• No results found

3. QH-RELATIES

3.1.2 Onzekerheden

De QH-relatie bestaat uit een vloeiende curve die zowel in het meetbereik bepaald wordt als

daarbuiten. Dit laatste gebeurt door middel van extrapolatietechnieken of computermodellen. Niet alle

meetpunten liggen precies op de lijn. De gemeten afvoeren liggen hoger of lager dan de afvoeren op

de curve.

Verschillen tussen metingen en de QH-relatie kunnen ontstaan door ‘fouten’ in de metingen en

‘fouten’ in de QH-relatie:

1. Spreiding en onzekerheid in metingen Q en H. De toevallige fout en systematische fout in de

meetdata veroorzaakt door het meetinstrument, de meetmethode of meetomstandigheden.

2. Vorm van de golf. Afhankelijk van de locatie en de hoeveelheid neerslag in de Belgische

Ardennen zullen de zijrivieren het niet geborgen regenwater sneller of langzamer afvoeren

naar de Maas. De tijdstippen waarop afvoertoppen van de zijrivieren uitkomen op de Maas,

bepalen in grote mate de uiteindelijke vorm van de afvoergolf. Als het kort maar hevig regent

in het stroomgebied, krijgt de golf een spitse vorm. De steilheid van het front van de golf staat

in relatie met de voortplantingssnelheid van de golf. Dat heeft ook weer een (minimaal) effect

op de stroomsnelheid. Niettemin kunnen kleine verschillen in stroomsnelheid tijdens hoge

afvoeren grote verschillen in debiet veroorzaken. Hierdoor hebben niet alle topafvoeren een

vergelijkbare topwaterstand. Op dit effect kan niet worden geanticipeerd als gebruik wordt

gemaakt van een enkele QH-relatie.

Verder stijgt en daalt de waterstand bij een spitse golf erg snel waardoor de uiterwaarden

maar kort voor aankomst van de golftop onder water komen te staan. De golf kan zich op dat

moment over een breed rivierbed verspreiden en zakt een beetje in. De top van de golf wordt

daardoor lager, ook wel ‘topvervlakking’ genoemd. Bij een stompe golf treedt bijna geen

topvervlakking op omdat het water geleidelijk stijgt. Daardoor staan de uiterwaarden al

geruime tijd onder water wanneer de top van de golf nog moet passeren (Rijkswaterstaat,

2006).

Dergelijke effecten hebben invloed op de stroomsnelheden tijdens het passeren van een

hoogwatergolf. Voor preciezere afvoerbepaling zou de afhankelijkheid van de golfvorm

moeten worden meegenomen door gebruikmaking van verschillende QH-relaties. Dit is tot op

heden niet gebeurd waardoor bij enkele QH-relaties verschillende afvoermetingen bij gelijke

waterstanden zichtbaar zijn. De QH-relatie heeft deze ‘beperking’ mee te nemen. De curve in

de relatie is voor het grootste gedeelte een interpolatie van de gemeten en berekende

afvoeren en tracht een voorstelling te geven van een gemiddelde afvoergolf.

Q = debiet tijdens passage van de golf (m3/s) Waarin: Qs = debiet tijdens evenwichtssituatie (m3/s)

c = voortplantingsnelheid golf (m/s) ib = bodemverhang (-)

3. Verschillen in snelheden bij gelijke waterstand als een hoogwatergolf passeert. De afvoer van

een hoogwatergolf is over het algemeen hoger tijdens het toenemen van de waterstand dan

tijdens de afname bij eenzelfde waterstand (Boiten, 1986). Dit wordt ook wel het

hysterese-effect genoemd.

- Voor Borgharen blijkt het hysterese-effect een verwaarloosbare invloed te hebben

vanwege het vrij grote bodemverhang. Het hysterese-effect is uit te rekenen met de

volgende formule (Jansen, 1994). Deze geeft het verschil tussen stijgende en vallende

waterstanden.

Invulling van de formule geeft aan dat het hysterese-effect afneemt naarmate het

bodemverhang i

b

toeneemt. Voor de situatie Borgharen waar een bodemverhang zich

voordoet van een halve meter per kilometer, resulteert dat in afvoerverschillen van

hooguit enkele tientallen m

3

per seconde. Dit komt weer overeen met

waterstandverschillen van een paar centimeter. Het hysterese-effect hoeft hierdoor niet

worden meegenomen bij het bepalen van de afvoer-waterstandrelatie (Gerretsen, pers.

comm. 2006).

4. Verjaring QH-relatie. Een QH-relatie wordt meestal voor enkele jaren gebruikt totdat er te veel

verschil ontstaat tussen de gemeten waarden en de relatie. Kort voor het moment dat de

QH-relatie gewijzigd wordt, zullen de geregistreerde afvoeren de grootste verschillen vertonen. De

actualiteit van de QH-relatie speelt daarom ook een rol voor de onzekerheidsbeoordeling.

Op grond van de door NUSAP ontwikkelde Pedigree Tabel wordt de onzekerheidsbeoordeling

uitgevoerd voor de gekwantificeerde onzekerheid, gemarkeerd door de spreiding, en de

gekwalificeerde onzekerheden, gemarkeerd door de empirische en methodische kwaliteit.

De spreiding wordt veroorzaakt door de onzekerheden van de meetinstrumenten (bepaald in

hoofdstuk 2) en de spreiding van de meetpunten ten opzichte van de curve.

Van de QH-relaties die beschikbaar zijn gekomen voor dit onderzoek zijn van een beperkt aantal de

de afvoermetingen - waarop de relatie is gebaseerd - bekend. Waren alle metingen bekend en de

daarbij behorende QH-curve, dan had voor elke QH-relatie een regressiecoëfficiënt uitgerekend

kunnen worden welke in relatie staat met de onzekerheid. De originele QH-relaties die RWS-Limburg

in de vorige eeuw heeft gemaakt zijn volgens een geïnterviewde ingenieur van RWS (Gerretsen,

2006) niet meer gearchiveerd. De QH-relaties van 1926 tot 1975 zijn afkomstig uit het rapport van het

Ministerie van Verkeer en Waterstaat (1993). De latere relaties komen uit het rapport van Barneveld

(2004). Van de periode 1980 tot 1998 zijn geen relaties beschikbaar gekomen. Het gebrek aan de

meetgegevens heeft een ongunstig effect op de beoordeling van de empirische kwaliteit. Voor een

aantal perioden zijn vanwege de gebrekkige informatie aannames gedaan, gebaseerd op de laatste of

daaropvolgende periode waarvan de grafieken samen met de meetpunten zijn afgebeeld.

dt

dh

c

i

Q

Q

Q

b s s

= ⋅ ⋅

2

Kwantificeerbare onzekerheden:

Spreiding door a priori onzekerheden

De spreiding van de parameters H en Q is in het vorige hoofdstuk al bepaald. In alle gevallen heeft de

waterstandsmeting tijdens een hoogwatersituatie een onnauwkeurigheid die kleiner is dan 2%. De

meetpunten die gebruikt zijn voor het fabriceren van de QH-relatie hebben daardoor maar een kleine

onnauwkeurigheid op de y-coördinaat waterstand. In Figuur 3.3 gelijk aan de dikte van de horizontale

lijn voor de toevallige fout van het meetpunt.

De bij de waterstand behorende afvoer heeft een beduidend hogere spreiding. In de Figuur zijn de

toevallige fouten van de afvoermetingen tot 1926 weergegeven, met een marge van ongeveer 10%.

Spreiding meetpunten ten opzichte van de curve

De spreiding van de metingen ten opzichte van de curve kan bepaald worden door de verschillen

tussen de meetpunten en de curve af te lezen. Het gemiddelde verschil in het hoge afvoerbereik

wordt uitgedrukt in een percentage.

Periode specifieke onzekerheden

Dit zijn onzekerheden die alleen in een bepaalde periode zijn voorgekomen en gekwantificeerd

kunnen worden. Bijvoorbeeld voor de periode 1911-1932 waarin Belgische metingen een rol hebben

gespeeld voor de Nederlandse afvoerbepaling. De verschillen tussen de Belgische en Nederlandse

metingen zijn een bron van onzekerheid die is uit te drukken in een percentage. Voor een aantal

perioden speelt bodemdaling ook een belangrijke rol.

Kwalificeerbare onzekerheden:

Empirische kwaliteit

De beoordeling wordt gedaan op basis van drie aspecten, weten:

1. dichtheid data;

2. meetomstandigheden;

3. verifieerbaarheid metingen.

Ad. 1 Van afvoeren die geregeld voorkomen zijn uiteraard meer meetgegevens voorhanden zodat de

zekerheid rond die waarden hoger ligt. Van de opgetreden topafvoeren zijn maar weinig

meetgegevens verkregen voor dit onderzoek waardoor de empirische kwaliteit van de hoogste

afvoeren in de QH-relatie lager ligt. De dichtheid van de meetgegevens in het hoogste afvoerbereik in

de QH-relatie bepalen de uiteindelijke NUSAP score. De Pedigree tabel maakt ook onderscheid in wel

of geen directe metingen en de controleerbaarheid van de experimenten. Met deze twee aspecten

hoeft bij de kwaliteitsbeoordeling van een regressie geen rekening te worden gehouden. De

controleerbaarheid en (in)directe metingen zijn al in het vorige hoofdstuk geëvalueerd.

Figuur 3.3 Onzekerheidsmarges meetpunten met QH-relatie

Ad. 2 De meetomstandigheden hebben betrekking op de locatie en de daarmee samenhangende

uitvoerbaarheid van de metingen. In het vorige hoofdstuk is hier al op ingegaan door het onderscheid

tussen de meetlocatie Maastricht en St. Pieter te beschrijven. De verwachting is dat van het meer

natuurlijke dwarsprofiel in St. Pieter de meetdata meer spreiding zullen vertonen dan de meetdata

afkomstig van metingen in Maastricht. Uit analyse van de meetpunten en de QH-relaties voor de

periode 1960-1970 moet blijken of er daadwerkelijk verschillen zijn opgetreden.

Ad. 3 De verifieerbaarheid van de metingen is afhankelijk van het aantal hoge tot zeer hoge

jaarmaxima die in een bepaalde periode zijn opgetreden. Met name voor het hoge afvoerbereik

(>2.000 m

3

/s) in de QH-relatie is het van belang om veel meetgegevens te verkrijgen aangezien hier

de grootste onzekerheden zitten. Wanneer kort na elkaar (tot 1 à 2 jaar) een aantal hoge hoogwaters

zijn opgetreden, kunnen de meetgegevens elkaar enigszins aanvullen ter verificatie. Wanneer tijdens

een periode maar één hoogwater is opgetreden, dan is het de vraag of de QH-relatie daarop wordt

aangepast. Een groter aantal gegevens is meestal nodig ter bevestiging voor het wijzigen van de

QH-relatie. Daardoor kan het afgeleide hoogste jaarmaximum op basis van de waterstand tijdens een

dergelijke periode nogal afwijken van de resultaten van de afvoermeting. De QH-relaties uit een

periode met maar een enkel extreem hoogwater krijgen een half punt aftrek voor de NUSAP

beoordeling.

Methodische kwaliteit

De methodische kwaliteit betreft de volgende twee aspecten waarnaar een kwaliteitsbeoordeling

wordt uitgevoerd.

1. werkwijze;

2. actualiteit QH-relatie.

Ad. 1 De werkwijze waarop de curve is aangepast aan de meetpunten en de wijze waarop de

onbekende afvoeren - die buiten het meetbereik gevallen zijn - in de QH-relatie zijn bepaald. Over het

geïnterpoleerde gedeelte van de QH-curve is de onzekerheid kleiner dan over het geëxtrapoleerde

gedeelte. Bij een aantal QH-relaties is de curve ‘doorgetrokken’. Beoordeling wordt alleen gedaan als

van het geëxtrapoleerde gedeelte afvoeren zijn afgeleid.

Ad. 2 De actualiteit van de QH-relatie ofwel de periodieke aanpassing anticiperend op veranderingen

van de rivier. Wanneer tijdens een periode met veel bodemdaling maar enkele QH-relaties zijn

gebruikt, dan zijn de relaties niet actueel en kunnen voor een afwijkende afleiding zorgen.