Hoogwatergeul - Deel 4 - Rivierverruiming van vormgeving naar beheer

In de PKB Ruimte voor de Rivier is een hoogwatergeul gedefinieerd als een nieuwe rivierloop die min of meer parallel aan de bestaande rivier loopt door het binnendijkse gebied (Figuur 3.19). Bij hoge afvoeren wordt een deel van het rivierwater afgeleid naar de hoogwatergeul. Langs de hoogwatergeul liggen primaire dijken of hogere gronden die dezelfde bescherming bieden als de dijken langs de rivier zelf. Het rivierwater stroomt via een inlaatconstructie in de uiterwaard naar de hoogwatergeul. In de hoogwatergeul zelf stroomt het water onder vrij verval. Via een uitlaatconstructie komt het rivierwater weer terug in de oorspronkelijke rivier of in een ander water. Langs de Maas wordt de term hoogwatergeul gehanteerd voor geulen die in het buitendijkse gebied worden aangelegd en alleen gedurende hoogwater meestromen. In deze leidraad wordt de definitie van een hoogwatergeul uit de PKB Ruimte voor de Rivier aangehouden. Voor een toelichting op de hoogwatergeulen volgens de definitie van de Maas wordt verwezen naar paragraaf 3.2 waar ook nevengeulen worden behandeld.

Er zijn drie typen hoogwatergeulen die vooral in omvang verschillen (Figuur 3.20):

1. smalle kreken en killen, zeer dynamisch en vrijwel permanent meestromend;
2. by-pass rondom een stedelijk knelpunt, leidt tevens tot uiterwaarduitbreiding, relatief kleine lengte, kan alleen bij extreme hoogwatersituaties meestromen (ongeveer eens per 500 jaar) of vaker in combinatie met ontwikkeling van natte natuur;
3. brede, stromende vlakte die via drempels of kunstwerken in verbinding staat met de rivier, relatief grote lengte, inzet alleen bij extreem hoge hoogwaterstanden of vaker in combinatie met ontwikkeling van natte natuur.

In al deze gevallen zijn nieuwe primaire dijken rond de hoogwatergeulen nodig.

Toepassingsgebied

Het toepassingsgebied hangt af van het type hoogwatergeul, de locatie in het rivierengebied en het landschap. Door eerder afgesloten kreken weer te verbinden met de rivier kan de oude landschapstructuur weer terugkomen. De rivierdynamiek en natuurlijke gradiënten worden zo hersteld in kreken en killen. In het benedenrivierengebied biedt dit type kansen voor herstel van de getijdynamiek. Met name in het noordelijk deel van de Biesbosch kan een netwerk van kreken en killen ontstaan.

Bij een knelpunt dat opstuwing veroorzaakt door vernauwing van de rivier kan de aanleg van een hoogwatergeul in de vorm van een by-pass een geschikte oplossing zijn. Dit is met name het geval als dijkverlegging niet mogelijk is door ruimtelijke beperkingen, bijvoorbeeld bij een stedelijk knelpunt. Op veel locaties langs de IJssel kunnen by-passes toegepast worden.

Het laatste type, de meestromende vlakte, is toepasbaar in de laagste delen van het rivieren gebied. De schaal en maat van dit type hoogwatergeul komt overeen met retentie. Het verschil is dat retentie alleen berging biedt terwijl een hoogwatergeul ook meestroomt. De inrichtingsprincipes zijn hetzelfde als voor retentie.

Ontwerp- en beoordelingsaspecten

Veiligheid en hydraulische aspecten

Door de aanleg van een hoogwatergeul ontstaat een eiland tussen de rivier en de hoogwatergeul. Het eiland kan bij een overstroming snel vollopen en vluchtwegen zullen niet altijd beschikbaar zijn. In dergelijke gevallen zijn mogelijk aanvullende maatregelen voor een acceptabel veiligheidsniveau van het gebied noodzakelijk. Een evacuatieplan is noodzakelijk om in geval van nood de mensen tijdig te kunnen evacueren.

Een hoogwatergeul leidt tot een grotere afvoercapaciteit en daarmee tot lagere waterstanden. Dit effect treedt op bij afvoeren waarbij de hoogwatergeul wordt benut. De waterstanden dalen ter plaatse van de maatregel en bovenstrooms daarvan (stuwkromme effect, zie Kader 2.1). Vanaf het punt waarop de hoogwatergeul zich weer bij de rivier voegt, is het effect op de rivierafvoer en de waterstanden nihil. Wordt de hoogwatergeul echter naar een ander watersysteem geleid, dan werkt de verlaagde afvoer en verlaagde waterstand ook benedenstrooms door. Op het andere watersysteem kan dan waterstandverhoging optreden.

De afvoercapaciteit van een hoogwatergeul, en daarmee het hydraulische effect, wordt bepaald door de hoogte van de drempel of het moment van openzetten van het inlaatwerk, de breedte van de hoogwatergeul, het verhang en de stromingsweerstand. Het water stroomt onder vrij verval door de hoogwatergeul. Bij bochtafsnijdingen of afvoer naar een andere rivier kan een groot verhang over de hoogwatergeul worden gecreëerd. Dit maakt de afvoercapaciteit van de hoogwatergeul groot, maar de stroomsnelheden mogelijk erg hoog. Een lage stromingsweerstand bevordert de afvoercapaciteit en daarmee de hydraulische effectiviteit van de hoogwatergeul.

Het is niet mogelijk om voor hoogwatergeulen kentallen op te stellen voor de waterstanddaling in relatie tot bijvoorbeeld de lengte van de hoogwatergeul. De relatie hangt sterk af van lokale omstandigheden en de dimensies en vormgeving van het inlaatwerk. De waterstanddaling van een hoogwatergeul moet worden berekend met een hydraulisch model dat rekening houdt met lokale invloeden, de geometrie van de rivier en het inlaatwerk en de inrichting van de hoogwatergeul.

Inlaatwerk

De dimensies en vormgeving van het inlaatwerk bepalen in hoge mate de hydraulische effectiviteit van een hoogwatergeul. Belangrijk is de keuze voor een vaste of regelbare drempel. Bij een vaste drempel bepaalt de drempelhoogte het moment van inzet en de frequentie van meestromen. Bij een regelbare inlaat kan de hoogwatergeul op elk gewenst moment worden ingezet. Verder gelden dezelfde overwegingen als bij de inlaat van een retentiegebied (zie paragraaf 3.4).

Bij het inlaatwerk kunnen lokale stroomversnellingen optreden. In de hoogwatergeul zelf za de stroom weer vertragen. Voordat het inlaatwerk open gaat of het water over de drempel stroomt, wordt de hoogwatergeul vanaf de benedenstroomse zijde gevuld. Dat voorkomt krachtige, ongecontroleerde stroming door de inlaat.

Uitlaatwerk

De dimensies, vormgeving en sturing van het uitlaatwerk zijn net zo belangrijk voor de hydraulische effectiviteit van een hoogwatergeul als die van het inlaatwerk. De capaciteit van het inlaatwerk en het uitlaatwerk moet op elkaar afgestemd zijn. Ook bij de uitlaat kunnen beschermingswerken noodzakelijk zijn, afhankelijk van het lokale stroombeeld. De uitlaatconstructie moet stroming in twee richtingen mogelijk maken. Het vullen van de hoogwatergeul vindt plaats vanaf de benedenstroomse zijde, via de uitlaatconstructie. Bij meestromen van de hoogwatergeul stroomt het water via de uitlaatconstructie vanuit de geul naar de rivier.

Morfologische aspecten

Door de inzet van een hoogwatergeul dalen de stroomsnelheden in het zomerbed. Hierdoor zal tijdens hoogwater naar verwachting sedimentatie optreden in het zomerbed tussen het in- en uitstroompunt van de hoogwatergeul. Het optreden van grootschalige morfologische effecten in de rivier is afhankelijk van de frequentie en duur van inzet van een hoogwatergeul. Bij inzet met een frequentie van ongeveer 1/500 per jaar treden grootschalige morfologische effecten naar verwachting niet op.

Rond de in- en uitlaatwerken van de hoogwatergeul kan lokaal sedimentatie en erosie optreden. De grootste morfologische veranderingen worden bij het inlaatwerk verwacht als gevolg van lokale stroomversnelling bij de instroom. Bij het ontwerp moet getoetst worden of hierdoor erosie optreedt die instabiliteit van dijken en kunstwerken kan veroorzaken. In de hoogwatergeul zelf neemt de stroomsnelheid weer af waardoor sedimentatie kan optreden. Dit kan de hydraulische effectiviteit van de hoogwatergeul verminderen. Bij inzet van de maatregel met een frequentie van ongeveer eens per 500 jaar is dit effect verwaarloosbaar. Als de hoogwatergeul vaker wordt ingezet, kan onderhoudsbaggerwerk noodzakelijk zijn om de effectiviteit te behouden. In de hoogwatergeul kan ook vervuild slib sedimenteren. Het verwijderen daarvan kan kostbaar zijn (paragraaf 2.2.2). Ook kan extra baggerwerk in de hoofdgeul nodig zijn ten behoeve van de scheepvaart.

Ruimtelijke kwaliteit

Bij de aanleg van een hoogwatergeul kan gekozen worden voor behoud van de huidige functies in de hoogwatergeul of voor functiewijziging. Het behoud van de huidige functies zoals wonen (bijvoorbeeld op terpen) en werken (bijvoorbeeld schaderegeling landbouw) is op beperkte schaal mogelijk als de hoogwatergeul slechts zelden meestroomt. Omdat het water in een hoogwatergeul vlot moet kunnen wegstromen, is het van belang de bebouwing beperkt te houden om de stromingsweerstand te minimaliseren. Voor de uitzonderlijke situatie dat de hoogwatergeul meestroomt, kunnen schadevergoedingen en evacuatieplannen nodig zijn. Ook landbouw kan behouden blijven als de hoogwatergeul niet vaak meestroomt. Landbouwgebieden hebben vaak een lage stromingsweerstand en hebben daarom weinig effect op de rivierkundige werking.

Voor natuurontwikkeling in de hoogwatergeul is vaak een functiewijziging nodig. Een hoogwatergeul biedt kansen voor droge en natte natuur (paragraaf 2.3.2). Het type natuur en het beheer moeten passen bij de doorstroomfunctie. Vooral voor droge natuur is dat een belangrijke voorwaarde omdat droge natuur zich snel kan uitbreiden. De mogelijkheden voor natte natuur hangen af van het beheer, de overstromingsfrequentie, de morfodynamiek en de stroomsnelheden in de hoogwatergeul. Omdat hoogwatergeulen niet vaak meestromen, moet gedacht worden aan laagdynamische riviergebonden natuur zoals plas drassituaties en op beperkte schaal (hardhout)ooibos. Door de langgerekte, smalle vorm van de hoogwatergeul en het meestal beperkte oppervlak zal de ecologische betekenis over het algemeen beperkt zijn. Meerwaarde kan ontstaan als de natuur in de hoogwatergeul een verbinding vormt tussen verschillende natuurkernen en op die manier een zogenaamde corridorfunctie vervult.

In een by-pass is met name recreatief en (extensief) stedelijk medegebruik kansrijk vanwege de nabijheid van de stad. In meestromende vlaktes kan een afwisselend landschap ontstaan met mogelijkheden voor natuur, landbouw en recreatie (afhankelijk van de frequentie van meestromen). In smalle kreken en killen is meestal alleen natuurontwikkeling mogelijk.

De gevolgen van de doorsnijding van het landschap en de inpassing in de bestaande gebiedsinrichting zijn van groot belang voor het ontwerp. De hoogwatergeul kan een barrière in het gebied vormen en de samenhang in cultuurhistorische waarden aantasten. De bereikbaarheid van het gebied kan worden aangetast waardoor aanvullende infrastructurele maatregelen noodzakelijk zijn die ook onder hoogwateromstandigheden moeten functioneren. Ook met deze aspecten moet het ontwerp rekening houden.

Het ontwerp van hoogwatergeulen moet verder rekening houden met milieuhygiënische gevolgen. De overwegingen zijn beschreven in Paragraaf 3.4.3. 03