Ontwikkeling van een lange-termijn morfologisch model voor de Nederlandse kust. Zheng Bing Wang, Henk Steetzel

Ontwikkeling van een lange-termijn morfologisch model voor de Nederlandse kust Zheng Bing Wang, Henk Steetzel

mei 2003

Ontwikkeling van een lange-termijn morfologisch model voor de Nederlandse kust Plan van Aanpak

Z3334

mei 2003

Inhoud 1 Inleiding................................................................................................................ 1 1.1

Achtergrond ..............................................................................................................1

1.2

Doelstelling ................................................................................................................1

1.3

Leeswijzer ..................................................................................................................2

2 Traject van de modelontwikkeling..................................................................... 3 2.1

Ontwikkelingstraject ................................................................................................3

2.2

Stappenplan van de ontwikkeling............................................................................5 2.2.1

Algemeen.......................................................................................................5

2.2.2

Versie 0.5 van het model................................................................................5

2.2.3


2.2.4


2.2.5


2.2.6


3 Uitwerking technische problemen ..................................................................... 8 3.1

3.2

3.3

Basis model schematisatie ........................................................................................8 3.1.1

Aanpassing referentielijn ...............................................................................8

3.1.2

Bodemligging ................................................................................................8

3.1.3

Golfrandvoorwaarden ....................................................................................8

3.1.4

Getijrandvoorwaarden ...................................................................................8

Interactie tussen kust en zeegaten ...........................................................................9 3.2.1

Koppeling PONTOS en ASMITA .................................................................9

3.2.2

Waddenzee ...................................................................................................10

3.2.3

Deltagebied ..................................................................................................10

Eerste scenario’s toepassing...................................................................................11

4 Referenties.......................................................................................................... 14

WL | Delft Hydraulics & ALKYON

i



Z3334

mei 2003

ii


1 1.1

Z3334

mei 2003

Inleiding Achtergrond

Grootschalig kustonderhoud, ‘zandbankieren’, beheer van kust en buitendelta’s in relatie tot het beheer van de Waddenzee vraagt in toenemende mate om inzicht in de zandstromen op een nationale schalen een bijbehorende tijdschaal. Het conceptuele model van een Nederlandse kust bestaande uit negen deelsystemen (‘zandbankieren’) zoals beschreven door Mulder (2000) in een zandbalansstudie van de kust, vormt hiervoor een goed basis. Het beleid heeft geld gereserveerd om de zandvoorraad van de gehele Nederlandse kust op peil te kunnen houden. Verwachte jaargemiddelde suppletiebehoeftes per deelsysteem zijn opgenomen in Mulder (2000). Die getallen kunnen worden gebruikt om de suppletiebudgetten te verdelen over de verschillende regio’s. Een betere onderbouwing van de omvang en van de verdeling in tijd en ruimte van de suppletie hoeveelheden (en dus - budgetten) is van groot belang. Aandachtspunten zijn: • de effecten van de keuze van de verschillende deelsysteembegrenzingen, • de invloed van zeespiegelstijging, • de tijdschaalafhankelijke grootte van de zandverliezen per deelsysteem. Voor dergelijke onderbouwing en ondersteuning voor de uitvoering van de kustbehoudbeleid is er behoefte aan lange-termijn morfologische modellen voor de Nederlandse kusten. Als uitvloeisel van de samenwerkingsintentie van RIKZ en WL, is in 2001 binnen het kader van het Voortschrijdend Onderzoek Programma VOP een vergelijkende studie uitgevoerd van lange-termijn morfologische modellen (Eysink e.a., 2001). Deze studie schetst twee benaderingen voor verbetering van LT modellen: • top-down: inbouwen van proceskennis in gedragsmodellen • bottom-up: inbrengen van gedrag in procesmodellen. Beiden benaderingen hebben hun voor- en nadelen. Op basis van deze studie heeft RIKZ uitgesproken voor een visie die neerkomt op een strategie waarbij (Mulder, 2002): • een top-downbenadering sturend is; en • via een combinatie met een bottom-up benadering gezocht wordt naar ‘predictability limits’. De huidige studie vormt een onderdeel van de uitvoering van deze visie, en richt zich op het ontwikkelen van een LT morfologisch model van de hele Nederlandse kust via een topdown benadering.

1.2

Doelstelling

Het doel van deze studie is het ontwikkelen, testen en toepassen van een Lange-termijn morfologisch model voor de hele Nederlandse kust t.b.v.


1


Z3334

mei 2003

1. Verbetering van de onderbouwing voor (c.q. verkleinen van de onzekerheden in) de prognose voor toekomstige zandverliezen (c.q. suppletiebehoefte) per deelsysteem van de NL kust door Mulder (2000). 2. Kwantificeren van de effecten op de zandbalans per deelsysteem, van verschillende scenario’s voor de sectie- en systeem suppleties.

1.3

Leeswijzer

Dit document is het eerste product van de studie. Hierin wordt het plan van aanpak van de modelontwikkeling nader uitgewerkt. Dit plan is tot stand gekomen door nauwe samenwerking tussen het projectteam en RIKZ. De discussies tijdens drietal besprekingen zijn de basis geweest van dit plan. Het plan wordt in twee delen beschreven. Eerst wordt het totale traject van hoe het te ontwikkelen model tot stand zal komen geschetst in Hoofdstuk 2. In hoofdstuk 3 wordt in meer detail aangegeven hoe een aantal technische problemen bij de ontwikkeling van het model kunnen worden opgelost.


2


Z3334

2

Traject van de modelontwikkeling

2.1

Ontwikkelingstraject

mei 2003

Een belangrijk uitgangspunt voor het te ontwikkelen model is het zandbalans model van Mulder (2000). Bij dit zandbalans model wordt de hele Nederlandse kust in 9 deelsystemen (zandbakken) verdeeld: 1. Delta 2. Hoek van Holland - Ijmuiden 3. Ijmuiden - Petten 4. Marsdiep 5. Eijerlandse gat 6. Vlie 7. Amelander Zeegat 8. Friese zeegat 9. Eems (voorlopig buiten beschouwing) Hierbij geld de volgende begrenzingen: • Zeewaarts: minimaal -20 m NAP • Landwaarts: minimaal +3 m NAP • In zeegaten: de kortste verbinding door de keel • Zuid: Zeebrugge of Cadzand • Noord: Schiermonnikoog Dit zandbalans model schetst een kader van het modelgebied en geeft een indicatie op welk schaalniveau de modelresutaten uiteindelijk zullen worden gepresenteerd. Voor de ontwikkeling van het model zullen de volgende software en / of modellen als basis middelen worden gebruikt: •

•

•


MOBIC: Een meer lagen model voor de Wadden-kust. Kan beschouwd worden als een proto-PONTOS versie voor de Wadden-kust. Kenmerkend is dat het sediment transport wordt berekend op basis van een matrix van vastgelegde coëfficiënten. Verder zijn de uitwisselingen met de Waddenzee bekkens opgelegd via invoerparameters. PONTOS: Een meer-lagen model voor de Hollandse kust. Qua model concept is het geavanceerder dan MOBIC in de zin dat de coëfficiënten voor transport worden berekend aan de hand van golf- en getij-randvoorwaarden i.p.v. vastgelegd. ASMITA: Een semi-empirisch model voor zeegaten waarbij de nadruk is gelegd op de interactie tussen de buitendelta en het bekken. In de loop der jaren zijn verschillende zeegaten in de Waddenzee een keer gemodelleerd met ASMITA. Maar deze modellen zijn door verschillende mensen (vooral afstudeerders van TUD) voor verschillende doeleinden opgezet. Sommige modellen zijn gebaseerd op FORTRAN en sommige gebaseerd op MATLAB.

3


Z3334

mei 2003

Op basis van beschikbaarheid van modellen en op basis van fysische karakteristieken kan de Nederlandse kust dus in drie gebieden worden verdeeld: 1. Het Waddenzee gebied, waar de interactie met de Waddenbekkens belangrijk is, en waar het MOBIC model en verschillende ASMITA modellen beschikbaar zijn. 2. Hollandse kust: gesloten kust, waar een PONTOS model is beschikbaar. 3. Het Delta gebied, waar open, gesloten en semi-open estuaria aanwezig zijn, en waar nog weinig is beschikbaar qua bestaande modellen. Met deze basis gegevens in overweging wordt voorgesteld dat het te ontwikkelen model, dat aan het eind van het project zal worden geleverd, als volgt uitziet: • Het dekt de hele Nederlandse kust, van Zeebrugge tot Borkum. • De kust wordt gemodelleerd op basis van het PONTOS concept. • De uitwisselingen met de zeegaten in de Waddenzee en met de estuaria in het Delta gebied zijn op basis van ASMITA. Gezien de complexiteit van het probleem en de lange doorlooptijd van het project, wordt voorgesteld een gefaseerde aanpak te hanteren bij de ontwikkeling van het model, waarbij het model in 5 stappen zal worden ontwikkeld. Aan het eind van elke stap wordt een tussen product geleverd. De tussen producten zijn werkende versies van het te ontwikkelen model, die nog niet alle functionaliteit voor alle gebieden hebben. Desondanks kan zo een tussen versie van het model al van nut zijn voor de ondersteuning van de kustbeheer. Daarom wordt elke stap beëindigd met test-berekeningen / toepassingen. Op basis van de indeling in drie gebieden en op basis van verschillende geavanceerdheid worden de volgende (tussen-) versies van het model gedefinieerd: Tabel 2.1. Overzicht van de ontwikkelingslijn en van verschillende modelversies versie Gebied Delta Hollandse kust Wadden PONTOS ASMITA PONTOS PONTOS ASMITA Versie 1.2 1.2 S 0.5 1.4 Versie 1.4 1.4 S 1.0 Versie 1.6 1.6 I 1.3 1.8 S Versie 1.8 1.8 I Fase 3 1.6 2.0 I Versie 2.0 2.0 I 2.0 In deze tabel wordt voor ieder van de 5 te ontwikkelen (tussen) versies van het model, per gebied gespecificeerd welke versie van PONTOS wordt dan gebruikt en hoe ASMITA in bij betrokken (S=stand alone draaien, I=geïntegreerd in het model). Fase 2

Om praktische redenen worden de 5 stappen in 2 fasen uitgevoerd na fase 1 van de studie waarin dit plan van aanpak is opgezet. Fase 2 wordt uitgevoerd in 2003 en Fase 3 in 2004. In Fase 2 zullen de versies 0.5 en 1.0 van het model worden ontwikkeld en toegepast, en in Fase 2 de versies 1.3, 1.6 en 2.0. De kenmerken van de verschillende versies zijn in Tabel 2.1 samengevat. In de volgende paragraaf worden de 5 versies meer in detail beschreven. Na de ontwikkeling van elke versie wordt het model toegepast voor twee doelen: (1) testen van het model en (2) relevantie van het model voor het beheer van de NL kust aantonen. Aan het eind van iedere fase wordt een rapport opgeleverd, waarin de ontwikkelingen en toepassingen van de verschillende versies van het model worden beschreven.


4


Z3334

2.2

Stappenplan van de ontwikkeling

2.2.1

Algemeen

mei 2003

Zoals hierboven beschreven wordt het model uiteindelijke in 5 stappen ontwikkeld. In iedere stap wordt een tussen versie van het model ontwikkeld en toegepast. De ontwikkeling van het model in iedere stap kan weer verdeeld worden naar twee aspecten, namelijk het verbeteren/uitbreiden van PONTOS (voor de kustlijn) en het verbeteren/ontwikkelen van ASMITA modellen voor de zeegaten. In ieder van de 5 stappen worden de werkzaamheden daarom in vier delen verdeeld: (a) opzetten nieuwe versie PONTOS, (b) ontwikkelingen ASMITA-modellen, (c) toepassing van het model, (d) rapportage.

2.2.2

Versie 0.5 van het model

Deze versie van het model beperkt zich tot de Hollandse en de Waddenkust. In deze versie van het model wordt nog geen koppeling gemaakt tussen PONTOS en ASMITA. De voor de Waddenkust aan te houden sedimentuitwisseling met de achterliggende zeegaten zal door stand-alone versies van het ASMISTA-model worden vastgesteld. Het bestaande PONTOS model wordt uitgebreid en aangepast opdat ook zeegaten onderdeel uit kunnen maken van de modellering. Hierbij zal waar mogelijk gebruik kunnen worden gemaakt van de schematisaties binnen het MOBIC-model [Steetzel, 1995]. Hierbij moet worden opgemerkt dat de MOBIC-schematisatie is toegesneden op de parameter-aansturing van dit model [Steetzel, 1995]. De verbeterde, maar hiervan afwijkende, wijze waarop de hydraulische randvoorwaarden in PONTOS worden meegenomen maakt dat deze ombouw geenszins triviaal is. Deze eerste ontwikkelingsstap is dus vooral verbredend in de zin dat de mogelijkheden voor de toepassing van het model worden verruimd. Dit opent de mogelijkheid om voor bijvoorbeeld de modellering van de Waddenkust de interactie met de achterliggende vloedkommen op een pragmatische wijze (via invoerparameters) mee te nemen. In versie 0.5 van het model wordt nog geen koppeling gemaakt met ASMITA modellen. In deze stap moet wel al begonnen worden met de inventarisatie van de bestaande ASMITA modellen voor de Wadden bekkens. Deze modellen zijn opgezet door verschillende mensen en voor verschillende doeleinden (vooral afstudeeronderzoek van Van Goor en Kragtwijk). Een overzicht wordt gemaakt van alle bestaande modellen met hun kenmerken, eigenschappen en beperkingen. Verder worden de bestaande modellen gedraaid om voor ieder zeegat de uitwisseling van sediment bij de keel te berekenen. Deze sedimentuitwisseling kan eventueel worden gebruikt bij de toepassing van het model (versie 0.5) via invoer parameter. Test berekeningen met deze versie van het model zullen worden uitgevoerd voor alleen de Holland Kust en de Wadden Kust.


5


2.2.3

Z3334

mei 2003


Ten opzichte van de vorige versie zal er nu een uitbreiding plaatsvinden door ook de Deltakust mee te nemen. De koppeling met de verschillende zeegaten verloopt nog steeds via invoerparameters. De voor de Waddenkust aan te houden interactie met de achterliggende zeegaten zal door stand-alone versies van het ASMITA-model worden vastgesteld. Voor de Delta-kust zal de interactie met de zeegaten uit historische data worden bepaald. Na de verbredingslag (het toevoegen van de mogelijkheid tot het modelleren van zeegaten) in de vorige versie van het model zal nu een eerste verdiepingsslag plaatsvinden. Dit gebeurt door een aantal hangende problemen op te pakken om zo het rekenmodel te verbeteren en beter geschikt te maken voor de nagestreefde toepassingen. Deze aanpassingen betreffen in volgorde van prioriteit: • Verbetering afregeling evenwichtsprofielen; • Inbouw gevoeligheidsmodule (probabilistische schil); • Aanpassing rekenschema; • Inbouw getijgedreven dwarstransporten; • Verbetering verdelingsfunctie correctie langsstroom; • Inbouw effect diffractie op dwarstransport; • Aanpassing overgang rond shelff. In eerste instantie zal de aandacht daarbij uitgaan naar de eerste drie onderwerpen. De andere komen in een later stadium van de modelontwikkeling aan de orde. In alle gevallen zal het zo zijn dat de verbeteringen wezenlijk moeten bijdragen aan de goede werking van het rekenmodel waarbij de meeste bijdrage daarbij wordt verwacht van de eerst genoemde onderwerpen. Ook kan er sprake zijn van een toenemende kwaliteit van de implementatie, waarbij een bepaald onderdeel in een volgende versie van het PonTos-rekenmodel (versie 1.3, 1.6 of uiteindelijk 2.0) mogelijk nog verder wordt verbeterd. De berekende sedimentuitwisselingen bij de kelen van de zeegaten worden vergeleken met de algemeen bekende data. De bestaande modellen worden consistent met elkaar gemaakt, zodat er voor alle zeegaten de sedimentuitwisseling bij de keel goed worden gereproduceerd door de bijbehorende ASMITA-modellen. De consistent gemaakt modellen worden gedraaid om de uitwisseling van sediment tussen de bekkens en de kust uit te rekenen. Deze sedimenttransporten worden door het model (versie 1.0) als invoer parameters gebruikt. Test berekeningen met deze versie van het model zullen betrekking hebben op het hele Nederlandse kustsysteem.

2.2.4


Na de verdiepingsslag zal in deze versie de verdere ontwikkeling van de zeegatkoppeling ter hand worden genomen. Hiertoe zal een eerste versie van een ASMITA-achtige module worden ingebouwd in het PONTOS-model. Dit geldt niet voor de Delta-kust, die deels om een afwijkende behandeling zal vragen (komt aan de orde binnen PONTOS-1.8). De ASMITA modellen voor de Wadden bekkens worden geschikt gemaakt voor de integratie in het model (versie 1.3). Dit houdt onder ander in dat de modellen op basis van MATLAB omgezet moeten worden naar FORTRAN modellen. Deze toepassing beperkt zich tot de Hollandse kust en de Waddenkust. De koppeling met de zeegaten maakt in deze toepassingen dus impliciet onderdeel uit van de modellering.


6


Z3334

mei 2003

Test berekeningen met deze versie van het model zullen worden uitgevoerd voor alleen de Holland Kust en de Wadden Kust.

2.2.5


In deze versie van het model zal een nadere verbetering plaatsvinden van de interactiemodulen. Speciale aandacht zal hierbij uitgaan naar de modellering van de Delta-kust. Voor het Delta gebied is er nog geen ASMITA model beschikbaar. Daarom is het nodig al in deze stap vooronderzoek te doen m.b.t. de ASMITA modellering van het Delta gebied. Op basis van analyse van veld data wordt een strategie ontwikkeld over hoe de verschillende zeegaten (estuaria) kunnen worden gemodelleerd, om de voor het PONTOS model benodigde gegevens te kunnen berekenen. De eerste opzet van te ontwikkelen ASMITAmodellen wordt beschreven. Uit de analyse van de veld data worden ook de in te voeren uitwisselingen bij de verschillende zeegaten vastgesteld voor gebruik in het model (versie 1.6). De koppeling met de zeegaten voor de Wadden maakt in deze toepassing dus impliciet onderdeel uit van de modellering. De Delta zal nog afwijkend worden behandeld. Test berekeningen met deze versie van het model zullen betrekking hebben op het hele Nederlandse kustsysteem.

2.2.6


Dit is de eindversie van het model. Hierin zal het rekenmodel zodanig worden aangepast dat ook de Delta-kust integraal kan worden gemodelleerd. Verder zal het model opleveringsgereed worden gemaakt. ASMITA modellen voor het Delta gebied worden ontwikkeld en geïntegreerd in het model. Deze toepassingen van het model betreft de gehele Nederlandse kust, waarbij de verschillende zeegaten impliciet onderdeel uitmaken van de modellering. Test berekeningen met deze versie van het model zullen betrekking hebben op het hele Nederlandse kustsysteem.


7


Z3334

3

Uitwerking technische problemen

3.1

Basis model schematisatie

3.1.1

Aanpassing referentielijn

mei 2003

Voor het kustlijnmodel wordt gebruik gemaakt van een zogenaamde referentielijn die de globale ligging van de Nederlandse kustlijn volgt. Ten opzichte van de vigerende versie van deze referentielijn is deze definitie afgestemd op een meer uitgebreide toepassing. De mutaties betreffen het toevoegen van een gebogen deel (cirkelsegment) aan de zuidzijde van het model teneinde ook de Belgische kust ‘te volgen’, alsmede het toevoegen van een gebogen deel (cirkelsegment) voor de oostelijke Waddenkust. De totale kust omvat nu een lengte van orde 450 km. Van x = -50 (in Belgie) tot x = + 400 km ( ten oosten van Schiermonnikoog).

3.1.2

Bodemligging

Voor de vaststelling van de bodemligging in het rekenmodel is gebruik gemaakt van een tweetal bronnen, te weten de zogenaamde Jarkus-profielen en de informatie uit de verschillende bodembestanden. Via een verwerkingsprogramma is het mogelijk om met gebruikmaking van informatie uit de beide bronnen de ligging van de verschillende kustlagen vast te stellen. Het betreft hier steeds de ligging van de Y0 t/m de Y4 loodrecht gemeten op de eerder genoemde referentielijn.

3.1.3

Golfrandvoorwaarden

Binnen PonTos wordt gebruik gemaakt van zogenaamde jaargemiddelde golfklimaten. Hiertoe is gebruik gemaakt van een 6-tal verschillende basisstations. In aanvulling op EUR, MPN, YM6, ELD en SON is ook meetpaal WHB (WestHinderBank) toegevoegd teneinde ook over ruimtelijke informatie over het Belgische deel van de kust te verkrijgen. Uit meestseries zijn tabellen gegenereerd met daarin een aantal karakteristieke combinaties van golfhoogten, golfrichtingen, golfperioden en kansen van voorkomen. Hiermee ligt de basiswaarde voor deze hydraulische randvoorwaarde vast.

3.1.4

Getijrandvoorwaarden

Teneinde een kwantitatieve beschrijving van de getijcondities (horizontaal en verticaal) te kunnen geven zijn met behulp van een grootschalig stromingsmodel voor een groot aantal stations langs de kust tijdseries gegenereerd. Uit deze tijdseries (waterstand, stroomsnelheid en stroomrichting) is per station een aantal karakteristieke combinaties van waterstanden, langsstroom (evenwijdig aan de referentielijn) en kans van voorkomen gegenereerd.


8


Z3334

3.2

Interactie tussen kust en zeegaten

3.2.1

Koppeling PONTOS en ASMITA

mei 2003

Het uiteindelijk te ontwikkelen model dekt de hele NL kust en een deel van de Belgische kust (tot Zeebrugge), zoals hierboven is beschreven. De kust wordt gemodelleerd op basis van het PONTOS concept. De uitwisselingen van sediment tussen de kust en de zeegaten in de Waddenzee en in het Deltagebied worden bepaald aan de hand van ASMITA. In de eindversie van het model moet de morfologische ontwikkelingen van de kust en van de zeegaten / estuaria integraal worden gesimuleerd. Dit betekent dat uiteindelijk een online koppeling tussen PONTOS en ASMITA vereist is. Het PONTOS model is een meer-lagen kustlijn model. Bij de onderbroken kust in de Waddenzee vereist het model als invoer de sediment uitwisselingen tussen de getijdebekkens en de kust. Het is dan logisch dat de koppeling met ASMITA bij de keel van het zeegat te plaatsen. Met andere woorden, een ASMITA model voor het zeegatsysteem levert de vereiste sedimentuitwisseling tussen het bekken en de kust voor elk zeegat. Het ASMITA model werkt met groot en geaggregeerde morfologische eenheden. Het droge (zand) of natte (water) volume van een bepaalde eenheid wordt door het model gesimuleerd. Zeegatsystemen zoals in die in de Waddenzee worden meestal in drie morfologische eenheden geschematiseerd, de platen in het bekken, de geulen in het bekken, en de buitendelta. De buitendelta vormt echter ook een onderdeel van de kust zoals door het PONTOS model is beschouwd. De vorm en omvang van de buitendelta worden in PONTOS weergegeven door de positie van de kustlijnen corresponderend met de ligging van de verschillende lagen. Afhankelijk van hoe de buitendelta wordt behandeld in het model kan de koppeling tussen PONTOS en ASMITA op verschillende mannieren worden gerealiseerd: 1. Het ASMITA model neemt de ontwikkeling van de buitendelta wel mee, zoals in de bestaande ASMITA-modellen voor de zeegaten in de Waddenzee. Dit betekent dan dat de buitendelta door beide modellen, onafhankelijk van elkaar, wordt meegenomen. De sediment uitwisseling bij de keel berekent door ASMITA wordt aan PONTOS doorgegeven. Er is geen terugkoppeling van PONTOS naar ASMITA. 2. De grens tussen de twee modellen ligt bij de keel van een zeegat. Het ASMITA model neemt de ontwikkeling van de buitendelta dus niet mee en de rand van het model ligt bij de keel. Alles buiten de keel wordt beschouwd als buitenwereld en de normale randvoorwaarde zoals een ASMITA model altijd gebruikt wordt toegepast, onafhankelijk van de status van de buitendelta zoals is gesimuleerd door PONTOS. ASMITA levert de berekende uitwisseling van sediment bij de keel aan PONTOS maar er is geen terugkoppeling van PONTOS naar ASMITA. 3. Zoals in methode 2 ligt de rand van het ASMITA model bij de keel. Bij het toepassen van de randvoorwaarde wordt echter wel rekening gehouden met de omvang van de buitendelta zoals door PONTOS is berekend. Tussen de twee modellen vindt er dus een interactie plaats: ASMITA levert aan PONTOS de uitwisseling van sediment bij de keel en PONTOS levert het volume van de buitendelta aan ASMITA.


9


Z3334

mei 2003

Qua uitvoering is methode 1 het eenvoudigst, en methode 3 het moeilijkst. Methode 1 wordt in feit gehanteerd in fase 2 (stappen 1 en 2), hoewel de koppeling dan nog off-line is. Gezien het feit dat de twee modellen op wezenlijk verschillende modelprincipes zijn gebaseerd, is het niet vanzelfsprekend dat de extra complexiteit van methode 3 ook tot geavanceerdheid van het te ontwikkelen model leidt. Methode 1 heeft het grote nadeel dat er impliciet een inconsistentie bestaat m.b.t. de ontwikkeling van de buitendelta (buitendelta wordt door beide modellen gesimuleerd maar de resultaten komen niet over een), hoewel dit voor de gebruiker van het model niet zichtbaar hoeft te zijn. Alles overwegend wordt voorgesteld voor methode 2 te kiezen vanaf stap 3. Deze methode kan later, indien gewenst, altijd worden uitgebreid tot methode 3.

3.2.2

Waddenzee

Voor de Waddenzee is er voor ieder zeegat tussen Den Helder en Schiermonicoog al een ASMITA model gebouwd: Zeegat Marsdiep Eijerlandse gat Vlie Amelanderzeegat Friesche Zeegat

Bron van ASMITA model Kragtwijk, afstudeeronderzoek Van Goor, afstudeeronderzoek Kragtwijk, afstudeeronderzoek Van Goor, afstudeeronderzoek Van Goor, afstudeeronderzoek

Voor deze zeegaten zullen de bestaande ASMITA modellen worden aangepast en gekoppeld aan het PONTOS model zoals in de vorige sub-paragraaf is beschreven. Voor de zeegaten ten oost van Schiermonikoog, Eilander Balg en Eems is er nog geen ASMITA model gebouwd. Deze zeegaten liggen ook buiten het modelgebied volgens het oorspronkelijke projectplan. Daarom zullen voor deze twee zeegaten de uitwisseling bij de keel door middel van invoerparameters worden voorgeschreven.

3.2.3

Deltagebied

Het Deltagebied is gecompliceerder dan de Waddenzee om twee redenen. Ten eerste, er bestaat voor dit gebied nog praktisch geen ASMITA modellen. Ten tweede, het gebied is sterk verstoord door de Deltawerken. Hierdoor is de koppeling tussen PONTOS en ASMITA niet zo voor de hand liggend als in het geval voor de Waddenzee. Na de uitvoering van de Deltawerken is de Westerschelde nog het enig natuurlijke estuarium in dit gebied overgebleven. De andere estuaria zijn gesloten of half gesloten. Voor wat de zanduitwisseling tussen de kust en de bekkens betreft, zijn de half gesloten bekkens ook als gesloten te beschouwen. Door de Haringvlietsluizen wordt alleen water afgevoerd tijdens eb. Zandtransport door de sluizen is te verwaarlozen omdat de Hollandsch Diep en de Haringvliet veel te ruim is voor de rivierafvoeren zodat alle zand daar gevangen wordt. Slibtransport door de sluizen treedt wel op maar is in principe niet van belang voor de kustontwikkeling. Ook voor de toekomstige scenario’s van het beheer van de sluizen zal deze situatie niet gaan veranderen.


10


Z3334

mei 2003

Daarom wordt de zanduitwisseling door de sluizen verder niet gemodelleerd in deze studie en gelijk aan nul gesteld. De Grevelingenmeer is een gesloten bekken en kan verder buiten de studie worden gelaten. Door de stormvloedkering van de Oosterschelde vindt er nog wel getijbeweging plaats. Maar ook hier door treedt er geen zandtransport meer door de constructie van de stormvloedkering, hoewel er een zandhonger in de Oosterschelde is. De zanduitwisseling tussen het bekken en de kust hoeft ook hier dus niet worden gemodelleerd. Wel wordt in de studie gekeken naar de ontwikkeling van de buitendelta van dit systeem die aan het veranderen is sinds de bouw van de kering. De Westerschelde is nog een natuurlijk estuarium hoewel er wel veel menselijke ingrepen worden gedaan. In twee opzichten is dit systeem wel anders dan de zeegaten in de Waddenzee. Ten eerste, het bekken kan niet meer als één element worden beschouwd. Ten tweede, het is nog niet helemaal duidelijk wat de buitendelta van dit systeem is. Gebruikelijk wordt de raai Vlissingen – Breskens als mond van het estuarium gehanteerd. Maar het is zeer de vraag of het hele mondinggebied vanaf deze raai als buitendelta kan worden beschouwd. Voor dit systeem bestaat er nu een ESTMORF model en een ASMITA model waarin het systeem in veel meer elementen zijn verdeeld dan in het geval van de zeegaten in de Waddenzee. Tijdens de studie moet nog nader onderzoek worden gedaan hoe de uitwisseling tussen de kust en het estuarium best kan worden gemodelleerd.

3.3

Eerste scenario’s toepassing

Na de ontwikkeling van elke versie van het model zullen een aantal toepassingen worden uitgevoerd. Deze zullen tijdig in overleg worden gedefinieerd, waarbij drie aspecten een rol zullen spelen: scenario’s systeemsuppletie, zeespiegelrijzing/klimaatverandering, en ingrepen in achterliggende getijdebekkens. Alle berekeningen zijn voor een termijn van 50 jaar. Voorlopig zijn alleen de 4 scenario’s horend bij de eerste stap vastgelegd. De vier scenario’s zijn gevormd door 2 zeespiegelrijzing scenario’s met 2 systeemsuppletie scenario’s te combineren. In deze scenario’s wordt nog geen rekening gehouden met ingrepen in getijdebekkens. Met betrekking tot de drie genoemde aspecten zijn de vier scenario’s als volgt samengevat: Definitie scenario’s Scenario I II III IV


Zeespigelrijzing 20 cm/eeuw 65 cm/eeuw 20 cm/eeuw 65 cm/eeuw

suppletiescenario A A B B

ingrepen in bekkens geen geen geen geen

11


Z3334

mei 2003

Suppletie verdeeld over deelsystemen (Mm3/jaar) volgens de twee scenario’s: A B Scanerio Gedurende 50 jaar toepassen van Gedurend 50 jaar toepassen van suppletieschema met een suppletieschema met jaarlijkse een jaarlijkse suppleties (Mm3), suppleties (Mm3) verdeeld over deelsystemen vlgs. prognose verdeeld over deelsystemen vlgs Beschrijving gemiddelde over 2001 t/m 2003, Mulder(2000; tabel 6) met met 30% strandsuppleties en 70% onderwatersuppleties tussen – 30% strandsuppleties en 5 en –8 mNAP 70% onderwatersuppleties tussen –5 en –8 mNAP 1.4 0 Friese zeegat 0.4 0.5 Amelander zeegat 1.8 0.5 Vlie 1.1 0 Eierlandse gat 3.2 4.5 Marsdiep 0.4 2.5 Petten - IJmuiden 0.7 3.3 IJmuiden - Hoek van Holland 2.9 1.7 Delta SOM 11.9 13 Voor de verdeling van de suppleties binnen de deelsystemen wordt uitgegaan van de locaties (uitgedrukt in kilometer-raaien) welke zijn gesuppleerd in de periode 1990 – 2002. In de volgende tabel zijn deze locaties weergegeven, evenals het aantal keren waarin op die locatie is gesuppleerd. Als eerste benadering stellen we voor om in de scenarioberekeningen uit te gaan van een ruimtelijke verdeling van de jaarlijkse suppletiehoeveelheid volgens de normering in de laatste kolom van de volgende tabel. Ruimtelijke verdeling van suppleties per deelsysteem deelsysteem

kustvak

begin raai

eind raai

Friesche zeegat

ameland

14.00

21.00

4

100

Amelander zeegat

ameland ameland ameland terschelling

10.00 7.00 48.00 14.00

14.00 11.00 3.00 18.00

4 2 3 1

40 20 30 10

Vlie

vlieland vlieland

53.00 46.00

55.00 50.00

3 3

50 50

Eierlander zeegat

texel texel

25.00 17.00

31.00 23.00

6 5

54.5 45.5


aantal genormeerd suppleties naar tijdens percentage van 1990 - 2002 langjarig jaargemiddelde suppletiehoeveelheid

12


Z3334

mei 2003

Marsdiep

texel texel nholland nholland

12.00 9.00 1.00 10.00

17.00 12.00 8.00 17.00

3 4 5 8

15.0 20.0 25.0 40.0

Noord holland

nholland nholland nholland nholland

18.00 30.00 36.00 49.00

21.00 34.00 40.00 51.00

4 14 11 2

12.9 45.2 35.5 6.5

Zuid holland

rijnland rijnland rijnland delfland delfland delfland

60.00 73.00 91.00 97.00 106.00 117.00

68.00 90.00 97.00 101.00 113.00 119.00

7 3 4 3 6 12

20 8.6 11.4 8.6 17.1 34.3

Delta

maasvlakte voorne goeree schouwen schouwen walcheren walcheren walcheren walcheren walcheren

6.00 11.00 12.00 14.00 9.00 12.00 1.00 4.00 10.00 18.00 4.00 5.00 8.00 10.00 12.00 14.00 14.00 18.00 21.00 28.00

7 1 2 7 5 1 4 1 7 8

16.3 2.3 4.7 16.3 11.6 2.3 9.3 2.3 16.3 18.6

Als minimale output wordt gevraagd een beeld te geven van het verloop (over een periode van 50 jaar) van de zandinhoud • van het gehele Nederlandse kustsysteem (de som van de deelsystemen) • per kustdeelsysteem (per ‘zandbak’) • (op termijn ook) per vloedbekken, en onderverdeeld naar ontwikkeling in zandinhoud over verschillende dieptezones; • het gehele profiel (i.e. laag 0 t/m laag 5) • de JARKUS zone (i.e. laag 1 en 2) • de duin zone (laag 0) • de “BKL zone” (i.e. laag 1) • laag 2 • laag 3 • laag 4 • laag 5.


13


4

Z3334

mei 2003

Referenties

Eysink, W.D., Walstra, D.J.R., Stive, M.J.F., 2001, Vergelijking van bestaande lange-termijn morfologische modellen, WL | Delft Hydraulics, Rapport Z3005. Mulder, J.P.M., 2002, Ontwikkeling van een LT morfologisch model op nationale schaal, Notitie, 20 juni 2002. Mulder, J.P.M., 2000, Zandverliezen in het Nederlandse kustsysteem; Advies voor dynamisch handhaven in 21e eeuw, Rapport RIKZ/2000.36. Steetzel, H.J., 1995. Prediction of the development of coastline and outer deltas of the Dutch Wadden Coast for the period 1990-2040. WL Delft Hydraulics, Report /H1887 (in Dutch). Steetzel, H.J., J.H. de Vroeg, L.C. van Rijn and J.M.T. Stam, 1998. Morphological modelling using a modified multi-layer approach. Proceedings 26th International Conference on Coastal Engineering, Copenhagen, Denmark. Steetzel, H.J., de Vroeg, J.H. and L.C. van Rijn, 1999. Update and validation of the PonTos-model - Description, formulation and validation of version 1.0. Joint venture Alkyon Hydraulic Consultancy & Research – WL|Delft Hydraulics, Report A244/Z2559. Steetzel, H.J., J.H. de Vroeg, L.C. van Rijn and J.M.T. Stam, 2000. Morphological modelling using a modified multi-layer approach. Proceedings 27th International Conference on Coastal Engineering, Sydney, Australia.


14

Ontwikkeling van een lange-termijn morfologisch model voor de Nederlandse kust. Zheng Bing Wang, Henk Steetzel

Recommend Documents