Hydrologisch handboek Vechtstromen · pagina 8 van 100 - Hydrologisch handboek 1. Waarom het hydrologische handboek? In het werk van het waterschap Vechtstromen is de hydrologie vaak

Hydrologisch handboek

Waterschap Vechtstromen

pagina 2 van 100 - Hydrologisch handboek

Colofon

Waarom het hydrologisch handboek? Sjon Monincx

Projectmatige hydrologische advisering (H2) Linda van der Toorn, Sjon Monincx, Jeroen van der Scheer

Landelijk gebied, ontwerprichtlijnen (H3) Erik Broeze en Jeroen van der Scheer

Stedelijk gebied, ontwerprichtlijnen (H4) Nannie Otto en Bram Kuiper

Waterlopen en kunstwerken, ontwerprichtlijnen (H5) Jeroen van der Scheer, Linda van der Toorn, Marieke Duineveld en Sjon Monincx

Waterkeringen, ontwerprichtlijnen (H6) Bram Kuiper en Robert Broekhuis

Modellering oppervlaktewater, aanpak en analyse (H7) Erik Broeze en Jeroen van der Scheer

Modellering grondwater, aanpak en analyse (H8) Robert Broekhuis en Linda van der Toorn

Literatuur en tools (H9) Robert Broekhuis en Linda van der Toorn

Eindredactie Sjon Monincx

Tekstbijdrage KRW Bart Reeze

Opdrachtgever Gon Eugelink (Expertisecentrum Vechtstromen)

Status Definitief

Archivering V:\Eenheden\Ontwikkeling en Advies\Werk\Hydrologie\Hydrologisch handboek\Update2020

Versie, definitief 7 juni 2019

Versie, herziening 2020 (vistrappen, toetsing, neerslagstatistiek) augustus 2020

Hydrologisch handboek - pagina 3 van 100

0. Inhoud

1. Waarom het hydrologische handboek? ...................................... 8

2. Projectmatige hydrologische advisering .................................... 9

2.1 Aanmaken project .................................................................................................................. 10

2.2 Definitie project, modelkeuze en gegevens .......................................................................... 11

2.3 Kwaliteitsborging ................................................................................................................... 15

2.4 Iteratief proces ....................................................................................................................... 16

2.5 Archivering ............................................................................................................................. 16

2.6 Evaluatie en monitoring ......................................................................................................... 16

2.7 Afronding ................................................................................................................................ 17

3. Landelijk gebied, ontwerprichtlijnen ......................................... 18

3.1 Doelen ..................................................................................................................................... 18

3.2 Drooglegging en ontwateringsdiepte ................................................................................... 18

3.3 Maatgevende situaties: normaal en extreem ........................................................................ 18

3.4 Maatgevende afvoeren (beheersituatie, meestal stationair) ................................................ 20

3.5 Grondwater in beheersituaties .............................................................................................. 23

3.6 Extreme afvoersituaties (niet stationair)............................................................................... 25

3.7 Ontwerpeisen landbouw en natuur (incl. KRW) ................................................................... 29

3.8 Droogte ................................................................................................................................... 34

4. Stedelijk gebied, ontwerprichtlijnen .......................................... 35

4.1 Kenmerken .............................................................................................................................. 35

4.2 Basis- en maatgevende afvoer .............................................................................................. 35

4.3 Berging ................................................................................................................................... 35

4.4 Peilen en toetsing ................................................................................................................... 36

4.5 Klimaat robuust ontwerp ....................................................................................................... 36

4.6 Stedelijk grondwater .............................................................................................................. 37

4.7 Toetsen en testen ................................................................................................................... 37

4.8 instrumenten voor oppervlaktewatermodellering ................................................................ 39

5. Waterlopen en kunstwerken, ontwerprichtlijnen ..................... 40


5.1 Stabiliteit van waterlopen ...................................................................................................... 40

5.2 Duikers .................................................................................................................................... 41

5.3 Stuwen, overlaten en cascades ............................................................................................. 42

5.4 Vistrappen............................................................................................................................... 42

5.5 Bruggen .................................................................................................................................. 44

5.6 Voorden .................................................................................................................................. 44

5.7 Oever- en taludverdediging ................................................................................................... 45

5.8 Onderleiders ........................................................................................................................... 45

5.9 Onderhoud van waterlopen ................................................................................................... 45

6. Waterkeringen, ontwerprichtlijnen ............................................ 47

6.1 Typering en indeling .............................................................................................................. 47

6.2 Vereiste (kruin)hoogte ........................................................................................................... 47

6.3 Profiel ...................................................................................................................................... 48

6.4 Toetsing .................................................................................................................................. 49

6.5 Falen keringen, risico-inschatting......................................................................................... 50

7. Modellering oppervlaktewater, aanpak en analyse .................. 52

7.1 Interactie grond - oppervlaktewater ...................................................................................... 52

7.2 Relevante parameters ............................................................................................................ 52

7.3 Stromingsformules ................................................................................................................ 52

7.4 Basisgegevens ....................................................................................................................... 52

7.5 Modelcontrole ......................................................................................................................... 53

7.6 Stromingsweerstand .............................................................................................................. 53

7.7 Kalibratie en verificatie .......................................................................................................... 55

7.8 Klimaat robuust ontwerp ....................................................................................................... 56

7.9 Toetsing wateroverlast .......................................................................................................... 57

8. Modellering grondwater, aanpak en analyse ............................ 59

8.1 Modelbouw en analyse .......................................................................................................... 59

8.2 Gevoeligheidsanalyse ............................................................................................................ 59

8.3 Kalibratie ................................................................................................................................. 59

8.4 Parameterkeuze ...................................................................................................................... 60

8.5 Wanneer is het goed genoeg? ............................................................................................... 60

8.6 Validatie .................................................................................................................................. 62


8.7 Geldigheidsgebied ................................................................................................................. 62

8.8 Plan van aanpak ..................................................................................................................... 62

8.9 Checklist ................................................................................................................................. 63

8.10 Beoordeling effecten .............................................................................................................. 63

8.11 Tijdreeksanalyse .................................................................................................................... 64

9. Literatuur en tools ....................................................................... 67

9.1 Literatuur ................................................................................................................................ 67

9.2 Tools ....................................................................................................................................... 67


Figuren:

Figuur 1 Proces hydrologische advisering ................................................................................................. 9 Figuur 2 Keuzeschema Tygron – Sobek bij rivierstudies ........................................................................... 14 Figuur 3 Drooglegging en ontwateringsdiepte ......................................................................................... 18 Figuur 4 Maximale en daggemiddelde afvoeren ....................................................................................... 20 Figuur 5 Afleiden maatgevende afvoer uit gemeten debiet........................................................................ 20 Figuur 6 Relatie maatgevende (jaarlijkse, Q) afvoer en GHG voor onverhard gebied .................................... 21 Figuur 7 regionale correctiefactoren neerslag .......................................................................................... 22 Figuur 8 Afleiding extreme afvoeren uit metingen ................................................................................... 26 Figuur 9 Verband herhalingstijd en (extreme) afvoer ............................................................................... 27 Figuur 10 Relatie oppervlak – (extreme) afvoer (gebiedskleinte-effect) ...................................................... 28 Figuur 11 Maaiveldcriterium ................................................................................................................. 31 Figuur 12 Schematische weergave van het droogteproces in de tijd (van Loon, 2015) ................................. 34 Figuur 13 Tweefase profiel met smal zomerbed (stroomsnelheid) en ruimte voor waterberging ..................... 46 Figuur 14 Definitie begrippen bij beoordeling hoogte waterkering .............................................................. 48 Figuur 15 Voorbeeld simulatie falen kering (Omleidingskanaal): waterdiepte (l), bres en stroomsnelheid (r) .. 50 Figuur 16 Voorbeeld van de vergelijking tussen gemeten en gesimuleerde afvoer ....................................... 55 Figuur 17 KNMI 2014 klimaatscenario’s ................................................................................................. 56 Figuur 18 Voorbeeld grafische weergave restfouten grondwatermodel ....................................................... 61 Figuur 19 GxG uit meetdata (tijdreeksanalyse) ....................................................................................... 65 Figuur 20 Lange overlaat ..................................................................................................................... 76 Figuur 21 Afvoer coëfficiënt bij lange rechthoekige overlaten .................................................................... 77 Figuur 22 Scherpe overlaat .................................................................................................................. 78 Figuur 23 Korte overlaat ...................................................................................................................... 78 Figuur 24 Overgang van volkomen naar onvolkomen afvoer bij een korte overlaat ...................................... 79 Figuur 25 Reductiefactoren onvolkomen overlaten als functie van verdrinkingsgraad en kruinvorm ............... 80 Figuur 26 Relatie kruinvormen en m-waarden bij rechthoekige stuwen ...................................................... 81 Figuur 27 Klepstuw (links) en relatie verdrinkingsgraad s, reductiefactor c en klephoek α voor klepstuw ........ 81 Figuur 28 Opvoerhoogte, rendement en vermogen van pompen ................................................................ 89 Figuur 29 Vegetatieontwikkeling de Fliert (waterschap Veluwe), april (2x), mei, juni (2x) 2008 .................... 90 Figuur 30 Hydraulische straal van een watergang met een tweefase-profiel ................................................ 90 Figuur 31 Begroeide watergang in tijd, ongestoord (links) en bij onderhoud (rechts), Querner, 1995. ............ 91 Figuur 32 Schematische weergave modelleringsproces (Arcadis) ............................................................... 94

Tabellen: Tabel 1 Logboek ................................................................................................................................. 11 Tabel 2 Criteria modelkeuze ................................................................................................................. 13 Tabel 3 Richtlijnen voor softwarematige modelkeuze ............................................................................... 14 Tabel 4 Maatgevende afvoersituaties in relatie tot functiebediening ........................................................... 19 Tabel 5 Verschaling maatgevende afvoer ............................................................................................... 21 Tabel 6 Neerslag (mm) bij herhalingstijd en duur (Stowa, 2019-19), ranges: 95% betrouwbaarheid ............ 22 Tabel 7 Gebiedsgrootte-effect ............................................................................................................... 23 Tabel 8 Grondwatersituaties ................................................................................................................. 24 Tabel 9 Ontwerpparameters grondwater ................................................................................................ 24 Tabel 10 Verschaling basisafvoer naar extreme afvoeren ......................................................................... 26 Tabel 11 Correctie voor gebiedskleinte effect .......................................................................................... 27 Tabel 12 KRW-doelen en ontwerpparameters ......................................................................................... 32 Tabel 13 Voorbeeld hoosbuien stresstest Vechtstromen Noord (2019) ....................................................... 38 Tabel 14 Kenmerken stresstest (DPRA) en NBW-toetsing ......................................................................... 38 Tabel 15 Model en softwarekeuze stedelijk gebied ................................................................................... 39 Tabel 16 Erosie en sedimentatie als functie van korreldiameter en stroomsnelheid ...................................... 40 Tabel 17 Stabiele waterloop: richtlijnen voor oevervorm en stroomsnelheid ............................................... 41 Tabel 18 Stabiele waterloop: grondsoort gerelateerde ontwerprichtlijnen ................................................... 41 Tabel 19 Standaardinstellingen beweegbare stuwen bij modellering .......................................................... 42 Tabel 20 Inrichting en onderhoud .......................................................................................................... 45


Tabel 21 Categorieën overige waterkeringen .......................................................................................... 47 Tabel 22 Vereiste waakhoogte (marge tussen maatgevende hoogwaterstand en kruinhoogte) ...................... 48 Tabel 23 Ontwerprichtlijnen waterkeringen bij aanleg en groot onderhoud ................................................. 49 Tabel 24 Methoden voor inschatting stromingsweerstand ......................................................................... 53 Tabel 25 Manning waarden bij diverse onderhoudstoestanden (Stowa, 2005) ............................................. 54 Tabel 26 Uitgangspunten voor robuustheidstest ontwerp .......................................................................... 57 Tabel 27 Voorbeeld tabellarisch overzicht restfouten grondwatermodel ...................................................... 61 Tabel 28 Voorbeeld karakterisering geldigheidsgebied grondwatermodel .................................................... 62 Tabel 29 Overzicht tools voor gronden oppervlaktewater ....................................................................... 68 Tabel 30 Voorbeeld variatie begroeiingsgraad / k-Manning gedurende seizoen ............................................ 92


1. Waarom het hydrologische handboek? In het werk van het waterschap Vechtstromen is de hydrologie vaak van belang. Denk aan projecten, innovaties,

beleid en beheer. De adviezen zijn afkomstig van een brede groep medewerkers. Het is belangrijk dat de adviezen

op een vergelijkbare wijze tot stand komen. Dit geldt voor de randvoorwaarden en uitgangspunten die wij

hanteren. Maar ook voor het proces, de methoden, de wijze van modelbouw en rapportage en archivering. Het

hydrologische handboek helpt ons daarbij! Het handboek is daarom van belang voor borging van kwaliteit, zowel

op de inhoud als het proces. En wat voor onszelf geldt mogen wij ook verwachten van externe partijen die

hydrologische werkzaamheden voor ons uitvoeren.

Het handboek is opgesteld door de hydrologen van het Expertisecentrum van het waterschap Vechtstromen.

Daarbij is gebruik gemaakt van de ervaring en kennis van de collega waterschappen Rijn en IJssel en Drents

Overijsselse Delta.

Het handboek is geen wetboek. Het zijn richtlijnen voor uitvoering van hydrologische werkzaamheden. Als er een

goede aanleiding is om een vraagstuk anders aan te pakken dan kan en moet dat. Het gaat er vooral om dat deze

keuze bewust wordt gemaakt.

Specifieke keuzes voor Vechtstromen zijn in de tekst met een kader omgeven.

Naast het handboek is het altijd goed om bij advisering collega’s te raadplegen. Van hydrologen, ecologen,

waterkwaliteitsspecialisten tot de mensen van beheer en onderhoud en waterbeheer. Bekijk het ontwerp altijd

interdisciplinair, ook of juist als specialist! Een hydrologisch perfect ontwerp is immers niet per definitie een

perfect ontwerp. En ‘last but not least’: blijf kritisch!

Het proces en de basis van hydrologische advisering wordt stapsgewijs besproken in de hoofdstuk 2. Van intake

tot evaluatie en archivering. De volgende hoofdstukken gaan meer specifiek in op de ontwerprichtlijnen voor

landelijk gebied (hoofdstuk 3), stedelijk gebied (hoofdstuk 4), waterlopen en kunstwerken (hoofdstuk 5),

waterkeringen (hoofdstuk 6), de modellering van oppervlaktewater (hoofdstuk 7) en grondwater (hoofdstuk 8).


2. Projectmatige hydrologische advisering

Een goed uitgevoerd hydrologisch project kent diverse onderdelen of fasen, zie Figuur 1 (gebaseerd op Good

Modelling Practice). Dit schema is de kapstok en wordt verder uitgewerkt in dit hoofdstuk. De werkwijze richt zich

op doelmatige beantwoording van de klantvraag, reproduceerbaar werken volgens planningsafspraken en

geborgde kwaliteit in hydrologische onderzoeken. In bijlage 1 vind je een praktische checklist die je kunt

gebruiken. Laat ook derden die hydrologische werkzaamheden voor ons uitvoeren deze werkwijze hanteren.

Figuur 1 Proces hydrologische advisering

Aanmaken project

• Kiezen projectnaam

• Opzetten mappenstructuur

• Opzetten logboek

Definitie project

• In deze stap worden uitgangspunten en (model)keuzes gemotiveerd en onderbouwd zodat reproduceerbaar en doelmatig wordt gewerkt.

Kwaliteits-borging

• Borgen en vastleggen van kwaliteit en de controle daarop: 2e lezerschap op cruciale-oplevermomenten

Iteratief proces

• Bij veranderende uitgangspunten ook in tijd en planning alle relevante stappen heroverwegen, zodat proces doelmatig wordt doorlopen

Archivering

• Goed en reproduceerbaar vastleggen van doorlopen stappen. Gebruik BORGERT voor grondwaterstudies

Evaluatie

• Leren door evaluaren en monitoren: op inhoud maar ook proces. Zorg dat evaluatie is geborgd in project!


2.1 Aanmaken project

Juist om later nog te kunnen achterhalen hoe bijvoorbeeld het modelleerproces is verlopen, is het noodzakelijk om bij aanvang van een project zaken vast te leggen. Het gaat hierbij om de projectnaam, de projectmap(pen)structuur en het opzetten van een logboek.

Projectnaam

Hanteer de volgende structuur: watergang (nr.) of gebiedsduiding/systeem modelleur/jaartal.

Projectmappenstructuur

Voor grondwaterstudies word per project een map aangemaakt onder N:\Applicatiedata\MIPWA\Projecten.

Voor oppervlaktewaterstudies doe je dit onder N:\Applicatiedata\SOBEK\Projecten. Voor SOBEK wordt vaak (nog)

gewerkt op de H-schijf; archivering vindt dan plaats op de N-schijf.

De projectmappen voor hydrologische projecten hebben een vaste structuur zodat projecten overdraagbaar zijn

en elke modelleur makkelijk kan terugzoeken in een project van een andere modelleur.

De volgende mappen worden aangemaakt:

Definitie project: intakeformulieren, checklist intake bewaard, aanvullende afspraken over de opdracht Overleg: verslagen met projectafspraken Achtergrondinformatie: uitgangspunten, eerder uitgevoerde relevante onderzoeken Rapportage: rapportage met conceptversies Data aangeleverd/bronbestanden: data van externen of andere afdelingen, inclusief GIS bestanden of een

aangeleverd model Kaartmateriaal: kaarten en foto’s Presentaties: presentaties GIS: GIS bestanden, sub-mappen:

o Analyses, o Basis, o Kaarten, o Export, o Bron.

Model: modelbestanden1 Eindversie: (verwijzingen naar) het eindmodel en de eindrapportage bewaard Logboek: het logboek (zie hieronder).

1 Model(sub)mappen grondwatermodellen:

Dbase: (gewijzigde) invoerbestanden model Tools: de gebruikte tools Runfiles: runfiles, bestand (txt) met overzicht runfiles en aanpassingen Imod_user: ook shape bestanden Modelresults: onbewerkte modeluitkomsten Postprocessing: verwerkte modeluitkomsten (bijvoorbeeld GXG’s) Preprocessing: Dbase bestanden. Denk aan reproduceerbaarheid! (gen file, txt bestand met beschrijving van aanpassingen).


Logboek

Ook voor het logboek geldt een standaard opmaak, zie navolgende overzicht. Laat in het logboek de eisen,

stappen en doorgerekende scenario’s terugkomen die beschreven zijn in overleg met de opdrachtgever. Beschrijf

afwijkingen van het oorspronkelijke plan van aanpak in het logboek met motivatie.

Tabel 1 Logboek

2.2 Definitie project, modelkeuze en gegevens

Dit bestaat uit een beschrijving van de projectkenmerken zoals het probleem, doel, de context, het systeem, het

model, de gegevens, kwaliteitseisen en randvoorwaarden.

Daarnaast worden afspraken gemaakt over vorm, omvang, inhoud, tijdstip rapportages, controle door derden,

planning, doorlooptijd, benodigde capaciteit, oplevering.

Probleembeschrijving

Analyseer het probleem. Doe dit vanuit het perspectief van zowel opdrachtgever als modelleur.

Stem de probleembeschrijving af met de opdrachtgever. Vraag je daarbij af:

Wat is de vraag? Hoe vertaalt zich dat in een hydrologische (deel)vraag? welke fysische processen zijn relevant? Welke schematisatie is toereikend? (van analytische som tot model) welke tijd- en ruimtelijke schaal zijn relevant? Welke nauwkeurigheid is nodig? Wat is de doorlooptijd? Wat is het beschikbare budget/tijd? Levert een onderscheidt in deelproblemen overzicht?

Doel en context

Beschrijf het doel van het project zo helder mogelijk. Doe dit vanuit de vragen die (met het model) beantwoord

moeten worden. Controleer tijdens het project regelmatig of aan het doel wordt beantwoord.

Analyseer de context waar vanuit de adviesopdracht plaatsvindt. Is het bijvoorbeeld onderdeel van een project,

een zelfstandige studie, een routinematige activiteiten, een netwerk van modellen?


Systeembeschrijving/conceptueel model

Een (globale) systeembeschrijving of conceptueel model maakt helder welke hydrologische componenten en

processen relevant zijn, welke relaties er zijn en welke begrenzingen relevant zijn. Vanuit de vraagstelling verkrijg

je hiermee snel grip op de oplossing(richting).

Aandachtspunten hierbij:

Focus op de relevante watersysteemonderdelen (grond-, oppervlaktewater, neerslag, verdamping, kwel) beschrijf relaties (bijv. interactie gronden oppervlaktewater). Gebruik grafieken, schema’s en tekeningen systeembegrenzing, relatie tot vraag (niet ‘te krap’), processen op rand detaillering (ook bij bestaande modellen). Bijvoorbeeld, welke hydrologische processen neem je mee,

tijdstappen, lagen en cel- grootte, detailniveau invoergegevens is het geschikt voor het probleem, ook gezien de beschikbare gegevens? is er consensus over de systeembeschrijving met betrokken deskundigen? Gedeelde beelden leggen het

fundament voor een goede modellering …

Conceptuele modelkeuzes

De systeembeschrijving en beschikbare gegevens zijn bepalend voor de conceptueel te maken keuzes. Heb ik te

maken met grond- of oppervlaktewaterstroming, neerslag– en afvoerprocessen, 2 dimensionale

stromingsprocessen et cetera? De vraag ‘er moet aan gerekend worden!’ is te weinig gericht. Voorkom onnodig

rekenwerk of een te complexe benaderingen. De aanpak moet passen bij de ontwerpfase (van globaal ontwerp

tot bestek), maar ook passen in het vervolgtraject.

Vragen die hierbij kunnen helpen zijn:

volstaat een analytische som (bijv. evenwichtsdiepte, waterbalans) of is een model nodig? zijn er voldoende betrouwbare gegevens? Is het nodig en mogelijk om aanvullende gegevens in te winnen? past de gekozen methode en het detailniveau (modeltype, stationair/niet stationair, eenvoudig/complex) bij

de gegevens en de vraag? Voorkom schijn-nauwkeurigheid! is er al een model beschikbaar en geschikt voor de vraag (en te verwachten aanvullende vragen)?

Maak helder (opdrachtgever) en leg vast (rapportage) welke onzekerheden en risico’s samenhangen met de

keuze van het instrumentarium. Om een goede keuze te maken voor een instrumentarium voor het modelleren

van oppervlaktewater kan gebruik gemaakt worden van navolgende schema. Een uitgebreidere tabel met

toelichting over de processen die per type hydraulisch model worden meegenomen is te vinden in bijlage 8.

2 Hydrologische Gereedschap Kist: set tools die geautomatiseerd een hydraulisch instrument opbouwt uit basisgegevens

Type hydraulische modellen Model Toepassing

1D basis: alleen schematiseren van bakje (in HGK2)

- ontwerp van een watergang, uitgangspunt is dat het bakje niet overstroomt.


Tabel 2 Criteria modelkeuze

1D met berging: bakje met bergingsknopen (in HGK)

- ontwerp van een watergang waarbij berging op het maaiveld een rol speelt

- toepassing in vlakke gebieden waar stroming over maaiveld geen significante rol speelt

1D 2-fase profiel: Het hele profiel incl. 2e fase (winterbed) wordt in 1 profiel opgenomen (in HGK)

- mee stromende berging op maaiveld - geschikt bij hoogwatervoorspel-modellen

(door korte rekentijden) - niet geschikt voor scenario berekeningen

met ingrepen in winterbed en toepassing van meandering

1D takken: parallelle takken, winterbed en basisbakje worden in aparte takken opgenomen die elkaar kruisen

- methode om bergingsvolume in winterbed te schematiseren in sterk meanderende waterlopen.

- Bewerkelijke methode om stroming over maaiveld te schematiseren

- Koppeling tussen takken complex bij grote maaiveldhoogteverschillen in winterbed en richting zomerbed (oeverwallen)

- niet aanbevolen

1D bakje /2D winterbed (in HGK)

- toepassing bij inundaties met mee- stromend winterbed

- geschikt voor scenario berekeningen en complexe omgevingsprocessen.

- communicatief voordeel, vaak realistische inundatiekaarten

- aandachtspunten zijn resolutie / rekentijd en bochtruwheid (niet van toepassing als begroeiing dominant is t.o.v. ruwheid)

2D (niet in HGK)

- voordeel ten opzichte van 1D/2D is het kunnen schematiseren van morfologische processen en stroomsnelheden in het bakje.

- bochtruwheid wordt in dit type model wel meegenomen.

3D Morfo-dynamisch model

- toepasbaar wanneer morfo-dynamiek inzichtelijk gemaakt moet worden

- gegevensvraag en onzekerheden zijn hoog bij dit type model


Softwarematige modelkeuzes

Navolgende tabel geeft richting aan de (softwarematige) modelkeuzes. Belangrijk hiervoor is de

toepassing (bijvoorbeeld mate van detail, aard vraagstuk).

Model (software) Toepassing

Grondwatervraagstuk

1. analytische benadering (formule,

spreadsheet)

bij eenvoudige of oriënterende vraagstukken (zie bijvoorbeeld www.grondwaterzakboekje.nl)

2. Tygron dit is relatief nieuwe (en gebruiksvriendelijke) software die je kunt toepassen als de uitwisseling tussen

gronden oppervlaktewater en veranderingen in ruimte en tijd belangrijk zijn. Bijvoorbeeld: wat zijn

effecten van infiltratie? Of wat is het grondwatereffect van vergroening?

3. MIPWA (imod, modflow) bij meer complexe vraagstukken (regionale samenhang, diepere bodemopbouw relevant, details

drainagesysteem) waarin de ruimtelijke en temporele dynamiek van het grondwatersysteem belangrijk

is. Dit is onze ‘standaardsoftware’.

Oppervlaktewatervraagstuk

1. analytische benadering (formule,

spreadsheet)

bij eenvoudige of oriënterende vraagstukken. Zie ook bijlage @@

2. Tygron Met name voor interactieve, realistisch verbeeldende (3D, big data) verkennings- of evaluatiesessies (ook

voor niet experts) en stresstesten. Het is onze standaard software voor inschatting van

overstromingsrisico’s bij keringen

3. Sobek/DHydro In geval van samenhangende stelsels waterlopen met daarin gelegen kunstwerken en/of

hydrodynamische vraagstukken. Dit is onze ‘standaardsoftware’.

Tabel 3 Richtlijnen voor softwarematige modelkeuze

Voor de keuze tussen Tygron en Sobek bij rivierstudies kan het volgende schema gebruikt worden3:

Figuur 2 Keuzeschema Tygron – Sobek bij rivierstudies

3 Comparing model performance between the hydrodynamic models SOBEK and TYGRON, R.C. van Renswoude, 2020

http://www.grondwaterzakboekje.nl/


Kies bij voorkeur voor een zo eenvoudig mogelijk (maar passend) model(software). Houd daarbij

rekening met vervolgvragen (zijn die complexer?) en de benodigde functionaliteiten (wat kan ik er mee).

Benodigde gegevens

Op basis van de systeembeschrijving kan een inschatting worden gemaakt van de benodigde basisgegevens:

randvoorwaarden (bijv. modelranden) en uitgangspunten schematisatie van het watersysteem, bijv. waterlopen, kunstwerken, bodemopbouw modelparameters bijv. weerstanden en doorlatendheden aanvullende gegevens voor scenarioberekeningen (meteogegevens).

Daarnaast zijn er voor de modelcontrole of afregeling (bijv. kalibratie) gegevens nodig:

meetgegevens, bijvoorbeeld stijghoogten en afvoeren kennis over de parameters, wat is bekend? (bijvoorbeeld uit een pompproef), wat niet? statistische gegevens over bijv. doorlaatfactoren en beginconcentraties.

Vraag jezelf af:

zijn de gegevens aanwezig, waar (bron) en hoe zijn deze beschikbaar? controleer de gegevens (logische ranges, omgang met uitbijters en ontbrekende gegevens) is het noodzakelijk aanvullende gegevens in te winnen? wie is verantwoordelijk voor het aanleveren van de gegevens wie heeft de eigendomsrechten?

Rapportage en communicatie

Bepaal bij aanvang van het project de wijze van rapportage in overleg met de opdrachtgever (opdrachtformulier expertisecentrum). De wijze van rapporteren moet passen bij de projectomvang (van mail, memo tot rapport). De rapportage moet fungeren als verantwoording achteraf (reproduceerbaarheid) of als vertrekpunt voor een vervolgstudie. In Bijlage 7 zijn de hydrologische aspecten opgenomen die minimaal aan de orde dienen te komen bij een projectplan Waterwet (intern) of vergunningaanvraag (extern).

Onze rapportagestijl is bondig. Maak gebruik van figuren, tabellen, grafieken of kaarten om de toegankelijkheid van informatie te vergroten. Omvangrijke maar noodzakelijke informatie die de verhaallijn voor de lezer kunnen verstoren, verplaats je naar bijlagen. Vertaal de resultaten in termen die voor de vraagsteller begrijpelijk is. Vermijdt daarom vakjargon of maak een leesbare samenvatting. Beschrijf de conclusie helder en bondig en altijd in relatie tot de gestelde vraag.

Leg afspraken over communicatie vast. Denk daarbij aan de relatie met de opdrachtgever, overleggen en leestijd.

2.3 Kwaliteitsborging

De vraag en het resultaat (antwoord) moeten op elkaar aansluiten. Denk hier daarom tevoren na over de

gewenste kwaliteit van het model, kalibratie, analyse en de resultaten. Leg afspraken hierover vast in overleg met

de opdrachtgever. Toets gedurende het adviestraject of de kwaliteit (blijft) voldoet aan deze afspraken.


Randvoorwaarde en uitgangspunten

Leg uitgangspunten en randvoorwaarden altijd (!) expliciet vast in de rapportage en bespreek deze met de

opdrachtgever. Welke gegevens zijn nodig, wat is nog nodig voor beantwoording van de vraag? Welke scenario’s

zijn noodzakelijk en waarom?

Kwaliteitscontrole

De kwaliteit van hydrologische adviezen wordt op diverse wijzen geborgd. Natuurlijk is daar de vakkennis nodig

van de betrokken specialist. En de onderlinge afstemming van werkafspraken en uitgangspunten zoals beschreven

in dit handboek.

Wij borgen de kwaliteit van hydrologische adviezen ook door collegiale-sparring op cruciale momenten (aanpak,

systeembeschrijving, rapportage). Dit is in principe altijd terug te vinden (herleidbaar) in de rapportage van zowel

externe als interne opdrachten (naam kwaliteitsborger opnemen in rapportage).

2.4 Iteratief proces

Een project kan gaandeweg veranderen. Stel je hierin flexibel maar ook zakelijk op:

wat zijn de consequenties voor de planning? Moet deze worden aangepast? hoe zit het met de urenbesteding? Was de inschatting vooraf goed? wees kritisch op extra vragen en scenario’s, wat voegen deze toe, consequenties voor tijd en planning? is de scope van het project veranderd, zijn er nieuwe inzichten?

2.5 Archivering

Archiveer relevante projectinformatie zodanig dat een collega er mee kan werken. Deze archivering vindt plaats door tijdens de aanmaak van het project te werken met voorgeschreven mappen en projectnamen (zie ‘project aanmaken’ paragraaf 2.1).

Afgeronde projecten worden verplaatst naar het archief: Grondwaterstudies N:\Applicatiedata\MIPWA\Projecten\archief Oppervlaktewaterstudies N:\Applicatiedata\SOBEK\Projecten\archief.

Schoon tussenscenario’s en -producten op. Bewaar in ieder geval: rapportage en logboek brondata / invoergegevens modellen en niet eenvoudig reproduceerbare modelresultaten gebruikt Borgert! Hierin leg je de kenmerken van het model vast. Voor gebruik van Borgert wordt gewezen

naar het protocol (N:\Applicatiedata\MIPWA\Kennisborging\Gebiedskennis\Protocol). Ingevulde kennisbestanden worden aangeboden en getoetst door de functioneel beheerder.

Spreek met externe partijen af dat het waterschap niet alleen eigenaar wordt van de modelresultaten maar ook

van de modelinstrumenten zelf. Archiveer de instrumenten volgens bovenstaande afspraken.

Voor Natura 2000 projecten is met de provincie Overijssel afgesproken dat het waterschap de modellen

opgeleverd krijgt (dit toetst) en archiveert als onderdeel van het ‘opleverdossier’. De adviesbureaus leggen de

modelkenmerken vast (voor grondwatermodellen: Borgert, voor oppervlaktewater: Odomo.

2.6 Evaluatie en monitoring

Door een project te evalueren leren we en worden we steeds beter!


Aandachtspunten hierbij:

is het werk conform opdracht uitgevoerd? Benoem verschillen! hoe tevreden is de opdrachtgever? Doorspreken levert vaak inzichten! hoe leesbaar is het rapport voor een buitenstaander? wat is extra uitgevoerd buiten de gemaakte afspraken? Waarom? Was dit te voorzien? waarde voor andere projecten? leerpunten voor volgende projecten? krijgt het project een vervolg? De omvang van de evaluatie moet in relatie staan tot de grootte van de opdracht.

Monitoring geeft inzicht in de verschillen tussen het ontwerp en de werkelijkheid. Ook hier kunnen we van leren!

Zorg dat de monitoring passend is bij de vraag en de omvang van het project. Houd ook rekening met de

beoordeling en evaluatie van de gegevens.

2.7 Afronding

Een project is afgerond als de doelstellingen van de opdracht (opdrachtformulier) gehaald zijn. Lever de

resultaten aan volgens de gemaakte afspraken bij de opdrachtgever. Bespreek de berekeningsresultaten en

interpretatie daarvan. Spreek ook door over het vervolgtraject en de mogelijk verwachte inzet. Nieuwe vragen of

varianten en aanzienlijk grotere tijdbesteding dan voorzien zijn aanleiding voor een nieuwe of aangepaste

opdracht. Deze wordt opnieuw (en zo mogelijk aansluitend) gepland.


3. Landelijk gebied, ontwerprichtlijnen Voor het ontwerp of de modellering van het oppervlaktewatersysteem zijn diverse begrippen, situaties en

normen relevant. Dit hoofdstuk geeft hiervan een overzicht.

3.1 Doelen

Doel van een goed ontwerp is om de betreffende functies in het gebied zo goed mogelijk te bedienen. Hierbij

worden onderscheiden:

landbouw natuur stedelijk gebied (zie ook hoofdstuk 4). Ook worden eisen aan de waterloop zelf gesteld: goed ecologisch functioneren (bijv. kwaliteit, stroming) recreatie en scheepvaart (specifieke eisen).

3.2 Drooglegging en ontwateringsdiepte

De begrippen drooglegging en ontwateringsdiepte worden nog wel eens door elkaar gehaald:

drooglegging is het verschil tussen de oppervlaktewaterstand en het maaiveld

de ontwateringdiepte is het hoogteverschil tussen de grondwaterstand en het maaiveld. Drooglegging speelt geen rol in de ontwerpsystematiek; daar gaat het altijd om grondwaterstanden en dus

ontwateringsdiepte.

Figuur 3 Drooglegging en ontwateringsdiepte

3.3 Maatgevende situaties: normaal en extreem

Deze zijn relevant voor de bediening van functies. Grofweg kun je onderscheiden:

normale of beheersituatie. Dit is de meest voorkomende situatie. Grondwaterstanden zijn hierin bepalend voor de mate waarin grondgebruikers goed worden bediend. In hellende, vrij afwaterende gebieden zijn de grondwaterstanden moeilijk te beïnvloeden met peilbeheer. Voor polders en vlakkere gebieden lukt dit beter

extreem natte en droge situaties. Deze komen incidenteel voor. Het voorkomen van overlast en schade is vaak belangrijk. Voor droogte zijn (nog) geen normen, maar het wordt wel meegenomen in schadeberekeningen (droogteschade, droogtestress) en meegewogen in de totale schade.

Voor de toetsing van functiebediening hanteren wij maatgevende afvoersituaties, zie navolgend overzicht.

Drooglegging Ontwateringsdiepte


Situatie Beheer of

extreem

Frequentie van voorkomen Voor functie Doel

1/100 Q Beheer 10% van de zomerperiode bereikt of onderschreden

Landbouw Doelrealisatie

Natuur

Vochtvoorziening,

droogtestress

Minimale stroomsnelheid

1/4Q Beheer 80 dagen per jaar bereikt of overschreden


Natuur

Vochtvoorziening


Minimale waterdiepte

Stedelijk Geen grondwateroverlast

T = 1 Extreem Komt eens per jaar voor

Landbouw Geen inundaties

Natuur Wel/geen inundaties

Stroomsnelheidsdynamiek

Stedelijk Overstortdrempel vrij

Beheer en

onderhoud Maximale stroomsnelheid

T = 10 Extreem Komt eens per 10 jaar voor Landbouw Geen inundaties


T = 25 Extreem Komt eens per 25 jaar voor Landbouw Geen inundaties


T=50 Extreem Komt eens per 50 jaar voor Natuur Wel/geen inundaties

T = 100 Extreem Komt eens per 100 jaar voor Stedelijk Geen inundaties


Tabel 4 Maatgevende afvoersituaties in relatie tot functiebediening

Bij de ontwerpsituaties 1/100Q en 1/4Q zijn de doelen gericht op grondwater (‘doelrealisatie’) en stroming. De

extreme situaties richten zich op (het al dan niet voorkomen van) inundaties.


3.4 Maatgevende afvoeren (beheersituatie, meestal stationair)

Het bepalen van maatgevende afvoeren kan op meerdere manieren. Deze paragraaf beschrijft de

voorkeursvolgorde en methode.

Voor de beheersituatie wordt standaard gebruik gemaakt van daggemiddelde afvoeren, in tegenstelling tot

extremen (paragraaf 3.6), waarbij kortdurende afvoeren worden gebruikt.

Figuur 4 Maximale en daggemiddelde afvoeren

Er kunnen omstandigheden zijn waarin het noodzakelijk is ook de beheersituatie niet-stationair te benaderen.

Bijvoorbeeld de aanwezigheid van keileem.

Bepaal de maatgevende afvoeren bij voorkeur uit metingen, of leidt deze anders af uit grondwaterstanden.

Uit metingen

De specifieke afvoer (afvoer per hectare) leid je af met een duurlijn (dagwaarden) van een zo lang mogelijke

reeks. Navolgende figuren illustreren dit.

Figuur 5 Afleiden maatgevende afvoer uit gemeten debiet

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,010,101,0010,00100,001000,00

Herhalingstijd (dagen per jaar)

Afv

oer

(m

3/s)

1/100Q

1/4Q

Kortdurend

Dag - gemiddeld


Uit grondwaterstanden (landelijk gebied/onverhard stedelijk gebied)

Wij maken bij voorkeur gebruik van de relatie die is afgeleid voor Vechtstromen Noord (door Alterra) tussen de

(modelmatig bepaalde) GHG en de afvoer die eens per jaar optreedt (Q).

Zie navolgende relatie4.

Figuur 6 Relatie maatgevende (jaarlijkse, Q) afvoer en GHG voor onverhard gebied

De getrokken lijn wordt getypeerd als: Afvoer = 1,48e0,0116*GHG Bepaal vervolgens de afvoerfactor die hoort bij de ontwerpsituatie door verschaling. Zie navolgende tabel.

Ontwerpsituatie Relatief (%)

Standaard (jaarlijkse) afvoer (Q) 100

1/4Q 25

1/100Q 1

Tabel 5 Verschaling maatgevende afvoer

4 Motivatie voor deze keuze:

Sluit goed aan bij de getallen uit het Cultuurtechnisch Vademecum (1988) Sluit aan bij de getallen uit ‘Maatgevende afvoer en maaiveldafvoer in waterschap Vechtstromen’ (2017, Massop, van Bakel en De Louw) De getallen liggen tussen de specifieke relaties voor beekdalen en dekzandruggen (Van der Gaast, Massop, Vroon, Staritsky, H2O 2007).


Een terugvaloptie is het Cultuurtechnisch Vademecum (tabel 4.2.1 op blz. 551). Hiermee kun je de

grondwatertrap omzetten naar een afvoerfactor. Ga voor bepaling van de grondwatertrap bij voorkeur uit van de

bodemkaart. Let er op dat door maatregelen na kartering de grondwatertrap in werkelijkheid ‘droger’ kan zijn.

Als er, door gebrek aan (goede) metingen, een afgeleide methode wordt gebruikt voor de bepaling van

maatgevende afvoeren, dan moet terdege rekening gehouden worden met forse afwijkingen ten opzichte van de

werkelijkheid. Daarom is een gevoeligheidsanalyse en robuustheidstest belangrijk. Ook moet rekening gehouden

worden met klimaatveranderingen en de invloed daarvan op afvoeren (zie paragraaf 7.8)

Neerslagstatistiek

We gaan uit van de neerslagstatistiek zoals vastgelegd in ‘Neerslagstatistiek en -reeksen voor het waterbeheer

2019’ ( Stowa rapport nr. 19, 2019). De ‘basisstatistiek’ is in navolgende tabel weergegeven.

Tabel 6 Neerslag (mm) bij herhalingstijd en duur (Stowa, 2019-19), ranges: 95% betrouwbaarheid

Corrigeer de basisstatistiek voor regionale/seizoenale verschillen volgens onderstaande figuur (zie ook bijlage 9).

Figuur 7 regionale correctiefactoren neerslag

Ga voor de jaarstatistiek uit van de referentieregio, voor het winterseizoen van de lage regio (zie

Figuur 7 regionale correctiefactoren neerslag). In bijlage 9 is een meer uitgebreide tabel weergegeven met de

basisstatistiek, maar dan zonder de betrouwbaarheidsintervallen.


Op www.meteobase.nl. kun je de statistiek en reeksen downloaden. Informatie op deze site is gebruikt om voor

Vechtstromen een tabel te maken voor huidig klimaat en klimaatscenario WL centre. Zie bijlage 9.

Gebiedsgrootte-effect

Een groter gebied veroorzaakt een lagere afvoer dan je op basis van de ‘afvoerfactoren’ zou verwachten. Dit

gebiedsgrootte-effect treedt op vanaf 10.000 ha. In onderstaande tabel is deze reductie weergegeven.

Oppervlak (ha) Gebiedsgrootte-effect (%)

10.000 100

20.000 95

50.000 90

100.000 85

Tabel 7 Gebiedsgrootte-effect

In formule:

Vergelijking 1 Gebiedsgrootte-effect

3.5 Grondwater in beheersituaties

Vanwege de verhoudingsgewijs trage dynamiek is grondwater met name van belang in beheersituaties.

Grondwatersituaties

Onderstaande tabel geeft een overzicht van grondwatersituaties die van belang zijn voor grondgebruikers.

Situatie Definitie Omschrijving Voor functie Doel

GHG

Het gemiddelde van de drie hoogste 14-daagse

waarnemingen uit minimaal 8 hydrologische

jaren

winterperiode, wordt 6 weken per

jaar bereikt of overschreden


Stedelijk Voldoende

ontwatering

GVG

Het gemiddelde van de drie hoogste 14-daagse


jaren in het voorjaar

Voorjaarsperiode, wordt in het

voorjaar 6 weken bereikt of

overschreden

Natuur Vocht-voorziening

GLG

Het gemiddelde van de drie laagste 14-daagse


jaren Zomerperiode, wordt 6 weken per

jaar bereikt of onderschreden


Natuur Vocht-voorziening

/s)(m reductie naafvoer Q

/s)(m reductier afvoer voo Q

(ha)oppervlak A :waarin

log(A)0,151,6QQ

3r

3

r

http://www.meteobase.nl/


Tabel 8 Grondwatersituaties

Leid zo mogelijk de grondwatersituatie af uit een meetreeks van (freatische) grondwaterstanden. Hiervoor kan

gebruik worden gemaakt van Menyanthes (zie paragraaf 8.11)

Een andere mogelijkheid is om gebruik te maken van een grondwatermodel (huidige situatie, effect van

maatregelen). In dit geval hanteer je voor het de oppervlaktewaterpeilen in het model voor het winterhalfjaar het

¼ Q-peil en voor het zomerhalfjaar het 1/100Q- peil.

Betekenis vastgestelde GGOR kaarten

De vastgestelde GGOR legt de gewenste gronden oppervlaktewatersituatie vast op globale schaal

(gebruiksschaal 1: 50.000). Voor maatregelen in projecten moet bijna altijd ‘ingezoomd’ worden naar lokaal

niveau. Gebruik hiervoor informatie over de lokale situatie zoals bijvoorbeeld gemeten grondwaterstanden.

Als het vastgestelde GGOR teveel afwijkt van de werkelijkheid, dan moet een nieuwe actuele situatie voor het

grondwater worden bepaald. Dit kan een representatieve situatie van het grondwatermodel zijn. Deze actuele

grondwatersituatie is het vertrekpunt bij de bepaling van effecten (zie ook hoofdstuk 8). Deze uitgangssituatie kan

dus afwijken van de vastgestelde GGOR.

Grondgebruik en ontwerpparameters

Onderstaande tabel geeft een overzicht van ontwerpparameters voor grondwater die zijn gekoppeld aan

grondgebruiksfuncties.

Grondgebruiks-

functie Situatie Doel Parameter

Ontwerp-

parameter Hulpsituatie

Landbouw Beheer Doelrealisatie

Natschade GHG 1/4Q

Droogteschade GLG 1/100Q

Extreem Geen inundaties Oppervlakte-waterpeil T=1 / 10 / 25

Natuur

Beheer Vochtvoorziening

Voorjaars-

grondwaterstand GVG 1/4Q / 1/100Q

Droogtestress GLG, kwel 1/100Q

Extreem Wel/geen inundaties Oppervlakte-waterpeil T=1 / 10 / 25 /

50 / 100

Stedelijk

Beheer Geen grondwateroverlast Grondwaterstand GHG 1/4Q

Extreem Geen inundaties Oppervlakte-waterpeil T=100

Extreem Overstortdrempel vrij Oppervlakte-waterpeil T=1

Tabel 9 Ontwerpparameters grondwater


3.6 Extreme afvoersituaties (niet stationair)

Het gaat hierbij om kortdurende, niet-stationaire gebeurtenissen.

Vanwege het verschil in afvoerkarakteristiek wordt onderscheid gemaakt in landelijk en stedelijk gebied. Voor

bebouwing zijn T = 1 en T = 100 van belang (zie Tabel 9). Voor landelijk gebied zijn alle situaties van belang.

Beschikbare methoden zijn:

metingen (heeft de voorkeur!). Deze kunnen rechtstreeks gebruikt worden, of om modellen te kalibreren en valideren

semi-stationaire methode. Deze methode is vergelijkbaar met paragraaf 3.4 ontwerpbui-methode. Ontwerpgebeurtenis(sen) met afvoer per herhalingstijd (slimme) tijdreeksmethode. Een lange periode (tientallen jaren) wordt doorgerekend. Uit een statistische

nabewerking van resultaten volgt de afvoer met de gewenste herhalingstijd stochastenmethode. Een groot aantal gebeurtenissen, bestaande uit een combinatie van (onafhankelijke)

stochasten (neerslagvolume, neerslagpatroon en initiële grondwaterstand) wordt doorgerekend. De combinatiekans behorende bij een herhalingstijd levert de afvoer.

Waterschap Vechtstromen gebruikt voor de NBW-toetsing de ‘slimme tijdsreeksmethode’. Deze methode heeft

dan ook de voorkeur bij het maken van ontwerpen.

Er kunnen echter redenen zijn om een andere methode te gebruiken; daarom worden ze allemaal kort

beschreven.

Metingen

De meest directe en inzichtelijke methode is de toepassing van metingen. Gebruik hiervoor een meetreeks met

kleine meetintervallen (uren of korter).

Vaak wordt door extrapolatie (meetreeksen niet lang genoeg…) op logaritmische schaal de maatgevende afvoer

bij een bepaalde herhalingstijd vastgesteld. Zie navolgende voorbeeld. Er zijn ook andere extrapolatietechnieken,

we kiezen voor de meest eenvoudige en robuuste.


Figuur 8 Afleiding extreme afvoeren uit metingen

Beoordeel altijd de bruikbaarheid van de afvoer die aldus wordt afgeleid. Houd hierbij rekening met de periode

en lengte van de meetreeks. Ook kun je de afgeleide waarde vergelijken met andere berekeningsmethoden.

Semi-stationaire methode

Dit is een eenvoudige en algemeen toepasbare methode gebaseerd op relaties tussen grondwatertrappen –

afvoer en gebiedsgrootte - piekafvlakking.

De werkwijze omvat de volgende stappen:

Stap 1: bepaal de (basis)afvoer, zie paragraaf 3.4 Stap 2: bepaal de extreme afvoer per herhaling tijd door verschaling van de afvoeren uit stap 1 (navolgende) Stap 3: corrigeer de afvoer uit stap 2 voor het ‘gebiedskleinte’-effect (navolgende)

Toelichting stap 2 (bepaling extreme afvoer door verschaling basisafvoer):

Verschaal de (basis)afvoer (zie paragraaf 3.4) tot afvoeren in extreme situaties, zie Tabel 10.

Ontwerpsituatie Relatief (%)

Standaard afvoer Q (T=1) 100

T = 10 150

T = 25 170

T = 50 185

T = 100 200

Tabel 10 Verschaling basisafvoer naar extreme afvoeren

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0,010,101,0010,00100,001000,00

Herhalingstijd (keren per jaar)

Afv

oer

(m3/s

)

T=100

T=25

T=10

T=1

T=50


Uitgangspunt is dus een logaritmisch verband tussen herhalingstijd en afvoer, zie navolgende figuur.

Figuur 9 Verband herhalingstijd en (extreme) afvoer

Toelichting stap 3: correctie voor het ‘gebieds-kleinte’-effect

De afvoerfactoren zijn stationair of dag-gemiddeld en valide voor gebieden groter dan 10.000 ha. Voor gebieden

kleiner dan 10.000 ha is de piek juist hoger (‘gebiedskleinte’ effect). De ervaringen in Oost Nederland zijn

verwerkt in navolgende overzicht, grafiek en formule.

Oppervlak (ha) Gebiedskleinte-effect (%)

1 300

10 250

100 200

1000 150

10000 100

Tabel 11 Correctie voor gebiedskleinte effect

Grafisch kan dit als volgt worden weergegeven:

50

75

100

125

150

175

200

225

250

0,010,11

Herhalingstijd (keren per jaar)

Rela

tieve a

fvoer

(%)


Figuur 10 Relatie oppervlak – (extreme) afvoer (gebiedskleinte-effect)

En in formulevorm:

Vergelijking 2 Gebiedskleinte-effect

Ontwerpbui-methode

Met deze methode wordt met één ontwerpbui (met een bepaalde herhalingstijd) de afvoer berekend. Hierbij is

dus de aanname dat de herhalingstijd van de bui gelijk is aan die van de afvoer. Dit hoeft niet het geval te zijn.

Landelijk wordt daarom aangegeven om deze methode liever niet te gebruiken voor toetsingen(handreiking

toetsing STOWA). Toch kan hij van pas komen, bijvoorbeeld bij het beperkt aanwezig zijn van metingen.

De relatie tussen neerslag en afvoer is gebied specifiek. Als je de ontwerpbui-methode toepast, doe dit dan voor

grotere gebieden (vanaf 10.000 ha). Hanteer voor de aanloopperiode (voorafgaand aan de bui) een stationaire

neerslagsituatie van 1 mm per dag (0,042 mm/uur).

(Slimme) tijdreeks-methode

Met een lange tijdreeks van neerslag en verdampinggegevens worden (met een neerslag/afvoermodel) afvoeren

berekend. Deze afvoeren worden gerangschikt en statistisch verwerkt. Aldus bepaal je de afvoer bij een zekere

herhalingstijd. Let op de lengte van de reeks in relatie tot de herhalingstijd. Zijn de waarden plausibel?

0

50

100

150

200

250

300

350

110100100010000

Oppervlak (ha)

Rela

tieve a

fvoer

(%)

(ha)oppervlak A

/s)(mdagdebiet Q

/s)(met momentdebi Q :waarin

2/)log(3

3 d

3m

AQQ dm


Landelijk gezien is de tijdreeksmethode, naast de stochastenmethode, een geaccepteerde methode voor de

toetsing van wateroverlast aan normen. Wij hebben hiervoor gekozen in de vorm van een ‘slimme

tijdreeksmethode’. Het ‘slimme’ zit erin dat uiteindelijk alleen de maatgevende tijdreeksen worden

doorgerekend. De methode sluit aan bij onze huidige rekenpraktijk en is goed uitlegbaar.

In de tijdreeksmethode kunnen onzekerheden (bijvoorbeeld onderhoudstoestand) worden meegenomen met

gevoeligheidsanalyses. Hiermee wordt inzicht verkregen in de betekenis van aannames voor het resultaat.

Op heel lokaal niveau kan gefundeerd afgeweken worden van de algemene gebiedseigenschappen omdat meer

regionaal bepaalde gegevens (bijvoorbeeld afvoer) op lokaal niveau niet gelden.

Stochastenmethode

Bij de stochastenmethode worden maatgevende waterpeilen en debieten berekend op basis van combinaties van

(onafhankelijke) stochasten. Voorbeelden van stochasten zijn neerslag, initiële grondwaterstand,

kunstwerksturing en randvoorwaarden zoals een waterpeil en de onderhoudstoestand.

Aan iedere stochast is een kansverdeling verbonden. Door alle mogelijke combinaties van stochasten met een

modelinstrument door te rekenen, verkrijg je afvoeren en waterpeilen gekoppeld aan de gecombineerde kans van

alle gehanteerde stochasten. De methode is (theoretisch) elegant maar ook complex, rekenintensief en lastig uit

te leggen. Ook de aanname van ‘onafhankelijkheid’ van stochasten verdient aandacht. Want zijn initiële

grondwaterstanden wel onafhankelijk van de neerslag? …

Het goed inschatten van de kansen van alle stochasten is de Achilleshiel van deze methode; al snel wordt het

overzicht verloren en is het niet meer mogelijk de uitkomsten op plausibiliteit te toetsen.

3.7 Ontwerpeisen landbouw en natuur (incl. KRW)

Doelrealisatie is een maat voor optimale bediening van een grondgebruiksfunctie. Het is een begrip uit de

methode ‘Waternood’. Deze methode is grondwatergericht en uitgangspunt voor onze ontwerpen. In andere

literatuur wordt uitgebreid ingegaan op deze ontwerpmethoden. Hier wordt alleen ingegaan op specifieke,

ontwerptechnische zaken.

Bedenk dat in de praktijk vaak de optimaal gewenste situatie niet kan worden bereikt. Denk aan bijvoorbeeld

geaccidenteerd terrein waar grondwaterpeilen niet of nauwelijks kunnen worden beïnvloed met peilbeheer. Het

optimum is in dit geval gerelateerd aan eenzelfde bodem, maar dan in een voor het gewas optimale

grondwatersituatie. Als ware deze grond in een poldergebied ligt…

Het is in dit geval als waterschap betekenisvoller om te kijken naar de mate waarin we de grondwatersituaties

kunnen beïnvloeden en wat dit betekent voor de gebruiker!

Tot voor kort werd de Waternood-methode gebruikt, die gebaseerd is op HELP-tabellen Deze methode is

inmiddels doorontwikkeld tot de Waterwijzer (2018).


Waterwijzer landbouw

De doelrealisatie is maximaal 100% (maximale productie). Door nat- en droogteschade neemt de doelrealisatie af:

doelrealisatie = 100% - natschade – droogteschade

De nat- en droogteschade wordt bepaald door de grondwaterstanden (GxG uit bijv. GGOR-kaart of model),

bodemtype (bodemkaart 1:50.000) en landgebruik (gebruik LGN4 of recenter). Bedenk dat LGN een

momentopname is. Check de juistheid voor kleine gebieden! Je kunt er bijvoorbeeld ook voor kiezen om

roulerende maisteelt te classificeren als grasland. Neem de optie ‘beregening’ niet mee in de berekening.

Hanteer in het project duidelijke doelstellingen waarmee je de verandering van nat- en droogteschade kunt

beoordelen. Geef hierbij ook aan voor welk schaalniveau dit geldt (perceel, beïnvloedingszone of stroomgebied).

Presenteer nat- en droogteschade (en doelrealisatie) apart. Door dezelfde legenda/ kleurennuances (binnen een

anderen kleur) te gebruiken voor nat- en droogteschade zijn de schades eenvoudig te vergelijken. Veranderingen

minder dan 5% zijn niet significant. Geef deze niet weer op kaart of geef hieraan aandacht in de tekst.

Natuur

Met de Waterwijzer terrestrische natuur is het mogelijk de doelrealisatie voor natuur te bepalen. Soms ontbreekt

er informatie, bijvoorbeeld omdat de provinciale natuurdoeltypen zijn gebaseerd op de actuele situatie (en niet

op de optimale). Of er zijn (nog) geen natuurdoeltypen vastgesteld voor nieuwe natuur. De Waterwijzer bevat

hiervoor wel mogelijkheden:

de randvoorwaarden voor terrestrische natuur uit Waternood database Runhaar Referentiegrondwaterstanden Regge en Dinkel5.

Ook kan in deze situatie op basis van ‘expert judgement’ een uitspraak worden gedaan over de functiebediening.

Neem hiervoor contact op met onze ecologen.

De mate waarin natuurwaarden worden bediend is afhankelijk van de grondwatersituatie (GVG en GLG), de hoeveelheid kwel (bijv. uit model), het bodemtype (bodemkaart) en het natuurdoeltype (provincie). Voor alle parameters (droogtestress, GVG, GLG en kwel) wordt de doelrealisatie berekend.

Inundaties In het Nationaal Bestuursakkoord Water is afgesproken dat het waterschap inundaties toetst aan normen. Bij de

toetsing op inundaties (natuur, landbouw, stedelijk gebied) vergelijk je de maaiveldhoogte met het waterpeil dat

hoort bij de betreffende toets-situatie (bijv. eens per 10 jaar).

Er zijn provinciale kaders voor de normering wateroverlast. Deze zijn concreet gemaakt in de normenkaarten die

horen bij de waterbeheerplannen van Velt en Vecht en Regge en Dinkel. Deze normenkaarten geven het

gewenste beschermingsniveau tegen inundaties weer. Inmiddels is er ook een gebied dekkende normenkaart in

concept beschikbaar. Gebruik ook deze ter verificatie.

We hebben het hier over inundaties ten gevolge van hoge oppervlaktewaterstanden. Er treedt echter ook steeds

vaker plasvorming op percelen op door gebruik van te zware landbouwmachines of vertrapping door vee. Ook

5 Op basis van historische informatie (o.a. COLN kaarten, historische vegetatiekarteringen, historische kaarten) gereconstrueerde natuurlijke

grondwatersituatie. Deze dateert van voor het menselijke ingrijpen (waterbeheer). De beelden zijn bedoeld als referentie voor natuur.


kan er sprake zijn van inundaties door stagnerende neerslagwater. Dit is geen inundatie vanuit oppervlaktewater

en valt dus niet onder de ‘normering wateroverlast’.

Ga voor de maaiveldhoogte bij landbouw en natuur uit van het AHN. Laat meetpunten nabij taluds van

waterlopen en duidelijke meetfouten buiten beschouwing.

Figuur 11 Maaiveldcriterium

Bij de normen voor wateroverlast is sprake van een maaiveldcriterium. Dit is het percentage van het gebied dat

niet aan de norm behoeft te voldoen. De schaalgrootte is hierbij van grote invloed op de uitkomst. In Rijn Oost is

afgesproken om peilgebieden te gebruiken als eenheid om het maaiveldcriterium toe te passen.

maaiveldhoogte

xx %-maaiveldhoogte

5%-maaiveldhoogte


Waterfuncties (KRW)

In het waterbeheerplan wordt een goede bediening van de waterfuncties grotendeels verbonden aan de Kader

Richtlijn Water doelen. De relaties met het hydraulisch ontwerp staan weergegeven in navolgende tabel.

Situatie Doel KRW watertype Ontwerp-


Beheer


R3 0,10 m/s 1/4Q

R4, R5, R6 (beschaduwd) 0,1 - 0,2 m/s 1/100Q

R4, R5, R6 (niet

beschaduwd) 0,4 m/s 1/100Q

Maximale stroomsnelheid R4, R5, R6 0,50 m/s <T=1

Minimale waterdiepte R4, R5, R6 0,25 m 1/4Q

Extreem Maximale stroomsnelheid R4, R5, R6 0,70 m/s ’bank-full’

Beheer/

Extreem Gedempte afvoerdynamiek R4, R5, R6

Annual coëf. of flow < 30

Q (T=1)/Q (april-mei) < 4

Extreem Natuurlijk dwarsprofiel R4, R5, R6 ‘Bank-full’ T=1 / T=2

Beheer/

Extreem

Geen dominantie waterplanten in het voorjaar

en de zomer R4, R5, R6 Beschaduwen > 70% n.v.t.

Tabel 12 KRW-doelen en ontwerpparameters

De eisen voor stroomsnelheid zijn niet realiseerbaar bij gereguleerd waterpeil (stuwen) en genormaliseerd

dwarsprofiel.

Een maat voor de afvoerdynamiek is de ‘annual coëfficiënt of flow variation’. Dit is de jaargemiddelde afvoer

gedeeld door de standaarddeviatie * 100 (Poff en Ward, 1989). Daarnaast wordt ook wel de verhouding tussen de

jaarlijkse piekafvoer (T=1) en de gemiddelde voorjaarsafvoer (april/mei) gebruikt als maat voor de afvoervariatie.

De KRW stelt naast de eisen per watertype ook algemene eisen aan een watersysteem:

droogval mag niet voorkomen bij R4, R5 en R6 variatie van stroming door variatie in het dwarsprofiel, geulpatroon (recht/ meanderend) en de aanwezigheid

van (beek)hout in de oever aanwezigheid van diepere plekken voor overwintering van vis (diepte ≥ 1,0 m) geen bemaling en inlaat van gebiedsvreemd water.

Voor de ontwikkeling van de beek-gebonden waterfuncties is het van belang dat de omstandigheden stabiel zijn.

Dit betekent: geen (grootschalige, netto) erosie of sedimentatie. Reden hiervoor is dat substraten (bijv. blad,

grind en hout) wegspoelen of bedekt worden onder een laagje slib of zand. Het is daarom belangrijk dat het

geulpatroon (A) en dwarsprofiel (B) aansluiten bij de natuurlijke omstandigheden.

Relevant voor het geulpatroon (A) zijn:

het stabiliteitsdiagram uit het handboek ‘geomorfologisch beekherstel’ (Makaske en Maas, 2015). Het gaat dan om het potentieel specifiek stromingsvermogen (op basis van de geulvormende afvoer en het


dalverhang) en de mediane korrelgrootte van het beddingmateriaal (D50). De formules uit het handboek zijn beschikbaar via een formuleblad op de website van de STOWA. Zie ook paragraaf 5.1.

het historisch geulpatroon. Gebruik hiervoor oude kaarten (liefst van vóór 1960/ 1970). Soms was sprake van een ander afvoerpatroon (!). Beschouw ook lokale variaties van bijvoorbeeld bodemsoort (veen of leem), kwel in de oeverzone en begroeiing.

Voor het natuurlijke dwarsprofiel (B) is de volgende informatie van belang:

de (boven)breedte en (gemiddelde) diepte volgens formules (3) en (5) uit het handboek ‘geomorfologisch beekherstel’ (Makaske en Maas, 2015). Deze cijfers zijn indicatief. Natuurlijke beken in zandgebieden zijn vaak breed en ondiep

de historische breedte en diepte. Gebruik hiervoor oude leggerprofielen en historische informatie (liefst van vóór 1960/ 1970). Beschouw ook natuurlijke lokale variaties van bijvoorbeeld bodemsoort (veen of leem), kwel in de oeverzone of de begroeiing.

Hierbij wordt opgemerkt dat een natuurlijk dwarsprofiel steile oevers heeft tot op de gemiddelde waterstand.

Deze oever loopt vanaf daar geleidelijk af als onderwatertalud. Bij lagere waterstanden neemt de waterbreedte

(en het natte dwarsprofiel) dus af en beweegt het water zich door een deel van het profiel. Door deze ‘talweg’

kan het water ook bij afvoeren blijven stromen.

Belangrijk bij de zoektocht naar het natuurlijk geulpatroon en dwarsprofiel is de ‘geulvormende afvoer’. Deze

afvoer is bepalend voor de geulvorming. Het gaat om T=1 of T=2 situaties. Een natuurlijke geul:

is tot de rand toe gevuld (‘bank-full’) bij een T=1 of T=2 afvoer zal op diverse plaatsen overstromen bij een T=1 of T=2 afvoer. Leid bij ongewenste inundaties afvoeren boven T=1 of T=2 om via een (groene) hoogwatergeul.

Geef bij beekherstel aandacht aan sedimenttransport. Tips:

streef naar een geleidelijk aflopende waterbodemhoogte (die gelijke tred houdt met het maaiveld-verhang) streef naar natuurlijke aanvoer en transport van sediment (geen zandvang) zorg voor een gesloten sedimentbalans. In situaties met netto erosie moet tijdig zand worden gesuppleerd zorg voor een doorlopende waterbodem, bijvoorbeeld bij het aan takken van meanders. Ten slotte is de beschaduwen (beschikbaarheid van licht) belangrijk voor de ontwikkeling van waterfuncties en beperking van het onderhoud: zorg dat de kroon van de bomen en struiken langs de beek 70% van het beekoppervlak beschaduwen zorg voor voldoende stroomsnelheid in de gehele zomerperiode. Reken met bijbehorende (lage) ruwheden zorg in (overgangs)situaties (bomen en struiken moeten zich ontwikkelen) voor intensiever onderhoud tot de

beschaduwen ‘het werk overneemt’. Compenseer tijdelijke begroeiing niet met een groter dwarsprofiel. In diepere beken met troebel water is er minder licht beschikbaar. Planten ontwikkelen zich minder snel. Er is dan minder beschaduwen nodig.

Meer informatie: Handboek geomorfologisch beekherstel (Makaske en Maas, 2015), paragraaf 2.4 Ecologische sleutelfactoren stromende wateren, tussenrapportage hydrologie en morfologie (Reeze en

Laseroms, 2018), hoofdstuk 4 en 5 Ecologische sleutelfactoren bufferzone en waterplanten, tussenrapportage (Torenbeek et al., 2018), par. 3.1,

5.1 en 6.1.


3.8 Droogte

Droogte is een langere periode waarin geen neerslag valt. Onderscheiden worden:

meteorologische droogte (tekort aan neerslag) bodem-fysische droogte (tekort aan bodemvocht) hydrologische droogte (lagere gronden/of oppervlaktewaterstanden)

Navolgende figuur geeft deze processen in de tijd weer.

Figuur 12 Schematische weergave van het droogteproces in de tijd (van Loon, 2015)

Toelichting begrippen:

‘lag’: tijdsduur nodig voordat hydrologische droogte ook optreedt in bodem of watersysteem ‘Lengthening’: tijdsduur die watersysteem nodig heeft voor herstel van meteorologische droogte ‘Attenuation’: de mate van doorwerking van meteorologische droogte in het watersysteem.

Ontwerptechnisch is het zaak om de effecten van droogte zoveel mogelijk te beperken. Dit betekent:

grondwatergericht ontwerpen (zie paragraaf 3.7).

Droogte kan worden beperkt door ‘water vast te houden’ in de vorm van grondwater of door water aan te

voeren. Water aanvoeren kan in een beperkt deel van ons gebied. Soms is dit ook niet gewenst. Voor hogere

gebieden is de strategie om minder grondwater te onttrekken aan het watersysteem (bijvoorbeeld kleinere

waterlopen, hogere peilen, buisdrainage dichtzetten). Droogte is niet altijd te voorkomen. Bij langdurige warm

weer blijven gewassen immers verdampen (uit bodemvocht en grondwater). Droogte ‘ijlt ook na’ (zie voorgaande

figuur). Zo was de droogte in 2018 nog niet gecompenseerd door neerslag bij aanvang van het groeiseizoen 2019.


4. Stedelijk gebied, ontwerprichtlijnen

4.1 Kenmerken

Belangrijk voor het ontwerp van stedelijk oppervlaktewater zijn de specifieke kenmerken:

kortdurende (zomer) buien (afvoerpieken van enkele uren) zijn vaak maatgevend de relatie met riolering (overstorten, lozingen6) is vaak bepalend (debieten en verdeling) droogval of gebrek aan doorstroming. Soms zijn maatregelen mogelijk7 het afkoppelen van hemelwater levert een andere belasting van de waterloop effecten van klimaatontwikkeling zijn hier juist voelbaar (burgers, weinig berging) berging is gericht op beperking van te grote piekdebieten. Typen berging zijn divers8 er is vaak weinig ruimte.

Het waterschap kan het waterbeheer overnemen van een gemeente bij een maatgevende afvoer (T=1) van

tenminste 5 l/s (circa 3 hectare verhard gebied).

4.2 Basis- en maatgevende afvoer

Hanteer de volgende uitgangspunten en aandachtspunten:

een afvoerfactor van 1,6 l/s, ha verhard gebied (bijvoorbeeld bij de berekening van berging) als basisafvoer voor onverharde stedelijk gebied (zonder bovenstrooms landelijk gebied) 0,8 l/s, ha gebruik voor debieten van lozende rwzi’s de gemeten of ontwerp hoeveelheden effluent (adviseur keten) houd rekening met toekomstige ontwikkelingen die de afvoer kunnen beïnvloeden (bijvoorbeeld uit- en

inbreiding stedelijk gebied, afkoppeling, rioolrenovaties, retenties). We hanteren bij voorkeur de methoden voor bepaling van niet stationaire afvoeren (zie paragraaf 3.6). Gebruik

voor ontwerpbuien T>100 de neerslagstatistieken voor korte duren uit bijlage 9. Hanteer voor ‘kwetsbare

gebieden’ in overleg met gemeente de bovenwaarde van de 95% range, anders de beneden-waarde.

Voor het bepalen van de invloed van de afvoergolven uit het stedelijk gebied verder benedenstrooms zijn

langduriger gebeurtenissen van belang. Gebruik hiervoor een neerslagduur van tenminste 24 uur onder het

huidige klimaat bij T=100, zie tabel STOWA in bijlage 9 .

4.3 Berging

Hieronder worden gerekend: bergingsvijvers, waterlopen, straat en infiltratie- en randvoorzieningen.

Om te voorkomen dat benedenstrooms gebied nadeel ondervindt van afvoerpieken uit (nieuw) stedelijk gebied,

stellen we, in afstemming met waterschappen Rijn en IJssel en Drents Overijsselse Delta (‘Water Raakt’) en in

6 We spreken van lozingen bij schoon hemelwater, van overstorten bij vuil watersysteem (gemengd stelsel met traditionele overstort)

7 bijvoorbeeld saneringswater in Enschede, opgepompt water voor Koppelleiding/Elsbeek in Hengelo 8 Bijvoorbeeld waterloop, vijver, wadi, groenvoorziening, straat, parkeerplaats


overeenstemming met de nieuwe neerslagstatistieken, eisen aan de maximale afvoer uit stedelijk gebied en

daarmee de berging. Zie het navolgende samenvattende overzicht.

T=100 gebeurtenis maatgevend voor toetsing (input) Neerslagstatistiek volgens Stowa rapport nr. 19, 2019 (input) Neerslag volgens huidige klimaat +10% (klimaat) (input) 3 mm berging op straat, dak etc. (input) maatgevende bui-duur is 48 uur, neerslaghoeveelheid 122 mm. Deze waarde komt overeen met de

neerslaghoeveelheid inclusief klimaatverandering volgens Stowa rapport nr 19 (output) maatgevende afvoer (lozingscapaciteit berging): 1,6 l/s, ha ofwel 28 mm bij bui-duur 48 uur (output) dit betekent 91 mm waterberging voor het gebied dat is toegenomen in verhard oppervlak (output) peil oppervlaktewater mag hierbij tot straatniveau stijgen (dus geen waakhoogte)

Bepaal de omvang en het type berging in bestaand stedelijk gebied in overleg met de gemeente.

Maak voor bepaling van de berging op straat en in het rioolstelstel gebruik van specifieke gegevens. Zijn deze er

niet, hanteer dan de volgende waarden:

berging van 3 mm over het verhard oppervlak (straat) berging gemengd stelsel: 7 mm in het riool en 2 mm in de randvoorzieningen (bijv. bergbezinkbassins) berging in verbeterd gescheiden stelsel van 4 mm Pompovercapaciteit van 0,7 mm/uur bij een gemengd en 0,3 mm/uur bij een verbeterd gescheiden stelsel.

4.4 Peilen en toetsing

Bij nieuw stedelijk gebied is het uitgangspunt dat het peil van de bestaande waterloop gelijk blijft. Als de

initiatiefnemer een grotere drooglegging wenst, dient te worden opgehoogd.

Plaatst drempels van overstorten (zowel riool- als regenwater) zodanige hoog dat deze bij T=1 vrij kunnen lozen.

De gemeente dimensioneert het (hemelwater en/of) rioolstelsel op maximaal T=10. Om een waterloop te kunnen

toetsen aan T=100 wordt de gemeente gevraagd de overstortdebieten voor deze situatie aan te leveren

(randvoorwaarde voor berekening). Afhankelijk van het type stelsel kunnen kortdurende buien of een

meerdaagse neerslagperiode gebruikt worden.

Voor de beoordeling van inundaties zijn hoogten uit het (fijnmazige) AHN minder betrouwbaar. Ga daarom uit van de gemeten hoogten van putdeksels in wegen. Deze zijn vaak bekend bij de gemeente. Voor het stedelijk gebied geldt dat bij een herhalingstijd van T=100 inundatie vanuit de waterloop geen overlast mag geven. Wat overlast is wordt in overleg met de gemeente bepaald. De toetsing is altijd specifiek. Het kan bijvoorbeeld zijn dat inundatie van een ontsluitingsweg ontoelaatbaar is, maar inundatie van de naastgelegen parkeerplaats acceptabel (berging).

4.5 Klimaat robuust ontwerp

Een waterloop wordt ontworpen op basis van (statistische) kenmerken van het huidige klimaat. Inzicht in hoe het

(ongewijzigde) ontwerp zich gedraagt bij een verandering van het klimaat geeft inzicht in de robuustheid van het

ontwerp. Voer deze controle altijd uit!

Gebruik hiervoor een langere neerslagduur van tenminste 24 uur voor het klimaat 2050 bij T=100 (STOWA,

neerslagstatistiek voor waterbeheer, rapport 19, 2019). Gebruik de bovenwaarde uit de range (bv. 110 mm in 24

uur, vergelijkbaar met bui in Kockenge in juli 2014). Zie ook bijlage Fout! Verwijzingsbron niet gevonden..


De resultaten van de robuustheidtest kunnen de ontwerpeisen overstijgen. Schenk aandacht aan onaanvaardbare

gevolgen. Zoek eerst naar eenvoudige en goedkope oplossingen buiten de keurzone/ het profiel van de

waterloop. Daarna is gemotiveerde aanpassing van het ontwerpprofiel van de waterloop aan de orde.

4.6 Stedelijk grondwater

Stedelijk grondwater is een verantwoordelijkheid van de gemeente (openbaar terrein) en de grondeigenaar

(perceel woning). Het waterschap kan een rol spelen bij de afwatering (van overtollig grondwater, keuze

ontwateringsmiddel en niveau).

Voor stedelijk gebied is geen GGOR vastgesteld. Dit omdat de betrouwbaarheid van (berekende)

grondwaterstanden in stedelijk gebied vaak minder is dan in het landelijke gebied (door grondwater-

onttrekkingen, detailontwatering en drainage). Deze gegevens zijn vaak onvoldoende bekend.

Voor algemene uitgangspunten grondwater in stedelijk gebied kunnen gemeentelijke plannen (bijvoorbeeld

rioleringsplannen, waterhuishoudingsplannen en beleidsplannen) geraadpleegd worden.

4.7 Toetsen en testen

Het waterschap behoort regulier te beoordelen of het ‘watersysteem op orde is’. Dit voor bijvoorbeeld overlast

en droogte. Wateroverlast wordt in beeld gebracht met rekeninstrumenten. Deze overlast moet worden

beoordeeld: zijn het knelpunten? Hulpmiddelen hierbij zijn de wateroverlastkaarten, normen, gebiedskennis en

het gesprek met omgevingspartijen. Er zijn in dit kader 2 relevante activiteiten:

1. de toetsing van het watersysteem volgens afspraken uit het Nationaal Bestuursakkoord Water (NBW)

2. de uitvoering van de stresstest zoals genoemd in het Delta Programma Ruimtelijke Adaptatie (DPRA).

Gezien de grote belangen in stedelijk gebied zijn de toetsing en stresstest beschreven in dit hoofdstuk. Belangrijk

is dat in beide processen het gesprek met de omgeving plaatsvindt. Resultaat is een maatregelpakket waarmee de

knelpunten (op termijn) worden opgelost. In navolgende wordt een nadere toelichting gegeven op de processen

van toetsing en stresstest. Wel is van belang gebleken om beide processen op elkaar af te stemmen.

Volgens de afspraken uit het NBW toetst het waterschap het watersysteem regulier aan normen. Voor het

stedelijk gebied is dit een norm van T=100. De NBW heeft betrekking op overstroming vanuit oppervlaktewater.

Belangrijk zijn langdurige neerslagsituaties en relaties tussen gebieden (Sobek). Zie ook paragraaf 3.7.

De stresstest richt zich op extreme situaties (hittestress, hoosbuien en droogte) als gevolg van

klimaatverandering. Dit afhankelijk van de lokale situatie (bv. fietstunnel, wel of geen trottoirbanden, helling

wegen). Een stresstest is boven-normatief. Gebruikte instrumenten zijn bijvoorbeeld Tygron en 3Di.

Vanuit het DPRA is de inzet dat Nederland in 2050 klimaat robuust is ingericht. Landelijk is de afspraak dat

gemeenten, waterschappen, provincie en het Rijk uiterlijk in 2019 een stresstest hebben uitgevoerd.

De stresstest geeft een eerste beeld van kwetsbaarheden. Een stresstest legt geen maatregelen op. De stresstest

heeft betrekking op zowel landelijk als stedelijk gebied en kan worden uitgevoerd over het grondgebied van

meerdere gemeenten samen. Het is ook mogelijk een stresstest op wijkniveau te doen.

Voor stresstesten met neerslag in stedelijk gebied wordt de extreem van de bui in overleg met gemeente

bepaald. De duur van de bui is meestal 1 uur.


Gebleken is dat stresstesten voor landelijk gebied voor kortdurende buien met name tot plasvorming leiden. Om

ook de verzameling van water door stroming mee te nemen is een hydraulische model nodig. Hier sluiten DPRA

en NBW dus op elkaar aan.

Tabel 13 Voorbeeld hoosbuien stresstest Vechtstromen Noord (2019)

De belangrijkste kenmerken van de stresstest en de NBW toetsing zijn weergegeven in navolgend overzicht.

Kenmerk Stresstest NBW-toetsing

Type Wateroverlast, hittestress, droogte, overstroming Overstroming

Herkomst klimaatverandering Wateroverlast 1993, 1995 en 1998

Locatie Landelijk en stedelijk Landelijk en stedelijk, praktijk: met name landelijk (weinig specifieke gegevens stedelijk gebied)

Aard Kwetsbaarheid, indicatief Toetsing wateroverlast aan normen.

Schade Kan onderdeel zijn van ‘kwetsbaarheid’ Gevolgschade in norm

Frequentie Zeer extreem, bv. T=300 Minder extreem, T=10 tot T=100 (stedelijk)

Aard proces Oppervlakkig afstromende neerslag Inundatie uit oppervlaktewater,

Schaal Lokaal Regionaal (interacties)

Wie Gemeente, provincie, waterschap Waterschap

Tabel 14 Kenmerken stresstest (DPRA) en NBW-toetsing


4.8 instrumenten voor oppervlaktewatermodellering

De navolgende tabel geeft richting aan de model- en softwarekeuze voor het stedelijk gebied.

modeltype Toelichting Wanneer? Kanttekening

Sobek CF Waterlopen, verhard oppervlak, afvoerfactoren/buien. Loost direct.

Globale berekening effect lozingen.

minder geschikt om te ontwerpen.

Sobek CF met debieten uit rioleringsmodel

De laterals gevuld met de debieten uit rioleringsmodel

bepalen effect lozing op waterstanden/ debieten

Voor bepalen effect waterpeil in waterloop op werking riolering is nieuwe berekening nodig met rioleringsmodel.

Sobek RR Bakjes model waarin berging en lozingscapaciteit is geschematiseerd

Bepalen effect lozingen op oppervlaktewater.

Voor lozingen moeten veel bakjes aangemaakt worden. Berekent geen effect van waterpeil op lozingscapaciteit riolering.

Sobek urban/rural Hemelwaterriolering en oppervlaktewater in 1 model

Ontwerpen ingrijpende rioolrenovaties met grote en meerdere afkoppelprojecten en beperkte capaciteit waterloop.

Verschillen in formats data riolering van gemeente en waterschap. Meerdere specialismen in 1 model. Vooraf afspreken wie maakt en beheert model.

Sobek 2D stroming over maaiveld/straat (hellende gebieden)

Vb. Albergen: oppervlakkige afstroming van

water was de beste verklaring voor bekende

overlastlocaties

Tygron In ontwikkeling. Rekent snel oppervlakkige afstroming na kortdurende neerslag. Snelle effectuering maatregelen.

Stresstesten. Klachten wateroverlast door oppervlakkige afstroming, ook in landelijk gebied.

Open source data met mogelijkheid tot bewerkte invoer data waterlopen en kunstwerken. Digitale samenwerking met stakeholders mogelijk.

Tabel 15 Model en softwarekeuze stedelijk gebied


5. Waterlopen en kunstwerken, ontwerprichtlijnen

5.1 Stabiliteit van waterlopen

Erosie en sedimentatie

Sedimenttransport bestaat uit erosie (afvoer) en sedimentatie (aanvoer). In de vrij afwaterende bovenlopen van

waterlopen treedt overwegend erosie op. Waar de stroomsnelheid afneemt (overgang van hellend naar vlakker

gebied of van vrij afwaterend naar gestuwd) wordt vaak zand afgezet.

Navolgende figuur laat zien hoe korrels afhankelijk van de korreldiameter en stroomsnelheid in beweging komen

of sedimenteren (diagram van Hjulström).

Tabel 16 Erosie en sedimentatie als functie van korreldiameter en stroomsnelheid

Aandachtpunten bij erosie en sedimentatie:

erosie kan worden beperkt door de stroomsnelheid bij hoge afvoeren laag te houden erosie kan op lange termijn verdrogend werken door daling van de waterbodem. Zorg dat je zodanig

ontwerpt dat een stabiele situatie ontstaat direct na aanleg van een waterloop zijn bodem en taluds onbegroeid en instabiel. Vaak treedt dan erosie op

en ook zandafzet in benedenstroomse delen bekijk het sedimenttransport op stroomgebiedsniveau, beschouw het beeksysteem als geheel.

Stroomsnelheid

Onder stroomsnelheid verstaan we de gemiddelde stroomsnelheid in het dwarsprofiel. De minimale

stroomsnelheid (voor bijvoorbeeld natuur) wordt berekend voor de stationaire situaties 1/100 Q en/of ¼ Q. Met

de maximale stroomsnelheid bedoelen we de stroomsnelheid dit optreedt bij kortdurende (niet-stationaire)

gebeurtenissen die jaarlijks voor kunnen komen (T=1).

Beperkt de stroomsnelheid in de waterloop om te voorkomen dat de bodemhoogte en ligging ongewenst

veranderen. Hanteer hiervoor als richtlijnen het navolgend overzicht.


Situatie Doel Oevervorm Ontwerp-


Extreem Maximale

stroomsnelheid

Taluds 1:1,5 0,50 m/s T=1

Taluds 1: 2 0,60 m/s T=1

Tweezijdige beplantingsstrook 0,75 m/s T=1

Tabel 17 Stabiele waterloop: richtlijnen voor oevervorm en stroomsnelheid

Navolgende tabel geeft praktische richtlijnen voor de maximum stroomsnelheid bij maatgevende afvoer afhankelijk van grondsoort en waterdiepte.

grondsoort Waterdiepte (m) Max. stroomsnelheid (m/s) bij T=1

Klei, leem, löss < 1 0,6 – 0,8

Zavel, samenhangend zand, vast veen < 1 0,3 – 0,6

Grof zand < 1 0,2 – 0,5

Fijn zand en slap veen < 1 0,15 – 0,30

Zand en veen ≥ 1 0,5

Klei, groter waterlopen ≥ 1 0,7

Tabel 18 Stabiele waterloop: grondsoort gerelateerde ontwerprichtlijnen

Om morfologische processen te stimuleren (erosie, sedimentatie) zijn (ook) hogere stroomsnelheden gewenst. Let ook bij een waterloop voor wateraanvoer op de maximaal optredende (en toelaatbare!) stroomsnelheid.

Talud

Hanteer voor kleine waterlopen een talud niet steiler dan 1:1 in verband met de stabiliteit. Standaard hanteren

wij een talud van 1:1,5. Vanuit ecologisch perspectief kun je hier van afwijken.

Bij een talud steiler dan 1:1,5 is versteviging in de vorm van betuining of beschoeiing nodig. En dat willen we in

principe niet... Kijk in ons beschoeiingenbeleid.

5.2 Duikers

Wij hanteren de volgende ontwerpuitgangspunten:

een Km (Strickler) van 75 . Hanteer bij detailberekeningen materiaal specifieke waarden (Km volgens de DIWA-handleiding Deel A, blz. 33-36). Hanteer een Km = 40 voor grond in duikers

een minimale diameter van 0,5 m vanwege onderhoud


BOK (Binnen Onderkant Duiker) ligt tot 10% van de diameter (van ronde duikers) onder de bodem. Bij rechthoekige duikers is dat 5% van de doorstroomhoogte onder de bodemhoogte. Dit is om woelgaten te voorkomen (vanuit onderhoud) en een laagje sediment in de duiker te houden voor de ecologie

bij T=1 een maximale uitstroomsnelheid van duikers bij zandgronden van (0,45 m/s), veen (0,45 m/s), klei (0,9 m/s). Alternatief is een uitstroomvoorziening (bij uitstroomsnelheid ≥ 75 cm/s)

plaats tenminste iedere 50 m een ontstoppingsput (bij lange duikers) hanteer als vuistregel een maximum opstuwing van 5 cm/duiker bij T=100 in geval van een reeks duikers over

een traject. Beter is het om een hydraulische berekening uit te voeren, waarbij wateroverlastsituaties maatgevend zijn voor toegestane opstuwing bij duikers en andere kunstwerken.

5.3 Stuwen, overlaten en cascades

Stuwtypen zijn doorgaans een rechthoekige klep- of schuifstuw (regelbaar) of een vaste overlaat of cascade (niet regelbaar). Streef naar een robuust systeem door minimale regelbaarheid. Dit levert een natuurlijker peilverloop (hoger in winter, lager in zomer). Ook heeft dit voordelen voor onderhoud en beheer. Houd bij het ontwerp rekening met de opstuwende werking van ‘verdrinking’. En bedenk dat bij een stuw ook een oever- en bodemverdediging hoort (stabiliteit). Voor modelberekeningen is het cruciaal dat stuwen met een variabele kruin goed zijn ingesteld. Stel de

kruinhoogte van automatische (peil gestuurde) stuwen passend in bij de afvoersituatie. Hanteer voor de overige

beweegbare stuwen de volgende instellingen:

Situatie Klepstuw Schotbalkstuw

T=100

Drempelhoogte

Drempelhoogte T=50

T=25

T=10

T=1 Winterstuwpeil

1/4Q Winterstuwpeil

1/100 Q Zomerstuwpeil Zomerstuwpeil

Tabel 19 Standaardinstellingen beweegbare stuwen bij modellering

5.4 Vistrappen

Het ontwerp van een vispassage is niet standaard. Iedere vistrap heeft specifieke eisen en randvoorwaarden.

Betrek daarom het advies van een deskundige.

Het doel van de vispassage is tweeledig: een ‘huis’ en ‘doorgaande weg’ voor de vis.

Typen vispassages, gerangschikt naar voorkeur (boven: meest gewenst):

geen vispassage

natuurlijke verruwing van de stroombaan (in hoofdstroom of nevengeul)

bekkens

Technische oplossingen

Visvriendelijke sluis / spuibeheer

Zie bijlage 10 voor de voor- en nadelen per type vistrap.


Randvoorwaarden en eisen

De lokstroomwerking is essentieel; de vis moet bij zijn reis gelokt worden vanuit de hoofdstoom. Belangrijk is

dan de vindbaarheid van de vispassage. Een vis gaat bij een barrière (bijv. stuw) beperkt zoeken. Zorg dat de

instroomopening daarom in de buurt ligt van de barrière

Zorg dat de instroomopening buiten de turbulente zone ligt (ca. 5 tot 30 m afstand van stuw)

Zorg dat het debiet van de lokstroom (vispassage) minimaal 5 – 10% bedraagt van de hoofdstroom

Oriënteer de lokstroom zoveel mogelijk haaks op de hoofdstroom.

Als de vis de passage heeft gevonden, gelden de volgende eisen en randvoorwaarden :

vermijd turbulentie, bijvoorbeeld door de bekkens groot genoeg te maken

voorkom een te hoge stroomsnelheid (< 1m/s). Benedenstrooms mag deze groter zijn dan bovenstrooms

creëer voldoende rustplekken, beschutting en waterdiepte

zorg voor een minimum breedte en diepte van 20 cm van elke doorstroomopening (soortafhankelijk).

zorg voor een onvolkomen overstort (anders moet de vis springen) en beperk de spronggrootte tussen de

bekkens (vuistregel is 5 cm)

zorg voor traploze aansluiting van de bodem (helling minimaal 1:3) voor migrerende bodemsoorten

zorg bovenstrooms (‘uitgang’) voor voldoende afstand tot de stuw. De vis ‘spoelt anders terug’.

Aandachtspunten voor het waterbeheer:

voorkom een te grootte invloed op het waterpeil, met name bij een vaste stuw (‘lekstroom’, opstuwing)

zorg dat de vispassage dichtgezet kan worden

Houd bij een automatische stuw in het ontwerp rekening met de verandering van de verhouding van het

debiet door de hoofdgeul en vistrap/nevengeul. Toetst dit voor meerdere ontwerpsituaties.

Ontwerpproces in stappen

Doorloop voor een doelmatig ontwerp de volgende stappen:

Stap 1: Inventarisatie en analyse van basisgegevens

doelsoorten en migratieperiode.

peilen afvoergegevens.

beschikbare ruimte.

eisen beheer en onderhoud.

Stap2: kies een type vispassage

zo natuurlijk mogelijk, alleen technisch als het niet anders kan

Let op beschikbare ruimte en eisen vanuit het peilbeheer.

Stap 3: bepaal het ontwerpdebiet

analyseer het debiet over meerdere jaren (jaarrond) en kijk specifiek naar het voorjaar.

Zorg dat de lokstroom beperkt is zodat de vispassage zo min mogelijk dichtgezet hoeft te worden.

Maak indien nodig en mogelijk gebruik van een secundaire lokstroom


Stap 4: bepaal het aantal bekkens

N = ΔH/ Δh – 1 (N=aantal, ΔH = totaal te overbruggen peilverschil, Δh = peilverschil per bekken)

peilverschil per bekken 5 tot max. 10 cm.

houd rekening met de laagste waterstand benedenstrooms (verdrinken is niet erg).

Leg maximaal 20 trappen /bekkens aan, kies anders ander type vispassage

Stap 5: bepaal de afmeting van de bekkens

zorg voor voldoende energie uitdemping. Optimaal is 55 watt/m3, max is 100 watt/m.

gebruik hiervoor formule van Larinier: energiedemping = (1000 kg/m3 x 9,81 m/s2 x Q x Δh) / (L x B x D).

Q=debiet, Δh=peilverschil tussen bekkens, L/B/D=resp. lengte, breedte en diepte van bekken.

zoek de grenzen niet op (dimensioneer over), tel niet de volledige breedte bij bekkentrappen

Stap 6: bepaal vormgeving en dimensionering van drempels en overlaten

laat inlaten verspringen voor een betere energiedemping.

stem hoogte af op peilfluctuaties en houd rekening met opstuwing.

hanteer een minimale doorzwemspleet bij de drempels van diepte x breedte= 20x20 cm.

Hanteer een verdrinkingsgraad (S) van minimaal 0,5. S = H1/H2. H1= waterdiepte t.o.v. drempel

bovenstrooms, H2= waterdiepte t.o.v. drempel benedenstrooms.

Zorg dat de verhouding: overstortende breedte / diepte (natte oppervlakte) overal gelijk is. Bepaal deze als

volgt: Q = v x A en v = 0,85 x (2 x 9,81 x Δh) ½ , (Δh = peilverschil drempel). Zorg dat minimaal 2/3 van de

doorstroomopening nat is.

Stap 7: bepaal de locatie van de in- en uitlaat

Niet turbulent, zo dicht mogelijk bij kunstwerk en aansluitend op de natuurlijke trekweg.

Stap 8: bepaal de bekleding van oevers en bodem, stem af met beheer en onderhoud

Stap 9: Zorg voor landschappelijke inpassing en robuustheid

Stap 10: maak een schetsontwerp met voor en zijaanzicht.

5.5 Bruggen

Hanteer de volgende uitgangspunten:

een Km (Strickler) van 75. Hanteer bij detailberekeningen materiaal specifieke waarden plaats bij voorkeur geen landhoofden en pijlers in de waterloop of het zomerbed. Hiermee voorkom je

ophoping van (drijf)vuil en ongewenste opstuwing houd bij onderhoud met de maaiboot rekening met voldoende ‘doorvaarthoogte’, zie ook paragraaf 5.9.

5.6 Voorden

Een voorde is een doorwaadbare plaats in een waterloop, bijvoorbeeld als (kosteneffectief) alternatief voor een brug. Meestal is een voorde ondiep en vrij breed. Een voorde kan bestaan uit een verharding van de waterbodem of uit een lage dam met duiker(s). Hanteer voor de ontwerpparameters de relevante punten uit paragraaf 5.2. Streef naar minimaal 10-20 dagen inundatie per jaar, maar liefst continu. Zorg in geval van een voorde met duikers dat de basisafvoer door 1 duiker


stroomt om vuilophoping te voorkomen. Bij basisafvoer liggen de duikers volledig onder water. Er moet voldoende dekking op de duikers zijn.

5.7 Oever- en taludverdediging

Normaliter wordt benedenstrooms van een overlaat of stuw een woelbak geplaatst met daarachter een

stortebed. Dit voorkomt ondermijning van de constructie en beschadiging aan taluds benedenstrooms.

Als vuistregel geldt dat het stortebed (na de woelbak) een minimale lengte van 8 maal de overstorthoogte (bij

jaarlijks hoogwater T=1) moet hebben.

Bij cascade-stuwen wordt de energie grotendeels in de constructie ‘vernietigd’. Daarom kan de bodem- en

taludverdediging beperkter worden uitgevoerd dan bij een gewone stuw. Een vuistregel is om de lengte van een

cascade-vak te hanteren. Soms wordt ook aangenomen dat de cascade de functie van woelbak overneemt.

In bestaande situaties kun je bij hoge afvoer de lengte van de neer meten. Over die lengte zal de beek blijven

‘vreten’. Praktisch gezien ontwerpen wij (bijna) geen woelbakken meer. Mocht dit toch aan de orde zijn: zie het

Cultuurtechnisch Vademecum vanaf pagina 668.

5.8 Onderleiders

Voor onder leiders is voldoende stroomsnelheid van belang om vervuiling en opstuwing te voorkomen. Hanteer

hiervoor een stroomsnelheid van ten minste 0,7 m/s bij T=1.

5.9 Onderhoud van waterlopen

Alle waterlopen worden bij voorkeur machinaal gemaaid. Spreek tijdens het ontwerpproces met medewerkers

van beheer en onderhoud en de ecoloog over het onderhoud.

Onderhoud kan worden uitgevoerd vanaf een maaiboot, een enkel- of dubbelzijdig maai pad of vanaf het

aangrenzend perceel. Met name meanderende of waterlopen (zie navolgende figuur) is de reikwijdte van belang

(standaard 7 m, maximaal 12 m). Kosten spelen ook een rol!

Toepassing Opmerking

smalspoor (rups-)kraan, 7 m reikwijdte voor alleen natte profiel

voor het totale profiel = bodem + taluds

breedspoor kraan, 12 m reikwijdte voor het totale profiel = bodem + taluds

afvoeren maaisel i.p.v. laten liggen naar depot of bouwland in de nabije omgeving

Verwerking op land (structuurverbetering, alleen bij aanliggende

eigenaren en <1 km)

verwerking maaisel in compostering

Tabel 20 Inrichting en onderhoud

Maaien met een boot vereist een waterdiepte van tenminste 0,6 m bij zomerpeil (gewenst: 1 m), een

doorvaarhoogte van tenminste 1 m, een breedte van minimaal 2 m en goede laad- en losplaatsen. Soms wordt

het peil voor het maaien opgezet. Houd hier rekening mee bij het ontwerpen van duikers en bruggen!


Figuur 13 Tweefase profiel met smal zomerbed (stroomsnelheid) en ruimte voor waterberging

Max. 7 of 12 m

Totale beschikbare breedte

maai pad

banket banket


6. Waterkeringen, ontwerprichtlijnen

6.1 Typering en indeling

Een waterkering is een grondlichaam of natuurlijke hoogte (met eventueel constructies als kunstwerken en

damwanden), die een waterkerende functie heeft voor oppervlaktewater. Dit om overlast of overstroming te

voorkomen. Incidenteel kerende constructies langs bijvoorbeeld een bergingsvoorziening zijn dus waterkeringen.

Een interne compartimenteringsdam binnen een natuurgebied is geen waterkering (tenzij deze voorkomt dat bijv.

een naburig landbouwperceel overstroomt).

Waterkeringen kunnen overgaan in hoge gronden of natuurlijke hoogten (bijvoorbeeld rivierduinen langs de

Vecht). In tegenstelling tot hoge gronden loopt bij natuurlijke hoogten het achterland wel gevaar op het moment

dat de natuurlijke hoogte wordt aangetast.

Er worden 3 typen waterkeringen onderscheiden:

primaire waterkeringen, aangewezen en genormeerd door het Rijk. regionale waterkeringen, aangewezen en genormeerd door de provincie. ‘overige waterkeringen’, aangewezen en genormeerd door het waterschap.

De overige waterkeringen zijn bij ons ingedeeld op basis van het risico bij falen.

Dit risico is afgemeten aan de (wel/niet) permanent kerende werking van de constructie en de kerende

waterhoogte in hoogwatersituaties, zie navolgende indeling.

Overige waterkering Kerende waterhoogte

Permanent

waterkerend

≥ 0,5 m (1)

< 0,5 m (2)

Niet permanent

waterkerend

≥ 0,5 m (3)

< 0,5 m (4)

Tabel 21 Categorieën overige waterkeringen

6.2 Vereiste (kruin)hoogte

Navolgende figuur geeft een overzicht van de belangrijkste begrippen bij de beoordeling van de kerende hoogte

(minimaal vereiste kruinhoogte). Deze wordt bepaald door het maatgevende (toets)peil van het oppervlaktewater

(MHW in m +NAP) vermeerderd met de golfoverslaghoogte (m) en eventueel een extra overhoogte (m).


Voor de overige keringen zijn de minimale vereiste kruinhoogten vastgelegd in de legger, zie navolgende figuur.

Figuur 14 Definitie begrippen bij beoordeling hoogte waterkering

De golfoverslaghoogte wordt bepaald door de strijklengte, waterdiepte, helling en ruwheid van het buitentalud

en het debiet dat over de kering mag slaan (formule van Bretschneider). Je kunt hiervoor ook de STOWA

tabellen te gebruiken uit de Leidraad toetsen op veiligheid regionale waterkeringen [Stowa 2015].

Van belang is de kruinhoogtemarge of waakhoogte (m): de hoogte van keringen boven het (toets)peil. Hierin

zijn verdisconteerd de onzekerheden in de maatgevende waterstanden en kruinhoogten, zetting en de

golfoverslaghoogte (zie Figuur 14).

Bij kleinere wateren ontstaan lage windgolven en kan de waakhoogte klein zijn. Bij een regionale rivier zijn de

onzekerheden in waterstanden en golven groter en daarmee ook de waakhoogte.

Wij hanteren de minimale waakhoogten zoals weergegeven in navolgend overzicht (STOWA, MODULE D

Beoordeling veiligheid, 2015).

Tabel 22 Vereiste waakhoogte (marge tussen maatgevende hoogwaterstand en kruinhoogte)

6.3 Profiel

Het groot onderhoud (bij een bestaande waterkering) en aanleg (bij een nieuwe waterkering) richt zich op het

profiel van de waterkering (hoogte en stabiliteit). Een voorbeeld hiervan is de aanleg van een klimaatbuffer in het

dal van de Regge. Hierbij zijn nieuwe keringen aangelegd op grotere afstand van de Regge om meer ruimte te

geven voor waterberging. De uitvoering van het groot onderhoud is een taak van het waterschap.

De noodzaak tot uitvoering van groot onderhoud kan blijken uit inspecties of toetsing. De werkzaamheden, ook

bij aanleg van nieuwe waterkeringen, worden bij voorkeur in het voorjaar uitgevoerd. Dit in verband met het

herstel van de grasmat voor het hoogwaterseizoen. In principe wordt geen groot onderhoud uitgevoerd in het

hoogwaterseizoen (van 15 oktober tot 15 april). De waterkeringen zijn dan het meest kwetsbaar voor wind en

hoge waterstanden. Werkzaamheden die niet uitgesteld kunnen worden voor het waarborgen van de veiligheid

zijn hierbij een uitzondering. Bij doorlopende werkzaamheden worden gedurende het hoogwaterseizoen de

waterkeringen tenminste gesloten en voorzien van een solide taludbekleding. Dit om de stabiliteit en dus de

waterveiligheid te garanderen.


De bepaling van de noodzaak tot groot onderhoud en aanleg behoeft een kritische voetnoot. Het ‘weren van

water’ is niet eindeloos toepasbaar; het heeft de voorkeur om de extreem hoge waterstanden zelf te verlagen. Dit

inzicht is voortgekomen uit de bijna-overstromingen in 1993 en 1995 in het Nederlandse rivierengebied.

Voor het ontwerp van waterkeringen hanteert het waterschap richtlijnen (zie navolgende tabel).

Richtlijn Waterkering

Regionaal Overige

PW, ≥ 0,5 m9 PW, < 0,5 m NPW, ≥ 0,5 m NPW, < 0,5 m10

Kruinbreedte ≥ 4 m ≥ 1,5 m ≥ 1,0 m ≥ 1,5 m ≥ 1,0 m

buitentalud Minimaal 1:3 Minimaal 1:1,5 Minimaal 1:1,5 Minimaal 1:1,5 Minimaal 1:1,5

binnentalud Minimaal 1:5 Minimaal 1:3 Minimaal 1:1,5 Minimaal 1:3 Minimaal 1:1,5

Tussen-/onderberm (in

geval van)

≥ 4 m n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t.

Tabel 23 Ontwerprichtlijnen waterkeringen bij aanleg en groot onderhoud

Deze richtlijnen sluiten aan bij de STOWA richtlijnen voor de regionale keringen. Voor de overige keringen zijn

deze richtlijnen tot stand gekomen in overleg met de waterschappen in Rijn Oost. De aangegeven afmetingen zijn

minimumwaarden. Het uiteindelijke ontwerp is in de praktijk maatwerk. Dit komt door de inpassing in de

omgeving, beschikbare materialen, toekomstig gebruik et cetera.

6.4 Toetsing

Inmiddels zijn de regionale keringen van de provincie Overijssel (langs de Vecht en kanaal Almelo - de Haandrik)

afgewaardeerd tot overige keringen. De normerings- en toetsingsmethode van deze (en andere overige) keringen

wordt momenteel heroverwogen. De reden hiervoor komt voort uit een andere benadering van de

waterveiligheid voor primaire waterkeringen (Deltaprogramma). In essentie wordt overgegaan van een

‘overschrijdingskans’ naar een ‘overstromingskans’. De nieuwe normen richten zich meer op de gevolgen van een

overstroming.

Voorlopig hanteren we nog de door de provincies vastgestelde maatgevende waterstanden en

beschermingsniveaus:

Vecht (Overijssel): “Maatgevend hoogwater 2009 vastgesteld door provincie.pdf “ Afwateringskanaal: “Maatgevend hoogwater 2009 vastgesteld door provincie.pdf” Drenthe (kanalen rond Coevorden): MHW waardes uit de pdf: “Resultaat Oriëntatiefase Def.pdf”.

9 PW, ≥ 0,5 m : permanent waterkerend, meer dan een 0,5 m waterkerende hoogte

10 NPW, < 0,5 m : niet permanent waterkerend, minder dan een 0,5 m waterkerende hoogte


Overige waterkeringen bezwijken (falen of doorbreken) in de praktijk niet, maar kunnen wel falen door overloop

van water. De waterkering is dan niet hoog genoeg. Wij toetsen daarom primair op hoogte. De stabiliteit en

kunstwerken worden getoetst als daar een aanleiding voor is (bijvoorbeeld inspectie of schouw) of met een

eenvoudige geometrische toets.

Het moment van toetsing van de overige waterkeringen wordt bepaald door ontwikkelingen of inzichten zoals

een schouw, een nieuwe richtlijn of nieuwe hoogtecijfers (AHN). Wij toetsen keringen minimaal eens per 12 jaar.

De toetsingsprocedure voor overige waterkeringen is als volgt:

1. bepaling van maatgevende waterstanden (eens per 10, 25 en 100 jaar) met een actueel en representatief oppervlaktewatermodel gebruikt (bij voorkeur NBW-model. Gebruik voor de Vecht het D-hydro model van Rijkswaterstaat)

2. vervaardigen van lengteprofielen van waterkeringen op basis van het AHN (resolutie ≤ 0,5 m) 3. eenvoudige geometrische toets ter toetsing van de stabiliteit van de waterkering 4. informatie van 1, 2 en 3 leveren een indicatie van kwetsbare delen 5. de resultaten worden beoordeeld door experts en praktijkkenners 6. er wordt gericht veldonderzoek gedaan naar de omvang van tekortkoming en noodzaak tot maatregelen.

6.5 Falen keringen, risico-inschatting

Figuur 15 Voorbeeld simulatie falen kering (Omleidingskanaal): waterdiepte (l), bres en stroomsnelheid (r)

Voor de risico-inschatting van een falende kering in geval van crisis worden een aantal instellingen en uitgangspunten gebruikt die (op basis van testen) relevant zijn gebleken voor de resultaten. In afnemende volgorde van belangrijkheid:

grootte van de bres. waterpeil bovenstrooms bres. beschikbaarheid van water bovenstrooms de bres (hoe snel zakt het waterpeil als gevolg van de bres?) grootte reken-grid duikers in het inundatiegebied initiële waterstand (watergangen) in het inundatiegebied.

De beschrijving van deze uitgangspunten vind je op internet:

https://support.tygron.com/wiki/Uitgangspunten_falen_keringen_template

https://www.tygron.com/nl/wp-content/uploads/sites/15/2020/04/vechtstromen2.jpg


Gebruik voor de inschatting van overstromingsrisico’s (waterdiepte, omvang, snelheid, stroomsnelheid) het

hiervoor ontwikkelde template in Tygron dat je stap voor stap doorloopt. Je vindt het template hier:

https://support.tygron.com/wiki/Falen_keringen_template

Met enige training is gebleken dat je met 0,5 tot 1,5 uur resultaten op maat kunt realiseren.

Om de vaardigheden op niveau te houden is de afspraak is dat jaarlijks 2 trainingsmomenten plaatsvinden: in de periode augustus – september (voorafgaand aan het hoogwaterseizoen) in de periode januari – februari (testen werking update op preview server).

Dit wordt georganiseerd door de functioneel beheerder(s) van Tygron.




7. Modellering oppervlaktewater, aanpak en analyse

7.1 Interactie grond - oppervlaktewater

Gezien de complexiteit van gronden oppervlaktewaterstroming wordt vaak gebruik gemaakt van modellen.

Modellen zijn een vereenvoudigde voorstelling van de werkelijkheid. Deze vereenvoudiging moet altijd in relatie

staan tot de vraag waaraan het model moet bijdragen. Bedenk echter altijd dat het een benadering blijft!

Het ontwerpproces is meestal iteratief. Zo kunnen maaiveldhoogten indicatief zijn voor de grondwatereffecten

(drooglegging). Met de aldus berekende oppervlaktepeilen kunnen dan de grondwater-effecten worden berekend

(grondwatermodel). Dit proces kan zich herhalen. Het ontwerpproces is maatwerk en laat zich niet volledig

vastleggen in normen/regels. Wel geeft het handboek de belangrijkste handvaten.

7.2 Relevante parameters

Voor het ontwerp van waterlopen kunnen diverse parameters relevant zijn: streefpeilen (peil regulerende werken),

afmetingen van de waterloop, de begroeiingsgraad, kunstwerken (stuwen/gemalen), het debiet, gegevens over

wind en het waterniveau waar de waterloop op uitmondt.

Voor de berekening van waterpeilen zijn nodig de afvoer, stromingsformules, de afmetingen van de waterlopen en

de eigenschappen van de dwarsprofielen.

7.3 Stromingsformules

Bij het ontwerpen van waterlopen worden stromingsformules gebruikt. Toepassingen zijn bijvoorbeeld:

Handmatig, bv. de bepaling van de evenwichtswaterdiepte van een eenvormige waterloop Met eenvoudige tools zoals spreadsheets Met een hydrodynamische/hydraulisch modelinstrument (Sobek), bijvoorbeeld bij complexere systemen met

diverse kunstwerken, verhangen en afmetingen van waterlopen.

Bovengenoemde methoden verschillen niet in nauwkeurigheid; de stromingsformules zijn immers dezelfde. Toch

zijn niet alle methoden altijd even geschikt. In algemene zin is berekening van de evenwichtswaterdiepte

toepasbaar bij eenvoudige berekening van een lengte waterloop met homogene kenmerken. Bij complexe

systemen (bijvoorbeeld kunstwerken, niet regelmatige verhanglijnen en afmetingen) heeft toepassing van een

hydrodynamisch model de voorkeur.

7.4 Basisgegevens

Onze modellen worden in principe met de Hydrologische Gereedschap Kist (hierna HGK) opgebouwd uit gegevens

(Geonis, onder andere profielen, kunstwerken). Bij voorkeur wordt uitgegaan van de gemeten actuele gegevens.

Indien niet beschikbaar dan kan de situatie worden ingemeten of kunnen leggergegevens gebruikt worden.

Controleer basisgegevens zo nodig. Bijvoorbeeld als peilen kritisch blijken of sprake is van specifieke situaties

zoals een vistrap.

Basisgegevens van de Vecht worden (ook) bijgehouden in Baseline ( geo-informatiesysteem van Rijkswaterstaat).

Wij zijn hiervoor verantwoordelijk. Afspraak is projectleiders revisies binnen het winterbed van de Vecht in

Baseline laten verwerken.


7.5 Modelcontrole

De gegevens over het fysieke watersysteem (waterlopen, kunstwerken etc.) en de wijze waarop deze met elkaar

in verband zijn gebracht, zijn bepalend voor de betrouwbaarheid van een model. Dit proces is geautomatiseerd

met de Hydrologische Gereedschap Kist. Wel is het belangrijk om de betrouwbaarheid van dit gegenereerde

model te controleren:

- ‘complexere’ kunstwerken zoals stuwen, voorden, vispassages, gemalen, knijpstuwen verdienen aandacht. Vaak zijn handmatige aanpassingen nodig

- test het model met een lage en hoge afvoer en bekijk de lengteprofielen (sideviews). Dit geeft vaak informatie over fouten of foutieve aannames (bijvoorbeeld Sobek: bodembreedte van 10 meter).

Daarnaast zijn diverse controles nodig:

- streefpeilen/stuwstanden uit het peilenregister. Zijn deze nog correct? (peilbeheerder). - grootte debiet onderrand (ca. bovenrandvoorwaarde + oppervlak modelgebied * specifieke afvoer) - modelstabiliteit. Controleer bij automatische stuwen (PID-controller) of deze juist functioneren (sideviews). - beïnvloeden randvoorwaarden benedenstrooms de modelresultaten van het ‘interessegebied’?

7.6 Stromingsweerstand

De stromingsweerstand door bijvoorbeeld begroeiing, meanderen en profielvorm is mede bepalend voor de

stroming en waterstand. De stromingsweerstand kan op verschillende manieren worden uitgedrukt (zie

navolgend overzicht).

C (Chézy) C = Chézy-coëfficiënt (m1/2/s)

= Bos & Bijkerk friction shape parameter (s-1)

d = waterdiepte (m)

R = hydraulische straal (m) = A/O

A = nat oppervlak (m2)

O = natte omtrek (m)

kM = Manning roughness coefficient (m1/3/s)

ks = Strickler roughness coefficient (s/m1/3)

kn = Nikuradse roughness coefficient (m)

Omrekeningen:

s

Mk

k1

en 3

1

dkM

6

1

RkC M (Manning)

6

11

Rk

Cs

(Strickler)

6

1

3

1

RdC (Bos en Bijkerk)

nk

RC

12log18

(White Colebrook)

Specifieke formules voor uiterwaarden:

Stromingsweerstand in uiterwaarden (RWS)11

Overige methoden: Huthof (2005) en Baptist (2005)

Tabel 24 Methoden voor inschatting stromingsweerstand

Opmerkingen:

11 https://www.rijksoverheid.nl/ministeries/ministerie-van-infrastructuur-en-waterstaat

http://www.verkeerenwaterstaat.nl/kennisplein/2/2/221263/Stromingsweerstand_vegetatie_in_uiterwaarden-deel-handboek_versie_-.pdf


Je kunt een dwarsprofiel indelen in secties. Dit om de begroeiingsgraad en het onderhoudsregime mee te nemen (beheer en onderhoudsdocument). Of bijvoorbeeld een overstromingsvlaktes te schematiseren.

Bij Manning en Strickler is de stromingsweerstand bij ondiepe waterloop (kleine hydraulische straal R) groter dan bij een diepe waterloop (grote hydraulische straal R)

Bij Bos en Bijkerk is bij een grote waterdiepte de waterloop ‘gladder’. Gedachte is dat grote waterlopen minder weerstand ondervinden van begroeiing dan kleine waterlopen

De benadering van White Colebrook vindt zijn basis in ruwe natuurlijke waterlopen. Deze methode is geschikt voor begroeide waterlopen. De weerstand komt ongeveer overeen met de vegetatiehoogte.

Wij hanteren in principe de methode Bos en Bijkerk. Dit omdat de methode voor zowel kleine als grotere

waterlopen bruikbaar is (parameter relatief constant doordat zowel hydraulische straal als de waterdiepte worden betrokken). Maar mits gemotiveerd kunnen ook andere methode worden gebruikt (zie ook bijlage 5).

De waterdiepte-afhankelijk stromingsweerstand met de formule van De Bos en Bijkerk:

𝐾𝑚 = 𝛾 ∗ ℎ𝛿

met

Km = wandruwheid volgens Manning (m1/3/s)

ɣ = coëfficiënt, afhankelijk van afvoersituatie en onderhoudstoestand (-)

h = waterdiepte (m)

δ = coëfficiënt (-) [1/3 bij normale waterlopen]

Vergelijking 3 Waterdiepte afhankelijke stromingsweerstand volgens Bos en Bijkerk

Tabel 25 Manning waarden bij diverse onderhoudstoestanden (Stowa, 2005)


De volgende vuistregel geldt voor het omzetten van de begroeiingsgraad naar een weerstand (kManning):

𝑤𝑒𝑒𝑟𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 (𝑘𝑀) = 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 (%)

3

Waarbij:

𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 (%) = 100% − 𝑏𝑒𝑔𝑟𝑜𝑒𝑖𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑎𝑑 (%)

Toelichting begroeiingsgraad: percentage onderwaterbegroeiing in het dwarsprofiel (dus geen bovenaanzicht).

Denk bij aanvang van het project na over het toekomstige onderhoud (en de daarbij behorende

stromingsweerstand). Dit in overleg met de opdrachtgever, senior adviseur en de afdeling onderhoud. Leg

afspraken vast in Beheer en Onderhoud Document (BOD).

7.7 Kalibratie en verificatie

De nauwkeurigheid van het model wordt bepaald door de mate waarin het model de werkelijkheid benaderd.

Vertrekpunt is een betrouwbaar model (zie voorgaande). Met de kalibratie wordt het model ‘afgeregeld’.

Aandachtspunten bij kalibratie:

Vertrekpunt is een betrouwbaar model (zie voorgaande, het betreft hier de basisgegevens) Begin met debieten (hoeveelheden) en dan pas de waterstanden Niet stationair model (incl. neerslag/afvoerprocessen): selecteer een periode met metingen die relevant zijn

voor de toepassing (hoogwater, laagwater) Stationair model: leidt maatgevende afvoersituaties met bijbehorende waterstanden af uit beschikbare

meetreeksen of meet op een strategisch moment (0,5 Q-dag) Een gevoeligheidsanalyse kan helder maken welke ‘afregelknoppen’ relevant zijn Vergelijk het model met de praktijksituatie (gebiedsbeheerder of veldbezoek, bijvoorbeeld afvoeren,

waterhoogten bij duikers (BOK) of bruggen, begroeiingsgraad) Let op de constante weerstandcoëfficiënt (Cd) van stuwen en cascades: dit kan de oorzaak zijn van

overschatting van de waterstanden bij lage afvoer en onderschatting van de peilen bij hoge afvoer Let op de leidingweerstanden, met name voor de zomerperiode (onderschatting) Let op de nauwkeurigheid van meetgegevens, met name bij de relatie tussen afvoer en herhalingstijd

Figuur 16 Voorbeeld van de vergelijking tussen gemeten en gesimuleerde afvoer


Voor een niet-stationair model kan een verificatie in aanvulling op de kalibratie worden uitgevoerd. Hierbij

worden de modelprestaties voor een andere simulatieperiode dan bij kalibratie gecontroleerd. Dit levert kennis

over de modeleigenschappen die relevant kunnen zijn voor de toepassing en advisering.

Validatie van het model kan aangevuld of vervangen worden door een gevoeligheidsanalyse toe te passen. Door

verschillende modelparameters (leidingweerstand, coëfficiënten van stuwen en duikers, laterale debieten,

waterstand-randvoorwaarden, waterberging ..) te wijzigen kun je effect hiervan in kaart brengen (ofwel: de

belangrijkste stuurknoppen bepalen). Sommige parameters ken je wellicht slecht, maar als ze nauwelijks invloed

blijken te hebben, hoef je er toch geen energie in te steken.

Bij kalibratie is de na te streven orde grootte afwijking tussen de gesimuleerde en gemeten waterstand orde 5 tot

10 cm bij lage afvoeren en 10 tot 20 cm bij hoge afvoeren. Bij verificatie kunnen deze afwijkingen groter zijn.

7.8 Klimaat robuust ontwerp

Momenteel is de nota ‘klimaatrobuust watersysteem’ in voorbereiding.

Deze nota kan aanleiding geven voor aanscherping van deze paragraaf.

Een waterloop wordt ontworpen op basis van (statistische) kenmerken

van het huidige klimaat. Inzicht in hoe het (ongewijzigde) ontwerp zich

gedraagt bij een verandering van het klimaat geeft inzicht in de

robuustheid van het ontwerp. Een robuustheidstest is dan ook onderdeel

van de Stresstest Klimaatbestendigheid, zoals verwoord in de

handreiking Ruimtelijke Adaptatie (Deltaprogramma).

De KNMI’14 klimaatscenario’s tonen de grenzen waarbinnen de

klimaatverandering in Nederland zich waarschijnlijk zal voltrekken.

Klimaatverandering kent 2 uitersten: de extreem natte en droge kant.

Houd hier rekening mee!

Figuur 17 KNMI 2014 klimaatscenario’s


Voor de robuustheidstest gaan we uit van de meest extreme verandering (zichtjaar 2085, WH-scenario) zoals

weergegeven in navolgende tabel. (zie ook paragraaf 4.7). Dit is extremer dan het scenario dat we gebruiken voor

de watersysteemtoetsing (WL centre)

Ontwerp Klimaatscenario Verandering

Situatie Verandering Indicator Parameter Herhalingstijd

Normaal

beheer

GLG

Afnemende neerslag in het

zomerhalfjaar, gecombineerd met

toenemende verdamping

Gemiddelde hoeveelheid

neerslag (zomer) -23%

GLG + 20 cm12

(droger)

Gemiddelde potentiële

verdamping (zomer) +15%

GHG Toenemende neerslagsom winter Gemiddelde neerslag-

hoeveelheid (winter) +30%

GHG - 10 cm

(natter)

Extreem

nat

T=1 tot

T=200

Toenemende langdurige

neerslagperioden in het winterhalfjaar

10-daagse neerslagsom (winter)

die eens per 10 jaar wordt

overschreden

+25%

Afvoer + 15%

T=200 wordt T=50

T=100 wordt T=25

T=50 wordt T=15

T=25 wordt T=10

T=10 wordt T=4

T=1 wordt T=0,5

Toenemende kortdurende

neerslaggebeurtenissen in het zomer- of

winterhalfjaar

Maximum uurneerslag per jaar

(zomer)

+5%

tot

+40%

Tabel 26 Uitgangspunten voor robuustheidstest ontwerp

De robuustheidstest kan op drie manieren worden uitgevoerd:

Verandering van invoergegevens als neerslag en verdamping.

Veranderingen in (tussen)resultaten zoals grondwaterstanden en afvoer.

Verandering van herhalingstijd van gebeurtenissen.

Hiermee staat het de ontwerper methodisch vrij om de robuustheidtest uit te voeren.

De resultaten van de robuustheidtest hoeven niet te voldoen aan de ontwerpeisen. Aandacht gaat uit naar

eventuele onaanvaardbare gevolgen. Pas in dit geval is aanpassing van het ontwerp aan de orde.

7.9 Toetsing wateroverlast

Vanuit het Nationaal Bestuursakkoord Water (NBW) zijn de waterschappen gehouden aan de periodieke gebied

dekkende toetsing van het watersysteem aan (provinciaal) vastgestelde normen. Daarnaast wordt ook op

projectniveau getoetst aan dezelfde NBW-normen.

Voor de gebied dekkende toetsing heeft het expertisecentrum een rekenkundige methode beschreven (2017).

Deze methode is ook bedoeld voor projecten.

12 Veranderingen GLG en GHG zijn gebaseerd op de beelden uit het Deltares rapport Zoetwatervoorziening in Nederland –

verwachte knelpunten in de 21ste eeuw, blz. 94-97.


Wij hebben om reden van doelmatigheid en aansluiting bij de huidige rekenpraktijk gekozen voor een ‘slimme

tijdreeksmethode’13.

Enkele kenmerkende onderdelen van de huidige

toetsingsmethode:

afvoeren berekend met Walrus (RHDHV) op basis van 110 jaar neerslag

hydraulisch Sobek model, opgebouwd met de HGK (VC-tools, Triwaco,) vanuit basisdata (Geonis)

tools14 voor eenduidige uitvoering van de toetsing: ontwikkeld binnen de Hydrologische Gereedschaps Kist om de toetsing snel en éénduidig uit te voeren.

Houd je bij toetsing in projectverband aan de keuzes

zoals gemaakt voor de gebied dekkende toetsing. Dit

om eenduidige resultaten te verkrijgen.

Bij het waterschap is een handleiding en toelichting

op de Exceltool en het R-script beschikbaar (pad

voor medewerkers: WVS\M365-2\Werk\Hydrologie

\Hydrologisch handboek\tools\Oppervlaktewater\

NBW_toetsing).

13 We hebben geen aanwijzingen gevonden dat de methodekeuze bepalend is voor het resultaat van de toetsing. Aannames bij toepassing van methodes

zijn echter wel van invloed. Dit is het belangrijkste argument om geen stochastenmethode te adviseren. Deze methode houdt op theoretisch elegante wijze

rekening met meerdere faalfactoren zoals neerslag, uitval van gemalen en niet gemaaide waterlopen. De aannames hiervoor in de praktische toepassing

komen ons echter arbitrair over waardoor ‘schijn zekere’ resultaten ontstaan. Daarnaast is een praktisch bezwaar de enorme tijd die nodig is om alle

combinaties aan faalfactoren door te rekenen.

14 63 maatgevende gebeurtenissen hydraulisch berekenen (Excel-tool), nabewerking tot inundatiebeelden en normtoetsing (R-script).


8. Modellering grondwater, aanpak en analyse Dit hoofdstuk behandeld de modellering van grondwatervraagstukken. Hierbij is gebruik gemaakt van het

‘Protocol grondwatermodellering’ (Arcadis).

8.1 Modelbouw en analyse

Maak voorafgaand aan de modellering een plan met daarin de analyses die je wilt uitvoeren. In het navolgende

worden deze analyses beschreven. Per analyse worden de kwalitatieve eisen vastgesteld ter toetsing. Afhankelijk

van de mogelijkheden en eisen kunnen de volgende test worden uitgevoerd.

Voor analyses van grondwater gebruiken we in principe (tenzij hier een goede reden voor is) het MIPWA-grondwatermodel. Dit model kan zo nodig aangepast worden.

In de modelanalyse wordt de correcte werking van het model gecontroleerd. Dit aan de hand van een

systeembeschrijving in de vorm van werkelijk gemeten of waargenomen kenmerken zoals neerslag, kwel en

waterpeil. Mogelijke uitvoeringsvormen zijn:

is de modelinvoer juist? (bijv. watergangen, drainage via beheerders, bodemopbouw, grondgebruik) zijn de resultaten plausibel (run met standaardinvoer) waterbalans per model-laag: is de grootte van de kwel en wegzijging realistisch?

8.2 Gevoeligheidsanalyse

Deze analyse maakt helder voor welke invoerparameters een model gevoelig is. Uitvoering vind plaats door

systematisch het modelgedrag (verandering van uitvoervariabelen) te analyseren voor veranderingen van de

invoerwaarden, begincondities en parameters.

Het weten ‘aan welke knoppen te draaien’ is belangrijk voor een effectieve en ook zinvolle kalibratie. Soms is dit

lastig aangezien de gevoelige parameters niet goed bekend zijn. Denk aan bijvoorbeeld de doorlaatfactor (k-

waarde), de weerstand van de bodem van waterlopen, de hoogtes van drains.

De gevoeligheidsanalyse geeft ook informatie over de nauwkeurigheid van de modeluitkomsten. Geen of juist

extreme veranderingen in modelgedrag kunnen duiden op fouten in de modelstructuur. Let er daarom op of de

aangebrachte veranderingen in invoer, begincondities en parameters realistisch zijn.

De gevoeligheidsanalyse kan handmatig of geautomatiseerd worden uitgevoerd.

8.3 Kalibratie

Bij de kalibratie van het grondwatermodel worden de berekende parameters zoals grondwaterstanden zo goed

mogelijk in overeenstemming gebracht met de metingen. De gevoeligheidsanalyse geeft hierbij informatie over

de zinvolheid en ‘aan welke knoppen te draaien’.

Verschillen tussen modelresultaten en waarnemingen worden veroorzaakt door:

fouten in de modelstructuur, bijvoorbeeld de gehanteerde vereenvoudigingen van (deel)processen fouten in parameter waarden. Exacte waarden zijn vaak niet bekend fouten in randvoorwaarden. Dit zijn de ‘drijvende krachten’ van het model


fouten in de waarnemingen De kalibratie richt zich (alleen…) op de fouten in parameterwaarden. Als het kalibratieproces onvoldoende

resultaten oplevert, kan dus ook terug worden gevallen op bijvoorbeeld de modelaanpassing (discretisatie,

numerieke aanpak, het conceptuele model), de veldgegevens (verzamelen, beter analyseren en selecteren).

Soms kan ook worden besloten om met een model te werken dat onvoldoende is gekalibreerd. Het is dan

belangrijk om de onzekerheden goed worden betrokken in het advies.

8.4 Parameterkeuze

Hanteer als randvoorwaarde voor de zomerperiode de oppervlaktewaterpeilen bij 1/100 Q. Voor de winter zijn

dit de peilen bij ¼ Q afvoersituatie.

De parameters in grondwatermodellen kennen een zekere ruimtelijke verdeling en (onderlinge) correlatie. Er zijn

daarom in de praktijk nooit voldoende veldgegevens voor optimalisatie (kalibratie) van alle parameters. Er

moeten daarom keuzes worden gemaakt. Hanteer voor bekende parameters bijvoorbeeld constante waardes in

zones. Of breng (geo-statistische) verbanden aan tussen parameters (bijvoorbeeld een vaste verhouding tussen

de horizontale en verticale doorlatendheid).

De gekozen parameters moeten een significante invloed hebben op de uiteindelijke modeluitkomsten

(gevoeligheidsanalyse). Ook speelt ervaring een rol. Bijvoorbeeld dat de doorlatendheid van diepe watervoerende

pakketten weinig invloed heeft op ondiepe grondwaterstanden.

8.5 Wanneer is het goed genoeg?

Een model is en blijft een vereenvoudiging van de werkelijkheid. En kent dus resterende fouten. Wat hierbij

toelaatbaar is (‘goed genoeg’) hangt samen met de vraag. De modelleur kan zich daarbij verliezen in het steeds

beter willen afregelen. Daarom moet (in overleg met de opdrachtgever) vooraf helder zijn wanneer een model

geschikt is voor het te onderzoeken probleem.

Houdt altijd rekening met het specifieke gebied waar de vraag, de ingreep of het vermeende effect speelt. Het is

niet zinvol om gemiddeld genomen een goede kalibratie te hebben, maar tegelijkertijd te constateren dat in het

interesse gebied de afwijkingen groot zijn… Dit betekent overigens ook dat een beschikbaar model voor een

andere vraagstuk niet geschikt hoeft te zijn!

Vaak wordt de stijghoogte of grondwaterstand als parameter voor afregeling gehanteerd. Bij de beoordeling van

de restfouten (verschil gemeten – berekend) gelden een aantal richtlijnen:

de restfouten moeten gelijkmatig ruimtelijk verdeeld zijn. Structuren in de fouten kunnen duiden op conceptuele fouten in het model.

de maximale restfout bedraagt 10% van het (gemiddelde) stijghoogteverschil binnen het modelgebied. Voor een hellend gebied met grondwaterfluctuaties van 10 meter levert dit een maximale restfout van 1 meter. In vlak terrein (met verschillen van meters), levert dit een maximale restfout van decimeters. Soms kun je ook maximale restfouten per deelgebied onderscheiden.

Let ook op de verschillen (gemeten – berekend) in grondwaterdynamiek.

Restfouten kunnen worden weergegeven in een tabel, zie navolgende voorbeeld.


Tabel 27 Voorbeeld tabellarisch overzicht restfouten grondwatermodel

Een andere mogelijkheid is een grafische weergave (zie navolgende).

Figuur 18 Voorbeeld grafische weergave restfouten grondwatermodel

Het gebruik van “bollenkaarten” geven gebied specifiek en ruimtelijke informatie van restfouten. Bij kalibratie wordt gestreefd naar de minimalisatie van een doelfunctie, bijvoorbeeld minimalisatie van de gekwadrateerde restfouten (of de relatieve fout, de gemiddelde waarde van de restfout, de maximale restfout). Dit kan handmatig via ‘trial and error’. Bedenk daarbij dat een minimale doelfunctie niet per definitie de meest

optimale doelfunctie is (‘lokale minima’). Een nadeel is ook de reproduceerbaarheid.

Bij automatisch optimaliseren (stochastisch, deterministisch) wordt de doelfunctie systematisch en iteratief

geminimaliseerd. Een voordeel is dat er ook informatie over de betrouwbaarheid van het model wordt

gegenereerd. Deterministische methoden zijn lastig te implementeren. Daarom zijn deze soms in de

modelsoftware opgenomen, bijvoorbeeld PEST of iPEST (te downloaden via de website van Deltares).


Automatische kalibraties stoppen vaak wanneer de opeenvolgende iteraties geen verbetering van de doelfunctie

opleveren. Zorg er in ieder geval voor dat de doelfunctie dicht bij het gewenste minimum ligt. Houdt er rekening

mee dat de doelfunctie geldt voor de gekozen set parameters. Een andere set parameters kan een verbetering

opleveren. Analyseer daarom altijd de resultaten van de optimalisatie.

Bij handmatige kalibratie bestaat het risico op ‘over-optimalisatie’. Het model lijkt dan goed, maar is dat niet. Bij

automatische kalibratie bestaat een vergelijkbaar risico op ‘onjuiste combinaties van parameters’. Praktisch

gezien zijn ook andere stopcriteria handig, zoals een maximum aantal iteraties of een maximum tijdsbesteding

voor het kalibreren.

8.6 Validatie

In de modelvalidatie wordt de juistheid en geldigheid van het model gecontroleerd. Hiervoor is een

‘onafhankelijke gegevens-set’ nodig. Bijvoorbeeld een tijdreeks met gemeten grondwaterstanden of stijghoogten

voor een periode anders dan waarvoor het model is gekalibreerd. Ook kunnen andere gegevens worden gebruikt

voor validatie, bijvoorbeeld afvoeren of een waterbalans (met fluxen).

Door validatie kunnen de modelprestaties onder andere omstandigheden of voor andere parameters worden

getest. Het levert informatie die kan worden gebruikt om te beoordelen of het model goed genoeg’ is voor de

beantwoording van de gestelde vraag.

8.7 Geldigheidsgebied

Voor beantwoording van de gestelde vraag moet het model goed genoeg presteren onder deze omstandigheden

(bijvoorbeeld nat of droog). Het gaat dan over het geldigheidsgebied van het model. Het is een belangrijke stap

die niet moet worden overgeslagen. Helaas is dit wel te vaak het geval.

Het geldigheidsgebied kan in beeld worden gebracht met de al verzamelde informatie uit de

gevoeligheidsanalyse, kalibratie, restfouten en de verificatie. Zie voor een voorbeeld onderstaand overzicht.

Modelresultaat Geschikt / niet geschikt

GXG Ja

Extreem nat Nee

Kwelfluxen Ja

Dynamiek Nee

Absoluut Ja

Alleen geschikt voor effectbepaling Ja

Tabel 28 Voorbeeld karakterisering geldigheidsgebied grondwatermodel

8.8 Plan van aanpak

Wanneer het model is gebouwd, geanalyseerd en goed genoeg is bevonden, dan kunnen simulaties worden

uitgevoerd. Maak hiervoor een plan van aanpak. Hierin worden onder meer beschreven de modelversie,

modelinvoer, de simulatieperiode en de te verwachten resultaten. Doe dit in overleg met de opdrachtgever. Let

ook op de gevolgen voor de planning.

Controleer de resultaten van scenario berekeningen. Let daarbij op extreme of onmogelijke uitkomsten.

Verschilberekeningen (scenario – referentie) zijn informatief en over het algemeen betrouwbaarder dan absolute

waarden (in het scenario en de referentie zitten dezelfde fouten…). Controleer of veranderingen plausibel zijn. Let

op uitschieters, uitbijters, onverwachte resultaten, aanwijzingen voor numerieke fouten. Let er dat de goede


versie van het model is gebruikt. Of de invoer en instellingen correct zijn, of de oplossing stabiel is, of het model

juist convergeert, of de waterbalansen correct zijn etc.

8.9 Checklist

Controleer (aan de hand van logboek, offerte, plan van aanpak) het totaal doorlopen proces aan de hand van

navolgende checklist:

Is het toepassingsbereik van het model beschreven en geschikt voor het doel? Wordt aan de kwaliteitseisen voldaan? Zijn alle benodigde gegevens correct verwerkt en ingevoerd? Is de systeembeschrijving correct? Is het conceptuele model correct? Zijn alle aannames correct en terecht gemaakt? Is de discretisatie in ruimte en tijd goed gekozen? Is de keuze van de modelbegrenzingen juist geweest? Is, achteraf gezien, het juiste model of het juiste modelprogramma gekozen? Is de numerieke aanpak verantwoord gekozen? Is de implementatie correct uitgevoerd? Wat is geverifieerd ten aanzien van de implementatie? Welke analyses zijn op het model uitgevoerd? Kloppen de waterbalansen? Wat zijn de gevoelige parameters? Hoe en met welk resultaat is gekalibreerd? Voldoet het gekalibreerde model aan de van tevoren gestelde kwaliteitseisen? Is er een betrouwbaarheids/onzekerheidsanalyse uitgevoerd? Is er bij het uitvoeren van de runs om de probleemstelling te beantwoorden rekening gehouden met

onzekerheden in de uitkomsten?

8.10 Beoordeling effecten

Hiervoor zijn de gestelde grondwatergerichte ontwerpeisen van belang, zie ook paragraaf 3.7. De veranderingen

van grondwaterstanden als gevolg van maatregelen moeten worden opgenomen in het projectplan of de

watervergunning. Dit kan met een grondwatermodel of door inschatting met grondwaterstandsmetingen en

gebiedskennis (bijvoorbeeld in gebieden waar het grondwatermodel minder betrouwbaar is).

Vaak gaat het om veranderingen van grondwaterstanden. In het algemeen zijn deze veranderingen

betrouwbaarder dan de absolute waarde van berekende grondwatersituatie (bijvoorbeeld van de actuele

situatie). Als er echter grote verschillen zijn tussen de berekende en gemeten actuele grondwatersituatie, breng

dit dan ook in beeld. Gebruik deze informatie bij de interpretatie van effecten.

Geef grondwaterstandsveranderingen van minder dan 5 cm niet op kaart weer. Deze nauwkeurigheid kan immers

praktisch niet worden waargemaakt uitgaande van de beschikbare gegevens en schematisaties.

Beschrijf de resultaten op een compacte maar volledige manier. Gebruik teksten, figuren en tabellen. Verwijs naar

bijlagen, rapportages, GIS bestanden etc. Maak kaarten en tekeningen met een eenduidige lay-out (via het

sjabloon van het waterschap of huisstijl ingenieursbureau).

Vergelijk de resultaten onderling, met die van het referentiemodel en eventuele vergelijkbare studies. Ook

onverwachte resultaten moeten besproken worden en van een (mogelijke) verklaring word en voorzien.


Trek conclusies uit de resultaten op basis van het doel of de onderzoeksvraag. Wanneer dit niet goed mogelijk

blijkt, dan moet worden weergegeven waar dit aan ligt. Het modelproject kan om meer waarnemingen of

metingen vragen. Of er moet een vervolg modelproject worden gestart.

8.11 Tijdreeksanalyse

Het betreft hier een groep van wiskundige technieken waarmee tijdreeksen kunnen worden geanalyseerd. Een

tijdreeks is een serie waarnemingen in de tijd. Denk aan bijvoorbeeld een gemeten reeks grondwaterstanden.

Tijdreeksanalyse wordt toegepast voor:

Het maken van een dataset voor kalibratie of validatie Het statistisch karakteriseren van een tijdreeks (bijvoorbeeld de GLG). Het doen van voorspellingen op basis van kennis uit het verleden Het ontdekken van trends: structurele veranderingen. onderzoek naar verbanden (input – respons), bijvoorbeeld de relatie tussen neerslag en grondwaterstand.

Wij gebruiken voor de analyse van tijdreeksen in principe het programma Menyanthes.

Karakteriseren

Menyanthes geeft de karakteristieken van een tijdreeks (bijv. grondwaterstanden) weer. Zo kan de GxG worden

bepaald. Hiervoor zijn tenminste 2 metingen per maand benodigd (rond de 14e en 28e van de maand) over een

periode van tenminste 8 jaar. Hierbij mogen geen ingrijpende waterhuishoudkundige veranderingen zijn

doorgevoerd.

Metingen kunnen met divers hoogfrequenter worden uitgevoerd. In dit geval kan met Menyanthes de GxG

bepaling worden gebaseerd op een meetreeks korter dan 8 jaar (bijvoorbeeld door verlenging). De

meetintensiteiten mogen hierbij variëren.

Een meetreeks kan ook representatief voor een bepaald klimaat worden gemaakt. Een klimaatrepresentatieve

periode betreft een reeks van tenminste 30 jaar zonder waterhuishoudkundige ingrepen.

Alternatief: GxG uit tijdreeksanalyse

Als het programma Menyanthes niet kan worden toepast is een alternatief beschikbaar. In 2009 is in het

hydrologische tijdschrift Stromingen ‘Een alternatieve GHG analyse’ beschreven (drs. D.H. Edelman en Ir A.S.

Burger). Hiervoor zijn hoogfrequente meetdata nodig. Deze data worden bewerkt tot een geharmoniseerde

duurlijn (zie navolgende figuur).


Figuur 19 GxG uit meetdata (tijdreeksanalyse)

De standaarddeviatie rond de gemiddelde grondwaterstand is een maat voor de GxG: Gemiddelde Grondwaterstand (GG), 50%. Absoluut Hoogste Grondwaterstand (AHG), GG +3σ = 99,85 % Maatgevende Hoogste Grondwaterstand (MHG), GG +2σ = 97,70 % Gemiddeld Hoogste Grondwaterstand (GHG), GG +1σ = 84,10 % Gemiddeld Laagste Grondwaterstand (GLG), GG -1σ = 15,90 % Maatgevende Laagste Grondwaterstand (MLG), GG -2σ = 2,30 % Absoluut Laagste Grondwaterstand (ALG), GG -3σ = 0,15 %

Causaliteit (impuls – respons)

Door de relatie te onderzoek tussen de meetreeks (bijv. gemeten grondwaterstanden) en ‘verklarende variabelen’

(bijv. neerslag, verdamping, onttrekkingen) wordt inzicht verkregen in ‘oorzaak-gevolg’-relaties.

Zo zijn voor bepaling van de invloed van oppervlaktewater de volgende meetreeksen van belang: peilbuizen, neerslag, verdamping, oppervlaktewaterpeilen. Voer de analyse stapsgewijs uit (naar van der Hauw 2012). Stap 1: modelberekeningen Bereken de input-respons relaties als volgt: Input (neerslag en verdamping) en respons (grondwaterstand) met een lineair model Input (neerslag en verdamping) en respons (grondwaterstand) met een niet-lineair model Input (neerslag, verdamping, oppervlaktewaterstand) en respons (grondwaterstand)


Stap 2: modelverificatie Controleer het model op hydrologische en fysische plausibiliteit. Beoordeel daarom de parameters van de tijdreeksmodellen: De drainagebasis is het uiteindelijke grondwaterniveau zonder ‘impuls’ (bijvoorbeeld neerslag). Vaak zal dit

de drainagebasis zijn (gemiddelde peil van de ontwateringmiddelen). Voor niet-lineaire modellen wordt de drainagebasis tweemaal berekend. De drainagebasis ‘onder de drempel’ zegt fysiek niets.

De verdampingsfactor geeft de verhouding tussen de actuele en de referentieverdamping. Dit is niet hetzelfde als de gewasfactor; de verdampingsfactor is vaak lager.

De gain (M0) geeft de verhouding weer tussen de stijghoogte en de langdurige neerslag. Dit is een soort drainageweerstand (dicht bij waterloop enkele dagen, ver weg tot duizenden dagen).

Is het model op basis van deze beoordeling plausibel? Stap 3: betrouwbaarheidsanalyse Beoordeel de betrouwbaarheid van het model als volgt: De EVP is tenminste 70%. , EVP is een relatieve maat (verklaarde variantie) voor juistheid van het model.

Lagere waarden indiceren andere mogelijke invloeden op grondwaterstandsverloop. De verdampingsfactor ligt tussen 0,5 en 2. Dit is een indicator voor het aandeel van de neerslag en

verdamping dat correct is gemodelleerd. Bij hogere of lagere waarden is het model waarschijnlijk onbetrouwbaar of zijn er mogelijk andere invloeden niet meegenomen.

De relatie tussen verklarende factoren dient significant (betekenisvol) te zijn. Dit is het geval als de absolute waarde van de verdampingsfactor minus twee keer de standaardafwijking positief uitvalt15.

Is het model op basis van deze beoordeling betrouwbaar?

Stap 4: meest geschikte model Mogelijk leiden voor één meetreeks meerdere combinaties van verklarende factoren tot een plausibel en

betrouwbaar model. Het model met de hoogste EVP levert dan de beste. Zo kan een model met een impuls

bestaande uit oppervlaktewatermetingen, neerslag en verdamping een hogere EVP opleveren dan alleen met

neerslag/verdamping. Het effect van oppervlaktewater is dan significant. Een verbetering van de verklaarde

variantie van minder dan 5% wordt gezien als een niet significant.

Dit is als volgt beschreven in Van Geer (2012). Een hoge correlatie tussen twee parameters betekent dat de ene

parameter weinig toevoegt ten opzichte van de andere parameter. Een model met minder parameters zal bijna

even goed presteren, maar de betrouwbaarheid van de parameters neemt toe.

Voorspellingen

Je kunt Menyanthes gebruiken voor het opvullen en verlengen van meetreeksen of het voorspellen. Er moet hierbij worden voldaan aan vereisten in de stappen 1 t/m 3.

Trend analyse

Meetreeksen kunnen worden geanalyseerd op trends. Denk aan bijvoorbeeld een grondwaterstandsstijging door

een peilverhoging. Bekend moet zijn wanneer de verandering (peilverhoging) heeft plaatsgevonden. In

Menyanthes wordt voor in dit geval een Staptrend-River ingevoerd (naast de verklarende parameters neerslag en

verdamping). De Staptrend-River berekent dan de invloed die de peilwijziging.

15 De enige uitzondering hierop is de trage component van de M0 bij een niet-lineair model, in dat geval komt de eis van

significantie te vervallen.


9. Literatuur en tools

9.1 Literatuur

‘Beoordeling veiligheid (Module D)’, Stowa, 2015 ‘Cultuurtechnisch Vademecum’, 1998 ‘Duflow modelling studio’, Stowa, december 2005 ‘Hydrological drought explained’, Anne van Loon, WIREs Water 2015 ‘Maaiveldafvoer in beeld’, Stromingen 2018 ‘Neerslagstatistiek voor waterbeheer’, rapport 2015-10A, 2015. ‘Neerslagstatistieken voor korte duren’, STOWA, rapport 2018-12, 2018 ‘Referentiegrondwaterstand: Historische waterhuishouding en historisch grondgebruik in het waterschap

Regge en Dinkel’, Alterra-rapport 801, ISSN 1566-7197. Digitaal: ‘V:\Eenheden\Ontwikkeling en Advies\Werk\Hydrologie\backup-K-schijf\hydrologie\arcview\kaartenbak2005voorjaar\Alterra-rapport801historisch grondwater WRD.pdf" (zie ook bestand: 3_1_1_Referentiesituatie.doc t.b.v. gebruik en toelichting digitale gisbestanden)

‘Vistrap, een gereedschap om vispassages hydraulisch te ontwerpen’, Paul Termes en Hans Hakvoort, HKV lijn in water, Stromingen 19, 2013

Handboek ontwerp vispassages, Visadvies, digitaal: https://www.visadvies.nl/sites/default/files/bestanden/HANDBOEK%20VISMIGRATIE_2005.pdf , 2005.

9.2 Tools

Tabel geeft een overzicht van de beschikbare tools bij het waterschap. Zie V:\Eenheden\Ontwikkeling en

Advies\Werk\Hydrologie\tools.

Naam tool GW/OW16 Beschrijving toepassing

Grondwaterkarakteristieken GW Bepaling doorlaatbaarheid, drainageafstand, naleveringsduur grondwater,

effect peilverhoging, spreidingslengte (Equator, cursus bodemkunde)

Ernstformule zonder kwel of wegzijging GW Berekening drainageweerstand/opbolling voor 1 laag profiel

Ernstformule met kwel of wegzijging GW Berekening drainageweerstand/opbolling, 1 laag met kwel of wegzijging

GWtoolbox_Acacia_v5.1 GW Bemaling, drainage, opbarsten, zetting, stoftransport, peilverandering

Hooghoudt en Ernst GW Berekening drainageafstand en opbolling

Duurlijn OW Produceert een duurlijn op basis van tijdreeks gemeten waterstanden

Waterlopen OW Berekening waterlopen met recht en geknikt profiel, ronde en rechthoekige

duikersinlaatduikers en stuwen (DLG)

Duiker opstuwing OW Berekening opstuwing bij ronde en vierkante duikers

Manning OW Berekening stationaire debiet of benodigd verhang volgens Manning

Stuwformule OW Dimensionering standaard stuw

16 Grond- of oppervlaktewater

https://www.visadvies.nl/sites/default/files/bestanden/HANDBOEK%20VISMIGRATIE_2005.pdf


Naam tool GW/OW16 Beschrijving toepassing

Stuwkromme OW Berekening stuwen valkrommes op basis van formules van Manning en

wet van Bernoulli

Toolbox oppervlaktewater OW Bakjesmodel riolering – oppervlaktewater, formule van Manning,

stuwformule, drainage volgens Hooghoudt, berekening van duikers

(rond/recht), Sweco

Tabel 29 Overzicht tools voor gronden oppervlaktewater


Bijlagen


1. Good Modelling Practice, checklist


Activiteit / stap Uitgevoerd

datum nee nvt

Meldings- en intakeformulier rekenopdrachten ingevuld

Stap 1: Start logboek

Stap 2: Zet een modelproject op:

2.1 Beschrijf het probleem

2.2 Definieer het doel

2.3 Afspraken over verantwoording / verantwoordelijkheden

2.4 Formuleer de eisen en afspraken:

2.4.1 Kwaliteitseisen

2.4.2 Schatting benodigde capaciteit

2.4.3 Afspraken betreffende communicatie en rapportage

2.4.4 Aanvullende afspraken

Stap 3: Zet het model op:

3.1 Gegevensanalyse:

Bepalen van de basisgegevens

Gegevens ontvangen van…

Bepalen van de analysegegevens

Gegevens ontvangen van…

3.2 Systeembeschrijving gemaakt

3.3 Modelkeuze:

Keuze model en motivatie

Aannamen vermeldt in logboek

3.4 Implementatie model


Stap 4: Analyseer het model:

4.1 Globale modeltest:

4.1.1 Doe een run met standaard invoer, conclusie in logboek

4.1.2 Voer de globaal-gedrag-test uit, conclusie in logboek

4.1.3 Controleer de massabalansen

4.1.4 Voer een robuustheidstest uit, conclusie in logboek

4.2 kalibreer het model:

Keuze analysegegevens, zie logboek

Uitkomsten kalibratie, zie logboek

4.3 Valideer het model:

Stap 5: Gebruik van het model:

5.1 Overleg met opdrachtgever

5.2 Simulatie-runs, uitkomsten

Stap 6: Interpreteer de uitkomsten:

6.1 Beschrijving uitkomsten

6.2 Overleg met opdrachtgever

6.3 Conclusies

Stap 7: Rapporteer en archiveer:

7.1 Maak rapport voor opdrachtgever

Archiveer


2. Duikers en stuwen (PID) modelleren


Extra rekenpunten

Bij het modelleren van duikers is het van belang dat op 50% van de kunstwerklengte boven- en benedenstrooms

een rekenpunt gelegd wordt.

Bij een kunstwerk (duiker) treedt een lokale discontinuïteit in het waterspiegelverloop op vanwege energieverlies.

Voor een duiker moet een lengte (wrijvingslengte) opgegeven worden. Middels deze wrijvingslengte (de waarde

uit de data editor) wordt het wrijvingsverlies bepaald.

Bij de meeste duikers wordt het energieverlies vooral veroorzaakt door in- en uitstroomverliezen.

Andere aandachtspunten duikers

Er spelen nog andere aspecten:

De duiker ligt in een open channel reachsegment: Houd er dan rekening mee dat in de bewegingsvergelijking gebruik wordt gemaakt van het dwarsprofiel

van de duiker en dat in continuïteits-vergelijking gebruik wordt gemaakt van een geïnterpoleerd

dwarsprofiel op basis van de omliggende dwarsprofielen.

Als het belangrijk is dat in de continuïteits-vergelijking gebruik wordt gemaakt van het dwarsprofiel van

de duiker, dan moet je twee omliggende connection nodes definiëren met daar tussen de duiker en een

dwarsprofiel met dezelfde doorsnede als de duiker.

Er wordt een internal culvert gebruikt: Je kunt ook een internal culvert tussen twee connection nodes leggen. Zowel in de bewegingsvergelijking

als in de continuïteits-vergelijking wordt dan gebruik gemaakt van het zelfde dwarsprofiel. Een extra

dwarsprofiel is dan niet nodig (en ook niet mogelijk om er neer te leggen).

Automatische stuw als PID

Een automatische stuw kan met behulp van een PID controller gemodelleerd worden:

P = De proportionele actie van de regelaar.

I = De integratietijd van de regelaar. Hoe kleiner I hoe meer I-actie.

D = De differentiatietijd van de regelaar. Hoe groter D, hoe meer D-actie.

Meestal is het voldoende alleen de P actie te gebruiken.

Tips:

Zet de PID waarden initieel op P=0.5 en I + D op 0. Zorg ervoor dat de Minimum value ook de daadwerkelijke laagste stuwstand is in gestreken toestand. De

Initial value kan handig gekozen worden als 5cm boven het Minimum of onder het Maximum, afhankelijk van je initiële condities.

De meeste automatische stuwen worden vrij eenvoudig en recht toe recht aan aangestuurd. Bij een afwijking van het streefpeil wordt de klephoogte aangepast. Meestal kan de werkelijke bewegingssnelheid van de klep opgenomen worden in het model.


3. Ontwerp van stuwen en gemalen


Stuwen, algemeen

In deze bijlage wordt onder meer beschreven hoe de afmetingen van een stuw kunnen worden bepaald. De

informatie komt uit het Cultuurtechnisch Vademecum (hoofdstuk 1. Waterbouw paragraaf 1.1.7 Berekening

afmetingen stuwen, bladzijde 813).

Algemene richtlijnen zijn:

Overweeg of een stuw noodzakelijk is Stem het type stuw en besturingssysteem af met de beheerders Plaats stuwen op een logische locatie (bijvoorbeeld overgang van hellend naar vlak gebied) Stem het meetbereik (meetpunten) af op een waterpeil bij T=100 Stem het bouwpeil van de stuw af op het waterpeil bij T=100 (voorkomen overstromen van het gebouw) Vraag bij ecologen na of de stuw vispasseer baar moet zijn Stem in stedelijk gebied of langs drukke recreatieve routes met de beheerder en/of communicatie af in

hoeverre extra aandacht aan de uitstraling van het waterschap, voorlichting en dergelijke wenselijk is.

Capaciteit en afmeting

Stuw ontwerpen o.b.v. wateroverlastnormen. Maximale overstorthoogte bij handbediende stuwen: max 0,3 m bij maatgevende afvoer; Maximale overstorthoogte bij automatische stuwen: geen maximum; Breedte stuw afhankelijk van bodembreedte, overstorthoogte, duiker diameters en opstuwing bij gestreken

klep;

Afvoerformules voor lange, scherpe en korte rechthoekige overlaten

Iedere stuw vormt een plaatselijk vernauwing in het doorstroomprofiel van een waterloop. Uit het stroombeeld

bovenstrooms van de stuwkruin blijkt dat er altijd sprake is van een verticale contractie en meestal ook van een

zijdelingse. In de stroomrichting is er ook een afbuiging van de bovenste stroomlijn, waardoor de waterstand

recht boven de kruin een lagere waarde heeft dan die op enige afstand bovenstrooms van de kruin.

Er is voor alle stuwen een verband tussen de afvoer Q en de overstorthoogte hs. Met hs wordt niet bedoeld de

waterhoogte boven de kruin, maar de waterhoogte ten opzichte van de kruin op zodanige afstand bovenstrooms,

dat de afzuigingskromme geen invloed meer heeft. De Q-hs relatie wordt tot uitdrukking gebracht in een

afvoerformule.

Bij lange overlaten lopen de stroomlijnen over een bepaalde lengte evenwijdig aan elkaar en aan de kruin van de

overlaat. Het water boven de kruin bevindt zich in de grenstoestand en er treedt schietend water op. De lengte L

van de kruin in de stroomrichting zal daartoe een bepaalde minimumwaarde moeten hebben, die volgt uit de

voor elk type opgegeven verhouding (H:L) (zie onderstaande figuur). De afstand p tussen de kruinhoogte en de

bodem van de waterloop bovenstrooms, moet een zeker minimumwaarde hebben.

Figuur 20 Lange overlaat


De afvoerformule voor de lange rechthoekige overlaat luidt:

𝑄 = 1,7 ∙ 𝐶𝑣 ∙ 𝐶𝑑 ∙ 𝑏 ∙ ℎ𝑠3/2 [1.1]

Met:

Q = Debiet [m3/s]

Cv = snelheidcoëfficiënt, welke dient ter correctie voor het verwaarlozen van de

snelheidshoogte v12/2g; deze coëfficiënt kan worden berekend met de formule:𝐶𝑣 = (1 +

𝑣12

2𝑔∙

ℎ𝑠)3/2 met v1 de stroomsnelheid ter plaatse van de overstorthoogte hs

Cd = afvoercoëfficiënt, welke onder andere dient ter correcte voor

energieverliezen tussen de sectie ter plaatse van de overstorthoogte hs en de doorstroom

opening boven de kruin en ten gevolge van de kromming van de stroomlijnen in de

doorstroomopening: Cd is dus afhankelijk van de overstorthoogte hs, de kruinlengte L, de

kruinbreedte b en de vorm van de kruin.

b = de breedte van de kruin [m]

hs = overstorthoogte [m]

Voor de lange rechthoekige overlaat kan de waarde voor Cd bepaald worden met behulp van de grafieken in

onderstaande figuren.

Figuur 21 Afvoer coëfficiënt bij lange rechthoekige overlaten

Scherpe overlaten worden gekenmerkt door een kruin waarvan de lengte in de stroomrichting slechts 1 á 2 mm

bedraagt.


Figuur 22 Scherpe overlaat

De overstortende straal laat los op de scherpe bovenstroomse hoek van de kruin. In de ruimte onder de

overstortende straal behoort de luchtdruk nagenoeg gelijk te zijn aan de atmosferische. De overstortende straal

heeft de neiging lucht uit deze ruimte mee te voeren in benedenstroomse richting. Staat deze ruimte niet in

verbinding met de buitenlucht, dan zal de druk onder de straal dalen. Dit heeft een afzuigend effect, waardoor de

afvoer aanzienlijk gorter wordt. Ontbreekt de spontane beluchting, dan moet voor een kunstmatige beluchting

met behulp van pijpen worden gezorgd. De scherpe overlaat blijkt zeer gevoelig voor vervuiling.

De afvoerformule voor de scherpe rechthoekige overlaat luidt:

𝑄 = 2,95 ∙ 𝐶𝑒 ∙ 𝑏 ∙ ℎ𝑠3 2⁄ [2]

Waarin:

Ce = effectieve afvoer coëfficiënt, verkregen uit 𝐶𝑣 ∙ 𝐶𝑑 ∙ 𝛿 met δ de contractie

coëfficiënt.

Korte overlaten hebben een kruin die in de stroomrichting niet lang en niet scherp is. Er is geen hydrostatische

drukverdeling boven de kruin, zoals bij een lange overlaat.

Figuur 23 Korte overlaat

Evenmin kan men een gedefinieerd loslaatpunt aanwijzen voor de onderkant van de straal, zoals bij de scherpe

overlaat. De stroomlijnen bij de korte overlaat zijn gekromd en blijven de kruin volgen. In sommige gevallen is

beluchting van de overstortende straal nodig. Naarmate de kruin meer gestroomlijnd is, wordt de afvoer

coëfficiënt groter. Voor een korte rechthoekige overlaat geldt ook formule [1].


Volkomen en onvolkomen overlaten

Bij een volkomen overlaat is er geen beïnvloeding door de beneden waterstand op de in de afvoerformule

aangegeven betrekking tussen de overstorthoogte hs en het debiet Q. Bij een onvolkomen overlaat is er vanaf

een bepaalde waarde van de benedenwaterstand wel een beïnvloeding. De mate van beïnvloeding hangt af van

het type stuw en de procentuele verdrinkingsgraad s:

𝑠 = 100 ℎ2 ℎ𝑠⁄ [3]

Waarin:

h2 = hoogteverschil tussen de benedenwaterstand en de kruinhoogte van de stuw

hs = overstorthoogte.

In plaats van volkomen en onvolkomen spreekt men ook wel van ongestuwde en gestuwde afvoer. Een

onvolkomen overlaat wordt ook wel verdronken genoemd.

De lange overlaat wordt onvolkomen indien het water boven de kruin overgaat van schietend naar stromend

water. Theoretisch is in dit geval h2 ≈ 2/3H1 (zie figuur 4). Indien H1 gelijk gesteld wordt aan hs, dan wordt de

verdrinkingsgraad in dit geval s ≈ 67%. Voor de korte overlaat is de overgang van volkomen naar onvolkomen

weergegeven in onderstaande figuur.

Figuur 24 Overgang van volkomen naar onvolkomen afvoer bij een korte overlaat

In Figuur 24 geldt voor:

Geval a: h2 is negatief en de overlaat werkt volkomen;

Geval b: h2 is positief, maar boven de kruin is schietend water aanwezig; de afvoer is volkomen;

Geval c: h2 is positief zonder dat schietend water aanwezig is; de afvoer is onvolkomen.

De overgang van volkomen naar onvolkomen afvoer ligt voor de verschillende typen stuwen bij verschillende

verdrinkingsgraden:

S = 30 a 95% voor lange overlaten

S = 0 voor scherpe overlaten

S = 20 a 70% voor korte overlaten

S = 25 a 95% voor flumes

Voor de afvoerberekening van een onvolkomen overlaat kan volgens Schmidt (1954) ervan worden uitgegaan dat

de onvolkomen afvoer evenredig is aan de volkomen afvoer, zodat gesteld kan worden dat:

𝑄𝑜𝑛𝑣𝑜𝑙𝑘𝑜𝑚𝑒𝑛 = 𝑐 ∙ 𝑄𝑣𝑜𝑙𝑘𝑜𝑚𝑒𝑛


De reductiefactor c is afhankelijk van de verdrinkingsgraaf en de kruinvorm. In onderstaande figuur is de factor c

voor verschillende kruinvormen in relatie met de verdrinkingsgraad aangegeven.

Figuur 25 Reductiefactoren onvolkomen overlaten als functie van verdrinkingsgraad en kruinvorm

Formules voor het dimensioneren van stuwen

In waterbeheersingsplannen worden veel vaste (schotbalk) stuwen, klepstuwen en in mindere mate stuwen met

schuiven toegepast. Daar deze stuwen een rechthoekige doorlaatopening hebben, reageren als korte en soms

lange overlaten, wordt voor de berekening van deze stuwen uitgegaan van formule [1] waarin het product 𝐶𝑣 ∙ 𝐶𝑑

vervangen wordt door de coëfficiënt m. De formule wordt nu:

𝑄 = 1,7 ∙ 𝑚 ∙ 𝑏 ∙ ℎ𝑠3 2⁄ [4]

Waarin:

Q = debiet over de stuw [m3/s]

m = coëfficiënt, o.a. afhankelijk van de vorm van het stuwlichaam,

aanstroomsituatie, constructie van de stuw en eventueel klepstand

b = breedte van de stuw [m]

hs = hoogte van de boven waterspiegel ten opzichte van de stuwkruin =

overstorthoogte [m]

Deze formule geldt dus alleen voor afvoeren bij beluchte straal die niet beïnvloed worden door de beneden

waterstand (volkomen overlaat). Bij het bepalen van de dimensies van een stuw wordt meestal uitgegaan van een

maximaal toelaatbare overstorthoogte en de hierbij behorende breedte b die met formule [4] kan worden

berekend.

In de praktijk wordt vaak uitgegaan van een maximaal toelaatbare overstorthoogte van 0.30 m bij een normale

afvoer en van 0.50 m bij een hoogwaterafvoer. Hierbij is verondersteld dat de overtollige energie in het water

benedenstrooms van de stuw zodanig vernietigd wordt door een woelbak en/of stortbed, dat de waterloop niet

wordt aangetast (voor woelbak en stortebed zie hoofdstuk V.1.3. Stuwen in het waterbeheersingsplan,

Cultuurtechnisch Vademecum).


Uit experimenten is gebleken dat de waarde van de coëfficiënt m voor een belangrijk deel bepaald wordt door de

vorm van de kruin.

Figuur 26 Relatie kruinvormen en m-waarden bij rechthoekige stuwen

Bij klepstuwen hangt de m-waarde ook af van de stand van de klep, die aangegeven wordt door de hoek α (zie

figuur 10). Voor de klepstuw uit figuur 10 bleek uit metingen dat de volgende m-waarden gebruikt mogen worden

voor:

α ≤830 m = 1.16

α> 830 m = 1,16 -0,034 (α - 830)

Dus voor 830 < α ≤ 900 varieert m tussen 1,16 en 0,92.

Figuur 27 Klepstuw (links) en relatie verdrinkingsgraad s, reductiefactor c en klephoek α voor klepstuw

Bij gestuwde afvoer moet voor de bepaling van de reductiefactor c ook rekening gehouden worden met de hoek α. In Figuur 27 is een relatie tussen de verdrinkingsgraad s en de reductiefactor c voor de klepstuw aangegeven.

Voor het ontwerpen van stuwen met gestuwde afvoer kan gebruik gemaakt worden van formule [4] waaraan de

reductiefactor c is toegevoegd, zodat:

𝑄 = 1,7 ∙ 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ 𝑏 ∙ ℎ𝑠3 2⁄ [5]


Bij het ontbreken van waarden voor de reductiefactor c wordt in de ontwerppraktijk een stuw in een gestuwde

situatie wel berekend als een duiker. Hierbij wordt de volgende duikerformule gebruikt:

𝑄 = 𝜇 ∙ 𝐴√2 ∙ 𝑔 ∙ 𝑧 [6]

Waarin:

µ = vaak gelijkgesteld aan m

A = 𝑏 ∙ ℎ2 b = stuwbreedte

h2 = verschil tussen beneden-waterstand en

stuwkruinhoogte

z = hs – h2

Daar bij het ontwerpen van waterbeheersingsplannen niet exact bekend is hoe de te ontwerpen stuwen in de

praktijk zullen worden gemaakt, wordt voor het ontwerp meestal uitgegaan van een waarde van 1,1 voor de

coëfficiënt m.






4. Ontwerpen van gemalen


Bronvermelding: Cultuurtechnisch Vademecum 1988- blz. 799 tot en met blz. 871.

Bepalen capaciteit

De capaciteit van een gemaal wordt bepaald door de volgende factoren:

De te bemalen oppervlakte De afvoerfactoren in samenhang met toelaatbare peilstijging en de kans van optreden. De grootte van het gebied en het percentage open water Reserve (bijvoorbeeld 10%) voor toekomstige ontwikkelingen (bijvoorbeeld toename opvoerhoogte, toename

oppervlakte peilgebied) en te verwachten slijtage; De gemaalcapaciteit is meestal gelijk aan de maatgevende afvoer uit een gebied (Q) + 10%Q.

Daardoor kan het in theorie zo zijn dat bij inzet van de maximale capaciteit het debiet van de watergang kleiner is

dan wat het gemaal aan water wegtrekt. Het water trekt de watergang dan “leeg” waardoor hogere

stroomsnelheden kunnen ontstaan waardoor erosie op kan treden. Voor gemalen zonder frequentieregelaar is

het goed rekening te houden met de afmetingen van het profiel van de watergang voor het gemaal.

Algemeen

Bij de revisie van gemalen altijd de uitgangspunten (opvoerhoogte en afvoercapaciteit) controleren en indien nodig wijzigen, zie ook checklist renovatie gemalen

type gemaal, capaciteit en besturingssysteem afstemmen met de afdeling watersysteem en dijken het gemaal ontwerpen met (ten minste) 2 pompen. In kleine kwelslootjes voldoet een gemaaltje met 1 pomp Q-h krommes per gemaal vastleggen in de telemetrie. Zo zijn later op basis van de draaiuren, gebruikte

frequenties en opvoerhoogte debieten te herleiden en waterbalansen op te stellen meetbereik (meetpunten) richten op waterpeil bij T100 bouwpeil van het gemaal en de elektriciteits-

voorziening afstemmen op waterpeil bij T100 om overstromen van het gebouw te voorkomen

vraag bij ecologen na of het gemaal vispasseer-baar moet zijn

in stedelijk gebied of langs drukke recreatieve routes met de afdeling waterbeheer en/of communicatie afstemmen in hoeverre extra aandacht aan de uitstraling van het waterschap, voorlichting of communicatie wenselijk is.

Watergang (toevoer) bij het gemaal

de watergang afstemmen op de gemaalcapaciteit. Let op dat in de planvorming voldoende ruimte voor de watergang voor het gemaal wordt gereserveerd. In de praktijk is de watergang voor het gemaal breder, omdat de waterbodem afloopt en er ruimte moet zijn voor meerdere pompen

stroomsnelheid in de watergang voor en na het gemaal niet te groot. Indien nodig beschoeiing toepassen. In de praktijk moet de watergang een stroomsnelheid van 1,5 m/s aan kunnen. Dit is de maximale gewenste stroomsnelheid in een gemaal

75 tot 200 m voor het gemaal alleen een rechte watergang, zonder zijwaterlopen (CTV2000, p. 684); Direct voor een gemaal GEEN duikers toestaan. Alleen mogelijk indien de duiker wordt ontworpen met de

Q100% van de gemaalcapaciteit. Dat voorkomt pendelen!

Checklist renovatie gemalen

capaciteit, (huidige en berekening capaciteit op basis van meest actuele gegevens)

pomptype, ontwikkelingen peilen boven- en

benedenstrooms (verleden, toekomst), bodem, maaiveldhoogte, maaivelddaling ontwikkelingen in de directe omgeving

(natuur, stedelijk, wegen etc.) inlaatfunctie, vispasseer-baar.


Peilbereik en opvoerhoogte

Houd bij het ontwerp van een nieuw gemaal rekening met de peilen aan de laagwaterzijde. Kijk naar zowel de

huidige als toekomstige bandbreedte. In het geval van veenweidegebied kan het zijn dat de peilen steeds

aangepast moeten worden aan de nieuwe maaiveldhoogtes.

Ga uit van een periode van 30 jaar waarbinnen het gemaal optimaal moet functioneren.

De opvoerhoogte en de variatie daarin is bepalend voor de keuze van het type pomp.

Figuur 28 Opvoerhoogte, rendement en vermogen van pompen


5. Wandruwheid waterlopen

Houd bij het schatten van leidingweerstanden rekening met:

- de begroeiingsgraad: deze neemt sterk toe rond april/mei en neemt weer door maaiwerkzaamheden of natuurlijke sterfte aan het einde van het jaar (zie navolgende figuur)

- de flexibiliteit van begroeiing. Bij hoge afvoeren wordt de aanwezige begroeiing soms platgedrukt waardoor de weerstand sterk afneemt.

Figuur 29 Vegetatieontwikkeling de Fliert (waterschap Veluwe), april (2x), mei, juni (2x) 2008

- sprongen in de hydraulische weerstand. Bij tweefase-profielen neemt R plotseling sterk af wanneer het banket begint te inunderen (O wordt dan plotseling groter terwijl A nagenoeg hetzelfde blijft). Dit kan rare effecten geven wanneer je Manning of Bos en Bijkerk toepast. Doordat R tot de macht 1/6 is blijft te toename van de leidingweerstand nog beperkt. In onderstaand voorbeeld neemt de leidingweerstand 6% toe op de overgang naar het banket.

Figuur 30 Hydraulische straal van een watergang met een tweefase-profiel

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

breedte (m)

ho

og

te (

m)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

R^1/6 (m^1/6)

wate

rdie

pte

(m

)


In Sobek is het mogelijk om binnen een profiel zones met verschillende leidingweerstanden aan te geven.

Hierdoor kan het zomer- en winterbed in een tweefasen-profiel verschillende weerstanden worden meegegeven.

Dit is noodzakelijk wanneer de ruwheid van de waterloop verschilt van de oever en banket.

Wanneer gebruik je een zomer- of winterleidingweerstand? Dit hangt af van de maatgevende situatie. In landelijk

gebied zijn dit vaak de winterafvoeren, in stedelijk gebied de hevige buien in de zomer.

Het uitgangspunt voor de begroeiing is afhankelijk van het gekozen maaibeheer en/of KRW doelstellingen.

Hiervoor zijn geen standaard richtlijnen op te stellen.

De stromingsweerstand als gevolg van de begroeiing in de watergang is niet eenvoudig te bepalen. De

stromingsweerstand is afhankelijk van verschillende factoren:

de mate van begroeiing van de watergang (begroeid gedeelte vs. onbegroeid gedeelte);

het type begroeiing (groeivormen: ondergedoken waterplanten, drijfbladplanten en bovenwaterplanten)

de belangrijkste soorten binnen het type begroeiing (sommige soorten veroorzaken veel weerstand)

de waterstand (bij een hogere waterstand neemt het doorstroomprofiel toe).

Daarnaast varieert de mate van begroeiing (en de dominante groeivormen en de soorten) in tijd en ruimte:

gedurende het seizoen (natuurlijk verloop in de tijd)

als gevolg van maaionderhoud (‘onnatuurlijk’ verloop in de tijd)

binnen en tussen waterlichamen door variaties in diepte, stroming, bodem, beschaduwing etc. De variatie in de mate van begroeiing is goed weergegeven in onderstaande figuur (Querner, 1995):

Figuur 31 Begroeide watergang in tijd, ongestoord (links) en bij onderhoud (rechts), Querner, 1995.

Omzetting van de begroeiingsgraad naar een weerstand (k-Manning) kan met de volgende vuistregel:

𝑤𝑒𝑒𝑟𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 (𝑘𝑀) = 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 (%)

3

waarbij:

𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 (%) = 100% − 𝑏𝑒𝑔𝑟𝑜𝑒𝑖𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑎𝑑 (%)

Vergelijking 4 Omzetting begroeiingsgraad naar weerstand (k-Manning)

Met begroeiingsgraad wordt bedoeld: % onderwaterbegroeiing in het dwarsprofiel.

Met bovenstaande vuistregel is het betrekkelijk eenvoudig om begroeiingsgraden om te zetten naar

weerstanden. Omdat de te toetsen scenario’s verschillende jaargetijden als uitgangspunt hebben is het zaak


binnen de projectgroep voor elk (deel van het) waterlichaam een begroeiingsgraad in te schatten voor de

seizoenen winter, voorjaar en zomer en dat zowel voor de huidige situatie als de gewenste situatie. Op basis van

expert-judgement en meetgegevens ligt deze taak bij de ecoloog van de projectgroep. Vervolgens kan de

hydroloog de verschillende begroeiingsgraden omrekenen naar weerstanden (m.b.v. de vuistregel).

Onderstaande tabel geeft voor de huidige situatie een indicatie. Let wel: de begroeiingsgraden in deze tabel

kunnen behoorlijk afwijken van de werkelijkheid omdat vele factoren de begroeiingsgraad beïnvloeden, zowel

ruimtelijk als in de tijd.

Breedte op de

waterlijn

Winter (%

begroeiing) Winter (kM)

Voorjaar (%

begroeiing) Voorjaar (kM)

Zomer (%

begroeiing) Zomer (kM)

< 3 m 10 30 50 17 70 10

3 – 8 m 10 30 30 23 60 13

> 8 m 5 32 5 32 10 30

Tabel 30 Voorbeeld variatie begroeiingsgraad / k-Manning gedurende seizoen


6. Stappen in het modelleringsproces


Figuur 32 Schematische weergave modelleringsproces (Arcadis)


7. Info projectplan en vergunning

Onderstaand is opgesomd welke hydrologische aspecten minimaal opgenomen dienen te worden in een

projectplan waterwet (intern project) of watervergunning (toetsing extern project):

Opsomming werkzaamheden (dempen waterloop, vergraven waterloop, aanbrengen beplanting, etc.) in keurzone waterloop incl. verwijzing naar inrichtingstekening (gereed op bestek niveau)

Lengteprofiel incl. dwarsprofielentekening opnemen (richtlijn om 100 meter 1 dwarsprofiel). Op dwarsprofielen moet zichtbaar zijn:

- Wat zijn de veranderingen van nieuwe profiel t.o.v. huidige leggerprofiel - bodemhoogte - Bodembreedte - Talud - 1/100 Q peil huidig vs toekomstig (GLG) - ¼ Q peil huidig vs toekomstig (GHG) - T=1 huidig vs toekomstig(jaarlijks hoogwater)

Per nieuw aan te leggen kunstwerk aangeven wat afmetingen en hoogtes zijn en indien complex kunstwerk (stuw, voorde, gemaal, etc.) detailtekening opnemen.

Effectbeschrijving op evt. verandering inundaties (toets aan wateroverlastnormen) Effectbeschrijving op evt. verandering grondwaterstanden (aangeven wat absolute getallen huidig vs

toekomstig zijn t.o.v. maaiveld) Monitoringsplan incl. evaluatie werkelijke effecten i.r.t. berekende effecten


8. Processen hydraulische modellen

PROCESSEN Type hydraulisch model

1D - channel flow

1D - bergingsknoop

1D- 2 fase profiel

1D- parallelle tak 1D-2D 2D 3D

Berging op maaiveld

Nee Expliciet, door S-curves met berging op maaiveld te definieren

impliciet, verdisconeerd in 2 fase profiel

ja, bijvoorbeeld door berging in 2e tak (winterbed) toe te kennen.

ja, houdt rekening met stromingspatroon. Afhankelijk van resolutie rekennetwerk, lijnelementen etc.

ja, houdt rekening met stromingspatroon, maar afhankelijk van resolutie

ja, houdt rekening met stromingspatroon, maar afhankelijk van resolutie

Mee-stromende berging

Alleen binnen profiel

nee. Bij opleggen van maatgevende golf wordt verandering van golf agv meestromende berging niet meegenomen

ja, maar complex. om goed mee te nemen. Bijv. verschil mee stromende/stagnante berging moet je zelf goed erin zetten.

ja, maar complex. Bijv. verschil mee stromende/stagnante berging moet je zelf goed erin zetten. Aandacht voor uitwisselingspunten zomer- en winterbed!

ja, maar afhankelijk van resolutie



Morfologische processen (zandtransport)

Aan de hand van vuistregels (stroomsnelheid, korrelgrootte). Indicatief.





ja, meer variatie in stroomsnelheid waardoor inzicht in afzettingspatroon.

ja, meer variatie in stroomsnelheid waardoor inzicht in afzettingspatroon.

Stroomsnelheid en patroon

gemiddelde stroomsnelheid in profiel. Variantie in de breedte en lengte niet goed af te leiden.

gemiddelde stroomsnelheid in profiel in zomerbed. Gem stroomsnelheid bij inundatie niet bruikbaar

gemiddelde stroomsnelheid in hele 2 fase profiel; niet bruikbaar

gemiddelde stroomsnelheid in profiel in zomerbed en winterbed

gemiddelde stroomsnelheid in profiel zomerbed. In winterbed stroomsnelheid per gridcel, dus stromings-patroon zichtbaar (KRW)

variatie in stroomsnelheid en stromingspatroon in zomer en winterbed zichtbaar.

variatie in stroomsnelheid en stromingspatroon in zomer- en winterbed zichtbaar. Variatie stroomsnelheid in diepte

Bochtrenruwheid (bochtverliezen/turbulentie)

nee; impliciet in wandruwheid





Deels, opstuwing in bocht meegenomen, effect verhoging ca. 10 cm (T=200) in Vecht

ja

Ruwheid winterbed

- nee ja, maar wel geschematiseerd per dwarsprofiel; hierdoor minder inzichtelijk

ja, maar wel geschematiseerd per dwarsprofiel; hierdoor minder inzichtelijk



ja

Meanderen / onderscheid verhang zomer-winterbed

- Nee Nee; winter- en zomerbed hebben hetzelfde verhang

ja, maar wel opletten bij schematisatie (o.a koppelingspunten winter/zomerbed)

ja ja ja

OVERIGE CRITERIA


PROCESSEN Type hydraulisch model

1D - channel flow

1D - bergingsknoop

1D- 2 fase profiel

1D- parallelle tak 1D-2D 2D 3D

Rekentijd Kort Kort Kort Kort Lang, afhankelijk van resolutie

Lang, afhankelijk van resolutie

Zeer lang, afhankelijk van resolutie

Software pakket Sobek 2, Sobek 3, D-Hydro

Sobek 2, Sobek 3, D-Hydro




D-Hydro D-Hydro?

Kalibratiemogelijkheden

Alles in één stromingsparameter

Veel processen in één parameter

Veel processen in enkele parameters

Veel processen in enkele parameters

Veel kalibratieparameters

Heel veel kalibratieparameters


9. Neerslagstatistiek

Statistiek van extreme neerslaggebeurtenissen voor het beheergebied van waterschap Vechtstromen, gebaseerd

op Stowa rapport nr. 19, 2019.

Navolgende tabel geeft de basisstatistiek van de neerslag weer zonder betrouwbaarheidsinterval, regionale en

seizoenale correcties. De tabel geeft meer neerslagduren en herhalingstijden weer dan Tabel 6 Neerslag (mm)

bij herhalingstijd en duur (Stowa, 2019-19), ranges: 95% betrouwbaarheidTabel 6.


Navolgende tabellen geeft een overzicht van de basisstatistiek gecorrigeerd voor onderscheiden regio’s in ons beheergebied, seizoen en klimaat. Gebruik de tabel in combinatie met

Figuur 7.


10. Voor- en nadelen typen vistrappen

Type vispassage Voordelen Nadelen

verruwing

stroombaan

(hoofdgeul,

nevengeul)

natuurlijke aanzicht passeer baar voor bodemsoorten minder gevaar voor opstuwing goed te dimensioneren ook

leefgebied

risico op te geringe waterdiepte vraagt veel ruimte en lengte onderhoud in hoofdgeul: peil niet te reguleren

‘vertical slot’

(bekkenpassage)

goed bij grote peilfluctuaties vergt weinig ruimte vispassage op elke diepte robuust, weinig onderhoud

niet zichtbaar / landschappelijk in te passen

relatief duur vraagt meer water dan een De Wit

passage

De Wit passage

(bekkenpassage)

weinig water nodig (vanaf 30 L/s) werkt bij wisselende peilen geschikt voor smalle wateren relatief goedkoop robuust, , weinig onderhoud

niet zichtbaar / landschappelijk in te passen

V- vormige

bekkenpassage

goed zichtbaar in landschap goed te dimensioneren relatief grote werkingsrange minder risico opstuwing

werkt niet goed bij peilfluctuaties oogt vrij technisch vraag veel ruimte en water veel onderhoud nodig lastig passeer baar voor

bodemsoort

Steenstorten

bekkenpassage

natuurlijk aanzicht voor bodemsoorten passeer baar

werkt niet goed bij tegen peilfluctuaties

vraag veel ruimte veel onderhoud nodig lastig te dimensioneren Gevoelig

voor vernieling en opstuwing

Documents

Hydrologisch handboek Vechtstromen · pagina 8 van 100 - Hydrologisch handboek 1. Waarom het hydrologische handboek? In het werk van het waterschap Vechtstromen is de hydrologie vaak