Mini-Systeemanalyse Hollandsche Ijssel

Mini-systeemanalyse Hollandsche IJssel

Effect maatregelen op waterstanden en HBN’s

Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard

Mini-systeemanalyse Hollandsche IJssel

Effect maatregelen op waterstanden en HBN’s

Eindrapport

Auteurs

Guus Rongen Ton Botterhuis

PR3757.10 juli 2018

Samenvatting

Context In het kader van de POV Voorlanden, een van de innovatietrajecten onder het Hoogwaterbeschermingsprogramma, wordt gekeken naar de potentie van voorlanden op de veiligheidsopgave langs de Hollandsche IJssel. Deze 'mini- systeemanalyse' is een deelonderzoek naar mogelijke systeemmaatregelen om de hydraulische belasting op de dijken (met en zonder voorland) te verminderen. Dit onderzoek gaat niet in op de haalbaarheid en wenselijkheid van deze systeemmaatregelen, maar geeft door middel van scenario’s inzicht in het watersysteem en de potentie van de systeemmaatregelen op de waterveiligheid.

Mini-systeemanalyse In dit onderzoek is voor drie typen systeemmaatregelen onderzocht wat het effect is op de maatgevende belasting. Hierbij is gekeken naar waterstanden en hydraulische belastingniveaus (HBN). Deze drie systeemmaatregelen zijn:

1. Het verkleinen van de faalkans Hollandsche IJsselkering (SVKHIJ): Dit betekent het vergroten van de betrouwbaarheid van sluiting van de stormvloedkering van de huidige 1/200 per sluitvraag naar 1/1000 of 1/5000 per sluitvraag. 2. Het aanpassen van het sluitregime van de SVKHIJ: Dit betekent dat in plaats van een peilsluiting ook kan worden gekozen om altijd op kentering te sluiten wanneer in de waterstandvoorspelling 2,25 m+NAP wordt overschreden. Hierdoor wordt de waterstand achter de gesloten stormvloedkering lager. In het huidige sluitregime wordt overigens ook al gesloten op kentering wanneer sprake is van waterbezwaar. 3. Variëren van het waterbezwaar: Dit betekent dat het waterbezwaar van de waterschappen langs de Hollandsche IJssel (deels) wordt geborgen, of via een andere route wordt afgevoerd. Achter een gesloten stormvloedkering is de capaciteit om water uit de regionale systemen op te vangen beperkt. In het huidige waterakkoord wordt een maalstop afgekondigd bij overschrijding van 2,6 m+NAP op de Hollandsche IJssel. Door aanpassing van dit criterium kan de waterstand op de Hollandsche IJssel worden verlaagd.

Systeeminzicht Het betrouwbaarder maken van de SVKHIJ leidt ertoe dat deze minder vaak zal falen, en dus ook minder vaak open zal zijn tijdens extreme omstandigheden. De waterstanden bij de normfrequenties zullen lager zijn, omdat er vanuit kan worden gegaan dat de verbeterde kering vaker correct sluit onder deze condities. Het altijd sluiten op kentering zorgt ervoor dat in die (gesloten) situatie de waterstanden op de Hollandsche IJssel lager zullen zijn dan bij een sluiting op peil, en dat er meer ruimte is om water uit te slaan op de Hollandsche IJssel. Wordt het waterbezwaar uit de regio geborgen, of via een andere route afgevoerd, dan is het mogelijk om de waterstand op de Hollandsche IJssel verder te verlagen.

Effect van systeemmaatregelen De mogelijke verlaging van de waterstand door de drie (gecombineerde) systeemmaatregelen is maximaal 0,7 meter. Het effect van de individuele maatregelen varieert langs de riviertak. Zo heeft het robuuster maken van de SVKHIJ vooral effect bij Krimpen a/d IJssel, terwijl het verlagen van de waterstand in de gesloten situatie vooral bij Gouda effect heeft. Door de faalkans van de SVKHIJ te verkleinen, daalt de waterstand met 0,05 m bij Gouda tot 0,2 m bij Krimpen a/d IJssel. Altijd sluiten op kentering levert een extra daling van 0,1 meter op over de gehele Hollandsche IJssel. Wanneer een deel van het waterbezwaar elders wordt geborgen, kan nog eens 0,15 (Krimpen) tot 0,40 m (Gouda) worden gewonnen.

Effect van systeemmaatregelen in de tijd Voor zichtjaren die verder in de toekomst liggen, zal vaker het sluitpeil van de SVKHIJ worden overschreden. Als de sluitvraag toeneemt en de faalkans per sluitvraag blijft gelijk, dan zal het aantal keren dat de SVKHIJ faalt toenemen. Ondanks een grotere betrouwbaarheid van de stormvloedkering, zal de situatie waarin de SVKHIJ faalt dominanter worden in de maatgevende belastingen van de waterkeringen, omdat de sluitvraag toeneemt. Daarnaast neemt de waterstand bij kentering door zeespiegelstijging toe. Het gevolg hiervan is dat in de verre toekomst (2100) minder winst is te behalen door sluiten op kentering, of het aanpassen van het waterbezwaar. De enige systeemmaatregel die dan nog effect heeft is het betrouwbaarder maken van de SVKHIJ, of (mogelijk) het afsluiten van de Hollandsche IJssel.

Ook voor de dijkhoogte (mechanismen overloop en overslag) zijn in deze studie de effecten bepaald. Omdat golven ontstaan door een combinatie van wind en waterstand (en niet alleen waterstand) maakt het wat minder uit of de SVKHIJ open of dicht is. Het effect van alleen een robuustere kering is dan ook kleiner. Het verbeteren van de kering in combinatie met het sluiten op kentering en verkleinen van het waterbezwaar heeft daarentegen wel een groot verlagend effect, wat kan oplopen tot 0,50 m langs de Hollandsche IJssel. Golfreductie door voorlanden verkleint de overslag, en maakt de dijk gevoeliger voor overloop. Voor deze overloopsituaties kan een reductie van 0,40 m worden bereikt langs de gehele Hollandsche IJssel met de genoemde systeemmaatregelen, waar dan het verbeteren van de kering het grootste effect heeft.

Zoals gezegd verschilt het effect van de systeemmaatregelen per belastingtype en per zichtjaar. In het huidige klimaat kunnen alle drie de maatregelen voor een reductie van enkele decimeters zorgen. Naar 2050 toe stijgt de zeespiegel steeds verder, waardoor met name het robuuster maken van de kering nog effect heeft. Richting 2100 zal bij het huidige sluitpeil de kering zo vaak moeten sluiten dat ook bij een verbeterde stormvloedkering de frequentie van falen bepalend gaat worden . Voor scheepvaart zal de overlast door het frequent moeten sluiten van de kering ook steeds groter worden, waardoor afdammen van de Hollandsche IJssel mogelijk een reële optie wordt.

Aanbevelingen Het is mogelijk om de hydraulische belastingen langs de Hollandsche IJssel aanzienlijk te verlagen met de onderzochte systeemmaatregelen. Verder onderzoek naar de haalbaarheid van deze maatregelen wordt daarom aanbevolen. Voordat verder wordt gegaan met onderzoek naar het effect van de maatregelen, moet duidelijk zijn of een verbetering van de faalkans naar tenminste 1 keer per 1000 sluitvragen mogelijk is. Alleen in combinatie met de verbetering van de betrouwbaarheid van de stormvloedkering, heeft sluiten op kentering (en eventueel verminderen van het waterbezwaar) effect. Vaststellen van de mogelijke verbetering van de Hollandsche IJssel kering (en de haalbaarheid hiervan) is de basis voor vervolgonderzoek.

1. Als eerste stap in vervolgonderzoek zouden de resultaten moeten worden gereproduceerd met een volwaardig hydraulisch model – binnen enkele maanden kan dit op vergelijkbare wijze als voor WBI2017 – met het Sobekmodel van DPRD. In de berekeningen zouden dan 3 toestanden van de kering (falen, sluiten op peil, en sluiten op kentering) en 3 varianten voor waterbezwaar (geen, een beetje en veel waterbezwaar) moeten worden onderzocht. Op die manier worden de effecten van het verbeteren van de stormvloedkering met het officiële WBI- instrumentarium onderbouwd. 2. Als tweede stap in vervolgonderzoek zou de kans op een maalstop duidelijk moeten worden – binnen een half jaar kan in een eerste analyse naar samenvallen van waterbezwaar in de regio en een storm op zee (sluiting SVKHIJ) duidelijk worden hoe vaak en hoeveel waterbezwaar achter een gesloten kering optreedt. Dit geeft een onderbouwing (en eventueel bijstelling) van de cijfers uit de 'huidige praktijk' die in dit onderzoek zijn gebruikt. 3. Als laatste stap kan onderzocht worden wat de gevolgen zijn van minder uitslaan richting de Hollandsche IJssel vanuit de aanliggende waterschappen. Binnen een jaar kan in een analyse naar samenvallen van waterbezwaar in de regio en een storm op zee (sluiting SVKHIJ) duidelijk worden of het uitgeslagen water kan worden gereduceerd.

Deze stappen geven een betere inhoudelijke onderbouwing van het huidige onderzoek (reproduceren van resultaten op een andere wijze) en zorgen voor draagvlak. Niet alleen het effect van verbetering van de SVKHIJ wordt inzichtelijk gemaakt, maar ook de mogelijkheden in de regio worden verkend. Dit geeft de mogelijkheid een goed onderbouwde afweging te maken tussen versterking van de keringen langs de Hollandsche IJssel en maatregelen in de regio.

Parallel aan deze drie stappen zal het officiële rekeninstrumentarium moeten worden verbeterd. Het is nu niet mogelijk om de belastingen langs de Hollandsche IJssel met dit rekeninstrumentarium door te rekenen als de SVKHIJ aanzienlijk wordt verbeterd1. Daarom is in de uitgevoerde mini-

1 Ter herinnering: zolang de faalkanseis van de SVKHIJ gelijk is 1 keer per 200 sluitvragen, draagt de situatie met een gesloten SVKHIJ beperkt bij aan de maatgevende belastingen langs de Hollandsche IJssel.

analyse het beschikbare instrumentarium pragmatisch aangepast. Ondanks deze aanpassing zijn de berekende effecten van de systeem-maatregelen overtuigend.

Bij het aanpassen van het hydraulisch model van de benedenrivieren zal specifiek gekeken moeten worden naar: - het langsverhang op de Hollandsche IJssel door de wind, - de translatiegolf op de Hollandsche IJssel door het sluiten op peil, - het al dan niet sluiten van de stormvloedkering achter een gesloten Maeslantkering, en - de onzekerheden in de berekende waterstanden.

Inhoud

1 Inleiding 1 1.1 Aanleiding voor de (mini) systeemanalyse 1 1.2 Welke systeemmaatregelen? 1 1.3 Onderzoeksmethode 2 1.4 Leeswijzer 4

2 Resultaten waterstanden 5 2.1 Inleiding 5 2.2 Resultaten bij huidig klimaat 6 2.3 Resultaten bij toekomstig klimaat 12 2.4 Effect modelonzekerheid 15

3 Resultaten HBN’s 17 3.1 Inleiding 17 3.2 Interpreteren van de resultaten 18 3.3 Resultaten bij huidig klimaat 18 3.4 Resultaten bij toekomstig klimaat 23

4 Conclusies en aanbevelingen 27 4.1 Systeemmaatregelen verlagen belastingen (conclusies) 27 4.2 Verder onderzoek systeemmaatregelen (aanbevelingen) 29

5 Referenties 33 5.1 Erkenning van bijdragen 33 5.2 Gebruikte referenties 33

Bijlagen 35 A Uitgangspunten HR-databases 37 B Aanpassen HR-databases 49

1 Inleiding

Deze rapportage beschrijft de mini-systeemanalyse van de Hollandsche IJssel, waarin de effecten van mogelijke systeemmaatregelen zijn onderzocht voor huidig en toekomstig klimaat.

1.1 Aanleiding voor de (mini) systeemanalyse

In het kader van de POV Voorlanden, een van de innovatietrajecten onder het Hoogwaterbeschermingsprogramma, is gekeken naar de potentie van voorlanden op de veiligheidsopgave langs de Hollandsche IJssel. Uit een 'quickscan' blijkt dat orde 5 kilometer waterkering langs de Hollandsche IJssel (HIJ) goedgekeurd kan worden wanneer het voorland wordt meegenomen (Roode en Maaskant, 2018). Aanvullend is er potentie om dit te vergroten door eventuele systeemmaatregelen uit te voeren die de waterstand op de HIJ kunnen verlagen. Het gebied tussen de dijken en het water van de HIJ (het voorland) reduceert de belastingen op de dijken aanzienlijk als dit onder maatgevende omstandigheden niet onder water staat. Hoe lager de waterstanden, hoe meer voorland droog ligt, wat leidt tot een kleinere veiligheidsopgave. Met systeemmaatregelen kan de waterstand op de HIJ worden verlaagd.

Deze 'mini-systeemanalyse' is een deelonderzoek van de POV Voorlanden naar de potentie van mogelijke systeemmaatregelen om de hydraulische belasting op de dijken (met en zonder voorland) te verminderen. Dit onderzoek gaat niet in op de haalbaarheid en wenselijkheid van deze systeemmaatregelen, maar geeft door middel van scenario’s inzicht in het systeem en de potentie van de systeemmaatregelen.

1.2 Welke systeemmaatregelen?

Op dit moment wordt aan drie typen systeemmaatregelen gedacht: 1. Faalkanseis Stormvloedkering Hollandsche IJssel (SVKHIJ) verkleinen, 2. Keerpeil SVKHIJ verlagen (sluiten op kentering), en 3. Waterbezwaar aanliggende regionale systemen verlagen (maalstoppeil).

In het verleden werd ook gedacht aan typen maatregelen als overloop- polders. Mogelijk zijn er nog meer systeemmaatregelen te bedenken, maar in dit onderzoek worden alleen de 3 genoemde systeemmaatregelen beschouwd. Als de faalkans van de SVKHIJ wordt verkleind, krijgt de gesloten situatie een grotere bijdrage aan de faalkans van de achterliggende dijken. In de huidige versie van het Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium (WBI2017) en de huidige versie van het Ontwerp Instrumentarium (OI2014) is de berekening van de waterstand achter een succesvol gesloten SVKHIJ sterk

PR3757.10 • juli 2018 1

vereenvoudigd. Dit is geoorloofd, omdat bij de huidige faalkanseis van de SVKHIJ (falen bij 1 op 200 sluitvragen) het falen van de stormvloedkering bepalend is voor de waterveiligheidsopgave van de keringen langs de HIJ. Er is in de berekeningen vanuit gegaan dat de SVK alleen wordt gesloten op peil. Dit is een vrij conservatieve aanname, die niet klopt met de werkelijkheid (mond. comm. L. van Hove – RWS\WNZ – 13/3/2018). In een nabewerking zijn in de HR2006 de waterstanden op de HIJ gecorrigeerd tot minimaal het maalstoppeil. Dit is 2,6 m+NAP bij Krimpen a/d IJssel.

1.3 Onderzoeksmethode

In de mini-systeemanalyse gaan we op zoek naar het effect van bovengenoemde systeemmaatregelen. Hiervoor is onderzocht wat er met de waterstandsfrequentielijnen gebeurt als we de gesloten situatie scherper modelleren in de database. We volgen daarbij de volgende stappen: 1. Onderzoek effect van verschillende maatregelen op waterstanden achter een gesloten SVKHIJ (paragraaf 1.3.1); 2. Modelleer waterstanden in de HR-databases via aanpassing van de bestaande databases (paragraaf 1.3.2); 3. Bereken effect op belasting van de keringen langs de HIJ met Hydra-NL bij een range aan faalkansen van de SVKHIJ (paragraaf 1.3.3).

1.3.1 Onderzoek waterstanden achter een gesloten SVKHIJ

Voor verschillende scenario’s schatten we de waterstand achter een gesloten SVKHIJ in. De variatie per scenario is uitgedrukt in drie parameters:  waterstand bij sluiten,  uitgeslagen waterbezwaar, en  duur van sluiten.

Waterstand bij sluiten We gaan uit van sluiten bij kentering (omkeren van de getijstroming) gegeven een sluitvraag. Hierdoor is de waterstand achter de SVK na het sluiten lager dan bij een sluiting op peil. We veronderstellen een gemiddelde waterstand van 1,0 m+NAP bij sluiten onder huidig klimaat (mond. comm. A. de Gelder – HH Schieland en RWS\WNZ – 13/3/2018). Als gevolg van klimaatontwikkeling stijgt deze gemiddelde waterstand in de toekomst. Om het effect van de hoogte van de waterstand bij sluiten op de resultaten te onderzoeken rekenen we ook met een waterstand die een halve meter hoger en lager ligt.

Uitgeslagen waterbezwaar Voor de watertoevoer door de gemalen van de aanliggende regionale systemen is uitgegaan van een geïnstalleerde capaciteit van 100 m3/s. We gaan er vanuit dat de gemalen op het moment van sluiten (tot aan het moment van openen) met deze gesommeerde capaciteit uitslaan op de HIJ tot maalstoppeil, of er is geen waterbezwaar in de polders. Om de gevoelig-

PR3757.10 • juli 2018 2

heid van de resultaten voor de bemalingscapaciteit te duiden rekenen we ook met een capaciteit van 57,5 m3/s, welke in het waterakkoord van de HIJ wordt genoemd.

Duur van sluiten De tijd dat de stormvloedkering gesloten is, heeft invloed op de waterstand achter de kering bij bemaling van de polders. De sluitduur bij bemaling verwerken we door aanpassing van de waterstanden in de database. We zoeken uit hoe snel de waterstand op de HIJ stijgt door bemaling, en tellen dit verschil integraal op bij de waterstanden in de HIJ. We nemen hiervoor twee varianten aan: 12 en 24 uur. Dit resulteert in 18 te onderzoeken combinaties: 3x waterstand bij sluiten, 3x waterbezwaar en 2x sluitduur. Wanneer het waterbezwaar 0 is, maakt de sluitduur echter niet uit, dus in totaal houden we 15 nieuwe scenario’s over.

1.3.2 Aanpassen waterstanden in de HR-Databases

Voor de mini-systeemanalyse beschikken we over de databases: o 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v01.mdb, o WBI2017_HollandscheIJssel_14-1_v01.mdb, en o WBI2017_HollandscheIJssel_15-3_v01.mdb.

Dit zijn databases die in het kader van het WBI2017 zijn uitgeleverd. In deze databases zijn alle westelijke windrichtingen opgenomen. Per windrichting is een afhankelijkheid tussen de windsnelheid en de zeewaterstand verondersteld. In Figuur 1 is te zien dat de waterstand achter een gesloten SVKHIJ afhankelijk is van de windrichting. Bij een ongunstige storm vanuit het zuidwesten (windrichting 225 graden) wordt een verhang van Krimpen a/d IJssel (16,5 km) naar Gouda (0 km) opgebouwd. De uitgangspunten van de berekeningen waarmee deze databases zijn opgesteld zijn beschreven in bijlage A van deze rapportage.

Figuur 1 Effect van de wind op de waterstand achter een gesloten stormvloedkering.

PR3757.10 • juli 2018 3

Voor het modelleren van de verschillende scenario’s in de databases is eerst het verhang op de HIJ onderzocht bij verschillende windrichtingen en – snelheden. Daarnaast is ook de middenstand op de HIJ per afvoerniveau op de Rijntakken onderzocht. Zodoende krijgen we voor de gesloten situatie inzicht in de afwijking van de waterstand bij verschillende locaties langs de HIJ t.o.v. de waterstand net achter de kering bij Krimpen a/d IJssel. Met behulp van de beschikbare oeverdatabases kan ook een schatting worden gemaakt van het dwarsverhang per windrichting en –snelheid. Het resultaat van deze analyse is opgeschreven in bijlage B van deze rapportage.

Op basis van deze analyse kunnen we voor elke gewenste variant van 'de waterstand bij sluiten' voor meerdere as- en oeverlocaties de waterstand inschatten als geen water wordt uitgeslagen door de aanliggende boezemsystemen. Indien wel sprake is van waterbezwaar, veronderstellen we dat het uitgeslagen volume op alle locaties dezelfde verhoging van de waterstand veroorzaakt. De aanname is dat het uitgeslagen volume uniform over de gehele HIJ is verdeeld. als een egale waterschijf bij de waterstand van elke locatie moet worden opgeteld. De verhoging van de waterstand is afhankelijk van het uitgeslagen volume, dus afhankelijk van de bemalingscapaciteit en de sluitduur van de kering.

1.3.3 Hydra-NL berekeningen

Op basis van de voorgaande stappen zijn as- en oeverdatabases verkregen voor de gedefinieerde scenario’s. Voor de 15 nieuwe scenario’s + 1 referentiescenario hebben we waterstandsfrequentielijnen berekend met Hydra-NL. Dit is uitgevoerd voor een range aan faalkansen van de SVKHIJ, namelijk 1/200, 1/1000 en 1/5000. Van de modelonzekerheid verwachten we een groot effect op resulterende waterstanden. Om dit effect te kunnen filteren, zijn berekeningen met en zonder waterstandsonzekerheid gemaakt. We hebben alle aanpassingen herhaald en berekenen voor twee zichtjaren in het klimaatscenario KNMI06 W+ (nl. 2050 en 2100).

1.4 Leeswijzer

In hoofdstuk 2 worden resultaten van de systeemmaatregelen op de waterstand besproken. Daarna worden de resultaten van de maatregelen op het HBN in hoofdstuk 3 besproken. De rapportage sluit af met conclusies en aanbevelingen in hoofdstuk 4. De uitgangspunten van de berekeningen waarmee de HR-databases zijn opgesteld en de Hydra-NL berekeningen zijn uitgevoerd, staan beschreven in bijlage A van deze rapportage. Om het effect van de systeemmaatregelen te bepalen zijn aanpassingen doorgevoerd. De doorgevoerde aanpassingen worden besproken in bijlage B.

PR3757.10 • juli 2018 4

2 Resultaten waterstanden

2.1 Inleiding

Deze studie heeft als doel om het effect te bepalen van systeemmaatregelen voor de Hollandsche IJssel (HIJ). De effecten van de onderzochte varianten zijn gekwantificeerd met Hydra-NL berekeningen voor de waterstand en de benodigde kruinhoogte (HBN). Door verschil in waterstand of HBN bij de norm te geven, kan een inschatting worden verkregen van het effect op de dijkversterkingsopgave. Dit hoofdstuk beschrijft het effect van de maatregelen op de waterstand. De locaties van de waterstandberekeningen zijn weergeven in Figuur 2.

Figuur 2 Locaties van de waterstandberekeningen.

Drie zichtjaren van KNMI2006 W+ zijn gebruikt om de effecten in de toekomst in te schatten. Dit betreft het huidige klimaat (2015), 2050 W+ en 2100 W+. Voor elk van deze zichtjaren zijn productieberekeningen gemaakt, dus elk zichtjaar heeft zijn eigen databases met hydraulische randvoorwaarden. De HR-databases zijn gevuld met: de waterstanden en golfcondities bij elke combinatie van afvoer, zeewaterstand, wind en sluitsituatie van de keringen in de Rijn-Maasmonding (RMM). In Tabel 1 staat een overzicht van

PR3757.10 • juli 2018 5

deze databases, die ook in het kader van OI2014v4 (Smale, 2016) moeten worden gehanteerd.

Klimaat- Beschikbare HR-databases Tabel 1 scenario Beschikbare HR- 2015 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb databases voor de 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb HIJ (conform 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb OI2014v4 bron: 2050 W+ 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb Smale, 2016). 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb 2100 W+ 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb

De maatgevende waterstanden langs de HIJ berekenen we in deze analyse met Hydra-NL (versie 2.4.0). Naast HR-databases zijn statistiekbestanden nodig. Een overzicht van de statistiekbestanden, die per zichtjaar wijzigen, staat in Tabel 2.

Klimaat- Zeespiegel- Afvoerstatistiek Tabel 2 scenario stijging Beschikbare [m] statistiek voor de 2015 0.07 Ovkans_Lobith_piekafvoer_2017_metOnzHeid HIJ (conform 2050 W+ 0.35 Ovkans_Lobith_piekafvoer_OI2014_W_2050_metOnzHeid OI2014v4 bron: 2100 W+ 0.85 Ovkans_Lobith_piekafvoer_OI2014_W_2100_metOnzHeid Smale, 2016).

In bijlage A zijn de uitgangspunten van deze HR-databases toegelicht. Om het effect van de systeemmaatregelen te bepalen zijn aanpassingen doorgevoerd. De doorgevoerde aanpassingen zijn besproken in bijlage B.

2.2 Resultaten bij huidig klimaat

2.2.1 Bij terugkeertijd van 3.000 jaar van verschillende varianten

De berekende waterstanden bij de in hoofdstuk 1 beschreven maatregelen zijn voor een terugkeertijd van 3000 jaar (de norm voor traject 15-3, oostelijke oever HIJ) weergeven in Figuur 3. We lichten de verschillende lijnen één voor één toe. Verder geeft Figuur 4 de bijdrage van de verschillende sluitsituaties van de SVKHIJ weer. Als de balk bij een locatie geheel groen is gekleurd, betekent dit dat de eens van 3.000 jaar waterstand volledig wordt bepaald door situaties met een gesloten kering. Als de balk rood is, dan bepaald een open (falende) kering de waterstand. Dit kan helpen om te begrijpen waarom een bepaalde variant weinig of veel invloed heeft in bepaalde delen van de rivier. De 7 gepresenteerde varianten zijn: 1. Referentiedatabase, faalkans kering 1/200 per sluitvraag, peilsluiting De zwart gestippelde lijn representeert de waterstanden berekend met de huidige WBI2017 database. Dit is dus de referentie. In dit scenario is waterbezwaar meegenomen door maatgevende waterstanden onder het maalstoppeil (2,60 m+NAP) op te hogen tot dit niveau. Voor een faalkans

PR3757.10 • juli 2018 6

van 1/200 is de open situatie echter dusdanig dominant, dat dit bij een terugkeertijd van 3.000 of 10.000 jaar niet voorkomt. 2. Aangepaste database, faalkans kering 1/200 per sluitvraag, peilsluiting De blauwe lijn geeft de waterstanden volgens de aangepaste database aan. Bij Gouda leidt dit tot een klein verschil in de waterstand bij de norm. Dit komt omdat in dit bereik de gesloten situatie wel invloed heeft (zie Figuur 4), en er alleen aanpassingen in de database voor de gesloten situatie zijn gedaan. 3. Faalkans van de kering naar 1/1000 per sluitvraag Het verkleinen van de faalkans van de SVKHIJ leidt tot een afname van de waterstanden over het gehele bereik (oranje lijn). Het verbeteren van de SVKHIJ leidt grofweg tot een reductie van 20 cm, behalve bij Gouda. Bij Gouda is de gesloten situatie namelijk dominant, dus het minder vaak voorkomen van een open kering (door falen) heeft minder effect. 4. Faalkans van de kering naar 1/5000 per sluitvraag Het nog verderverkleinen van de faalkans van de kering leidt tot een kleine afname van de waterstanden, grofweg 5 cm (groene lijn). Het verschil van deze stap is kleiner dan van 1/200 naar 1/1000 omdat het verschil met de gesloten situatie kleiner is. Het vaker voorkomen van deze gesloten situatie geeft dus minder waterstandsverlaging.

Figuur 3 Waterstanden voor individuele varianten bij T=3000 jaar en het huidige klimaat.

5. Sluiten op kentering (1,0 m+NAP) Het overstappen naar sluiten op kentering (bij een verbeterde SVKHIJ faalkans 1/5000) leidt tot een flinke reductie in de waterstand (rode lijn). Van 0,25 m bij Krimpen a/d IJssel tot 0,70 m bij Gouda. De waterstanden in de gesloten situatie worden namelijk met 1,0 m verlaagd. Bij Gouda, waar de gesloten situatie domineerde, gaan de waterstanden daarom het meest omlaag. Voor de nieuwe situatie is de open situatie (falen kering) dominant. Een relatief milde storm met een falende kering geeft dus hogere waterstanden dan een extreme storm en gesloten situatie, omdat de gesloten situatie goed gecontroleerd is. Merk op dat de door Hydra-NL berekende waterstand altijd een resultaat is van de totale set aan belastingcombinaties. Een verlaging van 1,0 m voor de gesloten situatie

PR3757.10 • juli 2018 7

werkt dus niet direct door in het Hydra-resultaat, omdat de maatgevende situatie dan naar open verschuift. In Figuur 4 is dit te zien, doordat de balk geheel rood is gekleurd. Dat is hier ook duidelijk terug te zien door het grotere effect bij Gouda. 6. Toevoegen van waterbezwaar van 57,5 m3/s gedurende 12 uur Het toevoegen van een waterbezwaar van 57,5 m3/s gedurende 12 uur, een toch al relatief grote hoeveelheid water, leidt tot een grote verhoging van de waterstanden in de gesloten situatie (roze lijn). Het effect compenseert dan ook grotendeels de waterstandsverlaging door de sluiting op kentering. 7. Toevoegen van waterbezwaar van 100,0 m3/s gedurende 24 uur Wanneer we een nog grote waterbezwaar toevoegen, representatief voor een zware storm die samenvalt met zware neerslag, leidt dit tot een nog verdere verhoging van de waterstand (grijze lijn). Met een dergelijk waterbezwaar wordt het maalstoppeil (2,60 m+NAP) bij Krimpen a/d IJssel bereikt. De waterstanden zitten benedenstrooms dan ook rond deze 2,60 m+NAP.

Figuur 4 Bijdrage van de sluitsituaties van de SVKHIJ in de illustratiepunten voor T=3000 jaar en het huidige klimaat.

2.2.2 Bij terugkeertijd van 3.000 jaar van gecombineerde varianten

Voor de verschillende varianten hebben we nu een beeld van de waterstanden bij de norm, maar wat we nog missen is een beeld van gecombineerde scenario’s. In de huidige praktijk gaat de beheerder over op sluiten bij kentering als er sprake is van een verwacht waterbezwaar. Uit een sessie van DP-RD in april 2018 bleek dat de huidige ervaring is dat in 1/3 van de sluitingen sprake is van waterbezwaar en gesloten wordt op kentering. Er zijn 4 varianten voor de gecombineerde scenario’s uitgewerkt. Dit zijn: 1. Huidige berekening In de huidige berekening (conform WBI2017) wordt altijd een peilsluiting gedaan. De kering wordt gesloten bij 2,0 m+NAP en is dicht bij 2,25 m+NAP (keerpeil). Waterbezwaar wordt toegevoegd, door lagere waterstanden op te hogen tot maalstoppeil. Aanname hierbij is, dat als er in extreme situaties ruimte is op de HIJ, de waterstand door het regionale waterbezwaar altijd gelijk zal zijn aan het maalstoppeil.

PR3757.10 • juli 2018 8

2. Huidige praktijk In de huidige praktijk wordt in geval van een verwacht waterbezwaar op kentering gesloten. We nemen hiervoor aan dat in 2/3 van de sluitingen gesloten wordt op peil (zonder waterbezwaar), en 1/3 van de sluitingen wordt gesloten op kentering (met waterbezwaar van 57,5 m3/s gedurende 12 uur). 3. Altijd sluiten op kentering Door het sluitregime van de kering aan te passen kan altijd gesloten worden op kentering. Dit geeft 2/3 van de sluitingen op kentering zonder waterbezwaar, en 1/3 van sluitingen op kentering met waterbezwaar (57,5 m3/s, 12 uur). 4. Altijd sluiten op kentering, geen waterbezwaar De laatste variant is altijd sluiten op kentering, zonder waterbezwaar. Dit houdt dus in dat er in het regionale systeem aanpassingen moeten worden gedaan, waardoor er in ieder geval tijdens zware stormen niet uitgemaald wordt richting HIJ.

Voor deze 4 varianten combineren we de kansen op de waterstanden van de Hydra-NL berekeningen uit de voorgaande paragraaf. Figuur 5 geeft de waterstanden bij een norm van 3.000 jaar voor deze combinaties.

Figuur 5 Waterstanden voor gecombineerde varianten bij T=3000 jaar en het huidige klimaat.

De zwart gestippelde lijn geeft de referentiesituatie weer, een peilsluiting met een faalkans van 1/200 per sluitvraag. De blauwe lijn geeft de waterstand bij een faalkans van 1/5000 per sluitvraag. Merk op dat de waterstand van de kering tot km 11 onder de 2,60 m+NAP ligt, en dus tot dit niveau is opgehoogd. Voor de oranje lijn is het waterbezwaar niet op deze wijze verwerkt, maar is met een kans van 1/3de een sluiting op kentering met waterbezwaar toegevoegd. Het effect hiervan op de waterstand is minimaal, omdat het waterbezwaar de waterstandsverlaging van sluiten op kentering vrijwel geheel compenseert. Wanneer echter altijd op kentering wordt gesloten, dalen de waterstanden zo’n 0,15 m tot de groene lijn. Dit komt vooral door de sluiting op kentering zonder waterbezwaar, die flink lagere

PR3757.10 • juli 2018 9

waterstanden geeft. Hierdoor daalt de gemiddelde waterstand ook grofweg met 0,10 m. De rode lijn geeft de maatgevende waterstand wanneer niet uitgemaald als de SVKHIJ is gesloten. De extra waterstandsverlaging is 0,20 tot 0,45 m, en 0,25 tot 0,60 m ten opzichte van de huidige praktijk. Dit is dus de maximaal haalbare waterstandsverlaging, die wel een aanpassing van het regionale waterbeheer in het achterland vereist.

Merk op dat bij het combineren van extreme overschrijdingskansen de hoogste waterstand vrijwel altijd dominant is. De verhouding '1/3 kentering met waterbezwaar' en '2/3 peilsluiting' leidt tot een waterstand die wordt gedomineerd door de peilsluiting, en de waterstand van de combinatie '2/3 kentering' en '1/3 kentering met waterbezwaar' wordt gedomineerd door de situatie van kentering met waterbezwaar. Het is dus van belang om het ervaringsgetal, waarmee de kans op waterbezwaar bij een aanzienlijke storm op zee is ingeschat nader te onderzoeken. Daarbij is niet alleen de correlatie tussen wind en neerslag van belang, maar ook een juiste inschatting van het verwachte waterbezwaar (welk volume wordt daadwerkelijk tijdens de sluiting van de SVKHIJ uitgeslagen).

2.2.3 Bij terugkeertijd van 10.000 jaar

De westelijke oever van de HIJ (traject 14-1) heeft een norm (ondergrens) van 10.000 jaar. De resultaten bij deze terugkeertijd zijn iets anders dan bij 3.000 jaar, dus deze worden in deze paragraaf gepresenteerd. De punten die afwijken van de resultaten van T=3000 jaar (uit paragraaf 2.2.1 en 2.2.2) zijn uitgelicht. Figuur 6 geeft de resultaten voor het huidige klimaat bij een frequentie van 1/10.000 jaar.

Figuur 6 Waterstanden voor individuele varianten bij T=10000 jaar en het huidige klimaat.

Het algemene beeld is hetzelfde als voor T=3.000 jaar, behalve dat de waterstanden over het gehele bereik hoger zijn. Hierdoor is het effect van het waterbezwaar een stuk kleiner; het maalstoppeil wordt namelijk al vrij snel

PR3757.10 • juli 2018 10

gehaald, omdat de waterstanden al dicht bij de 2,60 m+NAP zitten. Dit betekent dus dat de maalstop bepalender is voor de waterstanden, maar dat tegelijkertijd de te behalen winst bij Krimpen a/d IJssel een stuk groter is. Opvallend is dat het effect van het waterbezwaar bij Gouda een stuk groter is. Dit komt omdat het toevoegen van het water de gesloten toestand dominant maakt, terwijl dit bij Krimpen a/d IJssel nog niet het geval is. Het verschil tussen de referentie, en sluiten op kentering inclusief waterbezwaar en maximaal verbeteren van de SVKHIJ (blauw vs. grijs) is 0,05 tot 0,40 m. Voor T=3.000 was dit 0 tot 0,25 m.

Het effect van sluiten op kentering wordt dus in mindere mate opgeheven door het waterbezwaar. Dit beeld is ook terug te zien in de gecombineerde resultaten. Figuur 7 toont deze resultaten. De winst zit hem bij Krimpen a/d IJssel vooral in het verkleinen van de faalkans van de kering. Bij Gouda is ook nog extra winst te behalen door altijd op kentering te sluiten. De totale winst die te behalen is door het uitsluiten van waterbezwaar is bij een terugkeertijd van 10.000 jaar een stuk kleiner, vooral bij Krimpen a/d IJssel.

Figuur 7 Waterstanden voor gecombineerde varianten bij T=10000 jaar en het huidige klimaat.

PR3757.10 • juli 2018 11

2.3 Resultaten bij toekomstig klimaat

Naast de resultaten voor het huidige klimaat, zijn ook voor de twee zichtjaren van klimaatscenario KNMI2006 W+ de waterstanden bij de normfrequenties afgeleid. De volgende paragrafen beschrijven deze resultaten respectievelijk voor 2050W+ en 2100W+. De gepresenteerde varianten zijn gelijk aan de in paragraaf 2.2.1 beschreven varianten. Om de beschrijving enigszins beknopt te houden, zijn vooral de afwijkingen van het beeld voor huidig klimaat (zichtjaar 2015) gepresenteerd.

+ 2.3.1 Waterstanden voor zichtjaar 2050W

Figuur 8 geeft de waterstanden bij T = 3000 jaar voor 2050W+. Voor dit zichtjaar is de zeespiegelstijging 0,35 m, en is de waterstand bij sluiten 0,25 m hoger (1,25 m+NAP). Voor de meeste varianten liggen de waterstanden ongeveer 0,20 m hoger dan bij het huidige klimaat. Voor alle varianten is de open situatie (falende kering) wat dominanter geworden. Dit betekent dat het aanpassen van de waterstanden in de gesloten situatie minder effect heeft. Sluiten op kentering leidt in wat mindere mate tot een afname van de waterstanden. Omdat de waterstanden over het gehele bereik hoger liggen, wordt een maalstop ook sneller bereikt. Er is daarom geen verschil in de waterstanden bij een waterbezwaar van 57,5 m3/s gedurende 12 uur, en 100 m3/s gedurende 24 uur; beiden leiden vrijwel altijd tot een maalstop.

Figuur 8 Waterstanden voor individuele varianten bij T=3000 jaar en het zichtjaar 2050W+.

Bij een normfrequentie van 1/10.000 jaar de waterstanden ook wat hoger ten opzichte van 2015. Figuur 9 laat dit zien. De waterstanden zijn 0,1 tot 0,2 m hoger dan voor 1/3.000 jaar. Alleen bij Gouda leidt het toevoegen van het waterbezwaar nog tot hogere waterstanden, omdat hier de gesloten situatie nog bepalend is voor de resulterende waterstand. Op andere locaties langs de rivier blijft de open situatie (falen) dominant, ondanks het toevoegen van het waterbezwaar.

PR3757.10 • juli 2018 12

Figuur 9 Waterstanden voor individuele varianten bij T=10000 jaar en het zichtjaar 2050W+

2.3.2 Waterstanden voor zichtjaar 2100W+

Voor het zichtjaar 2100W+ is gerekend met een zeespiegelstijging van 0,85 m, en een waterstand bij sluiten (kentering) van 1,75 m+NAP. Merk op dat bij het handhaven van het sluitpeil 2,0 m+NAP de SVKHIJ vrijwel elke getijperiode sluit. Als de sluitvraag toeneemt en de faalkans per sluitvraag blijft gelijk, dan zal het aantal keren dat de SVKHIJ faalt toenemen. Een falende kering zal dus ook een stuk vaker voorkomen, waardoor de open situatie dominanter wordt. De kering zal vaker ongewenst open staan ook bij gebeurtenissen die relatief vaak voorkomen, waar de 2,0 m+NAP net overschreden wordt. Figuur 10 en Figuur 11 laten de waterstanden voor klimaatscenario 2100W+ zien voor een normfrequentie van respectievelijk 1/3.000 en 1/10.000 jaar.

Figuur 10 Waterstanden voor individuele varianten bij T=3000 jaar en het zichtjaar 2100W+

PR3757.10 • juli 2018 13

Figuur 11 Waterstanden voor individuele varianten bij T=10000 jaar en het zichtjaar 2100W+

Het patroon is voor beide situaties vrijwel hetzelfde; de waterstanden worden alleen verlaagd door het verkleinen van de faalkans van de kering. De winst die hiermee te behalen valt is 0,25 tot 0,30 m als de faalkans tot 1/5000 verlaagd kan worden. Omdat de open situatie (falen) dusdanig dominant is, hebben maatregelen voor de gesloten situatie geen effect. Sluiten op kentering heeft geen effect, net zoals het al dan niet toevoegen van het waterbezwaar.

Een punt dat opvalt bij het vergelijken van de resultaten tussen 2050W+ en 2100W+, is dat de waterstanden na het toevoegen van het waterbezwaar lager zijn geworden bij Gouda. Dit is een artefact van de toegepaste onderzoeksmethode. Het gaat om enkele centimeters, maar het is op het eerste gezicht geen logisch resultaat. De oorzaak hiervan zit in de methode voor het aanpassen van de waterstanden. Dit is namelijk het overnemen van de open situatie als gesloten situatie, en vervolgens bij Krimpen a/d IJssel verschuiven naar het keerpeil. Hierdoor geeft elke belastingcombinatie een andere windopzet, wat voor de verschillende klimaatscenario’s net iets anders kan uitvallen. Door het toevoegen van het waterbezwaar wordt alles naar 2,60 m+NAP bij Krimpen a/d IJssel verschoven, waardoor de lijnen dicht bij elkaar zitten. Kleine verschillen in het windverhang leiden vervolgens tot de onverwachte verhoging bij Gouda.

2.3.3 Algemeen beeld bij toekomstig klimaat

De onderstaande punten geven een samenvatting van het algemene beeld voor het effect onder toekomstig klimaat:  De open situatie wordt in de toekomst steeds dominanter. Als de sluitvraag (door toename van de waterstand op de Nieuwe Maas) toeneemt en de faalkans per sluitvraag blijft gelijk, dan zal het aantal

PR3757.10 • juli 2018 14

keren dat de SVKHIJ faalt toenemen. De kering zal vaker ongewenst open staan, ook bij gebeurtenissen die relatief vaak voorkomen  Doordat de open situatie dominanter wordt, is het effect van waterstandsverlaging tijdens sluiting steeds kleiner. Sluiten op kentering en het verder reguleren van het waterbezwaar heeft in de toekomst een kleiner effect.  Een sluiting op kentering komt bij stijgende zeespiegel van 0,85 m dichter bij een sluiting op peil 2,0 m+NAP te liggen. De waterstandsverlaging t.o.v. de referentie wordt kleiner. Overigens kan men zich afvragen of een sluitpeil van 2,0 m+NAP nog realistisch is in 2100W+, wanneer dit peil elke getijperiode bereikt wordt.

Onder het huidige klimaat bieden de onderzochte systeemmaatregelen voldoende mogelijkheden om de maatgevende waterstanden te verlagen. Richting 2100W+ neemt het aantal opties langzaam af, totdat alleen nog het verkleinen van de faalkans van de SVKHIJ effect heeft.

2.4 Effect modelonzekerheid

Binnen het WBI2017 wordt modelonzekerheid als stochast meegenomen in de Hydra-NL berekeningen. Voorheen werd hiervoor een vaste toeslag genomen. Het meenemen van de modelonzekerheid als stochast houdt in dat een normale verdeling voor de onzekerheid in waterstand wordt aangenomen. Voor de HIJ is gerekend met een standaardafwijking van 0,15 m voor de open kering, en 0,25 m voor de gesloten kering. Het effect op het uiteindelijke waterstandsresultaat is sterk afhankelijk van de decimeringshoogte. Als de waterstand sterk toeneemt bij hogere terugkeertijden zal het effect van de modelonzekerheid klein zijn. Wanneer de waterstanden echter zeer weinig toenemen, zoals achter de gesloten SVKHIJ, is het effect erg groot.

In de rest van deze studie rekenen we zonder modelonzekerheid. We maken wel een inschatting van het effect van de modelonzekerheid door voor de aangepaste database van de referentiesituatie Hydra-NL berekeningen te maken met en zonder onzekerheid. Dit is dus de situatie met een peilsluiting en zonder waterbezwaar. Figuur 12 geeft de resultaten van deze berekeningen. Voor de referentiesituatie (met aangepaste database) is het effect in de orde van 0,20 tot 0,30 m, wat redelijk in het verwachte bereik valt. Richting Gouda neemt het effect toe, wat komt door de gesloten situatie die dominanter wordt. De modelonzekerheid is namelijk groter voor de gesloten situatie. Dit kan uitgelegd worden doordat we onzekerder zouden zijn over de waterstand die ontstaat achter de gesloten kering.

Het verkleinen van de faalkans naar 1/1000 per sluitvraag geeft zonder onzekerheid een verlaging van ongeveer 0,20 m. Dit effect wordt echter vrijwel geheel opgeheven door de modelonzekerheid.

PR3757.10 • juli 2018 15

Dit heeft twee oorzaken:  De situatie met gesloten kering wordt dominanter, omdat de kering minder vaak faalt. Deze situatie heeft een grotere modelonzekerheid.  Vooral achter de kering is de decimeringshoogte zeer klein, omdat de waterstanden in de gesloten situatie voor verschillende combinaties van stormen en rivierafvoer min of meer hetzelfde zijn. Deze zitten namelijk allemaal rond sluitpeil + 0,25 m.

Het nog verder verkleinen van de faalkans naar 1/5000 per sluitvraag versterkt het effect nog verder. Wederom wordt de waterstandsverlaging vrijwel geheel teniet gedaan door de modelonzekerheid.

Figuur 12 Effect modelonzekerheid voor situatie met peilsluiting zonder waterbezwaar. De gehanteerde terugkeertijd is 3000 jaar.

De berekende effecten van de modelonzekerheid geven wat ons betreft geen realistisch beeld. Opmerkelijk is dat de resultaten met modelonzekerheid zo dicht bij elkaar liggen. De 'extra stochast' van de modelonzekerheid geeft als het ware dusdanig veel onzekerheid, dat de extra betrouwbaarheid van de SVKHIJ vrijwel geheel wordt opgeheven. In deze mini-systeemanalyse laten we modelonzekerheid verder buitenbeschouwing.

In de wijze waarop modelonzekerheid wordt meegenomen, zit het volgende opgesloten. Als voor verschillende combinaties van stormsterkte en rivierafvoer (met steeds een kleinere kans van optreden) min of meer dezelfde lokale waterstand wordt uitgerekend, zijn we onzekerder over de hoogte van deze lokale waterstand. Dit is terecht, als we geen idee hebben over de werkelijke hoogte van de lokale waterstand en daarom iedere keer dezelfde waterstand uitrekenen. Ons in ziens is dit achter de gesloten SVKHIJ niet het geval. Het lijkt ons logisch om in verder onderzoek na te gaan of de wijze waarop de modelonzekerheid wordt meegenomen in de berekening voor de HIJ moeten worden aangepast. Daarnaast lijkt het ons zinvol om na te gaan of het berekenen van de lokale waterstand achter een gesloten SKHIJ inderdaad onzekerder dan de berekening van de lokale waterstand die ontstaat door het falen van de stormvloedkering.

PR3757.10 • juli 2018 16

3 Resultaten HBN’s

3.1 Inleiding

De systeemmaatregelen hebben naast een verlaging van de waterstand ook een effect op de HBN’s. Voor twee dwarsprofielen langs de HIJ, beide langs de oostelijke oever (traject 15-3), zijn overslagberekeningen gemaakt. Het gaat om fictieve dijkprofielen uit project KIJK:  Profiel U4 heeft een taludhelling van 1-op-2,3.  Profiel C1 heeft een helling van 1-op-2.

De actuele kruinhoogte als zetting, klink en lokale bodemdaling zijn niet in deze beschouwing meegenomen. De effecten moeten dus vooral relatief ten opzichte van elkaar worden beoordeeld voor de verschillende varianten. De locaties van de profielen zijn weergeven in Figuur 13. Eén profiel ligt rond kilometer 6, de andere meer benedenstrooms rond kilometer 15. De rode pijlen in de figuur geven de dijknormalen weer. De HBN’s zijn berekend bij een terugkeertijd van 25000 jaar. Dit komt voort uit de norm van 1/3000, de faalkansbijdrage van 24% en de lengte-effectfactor van 2. In de berekeningen is een overslagdebiet van 5 l/s/m gehanteerd.

Figuur 13 Locaties van gebruikte profielen.

PR3757.10 • juli 2018 17

3.2 Interpreteren van de resultaten

Bij het interpreteren van de HBN-resultaten zijn twee punten van belang, namelijk:  Oorzaken van een hoog HBN: Het is belangrijk om te realiseren dat extreme golfcondities leiden tot een groot overslagdebiet, en deze condities worden bereikt door een combinatie van waterstand en wind (vanuit een ongunstige richting). Voor een extreme hoeveelheid overslag is dus niet zonder meer een extreme waterstand nodig, maar een combinatie van waterstand en wind. Een extreem overslagdebiet zal waarschijnlijk bereikt worden door een wat minder extreme waterstand gecombineerd met een hoge windsnelheid uit een richting met een lange streklengte t.o.v. de kruin van de dijk. Hierdoor zijn de gemiddelde waterstanden een stuk belangrijker. Het aanpassen van de HR-database kan daarom een ander effect hebben voor het HBN dan voor de waterstand.  Waterbezwaar in huidige berekening: De huidige aanpak om het waterbezwaar in de waterstandsresultaten te verwerken is door resultaten onder het maalstoppeil op te hogen tot dit peil. Voor HBN-berekeningen kan dit ook achteraf gedaan worden, maar omdat het resultaat ook het gevolg is van de wind, zou dit een onderschatting geven. Daarnaast zullen er maar weinig situaties zijn waarin het HBN bij de maatgevende terugkeertijden (25.000 jaar voor 15-3, 83.333 jaar voor 14-1) onder de 2,60 m+NAP ligt. Hieruit volgt dat in het WBI2017 het waterbezwaar niet meegenomen wordt in de HBN-berekeningen. Om het waterbezwaar volgens de huidige methode wel mee te nemen moeten alle waterstanden die tot een niveau lager dan het maalstoppeil bij Krimpen leiden, worden opgehoogd. Dit is een erg conservatieve aanpak, maar het geeft wel een 'eerlijke' vergelijking voor de andere resultaten met waterbezwaar. Om deze reden voegen we deze variant toe.

3.3 Resultaten bij huidig klimaat

De resultaten zijn wederom gepresenteerd voor dezelfde 7 varianten als de waterstandsberekeningen, met toevoeging van het hierboven genoemde variant van waterbezwaar bij de huidige berekening. Bij het presenteren van de resultaten is onderscheid gemaakt voor de situatie zonder en met waterbezwaar. De volgende paragraaf presenteert de HBN’s door overloop en overslag. Daarna is het resultaat voor alleen overloop gegeven, waarmee we een beeld krijgen van het effect bij golfdempende voorlanden.

3.3.1 Resultaten mechanismen overloop en overslag

Figuur 14 laat deze resultaten zien voor het huidige klimaat. De gearceerde balkjes zijn berekend met een database waarin elke verhanglijn is opgehoogd op basis van het waterbezwaar.

PR3757.10 • juli 2018 18

Figuur 14 HBN-resultaten voor het huidige klimaat bij een frequentie van 1/25000 jaar.

De 7 onderzochte varianten zijn: 1. Referentiedatabase, faalkans kering 1/200 per sluitvraag, peilsluiting De zwarte balk geeft de HBN’s weer berekend met de huidige WBI2017 database. Dit is dus de referentie. 2. Aangepaste database, faalkans kering 1/200 per sluitvraag Het aanpassen van de database heeft een klein verhogend effect op het HBN, voor beide profielen. Ook voor deze referentiesituatie bij een faalkans van 1/200 per sluitvraag is de gesloten keringsituatie belangrijk. Een gesloten situatie met hoge windsnelheden kan namelijk ook tot een hoog overslagdebiet leiden. De aanpassingen aan de database leiden dan ook tot enkele centimeters hogere HBN's. 3. Faalkans van de kering naar 1/1000 per sluitvraag Het verkleinen van de faalkans van de SVKHIJ leidt bij kilometer 15 tot een verlaging van 0,15 m, terwijl het bij kilometer 6 nauwelijks effect heeft. Dit komt omdat bij kilometer 6 de wind en de waterstand een flinke rol spelen, beide door de bovenstroomse ligging en de dijkoriëntatie. Een gesloten situatie plus wind leidt bij kilometer 6 ook tot een hoog overslagdebiet, terwijl dit voor kilometer 15 niet zo is. Op die locatie leidt minder vaak een open situatie wel tot een reductie. 4. Faalkans van de kering naar 1/5000 per sluitvraag Het nog verder verkleinen van de faalkans van de kering leidt tot een reductie van enkele centimeters. Net als bij de waterstand is het verschil van deze stap kleiner dan de verbetering van de faalkans van 1/200 naar 1/1000. 5. Sluiten op kentering (1,0 m+NAP) Het overstappen naar sluiten op kentering (rode balk) leidt tot een flinke reductie van het HBN. De waterstanden achter de gesloten SVKHIJ

PR3757.10 • juli 2018 19

worden hiermee over de gehele bereik van stormsterkte en rivierafvoer verlaagd, waardoor de HBN’s ook flink afnemen. 6. Referentiesituatie (1/200, peilsluiting) met waterbezwaar Deze variant geeft een beeld van de huidige berekening waarbij het waterbezwaar wel in de HR-database is opgenomen. Dit is dus de basisvariant waaraan de effecten van het waterbezwaar kunnen worden getest. 7. Verkleinen van de faalkans van de kering tot 1/5000 Het verkleinen van de faalkans leidt tot een lichte daling van het HBN. Opvallend is dat het effect bij km 15 kleiner is dan zonder waterbezwaar. Dit komt door de gesloten situatie, die in dit geval hoger is en dus dichter bij de open situatie ligt. Het verkleinen van de faalkans geeft dus een kleinere afname. 8. Toevoegen van waterbezwaar van 57,5 m3/s gedurende 12 uur Het toevoegen van waterbezwaar doet het verlagende effect van sluiten op kentering teniet, net zoals bij de waterstanden. In het huidige klimaat is meestal nog genoeg ruimte op de HIJ om het waterbezwaar geheel op te vangen zonder maalstop. 9. Toevoegen van waterbezwaar van 100,0 m3/s gedurende 24 uur Een waterbezwaar wat vrijwel altijd tot een maalstop leidt, geeft een toename van de waterstand die dusdanig groot is dat het HBN bijna gelijk is aan de referentiesituatie. Hier heft het waterbezwaar dus het verlagende effect van sluiten op kentering op.

Voor de resultaten van de HBN berekeningen geeft het veel inzicht om te zien in hoeverre de open en gesloten situatie relevant zijn voor falen. In Figuur 15 zijn deze bijdragen voor beide locaties gegeven. Voor het huidige klimaat komen de verschillen tussen de varianten grotendeels overeen met de verschillen bij de waterstandberekeningen, op een belangrijk verschil na:

Het verkleinen van de faalkans van de SVKHIJ heeft nauwelijks effect op de HBN’s.

Dit komt omdat de gesloten situatie door de invloed van de wind op de golfoploop ook tot relatief hoge HBN’s kan leiden. Het verschil tussen de open en gesloten situatie is dus kleiner. Hierdoor is bij de locatie rond km 6 de gesloten situatie al redelijk dominant, en leidt een kleinere faalkans niet echt tot een reductie. Bij km 15 is de open situatie wel maatgevender (groter verschil met gesloten situatie), waardoor de faalkansverkleining meer effect heeft.

PR3757.10 • juli 2018 20

Figuur 15 Bijdrage van de sluitsituaties van de SVKHIJ in de illustratiepunten voor het huidige klimaat.

3.3.2 Resultaten alleen mechanisme overloop

Naast de resultaten voor overslag en overloop, presenteren we de resultaten voor alleen overloop. Dit geeft een idee van de benodigde dijkhoogte, wanneer golfdemping door voorlanden plaatsvindt. In principe zijn de resultaten gelijk aan de resultaten van een waterstandsberekening2, maar dan bij de norm voor overloop. Dit is 1/25000 voor traject 15-3. Figuur 16 geeft de resultaten voor de dezelfde twee locaties als voorheen; km 6 en km 15 langs traject 15-3. Merk op dat het bereik van de x-as anders is dan bij de resultaten met overslag; de HBN’s ten gevolge van alleen overloop zijn gemiddeld gezien ruim 0,5 m lager.

Opvallend is dat de resultaten tussen de twee rivierkilometers zonder overslag een stuk minder ver uit elkaar liggen. Dit komt omdat de afhankelijkheid van de wind kleiner is, we kijken namelijk naar resultaten van waterstandsberekeningen. Hierdoor is het effect van het verkleinen van de faalkans ook een stuk groter, wat we ook in hoofdstuk 2 zagen bij de resultaten van de waterstand.

2 Dit is niet geheel correct; tegenwoordig wordt de overloopberekening in Hydra-NL met een overlaatformule berekend. Hierdoor is het HBN iets lager dan de waterstand, omdat er een laagje water moet staan voordat het kritieke debiet wordt overschreven. We verwaarlozen dit in deze analyse.

PR3757.10 • juli 2018 21

Figuur 16 Benodigde kruinhoogte bij alleen overloop, dus zonder overslag. De resultaten zijn gegeven bij een normfrequentie van 1/25000 jaar.

3.3.3 Resultaten van gecombineerde varianten

Net zoals bij de waterstandsresultaten hebben we nu voor de verschillende varianten een beeld van de HBN’s (overloop & overslag) bij de faalkanseis, maar wat we nog missen is een beeld van gecombineerde varianten. Wanneer de beheerder overgaat op sluiten op kentering, zal dat in sommige gevallen samenvallen met een waterbezwaar, maar meestal niet. Er zijn 5 varianten voor de gecombineerde scenario’s uitgewerkt. Dit zijn: 1. Huidige berekening: referentie 2. Huidige berekening: verbetering kering 3. Huidige berekening: opgehoogd voor waterbezwaar 4. Huidige praktijk: 1/3 kentering bij waterbezwaar, 2/3 peilsluiting 5. Altijd kentering: 1/3 kentering bij waterbezwaar, 2/3 kentering zonder 6. Altijd kentering zonder waterbezwaar

De eerste variant is bepaald voor een faalkans van de SVKHIJ van 1/200 en 1/5000 per sluitvraag, waarmee het totaal aantal varianten 6 is. De resultaten worden gepresenteerd voor beide locaties met overloop en overslag, en alleen voor km 6 met overloop. Voor alleen overloop geven de locaties namelijk een vergelijkbaar beeld. De resultaten zijn weergegeven in Figuur 17. De systeemmaatregelen kunnen in totaal tot een opgavereductie van maximaal 0,5 m leiden voor overloop en overslag. De meeste winst zit hier in het verkleinen van het waterbezwaar, een maatregel die met het regionale waterbeheer moet worden opgepakt. Uit de berekening met alleen

PR3757.10 • juli 2018 22

het mechanisme overloop blijkt een mogelijke reductie van 0,4 m, wat vooral wordt bereikt door het verkleinen van de faalkans van de SVKHIJ.

Figuur 17 Gewogen HBN- resultaten voor 2 locaties.

Net als in paragraaf 2.2.2 benadrukken we hier dat het van belang is om de kans op waterbezwaar bij een aanzienlijke storm op zee nader te onderzoeken. Daarbij is niet alleen de correlatie tussen wind en neerslag van belang, maar ook een juiste inschatting van het verwachte waterbezwaar (welk volume wordt daadwerkelijk tijdens de sluiting van de SVKHIJ uitgeslagen).

3.4 Resultaten bij toekomstig klimaat

3.4.1 HBN’s voor zichtjaar 2050W+

Voor 2050W+ zijn de resultaten weergeven in Figuur 18. We geven een opsomming van de afwijkende resultaten ten opzichte van het huidige klimaat uit paragraaf 3.3.  Zoals de waterstandresultaten ook al lieten zien, wordt de open situatie dominanter naarmate de zeespiegel stijgt. Een dominantere open situatie geeft een grotere reductie door het verkleinen van de faalkans van de kering. Dit is terug te zien in de resultaten.  Sluiten op kentering geeft dus ook iets minder reductie, omdat de gesloten situatie (die wordt aangepast) wat minder meespeelt.  De resultaten met waterbezwaar laten wederom een grote stijging ten opzichte van sluiten op kentering zien. Bij km 15 treedt in voor het HBN dominante combinaties van stormsterkte en rivierafvoer niet altijd een maalstop, maar over het algemeen wordt in de meeste relevante situaties een maalstop bereikt.

PR3757.10 • juli 2018 23

Figuur 18 HBN-resultaten voor zichtjaar 2050W+ bij een frequentie van 1/25000 jaar.

+ 3.4.2 HBN’s voor zichtjaar 2100W

Figuur 19 laat de resultaten voor 2100 W+ zien. Het algemene beeld is dat in zichtjaar 2100 W+ de verschillen tussen 2015 en 2050W+ nog wat versterkt zijn. We lichten wederom de opmerkelijkste verschillen toe:  Het effect van het verkleinen van de faalkans is wederom groter geworden, omdat de open situatie dominanter is.  Sluiten op kentering geeft slechts nog een kleine vermindering, omdat de gesloten situatie al minder deed.  Omdat de waterstanden in dit zichtjaar al redelijk dicht bij het maalstoppeil zitten, is er weinig ruimte voor het waterbezwaar. Er zal dus vaak een maalstop optreden als de kering wordt gesloten. Dit heeft tot gevolg dat variatie in het waterbezwaar weinig effect heeft op het HBN.

PR3757.10 • juli 2018 24

Figuur 19 HBN-resultaten voor zichtjaar 2100W+ bij een frequentie van 1/25000 jaar.

PR3757.10 • juli 2018 25

4 Conclusies en aanbevelingen

4.1 Systeemmaatregelen verlagen belastingen (conclusies)

4.1.1 Effect van systeemmaatregelen

Alleen in combinatie met de verbetering van de betrouwbaarheid van de stormvloedkering, heeft sluiten op kentering (en eventueel verminderen van het waterbezwaar) effect. De mogelijke verlaging van de waterstand door de drie (gecombineerde) systeemmaatregelen is maximaal 0,7 meter. Het individuele effect van de 3 maatregelen varieert langs de riviertak. Zo heeft het robuuster maken van de SVKHIJ vooral effect bij Krimpen a/d IJssel, terwijl het verlagen van de waterstand in de gesloten situatie vooral bij Gouda effect heeft. Door de faalkans van de SVKHIJ te verkleinen, daalt de waterstand met 0,05 m bij Gouda tot 0,2 m bij Krimpen a/d IJssel. Altijd sluiten op kentering levert een extra daling van 0,1 meter op over de gehele Hollandsche IJssel. Wanneer een deel van het waterbezwaar elders wordt geborgen, kan nog eens 0,15 (Krimpen) tot 0,40 m (Gouda) worden gewonnen.

Door verbetering van de betrouwbaarheid van de SVKHIJ komt het aanzienlijk minder vaak voor dat hoge waterstanden op de Nieuwe Maas bedreigend zijn voor keringen langs de HIJ. Onder het huidige klimaat wordt de situatie waarin de stormvloedkering correct is gesloten, dominant voor het ontwerp van de waterkeringen. Aanvullend aan de verbetering van de SVKHIJ, is het ook effectief om vaker te sluiten op kentering en het waterbezwaar uit regionale systemen te beperken(op het moment dat de stormvloedkering is gesloten). Voor het ontwerp van de keringen langs de oostelijke oever (norm 3.000 jaar) zijn de maatregelen effectiever dan voor de keringen langs de westelijke oever (norm 10.000 jaar).

Ook voor de dijkhoogte (mechanismen overloop en overslag) zijn in deze studie de effecten bepaald. Omdat golven ontstaan door een combinatie van wind en waterstand (en niet alleen waterstand) maakt het wat minder uit of de SVKHIJ open of dicht is. Het effect van alleen een betrouwbaardere kering is kleiner op het HBN dan op de waterstand. Golfreductie door voorlanden verkleint de overslag, en maakt de dijk gevoeliger voor overloop. Voor deze overloopsituaties kan een reductie van 0,4 m worden bereikt langs de gehele Hollandsche IJssel met de genoemde systeemmaatregelen, waar dan het verbeteren van de kering het grootste effect heeft

PR3757.10 • juli 2018 27

4.1.2 Effect van systeemmaatregelen in de tijd

Voor zichtjaren die verder in de toekomst liggen, zal vaker het sluitpeil van de SVKHIJ worden overschreden. Als de sluitvraag toeneemt en de faalkans per sluitvraag blijft gelijk, dan zal het aantal keren dat de SVKHIJ faalt toenemen. Ondanks een grotere betrouwbaarheid van de stormvloedkering, zal de situatie waarin de SVKHIJ faalt dominanter worden in de maatgevende belastingen van de waterkeringen, omdat de sluitvraag toeneemt. Daarnaast neemt de waterstand bij kentering door zeespiegelstijging toe. Het gevolg hiervan is dat in de verre toekomst (2100) minder winst is te behalen door sluiten op kentering, of het aanpassen van het waterbezwaar. De enige systeemmaatregel die dan nog effect heeft is het betrouwbaarder maken van de SVKHIJ, of (mogelijk) het afsluiten van de Hollandsche IJssel.

Zoals gezegd verschilt het effect van de systeemmaatregelen per belastingtype en per zichtjaar. In het huidige klimaat kunnen alle drie de maatregelen voor een reductie van enkele decimeters zorgen. Naar 2050 toe stijgt de zeespiegel steeds verder, waardoor met name het betrouwbaarder maken van de kering nog effect heeft. Richting 2100 zal bij het huidige sluitpeil de kering zo vaak moeten sluiten dat ook bij een verbeterde stormvloedkering de frequentie van falen bepalend gaat worden . Voor scheepvaart zal de overlast door het frequent moeten sluiten van de kering ook steeds groter worden, waardoor afdammen van de Hollandsche IJssel mogelijk een reële optie wordt.

Tot slot: Op dit moment is het beschikbare instrumentarium van WBI2017 en OI2014 niet geschikt om het effect van de systeemmaatregelen te berekenen. Daarom hebben wij het beschikbare instrumentarium pragmatisch aangepast. Ondanks deze aanpassing zijn we overtuigt van het berekende effect van de systeemmaatregelen.

PR3757.10 • juli 2018 28

4.2 Verder onderzoek systeemmaatregelen (aanbevelingen)

4.2.1 Vervolg onderzoek systeemmaatregelen

Het is mogelijk om de hydraulische belastingen langs de Hollandsche IJssel aanzienlijk te verlagen met de onderzochte systeemmaatregelen. Verder onderzoek naar de haalbaarheid van deze maatregelen wordt daarom aanbevolen. Voordat verder wordt gegaan met onderzoek naar het effect van de maatregelen, moet duidelijk zijn of een verbetering van de faalkans naar tenminste 1 keer per 1000 sluitvragen mogelijk is. Alleen in combinatie met de verbetering van de betrouwbaarheid van de stormvloedkering, heeft sluiten op kentering (en eventueel verminderen van het waterbezwaar) effect op de belasting van de keringen langs de HIJ.

Uit de mini-systeemanalyse volgt dat het waterbezwaar uit regionale systeem van grote invloed is op de belastingen. In de analyse is gebruik gemaakt van een ervaringsgetal voor de kans op waterbezwaar op het moment dat de SVKHIJ moet worden gesloten. Het is dus van belang om dit getal, nader te onderzoeken. Daarbij is niet alleen de correlatie tussen wind en neerslag van belang, maar ook een juiste inschatting van het verwachte waterbezwaar (welk volume wordt daadwerkelijk tijdens de sluiting van de SVKHIJ uitgeslagen). Dit vraagt een uitgebreide analyse van de interactie tussen alle aanliggende regionale systemen en de Hollandsche IJssel.

Vaststellen van de mogelijke verbetering van de Hollandsche IJssel kering (en de haalbaarheid hiervan) is de basis voor vervolgonderzoek:

1. Als eerste stap in vervolgonderzoek zouden de resultaten moeten worden gereproduceerd met een volwaardig hydraulisch model – binnen enkele maanden kan dit op vergelijkbare wijze als voor WBI2017 – met het Sobekmodel van DPRD. In de berekeningen zouden dan 3 toestanden van de kering (falen, sluiten op peil, en sluiten op kentering) en 3 varianten voor waterbezwaar (geen, een beetje en veel waterbezwaar) moeten worden onderzocht. Op die manier worden de effecten van het verbeteren van de stormvloedkering met het officiële WBI-instrumentarium onderbouwd. 2. Als tweede stap in vervolgonderzoek zou de kans op een maalstop duidelijk moeten worden – binnen een half jaar kan in een eerste analyse naar samenvallen van waterbezwaar in de regio en een storm op zee (sluiting SVKHIJ) duidelijk worden hoe vaak en hoeveel waterbezwaar achter een gesloten kering optreedt. Dit geeft een onderbouwing (en eventueel bijstelling) van de cijfers uit de 'huidige praktijk' die in dit onderzoek zijn gebruikt. 3. Als laatste stap kan onderzocht worden wat de gevolgen zijn van minder uitslaan richting de Hollandsche IJssel vanuit de aanliggende waterschappen. Binnen een jaar kan in een analyse naar samenvallen

PR3757.10 • juli 2018 29

van waterbezwaar in de regio en een storm op zee (sluiting SVKHIJ) duidelijk worden of het uitgeslagen water kan worden gereduceerd.

4.2.2 Verdieping onderzoeksmethode

Op dit moment is het beschikbare instrumentarium van WBI2017 en OI2014 niet geschikt om het effect van de systeemmaatregelen te berekenen. Parallel aan het vervolgonderzoek naar de systeemmaatreglen zal het officiële rekeninstrumentarium moeten worden verbeterd. Het is nu niet mogelijk om de belastingen langs de Hollandsche IJssel met dit rekeninstrumentarium door te rekenen als de SVKHIJ aanzienlijk wordt verbeterd.

Naast verbetering van het hydraulisch model, zal ook de probabilistische software moeten worden aangepast aan het sluiten op kentering en een waterbezwaar op de Hollandsche IJssel als de SVKHIJ aanzienlijk wordt verbeterd. Indien de SVKHIJ aanzienlijk wordt verbeterd, is het logisch dat aan de produktiesommen met het hydraulisch model het sluiten op kentering en het uitslaan van water door regionale systemen wordt toegevoegd. Dit vergt een aanzienlijke wijziging van de produktiesommen en het probabilistische model. We raden daarom eerst de ontwikkeling van een prototype met SOBEK-RE en Hydra-NL aan. Bij het ontwikkelen van dit prototype moet ook aandacht geschonken worden aan de artefacten die bij de bestudering van de HR-Databases zijn ontdekt (bijlage B).

In deze mini-systeemanalyse is de modelonzekerheid verwaarloosd. In de wijze waarop modelonzekerheid wordt meegenomen, zit het volgende opgesloten. Als voor verschillende combinaties van stormsterkte en rivierafvoer (met steeds een kleinere kans van optreden) min of meer dezelfde lokale waterstand wordt uitgerekend, zijn we onzekerder over de hoogte van deze lokale waterstand. Dit is terecht, als we geen idee hebben over de werkelijke hoogte van de lokale waterstand en daarom iedere keer dezelfde waterstand uitrekenen. Ons in ziens is dit achter de gesloten SVKHIJ niet het

PR3757.10 • juli 2018 30

geval. Het lijkt ons logisch om in verder onderzoek na te gaan of de wijze waarop de modelonzekerheid wordt meegenomen in de berekening voor de HIJ moet worden aangepast. Daarnaast lijkt het ons zinvol om na te gaan of het berekenen van de lokale waterstand achter een gesloten SKHIJ inderdaad onzekerder is dan de berekening van de lokale waterstand, die ontstaat door het falen van de stormvloedkering.

Tot slot: Zolang de faalkanseis van de SVKHIJ gelijk is 1 keer per 200 sluitvragen, draagt de situatie met een gesloten SVKHIJ beperkt bij aan de maatgevende belastingen langs de Hollandsche IJssel. Dan is het ook niet noodzakelijk om de probabilistische berekening aan te passen. De voorgestelde analyse van het hydraulisch model zal het effect van de systeemmaatregelen hoogst waarschijnlijk vergroten.

PR3757.10 • juli 2018 31

5 Referenties

5.1 Erkenning van bijdragen

Deze studie is begeleid door N. Roode en B. Maaskant van POV Voorlanden. Aan deze studie hebben bijgedragen A. de Gelder, E. Venneman en J. Willemsen van HHSK door de aanpak door te spreken op 8 maart 2018 en de tussenresultaten op 18 april 2018. De conceptrapportage is gelezen door A. de Gelder (HHSK) en R. Slomp (RWS/WVL). Zij worden bedankt voor hun bijdrage.

5.2 Gebruikte referenties

Bezuyen et. al, 2012 Inleiding waterbouwkunde (Collegedictaat CT2320). Bezuyen, K., Stive, M., Vaes, G., Vrijling, J. en Zitman, T., VSSD, Delft, 2012. Botterhuis en Stijnen, 2013 Werkzaamheden kennisvraag Hollandse IJssel. In opdracht van Deltaprogramma Rijnmond Drechtsteden. Memorandum PR2572. Botterhuis, T. en Stijnen, J., 2013. Botterhuis, Duits en Stijnen, 2013 Hydra-BS toepassen op Hollandse IJssel, Testrapportage. In opdracht van Rijkswaterstaat WVL. Rapport PR2757. T. Botterhuis, M. Duits en J. Stijnen, HKV, Lelystad, 2013. Botterhuis en Duits, 2013 Aanvulling WTI2011 c-keringen Hollandse IJssel. In opdracht van Rijkswaterstaat WVL. Rapport PR2661. T. Botterhuis en M. Duits, 2013. Duits, 2016 Hydra-NL versie 1.2, Testrapportage. In opdracht van Rijkswaterstaat WVL. HKV-RapportError! Unknown document property name. M. Duits, 2016. Kuijper en Duits, 2017 Hydra-NL versie 2.4, Testrapportage HIJ en VZM. In opdracht van Rijkswaterstaat WVL. HKV-Rapport Error! Unknown document property name.. B. Kuijper en M. Duits, 2017. Jeuken et. al, 2011 Eerste generatie oplossingsrichtingen voor klimaatadaptatie in de regio Rijnmond-Drechtsteden. Syntheserapport: verkenning van kosten en baten. A. Jeuken, J. Kind en J. Gauderis. Project 1204302-000, Deltares, juni 2011. Jeuken et. al, 2010 Klimaatbestendigheid en opties voor adaptatie in de regio Rijnmond- Drechtsteden. Analyse van recente resultaten uit Klimaatbestendig NL Waterland en Kennis voor klimaat. A. Jeuken, N. Slootjes, N. van Oostrom. Project 1202138-000, Deltares – HKV, mei 2010.

PR3757.10 • juli 2018 33

Roode en Maaskant, 2018 Veiligheidsanalyse Voorlanden Hollandsche IJssel. N. Roode en B Maaskant – HHSK, 2018 (nog niet gepubliceerd). Slootjes en De Waal, 2011 Uitgangspunten en randvoorwaarden berekeningen waterveiligheid – keuzenotitie. N. Slootjes en H. de Waal. Memorandum PR1997.10, 21 februari 2011. Slootjes et. al, 2011 Resultaten MHW berekening t.b.v. probleemanalyse en verkenning hoekpunten. In opdracht van Deltaprogramma Rijnmond-Drechtsteden. N. Slootjes, A. Jeuken, T. Botterhuis en Q. Gao. Deltares – HKV, 2011. Smale, 2016 Werkwijzer bepaling hydraulische ontwerprandvoorwaarden Aanvulling OI2014, versie 4. A.J. Smale Project 1230090-009, Deltares, december 2016. Van der Klis en Markus, 2007 MHW-processor, Gebruikershandleiding, versie 3.1, H. van der Klis en A. Markus, Project Q4209.20, Deltares, Delft, maart 2007. De Waal, 2003 Windmodellering voor bepaling waterstanden en golven. Een analyse van de bouwstenen [RIZA-werkdocument 2003.118x]. J.P. de Waal. Rijkswaterstaat RIZA. Lelystad, september 2003.

PR3757.10 • juli 2018 34

Bijlagen

PR3757.10 • juli 2018 35

A Uitgangspunten HR-databases

Deze bijlage beschrijft de uitgangspunten van de HR-databases die in de mini-systeemanalyse Hollandsche IJssel zijn gebruikt.

A.1 Kader: Delta Programma Rijnmond-Drechtsteden

Voor het Delta Programma Rijnmond-Drechtsteden (DP-RD) zijn "hoekpunt", "kansrijke", "voorkeur" en "reële" strategieën doorgerekend. In de eerste helft van 2011 is onder regie van Deltares (Jeuken et. al, 2011) een uitgebreide Kentallen Kosten Baten Analyse (KKBA) uitgevoerd van vier lange termijn strategieën voor het oplossen van de veiligheids- en zoetwateropgave in 2100 (in synergie met ruimtelijke en economische aspecten). Die KKBA is gebaseerd op maatgevende hoogwaterstand- (MHW) en kruinhoogte- berekeningen (HBN) van de inrichtingsvarianten, die door Deltares en HKV zijn uitgevoerd met het Deltamodel vs0.2 (Slootjes et. al, 2011). Voor dit rekenwerk is door Slootjes en De Waal (2011) een uitgangspuntennotitie opgesteld. De HR-databases, die de basis zijn van onze mini-systeemanalyse, zijn met deze uitgangspunten opgesteld.

A.2 Klimaatscenario

Onderdeel van het bepalen van de ontwerprandvoorwaarden is het rekening houden met het verwachte effect van klimaatverandering (zeespiegelstijging, meerpeilstijging en/of toename rivierafvoer) gedurende de geplande levensduur van de waterkeringen. In 2011 is een eerste versie van de Deltascenario’s opgesteld [Bruggeman et al, 2011]. De effecten van de systeemmaatregelen moeten worden bepaald voor de zichtjaren 2015, 2050 en 2100 voor de huidige normen en voor de klimaatverandering volgens scenario W+ van KNMI06. Tabel 3 geeft de parameters van dit scenario dat gebruikt wordt in de mini-systeemanalyse. De tabel geeft enkele illustratieve afvoerniveaus van de Rijn met de daaraan gekoppelde Maasafvoeren. De reden hiervoor is, dat uitgegaan is en wordt van Rijndominantie. In Slootjes en De Waal (2011) is gekozen voor deze aanpak, waarbij slechts één afvoerstochast wordt gebruikt. Aan iedere Rijnafvoer wordt één afvoerniveau van de Maas gekoppeld. Deze relatie tussen Rijn- en Maasafvoer (de mediaan van alle Maasafvoeren die bij de beschouwde Rijnafvoer kunnen optreden) is in Figuur 20 weergegeven.

Scenario Rijnafvoer Gekoppelde Zeespiegel- Tabel 3 Maasafvoer stijging t.o.v. Overzicht gebruikte 1990 klimaatscenario's [m3/s] [m3/s] [m] (bron: Scholten, Referentie 2015 16.000 3.504 0,07 2012 en Geerse, KNMI’06 W+- 2050 17.000 3.739 0,35 2003). KNMI’06 W+- 2100 18.000 3.974 0,85

PR3757.10 • juli 2018 37

In de berekeningen wordt rekening gehouden met hydrologische omstandigheden in het Rijnstroomgebied die leiden tot overstromingen, waardoor de afvoer min of meer wordt gemaximaliseerd. In de hydraulische berekeningen wordt dit zogenaamde aftoppen van de rivierafvoer niet opgelegd. Bij de bepaling van de werklijn is rekening gehouden met overstromingen in Duitsland. De werklijn is bepaald met het GRADE- instrumentarium, omdat binnen WBI2017 gewerkt wordt met GRADE resultaten. De GRADE afvoerstatistiek (mail Hendrik Buiteveld, RWS-WVL, d.d. 24 maart 2015) is beschikbaar voor het referentie jaar 2015 en de zichtjaren 2050 en 2100 (beiden voor klimaatscenario W+). Zodoende wordt in de probabilistische berekeningen rekening gehouden met het fysisch maximum van de rivierafvoer.

Figuur 20 De mediaan van alle Maasafvoeren te Lith die bij de beschouwde Rijnafvoer te Lobith kunnen optreden, afkomstig uit Geerse (2003) Tabel 4.

De laterale debieten zijn gekoppeld aan het afvoerniveau bij Lobith. Uitgegaan wordt van de laterale debieten zoals gehanteerd in de HR2006 (Van der Veen, 2005). Er zal wel een (geringe) verandering optreden in de zijdelingse toestromen, verondersteld wordt echter dat geen toename zal optreden tussen 2015 en 2100. De laterale debieten voor afvoeren lager dan 16.000 m3/s zijn gelijk aan Van der Veen (2005). Conform beleidsmatig uitgangspunt blijven de laterale debieten voor afvoeren hoger dan 16.000 m3/s gelijk aan de laterale debieten bij 16.000 m3/s (Scholten, 2012). Aan de oostzijde van de hydraulische modellering van het gebied bevinden zich drie afvoerranden van de bovenrivieren. Op de Nederrijn/Lek is dit ter plaatse van de IJsselkop, op de Waal bij de Pannerdensche Kop en op de Maas bij Mook. Een keuze voor het afvoerniveau van de Bovenrijn te Lobith leidt tot afvoeren bij Hagestein (Lek), Tiel (Waal) en Lith (Maas). In de hydraulische berekening wordt gerekend met een permanent afvoerniveau van de bovenrivieren. Hierdoor is het mogelijk de afvoeren van Hagesteijn, Tiel en Lith ongewijzigd op te leggen bij respectievelijk de IJsselkop, de Pannerdensche Kop en Mook.

PR3757.10 • juli 2018 38

De laterale debieten tussen de afvoerranden en deze drie locaties worden, als gevolg van deze verschuiving, niet opgelegd.

In Barneveld (2012) is aangegeven dat het KNMI, het METoffice en het METEO France verwachten dat op onze breedtegraad wind niet wijzigt. Daarom kan het beste worden uitgegaan van een ongewijzigd stormklimaat. Het KNMI geeft de zeespiegelstijging absoluut ten opzichte van NAP, terwijl in het advies van de Deltacommissie de relatieve zeespiegelstijging ten opzichte van de Nederlandse bodem wordt gegeven. Om de zeespiegelstijging die de Deltacommissie presenteert, te vergelijken met KNMI, zou de relatieve bodemdaling hier vanaf getrokken moeten worden. De scenario’s uit Tabel 3 zijn landelijk vastgesteld en worden voor de minisysteemanalyse gevolgd. Alle strategieën worden uitgevoerd met 0,35 en 0,85 m absolute zeespiegelstijging in 2050 en 2100 (t.o.v. 1990).

A.3 Probabilistische berekeningen

A.3.1 Software Het programma "Wettelijk Toetsinstrumentarium 2011 (WTI2011)" was erop gericht om Hydraulische Randvoorwaarden af te leiden voor de primaire waterkeringen in Nederland. Dit is echter niet uitgevoerd voor de categorie c- keringen langs de Hollandse IJssel. Het was weliswaar mogelijk om voor de HIJ Hydraulische Randvoorwaarden af te leiden, maar dan moest wel worden gerekend zonder falen van de stormvloedkering in de HIJ. Het belang van het meenemen van de faalkans van deze stormvloedkering is inmiddels aangetoond. Daarom is in de periode 2007 en 2008 het model Hydra-BS ontwikkeld. Hydra-BS (versie 1.0) is een kloon van Hydra-B, waarmee analyses met het falen van de SVKHIJ mogelijk worden. Met deze Hydra-BS versie zijn destijds de kennisvragen over de HIJ van DP-RD beantwoord (Botterhuis en Stijnen, 2013). In deze eerste versie van Hydra-BS was de berekening van de lokale waterstand op de HIJ (die ontstaat door combinatie van een rivierafvoer met een storm op zee) sterk vereenvoudigd. De lokale waterstand werd slechts bij één windrichting (WNW) met SOBEK-RE berekend en vervolgens bij de andere windrichtingen gebruikt.

Omdat RWS Directie Zuid-Holland aangaf dat dit op de HIJ te lage waterstanden geeft, is Hydra-BS in november 2013 (Botterhuis, Duits en Stijnen, 2013) zodanig uitgebreid dat ook kan worden gerekend met een database die waterstanden bevat bij álle westelijke windrichtingen (cq. variant 1 oostelijke en 7 westelijke windrichtingen). Inpassing van klimaatscenarios heeft Hydra-BS versie 1.2 opgeleverd (Botterhuis en Duits, 2013). Begin 2016 is een deel van de functionaliteit van Hydra-BS (namelijk de faaloptie van de SVKHIJ i.c.m. 1 en 7 windrichtingen) in Hydra-NL versie 1.2.0 opgenomen (Duits, 2016). Belangrijke nieuwe functionaliteit is het kunnen bepalen van de illustratiepunten, welke de reden was voor deze ontwikkeling t.b.v. de HWBP projecten KIJK (HHSK), Capelle-Moordrecht (HHSK) en Gouda-IJsseldijk (Rijnland). Bij testen van Hydra-NL is gebleken

PR3757.10 • juli 2018 39

dat de Hydra-BS resultaten uit november 2013 goed konden worden gereproduceerd. Recentelijk is versie 2.4.0 van Hydra-NL opgeleverd (Kuijper en Duits, 2017) waarmee de hydraulische belastingen langs de HIJ conform WBI2017 (incl. onzekerheden) kunnen worden doorgerekend. Hydra-NL versie 2.4.0 is in deze studie gebruikt om de waterstanden en hydraulische belastingen langs de HIJ te berekenen.

A.3.2 Koppeling van windsnelheid aan zeewaterstand Voor de koppeling van de windsnelheid aan de zeewaterstand gebruiken we de verwachte windsnelheid. De verwachte windsnelheid (gegeven de zeewaterstand en de windrichting) is per definitie gelijk aan de integraal over het product van de windsnelheid en de kansdichtheid van de windsnelheid gegeven de zeewaterstand en de windrichting:

def  (|,)U m r   u g (|,) u m r du 0 hierin is: U, u de windsnelheid [m/s] m de zeewaterstand bij Hoek van Holland [m+NAP] r de windrichting [graden] (U| mr , ) de verwachte windsnelheid gegeven de zeewaterstand m en windrichting r [m/s] gumr(| ,) de kansdichtheid van de windsnelheid gegeven de zeewaterstand en de windrichting [-].

Informatie over de kansverdeling gumr(| ,) is terug te vinden in (Duits, 2002). De verwachte windsnelheden gegeven de zeewaterstand bij de westelijke windrichtingen zijn weergegeven in Figuur 21. De zeewaterstand van 1,3 m+NAP is als kleinste zeewaterstand gebruikt. Verder op in deze bijlage laten we zien dat dit geen beletsel is om de wind aan de zeewaterstand te koppelen, omdat deze koppeling via de opzet verloopt.

Verwachte windsnelheid gegeven de zeewaterstand en de windrichting 70 Figuur 21 Verwachte ZW windsnelheid 60 WZW gegeven de W zeewaterstand bij WNW 50 Maasmond en de NW NNW windrichting N berekend met 40 kansverdelingen voor het jaartal 2006 met zss 5 cm E(u|m,r) 30 (Bron: Duits, 2002). 20

0 1 2 3 4 5 6 7 m [m+NAP]

PR3757.10 • juli 2018 40

A.3.3 Koppeling van opzet aan zeewaterstand In de vorige paragraaf hebben we laten zien dat de windsnelheid per windrichting gekoppeld is aan de zeewaterstand. Hieruit volgt een koppeling tussen windsnelheid en zeewaterstand. Dit laatste is eigenlijk een niet zo praktische koppeling, omdat de koppeling aangepast zal moeten worden in het geval van zeespiegelstijging. Omdat de opzet op zee in het geval van zeespiegelstijging niet verandert, is het praktischer om de windsnelheid te koppelen aan de opzet (geen invloed van getij). De berekening van waterstanden voor probabilistische berekeningen in de RMM bevat doorgaans zes verschillende opzetten. De laagste opzet is gelijk aan 0 en de andere waardes zijn zo gekozen dat min of meer zeewaterstanden bij Maasmond volgen, die gelijk zijn aan 2, 3, 4, 5 en 6 m+NAP. Hierbij is gerekend met een opzetduur van 35 uur en een getijcyclus van het jaar 1991 (geen zeespiegelstijging). Figuur 22 laat voor een opzet van 3,54 m zien dat hiermee een maximale zeewaterstand bij Maasmond volgt van 4,102 m+NAP als een opzetduur van 35 uur en een zeespiegelstijging van 8 cm wordt gehanteerd.

Figuur 22 Waterstandsverloop bij Maasmond als de combinatie van getij en opzet voor een stormopzetduur van 35 uur en 8 cm zeespiegelstijging.

In Tabel 4 zijn de maximale zeewaterstanden bij Maasmond weergegeven bij een opzetduur van 35 uur en een zeespiegelstijging van 7 cm. Deze combinatie is namelijk voor de produktieberekeningen gebruikt.

Hoogte opzet Zeewaterstand Tabel 4 Maasmond Koppeling opzet aan opzetduur 35 uur zeewaterstand. stijging zee 7 cm [m] [m+NAP] 0,00 1,130 1,29 2,128 2,47 3,129 3,54 4,092 4,57 5,086 5,59 6,073

PR3757.10 • juli 2018 41

A.3.4 Koppeling van windsnelheid aan opzet Gebruik makend van de verwachte windsnelheden gegeven de zeewaterstand bij Maasmond hebben Botterhuis en Duits (2013) met de koppeling van zeewaterstand aan windopzet uit voorgaande sectie de windsnelheid gekoppeld aan de opzet. Het resultaat is weergegeven in Tabel 5. Voor de volledigheid, het betreft hier de potentiële windsnelheid. Voor SOBEK-RE berekeningen is de open-water-windsnelheid nodig. Omrekening naar dit type windsnelheden is beschreven bij de produktieberekeningen in de volgende paragraaf. Afhankelijk van de gekozen zeespiegelstijging en de opzetduur volgen maximale zeewaterstanden bij Maasmond. Tabel 4 is hier een voorbeeld van. De koppeling van zeewaterstand aan de windsnelheid volgt dan door de kolom met opzet te vervangen door de overeenkomstige kolom met zeewaterstanden.

Windrichting Tabel 5 Hoogte ZW WZW W WNW NW NNW N Koppeling van de opzet [m] 225,0° 247,5° 270,0° 292,5° 315,0° 337,5° 0,0° potentiële 1,140 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 windsnelheid [m/s] 2,138 17,42 15,62 13,72 12,89 12,84 11,64 10,12 aan de opzet per 3,139 29,51 25,61 22,01 20,66 19,13 18,36 15,58 windrichting. 4,102 40,73 35,75 31,29 28,96 26,06 24,31 21,44 5,096 49,75 43,68 38,49 35,30 31,50 29,13 26,42 6,083 58,87 51,28 44,71 40,67 36,14 34,00 31,44

A.4 Produktie berekeningen

A.4.1 Gebiedschematisatie Voor het bepalen van het effect van de systeemmaatregelen is een HR- database van de Rijn-Maasmonding (RMM) nodig, waarin waterstanden bij alle westelijke windrichtingen aanwezig zijn. De produktieberekeningen voor de HIJ zijn uitgevoerd met het MHWp instrumentarium versie 3.2 (Van der Klis en Markus, 2007). De beschikbare schematisatie van de RMM voor dit instrumentarium is hetzelfde als de schematisatie, die gebruikt is voor het DP-RD (Slootjes et. al, 2010). De productieberekeningen voor dit gebied bestaan uit waterstandsberekeningen met SOBEK-RE. De RMM is met het SOBEK-RE instrumentarium geschematiseerd. In Figuur 23 is weergegeven wat de relatie is tussen deze schematisatie en de schematisatie van WTI2011. Voor het DP-RD is besloten dat de schematisatie gevormd dient te worden op basis van de schematisatie uit WTI2011 met daarin opgenomen de PKB-maatregelen voor de korte termijn. Verondersteld is dat deze aanpassing geen invloed heeft op de uitkomsten van de productieberekeningen op locaties langs de HIJ.

PR3757.10 • juli 2018 42

Figuur 23 WTI2011(Pris) Opbouw voor het status: geen uitgangsmodel voor DP-RD. Tussen haakjes staan de WTI2011-basis stuurprogramma’s Pris en de MHWp (MHWp) (bron: Slootjes et al, 2011). +

Uiterwaardvergravi Komberging Ontpoldering Noord Ontpoldering ng Avelingen VolkerakZoom- waard Overdiepse Polder (SNIP3) (SNIP3) meer

DP-RD versie A(MHWp) +

Oosterschelde Grevelingen Westerschelde

DP-RD versie B(MHWp)

A.4.2 Stormvloedkering Hollansche IJssel Bij het vaststellen van de Hydraulische Randvoorwaarden 2006 voor de categorie c-keringen langs HIJ is ervoor gekozen deze te bepalen zonder de faalkans van de SVKHIJ in rekening te brengen. Tevens zijn de effecten van de uitslag van de boezem– en poldergemalen van de aanliggende waterschappen (tot het overeengekomen maalstoppeil van 2,6 m+NAP) verwaarloosd en is gebruik gemaakt van een geschematiseerde sluitstrategie.

De formele procedure voor het sluiten van de SVKHIJ is vastgelegd in het Waterakkoord HIJ uit 2005. Het sluiten is afhankelijk van de (verwachte) waterstanden bij Hoek van Holland en het waterbezwaar op de Rijnlandse boezem. In Artikel 4 van het Waterakkoord staat: o Wanneer onder stormomstandigheden een waterstand te Hoek van Holland verwacht wordt tussen 2 m+NAP en 3 m+NAP, tezamen met een waterbezwaar op Rijnlands boezem kleiner dan gemiddeld 100 m3/s, wordt de stormvloedkering in de HIJ gesloten op basis van een keerpeil van 2,25 m+NAP. o Wanneer onder stormomstandigheden een waterstand te Hoek van Holland verwacht wordt tussen 2 m+NAP en 3 m+NAP, tezamen met een

PR3757.10 • juli 2018 43

waterbezwaar op Rijnlands boezem groter dan gemiddeld 100 m3/s, wordt de SVKHIJ gesloten op de laagwaterkentering voorafgaande aan de stormvloed. o Wordt naar verwachting het peil van 3 m+NAP te Hoek van Holland overschreden, dan wordt de kering op laagwaterkentering voorafgaande aan de stormvloed gesloten. Dit is opgenomen om voldoende capaciteit voor uitslagwater te creëren.

Op basis van nader uitzoekwerk en persoonlijke communicatie blijken er subtiele verschillen te zitten tussen de formele procedure volgens het Waterakkoord en de daadwerkelijke praktijk: "De waterstand 2,25 m+NAP is het keerpeil en niet het sluitpeil. Bij het bereiken van het keerpeil dient de kering gesloten te zijn. Het werkelijke sluitpeil is eerder 2,0 m+NAP, al naargelang de omstandigheden en de beoordeling van de situatie door de bediening. Sluiten op lokaal 1,80 m+NAP is het compromis (bedacht door Henk de Deugd) tussen kentering- en peilsluiting om gemiddeld over afvoeren opzetbereik het ongeveer goed te doen qua bergingseffect op de overige delen van de RMM. Of dit sluitpeil voor de HIJ zelf wel zo'n goed idee is, is nog maar de vraag (email: S. de Goederen, 2013)."

Naast de formele procedure en de praktijk, hebben we tot slot nog te maken met de mogelijkheden binnen het gebruikte hydraulische model (SOBEK-RE). In de produkctieberekeningen (waarmee de databases zijn gemaakt die de basis zijn van deze mini-systeemanalyse) is als volgt met bovenstaande punten omgegaan: 1. Bij het bepalen van de MHW's en HBN's voor de HIJ is géén rekening gehouden met de uitslag van pompen en gemalen op de HIJ. Voor de pompen en gemalen die uitslaan op de HIJ geldt een maalstoppeil van 2,6 m+NAP. Indien de berekende waterstand bij de norm lager is dan dit peil, wordt de 'norm'-waterstand (achteraf) gecorrigeerd tot 2,6 m+NAP. 2. Omdat de werkelijke sluitstrategie complex is, is in dit onderzoek alleen gebruik gemaakt van een zogenaamde "peilsluiting". In het model wordt de SVKHIJ in de schematisatie gesloten op een overschrijding van een lokale waterstand van 2,0 m+NAP (corresponderend met een keerpeil van 2,25 m+NAP).

In Botterhuis en Duits (2013) is geprobeerd om met de versie 4.1.3 van de MHW-processor te rekenen, waarin het mogelijk is om automatisch met een falende SVKHIJ te rekenen. Dit is niet gelukt. In overleg met RWS/WVL is daarna besloten verder te rekenen met versie 3.2.1 (waar tot nu toe in het kader van DP-RD steeds mee is gerekend). In die versie wordt het falen van de SVKHIJ buiten het instrumentarium MHWp om geregeld. In de geautomatiseerde berekening van versie 3.2.1 kan slechts één toestand van de SVKHIJ worden gecombineerd met verschillende rivierafvoeren en zeewaterstanden en twee toestanden van de Europoortkering. In Botterhuis en Duits (2013) zijn twee sets berekeningen gemaakt: een set met een correct werkende SVKHIJ en een set met een falende SVKHIJ. Op basis hiervan zijn met de MHWp twee Hydra-B HR-databases aangemaakt.

PR3757.10 • juli 2018 44

Omdat de programmatuur van Hydra-NL een voorgeschreven aantal toestanden van de keringen oplegt, is de benodigde database op een kunstmatige wijze samengesteld uit 2 of 14 Hydra-B HR-databases (Duits, 2016). Hydra-NL verondersteld een database waarin een correct functionerende toestand en een falende toestand van de stormvloedkeringen Europoort en Hollandse IJssel worden gecombineerd tot 4 lokale waterstanden per uitvoerlocatie per hydraulische belasting. Deze 4 lokale waterstanden volgen uit de volgende combinaties. o In de database worden 2 toestanden van de Europoortkering verondersteld, namelijk een werkende kering en een kering die faalt bij het sluiten. o Voor de kering in de HIJzijn 2 toestanden (namelijk correct werkend en niet sluiten) opgenomen.

A.4.3 Hydraulische belastingen In Botterhuis en Duits (2013) is met een beperkte set van 54 belastinggevallen per windrichting en per toestand van de keringen gerekend. Hierbij is uitgegaan van een Rijndominante afvoerbelasting en een zeewaterstand die gekoppeld is aan de windbelasting. Voor ieder zichtjaar zijn aparte berekeningen gemaakt (zie Tabel 6, Tabel 7 en Tabel 8 voor een overzicht). Per zichtjaar is alleen de zeewaterstand (cq. zeespiegelstijging) gewijzigd. Door een hogere zeespiegel vult het bekken van de Rijn-Maasmonding zich tot een hoger niveau (de zee dringt verder de riviertakken op). Hierdoor is het onvoldoende om de zeespiegelstijging alleen in de statistiek van de zeewaterstanden te verwerken. Het is voldoende om de toename van de rivieraf alleen in de statistiek te verwerken, hierdoor wijzigen deze waarden niet (tussen de tabellen). Vooralsnog wordt ervan uitgegaand dat de sterkte van de windkracht niet zal veranderen door klimaatontwikkeling.

Stochast Dimensie Waarden Aantal Tabel 6 Rijnafvoer m3/s Rijngedomineerd met 50% Maas: 9 Combinaties van 600, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, stochasten voor de 13000, 16000, 18000 productieberekening Zeewaterstand m+NAP 1,130, 2,128, 3,129, 4,092, 5,086, 6 en van zichtjaar 6,073 2015. Keringtoestanden n.v.t. Europoortkering: open en dicht 2*2 SVK Hollandse IJssel: open en dicht Windrichting ° 225, 247,5, 270, 292,5, 315, 337,5, 7 360 Windsnelheid m/s Afhankelijk van zeewaterstand en - windrichting Totaal aantal belastinggevallen in de westelijke windsector: 9*6*7*(2*2) 1512

PR3757.10 • juli 2018 45

Stochast Dimensie Waarden Aantal Tabel 7 Rijnafvoer m3/s Rijngedomineerd met 50% Maas: 9 Combinaties van 600, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, stochasten voor de 13000, 16000, 18000 productieberekening Zeewaterstand m+NAP 1,410, 2,408, 3,409, 4,372, 5,366, 6 en van zichtjaar 6,353 2050. Keringtoestanden n.v.t. Europoortkering: open en dicht 2*2 SVK Hollandse IJssel: open en dicht Windrichting ° 225, 247,5, 270, 292,5, 315, 337,5, 7 360 Windsnelheid m/s Afhankelijk van zeewaterstand en - windrichting Totaal aantal belastinggevallen in de westelijke windsector: 9*6*7*(2*2) 1512

Stochast Dimensie Waarden Aantal Tabel 8 Rijnafvoer m3/s Rijngedomineerd met 50% Maas: 9 Combinaties van 600, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, stochasten voor de 13000, 16000, 18000 productieberekening Zeewaterstand m+NAP 1,910, 2,908, 3,909, 4,872, 5,866, 6 en van zichtjaar 6,853 2100. Keringtoestanden n.v.t. Europoortkering: open en dicht 2*2 SVK Hollandse IJssel: open en dicht Windrichting ° 225, 247,5, 270, 292,5, 315, 337,5, 7 360 Windsnelheid m/s Afhankelijk van zeewaterstand en - windrichting Totaal aantal belastinggevallen in de westelijke windsector: 9*6*7*(2*2) 1512

In SOBEK-RE wordt de open-water-windsnelheid opgelegd. In Hydra-NL wordt gerekend met de potentiële windsnelheid. Voor de omrekening van de

potentiële windsnelheid (Up) naar de open-water-windsnelheid op 10 meter

hoogte met een ruwheidslengte van 2 mm (U10) wordt binnen Hydra-NL Tabel 9 gebruikt. De opgelegde koppeling tussen zeewaterstand, windrichting en –snelheid is beschreven in de voorgaande sectie van deze bijlage. In Tabel 10, Tabel 11 en Tabel 12 staat de uitwerking van deze koppeling in open- water-windsnelheid. De getallen uit deze tabellen zijn in de productieberekeningen met het MHWp-instrumentarium aan het hydraulische model opgelegd.

Up U10 Up U10 Up U10 Tabel 9 [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] Omrekening van 0,00 0,00 17,00 18,53 34,00 35,59 potentiële wind- 1,00 1,12 18,00 19,56 35,00 36,56 snelheid (Up) naar 2,00 2,25 19,00 20,59 36,00 37,53 open-water-wind- 3,00 3,37 20,00 21,62 37,00 38,50 snelheid op 10- 4,00 4,49 21,00 22,64 38,00 39,47 meter hoogte met 5,00 5,61 22,00 23,66 39,00 40,43 een ruwheidslengte 6,00 6,74 23,00 24,68 40,00 41,39 van 2 mm (U10). Deze tabel is op 30 7,00 7,86 24,00 25,69 41,00 42,34 september 2003 8,00 8,97 25,00 26,69 42,00 43,30 gemaakt door E.J. 9,00 10,06 26,00 27,69 43,00 44,25 Claessens m.b.v. 10,00 11,14 27,00 28,69 44,00 45,20 van de methodiek 11,00 12,21 28,00 29,69 45,00 46,14 die beschreven is in 12,00 13,28 29,00 30,68 46,00 47,08 (De Waal, 2003). 13,00 14,34 30,00 31,67 47,00 48,03 14,00 15,39 31,00 32,65 48,00 48,96 15,00 16,44 32,00 33,64 49,00 49,90

PR3757.10 • juli 2018 46

16,00 17,49 33,00 34,62 50,00 50,83

Zeewater Windrichting Tabel 10 Maasmond ZW WZW W WNW NW NNW N Koppeling open- [m+NAP] 225,0° 247,5° 270,0° 292,5° 315,0° 337,5° 0,0° water-wind snelheid 1,130 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 [m/s] aan de 2,128 18,96 17,09 15,10 14,22 14,17 12,89 11,27 zeewaterstand bij 3,129 31,18 27,30 23,67 22,29 20,72 19,93 17,05 Maasmond per 4,092 42,08 37,29 32,94 30,64 27,75 26,00 23,09 windrichting voor 5,086 50,60 44,90 39,94 36,85 33,15 30,81 28,11 zichtjaar 2015. 6,073 59,18 52,03 45,87 42,03 37,67 35,59 33,09

Zeewater Windrichting Tabel 11 Maasmond ZW WZW W WNW NW NNW N Koppeling open- [m+NAP] 225,0° 247,5° 270,0° 292,5° 315,0° 337,5° 0,0° water-wind snelheid 1,410 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 [m/s] aan de 2,408 18,96 17,09 15,10 14,22 14,17 12,89 11,27 zeewaterstand bij 3,409 31,18 27,30 23,67 22,29 20,72 19,93 17,05 Maasmond per 4,372 42,08 37,29 32,94 30,64 27,75 26,00 23,09 windrichting voor 5,366 50,60 44,90 39,94 36,85 33,15 30,81 28,11 zichtjaar 2050. 6,353 59,18 52,03 45,87 42,03 37,67 35,59 33,09

Zeewater Windrichting Tabel 12 Maasmond ZW WZW W WNW NW NNW N Koppeling open- [m+NAP] 225,0° 247,5° 270,0° 292,5° 315,0° 337,5° 0,0° water-wind snelheid 1,910 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 [m/s] aan de 2,908 18,96 17,09 15,10 14,22 14,17 12,89 11,27 zeewaterstand bij 3,909 31,18 27,30 23,67 22,29 20,72 19,93 17,05 Maasmond per 4,872 42,08 37,29 32,94 30,64 27,75 26,00 23,09 windrichting voor 5,866 50,60 44,90 39,94 36,85 33,15 30,81 28,11 zichtjaar 2100. 6,853 59,18 52,03 45,87 42,03 37,67 35,59 33,09

Uitgaande van de bovenstaand beschreven belastinggevallen is in Botterhuis en Duits (2013) voor elk zichtjaar een nieuwe HR-database gemaakt. Voor elk zichtjaar is per toestand van de SVKHIJ en per windrichting een berekening uitgevoerd, m.a.w. 14 keer is een Hydra-B database aangemaakt van 108 combinaties (nl. 2 toestanden Europoortkering i.c.m. 6 zeewaterstanden en 9 rivierafvoeren). Deze 14 databases bevatten de lokale waterstanden van de locaties langs de Hollandse IJssel. Vervolgens zijn deze 14 losse databases gebruikt om voor één Hydra-NL database aan te maken (voor elk zichtjaar één database). Hierin zijn dus waterstanden voor alle westelijke windrichtingen aanwezig. In Tabel 13 staat een overzicht van deze databases, die ook in het kader van OI2014v4 (Smale, 2016) moeten worden gehanteerd.

Klimaat- Zeespiegel- Beschikbare databases fysica Tabel 13 scenario stijging Beschikbare HR- [m] databases voor de 2015 0,07 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb HIJ (conform 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb OI2014v4 bron: 2015ref_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb Smale, 2016). 2050 W+ 0,35 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb 2050ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb 2100 W+ 0,85 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_as_c_v00.mdb 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_14_v00.mdb 2100ws_SVKc_HollandscheIJssel_oever_c_15_v00.mdb

PR3757.10 • juli 2018 47

B Aanpassen HR-databases

Deze bijlage beschrijft de wijze waarop de HR-databases zijn aangepast, zodat het effect van de systeemmaatregelen kan worden berekend. Hiervoor zijn eerst verstorende effecten in de bestaande HR-databases beschreven en aansluitend de wijze waarop deze zijn verwijderd.

B.1 Artefacten van de modellering

Uit een analyse van de waterstanden in de HR-databases blijkt dat er een aantal effecten in de databases zitten, die verstorend zullen werken bij de bepaling van het effect van de systeemmaatregelen die in deze mini- systeemanalyse worden onderzocht. Om een goede analyse mogelijk te maken, verwijderen we op pragmatische wijze deze effecten uit de databases. De waterstanden in de databases zijn berekend met de MHWprocessor v3.2 (Van der Klis en Markus, 2007) waarmee een vaste set randvoorwaarden met een SOBEK-RE model van de RMM is gesimuleerd. In bijlage A zijn de uitgangspunten van deze berekeningen besproken. Door de waterstanden en sluitsituaties in deze databases te bekijken zijn we erachter gekomen dat er een aantal artefacten als resultaat van de simulatie van de waterbeweging in de databases zijn terechtgekomen.

B.1.1 Translatiegolf Het sluitregime van de SVKHIJ is gemodelleerd als een 'lokale' peilsluiting. De kering sluit wanneer in het model het peil van 2,0 m+NAP bij Krimpen aan den IJssel is overschreden. Omdat dit sluitmoment niet (of nauwelijks) overeen komt met kentering, kunnen er redelijke stroomsnelheden aanwezig zijn wanneer de kering sluit. Dit kan leiden tot een translatiegolf op de HIJ. De rivier achter de kering (tussen Gouda en Krimpen) wordt als het ware een bakje met klotsend water. Doordat de riviertak met een 1D-model is gemodelleerd (numeriek Preismann-schema), verwachten wij dat er minder demping van de golf optreedt dan in werkelijkheid. Wij verwachten dat de golf in de simulatie te groot is. In deze studie onderzoeken wij het effect van sluiten op kentering. Hierbij treden (tijdens het sluiten van de kering) nabij de stormvloedkering lage stroomsnelheden op, wat naar verwachting ook een kleinere golf tot gevolg heeft (als deze al ontstaat).

Om een indruk te geven van deze translatiegolf, laat Figuur 24 de waterstanden achter een gesloten stormvloedkering zien vlak voor en na het optreden van de maximale waarde. De lichtblauwe lijnen zijn waterstanden die eerder optreden dan de maximale waarde, de donkerblauwe lijnen zijn waterstanden die later optreden. De grijze lijn laat de maximale waterstand zien, welke vervolgens in de database is opgenomen. De golf die door het systeem loopt is duidelijk te zien. Tegen de kering bij Krimpen en de scheepvaartsluizen bij Gouda geeft deze een verhoogde waterstand, omdat hij op deze locaties reflecteert.

PR3757.10 • juli 2018 49

Figuur 24 Waterstanden in de tijd langs de HIJ achter een gesloten kering bij Rijnafvoer 18.000 m3/s, zeewaterstand van 2,1 m+NAP en noordwestenwind 14 m/s.

Wanneer we bij een iets hogere zeewaterstand de waterstanden langs de HIJ bekijken, zien we het beeld uit Figuur 25. Ondanks de hogere zeewaterstand zijn de waterstanden langs de Hollandsche IJssel (achter een gesloten kering) toch lager. Rondom de maximale waarde is hier ook minder schommeling te zien van de waterspiegel op de HIJ.

Figuur 25 Waterstanden in de tijd langs de HIJ achter een gesloten kering bij Rijnafvoer 18.000 m3/s, zeewaterstand van 3,1 m+NAP en noordwestenwind 22 m/s.

B.1.2 Niet sluiten bij uitstroom De vorige paragraaf legt uit dat de kering in de modelberekeningen sluit wanneer een waterstand van 2,0 m+NAP bij Krimpen wordt bereikt. Om echter daadwerkelijk tot sluiting over te gaan moet de stroming van de HIJ richting Gouda lopen. Het zou immers niet logisch zijn de kering te sluiten wanneer het water richting de Nieuwe Maas stroomt. Deze modelkeuze leidt ertoe dat er enkele decimeters hogere waterstanden dan het keerpeil bij Krimpen in de database kunnen voorkomen bij een gesloten situatie.

PR3757.10 • juli 2018 50

B.1.3 Effect van de wind Het waterstandsverschil tussen Gouda en Krimpen aan den IJssel kan bij hoge windsnelheden is erg groot. Dit komt voor het grootste deel door de windopzet, al spelen hier ook golfeffecten mee. Wanneer we het windverhang uit de SOBEK-RE berekeningen vergelijken met het windverhang zoals we dit met een vuistregel komen de resultaten redelijk overeen, zoals Figuur 26 laat zien. De vuistregel is gebaseerd op open water (Bezuyen et. al, 2012), en ziet er als volgt uit: 푈 푖 =퐶 ∙ 푔푑

waarin CD afhankelijk is van de windsnelheid, en bepaald wordt op basis van

interpolatie (CD = 0.0014 voor 7,8 m/s, CD = 0.0039 voor 50,0 m/s).

De potentiële wind uit de database moet worden vertaald naar U10. Dit verhang is vervolgens vermenigvuldigd met de effectieve lengte (afhankelijk van de windrichting) van de Hollandsche IJssel. Dit suggereert dat er te weinig beschutting 'hiding' wordt meegenomen, onze verwachting is namelijk dat bij het wateroppervlak van de HIJ de windkracht geringer is dan op 10 meter hoogte. Daarnaast is er nog het effect van de wind-drag (@ref) dat bij hoge windsnelheden voor minder opzet zorgt.

Figuur 26 Verhouding tussen windverhang uit SOBEK- berekeningen en handberekeningen

Volgens is er aanleiding om te vermoeden dat het effect van de wind wordt overschat. In de SOBEK-RE berekeningen spelen echter ook andere effecten mee, zoals de eerder besproken translatiegolf. We kunnen op basis van deze analyse dus niet met zekerheid zeggen wat het effect van de wind is, laat staan een correctie doorvoeren. We houden ons daarom bij het advies om het effect van de wind nader te onderzoeken in een vervolgstudie en hanteren in deze studie het berekende effect van de wind.

PR3757.10 • juli 2018 51

B.1.4 Discretisatie zeewaterstand In de databases met hydraulische randvoorwaarden is voor elke belastingcombinatie een waterstand bij de open en gesloten SVKHIJ aanwezig. Wanneer het sluitpeil niet wordt bereikt sluit de kering niet, en zijn de waterstanden in de 'gesloten' som (nagenoeg) hetzelfde als de waterstanden bij de 'open' som. In de database voor het huidige klimaat zijn de zeewaterstanden, waarbij SOBEK-RE berekeningen zijn gemaakt (Tabel 6): 1,13; 2,128; 3.129; 4,092; 5,086; 6,073 m+NAP. Het kan dus voorkomen dat bij een lagere zeewaterstand de kering niet sluit, en bij een hogere wel.

In de probabilistische berekeningen wordt met een kleinere discretisatie van de stochasten gerekend voor een nauwkeurigere resultaat. Door interpolatie tussen de SOBEK-RE resultaten worden de waarden van dit fijnere rekenrooster bepaald. Wanneer de kering in Hydra-NL bij een zeewaterstand van 1,8 m+NAP wel sluit, interpoleert Hydra tussen een open en een gesloten situatie.

Het effect van deze (grove) discretisatie is onderzocht door in de database extra zeewaterstanden toe te voegen aan de database. Deze fijnere discretisatie heeft (i.t.t. onze verwachting) echter geen effect op het resultaat. De oorzaak hiervan is als volgt: 3. De kering sluit altijd bij een zeewaterstand tussen 1,13 en 2,128 m+NAP, enkele uitzonderingen daar gelaten. 4. Verfijnen tussen deze zeewaterstanden heeft alleen effect als een combinatie van gesloten kering en lage zeewaterstand dominant is voor falen. 5. De gesloten som is alleen dominant voor falen als er een redelijk hoge windsnelheid optreedt. 6. De windsnelheid is in het belastingmodel van de HIJ 1-op-1 gerelateerd aan de zeewaterstanden, dus hoge windsnelheden komen alleen voor bij hoge zeewaterstanden. 7. De dominante situatie voor falen zal in een situatie waarin de kering gesloten is dus altijd bij hogere zeewaterstanden liggen dan het bereik waarin we verfijnen.

Via de uitsplitsingen in Hydra-NL kan deze hypothese gecontroleerd worden. We kijken daarvoor naar de kansbijdrage van de zeewaterstanden bij een scenario waarvoor de gesloten situatie redelijk belangrijk is. De cumulatieve kansbijdrage per zeewaterstand voor de gesloten situatie is weergeven in Figuur 27. Het is duidelijk te zien dat de lage zeewaterstanden niet bijdragen aan falen. Voor de klimaatscenario’s waarbij de zeespiegel stijgt, is dit in nog mindere mate het geval. De uitkomst van deze analyse is dus dat een fijnere discretisatie van de zeewaterstand geen effect heeft op het resultaat. Merk hierbij wel op dat dit een gevolg is van de een-op-een relatie tussen zeewaterstand en windsnelheid.

PR3757.10 • juli 2018 52

Figuur 27 Cumulatieve kansbijdrage van de zeewaterstand voor een maatgevende situatie, wanneer de kering gesloten is. De lijnen laten zien dat de maatgevende zeewaterstanden over het algemeen ver boven het bereik liggen waarbinnen verfijnen zin heeft.

B.2 Aanpassen databases voor verwijderen modelartefacten

In de vorige sectie is besproken welke modelartefacten er in de databases aanwezig zijn. Hier zijn twee onderdelen uit voortgekomen die aangepast worden, namelijk de translatiegolf en het niet sluiten boven sluitpeil.

B.2.1 Opties voor verwijderen translatiegolf Om het effect van de translatiegolf te verwijderen zijn we op zoek gegaan naar een waterstandsverloop waarbij de golf minder weerkaatst, maar waar wel het effect van de windopzet goed in zit. Hiervoor zijn verschillende opties beschikbaar: 1. Nieuwe modelsimulaties doen, waarbij de kering sluit op kentering: Hiervoor moet er een nieuw model worden gemaakt, of het huidige model worden aangepast. Deze optie valt af, omdat dit buiten de scope van deze mini-systeemanalyse valt. 2. Vuistregels gebruiken om de waterstanden in te schatten: Het nadeel van deze optie is, dat het lastig is dit complexe systeem in vuistregels te vatten. De windopzet zouden we kunnen inschatten, maar de overige fysica van het systeem is niet te simuleren op deze manier waardoor deze optie ook af valt. 3. De huidige modelsimulaties in aangepaste vorm gebruiken: De meest voor de hand liggende optie is om de huidige simulaties te gebruiken, en deze waar nodig te corrigeren. We kunnen dan de open situatie in aangepaste vorm gebruiken voor de gesloten situatie. In de open situatie is namelijk de reflecterende golf niet aanwezig, maar wel de windopzet en overige fysica.

We zijn op zoek naar de waterstand ten gevolge van windopzet en de fysica van het systeem, maar zonder de translatiegolf. Hiervoor gebruiken we optie

PR3757.10 • juli 2018 53

3 van de hiervoor beschreven mogelijkheden (de sommen van de open situatie). Natuurlijk moeten de waterstanden dan wel aangepast worden zodat ze aansluiten bij het keerpeil. Verder kan in de gesloten situatie het water horizontaal gaan staan, als de storm gaat liggen en de kering nog dicht is (omdat de waterstand op de Nieuwe Maas door hoge rivierafvoer nog is verhoogd). Het voordeel van de open situatie gebruiken om de dichte te omschrijven, is dat we ook een verhanglijn kunnen afleiden voor de situaties waarin er geen sluiting is, terwijl we dat eigenlijk wel zouden willen, zoals omschreven in paragraaf B.1.2.

B.2.2 Aanpassen gesloten situatie Zoals de vorige paragraaf al kort beschreef, passen we de gesloten situatie in de database aan op basis van de open situatie. De volgende 4 stappen beschrijven deze aanpassing: 1. Overnemen van de open situatie voor de gesloten situatie: Voor de belastingcombinaties waarbij de kering sluit, wordt de gesloten situatie vervangen door de open situaties. Hoe deze combinaties worden afgeleid wordt beschreven in de volgende paragraaf. 2. Verschuiven van de verhanglijn naar keerpeil: Vervolgens moeten de waterstanden verschoven worden naar het keerpeil. In de database zijn de waterstanden voor km 0 (Gouda) tot km 17 aanwezig. De kering ligt op km 18, dus de waterstanden voor deze laatste kilometer worden geëxtrapoleerd. Vervolgens wordt de gehele verhanglijn zodanig verschoven dat de minimale waterstand overeenkomt met het keerpeil. Dit zal meestal de waterstand bij de SVKHIJ zijn, maar als de wind vanuit het zuidwesten komt kan dit ook een andere locatie langs de rivier zijn. 3. Verwijderen van golfeffecten: Ook in de open situatie kan het water in de riviertak enigszins schommelen. Hierdoor kunnen tussen de kering en het midden van de Nieuwerkerk nog ‘hobbels’ in de verhanglijn zitten. We interpoleren daarom de waterstanden tussen kilometer 8 en de kering, en nemen het minimum van de verhanglijn, en deze geïnterpoleerde lijn. Hiermee zijn eventuele uitschieters door golven verwijderd. 4. Compenseren voor het nivelleren van de bak water in de gesloten situatie Wanneer de bak met water lang genoeg stil staat zal het waterniveau nivelleren. Dit zal benedenstrooms tot hogere waterstanden leiden. Om dit effect in de verhanglijn te verwerken berekenen we de gemiddelde waterstand op de riviertak. Mocht de scheefstand door wind extreem zijn, dan gaan we er echter vanuit dat de bak niet geheel nivelleert, en het niveau bij de kering tot keerpeil + 30 cm komt. Om het effect van nivelleren te verwerken verhogen we elke waterstand onder het niveau MIN(gemiddelde, keerpeil +30cm) tot dit niveau.

Aan de hand van twee voorbeelden proberen we deze aanpak te verduidelijken. In Figuur 28 is een eerste voorbeeld gegeven voor de belastingcombinatie met een hoge afvoer en een relatief lage zeewaterstand. De blauwe lijn geeft dus de gesloten situatie weer. Eerst wordt hiervoor de

PR3757.10 • juli 2018 54

open situatie overgenomen, de oranje lijn. Deze wordt vervolgens verschoven naar keerpeil, wat de groene lijn geeft. Vervolgens wordt bepaald wat er zou gebeuren als het water geheel nivelleert, wat leidt tot de uiteindelijke rode lijn. Merk op dat wanneer het genivelleerde waterniveau hoger zou zijn dan 2,55 m+NAP (2,25 + 0,30), dit niveau gekozen zou zijn als minimum waterstand.

Figuur 28 Aanpassen waterstanden voor

Qlobith = 18.000 m3/s, ZWS = 2.128 m+NAP, open Europoort en windrichting NW

Een tweede voorbeeld is gegeven in Figuur 29. Deze verhanglijn hoort bij een lage afvoer en een hoge zeewaterstand. De waterstanden zijn voor deze combinatie wat meer gevarieerd, beide in de open en gesloten situatie. Hetzelfde stappenplan wordt gevolgd als in het vorige voorbeeld. Voor deze situatie leidt de gekozen aanpak tot hogere waterstanden dan de originele waarden.

Figuur 29 Aanpassen waterstanden voor 3 Qlobith = 3.000 m /s, ZWS = 5.086 m+NAP, open Europoort en windrichting WNW

B.2.3 Afleiden gesloten situaties Uit analyse van de SOBEK-berekeningen waarvan de waterstanden in de database zitten blijkt dat er in sommige gevallen geen sluiting plaatsvindt, terwijl we dit wel verwachten. Dit gebeurt in twee situaties:  Wanneer de stroomrichting van de HIJ richting de Nieuwe Maas is, sluit de kering niet. Dit is logisch, het zou namelijk gek zijn een rivier af te sluiten

PR3757.10 • juli 2018 55

wanneer deze leegloopt. In de Hydra-berekening is dit echter niet bekend, en wordt een hoge (open) waterstand gebruikt voor een situatie waar het sluitpeil overschreden is.  Wanneer de Europoortkering sluit en de afvoer op de Rijntakken laag is kan het voorkomen dat het sluitpeil bij de SVKHIJ niet overschreden wordt. In werkelijkheid betekent dit dat de voorspelde waterstand bij Rotterdam de 2.60 m+NAP overschreden heeft, waarmee in de voorspelling de 2.00 m+NAP bij Krimpen ook overschreden is. Bij een peilsluiting kan deze situatie daadwerkelijk voorkomen, maar wanneer op kentering gesloten wordt, wordt de voorspelling gebruikt en zal de HIJ- kering (eerder) sluiten.

In beide situaties willen we voor de Hydra-berekeningen wel beschikking hebben over de gesloten situatie. De situaties waarbij de Europoortkering sluit en de SVKHIJ ook op voorspelling zou sluiten kunnen we niet bepalen. We kunnen uit de SOBEK-berekeningen namelijk niet afleiden wat de voorspelde waterstand bij Krimpen is. Voor het aanpassen van de database leiden we dus alle situaties af waarbij de waterstand bij Krimpen 2,0 m+NAP overschrijdt. Dit doen we door het waterstandsverloop in de SOBEK- berekeningen te analyseren.

B.2.4 Resultaat van aanpassingen Door de gesloten situatie aan te passen, veranderen de resultaten die Hydra berekent. Om goed aan te sluiten bij de bestaande berekeningen en huidig beheer van de SVKHIJ willen we niet te veel verschillen ten opzichte van de originele database. Het doel van dit project is namelijk om het effect van verschillende beheervarianten te bepalen, en niet het effect van een aanpassing aan de database. Wat we echter wel willen zien, is dat de golfeffecten in mindere mate aanwezig zijn. Figuur 30 laat de berekende waterstanden voor de originele database en de aangepast database zien. In de aangepaste database is de waterstand te Krimpen aan de IJssel op de HIJ bij sluiten als 2,0 m+NAP wordt overschreden. Deze waterstanden komen daarmee overeen met de huidige peilsluiting bij een sluitpeil van 2,25 m+NAP.

Figuur 30 Waterstanden voor T=3000 jaar berekend met de originele en de aangepaste database.

PR3757.10 • juli 2018 56

De waterstanden zijn over het gehele bereik iets lager. Richting Krimpen verwachten we dit, omdat de uitschieters van de translatiegolf verwijderd zijn. Richting Gouda neem het effect af, omdat hier de windopzet dominant wordt. De uitschieters die we in paragraaf B.1.1 beschreven zijn groter dan de verschillen die bij Krimpen te zien zijn. De reden dat de waterstanden wellicht wat hoger zijn dan verwacht is omdat alle waterstandslijnen naar 2,25 m+NAP zijn verschoven, een redelijk conservatieve aanname, en doordat de waterstanden in de dichte situatie naar het genivelleerde niveau verschoven zijn (zie paragraaf B.2.2).

De nieuwe databases hebben ondanks de kleine verschillen twee belangrijke voordelen ten opzichte van de originele database:  De database bevat minder uitschieters, waardoor de kans kleiner is op specifieke belastingcombinaties die de Hydra-berekening verstoren.  Het is met deze methodiek mogelijk om voor elke combinatie van rivierafvoer en storm, een gesloten situatie te genereren. Ook voor degenen waarbij we in de SOBEK-RE productieberekeningen geen sluiting hebben.

B.3 Aanpassen databases voor sluiten bij kentering i.c.m waterbezwaar

De vorige paragraaf beschreef de aanpassingen in de databases, gemaakt om de modelartefacten te verwijderen. Er zijn echter ook aanpassingen aan de databases gedaan om de verschillende varianten van sluiten bij kentering in combinatie met waterbezwaar uit de aanliggende boezemsystemen te genereren. Deze aanpassingen worden in deze sectie van de bijlage besproken.

B.3.1 Waterstand bij sluiten op kentering Sluiten op kentering houdt in dat op het moment van sluiten de buitenwaterstand op de Nieuwe Maas lager is dan bij een peilsluiting, en de waterstand achter de kering na sluiten dus ook lager zal zijn. Hierdoor zullen de waterstanden bij een gesloten situatie lager zijn langs de gehele HIJ. Voor het huidige klimaat wordt een waterstand van 1,0 m+NAP aangenomen als waterstand bij sluiten, wanneer gesloten wordt op kentering (@ref). Voor de zichtjaren 2050 en 2100 van klimaatscenario KNMI2006 W+ wordt een zeespiegelstijging van respectievelijk 35 en 85 cm verwacht (Tabel 3). Dit zal ongetwijfeld effect hebben op de waterstand bij sluiten te Krimpen. Om te bepalen hoe groot dit verschil is bekijken we het waterstandsverloop bij Krimpen, in een situatie zonder stormopzet en een gemiddeld afvoerniveau (3.000 m3/s) . De waterstanden voor deze situatie zijn weergeven in Figuur 31. Op basis van het gemiddelde nemen we voor de waterstand bij sluiten voor 2050 en 2100 respectievelijk 1,25 m+NAP en 1,75 m+NAP. Merk op dat de waarden in de figuur aanzienlijk lager zijn. Dit is echter voor een situatie zonder storm.

PR3757.10 • juli 2018 57

Figuur 31 Waterstanden bij Krimpen voor de verschillende klimaatscenario’s

Nu bekend is wat de waterstand bij sluiten is voor de verschillende zichtjaren rest nog de uitleg hoe dit in de database is verwerkt. Ten eerste is er een verschil tussen de waterstand bij sluiten, en de waterstand ná sluiten. We nemen aan dat de waterstand ná sluiten 25 cm hoger is, dus voor de 3 zichtjaren 1,25; 1,50 en 2,00 m+NAP. Dit is dus de waterstand achter de kering, na sluiten. Het waterstandsverloop tot Gouda wordt vervolgens op eenzelfde wijze als in paragraaf B.2 beschreven aangepast, alleen dus met een lagere waterstand achter de kering.

Merk op dat het aannemen van een keerpeil dat 25 cm hoger is dan de waterstand bij sluiten redelijk conservatief is. Rond kentering is het waterstandsniveau redelijk constant, vooral bij de kleinere stormen (zie Figuur 31). De kering sluit in een half uur, dus alleen met een zeer ongunstig gekozen tijdstip om te sluiten is een waterstandstijging van 25 cm te verwachten.

B.3.2 Toevoegen waterbezwaar van aanliggende boezemsystemen Zoals eerder beschreven werken we verschillende varianten voor het waterbezwaar uit. De achterliggende gedachte is dat bij een grote storm het niet onwaarschijnlijk is dat hier hevige neerslag mee gepaard gaat. Het waterbezwaar dat we hiervoor aannemen is 57,5 m3/s en 100 m3/s, gedurende 12 of 24 uur. De eerste gebruiken we als realistisch uitgangspunt, de tweede als extreem scenario. Merk op dat dit vrij hoge afvoeren zijn, en dat de sluitduur ook relatief lang is. De sluitduur is normaal ongeveer de lengte van één hoogwater, 6 uur. Omdat we echter niet een peilsluiting, maar sluiting op kentering simuleren, nemen we hiervoor een langere sluitduur.

Het waterbezwaar leidt tot een volume dat over de gehele HIJ wordt toegevoegd. Er wordt dus geen rekening gehouden met een specifiekere verdeling van het water over de riviertak. De waterstandsverhoging is grofweg het volume gedeeld door het oppervlak van de HIJ. Omdat dit oppervlak niet gelijk is bij verschillende waterstanden worden de bergingscurves van de SOBEK-profielen gebruikt. De profielen zijn weergeven

PR3757.10 • juli 2018 58

in Figuur 32. Elke profiel is representatief voor een bepaalde strekking van de riviertak. Hiermee kunnen we uitrekenen tot welke waterstandverhoging het waterbezwaar leidt wanneer we dit over elk profiel verdelen.

Figuur 32 SOBEK-RE profielen voor de HIJ. Blauw is bovenstrooms (Gouda), geel benedenstrooms (Krimpen)

Naast het exact berekenen van de waterstandstijging, is het nuttig om met een handberekening een inschatting te maken van het waterbezwaar. Een waterbezwaar van 100 kuub gedurende 24 uur verspreid over de grofweg 300 ha van de HIJ zal leiden tot een waterstandstijging van 2,88 m:

푚 24ℎ × 3600 푠 × 100 푠 ≈ 2,88 푚 300 ℎ푎

Dit zal voor vrijwel alle situaties tot een overschrijding leiden van de waterstand van 2,60 m+NAP bij Krimpen, en dus tot een maalstop. Als de waterstand op de HIJ door waterbezwaar hoger wordt dan het maalstoppeil, dan wordt in de database de 2,60 m+NAP weggeschreven.

PR3757.10 • juli 2018 59

Hoofdkantoor HKV lijn in water BV Botter 11-29 8232 JN Lelystad Postbus 2120 8203 AC Lelystad

Nevenvestiging Elektronicaweg 12 2628 XG Delft

0320 29 42 42 [email protected] www.hkv.nl