PONTOS-berekeningen ten behoeve van vliegveld in zee

Ministerie van Verkeer en Waterstaat

stuvwxyz Programmadirectie Ontwikkeling Nationale Luchthaven

PONTOS-berekeningen ten behoeve van vliegveld in zee Analyse resultaten voor een tunnel- en damverbinding november 1999

Ministerie van Verkeer en Waterstaat

stuvwxyz Programmadirectie Ontwikkeling Nationale Luchthaven

PONTOS-berekeningen ten behoeve van vliegveld in zee Analyse resultaten voor een tunnel- en damverbinding

november 1999

Opgesteld door Alkyon Hydraulic Consultancy & Research en WL Delft Hydraulics in opdracht van Rijkswaterstaat/Rijksinstituut voor Kust en Zee

Inhoudsopgave .............................................................................................

Samenvatting ....................................................................................................... 7 1 Inleiding ............................................................................................................ 8 1.1 Achtergrond en kader..................................................................................... 8 1.2 Doelstelling..................................................................................................... 9 1.3 Opdracht........................................................................................................ 9 1.4 Aanpak ........................................................................................................... 10 2 PONTOS-modellering ......................................................................................... 11 2.1 Inleiding ......................................................................................................... 11 2.2 Processen ....................................................................................................... 11 2.2.1 Reeds gemodelleerd .................................................................................... 11 2.2.2 Nog ontbrekend .......................................................................................... 11 2.3 Gebruikte versie.............................................................................................. 13 3 Modelopzet huidige situatie ............................................................................. 14 3.1 Inleiding ......................................................................................................... 14 3.2 Geometrie en korrelgroottemateriaal sediment .............................................. 14 3.3 Golfklimaat..................................................................................................... 15 3.4 Getijklimaat .................................................................................................... 15 3.5 Modelafregeling ............................................................................................. 15 3.6 Suppletiebeleid ............................................................................................... 17 3.7 Uitvoer ........................................................................................................... 17 4 Afwijkende randvoorwaarden ........................................................................... 18 4.1 Inleiding ......................................................................................................... 18 4.2 Golfrandvoorwaarden .................................................................................... 18 4.2.1 Algemeen .................................................................................................... 18 4.2.2 Lokale correctie ........................................................................................... 18 4.2.3 Resultaten ................................................................................................... 19 4.3 Getijrandvoorwaarden.................................................................................... 20 4.3.1 Algemeen .................................................................................................... 20 4.3.2 Lokale correctie ........................................................................................... 20 4.3.3 Resultaten ................................................................................................... 20 5 Resultaten ......................................................................................................... 21 5.1 Algemeen ....................................................................................................... 21 5.1.1 Gebruikte files ............................................................................................. 21 5.1.2 Afwijkende instelling ................................................................................... 21 5.1.3 Nadere uitwerking....................................................................................... 22 5.2 Sedimenttransport .......................................................................................... 22 5.2.1 Basissituatie ................................................................................................. 22 5.2.2 Effecten varianten ....................................................................................... 22 5.3 Kustontwikkeling............................................................................................ 23 5.3.1 Basissituatie (ONL0) .................................................................................... 23 5.3.2 Tunnelvariant (ONL3) ................................................................................. 23 5.3.3 Damvariant (ONL2)..................................................................................... 23 6 Interpretatie ...................................................................................................... 24 6.1 Inleiding ......................................................................................................... 24

PonTos-berekeningen ten behoeve van vliegveld in zee

3

6.2 Autonome kustontwikkeling (ONL0).............................................................. 24 6.2.1 Algemeen .................................................................................................... 24 6.2.2 Ontwikkeling bovenlaag ............................................................................. 24 6.2.3 Ontwikkeling onderlaag .............................................................................. 24 6.3 Kustontwikkeling eilandvarianten (ONL3 en ONL2) ...................................... 25 6.3.1 Ontwikkeling bovenlaag ............................................................................. 25 6.3.2 Ontwikkeling onderlaag .............................................................................. 25 6.3.3 Ontwikkeling suppletiebehoefte.................................................................. 25 6.4 Relatieve effecten eilandvarianten .................................................................. 26 6.4.1 Algemeen .................................................................................................... 26 6.4.2 Eiland met tunnelverbinding (ONL3)........................................................... 26 6.4.3 Eiland met damverbinding (ONL2).............................................................. 27 6.5 Relatieve effecten verbindingsvarianten ......................................................... 27 6.5.1 Algemeen .................................................................................................... 27 6.5.2 Effecten op ontwikkeling bovenlaag............................................................ 27 6.5.3 Effecten op ontwikkeling onderlaag ............................................................ 28 6.5.4 Conclusie..................................................................................................... 28 7 Conclusies......................................................................................................... 29 7.1 Het gebruik van het PONTOS-model ............................................................... 29 7.2 Effect van een eiland ...................................................................................... 30 7.3 Effect van een damverbinding ........................................................................ 30 7.3.1 Effect van een damverbinding ..................................................................... 30 8 Aanbevelingen .................................................................................................. 31 8.1 PONTOS-model ............................................................................................... 31 8.2 Aanleg van een eiland .................................................................................... 31 8.3 Uitvoering verbinding..................................................................................... 31 8.4 Nadere uitwerking eilandconfiguraties ........................................................... 32


4

Lijst van Figuren .............................................................................................

3.2.1

Initië le laagpositie inclusief gehanteerde vakindeling (15 kustvakken); Overzicht en detail Hollandse kust

4.2.1

Illustratie berekeningswijze golfhoogte en -richtingverandering; Voorbeeld voor een golfrichting en enkele uitvoerlokaties Verloop golfhoogte-correctie coë fficië nt langs de kust; Verloop voor ONL2 en ONL3 voor vier golfinvalsrichtingen Verloop karakteristieke golfaanval langs de kust; Verloop voor golfhoogte, golfperiode en golfinvalshoek Relatieve verandering stroomsnelheden; Procentuele verandering voor vloedsituatie bij damvariant Relatieve verandering stroomsnelheden; Procentuele verandering voor ebsituatie bij damvariant Relatieve verandering stroomsnelheden; Procentuele verandering voor vloedsitautie bij tunnelvariant Relatieve verandering stroomsnelheden; Procentuele verandering voor ebsituatie bij tunnelvariant Verloop vermenigvuldigingsfactor stroomsnelheid; Verloop voor ONL2 en ONL3 voor eb- en vloedstroom

4.2.2 4.2.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5

5.2.1 5.2.2 5.3.1 5.3.2

6.2.1 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4.1 6.4.2 6.5.1

7.2.1 7.3.1

Verloop initieel langstransport per laag in basissituatie; Bijdragen golf- en getijtransport Vergelijking initië le langstransporten per variant; Bijdragen golf- en getijtransport Berekende autonome kustontwikkeling; Posities kustnabije lagen na 50 jaar Berekende kustontwikkeling voor eiland- en damvariant; Posities kustnabije lagen na 50 jaar Berekende autonome kustontwikkeling; Tijds- en kustvakgemiddelde beweging boven- en onderlaag Vergelijking Invloed varianten op ontwikkeling bovenlaag; Overzicht tijdsgemiddelde beweging (50 jaar) Vergelijking invloed varianten op ontwikkeling onderlaag; Overzicht tijdsgemiddelde beweging (50 jaar) Vergelijking invloed varianten op ontwikkeling suppletiebehoefte; Overzicht langsver-deling tijdsgemiddelde behoefte en tijdsontwikkeling totale behoefte Effect aanleg eiland met tunnel ten opzichte van basissituatie; Mutaties in beweging boven- en onderlaag; Overzicht grootte invloedsgebied Effect aanleg eiland met dam ten opzichte van basissituatie; Mutaties in beweging boven- en onderlaag; Overzicht grootte invloedsgebied Effect verbinding door dam ten opzichte van aanleg tunnel; Mutaties in beweging boven- en onderlaag Overzicht grootte invloedsgebied Overzicht effecten aanlegvarianten eiland met tunnel en dam; Effecten op kustontwik-keling; Overzicht grootte invloedsgebied Overzicht effecten uitvoering oeververbinding; Effecten op kustontwikkeling ; Overzicht grootte invloedsgebied


5

Lijst van Tabellen .............................................................................................

3.1 3.2 3.3

Samenvatting van afgeregelde parameters Vergelijking gemeten en berekende sedimentbalans voor bovenlaag Vergelijking gemeten en berekende sedimentbalans voor onderlaag


6

Samenvatting .............................................................................................

Ten behoeve van een eerste verkenning van de morfologische consequenties van een aanleg van een vliegveld in zee zijn een aantal berekeningen uitgevoerd met de thans operationele versie van het PONTOS-model (versie 1.0). Uitgaande van een afgeregelde versie van het model voor de Hollandse kust zijn de relatieve effecten van zowel een tunnel- als een damverbinding naar het eiland uitgewerkt. Op basis van de verkregen resultaten zijn enige conclusies getrokken ten aanzien van de relatieve effecten van de aanleg van een eiland met zowel een tunnel- als een damverbinding, dit toegespitst op de verwachte ontwikkeling en beïnvloeding van zowel de nearshore zone als de diepere lagen. De effecten van de damvariant blijken relatief groot en zich uit te strekken over tenminste het gesloten deel van de Nederlandse kust.


7

1 Inleiding .............................................................................................

1.1 Achtergrond en kader Schiphol eiland Het kabinet heeft begin 1999 aangegeven dat de groei van het luchtverkeer mogelijk op een eiland in de Noordzee kan plaatsvinden. Het is zeker dat een eiland inclusief een verbinding met het vaste land gevolgen heeft voor de waterbeweging, het sedimenttransport (zand en slib) en de morfologische processen (sedimentatie en erosie) in het kustsysteem. Veranderingen in de waterbeweging zijn sturend voor de grootte en richting van het sedimenttransport. Zo zal door het veranderen van het zandtransport ook het sedimentatie- en erosiepatroon langs de kust wijzigen. Naast milieu-effecten heeft dit ook gevolgen voor aanwezige gebruiksfuncties. In het rapport "Landen op Zee 2" [Smit e.a., 1998] is geconcludeerd dat een kunstmatig eiland in de Noordzee niet op voorhand onacceptabele morfologische en ecologische effecten zal veroorzaken en dat de effecten op het kustonderhoud beheersbaar lijken te zijn. Wel zijn er nog grote onzekerheden over de omvang en de uitstraling van de effecten. Oeververbinding In genoemd rapport is aangenomen dat het eiland door middel van een tunnel met het vaste land zal worden verbonden. De optie van een bovengrondse oeververbinding is destijds nog niet beschouwd. Dit terwijl met name een vaste bovengrondse verbinding een aanzienlijke invloed op het kustgedrag zal hebben. Gezien de dimensies van het eiland, inclusief de oeververbinding, wordt verwacht dat de invloed over een grote afstand merkbaar is en dat het enkele eeuwen duurt voordat op een natuurlijke wijze een nieuw dynamisch evenwicht (bijvoorbeeld in de ligging van de kustlijn) is bereikt. Het besluitvormingstraject Voor eind 1999 is het zogenaamde eerste moment van afweging (EMA) gepland. Met betrekking tot de morfologie zijn de volgende afwegingen voorzien: • Het nemen van een beslissing over het type oeververbinding; • et inperken van het aantal varianten en potentië le locaties van het eiland. De afweging zal mede worden gebaseerd op het EMA-morfologie rapport. Gezien de beperkte tijd kunnen niet alle effecten van een eiland met een vaste oeververbinding met voldoende zekerheid worden voorspeld. Om deze reden wordt momenteel een meerjarige studie gestart. Na afloop van dit laatste programma is in 2004 een definitieve ‘go / no go’ beslissing voorzien. Het onderzoek wordt uitgevoerd in opdracht van de programmadirectie ONL (Ontwikkeling Nationale Luchthaven) van de Rijksluchtvaartdienst (RLD). PONTOS-model Het morfologisch gedragsmodel PONTOS is ontwikkeld door een samenwerkingsverband van Alkyon Hydraulic Consultancy & Research bv (Alkyon) en WL|Delft Hydraulics [Steetzel e.a., 1998]. Het model simuleert het golfgedreven langs- en dwarstransport en het getijgedreven transport langs de gesloten Hollandse kust en de daarmee samenhangende kustveranderingen. In


8

het model is zowel het langstransport als het dwarstransport gemodelleerd, alsmede de onderlinge afhankelijkheid tussen beide processen. Meer recentelijk zijn in de model de volgende processen geïmplementeerd: golfrefractie, diffractie en getijcontractie. Daarnaast is een gevoeligheidsstudie en een validatie van het model aan de hand van een case-study (IJmuiden) uitgevoerd en heeft een eerste verkenning plaatsgevonden naar de effecten van een eiland in zee [De Vroeg e.a., 1999]. Het model lijkt daarmee in principe geschikt om een nadere verkenning van de effecten van een eiland op de kust te onderzoeken.

1.2 Doelstelling Het doel van de huidige studie is het met behulp van enkele resultaten van het PONTOS-model beschikbaar maken van een onderbouwde kwantificering van de relatieve effecten van een eiland al dan niet met een vaste bovengrondse oeververbinding. Daartoe zijn een drietal alternatieven worden beschouwd, te weten: • De huidige situatie (zonder eiland: ONL0); • De situatie met een eiland (met een tunnelverbinding: ONL3); • Een situatie waarbij het eiland via een vaste dam is verbonden met het vaste land (ONL2). In beide laatste gevallen betreft het een ruitvormig eiland ter grootte van 8500 ha gelegen op een afstand van 20 km uit de kust ter hoogte van Noordwijk. Bij de uitwerking zal de aandacht met name uitgaan naar: • het relatieve effect van de aanleg van een eiland met tunnelverbinding (verschil ONL3 en ONL0); • het relatieve effect van de aanleg van een eiland met damverbinding (verschil ONL2 en ONL0); alsmede: • het relatieve effect van de aanleg van een vaste dam in plaats van een tunnel (verschil ONL2 en ONL3).

1.3 Opdracht Onder verwijzing naar een offerteaanvraag van 15 juli 1999 met kenmerk RIKZ/AB 996354, is door het Samenwerkingsverband Alkyon Hydraulic Consultancy & Research / WL|Delft Hydraulics een studievoorstel uitgewerkt, met kenmerk A501le02 d.d. 16 juli 1999, voor het uitvoeren van PONTOSberekeningen ten behoeve van een vliegveld in zee Door middel van brief met kenmerk RIKZ/ABE-996539 d.d. 16 augustus 1998, werd opdracht verleend tot uitvoering van deze studie. Deze werd uitgevoerd in het kader van het project ‘TNLI’ onder contract RKZ726. Van de zijde van de opdrachtgever werd deze studie begeleid door Drs. P. van Vessem. De studie werd uitgevoerd door Dr. Ir. H. J. Steetzel (Alkyon Hydraulic Consultancy & Research) en Ir. J. H. de Vroeg (WL|Delft Hydraulics). Eerstgenoemde was daarbij verantwoordelijk voor de algehele studieaanpak en de voorliggende rapportage, terwijl de schematisatie van de randvoorwaarden


9

en de feitelijke berekeningen zijn uitgevoerd door Ir. J. H. de Vroeg. De interpretatie van de resultaten was een gezamenlijke actie. De kwaliteitscontrole werd, conform de ISO-9001-norm, uitgevoerd door Ir. J. van Overeem (Alkyon Hydraulic Consultancy & Research) en Prof. Dr. Ir. L.C. van Rijn (WL|Delft Hydraulics).

1.4 Aanpak Bij de uitwerking van de vraagstelling is eerst aandacht besteed aan de afregeling van het PONTOS-model voor de Hollandse kust en de gehanteerde schematisatie van de hydraulische randvoorwaarden (golven en stromingen). Daarbij is een onderscheid gemaakt tussen de schematisatie van de golfrandvoorwaarden (rekening houdend met de effecten van diffractie rond de beide eilandkoppen) en de schematisatie van het horizontale getij. Bij deze laatste speelt met name het effect van de contractie en obstructie van de getijstroom een belangrijke rol. Na vaststelling van deze randvoorwaarden zijn morfologische berekeningen uitgevoerd waarbij de ontwikkeling van de Hollandse kust voor elk van de drie gevallen, te weten ONL0 (huidige situatie), ONL3 (eiland met tunnel) en ONL2 (eiland met vaste dam), gedurende een periode van 50 jaar is gesimuleerd. Deze resultaten zijn vervolgens geë valueerd waarbij met name is gekeken naar de relatieve verschillen tussen de varianten. Ter afsluiting zijn de voornaamste conclusies op een rij gezet en zijn enkele aanbevelingen gedaan met het oog op een verbeterde voorspelling van de hier onderzochte effecten. De beschreven werkwijze is ook terug te vinden in de opzet van het rapport, waarbij eerst nog kort is ingegaan op het PONTOS-model zelf.


10

2 PONTOS-modellering .............................................................................................

2.1 Inleiding Het morfologisch gedragsmodel PONTOS is een meerlijnen model en simuleert het golfgedreven langs- en dwarstransport, het getijgedreven langstransport en de daarmee samenhangende kustveranderingen. Voor een uitgebreide beschrijving van het model wordt verwezen naar [Steetzel e.a., 1999]. Hierin zijn de verschillende formuleringen die in het model worden gebruikt nader toegelicht en is het model toegepast voor de Hollandse kust tussen Hoek van Holland en Den Helder [De Vroeg e.a., 1999].

2.2 Processen 2.2.1 Reeds gemodelleerd Binnen de huidige versie van het PONTOS-model zijn een aantal fysische processen gemodel-leerd. De voornaamste hiervan zijn: • Het golfgedreven langstransport; • Het getijgedreven langstransport; • Het golfgedreven dwarstransport; • De effecten van refractie en shoaling (ten behoeve van de translatie van golfcondi-ties); • De effecten van diffractie op de grootte van het golfgedreven langstransport (vanuit een enkel diffractiepunt); • De effecten van stroomcontractie (continuïteit van de getijstroom). Een uitgebreid overzicht van de wijze waarop een en ander is geschematiseerd is gegeven in [Steetzel e.a., 1999]. 2.2.2 Nog ontbrekend De belangrijkste aanpassingen en processen die nog niet in het model zijn geïmplementeerd zijn kort besproken in het volgende. Dwarsverdeling correctiedebiet Teneinde te voldoen aan de continuïteit van het getij-geïnduceerde debiet in langsrichting wordt de grootte van het volgens de standaardprocedure vast te stellen debiet bij optredende verschillen nodig gecorrigeerd. De schematisatie van de verdeling van dit correctiedebiet over de verschillende lagen nodig ter vereffening van discontinuïteiten (de zogenaamde contractie-correctie) moet nog worden aangepast. In de huidige modellering is deze nog uniform verdeeld over de beschikbare breedte. Het gebruik van een negatief exponentieel verband voor de dwarsverdeling van deze correctie is fysisch correcter en maakt bovendien dat de afhankelijkheid van de ligging van de zeewaartse grens minder is. Een en ander betekent dat het effect van een dwarsdam op de getijstroom nog niet optimaal is weergegeven. Dit geldt natuurlijk ook voor een situatie waarbij sprake is van een offshore gelegen constructie (eiland). Dit laatste geval is helemaal nog niet gemodelleerd. Het eiland is in deze studie dan ook via een schematisatie van de randvoorwaarden in het rekenmodel opgenomen.


11

Getijgedreven dwarstransport In het geval van een dwarsdam zal de toevoeging van het getijgedreven dwarstransport aanleiding geven tot een additionele sedimentstroom rond de kop van de dam. Bij de toepassing voor de Hollandse kust werd hiertoe bij IJmuiden gebruikt gemaakt van een additioneel stelsel van bronnen en putten teneinde hetzelfde effect te bereiken. Een en ander betekent dat de grootschalige effecten van een dwarsdam per definitie nog onjuist worden weergegeven. De richting van het dwarstransport aan beide zijden van de constructie is onjuist. Door gebruik te maken van een additioneel bronnen- en puttensysteem kan hier enige verbetering in worden bereikt. Deze ‘truc’ is ook in de huidige berekeningen toegepast. Dwarstransport als gevolg van diffractie effecten In de huidige modellering heeft de als gevolg van diffractieprocessen gewijzigde effectieve golfhoogte geen effect op de grootte van het dwarstransport en de vorm van het evenwichts-profiel (nog niet gemodelleerd). Als gevolg hiervan zal het in de diffractie zones berekende evenwichtsprofiel relatief te steil zijn en dus per definitie een effect hebben op de grootte en richting van het dwarstransport. Omdat ook de golfactiviteit wijzigt en er bovendien gebruik wordt gemaakt van een uitgebreid golfklimaat is er op voorhand echter geen uitspraak te doen over de absolute en relatieve grootte van het effect van het wel verdisconteren van de effecten van diffractie. De consequentie hiervan is dus dat de dwarstransporten en dwarsprofielen in de nabijheid van een eilandconfiguratie in de huidige modellering nog niet goed worden weergegeven. De effecten op de grootte van het langstransport zijn overigens wel gemodelleerd [Steetzel e.a., 1999]. Vorm van het evenwichtsprofiel Bij de toepassing voor de Hollandse kust kwam reeds naar voren dat het voor de afregeling van de vorm van het evenwichtsprofiel en het daarmee samenhangend dwarstransport gewenst was om een additionele vormparameter te introduceren teneinde niet alleen de steilheid van het dwarsprofiel maar ook de ‘vorm’ ervan te kunnen beïnvloeden. Een en ander betekent dat de grootte en richting van het golfgeïnduceerde dwarstransport met enige voorzichtigheid moet worden bekeken. Diepwaterrand De transporten over de diepwaterrand moeten in het huidige model als een randvoorwaarde worden meegenomen. Dit betekent dat de effecten van versteiling en zandwinning op dieper water niet ‘netjes’ kunnen worden meegenomen. Aanbevolen is om dit probleem te omzeilen door toevoeging van een extra laag aan het model welke de karakteristieken van de diepere vooroever bevat. Enige voorzichtigheid met betrekking tot de resultaten van de diepere lagen blijft dus geboden.


12

2.3 Gebruikte versie Voor het uitvoeren van de berekeningen is gebruik gemaakt van research-versie 1.01 van het rekenmodel. Ten opzichte van de officië le 1.0 versie [Steetzel e.a., 1999] zijn hierin ten behoeve van dit specifieke project een aantal functionele aanpassingen doorgevoerd, te weten: 1) Een uitbreiding van het aantal klimaatstations van 5 naar 9; 2) Een extra uitvoer van de langsvariatie van het initië le karakteristieke hydraulische klimaat (golf- en getijrandvoorwaarden). Ad 1): Deze aanpassing was noodzakelijk om de klimaatvariatie achter het eiland met een voldoend grote nauwkeurigheid te kunnen weergeven (zie Hoofdstuk 4). Ad 2): Door toevoeging van deze uitvoer werd inzicht verkregen in de langsvariatie van de karakteristieke hydraulische condities (golfhoogte, invalshoek en golfperiode) op diep water (NAP-20m dieptelijn) dit gebaseerd op een ‘energieweging’ van 81 golf- en 12 getijcondities (972 combinaties).


13

3 Modelopzet huidige situatie .............................................................................................

3.1 Inleiding Bij de opzet van het PONTOS-model voor de Hollandse kust is gebruikt gemaakt van de in [De Vroeg e.a., 1999] beschreven uitwerking. In het volgende zal kort worden ingegaan op de voornaamste kenmerken van het gebruikte model, te weten: • De geometrie en korrelgrootte sediment; • Het golfklimaat; • Het getijklimaat. Vervolgens is aandacht besteedt aan de afregeling van het model (calibratie), de wijze waarop rekening is gehouden met het beleid van kustlijnhandhaving en de gegenereerde uitvoer. Voor meer details wordt verwezen naar [De Vroeg e.a., 1999].

3.2 Geometrie en korrelgroottemateriaal sediment Het gebruikte model beperkt zich tot de Hollandse kust en wel tot het gedeelte tussen Hoek van Holland en Callantsoog (nabij Den Helder). Voor de modeltoepassing is gebruik gemaakt van de zogenaamde PONTOS-referentielijn welke de grootschalige vorm van de Nederlandse kust beschrijft. Op dit rooster is de ontwikkeling tussen Xm = 99 km (Hoek van Holland) en Xm = 206 km (Callantsoog) in beschouwing genomen. Voor de verschillende niveaus is gebruikt gemaakt van de standaard laagindeling waarbij de scheidingsniveaus zijn gelegen op NAP-20m (ondergrens diepste laag), NAP-13m, NAP-7m (scheiding boven- en onderlaag), NAP-2m, NAP+3m (duinvoet) en de lokale duintop. Bij de interpretatie van de kustontwikkeling zal een onderscheid worden gemaakt tussen de onderlaag (van NAP-20m tot NAP-7m) en de bovenlaag (van NAP-7m tot de duintop). De ligging van de kustlijnen in het meerlijnenmodel zijn gebaseerd op het KUSTSTROOK-model en het JARKUS-bestand (zie [De Vroeg e.a., 1999]). De positie van de verschillende lagen vormt daarbij een indicatie van de locatie van een zekere dieptelijn, waarbij Y0 » NAP+10m,Y1 » NAP+1m,Y2 » NAP-4m,Y3 » NAP-10m en Y4 » NAP-16m. Voor alle hier uitgevoerde berekeningen is als beginkustlijn de met het afgeregelde PONTOS-model (zie Paragraaf 3.5) voorspelde kustlijn voor het jaar 2000 gekozen. Figuur 3.2.1 geeft een overzicht van de gebruikte schematisatie. De bovenste figuur geeft daarbij het overzicht over het gemodelleerde gebied, terwijl de onderste figuur een detail geeft rond de gebruikte lokatie van het eiland (op Xm = 136 km). In de figuren zijn ook de verschillende kustvakken aangegeven. Deze zullen in een later stadium worden gebruikt voor de evaluatie van de berekende kustlijnveranderingen. Langs de gehele kust is gewerkt met een uniforme sedimentgrootte van D50 = 0,2 mm (zowel in langs- als dwarsrichting).


14

3.3 Golfklimaat Het golfklimaat is gebaseerd op de data van Lichteiland Goeree, Noordwijk en Eierland. Er is gewerkt met golfhoogte-klassen van 0,5 m (met een bijbehorende karakteristieke golfperiode) en richtingssectoren van 30 graden, elke combinatie met haar percentage van voorkomen. Bovenstaande betekent dat op elk punt langs de kust het sedimenttransport wordt berekend op basis van 81 golfcondities op een referentie waterdiepte van NAP-20m. Voor aanvullende informatie wordt verwezen naar [De Vroeg e.a., 1999].

3.4 Getijklimaat De gebruikte getijcondities zijn gebaseerd op door Van Rijn gepresenteerde gegevens [Van Rijn, 1995b]. In enkele punten langs de kust zijn de gepresenteerde data afgeleid van het TRIWAQ model van RIKZ. Deze stroomsnelheden en waterstanden vertonen een zo geringe variatie langs de kust dat gekozen is voor een uniform getijklimaat langs de kust. Het gebruikte klimaat bestaat uit 12 combinaties van stroomsnelheid en waterstand op een diepte van NAP-8m. Voor aanvullende informatie kan worden verwezen naar [De Vroeg e.a., 1999].

3.5 Modelafregeling In [de Vroeg e.a., 1999] is de calibratie van het PONTOS-model voor de Hollandse kust beschreven. De afgeregelde parameters zijn samengevat in Tabel 3.1. Tabel 3.1:

Proces

Overzicht van afgeregelde parameters

Parameter

Afgeregelde waarde

Default waarde

calibratie factor golfgedreven transport calibratie factor getijgedreven transport

van Xm=168 tot 208 km: toename van 1,0 to 1,5 van Xm=168 tot 208 km: toename van 1,0 to 1,5

1

factor evenwichtshelling transport factor α-waarde

0,15 tot 0,25 0,2 2,0

1 1 1,5

stroomrelaxatie-lengte

5,0 Lp

2,5 Lp

dwarsuitwisseling door getij bij IJmuiden dwarsuitwisseling door getij bij Hoek van Holland

extra bypass van zuid naar noord toevoer van zand

n.v.t.

Langstransport

1

Dwarstransport

Constructie

n.v.t.

De overeenkomsten en verschillen van het gecalibreerde model met de uit metingen afgeleide balansen is gepresenteerd in Tabel 3.2 en 3.3.


15

Tabel 3.2:Vergelijking van berekende en gemeten sediment balans voor de bovenlaag (boven NAP-7 m; voor Stam boven NAP-8 m)

NAP-20m Positie langs referentielijn Xm [km]

Sectie (km t.o.v. Den Helder)

Jaargemiddelde sedimentatie en erosie (in m3/jaar) berekend PONTOS

201 - 206 189 - 201 178 - 189 170 - 178 167 - 170 162 - 167

11.1 - 16.3 16.3 - 28 28 - 39 39 - 47 47 - 50 50 - 55

+ 24,000 - 164,000 - 76,000 - 76,000 - 8,000 + 112,000

‘gemeten’ Van Rijn

Stam

- 45,000 - 200,000 - 80,000 + 5,000 - 45,000 + 275,000

- 19,000 - 152,000 - 140,000 + 68,000 - 24,000 + 167,000

157 - 160.5 56.3 - 60 + 137,000 + 415,000 149 - 157 60 - 68 - 22,000 - 200,000 140 - 149 68 - 77 - 20,000 - 25,000 125 - 140 77 - 92 + 55,000 + 45,000 120 - 125 92 - 97 + 10,000 - 75,000 109 - 120 97 - 108 - 85,000 - 15,000 99 - 109 108 - 118.5 - 29,000 - 35,000 Opm.: - De data van Van Rijn zijn globaal gecorrigeerd voor suppleties; - PONTOS-middeling over 30 jaar

+ 250,000 - 3,000 + 5,000 + 60,000 - 32,000 + 14,000 - 17,000

Tabel 3.3:Vergelijking van berekende en gemeten sediment balans voor de onderlaag (beneden NAP-7m).

Positie langs referentielijn Xm [km]

Jaargemiddelde sedimentatie en erosie (in m3/jaar)

Sectie (km t.o.v. Den Helder)

berekend PONTOS (NAP-7/-20m) 201 - 206 189 - 201 178 - 189 170 - 178 167 - 170 162 - 167

11.1 - 16.3 16.3 - 28 28 - 39 39 - 47 47 - 50 50 - 55

- 22,000 - 105,000 + 30,000 + 233,000 + 69,000 + 127,000

‘gemeten’ Van Rijn Stam (NAP-7/-13m) (NAP-8/-13m) - 75,000 - 60,000 - 60,000 - 130,000 - 50,000 + 260,000

157 - 160.5 56.3 - 60 - 52,000 *) + 140,000 149 - 157 60 - 68 - 195,000 - 80,000 140 - 149 68 - 77 - 72,000 - 100,000 125 - 140 77 - 92 - 13,000 - 70,000 120 - 125 92 - 97 + 11,000 - 50,000 109 - 120 97 - 108 - 40,000 - 120,000 99 - 109 108 - 118.5 - 233,000 - 275,000 Opm.: - De data van Van Rijn zijn globaal gecorrigeerd voor suppleties; - PONTOS-middeling over 30 jaar *) Inclusief effect van erosie zeewaarts van NAP-13m


16

- 81,000 - 81,000 - 58,000 - 67,000 - 27,000 + 226,000 + 99,000 - 80,000 - 70,000 - 120,000 - 66,000 - 46,000 -141,000

Op basis hiervan is geconcludeerd dat het gecalibreerde model in grote lijnen de ontwikkeling in de beschouwde balansgebieden redelijk weergeeft. Alleen in het diepe deel (tussen NAP-7m en NAP-20m; zie Tabel 3.3) ten noorden van IJmuiden wordt met PONTOS een tendens tot aanzanding berekend terwijl de metingen een tendens van zandverlies tonen. Dit verschil is waarschijnlijk voornamelijk te wijten aan door de getijstroom veroorzaakt zandverlies over de NAP-20m. Voor details met betrekking tot deze afregeling wordt verwezen naar [De Vroeg e.a., 1999]. Opgemerkt moet worden dat in het kader van de uitgevoerde studie de hier gepresenteerde voorspellingen niet zijn vergeleken met reeds bestaande resultaten. Per definitie is uitgegaan van een soort van extrapolatie van de in [De Vroeg e.a., 1999] gecalibreerde ontwikkelingen. In een meer uitgebreide studie zal natuurlijk wel aandacht moeten worden besteed aan de vergelijking van de PONTOS-voorspellingen met ander bronnen.

3.6 Suppletiebeleid Teneinde rekening te houden met de thans vigerende beleid waarbij sprake is van een strikte handhaving van de huidige kustlijn door middel van het uitvoeren van suppleties, kan bij de berekeningen eveneens gebruik gemaakt van de ‘auto-nourishment mode’ van het PONTOS-model. Door het opgeven van de initië le kustlijn als kritieke cq. minimaal te handhaven positie, is de berekening van het potentieel benodigde suppletiebehoefte mogelijk. In aanvulling op de standaardsommen zijn eveneens berekeningen uitgevoerd waarbij de kustlijn is vastgehouden (zie Paragraaf 6.3.3).

3.7 Uitvoer Voor de interpretatie van de modelresultaten is met name gebruik gemaakt van de optie tot het verkrijgen van tijdsen vakgemiddelde resultaten. Daarbij is de vakindeling in kustsecties gebaseerd op de ook in [De Vroeg e.a., 1999] gebruikte vakindeling, dit aangevuld met een lokale verdichting ter plaatse van de positie van het eiland (zie ook Figuur 3.2.1).


17

4 Afwijkende randvoorwaarden ...........................................................................................

4.1 Inleiding Het direct modelleren van een eilandconfiguratie binnen het thans vigerende concept van het PONTOS-model is nog niet mogelijk (zie ook Paragraaf 8.4). De effecten van een offshore eiland op het hydraulische klimaat zijn in de huidige toepassing deels verdisconteerd door aanpassing van de hydraulische randvoorwaarden. Deze aanpak was mede mogelijk door het feit dat het hier beschouwde eiland gelegen was op een afstand van 20 km uit de kust. De wijze waarop zowel de golfrandvoorwaarden als de getijrandvoorwaarden zijn aangepast ten behoeve van ONL2 (damvariant) en ONL3 (tunnelvariant), is uitgewerkt in de volgende paragraaf.

4.2 Golfrandvoorwaarden 4.2.1 Algemeen Het door de aanwezigheid van een eiland lokaal gewijzigde golfklimaat is gemodelleerd door het tussenvoegen van een aantal golfklimaatstations in de zone waar de golven als gevolg van de aanwezigheid van het eiland zijn gewijzigd ten opzichte van de ongestoorde situatie (zie Paragraaf 3.3). Ook in deze aangepaste situatie is in elk punt sprake van 81 golfcondities. Binnen de invloedszone is echter voor een aantal golfcondities de golfhoogte en de golfrichting aange-past. 4.2.2 Lokale correctie De stapsgewijze vaststelling van de lokale correctie op het golfklimaat is beschreven in het volgende en mede geïllustreerd in Figuur 4.2.1. De loodrechte projectie van het eiland op de kustlijn is tussen gekozen tussen Xm = 130 en 142 km waarbij het centrum (en dus de positie van de dam bij ONL2) gelegen is ter plaatse van Xm = 136 km (Xmis de x-coördinaat lang het PONTOSgrid; zie [Steetzel e.a., 1999]). Vervolgens zijn een aantal zogenaamde ‘golfuitvoerlocaties’ langs de kust gekozen, waarop nieuwe lokale golfklimaten (beïnvloed door het eiland) worden bepaald. De gekozen uitvoer locaties bevinden zich op Xm = 118, 126, 130, 134, 138, 142, 146 en 154 km. Op Xm = 110 km en Xm = 162 km wordt het effect van het eiland op het golfklimaat verwaarloosbaar geschat. Vanuit de twee diffractie-punten van het eiland is een karakteristieke golfinvalsrichting bepaald naar elk van de gekozen golfuitvoerlocaties. Op basis hiervan kan voor elke offshore golf een golfhoogtereductiefaktor Kd worden bepaald met de eveneens in het PONTOS-model geïmplementeerde formuleringen (zie [Steetzel e.a., 1999]). Dit resulteert in twee gereduceerde golven in elke uitvoerlocatie, met reduktiefactoren Kd1 en Kd2.


18

Het gecombineerde effect van deze twee bijdragen is daarbij bepaald uit: Kd = √ ( Kd12+Kd22 )

(4.1)

en de resulterende richting is geschat op basis van de invalsrichting van beide golven en hun relatieve bijdrage. Opgemerkt dient te worden dat voor de optie ONL2 met een boven het water uitstekende dam in elk uitvoerpunt telkens slechts é é n gereduceerde golf aankomt (de andere wordt tegengehouden door de dam). De op deze wijze bepaalde verandering van golfhoogte en -richting werden toegepast op het offshore golfklimaat ter plaatse van elke uitvoerlocatie langs de kust. Deze klimaten werden op de zeewaartse rand opgelegd. Het effect van refractie wordt in het PONTOS-model zelf in rekening gebracht (op soortgelijke wijze als voor de onverstoorde golfklimaten). Gegeven uitwerking is overigens gericht op een optimale weergave van het nearshore golfklimaat. In principe treedt daarbij enige overschatting van de golfwerking (via opwoeling) op voor dieper water (als het klimaat zou zijn aangepast op basis van het effect op de offshore condities met 100 % reductie direct achter het eiland zou het nearshore klimaat sterk zijn onderschat). In de praktijk betekent dit dat de grootte van het getijgedreven transport op dieper water enigszins zal worden overschat. 4.2.3 Resultaten Figuur 4.2.2 toont de op deze wijze bepaalde golfhoogte-reductiefactor Kd voor verschillende offshore golfrichtingen. Deze factor Kd is daarbij dus onafhankelijk van de golfhoogte en kan op alle in een bepaalde richtingssector voorkomende golven worden toegepast. Gegeven deze correctiefactor zijn een aantal aanvullende golfklimaatstations toegevoegd. In Figuur 4.2.3 is de langsverdeling gegeven van de karakteristieke waarden van golfhoogten, golfperioden en invalshoeken als afgeleid uit de 81 gebruikte (en lokaal gecorrigeerde) golfcondities. Het effect op de grootte van de karakteristieke golfhoogte is in het geval van een tunnelverbinding (ONL3) blijkbaar beperkt tot maximaal orde 10% reductie ter hoogte van het eiland. Voor de damverbinding is dit maximaal orde 50%. Door afscherming van de dam treedt er een verdraaiing op van het karakteristieke golfklimaat over een hoek van 15 tot 20 graden. Aan de noordkant van de dam wordt de karakteristieke invalsrichting zelfs negatief en zal het daaraan gerelateerde golfgedreven sedimenttransport dus zuidwaarts gericht zijn. Op basis van deze effecten op het golfklimaat lijkt een damverbinding tenminste grote effecten te hebben op het sedimenttransport in de bovenlaag. Deze effecten zijn aanwezig over een kustlengte van orde 50 km ofwel binnen een invloedsgebied begrensd door lijnen onder ongeveer 45 graden vanuit de uiterste begrenzingen van het eiland. Dit invloedsgebied wordt korter bij kleinere afstand van het eiland uit de kust en/of geringe dimensies van het eiland.


19

4.3 Getijrandvoorwaarden 4.3.1 Algemeen Ook nu is het bestaande getijklimaat als basis gehouden en zijn lokaal door het eiland veroorzaakte verschillen op dit klimaat aangebracht. Hierbij is, evenals bij de golven, gewerkt met correctie factoren op het bestaande getijklimaat. 4.3.2 Lokale correctie Voor de schematisatie van het getij is gebruik gemaakt van de door RIKZ gemaakte getij-sommen met het KUSTSTROOK-model. Voor zowel ONL2 als ONL3 zijn door RIKZ relatieve veranderingen van de stroomsnelheden (t.o.v. de bestaande situatie) voor maximale vloedstroom en maximale ebstroom in de onderste laag (laag 6). Deze resultaten zijn samengebracht in Figuur 4.3.1 t/m 4.3.4. Er is aangenomen dat de relatieve veranderingen in de onderste laag voldoende karakteristiek zijn voor de veranderingen van de dieptegemiddelde stroming (PONTOS werkt met dieptegemiddelde stroming). Verder is verondersteld dat de procentuele veranderingen voor maximale vloed en maximale eb representatief zijn voor alle fasen van vloed respectievelijk ebstroom. In de aangeleverde data worden alle veranderingen groter dan 10% in dezelfde klasse gepresenteerd. Voor de basisberekening is deze klasse geïnterpreteerd als een verandering van 15%. Dit lijkt een redelijke waarde voor de stroomveranderingen dicht bij de kust. Echter, direct rond het eiland kan worden verwacht dat deze veranderingen wat groter zijn, wellicht in de orde 50 tot 100% in een groot deel van PONTOS-laag 4 (tussen NAP-20m en NAP13m). Daarom is naast de basisberekening met een verandering van 15% ook een berekening met 60% toename van de stroomsnelheid uitgevoerd (stroomscenario 1 respectievelijk 2). Bij de interpretatie moet worden bedacht dat stroomscenario 1 meer representatief is voor de lagen 1 en 2 (de brandingszone) en stroomscenario 2 waarschijnlijk meer voor de lagen 3 en 4 (de diepere zone). Bij de uitwerking is standaard gebruik gemaakt van scenario 1. Bij beschouwingen over de ontwikkeling van de onderlaag voor de tunnelvariant zullen ook de resultaten voor scenario 2 worden betrokken. 4.3.3 Resultaten Uit deze figuren zijn karakteristieke veranderingen van de stroomsnelheden langs de kust afgeleid, zie Figuur 4.3.5. De in deze figuren aangegeven factoren zijn op de aangegeven locaties opgelegd op het basis getijklimaat. De meest significante effecten op de getijstroom zijn aanwezig op het interval Xm = 110 tot 170 km, ongeveer vergelijkbaar met het effect op het karakteristieke golfklimaat. Voor de tunnelvariant (ONL3) is de toename in de getijstroomsnelheid ter plaatse van de dam orde 20 tot 60% (afhankelijk van het scenario). De effecten van een dam (ONL2) zijn aanwezig op het gehele interval tussen Hoek van Holland en Callantsoog.


20

5 Resultaten ...........................................................................................

5.1 Algemeen 5.1.1 Gebruikte files Voor deze uitwerking is gebruik gemaakt van de in/uitvoerfiles met respectievelijke codes TONL0-7.dat/mat, TONL2-7.dat/mat en TONL37.dat/mat van 28 september 1999. Basisruns In de rapportagefase zijn deze berekeningen opnieuw uitgevoerd waarbij: • Het aantal balansvakken voor de uitvoer is aangepast (extra vak t. p. v. het eiland); • De verdere uitvoer zodanig is ingesteld dat daarbij eenvoudige vergelijking tussen de verschillende resultaten mogelijk werd. Genoemde aanpassingen zijn verdisconteerd in de runfiles met de respectievelijke codes codes TONL0-7A.DAT/MAT, TONL2-7A.DAT/MAT en TONL3-7A.DAT/MAT. Suppletieruns Teneinde eveneens het effect op het kustonderhoud te voorspellen zijn genoemde berekeningen herhaald met gebruikmaking van de ‘autonourishment’-optie. Uitgaande van de basis-runs: • De initië le positie van de Y1-lijn is gebruikt als kritische locatie voor de kustlijn en daarmee sturend is voor de suppletiebehoefte (zie [Steetzel e.a., 1999]). Genoemde aanpassingen zijn verdisconteerd in de runfiles met de respectievelijke codes codes TONL0-7B.DAT/MAT, TONL2-7B.DAT/MAt en TONL3-7B.DAT/MAT. De met deze files gemaakte berekeningen vormen de basis voor de verdere analyse. Stroomscenario-run De basisberekening voor het eiland (TONL3-7A.DAT/MAT) heeft betrekking op stroomscenario 1. Runfile TONL3-7C.DAT/MAT betreft een berekening met stroomscenario 2 en speelt een rol bij de inschatting van de effecten op de diepere lagen. 5.1.2 Afwijkende instelling Conform de gebruikte instellingen als beschreven in [De Vroeg e.a., 1999] is ook hier een op een aantal punten afwijkende instelling van de basisparameters gebruikt. De afwijkende waarden hadden betrekking op: • T.b.v. de contractie-modellering: De grootte van het benedenstroomse invloedsgebied waarbij thans 5,0 in plaats van de standaard waarde van 2,5 is gebruikt; • T.b.v. de modellering van het golf-geïnduceerde dwarstransport is de schaalfactor gereduceerd tot 0,20 (i.p.v. 1,00) • Voor de coë fficië nt voor het diepteverloop van het golf-geïnduceerde dwars transport is 2,0 i.p.v. de standaard-waarde van 1,5 aangehouden.


21

Opgemerkt moet worden dat er voor de diffractiemodule gebruik is gemaakt van de aangepaste standaardwaarden van 0,30 voor de referentiewaarde van de diffractie op de schaduwlijn en 60° als bovenbegrenzing van de invloedszone [Steetzel e.a., 1999]. Met deze instelling gaf de hindcast (zie Paragraaf 3.5) een betrouwbaar resultaat. 5.1.3 Nadere uitwerking In dit hoofdstuk zijn enkele meer algemene resultaten van de uitgevoerde berekeningen bijeengebracht. Daarbij is aandacht besteed aan de grootte en verdeling van het langstransport alsmede de ontwikkeling van de kust in het basisgeval (ONL0). De hier gegeven ontwikkelingen hebben in eerste instantie betrekking op een situatie zonder enig kustonderhoud (TONLX-7A-runs).

5.2 Sedimenttransport 5.2.1 Basissituatie Figuur 5.2.1 geeft een overzicht van de verdeling en grootte van het initië le langstransport voor de huidige situatie. De bovenste figuur geeft daarbij het verloop van het totale transport boven de NAP-20m dieptelijn (Qx_tot), dit opgesplitst in het deel boven NAP-7m en het diepere deel (respectievelijk Qx_u(pper) en Qx_l(ower)). Uit de onderste twee figuren blijkt dat de bijdrage van het golfgedreven transport Qw maatgevend is voor de ontwikkeling van de bovenlaag terwijl de ontwikkeling van de onderlaag primair gestuurd wordt door het getijgedreven transport Qt. 5.2.2 Effecten varianten Figuur 5.2.2 geeft in aanvulling op de resultaten voor de basissituatie een overzicht van de berekende transporten (respectievelijk: totaal, bovenlaag en onderlaag) voor ONL2 (eiland met dam) en ONL3 (eiland met tunnel). De effecten van de damvariant zijn daarbij significant te noemen. Als gevolg van de verminderde stroomsnelheden nemen de netto transporten in de onderlaag sterk af (zie onderste figuur). In de bovenlaag is er in dit geval sprake van een duidelijke transportomslag ter plaatse van de eiland/dam-locatie. In aanvulling op de basisresultaten voor het eiland met tunnel (conform stroomscenario 1) zijn in de figuren ook de transportverdelingen voor stroomscenario 2 gegeven. Als gevolg van de tot 60 % toenemende stroomsnelheden (zie Figuur 4.3.5.b) neemt het getijgedreven transport ter plaatse van het eiland significant toe. Als reeds beschreven in Paragraaf 4.3 zal de werkelijke snelheidsaanpassing in de onderlaag binnen deze gegeven grenzen liggen. Scenario 1 geeft daarbij een onderschatting van het transport op dieper water en lijkt relatief betrouwbaar voor de bovenlaag. Scenario 2 geeft een overschatting van het transport op dieper water en lijkt voor de bovenlaag zelfs incorrect.


22

5.3 Kustontwikkeling 5.3.1 Basissituatie (ONL0) Figuur 5.3.1a (de bovenste figuur) geeft overzicht van de berekende ontwikkeling van de kust in de basissituatie voor wat betreft de positie van de kustnabije lagen (tot orde NAP-10m dieptelijn) na 50 jaar. De veranderingen zijn relatief gering, ofschoon er nabij IJmuiden nog enige modeldynamiek aanwezig lijkt op het diepere deel van de kust. Figuur 5.3.1b geeft de (over 50 jaar) tijdgemiddelde verplaatsingssnelheid van de in het PONTOS-model onderscheiden hoofdlagen (duinlaag, bovenlaag en onderlaag). Duidelijk is te zien dat er een drietal eroderende secties zijn (met teruggaande bovenlaag c.q. eroderende kustlijn). In de praktijk van het handhavingsbeleid zal een dergelijke teruggang worden gecompenseerd door uitvoering van suppleties. De kust lijkt ter hoogte van de voorziene eilandlocatie redelijk stabiel. 5.3.2 Tunnelvariant (ONL3) Figuur 5.3.2a geeft de positie van de kustnabije lagen in het geval van de aanleg van een eiland waarbij de verbinding is uitgevoerd in de vorm van een tunnel. Achter het eiland is sprake van een aanzandingsgebied. De gepresenteerde data hebben overigens betrekking op stroomscenario 1. 5.3.3 Damvariant (ONL2) Figuur 5.3.2b geeft de positie van de kustnabije lagen in het geval van de aanleg van een met een vaste dam aan de kust verbonden eiland. Opvallend hierbij is natuurlijk de forse aanzanding ter plaatse van de dam (met name aan de zuidzijde). De resultaten geven aan dat als het gevolg van de blokkade van het noordwaarts gerichte sedimenttransport er ten zuiden van IJmuiden extra erosie plaats vindt en de kustlijn daar duidelijk achteruit gaat.


23

6 Interpretatie ...........................................................................................

6.1 Inleiding Bij de interpretatie van de PONTOS-resultaten zal de aandacht met name uitgaan naar de meer integrale uitkomsten: de tijdsen vakgemiddelde ontwikkelingen. Achtereenvolgens komen daarbij aan de orde: • De autonome kustontwikkeling (ONL0); • De kustontwikkeling voor de tunnelvariant (ONL3) en de damvariant (ONL2). Vervolgens zullen de verkregen resultaten onderling worden vergeleken. Daarbij zal worden gekeken naar: • Het relatieve effect van de aanleg van een eiland met tunnelverbinding; verschil tussen ONL3 en ONL0; • Het relatieve effect van de aanleg van een eiland met damverbinding; verschil tussen ONL2 en ONL0; Alsmede: • Het relatieve effect van de aanleg van een dam in plaats van een tunnel; verschil tussen ONL2 en ONL3. Daarbij zullen steeds de effecten op de boven- en onderlaag afzonderlijk worden besproken.

6.2 Autonome kustontwikkeling (ONL0) 6.2.1 Algemeen De berekende ontwikkeling van de Hollandse kust is reeds op hoofdlijnen gegeven in Figuur 5.3.1. Omdat bij de kwantificering van de effecten van de andere varianten de ontwikkeling per kustlaag aan de orde komt, zal in het volgende eerst nog kort worden ingegaan op de ontwikkeling in de twee onderscheiden hoofdlagen: • De bovenlaag, gelegen boven het NAP-7m niveau; • De onderlaag gelegen tussen de NAP-20m en NAP-7m dieptelijn. De erosie van de bovenlaag zal in de praktijk overigens deels actief worden gecompenseerd door uitvoering van strand- en vooroeversuppleties. 6.2.2 Ontwikkeling bovenlaag Figuur 6.2.1a geeft de tijdsgemiddelde ontwikkeling van de bovenlaag uitgedrukt in een over zekere tijd gemiddelde verplaatsingssnelheid. Hierin is zowel de over 10 jaar als over 50 jaar gemiddelde waarde gegeven. Als blijkt uit de figuur zijn deze resultaten onderling vergelijkbaar, hetgeen duidt op een min of meer constante ontwikkeling. Bij de verdere uitwerking zal steeds de 50-jaars middeling worden gebruikt. In aanvulling op de resultaten per individuele rekencel zijn ook de vakgemiddelde resultaten gegeven. Deze zullen later worden gebruikt voor de onderlinge vergelijking tussen de varianten. 6.2.3 Ontwikkeling onderlaag Figuur 6.2.1b geeft de tijdsgemiddelde ontwikkeling van de onderlaag over zowel een periode van 10 als 50 jaar. Ten aanzien van deze resultaten gelden een soortgelijke opmerkingen.


24

6.3 Kustontwikkeling eilandvarianten (ONL3 en ONL2) 6.3.1 Ontwikkeling bovenlaag Figuur 6.3.1a geeft een overzicht van de tijdsgemiddelde ontwikkeling van de bovenste kustlaag voor elk van de drie beschouwde varianten. De vakgemiddelde waarden zijn samengebracht in Figuur 6.3.1b. In alle gevallen is er sprake van een middeling over 50 jaar. Tunnelvariant (ONL3) De tunnelvariant (ONL3) laat met name in de zone aan de noordzijde van het eiland (tussen km 136 en km 148), maar ook aan de zuidzijde (rond km 128), een toename zien van de zeewaarste beweging van de bovenlaag. De effecten lijken beperkt tot orde 50 km kustlengte (conform mutatiezone golfklimaat). Damvariant (ONL2) In Figuur 6.3.1 is ook het effect van de damvariant gegeven. Opvallend is hierbij natuurlijk de grote aanzanding nabij de dam en de erosie ten zuiden van IJmuiden. 6.3.2 Ontwikkeling onderlaag Figuur 6.3.2a geeft een overzicht van de tijdsgemiddelde ontwikkeling van de onderlaag voor elk van de drie beschouwde varianten. Tunnelvariant (ONL3) De vakgemiddelde waarden zijn samengebracht in Figuur 6.3.2b en lijken (ten opzichte van de vakgemiddelde waarden van de bovenlaag) geringer van omvang maar aanwezig over een groter gedeelte van de kust. Voor een duidelijke conclusie is inzicht in de relatieve verandering nodig (zie Sectie 6.5). In aanvulling op het basisresultaat voor stroomscenario 1 is eveneens het resultaat voor stroomscenario 2 toegevoegd (stippellijn). Als gevolg van de sterk toenemende getijstroom ter plaatse van het eiland ontstaat er een duidelijke erosie- en aanzandingszone met (tijdsen vakgemiddelde) migratie tot enkele meters per jaar. Damvariant (ONL2) De in Figuur 6.3.2 gepresenteerde effecten op de onderlaag lijken zich over een grotere zone uit te strekken. Voor een echt duidelijke conclusie is inzicht in de relatieve verandering nodig. 6.3.3 Ontwikkeling suppletiebehoefte Figuur 6.3.3a geeft de langsverdeling van de (over 50 jaar) tijdsgemiddelde suppletiebehoefte die nodig is om de positie van de kust (in dit de geval de Y1contour) te handhaven op de uitgangssituatie van 2000. Opgemerkt met worden dat de resultaten voor het eiland betrekking hebben op het meest waarschijnlijke stroomscenario 1. De lichte toename van de suppletiebehoefte in de tijd is waarschijnlijk het gevolg van het in de tijd toenemend verlies van sediment naar dieper water. Ook hier geldt overigens dat de resultaten van deze berekeningen niet zijn vergeleken met de resultaten van andere voorspellingen en schattingen. Opvallend is de relatief grote inspanning die nodig zal zijn om de negatieve effecten van een damaanleg te compenseren. Direct ten zuiden van IJmuiden blijkt hiervoor orde 0,15 tot 0,20 Mm3 per jaar voor nodig.


25

De totale suppletiebehoefte lijkt nauwelijks beïnvloed te worden door de aanleg van een eiland met damverbinding. Opgemerkt moet wel worden dat het onjuist modelleren van de dwarsuitwisseling door het getij en het feit dat de modellering van het dwarstransport nog hapert (effect diffractie en profielsteilheid) deze resultaten en conclusies nog aanzienlijk kunnen beïnvloeden.

6.4 Relatieve effecten eilandvarianten 6.4.1 Algemeen In het volgende is het relatieve effect van de aanleg van een eiland onderzocht door de tijdsen vakgemiddelde beweging van de hoofdlagen (boven- en onderlaag) voor respectievelijk ONL3 (eiland met tunnel) en ONL2 (eiland met dam) af trekken van ONL0 (basissituatie). Dit levert het absolute effect op van de aanleg van een eiland op de kustontwikkeling, uitgedrukt in m/jaar extra of minder verplaatsing. In alle gevallen is sprake van een situatie zonder kustonderhoud. 6.4.2 Eiland met tunnelverbinding (ONL3) Effecten op ontwikkeling bovenlaag Figuur 6.4.1a geeft het effect van een eiland op de ontwikkeling van de bovenlaag. Achter het eiland is sprake van enige extra kustaangroei. Aan weerszijden van dit aanzandingsgebied is sprake van enige extra erosie. Aan de noordzijde (km 148 tot 160 ) geeft deze reductie zelfs aanleiding tot daadwerkelijke erosie van de kust (zie Figuur 6.3.1). Het invloedsgebied van een eiland op de bovenlaag is globaal beperkt tot een lengte van orde 50 km. Effecten op ontwikkeling onderlaag Als blijkt uit Figuur 6.4.1b zijn de effecten van de aanleg van een eiland op de ontwikkeling van de diepere lagen aanwezig over een relatief groter gebied. De effecten van de versnelling en vertraging van de getijstroom zijn aanwezig over een kustlengte van orde 75 km. Door interactie van de gewijzigde stroomcondities met de havendammen bij IJmuiden ontstaat er bovendien nog een zone met extra erosie ten noorden van de dammen. Het effect voor stroomscenario 2 is eveneens toegevoegd en laat zien dat de ruimteschaal van de effecten gelijk blijft, maar dat de grootte van het effect (in termen van gemiddelde verplaatsingssnelheid van de betrokken lagen) toeneemt. Waarschijnlijk betreft het hier een bovengrens van het te verwachten effect. Bovendien wordt de mate van golfinvloed op de grootte van het getijgedreven transporten enigszins overschat als gevolg van het afregelen van het golfklimaat op meer kustnabije locaties. Het effect van de aanleg van een eiland met een tunnelverbinding op de vooroever is waarschijnlijk groter dan het effect op de kustnabije zone.


26

6.4.3 Eiland met damverbinding (ONL2) Effecten op ontwikkeling bovenlaag Figuur 6.4.2a geeft het effect van een eiland op de ontwikkeling van de bovenlaag. Naast het eiland is sprake van extra kustaangroei. Aan weerszijden van dit aanzandingsgebied is sprake van enige extra erosie. Aan de noordzijde (km 148 tot 160 ) geeft deze reductie zelfs aanleiding tot significante erosie van de kust (zie Figuur 6.3.1). Opgemerkt moet worden dat het effect van de niet gemodelleerde dwarscomponent van het getijtransport aanleiding zal geven tot een additioneel zeewaarts gericht transport ten zuiden van de dam en een additioneel landwaarts transport ten noorden. Een en ander leidt tot een situatie die enigszins vereffenend zal uitwerken op de in Figuur 6.4.2a gegeven patronen. Het invloedsgebied van een eiland op de bovenlaag is globaal beperkt tot een lengte van orde 50 tot 70 km. Effecten op ontwikkeling onderlaag Als blijkt uit Figuur 6.4.2b zijn de effecten van de aanleg van een eiland op de ontwikkeling van de diepere lagen aanwezig over een relatief groter gebied. De effecten van de versnelling en vertraging van de getijstroom zijn aanwezig over een kustlengte van orde 75 tot 90 km. Door interactie van de gewijzigde stroomcondities met de havendammen bij IJmuiden ontstaat er ook hier nog een zone met extra erosie ten noorden van de dammen. Door toedoen van de dwarscomponent van het getij moet niet worden uitgesloten dat de aanzanding ten zuiden van de dam nog iets verder toeneemt en de aanzanding ten noorden van de dam iets zal afnemen. De toepassing voor IJmuiden [De Vroeg e.a., 1999] laat zien dat er sprake kan zijn van dwarstransporten in de orde van 10 tot 20 m3/m1/jr over de NAP-8m dieptelijn. Rekening houdend met orde 5 km als maatgevende vakbreedte gaat het daarbij dus om orde 0,1 Mm3 op jaarbasis. In het geval van de dam is de grootte niet op voorhand vast te stellen, maar dat het in dezelfde orde van grootte ligt lijkt erg aannemelijk.

6.5 Relatieve effecten verbindingsvarianten 6.5.1 Algemeen In het volgende is, gegeven de aanleg van een eiland conform ONL3, het relatieve effect van de aanleg van een damverbinding onderzocht door de tijdsen vakgemiddelde beweging van de hoofdlagen (boven- en onderlaag) voor ONL2 (eiland met dam) af trekken van ONL3 (eiland met tunnel). Dit levert het absolute effect van de aanleg van een dam in plaats van de aanleg van een tunnel als verbinding met het eiland op. 6.5.2 Effecten op ontwikkeling bovenlaag De aanleg van een dam heeft een groot effect op de ontwikkeling van de bovenlaag (Figuur 6.5.1a). Over een lengte van orde 50 km treedt er een patroon van respectievelijk additionele erosie, aanzanding en erosie op. Deze hangt nadrukkelijk samen met de zone waarover het golfklimaat wordt beïnvloed door de dam-eiland configuratie.


27

6.5.3 Effecten op ontwikkeling onderlaag Figuur 6.5.1b geeft het effect van een dam op de onderlaag voor stroomscenario 1. Het invloedsgebied omvat (tenminste) de volledige Hollandse kust. 6.5.4 Conclusie De absolute grootte van het effect en het gebied waarbinnen het effect zichtbaar is wordt hoofdzakelijk bepaald door de blokkerende werking van de dam. De effecten van een eiland (van gegeven dimensies en op gegeven afstand uit de kust zijn aanzienlijk kleiner.


28

7 Conclusies ...........................................................................................

7.1 Het gebruik van het PONTOS-model Uit de eerste toepassing van het model kwam naar voren dat er als gevolg van shoaling en refractie bij grote invalshoeken onjuiste transporten werden uitgerekend. De betreffende rekenroutines zijn vervolgens nader getoetst en op details aangepast. Deze aanpassing is met terugwerkende kracht doorgevoerd in de rapportage aangaande het PONTOS-1.0- model [Steetzel e.a., 1999; De Vroeg e.a., 1999]. Het uitvoeren van een serie onderling gerelateerde lange termijn-berekeningen is vrij tijdrovend (dit voornamelijk als gevolg van het per tijdstap in rekening brengen van 972 verschillende hydraulische condities) en vraagt door het research karakter van het PONTOS-model voor de onderhavige toepassing om een grondige afregeling en gevoeligheidsanalyse. Ofschoon de voorliggende toepassing van het PONTOS-model slechts zeer beperkt onderbouwd is door een serie van validatie- en gevoeligheidsberekeningen, blijkt het toch mogelijk om enige inzichtelijke resultaten te genereren die van belang kunnen zijn voor de onderbouwing van een eerste moment van afweging. In het kader van de uitgevoerde studie de zijn de hier gepresenteerde voorspellingen niet vergeleken met reeds bestaande resultaten. Per definitie is uitgegaan van een soort van extrapolatie van de in [De Vroeg e.a., 1999] gecalibreerde ontwikkelingen. In een meer uitgebreide studie zal natuurlijk wel aandacht moeten worden besteed aan de vergelijking van de PONTOSvoorspellingen met ander bronnen. Zonder een grondige uitwerking (via meer uitgebreide gevoeligheidsberekeningen) is kan in het kader van deze verkennende studie natuurlijk nog geen brede uitspraak worden gedaan over de grootte van de onzekerheid in alle voorliggende de modelresultaten. Op basis van de resultaten voor de verschillende stroomscenario’s bleek het mogelijk om reeds enige boven- en ondergrenzen voor de verwachte effecten te kwantificeren. Binnen een uitgebreidere gevoeligheidsstudie is een verdere uitwerking van de onzekerheidsmarges wel mogelijk. Door het integraal beschouwen van de ontwikkeling van de verschillende kustlagen kan het PONTOS-model een uiterst nuttige bijdrage leveren aan de verdere in het kader van de MER benodigde afwegingen. Gelet op de status van de huidige toepassing (het opstarten van simulaties uitgaand van een binnen een ander project afgeregeld model) en het feit dat een aantal dominante processen nog niet afdoende zijn gemodelleerd, moeten de gepresenteerde resultaten met enige voorzichtigheid worden bekeken. De aan deze resultaten gerelateerde conclusies moeten daarbij dus vooral ontleent worden aan de relatieve verschillen tussen de verschillende varianten en veel minder aan de absolute waarde van de individuele resultaten.


29

7.2 Effect van een eiland Figuur 7.2.1 geeft (op gelijke schalen) een overzicht van de effecten van de aanleg van een eiland met tunnel en een eiland met damverbinding. Omdat in het geval van een eiland met tunnel stroomscenario 2 het meest waarschijnlijk is, is in dit geval de ontwikkeling van de onderlaag gerelateerd aan scenario 2 terwijl voor de bovenlaag het hier meest waarschijnlijke scenario 1 is aangehouden. Uit deze figuur blijkt dat de aanleg van een eiland (met gegeven dimensie en locatie) relatief geringe effecten op de kust lijkt te hebben (de ontwikkeling van de onderlaag moet gezien worden als een duidelijke bovengrens), die zich af lijken te spelen binnen een zone van maximaal orde 75 km van de Hollandse kust en met name van belang zijn op de vooroever. De effecten op de kust zelf zijn significant maar beheersbaar, iets wat onderbouwd lijkt te worden door de geringe toename in de suppletiebehoefte. De aanleg van een eiland met damverbinding heeft een relatief groot effect op de kust zelf (de effecten op de bovenlaag zijn dominant) dat zich uitstrekt over tenminste de volledige Hollandse kust.

7.3 Effect van een damverbinding 7.3.1 Effect van een damverbinding Als blijkt uit Figuur 7.3.1 laten de berekeningen met het PONTOS-model zien dat de effecten van een volledig bovengrondse damverbinding op de kust relatief veel groter zijn dan een ondergrondse verbinding, Bovendien strekken de effecten zich uit tot (tenminste) het hier onderzochte gedeelte van de Hollandse kust (meer dan 100 km).


30

8 Aanbevelingen ...........................................................................................

8.1 PONTOS-model Bij de toepassing van het PONTOS-model kwam naar voren dat, zeker voor het onderhavige geval, het raadzaam is de in Hoofdstuk 2 als ontbrekende processen aangeduide items in een verbeterde versie van het model in te brengen, teneinde de onzekerheid in de modelresultaten verder terug te dringen en een meer onderbouwde uitspraak te doen over de betrouwbaarheid van de modelresultaten. Ondanks deze beperkingen bleek het toch mogelijk om met het model enige eerste verkennende berekeningen te maken, ofschoon de hier beschreven resultaten met enige voorzichtigheid moeten worden betracht. Op basis van de resultaten voor de verschillende stroomscenario’s bleek het mogelijk om reeds enige boven- en ondergrenzen voor de verwachte effecten te kwantificeren. De aan deze resultaten gerelateerde conclusies moeten daarbij dus vooral ontleent worden aan de relatieve verschillen tussen de verschillende varianten en veel minder aan de absolute waarde van de individuele resultaten.

8.2 Aanleg van een eiland De aanleg van een eiland op grote afstand uit de kust (20 km) heeft effecten op de sedimenthuishouding in de kustzone. Deze effecten lijken echter beperkt tot een gebied ter lengte van orde 75 km en lijken met name van belang voor de diepere laag. De mate van contractie van de getijstroom speelt hierbij een belangrijke rol. Nader onderzoek zal hier meer inzicht in moeten geven. Nader onderzoek naar de effecten van andere configuraties (posities in dwarsen langsrichting, dimensies) lijkt gewenst.

8.3 Uitvoering verbinding Het aanleggen van een dichte dam als verbinding tussen het vaste land en een eiland heeft grote effecten op de sedimenthuishouding van tenminste de gehele Hollandse kust. Als een dergelijke variant in de verdere beschouwingen moet worden meegenomen zal veel aandacht moeten worden besteed aan de beschrijving van het effect op de getijstroom. Ook zal de grootte van het aandachtsgebied moeten worden uitgebreid (Nederlandse kust in plaats van Hollandse kust).


31

8.4 Nadere uitwerking eilandconfiguraties Aanbevolen wordt om bij de modellering het eiland ‘in het model te stoppen’ (conform offshore breakwater aanpak) in plaats van het opleggen van een set van gecorrigeerde hydraulische randvoorwaarden. Op deze wijze kunnen op relatief eenvoudige wijze diverse configuraties (afstanden uit de kust en eilanddimensies) worden doorgerekend en de effecten van configuratie-beschrijvende parameters worden gekwantificeerd. Verder lijkt het zinnig (zeker in het geval dat meer ingrijpende damvarianten in beschouwing moeten worden genomen) het PONTOS-model in zowel zuidmaar met name noordwaartse richting uit te breiden (inclusief modellering zeegatsystemen), een en ander in lijn met de aanbevelingen in [Steetzel e.a., 1999].


32

Referenties ........................................................................................... De Vroeg, Steetzel, H.J. and L.C. van Rijn, 1999. Update and validation of the PONTOS-model; Application for the Holland coast; Volume II. Joint venture Alkyon Hydraulic Consultancy & Research - WL|Delft Hydraulics, Rapport A244/Z2559. Smit, M.J. , I. Borup; J.M. Lourens en P. van Vessem, 1998: Landen op zee 2; Veranderingen in het water- en kustsysteem door het aanleggen van een vliegveld in zee in de zoekruimte Maasvlakte en Noordzee. Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Kust en Zee, Rapport RIKZ-98.025 Stam, J.M.T., 1999: Zandverlies op diep water aan de Hollandse kust, Rijkswaterstaat, Rijksinstituut voor Kust en Zee, Rapport RIKZ-99.006. Steetzel, H.J., J.H. de Vroeg and L.C. van Rijn, 1998. Pilot-version of the PONTOS-model - Definition and preliminary elaboration of a behaviouroriented model for the assessment of the large-scale development of the Dutch coast. Joint venture Alkyon Hydraulic Consultancy & Research WL|Delft Hydraulics, Rapport A066/H3159. Steetzel, H.J., J.H. de Vroeg and L.C. van Rijn, 1999. Update and validation of the PONTOS-model; Definition, formulation and validation of version 1.0; Volume I Joint venture Alkyon Hydraulic Consultancy & Research WL|Delft Hydraulics, Rapport A244/Z2559. Van Rijn, L.C., 1995a: Sand budget and coastline changes of the central coast of Holland between Den Helder and Hoek van Holland in the period 1964-2040; WL|Delft Hydraulics, rapport H2129. Van Rijn, L.C., 1995b: Yearly-averaged sand transport at the -20m and -8m NAP depth contours of the JARKUS-profiles 12, 40 , 76 and 103, WL|Delft Hydraulics, rapport H1887.


33

Figuren ...........................................................................................


34

Colofon © december 1999

Dit rapport maakt onderdeel uit van de onderzoeken die in het kader de nota ‘Toekomst van de nationale luchthaven” zijn verricht. De nota is een uitgave van het ministerie van Verkeer en Waterstaat in samenwerking met de ministeries van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer en van Economische Zaken.

Drukwerk omslag:

Kwak, Van Daalen & Ronday

Drukwerk binnenwerk:

Reprografische Dienst, ministerie van Verkeer en Waterstaat

Bestelnummer:

RLD 158

Bestellen:

Ministerie van Verkeer en Waterstaat telefoon: 070 - 351 7086 telefax: 070 - 351 6111


35

PONTOS-berekeningen ten behoeve van vliegveld in zee

Recommend Documents