Ruimtelijke windvariatie boven Nederland : een advies voor het meenemen van windvariatie in de BOI-productieberekeningen

In het voorliggende adviesrapport is uitgezocht of het verstandig is om een ruimtelijke windvariatie (een windgradiënt) voor de modelinvoer mee te nemen in de BOI-productieberekeningen die op korte termijn moeten starten. De watersystemen die het eerst met deze D-Hydro en SWAN-modellen doorgerekend worden, zijn het Markermeer, de Veluwerandmeren, het Grevelingenmeer en de Rijn-Maasmonding. De focus ligt daarom op het bepalen van het effect van ruimtelijke windvariatie voor deze watersystemen. De overige zoete watersystemen zullen echter ook beschouwd worden. In dit project zijn drie mogelijke invullingen voor het ruimtelijk variëren van de wind besproken: 1. De huidige werkwijze, veelal met uniforme windvelden. 2. Een gradiënt op basis van statistiek van gemeten windsnelheden. 3. Een gradiënt op basis van HARMONIE-modelresultaten. De tweede variant, een gradiënt op basis van de statistiek van windmetingen zoals afgeleid in (Caires, 2009) is een aangepaste aanpak die het dichtst bij de huidige werkwijze ligt, omdat deze statistiek ook in het WBI2017 gebruikt wordt. Een nadeel van deze optie is echter dat er geen windmetingen op open water beschikbaar zijn om goed extreme waarde statistiek van de wind af te leiden. De derde variant, een windgradiënt op basis van HARMONIE[1]modelgegevens lijkt hierdoor een betere optie, deze heeft namelijk een Nederland dekkend beeld. Deze gegevens wijzen echter op een flink hogere windsnelheden boven het IJsselmeer en Markermeer, een conservatief gegeven dat tot flink hogere waterstanden en golven zou leiden. Dit komt niet overeen met het beeld dat volgt uit beschikbare windmetingen. De modelgegevens uit HARMONIE zijn niet fijn genoeg om ook voor de smallere wateren de windsnelheid goed te beschrijven. Hiervoor moet dus idealiter nog een verfijning plaatsvinden. Om het effect van een eventuele windgradiënt te bepalen, is een simpel model gemaakt dat het krachtenevenwicht tussen de windschuifspanning en de scheefstand bepaald. Het is een 1D-model, waarbij de breedte en diepte van een lengte-eenheid wel meegenomen kunnen worden. Het model geeft een goede beschrijving van het windeffect op min of meer gesloten systemen zoals de meren. Voor een dynamisch systeem zoals de Rijn-Maasmonding geeft het model geen juiste beschrijving van de waterstand, en kan het alleen een orde-grootte schatting geven. Voor een definitieve keuze voor een windgradiënt raden we altijd aan een eventueel effect met het BOI2023 modelinstrumentarium te controleren. Met het 1D-model is het verschil in waterstand en golven volgend uit variant 2 bepaald, ten opzichte van variant 1 met de uniforme windsnelheden. Hieruit blijkt dat het verschil in waterstand ten gevolge van de gradiënt in de wind redelijk beperkt is, voor de meren tussen 0 en -20 cm, voor de RMM en Grevelingen is het effect tussen de 0 en -10 cm. Het effect op de golfhoogte is sterker afhankelijk van de windgradiënt. De lijn Schiphol – Lauwersoog is gebruikt als ‘kantelpunt’ voor de windgradiënt. Ten westen van deze lijn nemen de golfhoogtes iets toe (met name voor oostelijke windrichtingen), ten oosten van deze lijn nemen ze wat af. Gecombineerd geeft dit een afname van het HBN tussen de 0 en 40 cm langs de meren, en tussen de 0 en 20 cm langs de RMM en Grevelingen.