Benedenrivieren - Hydraulische belastingen

Benedenrivieren

De waterstand in het benedenrivierengebied wordt bepaald door meerdere stochasten: de afvoer van Rijn en Maas, de wind (snelheid en richting), de zeewaterstand in de Maasmond, en de werking van de stormvloedkeringen. De wind en de zeewaterstand zijn sterk gecor- releerd.

Bij de werking van de stormvloedkeringen zijn ook de onzekerheden van belang, aangezien de stormvloedkeringen sluiten op basis van een voorspelde waterstand. Daarom wordt de voorspelnauwkeurigheid meegenomen en is de werking van de stormvloedkeringen ook een stochast. Een bepaalde hydraulische belasting in het benedenrivierengebied kan door vele combinaties van genoemde stochasten worden veroorzaakt. Iedere combinatie van stochasten heeft een bepaalde kans van optreden en bij iedere combinatie kan met behulp van een model de bijhorende hydraulische belasting (waterstand, maatgevend hydraulisch belastingniveau) worden bepaald. In Bijlage C wordt het probabilistisch model van de bene- denrivieren dat ten grondslag ligt aan Hydra-B beschreven.

Door het grote aantal berekeningen dat nodig is, is het omwille van de rekentijden niet mogelijk een 2-dimensionaal rekenmodel te gebruiken. Met een ééndimensionaal model (Sobek) wordt de waterstand in de as van de rivier berekend. waarna een eenvoudige verta- ling plaatsvindt naar de teen van de dijk (zie verder). Het meest recente model is ontwikkeld in het kader van de Thermometerrandvoorwaarden 2006 en wordt beschreven in de Waal (2007).

Omwille van de rekentijd kan er maar een beperkte hoeveelheid combinaties worden doorgerekend. De combinaties moeten daarom ‘slim’ gekozen worden en dienen het hele domein af te dekken. De genoemde stochasten worden daarom op een verantwoorde manier geschematiseerd en gecombineerd.

Als voorbeeld wordt in Tabel 7.1 een schema van stochastcombinaties gegeven, dat is gebruikt voor de bepaling van de Thermometerrandvoorwaarden 2006 (de Waal, 2007). In dit schema worden 6768 combinaties van stochasten doorgerekend. Voor het ontwerp, waarbij soms meerdere alternatieven moeten worden doorgerekend en waar stochastcom- binaties van de toekomst (planperiode) moeten worden gebruikt, maakt dat grote aantal berekeningen het ontwerpproces weinig flexibel. In paragraaf 10.4 wordt aandacht besteed aan dit probleem.

Tabel 7.1 Schema belastingscombinaties benedenrivierengebied

MHW in de as van de rivier

De MHW in de as van de rivier volgt uit een probabilistisch analyse met Hydra-B.

MHW aan de teen van de waterkering

Voor het ontwerp van een waterkering is de waterstand aan de teen van de waterkering van belang. In Hydra-B zijn uitvoerlocaties nabij de teen van de waterkering gedefinieerd. De MHW nabij de waterkering volgt uit een probabilistisch analyse met Hydra-B.

Voor elke stochastcombinatie volgt de waterstand nabij de teen uit de waterstand in de as van de rivier vermeerderd met de zogenaamde dwarsopwaaiing (met opwaaiing in de lengterichting van de rivier wordt in een 1D model wel rekening gehouden).

De dwarsopwaaiing wordt binnen Hydra-B berekend met een formule uit LOR2 (TAW, 1989). De formule luidt:

waarin:

Δh  = opwaaiing                                                                             [m]

α     = coëfficiënt: 0.35.10-4                                                          [s2/m]

u     = windsnelheid                                                                       [m/s]

F     = strijklengte                                                                           [m]

ϕ     = hoek tussen de windrichting en de dwarsrichting       [°]

d     = waterdiepte                                                                         [m]

De dwarsopwaaiing op het voorland tot aan de waterkering moet nog afzonderlijk worden berekend. Als het voorland laag ligt en de waterdiepte d relatief groot is ten opzichte van de breedte B (d/B > 0,001), dan kan eveneens van bovenstaande formule gebruik worden gemaakt.

Ligt daarentegen het voorland hoog en is de diepte klein ten opzichte van de breedte

(d/B < 0,001), dan wordt aanbevolen over te gaan op de formule:

De berekende opwaaiing wordt zodanig verticaal verschoven totdat de opwaaiing in de as van de rivier nul is. Voor de strijklengte wordt de werkelijke afstand genomen van de uit- voerlocatie naar de overkant van het water in de richting van de wind. Obstakels worden hierbij verwaarloosd. Voor details wordt verwezen naar bijlage 3 in de Goederen (1999).

De toegepaste formules zijn een benadering. Voor de beperkingen wordt verwezen naar paragraaf 11.5