In deze studie zijn tweedimensionale morfologische berekeningen uitgevoerd met het RMD- of DVR-instrumentarium, met het doel de effecten op bodemligging en vaargeulonderhoud van Ruimte-voor-de-Riviermaatregelen in de Rijntakken te analyseren. In de berekeningen zijn in het jaar 2015 alle maatregelen gelijktijdig aangeschakeld, en is gerekend met een variërende afvoer tot het jaar 2055. De uitkomsten van het model zijn vergeleken met een identieke referentiesom zonder de Ruimte-voor-de-Riviermaatregelen. De volgende conclusies worden getrokken uit deze studie:
Morfologie
• Het DVR-instrumentarium simuleert het in ruimte en tijd variërende gedrag van de bodemligging in het zomerbed. Het model is het meest geavanceerde instrumentarium dat beschikbaar is voor deze effectbepaling. Onzekerheden in de berekende bodemligging komen voort uit onzekerheden in de condities (met name de afvoer), de grofheid van het rooster en de schematisatie (resolutie), en beperkingen van kennis over de sedimenttransporten en het beddingmateriaal. De modelresultaten voor de korte termijn (eerste 5 jaar; 2015-2020) zijn betrouwbaar voor morfologische veranderingen met lengteschaal in de orde van 1 km. Onzekerheden in bodemligging liggen dan in de orde van enkele decimeters. Grotere afwijkingen zijn mogelijk op lange termijn.
• In de referentieberekening toont het resultaat voor Bovenrijn, Boven-Waal en Midden- Waal (tot circa rkm 915) een geleidelijke autonome bodemerosie die vergelijkbaar is met de waarnemingen. Een berekende forse daling op de Midden-Waal (rkm 886-914) leidt daar tot een afname van de bodemhelling. Deze leidt op lange termijn (40 jaar) tot een toename van de minimale waterdiepte van orde 0,5 m. Door de Ruimte-voor-de- Riviermaatregelen wordt deze erosie (en de daarmee samenhangende toename van de waterdiepte) vrijwel geheel gestopt. Dit geldt voor simulaties met en zonder onderhoudsbaggerwerk.
• Uit de berekeningen volgt dat direct na aanleg van de maatregelen verondieping optreedt ter plaatse van de locaties met rivierverruiming. De verondiepingen (aanzandingen relatief ten opzichte van de referentie-situatie) groeien in de daaropvolgende jaren. De hoogte van deze lokale effecten bedraagt over het algemeen enkele decimeters. De grootste effecten treden op aan de rivierzijde waar de belangrijkste rivierverruiming is uitgevoerd.
• Vooral in de Midden-Waal, ter plaatse van de kribverlagingen, zijn de grootste verschillen waargenomen, welke geleidelijk groeien tot een breedtegemiddelde verhoging van orde 0,3 a 0,4 m ten opzichte van de referentie na 40 jaar. Deze grootschalige aanzanding start in 2015 op rkm 886, en loopt geleidelijk stroomafwaarts tot rond 2030 het gehele traject verhoogd is ten opzichte van de referentiebodem (bodem zonder RvdR). De berekende relatieve aanzanding is dermate groot in de Midden-Waal dat deze de autonome bodemerosie voor een significant deel compenseert. Dit geldt voor de gehele Midden-Waal (Nijmegen – Tiel).
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief
• Op het traject met kribverlaging is in de eerste jaren geen sprake van een geleidelijk over de breedte gemiddelde opvulling, maar ontstaan er afwisselend zones van sedimentatie en erosie. Dit effect wordt veroorzaakt door variaties in lengte van de kribben (de onregelmatige oeverlijn volgt namelijk niet de vloeiende normaallijn over de kribkoppen), waardoor de toename van het doorstroomprofiel sterker gaat variëren, en water in- en uitstroomt. Immers, bij een gelijke verlaging geeft een langere krib een grotere toename van doorstroomprofiel dan een korte krib.
• Stroomafwaarts van elke grote maatregel is sprake van een erosiegolf die zich in de daaropvolgende jaren met een snelheid van circa 1 km/jaar stroomafwaarts ontwikkelt. Ter plaatse van een maatregel en benedenstrooms zorgt het passeren van deze golf voor een onderdrukking van het lokale sedimentatie-effect. De invloed van deze erosiegolf speelt met name juist benedenstrooms van de maatregel Rijnwaarden bij Lobith, en in het traject ten westen van Zaltbommel (benedenstrooms van de kribverlaging).
• Maatregelen waarbij verruimde delen alleen bij hoogwater meestromen leiden tot tijdelijke hoogwatersedimentatie in het zomerbed (enkele decimeters). Deze aanzandingen zullen na het dalen van de afvoer stroomafwaarts gaan migreren als geleidelijk uitdempende zandgolven (eveneens met een snelheid van 1 km/jaar).
• Bovenstrooms van RvdR-maatregelen zal vooral tijdens hoogwater de waterdiepte reduceren door stuweffecten. Door de stuwkromme zal de stroomsnelheid in dit traject toenemen, en zal zich netto enige erosie (orde centimeters) ontwikkelen. Het traject dat wordt beïnvloed door de stuwkromme heeft een lengte van enkele tientallen kilometers. Baggeren en storten
• De berekende baggervolumes zijn met grotere onzekerheden omgeven dan de berekende bodemligging en deze hebben daarom vooral een indicatieve waarde. Dit geldt ook voor de inschatting van de baggervolumes om aan de breedtegemiddelde- diepte-eis te voldoen. De resultaten geven inzicht in mogelijke trends, oorzaken en gevolgen van het baggeren.
• Grote onzekerheden in baggervolumes ontstaan op locaties waar kleinschalige fluctuaties in bodemligging (beddingvormen, kribvlammen) leiden tot diepteknelpunten, maar waar door het afvlakken van de bodem in het rekenmodel deze lokale ondieptes niet optreden. Dit is vooral het geval in de Midden-Waal, waar veel baggerwerk bestaat uit het ‘aftoppen’ van dergelijke lokale ondieptes. In het model is het effect hiervan onderzocht door het baggerwerk te starten bij een overschrijding van een minimale diepte van OLR-3,30 m met een overdiepte van 0 m. De baggerdiepte is gelijk aan het normale criterium, maar de ondieptes worden eerder gedetecteerd.
• Bij toepassing van het de minimale-diepte-eis van OLR-2,80 m, met overdiepte 0,5 m (huidig beleid), bedraagt het totale baggerbezwaar in de referentieberekening (zonder Ruimte voor de Rivier) op korte termijn gemiddeld ongeveer 120 duizend m3 (Bovenrijn en Waal). Dit is aanzienlijk kleiner dan de gemiddelde 560 duizend m3 die in werkelijkheid wordt gebaggerd. Echter bij de overgang naar het criterium van 3,30 m in de berekening neemt in de referentiesituatie langs de Bovenrijn en Waal het baggerwerk fors toe, gemiddeld over de eerste 5 jaar naar 340 duizend m3/jaar. Deze instellingen voor de baggermodule geven dus een resultaat dat dichter ligt bij het werkelijke baggerbezwaar. Aanbevolen wordt de resultaten met dit tweede criterium als ruwe prognose te gebruiken voor effectbepaling op baggerbezwaar.
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief
• Bij toepassing van het minimale-dieptecriterium van 2,80 m bij OLR, blijkt dat met name op de Midden-Waal op veel meer locaties substantieel gebaggerd moet worden na uitvoering van de RvdR-maatregelen. Uit de berekeningen met het criterium van OLR- 2,80 m volgt dat door RvdR de baggervolumes toenemen van gemiddeld 110 à 140∙103 m3/jaar naar 240 à 280∙103 m3/jaar. Bij toepassing van het dieptecriterium van 3,30 m bij OLR bedraagt de toename circa 90∙103 m3/jaar in de eerste 5 jaar, toenemend tot circa 140∙103 m3/jaar na 2040.
• Door de variabiliteit in de afvoer in natte of droge jaren kan een toename van 5 à 10% van het jaarlijkse berekende baggervolume optreden ten opzichte van het effect van RvdR op de beunvolumes tijdens een hydrologisch ‘gemiddeld’ jaar.
• Nader onderzoek naar de schematisatie van de afvoerhydrograaf kan rekening houden met toekomstscenario’s waarin onder andere meer extreem droge en natte periodes meegenomen worden.
• De baggervolumes worden bepaald via een bagger-referentievlak, gebaseerd op het huidige OLR- en OLW-vlak, dat na 5 jaar automatisch tijdens de berekening wordt gecorrigeerd voor de grootschalige bodemveranderingen. De 5-jaarlijkse updates leiden over het algemeen tot een sprongsgewijze toename in het jaarlijks baggervolume. • Wanneer het breedtegemiddelde-dieptecriterium wordt ingezet voor het vaststellen van
baggerwerk, zien we dat op de Boven en Midden-Waal in de eerste jaren na aanleg van de RvdR-maatregelen per 15 km maximaal circa honderdduizend kubieke meter sediment (in de beun) gebaggerd zou moeten worden om aan het criterium te voldoen. Dit is globaal een verdubbeling ten opzichte van het criterium van een minimale diepte van 2,80 m bij OLR. Na ongeveer 20 jaar wordt er dan wel voldaan aan dit criterium. Op de Bovenrijn en de Niederrhein is de benodigde baggerinspanning om aan dit criterium te voldoen veel groter en volgt dat de volumes zelfs blijven toenemen in de tijd.
• Bij de simulatie met RvdR-maatregelen is gebleken dat bij het project Rijnwaarden en in de Midden-Waal het aantal locaties met structureel aanzienlijk baggerwerk is toegenomen.
• Het effect van variabiliteit in de afvoerhydrograaf laat geen andere locaties zien waar er meer of minder wordt gebaggerd. Uit de simulaties konden geen locaties worden bepaald waar alleen incidenteel veel gebaggerd zou moeten worden. Wel is een relatieve toename of afname van het baggerwerk berekend op locaties waar structureel al veel gebaggerd moet worden.
Scheepvaartdiepte
• Voor de scheepvaartdiepte op de Rijntakken is de vaste laag bij Nijmegen het belangrijkste knelpunt. Zowel voor de referentieberekening als voor de situatie met RvdR blijkt dat op de lange termijn geen nieuwe knelpunten zullen ontstaan, maar een verdere dieptevermindering moet worden verwacht bij de vaste laag bij Nijmegen ten gevolge van de doorgaande autonome bodemdaling. Voor de situatie met RvdR is deze verslechtering minder sterk omdat de autonome bodemdaling deels wordt afgeremd door de relatieve sedimentatie als gevolg van de maatregelen. Daarbovenop stuwen de langsdammen bij Tiel de waterstand bij laagwater ook nog ter hoogte van Nijmegen op (circa enkele centimeters).
• Door afname van de bodemhelling door autonome bodemerosie, met name in de Midden-Waal, neemt de vaardiepte geleidelijk iets toe. De autonome bodemerosie wordt sterk verminderd door de relatieve aanzanding ter plaatse van de kribverlaging.
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief
Waterstandseffecten
• De morfologie werkt ook door op de waterstand en het waterstandsverlagend effect van de rivierverruimende maatregelen. Dit geldt ook bij de simulaties waarin beheer en onderhoud van de vaargeul worden meegenomen.
• Bij lagere afvoeren zorgt met name de langsdam bij Tiel voor een verhoging van de waterstand van enkele centimeters boven het scheepvaartknelpunt bij Nijmegen. • Het waterstandsverlagend effect bij hoogwater door RvdR-maatregelen neemt, als
gevolg van de morfologische ontwikkelingen, met enkele centimeters af bij het jaarlijks gemiddelde hoogwater over de gehele lengte van de rivier.
Riviersplitsingen
• Bij de Merwedekop zorgt het benedenstroomse gelegen project Noordwaard voor een toename van de afvoer door de Nieuwe Merwede. Het gedrag in de Nieuwe Merwede volgt als respons op de toegenomen sedimenttransportcapaciteit en de herverdeling van het sedimentaanbod uit de Boven Merwede.
• Bij de Pannerdensche Kop blijft de afvoerverdeling precies gelijk omdat de afvoerverdeling is vastgelegd in de simulatie (met behulp van randcondities), maar zorgt het project de Rijnwaarden voor een voortschrijdende erosiegolf richting het Pannerdensch Kanaal. Omdat het project aan de rechteroever ligt is de erosie sterker in het Pannerdensch Kanaal.
Aanbevelingen voor het gebruik van de resultaten uit deze studie
De resultaten (figuren) in dit rapport en de verkregen inzichten uit deze berekeningen kunnen als uitgangspunt worden gebruikt bij het definiëren van optimale baggerstrategieën voor de toekomst, rekening houdend met de lange-termijngevolgen van de RvdR-maatregelen. Wij adviseren om, zoals bij iedere studie met dit instrumentarium, de baggerresultaten indicatief en niet absoluut te interpreteren. Een kleine verstoring in het model kan het triggermechanisme voor het baggeren en storten wel of juist niet in werking zetten en daardoor wel of juist geen baggerwerk geven. Met dit laatste kunnen sommige locaties worden gemist.
Bij het beschrijven van de variabiliteit in morfologische effecten speelt vooral de variatie in afvoer een belangrijke rol. Eerder onderzoek (onder andere Van Adrichem, 2013) toont dat deze afvoervariatie aanleiding kan zijn voor forse verschillen in jaarlijks baggerwerk. Ondanks het gebruik van alternatieve hydrografen in deze studie, is dit niet voldoende om gedegen conclusies te trekken over de werkelijk optredende variaties. Overigens wordt een deel van deze dynamiek al redelijk zichtbaar wanneer de variaties binnen een enkel jaar worden beschouwd.
De berekeningen tonen dat de (gekozen) ligging van de vaargeul belangrijk kan zijn bij het wel of niet optreden van scheepvaartondieptes. Een kleine verschuiving van de vaargeul naar een buitenbocht kan zorgen voor een afname van onderhoudsbaggerwerk in die bocht (dit is bijvoorbeeld het geval bij Lobith). Aanbevolen wordt de ligging van de vaargeul ook te betrekken bij de baggeroptimalisatie.
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief
Variaties en actualisatie in OLR- en OLW-referentievlakken kunnen voor grote verschillen leiden in de bagger- en stortvolumes (bijvoorbeeld in de orde van 10.000 tot 50.000 m3/jaar voor de Waal). Aanbevolen wordt om gebruik te (blijven) maken van een jaarlijkse actualisatie van deze vlakken om te voorkomen dat een minder frequente actualisatie leidt tot een inhaalslag met een groot baggervolume.
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief
9 Literatuur
Becker, A., en T. Visser (2014): Pakkettoets 2014-I. Deltares-rapport 1207404-042-ZWS- 0002-v2
Crebas, J.I. (2013): Pakkettoets 2013-I. Deltares-rapport 1002047-042-ZWS-0026.
De Vriend, H.J. (2010) Morfologische effecten kribverlaging. Deskundigenoordeel project kribverlaging. Definitief versie 4, 21 juni 2010. TU-Delft.
DHV (2011) Morfologische analyse maatregelen Waal. Civieltechnisch advies (Dienst 27.2). DHV rapport LW-AF20111077/RK. Mei 2011.
Jansen, P.Ph., L. van Bendegom, J van den Berg, M. de Vries, A. Zanen (1979). Principles of river engineering: the non-tidal alluvial river. London : Pitman Ltd. - 509 p.
Kleinhans, M.G. , F. Klijn, K.M. Cohen, H. Middelkoop (2013), Wat wil de rivier zelf eigenlijk? Deltares Rapport, 1207829-000-VEB-0024, 12 maart 2013.
Kroekenstoel, D. (2009) Rivierkundig beoordelingskader voor ingrepen in de Grote Rivieren. Rijkswaterstaat Waterdienst, Versie 2.01.
Mosselman, E. (2007), Riviermorfologie onmisbaar om maatregelen te beoordelen. In: Ruimte voor hoogwater; Nederland rivierenland, Ed. B. Keijts, bijlage bij Land+Water, december 2007, pp.94-96.
Paarlberg, A., C. J. Sloff, S. van Vuren (2008). Voorspelintrument duurzame vaarweg- Delft3D graded sediment model for the Bovenrijn, Pannerdensch Kanaal and Boven Waal, Rapport Q4634.00. Deltares, Delft.
PKB RvdR (2007) Planologische Kernbeslissing Ruimte voor de Rivier, Deel 4. Vastgesteld besluit en Nota van Toelichting. Januari 2007.
RIZA (2005) Morfologische effecten van herinrichting, PKB ruimte voor de rivier. RIZA werkdocument 2005.044x
Sieben, J. (2008) Taal van de rivierbodem: Parameters voor morfodynamiek in rivieren. Rijkswaterstaat, Waterdienst rapport nr. WD 2008-049.
Sloff, C.J., R.A.M. van der Sligte , A.Z. Visser (2013) Riviermorfologisch Deltamodel: testen RMD. Deltares Rapport 1207054-000 ZWS.
Van Adrichem, H.L.A. (2013) Quantification of maintenance dredging uncertainty on the Waal. Afstudeerverslag TU Delft, 26 juni 2013.
1208454-000-ZWS-0003, 24 november 2014, definitief