0,934

[m²]

Km 1015

Volgens P-A relatie

0,08

Oppervlak Verdiept

650

[m²]

0,7%

Volgens P-A relatie

49

Oppervlak Referentie

6683

[m³ x 108]

6634

Getijprisma Verdiept

0,948

[m³ x 108]

0,941

Nieuwe

Getijprisma Referentie

Km 1032

Rivier sectie

Oppervlak verschil [%]


Waterweg Nieuwe Waterweg Nieuwe Maas

Tabel 5.4: Te verwachtte verdieping van de evenwichtsbodemligging volgens de P-A evenwichtsrelatie voor een aantal cross-secties in de Rijn-Maasmonding (de aan te brengen verruiming van het doorstroomoppervlak door aanleg van het verdiepingsalternatief is hier niet in meegenomen).

Wanneer niet de relatie tussen getijprisma versus doorstroomoppervlak wordt beschouwd maar de relatie tussen getijamplitude en doorstroomoppervlak volgt ongeveer hetzelfde beeld, de verruimende en verzandende trends zijn gelijk aan de evenwichtsrelatie met het getijprisma. Er wordt opgemerkt dat een verlaging van de evenwichtsbodemligging niet perse gelijk is aan een verlaging van de daadwerkelijke bodemligging. Het kan ook zijn dat een verlaging van de evenwichtsbodemligging zorgt voor een afname in de tendens tot aanzanding van de bodem op het desbetreffende tracé.

5.3.4

MORFOLOGISCHE EFFECTEN BOVENSTROOMS VAN DE VERDIEPING

Door het verdiepingsalternatief neemt de getijindringing in het gebied een klein beetje toe. In riviersecties die niet worden verdiept nemen daardoor ook de stroomsnelheden een klein beetje toe. Een toename in stroomsnelheden kan tot aanpassingen van de onderliggende bodem leiden. Juist bovenstrooms van de verdieping wordt een verdieping van de bodem verwacht, meer bovenstrooms op de rivier de Waal en Maas zullen de trends in bodemverandering juist stijgend zijn als gevolg van een hele kleine toename in de gemiddelde waterstand. In de volgende paragrafen wordt een inschatting gegeven van de bovenstroomse bodemveranderingen: -

Effecten van de verdieping op de bodemveranderingen op de Oude Maas

-

Effecten van de verdieping op de bovenstroomse riviertakken (Waal, Nederrijn en Lek),

Inschatting van te verwachten bodemveranderingen op de Oude Maas Op de Oude Maas neemt als gevolg van de verdieping het getijprisma met 0,9% tot 0,5% toe (zie tabel 5.1). Door die toename nemen de transporten maximaal met circa 5% toe en zal ook het doorstroomprofiel zich met circa 0,9% tot 0,5% willen gaan verruimen. Volgens de evenwichtsrelatie zoals besproken onder 5.3.3 en bij een breedte van de waterweg van circa 350 m zal de evenwichtsbodemligging in dit gebied circa 4 tot 8 centimeter lager komen te liggen. De snelheid waarmee deze verlaagde evenwichtsbodemligging zal worden bereikt is afhankelijk van de mobiliteit van het aanwezige materiaal.

122

ARCADIS



Na afsluiting van het Haringvliet en Volkerak in 1970 is de bodem op de Oude Maas zich gaan verdiepen. Deze ingrepen hadden een groot effect op de stroming door de Oude Maas en Spui maar ook vandaag nog is de bodemdaling als gevolg van de afsluiting van het Volkerak gaande. Dit geeft aan dat de bodemveranderingen langzaam gaan en dat het een tijd duurt voordat de bodem een nieuw evenwicht heeft bereikt. Daarop gebaseerd zal naar verwachting het nieuwe evenwicht als gevolg van de aanleg van de Verdiepingsvariant, dat maximaal circa 4-8 cm onder de huidige bodemligging ligt, naar verwachting pas over circa 10-15 jaar bereikt worden. Voornamelijk door de afsluiting van het Volkerak heeft de bodem in de Oude Maas zich op sommige locaties tot enkele meters verdiept. Naar verwachting kan deze verdieping ook de komende decennia nog door gaan (zie tabel 2.3). Tussen 2005 en 2009 is de Oude Maas tussen de Nieuwe Waterweg en Spui daardoor met gemiddeld zo’n 25 cm verdiept (zie figuur 2.13). De genoemde 4-8 cm verdieping is in verhouding tot de huidige trend in verdieping daarom klein te noemen. Wel cumuleert de bodemdaling door het Verdiepingsalternatief met de bodemdaling door de afsluiting Volkerak/ Haringvliet. Dit kleine effect komt daarmee bovenop het veel grotere effect van bodemdaling. Principe berekening morfologisch effect op bovenstroomse riviertakken. In deze analyse is middels een principe berekening het effect van het verdiepen van de Nieuwe Waterweg op de bovenstrooms gelegen rijntakken geschat. Er is aandacht besteed aan de bovenstroomse effecten omdat waterstandseffecten in het rivierengebied altijd zeer kritische bekeken worden en slechts kleine verhogingen door de beheerder wordt toegestaan. Met een 2DH of 3D model is het moeilijk om inzicht te krijgen in het effect op de bovenstrooms gelegen rivieren omdat variatie in de breedte en diepte leiden tot versnellingen en vertragingen van de stroming waardoor erosie en sedimentatie ontstaat die de morfologische aanpassing aan de verdieping overschaduwen. Om dit te voorkomen en toch inzicht te krijgen in reactie van de bovenstroomse rivieren is een geschematiseerd 2DV-model van de Merwede-Waal gemaakt. Dit model bestaat uit een kanaal met een constante breedte en is initieel morfologisch gezien in evenwicht met de bovenstroomse en benedenstroomse randvoorwaarden. Door verdieping van Nieuwe Waterweg verandert de getijde doordringing naar het rivierengebied en zal het evenwicht zich gaan aanpassen aan de nieuwe stroomafwaartse randvoorwaarde. Omdat er geen andere aanpassingen spelen, zijn ook kleine aanpassingen duidelijk zichtbaar. Figuur 5.22 toont de gemodelleerde morfologische ontwikkeling gedurende 17 jaar naar aanleiding van de veranderde benedenstroomse randvoorwaarde. Door de netto iets lagere stroomsnelheid neemt de transport capaciteit in benedenstroomse richting af en vind er sedimentatie plaats. Het figuur toont per jaar, aangegeven door een kleur, 12 lijnen om de variatie in een jaar aan te geven. In jaar 0 wordt een snelle maar zeer beperkte sedimentatie voorspeld. Aan de benedenstroomse kant komen de zwarte lijnen snel omhoog. Na deze snelle aanpassing blijft de bodem op en neer bewegen door het getijde, daarnaast verplaatst de sedimentatie zich langzaam stroomopwaarts. In figuur 5.22 is dit te zien aan het de verschillende kleuren die in het bovenstroomse deel van het figuur op een chronologische volgorde liggen.


ARCADIS

123


Figuur 5.22 Gemodelleerde morfologische bodem ontwikkeling gedurende 17 jaar (bodem op tijd t minus initiële bodemhoogte.

In deze analyse is onderzocht hoe een rivier die in evenwicht is zou reageren op de verandering van de benedenstroomse randvoorwaarde zoals wordt verwacht door verdieping van de Nieuwe Waterweg. Hieruit blijkt dat door de verwachte afname van de stroomsnelheden bij de benedenstroomse rand van de Merwede en Waal er een geringe sedimentatie te verwachten is die in bovenstroomse richting uitdempt. Gezien de zeer geringe grootte van de verandering van de stroomsnelheden en de waterstanden is de hoeveelheid sedimentatie ook zeer gering. De kleine verlaging van de stroomsnelheid en daarmee een deel van de sedimentatie zijn deels te verklaren door de afname van de afvoer op de Waal en Beneden Merwede. Het effect van de verdieping is dus nog kleiner dan het effect dat in figuur 5.22 wordt getoond. In de complexiteit van de werkelijkheid waarin veel grotere verstoringen door het systeem lopen zal dit signaal niet terug te vinden zijn. Analoog aan deze conclusie kan op basis van vrijwel gelijkblijvende randvoorwaarden voor de Nederrijn en Lek ook geconcludeerd worden dat geen morfologische aanpassingen te verwachten zijn.

5.3.5

KANS OP LOKALE ONTGRONDINGEN

Lokale ontgrondingsputten Lokale ontgrondingsputten kunnen ontstaan wanneer sediment met een grotere mobiliteit aan het oppervlak komt. Het pleistocene fluviatiele sediment van Pakket 1 bestaat uit een breed mengsel van grind en grof zand tot matig fijn zand (zie beschrijving lithologische opbouw paragraaf 2.4.3 en figuur 5.23). Door verticale sortering zijn de fijnste sedimenten te verwachten aan de bovenzijde van het pakket. De top van dit pakket heeft hiermee ongeveer dezelfde korrelgrootte (150-300 µm) als het pakket met estuariën sediment dat nu voornamelijk aan het oppervlak ligt (Pakket 3). In de foto’s en profielbeschrijvingen van de gestoken boringen uit de Nieuwe Waterweg (rapportage “Verdieping Nieuwe Waterweg rapportage veldwerk en laboratoriumonderzoek”; MVJ14118-1, Gemeente Rotterdam,

124

ARCADIS



dec 2014) zijn ook geen duidelijk fijnere afzettingen aangetroffen. Er is dus geen groot verschil in sediment mobiliteit te verwachten tussen Pakket 1 en 3, waardoor het onwaarschijnlijk is dat er een plotselinge versnelling van de erosie plaatsvind wanneer Pakket 1 aan het oppervlak komt. Waar Pakket 1 bedekt wordt door Pakket 2, een pakket bestaande uit erosieresistente klei en veenlagen, bestaat wel een verschil in mobiliteit. Pakket 2 ligt, zoals beschreven in Sectie 2.4.4, lokaal aan het oppervlak op plaatsen waar een hogere bodemschuifspanning voorkomt door bochtstroming, of vaste punten die turbulentie veroorzaken zoals kribben. De erosieresistentie van Pakket 2 voorkomt hier een verdere verdieping van deze plekken. Wanneer hier Pakket 2 zou worden doorbroken zou een grotere evenwichtsdiepte kunnen ontstaan. Pakket 2 ligt echter in het algemeen op een lager niveau dan het niveau van de verdiepte trapjeslijn. In figuur 5.23 wordt de ligging van de pakketten vergeleken met de ligging van de verdiepte trapjeslijn. Bij km 1010 komt de verdiepte waterbodem het dichts in de buurt van Pakket 2. De variatie in ligging van de top van Pakket 2 is groter dan Figuur 5.23 suggereert omdat hier de gemiddelde niveaus van het geologische model zijn weergegeven. Volgens Deltares (Wiersma en Hijma, 2015) komt Pakket 2 bij verdieping lokaal aan het oppervlak te liggen in het traject tussen km 1017-1010. Dit vormt geen aanleiding tot het ontstaan van erosieputten omdat alleen de top van het erosiebestendige materiaal wordt aangesneden, en het materiaal van Pakket 1 niet erosiegevoeliger is dan het huidige bodemmateriaal.

Figuur 5.23 Vergelijking van het geologisch model met de ligging van de bodem na verdieping

De klei en veenlagen van Pakket 2 kunnen lokaal onderbroken zijn door eolische rivierduinen, eenheid IIb in figuur 2.20. Deze bestaan uit matig fijn zand (150 – 210 µm) dat uit de rivierbedding is opgewaaid (Wiersma en Hijma, 2015). Waar deze afzettingen aanwezig zijn is minder klei en veen afgezet. Omdat deze zanden makkelijker eroderen dan het gecompacteerde veen en klei pakket vormen deze eolische rivierduinen een verzwakking van Pakket 2. Wiersma en Hijma (2015) geven aan op tien plaatsen in de sonderingen aanwijzingen te zien voor de aanwezigheid van eolische rivierduinen, maar de aanwijzingen zijn niet in alle gevallen overtuigend. Deze plaatsen zijn aangegeven in figuur 5.24. We beoordelen de aanwezigheid van deze eolische afzettingen niet als een groot risico voor het ontstaan van ontgrondingskuilen. Wanneer deze afzettingen worden aangesneden kan het zand eroderen, maar de afzettingen zijn niet omvangrijk gezien de moeite en onzekerheid waarmee ze zijn vastgesteld. Verder liggen ze in een gebied dat een sedimenterend karakter heeft; Figuur 5.10 laat zien dat het landwaarts gerichte netto zandtransport in stroomopwaartse richting afneemt, waardoor zand wordt afgezet. Hierdoor is de verwachting dat een eventueel gat zich weer zou vullen met een zand/slib mengsel.


ARCADIS

125


Figuur 5.24: ligging mogelijke rivierduinen (uit Wiersma en Hijma, 2015)

5.4

SYNTHESE MORFOLOGISCHE EFFECTEN

5.4.1

INLEIDING

Na een systematische beschrijving van alle beschikbare gegevens (hoofdstuk 2) hebben we, ondersteunt met analytische en numerieke modellen ten diensten van de morfologische analyse (hoofdstuk 3), een fenomenologische beschrijving van het systeem gegeven (paragraaf 3.7). Vervolgens is de Referentie situatie en het verdiepingsalternatief beschreven (hoofdstuk 4) en zijn de effecten van de verdieping geanalyseerd (hoofdstuk 5). De resultaten van de modelberekeningen (waterbeweging en sedimenttransportberekeningen) zijn gebruikt bij de synthese waarop in deze paragraaf wordt ingegaan. Voor het beantwoorden van de vraag welk effect de verdiepingsvariant heeft op het onderhoudsbaggerwerk en de grootschalige morfologie, worden de modeluitkomsten gecombineerd met de inzichten uit het conceptueel model (paragraaf 3.7). Dat leidt tot een kwantificering van deze effecten op een tijdschaal van 10 jaar (paragraaf 5.4.2) met een doorkijk naar 2050 (paragraaf 5.4.3) . Het relatieve effect wordt aangegeven ten opzichte van de Referentiesituatie. De onzekerheden en nauwkeurigheidsbandbreedte van de effectbepaling wordt beschreven in paragraaf 5.4.5.

126

ARCADIS



Belangrijk om te vermelden is dat ten behoeve van de synthese alle beschikbare informatie (zie alle voorgaande hoofdstukken) is gebundeld om te komen tot een effectinschatting. De gebruikte modellen hebben als doel om input te leveren aan deze synthese.

5.4.2

MORFOLOGISCHE EFFECTINSCHATTING TIJDSCHAAL 10 JAAR (2025)

Algemeen Er zullen vrijwel geen grote veranderingen plaatsvinden van de wijze waarop het water en het sediment zich door het projectgebied verplaatst. Een belangrijke reden hiervoor is dat een groot deel van de bodemligging in de Nieuwe Waterweg al nabij de toekomstige diepte ligt van NAP -16,3 m. Het doorstroomoppervlak in grote delen van de Nieuwe Waterweg wordt slechts met 0-0,5% vergroot, hetgeen weinig tot niets doet op de water- en sedimentfluxen. Vanaf km 1009 tot km 1015 wordt in de onderzochte verdiepingsvariant de grootste verdieping aangebracht: tot maximaal 2-2,5 m (de waterdiepte neemt met circa 15% toe). Ook in de havenbekkens vinden aanzienlijke verdiepingen plaats tot maximaal 3,0 m. Ondanks deze lokaal wat meer significante aanpassing van het bodemprofiel blijkt uit het onderzoek dat hierdoor geen wezenlijk andere grootschalige water- en sedimentfluxen optreden in de Rijn-Maasmonding vergeleken met de huidige of referentiesituatie. Effect op de Waterbeweging Door de verdieping van voornamelijk de Nieuwe Maas kan het getij iets makkelijker het estuarium in- en uitlopen waardoor de getijprisma’s toenemen. De gemiddelde toename van de getijprisma’s is circa 1% met lokale maxima van 1,7% toename. Netto (gemiddeld over een cyclisch gemaakt getij) veranderen de debieten door de riviersecties vrijwel niet. Met de toename in getijvolumes nemen ook de stroomsnelheden in het gebied een beetje toe. Dieptegemiddeld zijn de verschillen erg klein (enkele cm’s per seconde, dus orde 1 %) maar lokaal komen er wel grotere verschillen voor. De stroomsnelheden aan de bodem nemen op sommige locaties toe met 10 cm/s. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de zouttong die in de verdiepte situatie iets makkelijker het estuarium binnen kan dringen. Omdat de verdieping in de eerste kilometers van de Nieuwe Waterweg beperkt is, is het effect op de zoutindringing en daarmee samenhangende stroomsnelheden, vanuit morfologisch oogpunt, nog relatief beperkt. De residuele stroomsnelheden nemen zowel aan het oppervlak als aan de bodem iets toe met 0,05 m/s. Met de toename van landgerichte bodemsnelheden wordt het morfologische systeem iets meer sediment importerend. Het omslagpunt tussen landgerichte- en zeewaarts gerichte residuele stroming aan de bodem verschuift met enkele honderden meters landwaarts op. Dit betekent dat het gebied waar in de referentiesituatie de grootste onderhoudsbehoefte aanwezig is ook iets opschuift. Door de verdieping neemt de wateruitwisseling tussen riviersectie en havenbekkens langs de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas met gemiddeld circa 10% toe. De toename is grotendeels veroorzaakt door een toename in de dichtheidsgedreven stroming en komt alleen voor in de havens waar de zouttong aanwezig is. Op de verder bovenstrooms gelegen havens (bijvoorbeeld de Eem- en Waalhaven) zijn de effecten op de wateruitwisseling aanzienlijk kleiner (maximaal enkele procenten). Effect op de morfologie Door de verdieping wordt het systeem iets meer sediment importerend, de transporten van zand vanaf zee de Nieuwe Waterweg op nemen met circa 5% (0-10%) toe, voornamelijk als gevolg van de toename van de oostelijk gerichte residuele stroming aan de bodem. Ook bovenstrooms van de verdieping nemen de transporten iets toe; op zowel de Nieuwe Maas als Oude Maas worden de zeewaarts gerichte zandtransporten maximaal 5% (0-10%)groter. Doordat de


ARCADIS

127


zandtransporten in het verdiepte deel van de Nieuwe Maas en Nieuwe Waterweg nabij km 1012-1009 vrij klein zijn en de zandtransporten daar iets afnemen zal de extra zand import vanaf Oude Maas en Nieuwe Maas direct lokaal tot een toename van de (zand-)onderhoudsbehoefte leiden. De verdieping zelf heeft een relatief groot effect op de aanvoer van fijn sediment (slib). Het transport van slib vanaf zee de Nieuwe waterweg op neemt toe met circa 10 á 15 procent als gevolg van de toename in residuele stroming en stratificatie in de monding. De concentraties slib aan de randen van het gebied (Noordzee en bovenstrooms van de verdieping) blijven vrijwel gelijk. Wel neemt de sedimentatie van slib toe op de Nieuwe Maas (circa 30%). De oorzaak hiervoor is de relatief grote verdieping in dit gebied (circa 15% van de waterdiepte) en de daarmee samenhangende afname in bodemschuifspanning hetgeen resulteert in een lager “opwoelend vermogen” van de waterbeweging. Ook de transporten van slib vanaf de riviersecties naar de afzonderlijke havenbekkens nemen toe. Voornaamste oorzaak hiervoor is de toename van de wateruitwisseling (in m 3/getij) alsmede de wijze waarop dit gebeurt (3D stroombeeld: boven- en onderstroom), waarbij dichtheidstromen bepalend zijn. De verdieping van zowel de ingang van de Botlekhaven als de ingangen van de 2 e en 3e Petroleum haven zorgen voor de grootste toename in wateruitwisseling (10-15%). Ook het iets verder landwaarts reiken van de zouttong onder verschillende rivieren getijomstandigheden, draagt bij aan een groter slibinvang in sommige van de havenbekkens (met name rondom de Botlek). Op basis van het zeer marginale effect van de verdieping op de getijslag zal de oppervlakte van het intergetijdegebied in de Rijn-Maasmonding niet of nauwelijks veranderen. Kansen op het ontstaan van erosiekuilen De aanwezige oeverprofielen in het plangebied zullen door vrijwel gelijkblijvende stroming en waterstanden niet wijzigen. Omdat het verschil in sediment mobiliteit tussen de verschillende aanwezige geologische lagen (Pakket I en III) relatief klein is, en omdat een groot deel van de Nieuwe Waterweg/ Nieuwe Maas een meer sedimenterend karakter zal krijgen na aanleg van de verdieping, is het onwaarschijnlijk dat er een plotselinge versnelling van de erosie plaatsvind wanneer Pakket I aan het oppervlak komt. Ook het aansnijden van eolische afzettingen (eolische rivierduinen) leidt niet tot een groot risico op het ontstaan van ontgrondingskuilen. Wanneer deze afzettingen worden aangesneden kan lokaal zand uitspoelen, maar het is niet waarschijnlijk op basis van de bestaande gegevens dat dit tot aanzienlijke en voor de veiligheid relevante verdiepingen leidt. Bovenstroomse effecten Naar verwachting zal het Verdiepingsalternatief leiden tot een kleine extra uitschuring van de bodemligging bovenstrooms. Volgens de beschouwde evenwichtsvergelijking tussen doorstroomoppervlak en getijprisma zal de evenwichtsbodemligging op de meest noordelijke sectie van de Oude Maas maximaal circa 8 (5-10) cm dalen. Meer oostelijk zal dit maximaal circa 4 (0-5) cm zijn. De snelheid waarmee de bodem naar deze evenwichtsligging zal gaan is sterk afhankelijk van de erodeerbaarheid van het bodemmateriaal. We verwachten dat dit orde jaren zal duren. Zoals eerder aangegeven dient deze bodemverlaging in perspectief te worden geplaatst met de huidige trend in bodemverlaging in het bovenstroomse gebied.

128

ARCADIS



Verder bovenstrooms, op de rivieren Merwede, Nederrijn en Lek zijn de effecten aanzienlijk (1 tot 2 ordes) kleiner. Naar verwachting zal de bodem zich op deze rivieren over een periode van circa 15 jaar maximaal 0,5 tot 1,0 mm aanpassen.

5.4.3

MORFOLOGISCHE EFFECTINSCHATTING TIJDSCHAAL 35 JAAR (2050)

In deze paragraaf wordt een doorkijk gegeven naar de te verwachten effecten van de verdieping op een tijdschaal van 35 jaar (2050). Op deze tijdschaal worden de relatieve effecten van huidige trends in bijvoorbeeld de zeespiegelstijging en bodemligging belangrijker. Op basis van de beschikbare KNMI en IPCC rapporten kunnen in 2050 de volgende effecten optreden: -

De zeespiegel stijgt met circa 2,4 mm per jaar (zie figuur 4.1) en zal bij een lineaire extrapolatie in 2050 ongeveer 8,4 cm boven de huidige waterstand zijn gestegen. Bij een exponentieel verloop kan afhankelijk van de gehanteerde aannames, een grotere absolute zeespiegelstijging optreden, bijvoorbeeld 30 cm in 2050 bij het Deltascenario WARM.

-

De rivierafvoeren zullen wat extremer worden met grotere verschillen; meer frequente hogere extreme afvoeren versus perioden met relatief lage afvoer;

-

Naar verwachting zal de huidige bovenstroomse bodemdaling op de Oude Maas en Spui tot stilstand zijn gekomen. Enerzijds doordat de bodem zijn nieuwe evenwichtsligging heeft bereikt, anderzijds door antropogene ingrepen (tegengaan erosiekuilen door middel van het meer vastleggen van de bodem

-

Naar verwachting zal de huidige neiging tot bodemuitschuring (zeezijde Nieuwe Waterweg) tot stilstand zijn gekomen. Voornamelijk doordat de bodem zijn nieuwe evenwichtsbodemligging zal hebben bereikt of via antropogene ingrepen waarbij de bodemligging wordt vastgehouden om zoutindringing tegen te gaan.

We verwachten voor de situatie 2050 geen noemenswaardig ander systeemgedrag dan voor de situatie 2025. Het grootste gedeelte van het gebied is sedimenterend waardoor de bodem de zeespiegelstijging naar verwachting zal volgen. Op locaties waar erosie voorkomt (o.a. Oude Maas en Spui) verwachten we een iets grotere getijbinnendringing (getijvolume) als gevolg van een iets ruimer doorstroomprofiel door zowel zeespiegelstijging als de iets lagere ligging van de bodem. Daarmee wordt het systeem nog iets meer sediment importerend en zullen de baggervolumes op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas iets groter kunnen worden. Op eroderende trajecten zal sprake zijn van versterking van erosietrends. In verhouding tot de huidige situatie zal deze toename naar verwachting klein zijn en bovendien ook plaatsvinden in de situatie zonder verdiepingsvariant. Naast zeespiegelstijging die naar verwachting voor een kleine verhoging van de onderhoudsvolumes zal zorgen, is het te verwachten dat op deze termijn de jaarlijkse variatie in onderhoudsinspanning toeneemt. Dit is het gevolg van het optreden van grotere fluctuaties in het voorkomen van extremen in rivierafvoer en de toename in de frequentie van voorkomen van stormen De prognose van bodemontwikkeling hangt in sterke mate samen met de manier waarop het gebied de komende jaren beheerd gaat worden. Voornamelijk de bodemligging op de Oude Maas en Spui zal naar verwachting door beheer beïnvloed gaan worden. Op het westelijk deel van de Oude Maas en in het Spui zijn de ontgrondingen zo groot dat de bodemligging proactief beheerd zal dienen te worden middels bijvoorbeeld sedimentbeheer (baggeren en storten), suppleties, aanpassingen in de breedte van de rivier of vastleggen van de bodem.


ARCADIS

129


Door deze afhankelijkheid is het zeer lastig om gerichte uitspraken te doen over hoe de bodem zich op zo’n lange termijn zal gaan ontwikkelen. Wel kan worden aangegeven dat de verdiepingsvariant zelf op de beschouwde termijn geen wezenlijke andere effecten teweeg zal brengen als wanneer deze niet zal worden aangelegd.

5.4.4

EFFECTEN OP BAGGERHOEVEELHEDEN

Gebaseerd op de verschillende toegepaste methoden om de effecten van de verdieping in kaart te brengen (data analyse, Delft3D, TSAND, Evenwichtsvergelijkingen), zijn de effecten op de onderhoudsbaggerhoeveelheden gekwantificeerd. Er is daarbij onderscheid gemaakt tussen sedimentatie van zand en sedimentatie van slib. TDS

In-situ

%zand+

%slib

Tonnen

volume

grind

[ton x 1000]

[m³ x 1000]

NWW km 1035.4-1023

30

NWW km 1023 - 1020 NWW km 1020 - 1013

Tonnen

Zand+grind

Slib

[%]

[%]

[ton x 1000]

[ton x 1000]

20

93

7

28

2

170

190

68

32

116

54

170

140

81

19

138

32

NM 1013 - 1009

180

210

62

38

112

68

NM km 1009 - 1004.5

140

160

62

38

87

53

Tabel 5.5: Sedimentatie van slib en zand op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas; verdeling naar slib- en zandfractie.

Sedimentatie van zand op de Nieuwe Waterweg In de huidige situatie wordt er jaarlijks ongeveer 280.000 (+/- 100.000) ton zand uit de Nieuwe Waterweg gebaggerd (zie paragraaf 2.4.5). Uit de berekende zandtransportcapaciteit blijkt als gevolg van de verdieping ten opzichte van de Referentiesituatie een kleine toename van de sedimentatie van zand in de Nieuwe Waterweg van circa 5% (zie paragraaf 5.3.1.1). Door een toename van het totale oppervlak dat na de verdieping onderhouden dient te worden (Figuur 4.5) is een extra (kleine) toename van de onderhoudsinspanning te verwachten. In totaal verwachten we een toename in baggeronderhoud van zand op de Nieuwe Waterweg van 5-15% ten opzichte van de Referentie situatie. Dit betekent een toename van circa 15.000 - 40.000 ton/jaar ten opzichte van de Referentie situatie. Daarbij wordt opgemerkt dat deze baggervolumes aanzienlijk groter kunnen worden indien de Nautisch Gegarandeerde Diepte (NGD) altijd en overal op NAP -16,3 m wordt gehandhaafd. In dat geval moeten ook zandgolven (zeer) regelmatig worden afgetopt en weggebaggerd. Dit effect is hieronder niet verder meegenomen, omdat we veronderstellen dat het NGD in de praktijk iets boven de NAP -16,3 m zal komen te liggen. Sedimentatie van zand op de Nieuwe Maas Op de Nieuwe Maas wordt er jaarlijks ongeveer 200.000 (+/- 100.000) ton zand gebaggerd. Dit zand is afkomstig van zowel de Nieuwe Maas (bovenstrooms) als Oude Maas. In beide gevallen neemt volgens de berekeningen de zandtoevoer en daarmee de sedimentatie met circa 5% toe (zie paragraaf 5.3.1.2). Omdat

130

ARCADIS



in de huidige situatie vrijwel al het aangevoerde zand wordt gebaggerd verwachten we een toename van het onderhoudsbaggervolume met circa 5% ten opzichte van de Referentie situatie. Op de Nieuwe Maas is de toename van laterale zandtransporten (dwars op de geul-as) door bochteffecten zeer klein, waardoor die bijdrage aan een grotere onderhoudsinspanning marginaal is. Tenslotte is de toename van het te onderhouden bodemoppervlak beperkt, zodat in tegenstelling tot de Nieuwe Waterweg dit geen bijdrage levert aan een grotere onderhoudsinspanning. In totaal verwachten we een toename in baggeronderhoud van zand op de Nieuwe Maas van 0-10% ten opzichte van de Referentie situatie. Dit betekent een toename van circa 0 - 20.000 ton/jaar ten opzichte van de Referentie situatie. Sedimentatie van slib op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas Naast zand wordt er in de huidige situatie jaarlijks ook ongeveer 210.000 (+/- 100.000) ton slib uit de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas gebaggerd (zie paragraaf 2.4.5). Dit slib is voornamelijk afkomstig uit de bocht bij Maassluis en de riviersecties op de Nieuwe Maas. Door de verdieping op de Nieuwe Maas (waterdiepte neemt met circa 15% toe) nemen de stroomsnelheden en bodemschuifspanningen af en kan meer slib zich op de bodem afzetten. Het numerieke Delft3D slib model berekent als gevolg hiervan een toename van sedimentatie van slib met circa 35% (zie paragraaf 5.3.2). Dit lijkt een hoog percentage maar op de Nieuwe Maas zijn de veranderingen in waterbeweging en dichtheidsverschillen het grootst. In totaal verwachten we dat de toename in baggeronderhoud van slib op de Nieuwe Maas van 25-40% ten opzichte van de Referentie situatie. Dit betekent een toename van circa 50.000 - 80.000 ton/jaar ten opzichte van de Referentie situatie. Sedimentatie van slib in de aangrenzende havenbekkens In de huidige situatie wordt er voor ongeveer 1.130.000 ton aan sediment uit de havenbekkens aanliggend aan de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas gebaggerd (zie paragraaf 5.3.2.2). Daarvan is het grootste deel slib (circa 680.000 ton). De uitgevoerde 1DV slibtransportberekeningen berekenen als gevolg van de verdieping een toename van de aanslibbing in de haven van 11% tot 18%. Uit gevoeligheidsberekeningen blijkt dat dit iets lager of iets hoger kan zijn bij meer extreme condities van getij- dan wel rivierdominantie. Gebaseerd op deze berekeningen verwachten we een toename van slibsedimentatie van circa 10-20% in de aangrenzende havenbekkens ten opzichte van de Referentie situatie. Dit betekent een toename van circa 50.000 - 90.000 ton/jaar ten opzichte van de Referentie situatie. In de huidige situatie bestaat het materiaal dat wordt gebaggerd uit de havens niet alleen uit slib maar zijn er soms (voornamelijk bij de ingang naar de havens) ook vrij hoge percentages zand in de onderhoudsspecie aanwezig. We verwachten dat de toename van de sedimentatie in de havenbekkens voornamelijk uit slib zal bestaan en dat de toename in sedimentatie van zand in de havenbekkens beperkt zal zijn. In deze studie hebben we een toename van de zandtransporten de havens in van 5% (0-10%) aangehouden, gelijk aan de te verwachten toename van de zandtransporten op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas.


ARCADIS

131


Toename totale baggeronderhoud Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas Bovengenoemde verwachte toename van de onderhoudsvolumes zijn samengevat in tabel 5.6 en tabel 5.7. In totaal verwachten we dat door de aanleg van het Verdiepingsalternatief het onderhoud op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas met circa 10-20% toe zal gaan nemen.

Materiaal

Locatie

KM

Gemiddeld huidig

Toename

onderhoud (TDS)

onderhoud

Toename onderhoud

Toekomstig

[ton x1000 /jr]

[%]

[ton x1000/jr]

[ton x1000 /jr]

onderhoud

Zand

Nieuwe Waterweg

1035-1012

280 (+/- 100)

5-15

15 - 40

300 – 320

Zand

Nieuwe Maas

1012-1005

200 (+/- 100)

0-10

0 – 20

200 – 220

Slib

Nieuwe Waterweg + Nieuwe Maas

1012-1035

210 (+/- 100)

25-40

50 - 80

260 – 290

Zand

Havenbekkens langs NWW/NM

450 (+/- 200)

0-10

0 – 45

450 – 500

Slib

Havenbekkens langs NWW / NM

670 (+/- 200)

10-20

65 - 130

735 – 800

Tabel 5.6: Jaargemiddelde huidige- en in de toekomst verwachtte onderhoudsvolumes slib en zand (tonnen droge stof) op de verschillende locaties

Materiaal

Gemiddeld huidig onderhoud

Toekomstig toename in onderhoud

Toename onderhoud

(tonnen droge stof)

(tonnen droge stof)

[%]

[ton x1000 /jr]

[ton x1000 /jr]

Zand

930 (+/- 400)

15 - 105

2 – 11

Slib

780 (+/- 300)

115 - 210

15 – 27

Totaal

1710 (+/- 600)

130 - 315

8 – 18

Tabel 5.7: Totale huidige en in de toekomst verwachtte jaargemiddelde onderhoudsvolumes slib en zand (tonnen droge stof)

Gedurende de aanleg van het verdiepingsalternatief zal de toename in onderhoud nog iets groter zijn. Door het gedeeltelijk (5%) terugstromen van verspreidde verdiepingsspecie nemen de concentraties zwevend stof nabij de ingang met enkele procenten toe (zie ook ARCADIS/ RHDHV, 2015). Naar verwachting zal het onderhoud gedurende de aanleg van het verdiepingsalternatief en het eerste jaar na aanleg met circa 20% toenemen en zal deze toename in de loop van de tijd wat afnemen richting een verhoging van circa 15%.

5.4.5

ONZEKERHEDEN EN NAUWKEURIGHEIDSBANDBREEDTE

In morfologische verwachtingen bestaan vele onzekerheden. Een aantal onzekerheden komen voort uit het gebruikte modelinstrumentarium en de mate waarin de modellen in staat zijn de werkelijkheid na te bootsen. De onderliggende fysische processen die onderzocht en gekwantificeerd moeten worden, zijn complex. Op dit moment bestaat er geen numeriek model dat in staat is om deze processen volledig en aaneengesloten te reproduceren. Om toch een zo goed mogelijke inschatting te kunnen maken van de verschillende belangrijke effecten (op de morfologie, op de bovenstroomse bodemligging, op de aanzanding en aanslibbing) zijn voor verschillende effecten verschillende modellen ingezet die elk specifiek opgezet zijn om de onderliggende vraag zo goed mogelijk te beantwoorden. Echter, modellen blijven een gesimplificeerde en geschematiseerde beschrijving van de werkelijkheid van complexe natuurlijke systemen. Omdat het hier een om een gesimplificeerde beschrijving van de werkelijkheid gaat kan nooit verwacht worden dat het resultaat precies hetzelfde is als in het natuurlijke

132

ARCADIS



systeem, dat wil zeggen, de resultaten kennen altijd een bepaalde onzekerheid (Lek, 2004). Deze onzekerheden worden veroorzaakt door de volgende factoren: 

Het ontbreken van exacte kennis over de werking van processen (bijvoorbeeld stratificatie), met als gevolg dat het model onvolledige of verkeerd geformuleerde processen bevat.



Parameter variabiliteit: de geschatte parameters kennen ieder een eigen betrouwbaarheid.



Fouten in metingen ten gevolge van bijvoorbeeld fouten in de bemonstering, meetfouten, fouten in schattingen

Dit laatste punt is te relateren aan de nauwkeurigheid van metingen, bijvoorbeeld hoe goed we in staat zijn om de concentraties zwevend stof in de waterkolom te meten en hoe goed we zand en slib uit elkaar kunnen halen. Het blijkt tot op heden nog altijd lastig om gebaggerde beunvolumes nauwkeurig om te rekenen naar tonnen droge stof en visa versa. Ook door de grilligheid en veranderlijkheid van het klimaat ontstaan variaties in de hydrodynamische en morfodynamische omstandigheden. Onder andere door variaties in deze omstandigheden kunnen de baggervolumes van jaar tot jaar soms met een factor 2 variëren, zie als voorbeeld Figuur 2.25 of Tabel 2.5 De onzekerheden in absolute getallen (bijvoorbeeld afschatting jaarlijks onderhoud) zijn veel groter dan de relatieve onzekerheden (bijvoorbeeld effecten van de verdieping op dit onderhoud) waarin de gemaakte fout vaak een orde kleiner is. Dit laatste komt voornamelijk doordat de gemaakte (model)fouten bij de absolute afschatting in de relatieve beschouwing deels door elkaar gecompenseerd worden. Voor de vergunningverlening (en dus voor de MER) is het daarom belangrijk te werken met bandbreedtes in effectbepaling. Hoewel daarmee een onzekerheid in de beantwoording wordt geïntroduceerd, wordt wel een schijnzekerheid voorkomen en verkrijgt de vergunningverlener inzicht in worst case scenario’s. Er zijn gevoeligheidsberekeningen met de sedimenttransportmodellen uitgevoerd om de bandbreedte te kunnen afschatten, waarbij de maatgevende inputparameters binnen redelijke (geschatte) waarden zijn gevarieerd.


ARCADIS

133


6 6.1

Conclusies en aanbevelingen

CONCLUSIES

Effecten op de waterbeweging De effecten van de verdieping op de waterbeweging in de Rijn-Maasmonding zijn klein tot zeer klein. Het grootste effect van de verdieping is terug te vinden in een toename van de landgerichte (en afname van de zeewaarts gerichte) stroomsnelheden aan de bodem in de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Effecten op het morfologische gedrag en sedimentatie Door het beperkte effect van de verdieping op de waterbeweging is het effect op de morfologie ook relatief klein. Wel zal het systeem na de verdieping iets meer sediment importerend willen worden en zullen daarmee de onderhoudsvolumes iets toenemen. In totaal verwachten we dat de onderhoudsvolumes van slib en zand op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas met circa 10-20% zullen toenemen. Gedurende de aanleg van het verdiepingsalternatief zal de toename in onderhoud iets groter zijn dan wanneer het alternatief is aangelegd. Door het gedeeltelijk terugstromen van verspreidde verdiepingsspecie zal naar verwachting het onderhoud gedurende de aanleg van het verdiepingsalternatief en het eerste jaar na aanleg met circa 20% toenemen en zal deze toename in de loop van de tijd wat afnemen richting een verhoging van circa 15%. Kansen op het ontstaan van ontgrondingskuilen Er bestaat geen grote kans op het ontstaan van ontgrondingskuilen op de Nieuwe Waterweg en Nieuwe Maas. Voornaamste reden is dat de dieper gelegen zandlaag (pakket I) bestaat uit sediment met ongeveer gelijke sedimentkarakteristieken als de laag die momenteel aan het oppervlak ligt (Pakket III). Er wordt dan ook niet verwacht dat indien pakket I wordt aangesneden er zich in een kort tijdsbestek een diepe kuil kan ontwikkelen. Bovenstroomse morfologische effecten De bovenstroomse effecten van de verdieping zijn klein. Door een kleine toename van de getijprisma’s bovenstrooms (maximaal circa 1%) is er een kleine toename in transporten te verwachten en op langere termijn een kleine verlaging van de evenwichtsbodemligging van circa 5-10 cm aan de westzijde van de Oude Maas tot ca. 0-5 cm aan de oostzijde. Deze bodemverlaging is zeer klein wanneer deze wordt afgezet tegen de momenteel nog steeds aanwezige trend in bodemverlaging na afsluiting van het Haringvliet en Volkerak waar bodemverlagingen in de orde van decimeters tot meters zijn voorgekomen op de Oude Maas en Spui en ook voor de komende decennia worden voorspeld. Wel werkt de bodemverlaging cumulerend bovenop de reeds bestaande trend in bodemverlaging.

134

ARCADIS



Juist bovenstrooms van de verdieping in de Nieuwe Maas, nabij de Beneluxtunnel waar het Verdiepingsalternatief overgaat in de huidige bodemligging wordt door de verdieping geen grote erosie verwacht. De bodem in dit gebied heeft in de huidige situatie de neiging om te willen stijgen als gevolg van sedimentatie. In de verdiepte situatie neemt de sedimentatie iets af maar de trend blijft stijgend.

6.2

AANBEVELINGEN

Ondanks dat we verwachten dat de kans op het ontstaan van ontgrondingskuilen klein is wordt aanbevolen om na aanleg van de verdieping dit te monitoren door het regelmatig uitvoeren van dieptemetingen. Deze dienen voornamelijk uitgevoerd te worden na het optreden van hoge rivierafvoeren en specifiek op de locaties waar eolische zandafzettingen aan de oppervlakte worden verwacht (figuur 5.24). Ook bovenstrooms van de verdieping, nabij de Beneluxtunnel waar de verdieping over gaat in de huidige bodemligging wordt aanbevolen om de bodemligging regelmatig te monitoren middels het uitvoeren van een dieptemeting. Mocht de gronddekking op de Beneluxtunnel toch lokaal in de tijd iets afnemen dan kan middels het afdekken met grof zand of grind deze dekking weer tijdig worden teruggebracht.

6.3

LEEMTEN IN KENNIS

Op dit moment is er voor de Rijn-Maasmonding geen goed gevalideerd morfologische model dat de korteen lange-termijn ontwikkeling goed kan simuleren. Er wordt aanbevolen om de komende jaren te investeren in een goed modelinstumentarium die naast de waterbeweging (NSC-model) ook de morfologische effecten van ingrepen op een relatief snelle manier kan identificeren en kwantificeren. Daarbij wordt geadviseerd om niet één model op te zetten maar verschillende specifieke modellen die elk hun eigen toepassingsgebied kennen. Eén van die modellen kan dan bijvoorbeeld inzicht geven in de huidige trend in bodemdaling op o.a. de Oude Maas en Spui en welke maatregelen het beste genomen kunnen worden om deze autonome bodemdaling tegen te gaan.


ARCADIS

135


Referenties Bijlsma (2011) L. Bijlsma., 2011. Waterhuishouding en waterverdeling in Nederland. ministerie van Infrastructuur en Milieu. Directoraat-Generaal Water en Rijkswaterstaat, Waterdienst. februari 2011 | wd0111vv007a De Kok (2000) De Kok, J.M. - Slibtransport rond de Maasmond. Resultaten van het Siltman onderzoek. RIKZ-rapport 2000.027. De Nijs (2012) M.A.J. de Nijs, 2012. On sedimentation processes in a stratified estuarine system. Proefschrift TU delft. ISBN: 978-94-6191-562-7 De Ronde (2009) J.G. de Ronde, J.J. van der Werf, A. Giardino, S. van Heteren, J.M. de Kok. 2009. Verkenning Capaciteit Maasgeul. Deltares voor Rijkswaterstaat waterdienst. 1200725-000 De Wit et al. (2007) M de Wit, H Buiteveld, W van Deursen. 2007. Klimaatverandering en de afvoer van Rijn en Maas RIZA memo: WRR/2007-006 Eysink (1989) Eysink, W.D.,1989. Sedimentation in harbour basins. Small density differences may cause serious effects. 9th International Harbour Congress, Antwerp, Belgium Fugro Ingenieursbureau (2002) Fugro Ingenieursbureau, 2002. Laboratoriumresultaten betreffende morfologisch modelleren (datarapport). opdrachtnummer H-4086. Havenbedrijf Rotterdam & Royal Haskoning (2007) Milieueffectrapport Aanleg Maasvlakte 2. Havenbedrijf Rotterdam & Royal Haskoning, Rapport 9R7008.A1/R011/MVZ/IBA/Rott1, 5 april 2007. Hiddema et al. (2014) P.W. Hiddema, J.L.M. van Leeuwen, M.F.G. van Zonneveld, J.W. Zwakhals,2014. Van Steenoever tot leefoever in Rotterdam. Project De Groene Poort, Rotterdam. Land+Water nr. 10 - oktober 2014 Hydrometeobundel Havenbedrijf Rotterdam (2012) Havenbedrijf Rotterdam, 2012. Hydrometeobundel 2012, nr 4. 1e druk, december 2012 Kranenburg ( 2015) W.M.Kranenburg, 2015. Evaluatie van het OSR-model voor zoutindringing in de Rijn-Maasmonding (II). Onderdeel KPP B&O Waterkwaliteitsmodelschematisaties 2015. Deltares rapport 1220070-000 Kreischer (2014) M. Kreischer, 2014. Gemeemtewerken Rotterdam. Verdieping Nieuwe Waterweg. rapportage veldwerk en laboratoriumonderzoek. Kenmerk MVJ14118-1. Datum 05-12-2014

136

ARCADIS



Kuijper & Van der Kaaij (2009) C. Kuijper, T. v.d. Kaaij, 2009. Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas. Fase 1: Voorstudie naar de effecten op de zoutindringing. Deltares rapport 1002366-001. Kuijper & Van Rijn (2011) K. Kuijper, L.C.Van Rijn, 2011. Analytical and numerical analysis of tides and salinities in estuaries; part II: salinity distributions in prismatic and convergent tidal channels. Ocean Dynamics (2011) 61:1743-1765 DOI 10.1007/s10236-011-0454-z Langedoen (1992) Langedoen, E.J., 1992. Flow patterns and transports of dissolved matter in tidal harbours. Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands. Martinius & Van den Berg (2011) Atlas of sedimentary structures in estuarine and tidally-influenced river deposits of the Rhine-MeuseScheldt system: Their applica-tion to the interpretation of analogous outcrop and subsurface depositional systems. EAGE publications, Houten: 298 pp. Meijers en Icke (2006) E. Meijers en J. Icke (2006). Zwevend stof in de Rijn-Maasmonding. Deltares rapport Q4201. RIZA (2007) M. de Wit, H. Buiteveld, W. van Deursen. 2007. Klimaatverandering en de afvoer van Rijn en Maas RIZA memo: WRR/2007-006 Roelvink en Aarninkhof (2007) Roelvink, J.A. & S.G.J. Aarninkhof (2007), Onderbouwend onderzoek MER Maasvlakte-2.Onderdeel Morfologie. Update van oktober 2005. Rapport Z3959. WL Delft, Nederland, 101 pp. Sieben (2008) Sieben, J. (2008). Taal van de rivierbodem. Parameters voor morfodynamiek in rivieren. Waterdienst rapport nr WD 2008-049 Sloff et al. (2011) C.J. Sloff, G.A. van den Ham, E. Stouthamer, J.W. van Zetten, 2011.Beheer bodemligging in Spui, Oude Maas en Noord. Deltares rapport 1203316-000 Sloff & Erdbrink (2008) C.J. Sloff, C. Erdbrink. 2008. Onderzoek Morfologie Rijn, Maas en Benedenrivieren. Bezinning op slib. Rapport Q4400. Februari 2008 Snippen et al. (2005) E. Snippen, A. Fioole, H. Geelen, A. Kamsteeg, A. van Spijk, T. Visser, 2005. Sediment in (be)weging. Sedimentbalans Rijn-Maasmonding periode 1990-2000. Uitgegeven door RWS-RIZA, Afdeling WRE Suijlen & Duin (2002) Suijlen, J.M. and R.N.M.Duin, (2002). Atlas of near-surface total suspended matter concentrations in the Dutch coastal zone of the North sea. Report RIKZ/2002.059 Stouthamer & de Haas (2011)


ARCADIS

137


E. Stouthamer, T. de Haas, 2011. Erodibiliteit en risico op zettingsvloeiing als maat voor stabiliteit van oevers, onderwatertaluds en rivierbodems van de Noord, de Oude Maas en het Spui. Departement Fysische Geografie. Faculteit Geowetenschappen, Universiteit Utrecht Tauw (2015) Resultaten monstercampagne middels boringen in de Rotterdamse havens en vaarwegen 2015. Havenbedrijf Rotterdam N.V. en RWS Dienst Zuid-Holland. Thoolen et al. (2001) Thoolen P.M.C, L.M. Merckelbach, T. van Kessel (2001). Effects of land reclamation Maasvlakte-2 on silt transport and siltation. Phase 2: Large scale effects along the Dutch coast and in the Wadden Sea. WL | Delft Hydraulics report Z2874.20. Van Bruchem & Goosens (2015a) R. van Bruchem, M Goosens, 2015. Monstercampagne Rotterdam 2014. Verkennend onderzoek waterbodem NEN5720. Deelrapport beheergebied Havenbedrijf Rotterdam. Rapport BD4537 Van Bruchem & Goosens (2015b) R. van Bruchem, M Goosens, 2015. Monstercampagne Rotterdam 2014. Verkennend onderzoek waterbodem NEN5720. Deelrapport beheergebied Rijkswaterstaat West-Nederland Zuid. Rapport BD4537 Van den Berg (2014) R&D verdieping Nieuwe Waterweg: Commentaar bij Deltares rapport “Effect verdieping Nieuwe Waterweg op vaargeulonderhoud”. Commissie voor de Milieueffectrapportage, Memo met kenmerk 299120 Van Dijk (2014) T.A.G.P. van Dijk, T.Vermaas, M.P. Hijma, 2014. KPP Onderzoek Bodemdynamiek 2014. Effect van baggeren op bodemdynamiek locatie Maasgeul & Pilot koppeling Kust en Zee. Van der Kaaij et al (2010) T. v.d. Kaaij, H.F.P. van den Boogaard, C. Kuijper, C.J.Sloff, J.W. van Zetten, 2010. Herstel van de "trapjeslijn" in de Nieuwe Waterweg en de Nieuwe Maas. Fase 2: Vervolgstudie naar de effecten op de zoutindringing. Deltares rapport 1002366-000. Van der Mark (2015) R. van der Mark. 2015. Verdieping Nieuwe Waterweg tot 16,3m-NAP: deskundigenoordeel bovenstrooms effect. Deltares rapport 1210587-002 Van der Werf (2015) J.J. van der Werf, 2015. Memo beschrijving morfologisch model Nieuwe Waterweg. 26 september 2014. Van der Werf (2014) J.J. van der Werf, 2015. Memo beschrijving Effect verdieping Nieuwe Waterweg op de stroomsnelheden in de Voordelta. 1 augustus 2014 Van der Werf et al. (2015) J.J. van der Werf , C.F. van der Mark, T. van Kessel, Y. Huismans. 2015. Effect verdieping Nieuwe Waterweg tot -16.3 m NAP op vaargeulonderhoud Verkenning. Deltares rapport 1210587-001. Van Ledden et al. (2007)

138

ARCADIS



M. van Ledden, C.O.G. van Haselen, W. de Jong, 2007. Milieueffectrapport Aanleg Maasvlakte 2, Bijlage Kust en Zee. Havenbedrijf Rotterdam N.V. Projectorganisatie Maasvlakte 2. Referentie 9P7008.A5/KustenZee/R005/MVLED/Nijm Van Leeuwen (2014) B. van Leeuwen, 2014. Effectbepaling verdieping Nieuwe Waterweg tot NAP-16,3m. Op basis van TRIWAQ simulaties OSR model. 19 september 2014, referentie: 1712/U14253/C/BvL Van Rijn (1980) L.C. van Rijn., 1980. Methods for in-situ separation of water and sediment. Delft Hydraulics Laboratory. Report S404-II, Delft. Van Rijn (2007) Rijn, L. v. (2007). Unified View of Sediment Transport by Currents and Waves. I: Initiation of Motion, Bed Roughness, and Bed-Load Transport. Van Rijn (1984a) Van Rijn, L. C. (1984a). "Sediment Transport, Part I: Bed Load Transport" Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 110(10), 1431-1456. Van Rijn (1984b) Van Rijn, L. C. (1984b). "Sediment Transport, Part II: Suspended Load Transport" Journal of Hydraulic Engineering, ASE, 110(11), 1613-1641. Van Rijn (2007a) Van Rijn, L.C., 2007. Unified View of Sediment Transport by Currents and Waves. II: Suspended Transport. Journal of Hydraulic Engineering 133, 668–689. Van Rijn (2007b) Van Rijn, L.C., 2007. Unified View of Sediment Transport by Currents and Waves. I: Initiation of Motion, Bed Roughness, and Bed-Load Transport. Journal of Hydraulic Engineering 133, 649–667. Van Rijn (2007c) Van Rijn, L.C., 2007. Unified View of Sediment Transport by Currents and Waves. III: Graded Beds. Journal of Hydraulic Engineering 133, 761–775. Van Rijn (2011) L.C.Van Rijn, 2011. Analytical and numerical analysis of tides and salinities in estuaries; part I: tidal wave propagation in convergent estuaries. Ocean Dynamics (2011) 61:1719-1741 DOI 10.1007/s10236-011-0453-0 Van Rijn et al. (2007) Van Rijn, L.C., Walstra, D.J.R., Van Ormondt, M., 2007. Unified View of Sediment Transport by Currents and Waves. IV: Application of Morphodynamic Model. Journal of Hydraulic Engineering 133, 776–793. Van Spijk (2009) A. van Spijk, 2009.. Restdebieten Rijn-Maasmonding berekend met SOBEK Van Tongeren (2014) O.F.R Van Tongeren, 2014. Meetrapportage meetcampagne Scheur Nieuwe Waterweg 14 juli 2014


ARCADIS

139


Vos & Cohen, 2014 Vos, P.C. & K.M. Cohen, 2014. Hoofdstuk 3. Landschapsgenese en Paleogeografie. In: Moree, J.M. & M.M. Sier (eds.). Twintig meter diep! Mesolithische bewoning in de Yangtzehaven-Maasvlakte te Rotterdam. Landschapsontwikkeling en bewoning in het Vroeg Holoceen. BOORrapporten 523, pp. 59-145. Wensveen (2004) Wensveen M. (2004), Kwaliteit Onderhoudsbaggerspecie, Resultaten Monstercampagne Rotterdamse havens en vaarwegen, Havenbedrijf Rotterdam Wensveen & Mol (2008) Wensveen, M. en Mol, J. (2008). Kwaliteit onderhoudsbaggerspecie. Resultaten monstercampagne Rotterdamse havens en vaarwegen 2008. Havenbedrijf Rotterdam N.V. en RWS Dienst Zuid-Holland. Wiersma en Hijma (2015) A.Wiersma en M. Hijma, 2015. Ondergrondopbouw van de Nieuwe Waterweg – Deltares rapport 1210219001-BGS-0001. February 2015

140

ARCADIS




ARCADIS

141


Bijlage 1

Nadere beschouwing stromingsmodel

Bijlage A.1 Afleiding bovenstroomse randvoorwaarden NSC-model Bijlage A.2 Afleiding benedenstroomse randvoorwaarden NSC model Bijlage A.3 Aanvullende figuren van de waterbeweging

142

ARCADIS



Bijlage 1.1

Afleiding bovenstroomse randvoorwaarden

Bovenstroomse randvoorwaarden Nieuwe Waterweg Het hydrodynamische-morfodynamische vraagstuk ten aanzien van de Nieuwe Waterweg behoeft randvoorwaarden. Hier wordt ingegaan op de bovenstroomse waterafvoeren. Het Zeedeltamodel wordt bovenstrooms aangestuurd door een drietal waterafvoeren: (1) Lek te Hagestein, (2) Waal te Tiel en (3) Maas te Lith. Op deze locaties zijn ook meetgegevens van Rijkswaterstaat beschikbaar (live.waterbase.nl). Dit betreft debieten die berekend zijn met behulp van verscheidene methoden, waaronder afvoerwaterstand relaties en waterbewegingsmodellen. Het Havenmodel genereert randvoorwaarden voor het zogeheten Nautisch Service Centrum (NSC) model dat in het Zeedeltamodel is genest. In principe bepaalt het Zeedeltamodel dus zelf de verdeling van afvoer over de verschillende riviertakken in benedenstroomse richting (Nieuwe Waterweg incluis), op basis van genoemde bovenstroomse afvoeren en de benedenstroomse getij condities. Het is van belang om na te gaan of uit beschikbare meetgegevens relaties kunnen worden afgeleid tussen de waterafvoer door de Nieuwe Waterweg en bovenstroomse afvoeren. Hiermee kan dan immers een maatgevende afvoer door de Nieuwe Waterweg worden vertaald naar bovenstroomse afvoeren. We hebben daartoe voor een aantal stations beschikbare afvoergegevens verzameld. Figuur A1. 1 toont afvoer tijdseries voor bovengenoemde stations. Deze dagelijkse afvoeren zijn afgeleid uit afvoerkrommes. De getoonde statistische parameters hebben betrekking op de periode 1 maart 1996 tot 31 december 2007. Voor deze periode is data voor alle stations beschikbaar. Er wordt opgemerkt dat mogelijke faseverschillen gerelateerd aan de propagatie van een afvoergolf niet zijn beschouwd, hoewel verwacht kan worden dat deze hier niet sterk zichtbaar zullen zijn gezien de dagelijkse resolutie van de data.


ARCADIS

143


Figuur A1. 1 Afvoerdata voor de Lek te Hagestein, de Waal te Tiel en de Maas te Lith

Figuur A1. 2 toont de relatie tussen de afvoeren te Lobith en de optelsom van de afvoeren door de Lek en Waal. Uit de lineaire fit volgt dat ruim een 1/9 van de afvoer te Lobith de Lek te Hagestein en Waal te Tiel niet bereikt. Dit percentage betreft hoofdzakelijk de afvoer die door de IJssel gaat.

Figuur A1. 2 Afvoer te Lobith versus afvoer te Lek + afvoer te Waal. De lineaire fit heeft een richtingscoefficiënt van 1.164.

144

ARCADIS



Figuur A1. 3 toont een dagelijkse afvoer tijdserie voor de Nieuwe Waterweg te Maassluis vanaf juni 1995 (de tijdreeks loopt nog verder terug, hetgeen hier niet wordt getoond). In de ruwe data is aangegeven dat deze afvoeren zijn gebaseerd op een verdeelsleutel voor de rivier splitsingen. Opvallend is het voorkomen van negatieve afvoerwaarden. Deze zijn gerelateerd aan debieten die stroomopwaarts zijn georiënteerd tijdens stormen. Tevens zijn kleinere negatieve dagelijkse debietwaarden wellicht het gevolg van het niet precies middelen over een getijperiode, hetgeen het vaststellen van relaties tussen bovenstroomse rivierafvoeren en rivier gedreven afvoer door de Nieuwe Waterweg bemoeilijkt.

Figuur A1. 3 Afvoerdata voor de Nieuwe Waterweg te Maassluis.

De waterafvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis wordt bepaald door de afvoer vanuit genoemde Lek, Waal en Maas, alsmede door de Haringvlietsluizen. De Haringvlietsluizen worden geopend tijdens hoge rivierafvoeren (veiligheid tegen overstromingen) en worden gesloten tijdens lage rivierafvoeren (bevaarbaarheid en tegengaan van zoutintrusie). Figuur A1. 4 toont een afvoer tijdserie door de Haringvlietsluizen.


ARCADIS

145


Figuur A1. 4 Afvoerdata voor de Haringvlietsluizen.

Figuur A1. 5 toont een overzicht van de totale benedenstroomse afvoer (Maasmond + Haringvlietsluizen) versus de totale bovenstroomse afvoer (Lek, Waal en Maas), zodat een indruk kan worden verkregen van de waterbalans van het drainagesysteem waarvan de Nieuwe Waterweg onderdeel uitmaakt (Rijn-Maas delta). De getoonde periode is beperkt tot 3 jaar, omdat data voor de Maasmond beschikbaar is vanaf 2005, terwijl data voor de Maas te Lith beschikbaar is tot 31 december 2007.

Figuur A1. 5 Relatie tussen benedenstroomse afvoer en bovenstroomse afvoer.

Voor Maassluis is data beschikbaar voor een langere periode. Figuur A1. 6 toont derhalve dezelfde plot als Figuur A1. 5, maar met afvoeren te Maassluis in plaats van afvoeren te Maasmond, waarbij wordt

146

ARCADIS



opgemerkt dat de afvoer door de Maasmond ook een deel van de waterafvoer door het Hartelkanaal bevat.

Figuur A1. 6 Idem Figuur A1. 5, maar met data te Maassluis in plaats van Maasmond.

Op basis van Figuur A1. 5 en Figuur A1. 6 kan worden geconcludeerd dat de waterbalans voor de Nieuwe Waterweg hoofdzakelijk bestaat uit wat er via de Lek, Waal en Maas wordt aangevoerd en wat er via de Nieuwe Waterweg en Haringvlietsluizen wordt afgevoerd. Overige bronnen en onttrekkingen lijken van secundair belang (e.g., debieten door Volkerak sluizen, Hollandsche IJssel, waterwinning, verdamping) voor de grootschalige waterbalans, ofschoon de data een forse spreiding toont. Het verschil tussen afvoeren te Maassluis en Maasmond geeft een indruk van de orde van grootte van de afvoer door het Hartelkanaal. Dit wordt getoond in Figuur A1. 7. Hieruit blijkt dat de waterafvoer door het Hartelkanaal voor de gegeven periode gemiddeld 163.6 ± 190 m 3/s bedraagt.

Figuur A1. 7 Waterafvoer door het Hartelkanaal versus afvoer door bovenstroomse riviertakken.


ARCADIS

147


Op basis van de afvoer tijdseries kan voor elk station de cumulatieve kans van voorkomen worden berekend. Hiertoe wordt de data gebind, waarbij steeds een vergelijkbaar aantal bins wordt gebruikt, omdat immers het aantal datapunten gelijk is voor de verschillende stations (dezelfde periode). Dit wordt getoond in Figuur A1. 8. Op basis van deze verdeling kan een 50%-afvoer Nieuwe Waterweg (Maassluis) worden bepaald (aangegeven met rode gestippelde lijn), alsmede de bijbehorende waarden voor de bovenstroomse afvoeren door de Lek, Waal en Maas. Eveneens kunnen op basis van Figuur A1. 8 andere percentielen worden bepaald. Een aantal daarvan is opgenomen in Tabel A1. 1 Afvoer-percentielen voor de Nieuwe Waterweg te Maassluis en bovenstroomse afvoeren. .

Qpercentiel Q5 Q10 Q20 Q25 Q30 Q40 Q50 Q60 Q70 Q75 Q80 Q90 Q95

Maassluis [m3/s] 490 710 930 1030 1090 1210 1350 1470 1610 1690 1790 2090 2350

Haringvlietsluizen [m3/s] 12.5 12.5 37.5 37.5 62.5 87.5 237.5 437.5 712.5 862.5 1087.5 1937.5 2812.5

Lek [m3/s] 3.0 3.0 15 33 63 171 279 357 435 477 525 687 843

Waal [m3/s] 870 970 1130 1190 1230 1310 1410 1550 1710 1830 1970 2550 3110

Maas [m3/s] 47.5 62.5 92.5 107.5 122.5 157.5 197.5 257.5 337.5 397.5 477.5 707.5 912.5

Lobith [m3/s] 1016.2 1132.6 1332.8 1423.6 1505.1 1723.9 1966.0 2219.7 2496.8 2685.3 2904.2 3767.9 4601.3

Tabel A1. 1 Afvoer-percentielen voor de Nieuwe Waterweg te Maassluis en bovenstroomse afvoeren.

148

ARCADIS



Figuur A1. 8 Cumulatieve kansverdeling gebaseerd op afvoergegevens voor de periode 1 maart 1996 tot 31 december 2007.

Figuur A1. 9, Figuur A1. 10 en Figuur A1. 11 geven een overzicht van de relatie tussen enerzijds de afvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis en anderzijds respectievelijk de afvoer door de Lek, Waal en Maas (symbolen in groen, blauw, rood komen overseen met respectievelijk Q10, Q50, Q90 afvoeren). Deze afvoeren worden gebruikt om het Zeedelta model aan te sturen, in combinatie met een drietal getijcondities (gemiddeld tij, springtij, doodtij).

Figuur A1. 9 Afvoer door de Lek te Hagestein versus afvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis voor de periode 01 maart 1996 tot 31 december 2007.


ARCADIS

149


Figuur A1. 10 Afvoer door de Waal te Tiel versus afvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis voor de periode 01 maart 1996 tot 31 december 2007.

Figuur A1. 11 Afvoer door de Maas te Lith versus afvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis voor de periode 01 maart 1996 tot 31 december 2007.

150

ARCADIS



Figuur A1. 12 Afvoer door de Maas te Lith + Waal te Tiel + Lek te Hagestein versus afvoer door de Nieuwe Waterweg te Maassluis voor de periode 01 maart 1996 tot 31 december 2007.

Figuur A1. 13 Afvoer door de Maas te Lith + Waal te Tiel + Lek te Hagestein versus afvoer door de Haringvlietsluizen voor de periode 01 maart 1996 tot 31 december 2007.


ARCADIS

151


Bed-shaping bovenafvoer Uit de hierboven verkregen afvoer tijdserie kan een bed-shaping rivierafvoer (Qbs) voor de Nieuwe Waterweg worden bepaald. De bed-shaping afvoer is gedefinieerd als de constante waterafvoer voor een bepaalde periode die hetzelfde sediment transport genereert als de eigenlijke variabele waterafvoer voor diezelfde periode (Steijn, 1997). Figuur A1. 14 toont de bepaling van Qbs voor de Nieuwe Waterweg. De volumetrische sediment transport capaciteit wordt uitgedrukt als de waterafvoer verheven tot een bepaalde macht (n), waarbij n  3-5. Tevens wordt rekening gehouden met begin van beweging van sediment, hier gelijkgesteld aan een kritische dieptegemiddelde stroomsnelheid van 0.2 m/s. Een karakteristiek (over het getij gemiddeld) doorstromend oppervlak van de Nieuwe Waterweg bedraagt ongeveer 6500 m2, gebaseerd op het dwarsprofiel te Maassluis zoals geschematiseerd in het Zeedelta model. Hieruit volgt een minimale afvoer van ongeveer 1300 m3/s voor de initiatie van sediment transport. Uit Figuur A1. 14 volgt dat deze situatie ongeveer 45% van de tijd voorkomt. Het oppervlak onder de S-curve wordt gelijkgesteld aan het oppervlak onder een constant niveau (weergegeven met gekleurde stippellijnen in Figuur A1. 14 voor verschillende waarden van de exponent n). Hieruit volgt de afvoer behorende bij het percentiel van deze S-waarde (snijpunt tussen gekleurde stippellijn en eigenlijke S-curve in Figuur A1. 14 en bepaling van bijbehorende Q) , Qbs ≈ 1700 m3/s voor de Nieuwe Waterweg.

Figuur A1. 14 Bepaling van de bed-shaping waterafvoer voor de Nieuwe Waterweg. De zwarte curve toont de afvoerverdeling (Q). De blauwe, rode en paarse curves tonen de bijbehorende verdeling van de sediment transport capaciteit (S), voor verschillende exponenten (n) in de SQn relatie. De gekleurde getallen geven de bijbehorende bedshaping afvoeren (Qbs) weer. Merk op dat de verticale as voor de transport capaciteit logarithmisch is.

152

ARCADIS



Bijlage 1.2

Afleiding benedenstroomse (cyclische) randvoorwaarden

Aan : Cor van de Schelde Van : Gerrit Hartsuiker Onderwerp : cyclische randvoorwaarden Zeedelta model Datum : 24 september 2003 Projectnummer: A1206

1 Inleiding In dit memo worden in beknopte vorm de werkzaamheden beschreven die door Alkyon zijn uitgevoerd voor het Gemeentelijk Havenbedrijf te Rotterdam. De werkzaamheden zijn formeel opgedragen met Ordernummer 71127 van 22 september 2003 en uitgevoerd conform de aanbieding in onze offerte van 15 september 2003. Het doel van de werkzaamheden is het genereren en leveren van cyclische zeerandvoorwaarden voor het Zeedelta model vanuit het omhullende Kuststrook model. Het gaat om Kuststrook simulaties zonder meteorologische effecten, waaruit randvoorwaarden worden afgeleid voor een drietal getijcondities, te weten: springtij, gemiddeld getij en doodtij.

2 Opzet De werkzaamheden zijn begonnen met het gereed maken van de invoer voor de simulatie van het Kuststrook model. Hierbij is een uitgebreide set uitvoerpunten langs de zeerand van het Zeedelta model toegevoegd. Er is gebruik gemaakt van de Kuststrook invoer voor het simuleren van een astronomische condities zonder meteo invloeden. De toegepaste cyclus representeert de periode van juli t/m augustus 1998. De toegepaste codering voor deze simulatie is ko04. Vanuit de resultaten van deze simulatie zijn voor alle steunpunten langs de zeerand van het Zeedelta model (versie 8) de tijdreeksen van waterstand en snelheid uitgelezen. Aansluitend zijn deze signalen samengesteld tot Riemann signalen. Vervolgens zijn deze Riemann signalen voor een drietal perioden van circa 25 uur geanalyseerd en omgewerkt tot Fourier componenten. De drie perioden betreffen een representatief springtij, gemiddeld getij en doodtij. Voor de binnenranden van Zeedelta worden geen randvoorwaarden geleverd. Tenslotte zijn een drietal korte simulaties (orde 30 uur) met het Zeedelta model opgestart met toepassing van de gegenereerde cyclische randvoorwaarden. Deze simulaties zijn slechts bedoeld als test in hoeverre een en ander ‘netjes’ rekent. Er worden geen resultaten van deze simulaties gepresenteerd.

3 Resultaten De selectie van de perioden waarvoor cyclische randvoorwaarden worden bepaald is gedaan aan de hand van de berekende waterstanden van het Kuststrook model (simulatie ko04) voor het station Hoek van Holland. Figuur 1 geeft voor dit station de waterstanden voor de gehele periode van juli t/m augustus 2003. Op basis van deze waterstandskromme is besloten de randvoorwaarden voor het Zeedelta model te bepalen uit de resultaten voor begin augustus. In figuur 2 wordt dit deel van de totale waterstandskromme gegeven met een indicatie van de uiteindelijk gekozen perioden voor respectievelijk doodtij, gemiddeld getij en springtij. Een onderbouwing van de geselecteerde perioden wordt gegeven in figuur 3 met een presentatie van de achtereenvolgende rijzingen en dalingen. Door de relatief grote dagelijkse ongelijkheid is het verloop van deze lijnen nogal ‘springerig’ en dit maakt een selectie op basis van gewenst getijverschil nogal lastig. Daarom worden in figuur 3 ook gemiddelde rijzingen en


ARCADIS

153


dalingen gegeven van steeds twee opeenvolgende getijden omdat dit een duidelijker beeld geeft. Ook is in deze figuur weer een indicatie gegeven van de geselecteerde perioden. De figuren 4 tot en met 6 geven voor respectievelijk doodtij, gemiddeld getij en springtij de berekende waterstanden te Hoek van Holland en de geselecteerde periode waaruit de cyclische randvoorwaarden zijn bepaald. Het volgende overzicht geeft de begin- en eindtijden van de afzonderlijke perioden, uitgedrukt in minuten ten opzichte van het referentie tijdstip (Itdate) van 1 juli 1998 om 00:00 uur:   

doodtij: periode van 47180 tot 48700 (= 1520 minuten), getijverschil 1,63 m; gemiddeld getij: periode van 50220 tot 51720 (= 1500 minuten), getijverschil 1,82 m; springtij: periode van 56920 tot 58400 (= 1480 minuten), getijverschil 2,04 m.

De afwijkende cyclus perioden zijn toegepast om gelijke waterstanden bij het begin en het einde van de cyclus te hebben. Hiermee wordt voorkomen dat bij het herhalen van deze cyclus ongewenste ‘sprongen’ ontstaan.

4 Randvoorwaarden Bij het genereren van de cyclische randvoorwaarden voor het Zeedelta model zijn de volgende stappen doorlopen:  uitlezen tijdreeksen van waterstand en snelheid (+richting) voor alle 212 steunpunten langs de zeerand van Zeedelta model voor de gehele simulatie periode;  samenstellen tijdreeksen van Riemann signalen voor alle steunpunten, op basis van de reeksen van waterstand en snelheid in combinatie met informatie over de lokale diepte en de oriëntatie van het randsegment;  Fourier analyse van de samengestelde signalen voor alle steunpunten en voor de drie geselecteerde perioden, hierbij wordt het signaal door 14 componenten gerepresenteerd;  wegschrijven van analyse resultaten in het door W AQUA-IN-SIMONA voorgeschreven formaat. De cyclische randvoorwaarden zijn weggeschreven in files die met een ‘include’ in de Zeedelta invoer (siminp) kunnen worden toegevoegd. De naamgeving van deze files is als volgt:  doodtij: ts-zeed.ko04-doodtij  gemiddeld getij: ts-zeed.ko04-gemtij  springtij: ts-zeed.ko04-sprgtij Afsluitend zijn met de drie sets cyclische randvoorwaarden korte simulaties met het Zeedelta model uitgevoerd voor een test in hoeverre een en ander ‘netjes’ rekent. De resultaten van deze simulaties zijn alleen beoordeeld op het verloop van de berekende waterstanden voor een aantal locaties binnen het model gebied. Aan de hand hiervan is geconstateerd dat het model zich inderdaad ‘netjes’ gedraagt. Alleen direct na het starten van de simulatie (rond HW) zijn enige slingeringen in de berekende waterstanden te zien. Na circa 2 uur zijn over het algemeen ‘gladde’ waterstandskrommen te zien. Er moet worden opgemerkt dat de slingeringen bij het opstarten kunnen worden beperkt door het niet toepassen van een ‘smoothing’ van de randvoorwaarden. Bij deze simulaties gaf het toepassen van een smoothing van twee uur beduidend meer slingeringen en gedurende een langere periode.

154

ARCADIS




ARCADIS

155


156

ARCADIS




ARCADIS

157


158

ARCADIS




ARCADIS

159


160

ARCADIS



Bijlage 1.3


Aanvullende figuren van de waterbeweging

ARCADIS

161


Bijlage 2

TSAND model

Bijlage B.1 Beschrijving TSAND model Bijlage B.2 Aanvullende figuren van de waterbeweging

162

ARCADIS



Bijlage 2.1

Beschrijving model

Hieronder beschrijven we de basisvergelijkingen van het TSAND-model. Voor een meer gedetailleerde beschrijving verwijzen we naar Van Rijn (2015). Zandconcentratie De zandconcentratie in het TSAND model wordt berekend volgens ℎ − 𝑧 𝑎 𝑍𝑆 𝑐𝑠𝑎𝑛𝑑 = 𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑛𝑑 ( ) 𝑧 ℎ−𝑎 Vergelijking 1

Hierin is 𝑐𝑠𝑎𝑛𝑑 de zandconcentratie (kg/m3), 𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑛𝑑 de referentie-concentratie (kg/m3), ℎ de waterdiepte (m), 𝑧 de hoogte boven de bodem (m), 𝑎 de referentiehoogte (m) en 𝑍𝑆 het suspensie-getal voor zand (-). Het suspensiegetal 𝑍𝑆 wordt als volgt berekend: ZS =

𝑤𝑠𝑎𝑛𝑑 𝑤𝑠𝑎𝑛𝑑 0.8 𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑛𝑑 0.4 𝜌 + 2.5 ( ∗ ) ( ) +( ) ∗ 𝛽𝜅𝑢𝑐𝑤 𝑢𝑐𝑤 𝑐0 𝜌𝑓𝑟𝑒𝑠ℎ

Vergelijking 2 ∗ )2 met maximum 1,5 (-),𝑢 ∗ Hierin is 𝑤𝑠𝑎𝑛𝑑 de valsnelheid van zand in water (m/s), 𝛽 = 1 + 2(𝑤𝑠𝑎𝑛𝑑 /𝑢𝑐𝑤 𝑐𝑤

de schuifspanningssnelheid door golven en stroming (m/s), 𝑐0 de maximale bodemconcentratie (0.65), 𝜌 de dichtheid van water (kg/m3) en 𝜌𝑓𝑟𝑒𝑠ℎ de dichtheid van zoet water (1000 kg/m3) Het suspensiegetal 𝑍𝑆 representeert met de eerste term een neerwaartse effect door de valsnelheid en een opwaarts effect door turbulente menging, met de tweede term het effect van demping door de verticale concentratiegradiënt en met de derde term het effect van demping door de verticale zoutgradiënt (alleen bij vloed). Een grotere waarde van 𝑍𝑆 zorgt voor kleinere concentraties. De referentieconcentratie 𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑛𝑑 wordt berekend volgens 𝐷50 𝑇 1.5 𝑐𝑎,𝑠𝑎𝑛𝑑 = 0.015𝛼𝑐𝑎 (1 − 𝑝𝑚𝑢𝑑 ) 𝑎 𝐷∗0.3 Vergelijking 3

Hierin is 𝛼𝑐𝑎 een kalibratie coëfficiënt (standaard 1), 𝐷50 de mediane korreldiameter van zand (m), 𝐷∗ = 𝐷50 [(𝑠 − 1)𝑔/𝜈 2 ]1/3 de korrelparameter (-), 𝑇 = (𝜏𝑏′ − 𝜒𝜏𝑏,𝑐𝑟 )/(𝜒𝜏𝑏,𝑐𝑟 ) de schuifspanningsparameter (-) met 𝜏𝑏,𝑐𝑟 de kritische schuifspanning voor zand (N/m2), 𝜏𝑏′ de effectieve schuifspanning door golven en stroming (N/m2), 𝑠 = 𝜌𝑠 /𝜌𝑤 de relatieve dichtheid (-),𝜒 = (1 + 𝑝𝑚𝑢𝑑 )3 een factor voor effect van slib op kritische schuifspanning voor zand (-),𝜈 de kinematische viscositeit (Ns/m2), 𝜌𝑠 de dichtheid van zand (kg/m3), 𝜌 de dichtheid van water (kg/m3) en 𝑝𝑚𝑢𝑑 de fractie slib in de bodem (-). TSAND gebruikt de waterbeweging uit het 3D NSC-model om de schuifspanningen uit te rekenen. Vervolgens worden met Vergelijking 3 de referentieconcentratie berekend en met Vergelijking 1 en Vergelijking 2 het concentratieprofiel. Time-lag effect De concentratie heeft enige tijd nodig om zich aan te passen aan de waterbeweging. Dit time-lag effect wordt in het model meegenomen door een aanpassing van de referentieconcentratie gebaseerd op de berekende concentratie in de vorige tijdstap (Van Rijn, 2015).


ARCADIS

163


Suspensietransport van zand Het suspensietransport van zand wordt berekend door de stroomsnelheden uit het 3D model te vermenigvuldigen met de berekende zandconcentraties. ℎ

𝑞𝑠 = ∫ 𝑢𝑐𝑠𝑎𝑛𝑑 𝑑𝑧 𝑎

Vergelijking 4

Hierin is 𝑞𝑠 het suspensietransport van zand (kg/m/s), 𝑢 de stroomsnelheid op hoogte 𝑧 (m/s) en 𝑐𝑠𝑎𝑛𝑑 de zandconcentratie op hoogte 𝑧 (kg/m3). Het suspensietransport kan ook met een eenvoudige formulering als volgt worden berekend (Van Rijn, 2015): 𝑞𝑠,𝑉𝑅 = 0.012𝜌𝑠 (1 − 𝑝𝑚𝑢𝑑 )𝑢̅ℎ𝑀𝑒2.4

𝐷50 −0.6 𝐷 ℎ ∗

Vergelijking 5

Hierin is 𝑞𝑠,𝑉𝑅 het suspensietransport van zand (kg/m/s), 𝜌𝑠 de dichtheid van zand (kg/m3), 𝑝𝑚𝑢𝑑 de fractie slib in de bodem (-), 𝑢̅ de dieptegemiddelde stroomsnelheid (m/s), ℎ de waterdiepte (m), 𝑀𝑒 = (𝑢𝑒 − 𝑢𝑐𝑟 )/√(𝑠 − 1)𝑔𝐷50 de mobiliteitsparameter (-),𝑢𝑒 de effectieve snelheid op 𝑧 = 0.1ℎ inclusief effect van golven. Bodemtransport van zand Het bodemtransport van zand wordt als volgt berekend: 𝐷50 1.2 𝑞𝑏 = 0.015𝜌𝑠 (1 − 𝑝𝑚𝑢𝑑 )𝑢̅ℎ𝑀𝑒1.5 ( ) ℎ Vergelijking 6

Totaal transport van zand Het totaal transport van zand wordt berekend door optelling van het bodemtransport en het suspensietransport. 𝑞𝑡𝑜𝑡 = 𝑞𝑏 + 𝑞𝑠 Vergelijking 7

Hierin is 𝑞𝑏 het bodemtransport volgens Vergelijking 6 en 𝑞𝑠 het suspensietransport volgens Vergelijking 4. Het totaaltransport kan ook worden berekend met de formule van Engelund-Hansen: −1 −3 5 𝑞𝑡𝑜𝑡,𝐸𝐻 = 0.05𝜌𝑠 𝑢5 (𝑠 − 1)−2 𝑔−0.5 𝐷50 𝐶 = 0.05𝜌𝑠 (𝑠 − 1)−2 𝑔−3 𝐶 2 𝑢∗,𝑐 Vergelijking 8

Hierin is 𝑢∗,𝑐 de schuifspanningssnelheid (m/s) en 𝐶 de Chezy-coëfficiënt (m1/2/s). Tabel 0.1 toont de belangrijkste modelinstellingen.

164

ARCADIS



Model parameter

Waarde

Mediane korreldiameter zand D50

0,25 mm

90ste percentiel korreldiameter zand D90

2 mm

Fractie zand 𝑝𝑠𝑎𝑛𝑑

Variabel volgens figuur 0.1

Fractie slib 𝑝𝑚𝑢𝑑

Variabel volgens figuur 0.1

Kritische schuifspanning zand 𝜏𝑏,𝑐𝑟

0,2 N/m2

Valsnelheid zand 𝑤𝑠𝑎𝑛𝑑

0,015 m/s

Valsnelheid slib 𝑤𝑚𝑢𝑑

5x10-3 m/s

Referentiehoogte 𝑎

0,05 m

Bodemruwheid golven 𝑘𝑠,𝑤

0,05 m

Bodemruwheid stroming 𝑘𝑠,𝑐

0,05 m

Dichtheid sediment 𝜌𝑠

2650 kg/m3

Dichtheid zoet water 𝜌

1000 kg/m3

Droge dichtheid zand 𝜌𝑑𝑟𝑦,𝑠𝑎𝑛𝑑

1600 kg/m3

Droge dichtheid slib 𝜌𝑑𝑟𝑦,𝑚𝑢𝑑

800 kg/m3

Kinematische viscositeit water

1x10-6 m2/s

Tabel 0.1. Instellingen TSAND model

Figuur 0.1. Fractieverdeling sediment zoals toegepast in TSAND model.


ARCADIS

165


Bijlage 2.2

Aanvullende figuren TSAND model

Transporten langs de Nieuwe Waterweg voor verschillende condities

Figuur B.1 Voorbeeld van berekende transporten langs de Nieuwe Waterweg (bovenste paneel), dwars op de Nieuwe Waterweg (tweede paneel), maximale snelheden op 10% van de bodem (derde paneel) en saliniteit (onderste paneel),; gemiddeld getij; 50% rivierdebiet

166

ARCADIS



Figuur B.2 Voorbeeld van berekende transporten langs de Nieuwe Waterweg (bovenste paneel), dwars op de Nieuwe Waterweg (tweede paneel), maximale snelheden op 10% van de bodem (derde paneel) en saliniteit (onderste paneel), voor springtij condities en een 75% debiet.


ARCADIS

167


Figuur B.3 Voorbeeld van berekende transporten langs de Nieuwe Waterweg (bovenste paneel), dwars op de Nieuwe Waterweg (tweede paneel), maximale snelheden op 10% van de bodem (derde paneel) en saliniteit (onderste paneel),; doodtij; 95% rivierdebiet

168

ARCADIS



Gewogen opgetelde transporten voor alle beschouwde condities

Figuur B.4 Berekende transporten per debietconditie voor doodtij (eerste paneel), gemiddeld getij (tweede paneel), springtij (derde paneel) en gewogen over de verschillende condities (onderste paneel) voor een D50 = 150 µm


ARCADIS

169



170

ARCADIS





ARCADIS

171



172

ARCADIS



Bijlage 3


Beschrijving Delft3D sediment transport model

ARCADIS

173


174

ARCADIS



Colofon MER VERDIEPING NIEUWE WATERWEG EN BOTLEK ACHTERGRONDSTUDIE MORFOLOGIE OPDRACHTGEVER: Havenbedrijf Rotterdam NV

STATUS: Definitief

AUTEUR: Luitze Perk Rob Steijn Jeroen Adema

GECONTROLEERD DOOR: Bart Grasmeijer

VRIJGEGEVEN DOOR: Michiel van Reen 4 december 2015 078678890:A.1

ARCADIS NEDERLAND BV Hanzelaan 286 Postbus 137 8000 AC Zwolle Tel +31 38 7777 700 Fax +31 38 7777 710 www.arcadis.nl Handelsregister 09036504


ARCADIS

175

MER VERDIEPING NIEUWE WATERWEG EN BOTLEK ACHTERGRONDSTUDIE MORFOLOGIE

Recommend Documents