Notitie morfologische effecten Noordwaard op de Merwedes

Logo
MEMO
Aan : Bureau Noordwaard
Van : M. Sokolewicz
Kopie : E.Wijma, E. Mosselman (Deltares), M.Menke (Arcadis)
Dossier : X4996.07.001
Project : Ontpoldering Noordwaard
Betreft : Morfologische effecten Noordwaard op de Merwedes
Ons kenmerk : WG-SE20090130
versie : Definitief
Datum : 20 februari 2009
Inleiding
Met het openstellen van de Noordwaard voor de stroming vanuit de Nieuwe Merwede zal bij hoge afvoeren de
afvoerverdeling bij het splitsingspunt bij Werkendam worden beïnvloed. Hierdoor zal de verdeling van het sedimenttransport
over de Merwedes veranderen. Bij een toename van het transport zal een erosie van de rivierbodem
optreden, bij een afname zal sediment worden afgezet. Een aanzanding in het zomerbed kan leiden tot
onaanvaardbare verondieping van de vaarweg. De rivier zal dan op diepte moeten worden gehouden door te
baggeren. Het Bevoegd Gezag wil inzicht in de hiermee gemoeide kosten. Op dit moment zijn geen betrouwbare
morfologische modellen van dit gebied zodat het niet mogelijk is om een nauwkeurige schatting van baggervolumes
en kosten af te geven. In plaats daarvan is een eenvoudige methode gebruikt die een (grove) benadering geeft van
de te verwachten baggervolumes en –kosten.
Methodologie
Voor de rivieren zoals de Merwedes, met fijn sediment, is de sedimenttransportformule van Engelund-Hansen van
toepassing (Van Rijn, 1993):
q t
0,
05 u
= 2
( s −1)
g d
5
50
C
3
DHV B.V.
Waarin: u is de gemiddelde stroomsnelheid [m/s], s is het relatief gewicht ([kg/m³s], g is zwaartekrachtsversnelling
[m/s 2 ], D50 is de mediane korrelgrootte [m] en C is de Chezy ruwheidcoëfficiënt [m/s 1/2 ].
In deze formule is het transport afhankelijk van de stroomsnelheid tot de macht 5. Bij een verandering van de
stroomsnelheid verandert ook het sedimenttransport. Als we aannemen dat het hele surplus van het sediment (het
verschil tussen het huidige transport en de afgenomen transportcapaciteit na de aantakking van de Noordwaard)
wordt afgezet in het zomerbed dan is dit een indicatie van het volume sediment dat potentieel gebaggerd moet
worden. De (verandering van) stroomsnelheden in de omgeving van het splitsingspunt is berekend m.b.v. het
SOBEK-TMR2006 model, voor een aantal hoogwater-afvoeren, en voor de modelschematisaties zonder en met de
Noordwaard. De afvoeren zijn gekoppeld aan overschrijdingsfrequentie d.m.v. betrekkingslijnen voor de Rijntakken.
De locaties (cross-secties) die zijn beschouwd liggen aan weerskanten van het splitsingspunt (Boven resp.
Beneden Merwede) en benedenstrooms van de inlaat naar de Noordwaard in de Nieuwe Merwede. De duur van
afvoergolven met een verschillende overschrijdingsfrequentie is afgeleid uit de standaard afvoergolven uit RIZA
(2005), zie Figuur 1. Voor de breedte van de rivier is de stroomvoerende breedte in een cross-sectie aangehouden
zoals ingevoerd in SOBEK.
DHV B.V. is onderdeel van de DHV Groep, een advies- en ingenieursbureau dat wereldwijd actief is en kantoren heeft in Europa, Afrika, Azië en
Noord-Amerika. Het hoofdkantoor is gevestigd in Nederland. Kamer van Koophandel Gooi- en Eemland nr. 31034767.
Het kwaliteitssysteem van DHV B.V. is gecertificeerd volgens ISO 9001.

Figuur 1. Standaard golfvormen bij Lobith (bron: RIZA, 2005)
DHV B.V.
Afvoerverdeling
Door de ontpoldering van de Noordwaard zal meer water naar de Nieuwe Merwede afstromen en minder naar de
Beneden Merwede (DHV, 2008). Bij relatief kleine hoogwatergolven is het effect van de Noordwaard vrij beperkt, bij
een 1/1 per jaar afvoer stroomt nog geen 100 m³/s over de drempel de Noordwaard in. Met een toenemend debiet
(en een afnemende overschrijdingsfrequentie) neemt de invloed van de Noordwaard steeds toe; de afvoer op zowel
de Nieuwe als de Beneden Merwede neemt hierdoor af, waarbij de afname op de Nieuwe Merwede relatief groter is
dan op de Beneden Merwede (in de MHW-situatie bedraagt de onttrekking naar de Noordwaard ca 2400 m³/s). Dit
is grafisch gepresenteerd in Figuur 2.
Afvoer [m3/s]
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1
Afvoerverdeling splitsingpunt Werkendam
0.1
Overschrijdingsfrequentie [1/jaar]
Figuur 2. Afvoerverdeling bij het splitsingspunt Werkendam
WG-SE20090130 20 februari 2009
- 2 -
0.01
Ref nieuwe merwede beneden inlaat
NW-nieuwe merwede beneden
inlaat
Ref beneden merwede
NW-beneden merwede
0.001

DHV B.V.
Extra sedimentatie
De resultaten van berekeningen zijn getoond in de onderstaande tabel. De genoemde volumes betreffen een extra
aanzanding in het zomerbed. Deze aanzanding hoeft niet noodzakelijk in de weg te zitten voor de scheepvaart,
zodat dit als een bovenschatting te beschouwen is.
Tabel 1: Aanzanding t.g.v. ontpoldering Noordwaard bij verschillende afvoergolven
Herhalingstijd (jaar)
Extra aanzanding Beneden
Merwede (m³/jaar)
Extra aanzanding Nieuwe
Merwede (m³/jaar)
1 43 623
2 394 4,190
5 3,559 21,550
10 12,296 50,959
25 35,110 105,820
50 82,190 242,515
100 130,049 349,465
500 305,256 680,387
Hierbij wordt opgemerkt dat de gebruikte methode zeer conservatief is, omdat voor elke afvoergolf de maximale
afvoer (en daarmee de maximale stroomsnelheid) gedurende de hele duur van deze golf is vastgehouden, terwijl dit
niet het geval is. Voor één afvoergolf is ook een volledige integratie uitgevoerd waaruit blijkt dat de overschatting
van sedimenttransport bijna 100% bedraagt. De volumes in tabel 1 kunnen dus ongeveer gehalveerd worden.
Uitgaande van bovenstaande correctie op de aanzandingswaarden, bedraagt de geschatte aanzanding voor een
1/10 jaar afvoergolf ca. 30.000 m³. Dit is ca. 10% van de huidige baggerwerken (DHV, 2008). Gezien het
commerciële karakter van de zandwinning op de Merwedes zijn de bijbehorende kosten praktisch verwaarloosbaar
te noemen. Pas bij veel hogere (en minder frequente) afvoergolven beginnen de effecten van de Noordwaard
significant te worden. Bij zulke afvoeren treden in het hele riviersysteem grote veranderingen op, en zijn
grootschalige baggerwerken nodig.
Erosie
Tussen het splitsingspunt Werkendam en de inlaat is er sprake van een toename van de afvoer in de Nieuwe
Merwede. Op dit traject is dus erosie te verwachten. Deze erosie zal in dezelfde orde grootte zijn als de berekende
sedimentatie. Zolang de erosie geen ondermijning van kribben en/of andere constructies betekent, geeft dit geen
extra last voor de rivierbeheerder. Bij de frequent voorkomende afvoergolven worden geen problemen m.b.t.
stabiliteit van constructies verwacht, bij meer extreme afvoeren zal aan de hand van dieptepeilingen moeten worden
bepaald of er mogelijk een stabiliteitprobleem ontstaat, en zo nodig moet worden ingegrepen. Het peilen van de
rivierbodem is een onderdeel van het standaard monitoringprogramma van Rijkswaterstaat, hiervoor is dus geen
extra inspanning nodig.
Beschouwing nauwkeurigheid aanpak
De bovengenoemde schattingen van aanzanding zijn zeer grof en daardoor omgeven door een forse onzekerheid,
al lijkt de uitkomst eerder de bovenkant dan de onderkant van de bandbreedte te benaderen. De onzekerheden
hebben te maken met:
• De vraag hoe de sedimenttransport verdeling bij het splitsingspunt zal reageren op de nieuwe situatie;
• De in de planstudie geconstateerde verschillen in de debietverdeling bij Werkendam tussen 1D en 2D
modellen;
• Gebruik van de diepte- en breedte gemiddelde stroomsnelheden uit het 1D model;
WG-SE20090130 20 februari 2009
- 3 -

• Negeren van getijinvloed;
• Negeren van invloed NOP in de huidige situatie.
DHV B.V.
Effecten permanent meestromende geul
Het krekensysteem van de Noordwaard is aangesloten op de Nieuwe Merwede middels een permanent
meestrormende kreek. (DHV, 2007). Door de onttrekking van water aan de Nieuwe Merwede kan als morfologisch
respons een verondieping in de rivier optreden. Op dit moment zijn er voor het beheersgebied van RWS Zuid-
Holland geen richtlijnen ten aanzien van onttrekkingen aan de rivier. RWS Oost-Nederland hanteert de 3%-regel
voor permanente onttrekkingen, deze is in Box 1 nader uitgelegd. De 3%-regel geldt voor een zomerbedvullende
afvoer bij Lobith. Hierbij wordt opgemerkt dat de 3%-regel voor Bovenrivieren is opgesteld, waarbij geen snelle
fluctuaties van waterstand (getij) optreden. Op de Nieuwe Merwede is er sprake van getij, waardoor het
onttrekkingsdebiet met de waterstand zal veranderen. Voor de morfologische reactie van de bodem hier is het getijgemiddelde
debiet relevant.
Box 1: Richtlijnen RWS Oost Nederland voor het ontrekken van rivierwater
RWS Oost Nederland hanteert voor de Bovenrivieren in principe de regel dat 3-5% van de afvoer kan worden
onttrokken tot aan afvoeren van 6.000 tot 8.000 m³/s te Lobith, mits de lokale situatie dat toelaat, bijvoorbeeld door
te grote beperking van de vaardiepte.
De 3%-regel toegepast op de gemiddelde afvoersituatie (Rijnafvoer bij Lobith van 2200 m³/s = ca. 960 m³/s bij
Werkendam) geeft 29 m³/s als maximale toegestane onttrekking. Voor de zomerbedvullende afvoeren (ca. 3000
m³/s bij Werkendam) geldt dan 90 m³/s als maximaal toegestane onttrekking. De uitgevoerde berekeningen voor de
gemiddelde afvoer geven als resultaat een maximale onttrekking van 50 m³/s en een getijgemiddelde onttrekking
van ca. 20 m³/s, zodat de 3% norm bij lange na niet wordt bereikt. De morfologische reactie van de Nieuwe
Merwede blijft dan ook beperkt.
In de toekomst, met zeespiegelstijging en een toegenomen getijslag (na invoering van Getemd Getij) nemen de
debieten door de kreek echter toe. De uitgevoerde berekeningen voor een variant op Getemd Getij laten zien dat
het maximale ontrokken debiet boven 100 m³/s uitkomt, en het gemiddelde debiet ca. 30-40 m³/s bedraagt. De 3%
norm wordt dan ook overschreden. De oplossing hiervoor is het aanleggen van een regelbaar instroomconstructie
(duiker of stuw) waarmee het afgetakte debiet begrensd wordt. In het huidige Inrichtingsplan is dit reeds voorzien.
Referenties
DHV (2007) Planstudie/MER Ontpoldering Noordwaard, Optimalisatie ontwerp t.b.v. getijindringing, WG-
SE20070314, september 2007
DHV (2008) Planstudie/MER Ontpoldering Noordwaard, Basisrapport Hydraulica en Morfologie, WG-SE20061192
RIZA (2005) Onderbouwing Hydraulische Randvoorwaarden 2001 voor het benedenrivierengebied, RIZA-rapport
2002.017, mei 2005
Smith, P (2007) Morphological behaviour of the Merwedes, afstudeeronderzoek (bij DHV & WL|Delft Hydraulics)
Van Rijn L.C. (1993) Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas, Aqua Publications,
Amsterdam
WG-SE20090130 20 februari 2009
- 4 -