Aanleiding
Waterstandsverlopen zijn onderdeel van de hydraulische belastingen: ze geven het verloop van de waterstand op een locatie in de tijd. Ze zijn nodig bij het beoordelen van dijken en kunstwerken (conform het Beoordelings- en Ontwerpinstrumentarium (BOI)). Zonder waterstandsverloop is het immers lastig werken met faalpaden of tijdsafhankelijkheid. Ook binnen beleidsstudies zoals het Kennisprogramma Zeespiegelstijging (KP ZSS) of bij de bepaling van de overstromingskaarten voor de Europese Richtlijn Overstromingsrisico’s (ROR) zijn goede waterstandsverlopen noodzakelijk. Daarom is het prototype “de Waterstandsverlopentool 2.0” ontwikkelt. Hier lees je verder over de nieuwe aanpak, de gehanteerde methodiek en natuurlijk een voorbeeld van werking van de tool.
Nieuwe aanpak
Er is gewerkt aan een nieuw instrument dat beter aansluit bij het bredere toepassingsbereik van de waterstandsverlopen in de Nederlandse watersystemen. Het gebruik van synthetische reeksen, de toepassing van 1D/2D-modellen en de opmars van tijdsafhankelijke faalmechanismen hebben de lat namelijk hoger gelegd. In plaats van één geschematiseerd verloop per locatie, afgestemd op de normfrequentie, is behoefte aan meerdere scenario’s met open én gesloten keringstoestand (voor de Benedenrivieren), toepassing bij zowel extreme als reguliere waterstanden (terugkeertijden van 1 tot 100.000 jaar), fysisch-realistische verlopen met getij, afvoer en stormopzet, en duidelijke metadata over de herkomst.
Nu krijgen gebruikers namelijk één gestandaardiseerd verloop terug – ongeacht of de Europoortkering open of gesloten is, of welk type belasting relevant is. Door deze beperkingen is het risico op foutief gebruik groot. Steeds vaker worden verlopen namelijk ingezet voor diverse doeleinden, zoals sluitfrequenties van coupures, faalpadanalyses van diverse faalmechanismen en ook voor overstromingssimulaties bij diverse terugkeertijden. Dat vraagt om een waterstandsverloop dat beter aansluit bij de werkelijkheid.
Methodiek
In 2023 zijn met de nieuwste versie van D-Hydro berekeningen gemaakt voor het hele benedenrivierengebied, voor zichtjaar 2035. Het resultaat is een reeks waterstandsverlopen voor een groot aantal situaties. In totaal gaat het om 2 × 96 combinaties, opgebouwd uit:
- 2 standen van de Europoortkering (open of gesloten),
- 8 verschillende zeewaterstanden,
- 12 verschillende rivierafvoeren.
Bij elke zeewaterstand hoort een vaste windsnelheid, namelijk de verwachtingswaarde voor wind uit het westnoordwesten. De verlopen zijn beschikbaar om de vijf rivierkilometer.
Deze verlopen zijn op zichzelf nog niet praktisch bruikbaar, een gebruiker heeft namelijk een waterstandsverloop bij een bepaalde terugkeertijd nodig. Daarom is voor elke rivierkilometer een probabilistische berekening gemaakt met Hydra-NL. Die berekening levert de piekwaterstand op voor terugkeertijden van 1 tot 100.000 jaar, gebruikmakend van de referentiestatistiek (2023) uit het Kennisprogramma Zeespiegelstijging. Hydra-NL geeft daarbij ook zogenaamde illustratiepunten. Die vertellen, per keringstoestand en per terugkeertijd, welke combinatie van zeewaterstand en rivierafvoer het meest waarschijnlijk tot die piekwaterstand leidt.
Met die meest waarschijnlijke combinatie zoekt de tool de vier dichtstbijzijnde waterstandsverlopen op: de twee die qua zeewaterstand het dichtst in de buurt liggen, en de twee die qua rivierafvoer het dichtst in de buurt liggen. Door daarnaast een locatie bovenstrooms en een locatie benedenstrooms te kiezen, kan de tool tussen deze verlopen interpoleren. Zo schaalt het waterstandsverloop precies naar de piekwaterstand die uit de probabilistische berekening volgt.
Werking prototype
De nieuwe tool is ontwikkeld als opensource Pythonapplicatie en werkt als volgt:
- De gebruiker selecteert een locatie en gewenste terugkeertijd,
- De tool zoekt automatisch de dichtstbijzijnde combinaties aan stochasten (afvoer, zeewaterstand en keringtoestand),
- De bijbehorende verlopen worden geschaald naar de waterstand behorende bij de terugkeertijd aan de hand van een boven- en benedenstroomse locatie,
- Beide varianten (open en gesloten kering) worden getoond, inclusief bijdrage in het illustratiepunt voor de piekwaterstand,
- Export is mogelijk als CSV voor direct gebruik in modellen.
Ter illustratie is er een voorbeeld opgenomen voor een locatie in Rotterdam. Plus een vergelijking met huidige waterstandsverlooptool in oranje.
Vooruitblik
In BOI is een grote hoeveelheid productieberekeningen beschikbaar (en dit zal het komende jaar verder toenemen) waarvan nu alleen de piekwaterstand wordt benut. Over het volledige waterstandsverloop is echter veel meer informatie beschikbaar. Met deze tool willen we deze informatie volledig benutten. Daarmee sluiten we aan op de nieuwste modellen en inzichten en leggen we een goede informatiebasis voor het beoordelen én voor andere toepassingen, zoals het maken van overstromingsberekeningen. Wij zien het verder uitwerken van deze aanpak daarom als een waardevolle vervolgstap.
Een aandachtspunt daarbij is dat in de tool op de bovenrand een constante afvoer is opgelegd. Daardoor beschrijven de waterstandsverlopen in het overgangsgebied de piek rond de storm goed, maar ontbreken de flanken van de afvoergolf. Dit is te verbeteren door een aanvullende berekening uit te voeren met een afvoergolf. Vervolgens kan met superpositie een waterstandsverloop uit de sommen met constante afvoer worden gecombineerd, waarbij pieken samenvallen. Zo ontstaat een volledig waterstandsverloop, inclusief de flanken van de afvoergolf.
