Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer

(1)

Beter monitoren, begrijpen en

voorspellen van zout/chloride in het

IJsselmeer

Menno Genseberger Arnout Bijlsma

(2)

(3)

Deltares

Titel

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zoutlchloride in het IJsselmeer

Opdrachtgever Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving, LELYSTAD Project 11202241-001 Kenmerk Pagina's 11202241-001-ZWS-0002 31 Trefwoorden

IJsselmeer, zout, chloride, meten, monitoring, systeemkennis, modellen

Samenvatting

In 2017 en 2018 traden er omstandigheden op in het IJsselmeer die niet voorzien waren voor het normale beheer. Voor een toekomstbestendig beheer is daarom een grote behoefte om zoutlchloride beter te monitoren.

Verder zijn er voor het verbeteren van een driedimensionaal zoutlchloride verspreidingsmodel in het IJsselmeer onvoldoende goede meetgegevens beschikbaar. Hierdoor is dit model onvoldoende inzetbaar voor de beoogde toepassingen (o.a. handelingsperspectief van visvriendelijk spuien voor vismigratie bij de Afsluitdijk zonder dat de drinkwatervoorziening in gevaar komt). Een verbeterd model heeft eveneens een belangrijke rol in het toekomstbestendig beheer.

Daarom is met de belanghebbenden rondom het IJsselmeer een verbeterproces gestart. Doel is dat door beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zoutlchloride in het IJsselmeer de beheerder in staat is om effectiever te kunnen handelen.

Een verbeterd meetnet voor monitoring van zoutlchloride bestaat uit:

het regulier meten en registreren bij belangrijke putten bij de Afsluitdijk, het regulier meten en registreren bij de schutsluizen in de Afsluitdijk,

het regulier meten en registreren van de toestand in het IJsselmeer (ruimtelijk en op een aantal locaties ook in de verticaal) en

het regulier meten en registreren van in- en uitstroom van zoutlzoet water in het IJsselmeer.

Daarnaast is een goed driedimensionaal zoutlchloride verspreidingsmodel nodig voor hindcasts en voorspellingen.

Het verbeteren van dit model is een continu proces in combinatie met gegevens van het verbeterde meetnet, aangevuld met specifieke, tijdelijke metingen ter verbetering van systeembegrip, monitoring en model.

Versie Datum Auteur

1.0 dec. 2018 Menno Genseberger,

ParaafReview Paraaf Goedkeuring

Gerard Biom '¡¡'-Arno Nafte

Status

definitief

(4)

(5)

11202241-001-ZWS-0002, 21 december 2018, definitief

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer i

Inhoud

1 Inleiding 1

1.1 Aanleiding 1

1.2 Leeswijzer: structuur van rapport en beoogde aanpak 2

2 Doel, uitgangspunt en middel 3

2.1 Doel: als beheerder effectiever kunnen handelen 3

2.2 Uitgangspunt: reguliere beheerspraktijk rekening houdend met veranderende

omstandigheden 3

2.3 Middel: betere informatie uit combinatie van kennis, meten en model 4

3 Meten en registeren bij de Afsluitdijk 5

3.1 Situatie rondom de Afsluitdijk 5

3.1.1 Veel dynamiek aan beide zijden 5

3.1.2 Ligging sluizen en bathymetrie 5

3.2 Regulier meten en registreren bij putten 13

3.3 Regulier meten en registreren bij schutsluizen 13

3.4 Specifiek meten bij de Afsluitdijk 14

4 Meten en registreren van toestand in het IJsselmeer 15

4.1 Regulier meten en registreren van toestand in het IJsselmeer 15 4.2 Specifiek meten en registreren van toestand in het IJsselmeer 15

5 Regulier meten en registreren overige bronnen in-/uitstroom & balans water/zout

IJsselmeer 17 6 Model 19 7 Discussie 21 8 Samenvatting 23 9 Referenties 25 Bijlage(n)

(6)

(7)

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer 1 van 31

1 Inleiding

1.1 Aanleiding

In 2016 heeft Deltares voor RWS-WVL (Water, Verkeer en Leefomgeving) en RWS-MN (Midden Nederland) een bestaand driedimensionaal model voor het simuleren van verspreiding van zout/chloride in het IJsselmeer geactualiseerd [1]. Voor het aansturen, kalibreren en valideren van dit model bleken er echter niet voldoende goede meetgegevens beschikbaar te zijn. Hierdoor is het model nog niet inzetbaar voor de beoogde toepassingen, waaronder het handelingsperspectief van visvriendelijk spuien voor vismigratie bij de Afsluitdijk zonder dat de drinkwatervoorziening in gevaar komt.

De bevindingen uit [1] zijn begin 2017 verder besproken door Deltares met RWS-WVL en RWS-MN. De volgende vervolgacties zijn toen afgesproken:

1 het opstellen van een draaiboek met stakeholders om extra te meten, bijvoorbeeld een praktijkproef of experiment met een bepaald doel,

2 het verbeteren van de werkwijze om water-, zout/chloride- en stoffenbalansen op te stellen met het IJsselmeergebied als pilot (van belang voor systeemanalyses maar ook essentieel voor systeemkennis voordat een model opgezet kan worden),

3 specifiek overleg met PWN vanwege uitbreiding drinkwaterzuivering.

Naar aanleiding daarvan is halverwege 2017 gestart met het bijeenbrengen in een overlegstructuur, het “zoutoverleg IJsselmeer”, van belanghebbenden en experts rondom zout/chloride in het IJsselmeer: HHNK (Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier), Wetterskip Fryslân, Waterschap Zuiderzeeland, waterleidingbedrijf PWN, MN, RWS-WVL en Deltares. Doel van het overleg is om van elkaar te horen wat er speelt en vervolgens na te gaan wat gezamenlijke op te pakken belangen/onderwerpen zijn (bijvoorbeeld door het slim combineren van lopende projecten).

In eerste instantie waren de bijeenkomsten van het zoutoverleg IJsselmeer gericht op het gezamenlijk op trekken voor actie 1 om hiermee het model te verbeteren en vervolgens toe te kunnen passen voor verschillende toekomstige studies/ingrepen in het IJsselmeer (naast de hierboven genoemde vervolgacties 1, 2 en 3 bijvoorbeeld ook ten behoeve van de Agenda IJsselmeergebied 2050 [2]). Gaandeweg is in 2017 de focus van de bijeenkomsten wat verschoven vanwege een structurele zout/chloride verhoging op het IJsselmeer tot begin 2018. Het was niet precies duidelijk waardoor dat kwam. Dit bevestigde dat het verspreidingsgedrag van zout/chloride in het IJsselmeer niet helemaal begrepen wordt en dat meer inzicht nodig is in het werken van het systeem (systeemkennis).

(8)

Vanaf augustus 2018 tijdens de droogteperiode was het een tijd lang niet mogelijk voor PWN om IJsselmeerwater voor drinkwaterproductie bij Andijk in te nemen door te hoge zout/chloride concentraties. De bestaande overlegstructuur van het zoutoverleg IJsselmeer is toen gebruikt om in wekelijks crisisoverleg bij elkaar te komen om de oorzaken te analyseren en mogelijke maatregelen voor te stellen. Hoofdoorzaak was de droogte: door een lage toevoer van water uit de IJssel kon sinds juni 2018 nauwelijks gespuid worden waardoor het binnendringende zout bij de scheepvaartsluizen en bij de spuisluizen in de Afsluitdijk niet kon worden afgevoerd. Na initiële verspreiding door dichtheidsstroming mengt dit zoute water met het zoete IJsselmeerwater en wordt het door de vooral windgedreven stroming verder verspreid over het IJsselmeer. Tijdens deze crisissituatie zijn dagelijks door RWS meetraaien gevaren. Mogelijke maatregelen tot beheersing van het systeem zijn voorgesteld. Deze moesten leiden tot het voorkomen van verslechtering van de situatie in het IJsselmeer. In deze crisissituatie bleek nogmaals de behoefte aan een adequaat zout/chloride monitoringsmeetnet voor het IJsselmeer en het kunnen voorspellen van de momentane zout/chloride-concentratie bij de inname-punten in Andijk.

De omstandigheden die optraden in het IJsselmeer in 2017 en 2018 waren niet voorzien in het normale beheer. Voor 2017 door onvoldoende zicht op de oorzaak, voor 2018 met name door weinig spuimogelijkheden. Voor een toekomstbestendig beheer is daarom een grote behoefte om zout/chloride beter te monitoren. Daarom is een verbeterproces gestart met betrekking tot de zoutverspreiding in het oppervlaktewater van het IJsselmeer.

Ten behoeve van dit verbeterproces heeft Deltares, op verzoek van RWS-WVL, een presentatie gegeven op de bijeenkomst van 10 oktober 2018 met de belanghebbenden rondom zout/chloride in het IJsselmeer. Deze presentatie is opgenomen in Appendix A. Op basis van deze presentatie is het voorliggende rapport geschreven. Dit rapport maakt deel uit van het KPP project 11202241 Verzilting 2018 dat Deltares voor RWS-WVL uitvoert.

1.2 Leeswijzer: structuur van rapport en beoogde aanpak

Let op dat dit rapport is opgezet voor lezers die redelijk bekend zijn met deze materie en actief in het IJsselmeergebied.

De structuur van dit rapport is gebaseerd op de beoogde aanpak voor het verbeterproces. In hoofdstuk 2 gaan we daarvoor in op het doel van dit proces, het uitgangspunt en het middel om het doel te bereiken. Vervolgens behandelt hoofdstuk 3 hoe rondom Afsluitdijk een verbetering beoogd wordt door daar beter te meten en registreren. Belangrijke aanname daarbij is dat het zout/chloride bij de putten en bij de schutsluizen zich op een bepaalde manier gedraagt, deze aanname zal door specifieke metingen moeten worden vastgesteld. De overige benodigde meetlocaties in het IJsselmeer komen aan bod in hoofdstuk 4. Voor een compleet beeld moeten alle bronnen van in-/uitstroom van water en zout voor het IJsselmeer bekend zijn, hier gaat hoofdstuk 5 op in. Hoofdstuk 6 schetst hoe het verbeteren van het model aangepakt kan worden. In hoofdstuk 7 worden aanvullende belangrijke aanbevelingen gedaan. Hoofdstuk 8 sluit af met een samenvatting.

(9)

2 Doel, uitgangspunt en middel

2.1 Doel: als beheerder effectiever kunnen handelen

Zoals geschetst in de inleiding is een verbeterproces gestart met betrekking tot de zoutverspreiding in het oppervlaktewater van het IJsselmeer. Doel van het proces is dat door het verbeteren van informatie uit de combinatie van monitoring-systeemkennis-modellering (sectie 2.3) in het IJsselmeer de beheerder maar ook andere belanghebbenden in staat zijn om effectiever te kunnen handelen. Voor de beheerspraktijk gaan we hiervoor uit van een reguliere situatie (sectie 2.2).

2.2 Uitgangspunt: reguliere beheerspraktijk rekening houdend met veranderende

omstandigheden

Uitgangspunt voor de praktijk is een reguliere situatie voor het beheer van het systeem: er is voldoende IJsselaanvoer, spuien wordt gedaan om het meerpeil te handhaven, putten worden gebruikt voor het opvangen van zout/chloride door lek en visvriendelijk spuibeheer. Door zoutmeetpalen in de belangrijkste putten te plaatsen kan actueel inzicht worden gegeven in welke mate deze gevuld zijn met zout (brak) water (zie uitwerking in sectie 3.2). Bij (kans op) overstromen van zout water uit de put wordt aan de hand van de zoutmetingen de beheerder gewaarschuwd, en kan aansluitend op basis van modelberekeningen gekeken worden wat daarvan de gevolgen zijn in het IJsselmeer.

Waterbeheerders aangesloten aan het IJsselmeer kunnen met de beschikbare informatie nagaan welke mitigerende maatregelen (bijvoorbeeld het lozen van water met een hoger zout/chloride gehalte) op dat moment mogelijk zijn.

Het waarschuwen van de beheerder wordt gedaan op basis van de metingen. Voor het waarschuwen van andere belanghebbenden kunnen modelsimulaties gevoed met deze metingen een grote rol spelen, bijvoorbeeld hoe snel en met welke concentratie zout/chloride bij Andijk verwacht wordt.

Het is belangrijk dat waterbeheerders aangesloten aan het IJsselmeer beschikken over dezelfde informatie (ondermeer van metingen en modelsimulaties). Met deze informatie moet nagegaan kunnen worden of specifieke handelingen (bijvoorbeeld het lozen van water met een hoger zout/chloride gehalte) op dat moment mogelijk zijn. Wanneer iedereen over dezelfde informatie beschikt kan het risico op verwarring en misverstanden verkleind worden. Ook is er urgentie om rekening te gaan houden met veranderende omstandigheden. Door externe factoren zoals ander/intensiever gebruik van het IJsselmeer, zeespiegelstijging en/of klimaatverandering kunnen situaties op gaan treden die heel anders zijn dan de huidige reguliere praktijksituatie. Door deze veranderende omstandigheden (en geschikte beheersmaatregelen daarvoor) tijdig te voorzien, kan de beheerder sneller en beter reageren.

(10)

2.3 Middel: betere informatie uit combinatie van kennis, meten en model

Het middel om het doel te bereiken is beschikbaarheid voor alle belanghebbenden van goede, dat wil zeggen voldoende accurate en eenduidige informatie over zout/chloride-verspreiding in het IJsselmeer. Dit door een combinatie van kennis, meten en model die elkaar aanvult en versterkt (bijvoorbeeld door analyse, interpretatie en gedachte/hypothese vorming en/of -toetsing). Het gaat hier om structurele/reguliere informatie maar ook bijvoorbeeld om informatie over specifieke situaties/processen of trends. Er wordt hierbij uitgegaan van de normale praktijksituatie in het beheer (zie sectie 2.2) waarbij uitzonderingen daarop meegenomen worden indien van belang. Voor het delen van kennis wordt gedacht aan een voor alle belanghebbenden toegankelijk platform en de reguliere en specifieke bijeenkomsten van het zoutoverleg IJsselmeer. Uitzonderingen op de normale praktijksituatie zijn bijvoorbeeld de al genoemde veranderende omstandigheden. Trendanalyse van meetdata en scenarioverkenning met modelsimulaties kunnen hierbij tijdig inzicht geven in de mogelijke ontwikkelingen en, indien nodig, wat eventueel geschikte beheersmaatregelen zijn.

(11)

3 Meten en registeren bij de Afsluitdijk

3.1 Situatie rondom de Afsluitdijk

3.1.1 Veel dynamiek aan beide zijden

Het spui-/schutsluisbeheer bij de Afsluitdijk heeft zowel gevolgen voor het zout/chloride gehalte aan de IJsselmeer als aan de Waddenzee zijde. Er is veel dynamiek aan beide zijden van de sluizen door een driedimensionale zout/chloride verdeling die elkaar tijdens spuien/inlaat beïnvloedt. Aan de Waddenzee zijde is hierdoor vaak brak/relatief zoet water, aan de IJsselmeer zijde bij de putten is er vaak juist relatief veel zout/chloride.

Om het zouttransport door de scheepvaartsluizen en de spuisluizen goed in kaart te brengen zijn er naast de waterstanden gedetailleerde metingen van zout/chloride nodig aan beide zijden van de complexen, wat op praktische bezwaren kan stuiten1. Daarom is het voorstel hier om voor de praktijksituatie aan te nemen dat alles wat bij de spuisluizen binnenstroomt eerst de putten gaat vullen, en pas in tweede instantie zich verder in het meer zal verspreiden. In deze benadering zijn details van de dynamiek rondom de spuisluizen zelf mogelijk minder relevant. Dit voorstel voor een pragmatische aanpak is gebaseerd op ervaringen in eerdere projecten. Of deze aanpak uiteindelijk goed gaat werken in de praktijk moet zich nog bewijzen. Wat hier extra bij komt kijken is de rol van aspecten als de vismigratiemaatregelen en de effectiviteit van de zouthevels, Daarom is het belangrijk de werking van deze opzet vooraf te toetsen op basis van specifieke metingen van de relevante aspecten (sectie 3.4).

Voor de schutsluizen stellen we eveneens voor uit te gaan van een vereenvoudigde beschrijving, namelijk de “zeesluisformulering” [15], afgeleid van een stationair zoutlekmodel, waarin naast de eventuele inzet van bellenschermen toch ook rekening kan worden gehouden met bijvoorbeeld variaties in schutfrequentie over de dag en het getij, en over de seizoenen. Zie verder sectie 3.3.

Er zijn hiermee twee bronnen van zout/chloride in het oppervlaktewater bij de Afsluitdijk: (1) spuisluizen die dus gekoppeld worden voor de monitoring door het vullen met zout van putten te monitoren en (2) schutsluizen. Met het monitoringsprogramma richten we ons daarmee op het monitoren van zout/chloride in de putten en schutsluizen, zodat daaruit adequate randvoorwaarden voor het 3D model van het IJsselmeer zijn af te leiden.

3.1.2 Ligging sluizen en bathymetrie

Figuren 3.1 t/m 3.5 tonen de ligging van de schut- en spuisluizen en bathymetrie (diepte) bij Den Oever en Kornwerderzand.

De figuur van de bathymetrie van de zuidelijke voorhaven van de schutsluis bij Den Oever links in Figuur 3.2, laten we zien omdat in [12] geconstateerd is dat deze voorhaven ook als put voor zoutvang werkt, het rode kruis markeert een voorgesteld meetpunt bij het diepste punt. Met recentere dieptegegevens moet nagegaan worden of dat nog steeds het diepste punt is.

De bathymetrie verder weg rondom Den Oever boven in Figuur 3.1 en Figuur 3.3, laat meerdere putten zien, in de detailkaart van Den Oever linksonder in Figuur 3.1 markeren de rode kruizen voorgesteld meetpunten.

1

Uit een aantal eerdere studies rondom de Afsluitdijk en in de Waddenzee [8, 9, 10, 11] blijkt dat voor dit gebied ook weinig historische meetgegevens van zout/chloride beschikbaar zijn.

(12)

De bovenste figuur in Figuur 3.4 toont de lokale bathymetrie bij de spuisluizen bij Den Oever aan de IJsselmeer-zijde met een ontgrondingskuil. Het rode kruis markeert een voorgesteld realtime meetpunt bij het diepste punt. De maximum diepte is ongeveer 9 m onder NAP, de putrand ligt 4.5 tot 5 m onder NAP (zie pijlen in de figuur) en de drempel van de spuisluizen ligt op 4.4 m onder NAP. De onderste figuur in Figuur 3.4 is een driedimensionale weergave van dezelfde dieptedata maar met sterk uitvergrote verticale dimensie. Let op dat Figuur 3.4 is gebaseerd op een inspectieloding uit 2011 (RWS Kaartnummer 20110149), aangeraden wordt recentere dieptegegevens te gebruiken.

Figuur 3.5 laat de bathymetrie rondom Kornwerderzand aan IJsselmeer-zijde zien. Bovenaan op een grotere schaal inclusief oude Zuiderzeegeulen, de Middelgronden en de vaargeul vanaf de schutsluizen2. De rode kruizen markeren voorgestelde meetpunten bij de diepste punten. Onderaan in Figuur 3.5 de bathymetrie bij de spuien schutssluizen van Kornwerderzand aan de Waddenzee en de IJsselmeer zijde. Hier markeren de rode kruizen voorgestelde meetpunten bij de schutsluizen. Nog nagegaan moet worden hoe recent de dieptegegevens zijn waarop deze twee figuren uit [14] zijn gebaseerd.

De bovenste figuur in Figuur 3.6 toont de lokale bathymetrie bij de spuisluizen bij Kornwerderzand aan de IJsselmeer zijde met een ontgrondingskuil. Het rode kruis markeert een voorgesteld meetpunt bij het diepste punt. De maximum diepte is hier ongeveer 13 m onder NAP, de putrand ligt 4 tot 4,5 m onder NAP (zie pijlen in de figuur) en de drempel van de spuisluizen ligt op 4,4 m onder NAP. De onderste figuur in Figuur 3.6 is een driedimensionale weergave van dezelfde dieptedata maar met sterk uitvergrote verticale dimensie. Let op dat Figuur 3.6 is gebaseerd op een inspectieloding uit 2011 (RWS Kaartnummer 20110139), aangeraden wordt recentere dieptegegevens te gebruiken.

Figuur 3.3 en Figuur 3.5 komen uit de rapportage van een praktijkproef uit 2014 [14]. In deze figuren zijn ook de meetlocaties van de praktijkproef aangegeven. Door het ontbreken van genoeg gedetailleerde (andere) meetgegevens konden resultaten uit [14] niet gebruikt worden voor verbetering van het model (sectie 5.4 in [1]).

2

In de metingen die zijn verrichten door vaartochten tijdens de droogteperiode in 2018 zijn dichtheidsstromingen waargenomen in de geulen (persoonlijke communicatie met Yann Friocourt).

(13)

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer 7 van 31 Figuur 3.1 Bathymetrie langs Afsluitdijk aan IJsselmeer zijde (boven) en detailkaarten van de schutsluis en de

spuisluizen bij Den Oever (linksonder) en van de schutsluizen bij Kornwerderzand (rechtsonder). De rode kruizen in de onderste figuren markeren voorgestelde meetpunten. Alle figuren zijn details van de Hydrografische kaart 1810 IJsselmeergebied editie 2016 (bron:

https://www.rijkswaterstaat.nl/apps/geoservices/geodata/dmc/IJsselmeergebied_hydrografische_kaart/geog egevens/1810/ ). X X X X X X

(14)

Figuur 3.2 Bathymetrie zuidelijke voorhaven van de schutsluis bij Den Oever, het rode kruis markeert een voorgesteld meetpunt bij het diepste punt (figuur uit [12]).

(15)

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer 9 van 31 Figuur 3.3 Bathymetrie rondom Den Oever aan IJsselmeer zijde (figuur uit [14]).

(16)

Figuur 3.4 Bathymetrie bij spuisluizen Den Oever aan IJsselmeer zijde met de ontgrondingskuil, het rode kruis markeert een voorgesteld meetpunt bij het diepste punt (boven) en driedimensionale weergave van put met sterk uitvergrote verticale dimensie (onder) (figuren uit [13]).

(17)

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer 11 van 31 Figuur 3.5 Bathymetrie rondom Kornwerderzand aan IJsselmeer zijde, de rode kruizen markeren voorgestelde

meetpunten bij de diepste punten (boven, figuur uit [14]) en bathymetrie bij spuien schutssluizen

Kornwerderzand aan Waddenzee en IJsselmeer zijde, de rode kruizen markeren voorgestelde meetpunten bij de schutsluis (onder, figuur uit [14]).

(18)

Figuur 3.6 Bathymetrie bij spuisluizen Kornwerderzand aan IJsselmeer zijde, het rode kruis markeert een voorgesteld meetpunt bij het diepste punt (boven) en driedimensionale weergave van put met sterk uitvergrote verticale dimensie (onder) (figuren uit [13]).

(19)

3.2 Regulier meten en registreren bij putten

Er zijn hoogfrequente metingen (liefst elke 10 minuten) nodig van zout/chloride chloride-concentraties op verschillende hoogten in de waterkolom in de belangrijkste putten voor opvang van zout/chloride lek door de Afsluitdijk bij Den Oever en Kornwerderzand. Doel is om hiermee actueel zicht te hebben hoe gevuld deze putten zijn en te kunnen waarschuwen als het zoute water over de rand het verdere IJsselmeer in dreigt te stromen (zie sectie 2.2). Het is belangrijk om met voldoende resolutie over de verticaal te meten: vanaf een nog te bepalen drempelwaarde gekoppeld aan de hoogte van de putranden moet gewaarschuwd gaan worden als een overstroming van zout water uit de put dreigt.

De aanwezige zouthevels zijn vooral van belang voor vismigratie, om het zout af te voeren dat bij visvriendelijk spuibeheer naar binnen is gekomen. Voor een beter inzicht hierin is het belangrijk om de gegevens van de zouthevels (chlorideconcentratie en debiet) te registreren en te zorgen dat deze te raadplegen zijn.

Het zou goed zijn als een praktische parameterisatie opgesteld kan worden van de zoutlast ten gevolge van visvriendelijk spuien in combinatie met de zouthevels bij Den Oever en Kornwerderzand.

Naast de al aanwezige zouthevels gaat het hier om realtime metingen op verschillende hoogten in de waterkolom op ten minste de volgende locaties:

- diepste punt voorhaven van de schutsluis bij Den Oever (Figuur 3.2), - diepste punt ontgrondingskuil van de spuisluizen bij Den Oever (Figuur 3.4), - diepste punt Middelgronden (Figuur 3.5),

- diepste punt bij knik van vaargeul vanaf schutsluizen Kornwerderzand richting zuiden (Figuur 3.5),

- diepste punt ontgrondingskuil van de spuisluizen bij Kornwerderzand (Figuur 3.6). Samengevat: het gaat hier dus om ten minste vijf meetlocaties.

3.3 Regulier meten en registreren bij schutsluizen

Voor de schut(scheepvaart)sluizen in de Afsluitdijk (Den Oever en Kornwerderzand) is er van uitgegaan dat de “zeesluisformulering” [15], afgeleid van een stationair zoutlekmodel, kan worden toegepast. Hiermee kan een adequate (onderbouwde) beschrijving van de zoutlast van de schutsluizen (met en zonder bellenschermen) opgesteld worden. Om een goede schatting van de zoutbelasting op het IJsselmeer ten gevolge van de schutsluizen te maken zijn de volgende gegevens nodig:

• Waterstanden en het zoutgehalte op ten minste twee locaties in de waterkolom (boven- en onderaan, precieze hoogten nader te bepalen) aan weerszijden van de schutsluis, • Sluisafmetingen,

• Operatie en scheepvaart: deur-open tijden en waterverplaatsing van de schepen, • Maatregelen: bellenschermen uit/aan en een doorlaatfractie of het luchtdebiet.

De zoutmeters kunnen veilig geplaatst worden op het remmingwerk nabij de sluis (beide zijden, op ongeveer een sluisbreedte afstand) maar buiten de vaargeul (zie ook de twee detailkaarten onder in Figuur 3.1 en Figuur 3.4 onderaan). Het gaat hierbij om metingen bij het oppervlak en bij de bodem. Bij Kornwerderzand moet nagegaan worden of voor de twee schutsluizen kan worden volstaan met één zoutmeter aan de noordkant en één zoutmeter aan de zuidkant.

Samengevat: het gaat hier dus om ten minste vier meetlocaties, twee bij de schutsluis bij Den Oever en ten minste twee bij de schutsluizen bij Kornwerderzand.

Een mogelijke beperking van deze formulering is dat het een continu debiet oplevert dat lager is dan het pulserende uitwisselingsdebiet zoals dat in de praktijk optreedt. Bijgevolg kunnen mengingsprocessen en dichtheidsstromen in de voorhavens beïnvloed worden, en daarmee de verspreiding van zout naar het zoete gebied buiten de voorhaven. Een praktische aspect

(20)

is dat de “zeesluisformulering” beschikbaar is, maar nog wel in de simulatiesoftware Delft3D-FLOW dat het model gebruikt moet worden geïmplementeerd. Wanneer deze implementatie beschikbaar komt, is nog niet bekend.

3.4 Specifiek meten bij de Afsluitdijk

Het wordt aanbevolen specifieke metingen (o.a. m.b.v. varende meetcampagnes) te verrichten in het gebied rondom de spuisluizen en de putten om hiermee beter de zout/chloride lek door spuisluizen, het vollopen van de putten en de werking van de hevels3 te kwantificeren en te kunnen controleren. Het gaat hier om beter zicht te hebben op wat er gebeurt tijdens de verschillende fasen van regulier beheer van de spuisluizen en putten waarin zout/chloride zich ophoopt door lek. Doel is om hiermee:

• beter een zout/chloride balans op te kunnen stellen voor deze putten,

• een schatting te kunnen maken hoeveel zout/chloride er naar de put door gaat lekken, • controle kunnen uitvoeren wat er gebeurt bij overlopen en hoe hevels werken en • hoe snel putten leeggespoeld worden door te spuien.

Dit is belangrijk voor zowel een beter systeembegrip (bijvoorbeeld door analyse), het beter kunnen monitoren van de actuele situatie (en daardoor voor het beheer tijdig te kunnen handelen) als betere voorspellingen met het model.

Grote onbekende is dat niet precies bekend is hoe de driedimensionale zout/chloride verdeling er uit ziet aan beide zijden van de spuisluizen (aan de Waddenzee zijde is er vaak relatief zoet water ten gevolge van het spuien, aan de IJsselmeer zijde is er in de putten vaak juist relatief veel zout/chloride).

Deze specifieke metingen zijn vooral bedoeld om de veronderstelde procesbeschrijving verder te testen, namelijk dat zout dat via de spuisluizen binnenkomt eerst in de putten accumuleert voordat het zich verder in het meer verspreidt (zie ook sectie 3.1.1).

3

Tijdens het schrijven van dit adviesrapport was een concept rapportage hierover in de maak, dit is niet tijdig ontvangen om nog meegenomen te kunnen worden.

(21)

4 Meten en registreren van toestand in het IJsselmeer

4.1 Regulier meten en registreren van toestand in het IJsselmeer

Er zijn hoogfrequente metingen (liefst elke 10 minuten) nodig van zout/chloride concentraties , waterstroming en waterstanden in het IJsselmeer, zowel van de actuele situatie als van historische situaties (door het opbouwen van datasets door het bewaren van meetgegevens). Dit is belangrijk voor zowel een beter systeembegrip (bijvoorbeeld door trendanalyse), het beter kunnen monitoren van de actuele situatie als betere voorspellingen met het model. Voor monitoren zijn in ieder geval nodig de huidige meetpalen Oude Zeug/Wieringermeer FL48, Vrouwenzand FL9, Andijk FL38 en Rotterdamsehoek FL2 (zie Figuur 4.1).

Aangevuld met de meetpunten bij de schutsluizen (sectie 3.3) en putten (sectie 3.2) rondom de Afsluitdijk geven deze huidige meetpalen een belangrijk beeld van de toestand in het IJsselmeer.

Voor de kalibratie en validatie van het model zijn hoogfrequente (liefst elke 10 minuten) en complete (compleet in combinatie met de benodigde gegevens voor de randvoorwaarden voor het model) meetsets nodig voor de perioden waarover gekalibreerd en gevalideerd wordt.

4.2 Specifiek meten en registreren van toestand in het IJsselmeer

Als blijkt dat voor bepaalde locaties in het IJsselmeer het niet bekend is of er gelaagdheid optreedt dan zou een specifieke tijdelijk meetpunt gebruikt kunnen worden om dit na te gaan (zie ook sectie 3.4). Denk hierbij bijvoorbeeld aan mogelijk effecten van kwel bij de Afsluitdijk, lozingen van gemalen vlakbij Andijk en de uitstraling op het IJsselmeer van lekken vanuit putten bij de Afsluitdijk (bijvoorbeeld na te gaan door een tijdelijk meetpunt aan de noordoostkant op het verlengde van de denkbeeldige lijn tussen FL48 en FL47 in Figuur 4.1).

(22)

(23)

5 Regulier meten en registreren overige bronnen in-/uitstroom

& balans water/zout IJsselmeer

Er zijn hoogfrequente metingen (liefst per 10 minuten) nodig van zout/chloride concentraties en water in-/uitstroom op de randen van het oppervlaktewater van het IJsselmeer (zie Figuur 5.1). Zowel voor de actuele situatie als (het opbouwen van) historische datasets. Dit betreffen overige bronnen, naast die voor putten (sectie 3.2) en schutsluizen (sectie 3.3).

Het gaat hierbij om alle uitwisselpunten/verbindingen van het oppervlaktewater van het IJsselmeer met andere Rijks en regionale oppervlaktewateren. Ingrepen die een gebruiker van het systeem doet, hebben gevolgen voor de andere gebruikers. Het is daarom belangrijk dat iedereen goed meet wat hij/zij doet aan de uitwisselingspunten tussen het IJsselmeer en zijn/haar eigen beheergebied. Omdat beheergebieden aan het IJsselmeergebied raken en daarmee actief uitwisselen, gebruiken we allemaal hetzelfde systeem. De ruimte voor handelen neemt hierdoor af omdat de druk op het systeem toeneemt.

Er is daarom behoefte aan continue en betrouwbare gegevens over debiet en zout/chloride-concentratie, zowel voor in- als uitstromen. Naast onttrekking/uitslaan door omliggende oppervlaktewateren gaat het hier ook om de uitwisseling met de ondergrond (kwel, neerzijgen) en het wateroppervlak (neerslag/verdamping).

De gegevens moeten voor iedereen eenduidig zijn en er moet via een eenduidige water- en zoutbalans inzichtelijk te maken zijn wat bepaalde handelingen betekenen voor alle gebruikers.

Voor het verwerken en ontsluiten van deze gegevens ligt het voor de hand zoveel mogelijk aan te sluiten bij de al in gebruik zijnde applicaties (o.a. BALANS, FEWS-IWP en slim watermanagement). Verantwoordelijk voor juiste en tijdige toelevering van gegevens zijn de betreffende gebiedsbeheerders (waterschappen, RWS). Dit aangevuld met gegevens van anderen (bijvoorbeeld drinkwaterbedrijf PWN). Verbeteringen zijn ondermeer het updaten van rekenregels in BALANS voor sluislek (aan de hand van nieuwe kennis en inzicht uit metingen) en het stroomlijnen en uniformeren voor gebruikte eenheden en conversies (bijvoorbeeld van geleidbaarheid naar chlorositeit). Ook het opstellen van sluitende water en zout/chloride balansen zal verbeterd moeten worden zodat deze niet alleen historisch maar ook actueel beschikbaar zijn.

De huidige aanpak moet hiervoor verbeterd worden omdat dit de basis is voor zowel een beter systeembegrip (bijvoorbeeld door systeemanalyse), het beter kunnen monitoren van de actuele situatie als betere voorspellingen met het model (dit zijn essentiële gegevens die in het model opgelegd worden als randvoorwaarde op de modelranden).

(24)

(25)

6 Model

Op korte termijn moet er gezorgd worden dat er een goed gevalideerd model beschikbaar is dat gebruikt kan worden ten tijde van crisis (bijvoorbeeld de afgelopen droogteperiode) maar ook voor effectbepaling van mogelijke maatregelen en het verkennen van toekomstscenario’s.

Dit kan op de kortere termijn met het bestaande driedimensionaal model voor het simuleren van verspreiding van zout/chloride in het IJsselmeer zoals geactualiseerd in [1]. Of op wat langere termijn met de nieuw zesde-generatie modelschematisatie voor het IJsselmeer waarmee Deltares in 2018 vanuit KPP Hydraulica schematisaties zoet is begonnen met bouwen voor RWS [3].

Het voorliggende rapport bevat de stappen om voldoende goede meetdata te krijgen (inclusief verbetering en uitbreiding van de water- en zoutbalans, zie ook [4, 5]) voor het kalibreren en valideren van dit driedimensionaal zout/chloride verspreidingsmodel voor het IJsselmeer. Na kalibratie/validatie met zout/chloride als doelvariabele wordt een uitbreiding van dit verspreidingsmodel voorgesteld naar stoffen N en P voor de modellering van verandering van algen/productiviteit in het IJsselmeer (zie [6] voor een recent model hiermee). Remote sensing beelden van chlorofyl kunnen dan mogelijk gebruikt worden voor de verdere verbetering van dit verspreidingsmodel (remote sensing is niet geschikt voor zout/chloride op de schaal van het IJsselmeer). Dit als een innovatieve manier van efficiënte monitoring.

Het verbeteren van het model is een continu proces met gegevens van het verbeterde meetnet en specifieke meetcampagnes (waaronder tijdens de afgelopen droogteperiode). Daarvoor is ruimte nodig om de komende periode (3 – 5 jaar) opgetreden situaties na te kunnen rekenen om zo het model te verbeteren. Dit kan waar nodig worden aangevuld met specifieke meetcampagnes om bepaalde processen in het model verder te verbeteren. Gestart kan hiervoor worden met het simuleren van reguliere situaties in het IJsselmeer en het effect van reguliere beheermaatregelen. Hier valt bijvoorbeeld onder het geval van zoutbelasting via de scheepvaartsluizen (dat piekt in de zomer, zie [1]) en eventueel zout/chloride door overlopen van putten, en daarbij de vraag hoe snel dit een innamepunt van PWN bij Andijk bereikt. Met feedback uit de reguliere bijeenkomsten van het zoutoverleg IJsselmeer op resultaten van simulaties kan inzichtelijk gekregen worden wat wel en nog niet kan en wat wenselijk is vanuit het beheer.

Op deze manier komt een goed model beschikbaar dat ook ingezet kan worden voor andere toepassingen (effectbepaling ingrepen, scenarioverkenningen, o.a. Agenda IJsselmeergebied 2050, vernieuwde Afsluitdijk, Wieringerhoek).

Voor de langere termijn wordt gedacht aan een zout BOS (beslissings ondersteunend systeem) gevoed door een integraal operationeel voorspelsysteem (met als basis RWsOS Meren, het calamiteiteninstrumentarium gaat dan hier ook in op) inclusief data-model-integratie van zoutmetingen (een dergelijke aanpak zal in een later kader nog verder uitgewerkt en onderzocht moeten worden). Hiermee wordt het ook mogelijk om met het model operationele verwachtingen voor een aantal dagen vooruit te op te stellen.

(26)

(27)

7 Discussie

Tijdens discussies bij het opstellen van het voorliggende rapport en de daaraan voorafgaande gesprekken met belanghebbenden en verdere beeldvorming kwamen nog verschillende andere aspecten aan de orde. De belangrijke daarvan voor het vervolgproces worden in dit hoofdstuk genoemd.

We bevelen het volgende aan:

• Analyseer van de meetdata van de door RWS gevaren meetraaien tijdens de droogtesituatie in 2018 en combineer dit met het simuleren van deze situatie met het model.

• Ga na of voor crisis/worst case scenario’s een draaiboek nodig is om specifieke monitoring snel in gang te zetten. Gebruik hiervoor evaluaties van de afgelopen droogtesituatie.

• Geef het zoutoverleg IJsselmeer een status: door een mandaat en door het overleg te beschouwen als het gremium waar inhoudelijke aspecten van zout/chloride in het IJsselmeer besproken worden.

• Door beschikbare kennis, observaties en analyses voor alle belanghebbenden toegankelijk te maken kan beter en sneller begrepen worden wat er aan de hand is. Leg observaties en analyses uit ondermeer monitoring vast via logboeken en korte memo’s. Deel deze via een platform en geef terugmeldingen op bijeenkomsten van het zoutoverleg IJsselmeer.

Daarnaast is het voor het handelingsperspectief van visvriendelijk spuien voor vismigratie bij de Afsluitdijk belangrijk om naast zout/chloride ook naar aspecten als (micro)stratificatie, zuurstofloosheid en het aantal en soort vissen te kijken. Denk hierbij ook aan de droogtesituatie in 2018.

Voor de lange termijn, ten dienste van en ter aanvulling op dit proces, is het goed de (kennis)basis te versterken door het begrijpen/voorspellen van de dynamiek in het IJsselmeergebied door monitoring-systeemkennis-modellering. We denken hierbij aan de volgende drie onderdelen:

(1) In [1] is op basis van een kort literatuuronderzoek een analyse uitgevoerd van belangrijke bronnen en processen voor zoutindringing en -verspreiding in het IJsselmeer. Deze analyse kan als startpunt dienen voor een verbeterproces van beschikbare kennis. Het verdient daarom de aanbeveling om dit korte literatuuronderzoek uit te breiden om de kennis van zoutbelasting en zouttransport in het IJsselmeer, opgedaan bij vele studies in het verleden, weer toegankelijk te maken. Denk daarbij ook bijvoorbeeld aan de rol van kwel en lange termijn processen. Voor daarna wordt aanbevolen om na te gaan of er voor belangrijke onderdelen nog lacunes zitten in de beschikbare kennis en deze zo nodig op te pakken.

(28)

(2) Voor inzicht in (zout gerelateerde) transportprocessen in het oppervlaktewater systeem van het IJsselmeer is een voldoende gedetailleerd en voldoende goed aangedreven 3D waterbewegingsmodel het uitgangspunt. Vanuit dit uitgangspunt kan vereenvoudigd worden indien de relevante processen voor de betreffende toepassing dit toelaten. Bijvoorbeeld als er minder procesdetail nodig is met een vergroft 3D model voor het verkennen van zoekrichtingen of voor het nagaan van bandbreedtes met langere termijn voorspellingen gekoppeld aan klimaatscenario's, zie (3).

(3) Uitgaande van de huidige bronnen van zout in het IJsselmeer (het gaat hier om alle bronnen aan de grensvlakken met het oppervlaktewater: (a) wateroppervlak door neerslag/verdamping, (b) vanuit de bodem door zoute kwel, (c) onttrekking/uitslaan door omliggende oppervlaktewateren):

i. Hoe vertalen de bronnen ((a), (b), (c)) door in omliggende oppervlaktewateren inclusief het handelen/handelingsperspectief van omliggende waterbeheerders?

ii. Hoe gaan de verschillende bronnen van zout/chloride in het IJsselmeer veranderen als gevolg van veranderend landgebruik, klimaatverandering en (extremere) zeespiegelstijging? iii. Wat is daarvan het gevolg op het oppervlaktewater (in kwalitatieve zin) in het IJsselmeer? iv. Wat voor beheermaatregelen zijn mogelijk onder deze veranderende omstandigheden?

(29)

8 Samenvatting

Voor het verbeteren van een driedimensionaal zout/chloride verspreidingsmodel in het IJsselmeer zijn er onvoldoende goede meetgegevens beschikbaar. Hierdoor is dit model niet inzetbaar voor de beoogde toepassingen (o.a. handelingsperspectief van visvriendelijk spuien voor vismigratie bij de Afsluitdijk zonder dat de drinkwatervoorziening in gevaar komt).

Verder traden er in 2017 en 2018 omstandigheden op in het IJsselmeer die niet voorzien waren in het normale beheer. Voor een toekomstbestendig beheer is daarom een grote behoefte om zout/chloride beter te monitoren.

Naar aanleiding daarvan is met de belanghebbenden rondom het IJsselmeer een verbeterproces gestart. Doel is dat door beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer de beheerder in staat is om effectiever te kunnen handelen. Hiervoor wordt een verbeterd meetnet voor monitoring voorgesteld bestaande uit

• het regulier meten en registreren bij belangrijke putten bij de Afsluitdijk, • het regulier meten en registreren bij de schutsluizen in de Afsluitdijk,

• het regulier meten, registeren en ontsluiten van de werking van de zouthevels bij de Afsluitdijk,

• het regulier meten en registreren van de toestand in het IJsselmeer en

• het regulier meten en registreren van in- en uitstroom van zout/zoet water in het IJsselmeer.

Daarnaast is een goed driedimensionaal zout/chloride verspreidingsmodel nodig voor hindcasts en voorspellingen.

Het verbeteren van dit model is een continu proces met gegevens van het verbeterde meetnet, aangevuld met specifieke, tijdelijke metingen ter verbetering van systeembegrip, monitoring en model.

(30)

(31)

9 Referenties

[1] Menno Genseberger en Arnout Bijlsma, Actualisatie 3D zoutverspreidingsmodel IJsselmeer, Deltares rapport 1230069-000-ZKS-0033, 2016.

[2] Agenda IJsselmeergebied 2050 - Krachten bundelen voor het Blauwe Hart, uitgave door Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, mei 2018. Digitale versie via

https://www.agendaijsselmeergebied2050.nl

[3] Menno Genseberger, Werkplan KPP 2018 project - IJsselmeer, IJssel-Vechtdelta en Overijsselse Vecht, Hydraulica Schematisaties zoet en zout, Deltares rapport 11202220-008-ZWS-0001, 2018.

[4] Menno Genseberger, water- en stoffenbalans als bouwsteen in de 6e generatie modelschematisaties voor waterbeweging en waterkwaliteit, Deltares memo 11200567-007, 2017.

[5] Clara Chrzanowski, Menno Genseberger e.a., Gebruik van water- en stoffenbalansen, Deltares memo 1230069-000-ZKS-0034, december 2016.

[6] Valesca Harezlak, Lake IJssel – water quality and ecosystem modelling, poster with results of ANT (Autonome Neergaande Trends) and REFRESH (EU FP7 contract 244121) project.

[7] Theo van der Kaaij, Zout-zoet modellering van de spuikom Kornwerderzand voor de lokstroom van de vismigratierivier, Deltares rapport 1209181-000, 2014.

[8] M. Duran-Matute, T. Gerkema, G. J. de Boer, J. J. Nauw, and U. Gräwe, Residual circulation and freshwater transport in the Dutch Wadden Sea: a numerical modelling study, Ocean Science 10 (4), pp. 611-632, 2014. https://doi.org/10.5194/os-10-611-2014

[9] Hendrik M. van Aken, Variability of the salinity in the western Wadden Sea on tidal to centennial time scales, Journal of Sea Research 59 (2008), pp. 121-132.

https://doi.org/10.1016/j.seares.2007.11.001

[10] Herman Kernkamp, Brakke zone Afsluitdijk: resultaten 3D-simulaties, WL | Delft

Hydraulics rapport Z3230, 2001.

http://kennisbank.deltares.nl/Details/fullCatalogue/58449

[11] J.M. de Kok, Brakwater zones rond de Afsluitdijk: 3D modelberekeningen naar water- en zoutbeweging in diverse ontwerpvarianten, rapport RIKZ/2002.038, 2002.

[12] Rob Uittenbogaard en John Cornelisse, Beschrijving en resultaten praktijkproef Stevinsluis, Deltares rapport 1201226-005-ZKS-0001 (definitief concept), november 2010

(32)

[13] Rob Uittenbogaard en Arnout Bijlsma, Onderzoek beperken zoutlek bij vismigratie via Afsluitdijk, presentatie Deltares project 1205719, 16 februari 2012.

[14] I. Brongers / B. de Witte, Chloridemetingen in het IJsselmeer bij inlaten water via de spuisluizen Den Oever en Kornwerderzand, CIV / Midden Nederland, 2014.

[15] O.M. Weiler, Zoutindringing door schutsluizen, overzicht projecten en aanzet formulering t.b.v. netwerkmodellen, Kennisprogramma Natte Kunstwerken 2017, Deltares rapport 11200741-003-HYE-0004, 1 juni 2018.

(33)

Beter monitoren, begrijpen en voorspellen van zout/chloride in het IJsselmeer A-1

(34)

(35)

(36)

(37)