Achtergrondrapport HR2006 voor de Rijn : thermometerrandvoorwaarden 2006

De Wet op de waterkering geeft aan dat de primaire waterkeringen door hun beheerders iedere 5 jaar moeten worden getoetst op veiligheid. De hiervoor benodigde toetspeilen worden als Hydraulische Randvoorwaarden door de minister vastgesteld. Het werk daarvoor wordt uitgevoerd in een samenwerkingsverband tussen het Directoraat Generaal Water en de DWW, het RIKZ en het RIZA van Rijkswaterstaat. Hierin heeft het RIZA de verantwoordelijkheid voor de zoete wateren. Voorliggend RIZA-rapport geeft de onderbouwing van de thermometerrandvoorwaarden 2006 voor de Rijntakken. Het gebruik van thermometerrandvoorwaarden (TMR) is nieuw, een vergelijking met de randvoorwaarden van 2001 is dan ook niet zonder meer mogelijk. Een belangrijk principieel verschil is dat de effecten van vergunningen, die in het kader van de Wet beheer rijkswaterstaatswerken (Wbr), wel zijn verleend maar nog niet volledig zijn gerealiseerd, niet worden meegenomen. Een ander belangrijk verschil is dat de afvoerverdeling zoals die zich zou voordoen bij 16000 m3/s wordt aangehouden en niet de beleidsmatig vastgestelde. De Thermometerrandvoorwaarden zijn daarmee waterstanden die ontstaan indien het watersysteem in zijn actuele toestand zou worden belast met een maatgevend hoogwater. Daarmee fungeren deze peilen als het ware als een thermometer van de hydraulische belastingen op de waterkeringen. De vaststelling van de Hydraulische Randvoorwaarden wordt gebaseerd op een beleidsmatige afweging. Daarbij is de kennis van actuele situatie (de Thermometerrandvoorwaarden 2006) één van de facetten die in die afweging een rol spelen. De beleidsmatige afweging valt niet onder dit project, en wordt dan ook separaat gerapporteerd [DWW, 2007]. De hydraulische berekeningen zijn gemaakt met het programmapakket WAQUA. Sinds de vorige berekeningen van de hydraulische randvoorwaarden in 2001 zijn de volgende verbeteringen doorgevoerd in dit programmapakket: • Het opnemen van de methode die in het “Handboek stromingsweerstand vegetatie in uiterwaarden” is beschreven (Van Velzen et al., 2003). • Verbetering van de debietrand aan de bovenstroomse zijde. • Uitbreiding van barriersturing op basis van gemeten waarden. • Verbetering van droogvallen en onderlopen. • Verbetering in de stabiliteit van de barrier afhandeling. • Implementatie van de verbeterde overlaatroutines (van Kester, 2001). • Diverse kleine verbeteringen en veranderingen. Bij de berekeningen van de toetspeilen HR 2001 is voor het eerst gebruik gemaakt van het programma BASELINE om gebiedsschematisaties aan te maken. Intussen is er veel ervaring opgedaan met dit programmapakket en de onderliggende database. Dit heeft geleid tot een groot aantal verbeteringen in de gebiedsgegevens waarvan als belangrijkste worden genoemd: • Er is een aantal gebiedsuitbreidingen toegevoegd. • Het plassenbestand is sterk verbeterd, er zijn meer gegevens van de bodemhoogte in de plassen beschikbaar en de standaard diepte is gewijzigd van 5,0 meter in 2,0 meter. • De ligging van de meetstations is gecontroleerd en waar nodig (IJsselkop, Culemborg, Pannerdensche Kop en met name Katerveer) aangepast. • Alle hoogtelijnenbestanden zijn gecontroleerd en verbeterd. • De maaiveldhoogte links en rechts van de kribben heeft de correcte waarde gekregen. • Hoogtepuntenbestanden zijn aangevuld en opgeschoond zodat ze alleen punten bevatten binnen een geldig bereik (zomerbed, plas of winterbed). • De ligging van de benedenranden op de Waal en Ketelmeer zijn verbeterd. • Bovenstrooms op de Waal (Gendtse Waard) zijn ontbrekende gegevens toegevoegd. • Alle ruwheidsbestanden zijn opnieuw opgebouwd. • De database is omgezet naar Baselineprotocol 4.0. Met de nieuwe versie van Baseline (versie 4.02) zijn gebiedsschematisaties voor WAQUA aangemaakt van het gebied tussen Lobith en respectievelijk Hardinxveld (Boven-Merwede), Krimpen a/d Lek (Lek) en het Ketelmeer (IJssel) . Hiertoe zijn digitale gegevens verzameld die de geometrie van de Rijntakken beschrijven. De hoogtegegevens van het winterbed zijn gebaseerd op de DTBRivieren, het zomerbed is gepeild door de meetdiensten van Dienst Oost- Nederland en Dienst Zuid-Holland, de stromingsweerstand van de vegetatie is ontleend aan een op de actuele situatie aangepaste vegetatiestructuurtypen kaart. Na de bouw van het model is dit gecalibreerd en geverifieerd. Met behulp van meetgegevens van afvoeren en waterstanden van het hoogwater van 1995 is een calibratie uitgevoerd. Bij de calibratie zijn de verschillen tussen de berekende en gemeten waterstanden, in een venster van twee dagen rond de top van het hoogwater, geminimaliseerd. Door deze werkwijze is, op vrijwel alle beschikbare meetlocaties langs de rivier, een zeer nauwkeurige overeenstemming bereikt tussen de hoogste gemeten en berekende waterstanden.Met de modelschematisatie van 1993 en de ruwheden die in de ijking zijn bepaald is een verificatieberekening gedaan voor het hoogwater van 1993. De verschillen tussen de berekende en gemeten waterstanden geven een indruk van de nauwkeurigheid van het model. Gezien de onzekerheid in de afvoerbeschrijving (Qf-relatie) en afvoerverdeling (meetfouten), is een gemiddelde absolute afwijking van de berekende en gemeten maxima op de calibratiestations van 0,039 m goed te noemen, en was er geen aanleiding de gecalibreerde ruwheidswaarden aan te passen. Wel bleek dat, met name op de IJssel, de afwijkingen relatief groot zijn. De gemeten waterstanden van 1993 blijken tot zo’n 10 cm hoger te liggen dan de berekende. Dit heeft onder andere te maken met het tijdstip van inunderen van uiterwaarden langs de IJssel. Ook de onzekerheden op de IJssel zijn relatief groot, onder andere door de onzekerheden in de afvoerverdeling en zijdelingse toestromingen. Met de uit de calibratie volgende ruwheden en een geactualiseerde geometrie is de berekening gemaakt voor de 1/1250 situatie met de maatgevende afvoer van 16000 m3/s te Lobith. De randvoorwaarden van het model zijn t.o.v. de randvoorwaarden HR 2001 aangepast: • De maatgevende afvoer is voor de Rijntakken niet veranderd en blijft 16000 m3/s. Door verbetering van de golfvormgenerator is de maatgevende golfvorm wat steiler geworden. • Bij Hardinxveld en Krimpen a/d Lek worden Qh-relaties gebruikt als benedenrandvoorwaarde. Deze zijn afgeleid met het nieuwe SOBEK- model voor het Benedenrivierengebied. In het algemeen worden, gegeven een afvoergrootte, de waterstanden wat lager. • De beschrijving en de grootte van de zijdelingse toestromingen zijn verbeterd. Het resultaat laat zien dat indien ons riviersysteem nu zou worden belast met een maatgevende afvoer er, volgens het model, op het Pannerdensch Kanaal, IJssel, Waal en Neder-Rijn/Lek waterstanden zouden optreden die in het algemeen binnen een band van 0,10 m vallen van de toetspeilen HR 2001. Voor de IJssel worden vrijwel gelijkblijvende of hogere standen berekend, voor Neder-Rijn/Lek en Waal worden vrijwel gelijkblijvende of lagere standen berekend. Alleen op het benedenstroomse deel van de Waal is het verschil groter, er worden tot 0,30 m lagere waterstanden gevonden. Dit heeft te maken met doorwerking van de lager berekende thermometerrandvoorwaarden in het benedenrivierengebied. De resultaten van de berekening met de maatgevende afvoer zijn nader geanalyseerd door de oorzaak van de verschillen met HR 2001 te verklaren. Omdat er veel zaken veranderd zijn is de vergelijking lastig te maken. De volgende 5 hoofdoorzaken kunnen worden gegeven: • Verbeteringen (aanpassing van fouten in de berekening van de toetspeilen 2001 en overstap naar een fijner rekenrooster). • Verandering in uitgangspunten (geen (nog) niet uitgevoerde Wbr vergunningen, werkelijke afvoerverdeling). • Nieuwe inzichten (met name methode Handboek stromingsweerstand vegetatie) en aanvullende (gebieds)informatie. • Verandering in de geometrie en inrichting van het watersysteem. • Doorwerking van veranderingen in aangrenzende gebieden. De categorie “verbeteringen” heeft een verhogend effect met name op de Waal en de benedenloop van de IJssel. De verandering in uitgangspunten leidt tot een verhoging op de IJssel en een verlaging op de Waal. Nieuwe inzichten leiden tot een verlaging van de hoogwaterstanden, de verlaging op de IJssel is het grootst. Het effect van de veranderingen in de geometrie en inrichting is over het algemeen beperkt, zij het dat het effect lokaal wel groot kan zijn. Zowel verlagingen als verhogingen treden op. Tenslotte de doorwerking van veranderingen in aangrenzende gebieden. Dit speelt in feite alleen op de Waal en de Boven-Merwede, het verschil wordt verklaard met de lager berekende thermometerrandvoorwaarden in het benedenrivierengebied en het verdwijnen van de bij HR 2001 toegepaste correctie in het zogenaamde tussengebied.