Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest Met behulp van 800 jaar meteorologie voor huidig en toekomstig klimaat Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest Met behulp van 800 jaar meteorologie voor huidig en toekomstig klimaat Klaas-Jan van Heeringen 1206627-000 © Deltares, 2015 Deltares Titel Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest Opdrachtgever Project Kenmerk Pagina's Waterschap Noorderzijlvest 1206627-000 1206627-000-ZWS-0024 27 Trefwoorden Maatgevende omstandigheden, hydrologie, meteorologie, klimaatverandering, zeespiegelstijging, coïncidentie Samenvatting Het samenvallen van hoge buitenwaterstanden op zee met extreme neerslag (coïncidentie) kan bij de drainage van polder- en boezemsystemen langs de kust van Nederland problemen geven. Met behulp van een modelinstrumentarium heeft Deltares in samenwerking met KNMI voor het beheersgebied van waterschap Noorderzijlvest verkend wat de mate van coïncidentie van extreme neerslag en verhoogde buitenwaterstanden is. Voor deze verkenning zijn langjarige weersimulaties uitgevoerd met het klimaatmodel RACMO. Op basis van de uitkomsten is onderzocht wat het effect is van coïncidentie en of dat voldoende is meegenomen in de huidige normen. De berekeningen zijn uitgevoerd voor het huidig klimaat en voor het klimaat van ongeveer 2050, waarbij ook zeespiegelstijging is meegenomen. In het kader van dit onderzoek is alleen de relatie tussen stormopzet en neerslag onderzocht. Uit analyse van de individuele gebeurtenissen blijkt dat die weersystemen leiden tot maatgevende omstandigheden waarbij een krachtig front uit het Noordwesten leidt tot veel neerslag in combinatie met windopzet van het Noordzeebekken. De neerslag en stormopzet zijn op zichzelf niet uitzonderlijk maar leiden gecombineerd wel tot maatgevende condities. In termen van waterstandsverhoging lijkt het effect van coïncidentie in het beheersgebied van waterschap Noorderzijlvest mee te vallen. Het effect is circa 5cm op de T=100 waterhoogte van het Lauwersmeer. In termen van overschrijdingskansen neemt de kans op het overschrijden van de T=100 waterhoogte significant toe: de kans wordt circa 2x zo groot. Het geringe effect op de waterhoogtes wordt veroorzaakt door het Lauwersmeer. Dat heeft juist boven NAP veel bergingsruimte wat een sterk dempend effect op de optredende waterhoogtes heeft. Het effect van coïncidentie en zeespiegelstijging zou op andere plekken veel groter kunnen zijn. Het effect van zeespiegelstijging is ook veel sterker dan het effect van coïncidentie. Op basis van de resultaten kan geen significant signaal gevonden waaruit blijkt dat coïncidentie als gevolg van klimaatverandering zal toe- of afnemen. Versie Datum Auteur Gerard Blom Status definitief Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest - Met behulp van 800 jaar meteorologie voor huidig en toekomstig klimaat 1206627-000-ZWS-0024, 9 juni 2015, definitief Inhoud 1 Inleiding 1 1.1 Voorgeschiedenis 1 1.2 Onderzoeksvragen 2 1.3 Uitvoering en verantwoording 2 1.4 Leeswijzer 2 2 Gebiedsbeschrijving 3 3 Aanpak 5 3.1 Aanpak op hoofdlijnen 5 3.2 Modelinstrumentarium 6 3.2.1 Algemeen 6 3.2.2 RACMO klimaatmodel 7 3.2.3 Hydrologisch en hydraulisch modelinstrumentarium 11 3.2.4 Berekeningsresultaten 12 3.2.5 Klimaatscenario’s 12 3.3 Randvoorwaarden en beperkingen van deze aanpak 12 4 Resultaten en discussie 13 4.1 Resultaten Oude Riet 13 4.2 Resultaten Lauwersmeer 14 4.2.1 Samenvatting van berekende maatgevende waterhoogtes 14 4.2.2 Nadere analyse huidig klimaat 17 4.2.3 Nadere analyse klimaatrun met 15 cm zeespiegelstijging 18 4.2.4 Nadere analyse klimaatrun met 40 cm zeespiegelstijging 19 4.3 Details van enkele hoogwaters 20 5 Conclusies en aanbevelingen 23 5.1 Kader van het onderzoek 23 5.2 Conclusies 23 5.3 Aanbevelingen 24 6 Referenties 27 Bijlage(n) A Analysis of a compounding surge and precipitation event in the Netherlands A-1 B Getij-informatie Lauwersoog B-1 C Shuffeling C-1 Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest - Met behulp van 800 jaar meteorologie i voor huidig en toekomstig klimaat 1206627-000-ZWS-0024, 9 juni 2015, definitief 1 Inleiding 1.1 Voorgeschiedenis In het waterbeheer is het gebruikelijk om systemen te toetsen aan normen. Normen zijn er ten aanzien van bijvoorbeeld kadehoogtes, die worden gebaseerd op (voornamelijk) berekende waterhoogtes voor maatgevende situaties. Wat precies een maatgevende situatie is – met bijvoorbeeld een kans van voorkomen van 1/300 per jaar, ofwel een gemiddelde herhalingstijd van 300 jaar - wordt veelal bepaald met de zogeheten stochastenmethode of tijdreeksenmethode. In de praktijk van alle dag worden in de stochastenmethode de verschillende variabelen die van invloed zijn op het watersysteem vaak als onafhankelijke parameters beschouwd vanwege het ontbreken van langdurige meetreeksen. De tijdreeksenmethode heeft daar uiteraard ook “last” van. Deze variabelen betreffen de neerslag, de voorgeschiedenis (is de bodem droog of juist nat) en de wind en daaruit volgende windopzet. Als gevolg hiervan komt in de statistiek van maatgevende gebeurtenissen onvoldoende naar voren dat weersystemen juist afhankelijkheden tussen deze variabelen kunnen veroorzaken. Er zijn aanwijzingen dat deze variabelen juist wel afhankelijk zijn. Zo zijn de recente bijna- overstromingen van januari 2012 terug te voeren op het gelijktijdig optreden (coïncidentie1) van een aantal factoren, die bijdragen aan een grote wateropgave: een forse hoeveelheid neerslag in korte tijd, een verzadigde bodem door hoge neerslaghoeveelheden in de maand ervoor en een hoge stand van de buitenwateren door een Noordwesterstorm. Afzonderlijk zijn deze factoren niet uitzonderlijk zeldzaam, maar het gelijktijdig optreden leidde uiteindelijk toch tot een ongewenste en/of maatgevende situatie. Een goed beeld van deze onderlinge afhankelijkheden is daarom van belang. Op 27 juni 2012 hebben KNMI en Deltares een gezamenlijke workshop georganiseerd waarin deze problematiek met een groot aantal waterschappen en geïnteresseerde adviesbureaus is besproken. Tijdens deze workshop werden de resultaten van een quick-scan voor de boezem van Hunze en Aa’s alsook van het Drechtstedengebied gepresenteerd (Deltares, 2012). In het algemeen werd duidelijk dat het om een “tweede orde probleem” gaat. Er zijn vaak belangrijkere problemen die aandacht verdienen en meer effect hebben op de maatgevende waterhoogtes. Echter, dat kan per regio en watersysteem verschillen. Op verzoek van Waterschap Noorderzijlvest is daarom een aanvullende studie uitgevoerd waarbij een stap verder is gegaan dan de bovengenoemde quick-scan. Aan de hand van de meteorologie volgens het RACMO weermodel (waarmee 800 jaar aan modelmatig weer is gesimuleerd, zowel voor huidig als toekomstig klimaat) is door Deltares een tijdreeksanalyse uitgevoerd. De aanpak en resultaten worden in het voorliggende rapport besproken. De resultaten van deze studie moeten als een verkenning worden beschouwd en niet als absolute waarheid, hoe mooi de berekeningsresultaten soms ook zijn. 1 In dit rapport gebruiken we – tenzij anders aangegeven - het woord coïncidentie voor het gelijktijdig optreden van extreme neerslag en verhoogde buitenwaterstanden als gevolg van windopzet. Verkenning coïncidentie voor waterschap Noorderzijlvest - Met behulp van 800 jaar meteorologie 1 van 27 voor huidig en toekomstig klimaat 1206627-000-ZWS-0024, 9 juni 2015, definitief 1.2 Onderzoeksvragen Op basis van de discussie tijdens de workshop van 27 juni 2012 zijn de volgende onderzoeksvragen gedefinieerd: 1 Welke fysische randvoorwaarden leiden tot relevante coïncidenties? Dit is voor meerdere doelgroepen van belang. Operationele beheerders krijgen wellicht meer gevoel voor opkomende dreigende omstandigheden. Voor het creëren van draagvlak voor maatregelen zijn fysische beelden doorgaans illustratiever dan abstracte statistieken. En voor ontwikkelaars van voorspelmodellen zijn het omstandigheden waarop applicaties moeten worden afgeregeld of gevalideerd. 2 Verandert de statistiek van coïncidentie in de toekomst? Voorbereiding van het waterbeheer vergt een goed beeld van normstellende omstandigheden in de toekomst. Trends in coïncidentie die kunnen worden gekoppeld aan veranderingen in klimaat, beheer of ruimtegebruik vormen een belangrijke input voor de normberekeningen. 3 Is coïncidentie voldoende verrekend in de huidige maatgevende normen? Dit is vooral van belang voor het regionale en nationale waterbeheer: beheerders van waterwerken willen erop kunnen vertrouwen dat de genomen of geplande maatregelen afdoende zijn onderbouwd. De antwoorden op deze vragen zullen richting geven aan verdere discussie en gedachtenvorming door de waterschappen. 1.3 Uitvoering en verantwoording Het onderzoek is uitgevoerd door Deltares met medewerking van KNMI. KNMI heeft haar werkzaamheden uitgevoerd in het kader van het Deltaprogramma. De bijdrage van Deltares is door waterschap Noorderzijlvest gefinancierd. Naar aanleiding van het uitgevoerde onderzoek is een wetenschappelijk, peer-reviewed artikel geschreven voor Environmental Research Letters, special issue Knowledge for Climate. Deze is weergegeven in bijlage A. 1.4 Leeswijzer Voor de volledigheid en het mogelijk maken om dit rapport als zelfstandig rapport te lezen, geven we eerst in hoofdstuk 2 een beschrijving van het studiegebied van waterschap Noorderzijlvest. Vervolgens beschrijven in hoofdstuk 3 de gevolgde aanpak en berekeningsmethode. De berekeningsresultaten worden in hoofdstuk 4 toegelicht en besproken, waarna we in hoofdstuk 5 antwoord