Presentatie door Andries Paarlberg, HKV Lijn in Waters, op het D-HYDRO Symposium 2018, tijdens de Deltares Software Dagen - Editie 2018. Woensdag, 6 juni 2018, Delft.

1. Geulmanagement Vierhuizergat
Toepassing hydrodynamisch
D-HYDRO-model Waddenzee
Deltares Software Dagen 2018, D-HYDRO symposium, 6 juni 2018
Andries Paarlberg, Roy Daggenvoorde, Vincent Vuik, Sonja Ouwerkerk (HKV)
m.m.v. Herman Kernkamp, Arthur van Dam (Deltares)

2. Achtergrond
• POV Waddenzeedijken (POV-W):
Innovatieve oplossingen voor waterveiligheid
langs de Friese en Groningse Waddenkust
• Geulmanagement: Ebstroom Vierhuizergat
veroorzaakt ondermijning Lauwersmeerdijk
– Noorderzijlvest
– Rijkswaterstaat-NN

3. Achtergrond

4. Achtergrond

5. Achtergrond
Sas, H. (2017). Geulmanagement; rapportage fase B1. Rapport POV Waddenzeedijken, 11 oktober 2017

6. Achtergrond
Geul erodeert
richting dijk
Eerst aangevuld met zand …
… 2012 noodingreep met staalslakken

7. Achtergrond
• Er is al veel onderzoek gedaan naar mogelijke
“zachte oplossingen” (Sas, 2017)
– actief ingrijpen in grootschalige morfologie van het Wad
– versterking van de geulwand met zacht materiaal
• Nu wens voor pilot “geulmanagement”

8. Doel pilot geulmanagement
• Drie oplossingsrichtingen
(staalslakken, stortsteen en zand)
vergelijken op gebied van veiligheid, morfologie,
ecologie, levensduur, kosten, omgevingseffecten
• Vergroten inzicht in haalbaarheid
geulwandsuppletie met zand:
inschatting levensduur versus kosten
• D-HYDRO!
8

9. Deze presentatie
• Opzet hydrodynamisch D-HYDRO model
• Validatie met hydrodynamische metingen najaar
2017 (vast + varend)
• Schatting levensduur “zachte oplossing”
– Sedimentsamenstelling (metingen)
– Stroomsnelheid uit D-HYDRO
– Sedimenttransport (Van Rijn, TRANSPOR2004)

10. D-HYDRO, hydrodynamisch
• Voordelen:
– Sluit aan bij de onzekerheid van morfologische
processen en karakter van een pilot
– Relatief eenvoudig lokaal te verfijnen  voldoende
resolutie om varianten te schematiseren
– Iteraties relatief snel te doorlopen
– Gevalideerde functionaliteit in D-HYDRO

11. D-HYDRO, hydrodynamisch
• Voordelen:
– Sluit aan bij de onzekerheid van morfologische
processen en karakter van een pilot
– Relatief eenvoudig lokaal te verfijnen  voldoende
resolutie om varianten te schematiseren
– Iteraties relatief snel te doorlopen
– Gevalideerde functionaliteit in D-HYDRO
• Nadelen:
– Geen

12. D-HYDRO, hydrodynamisch
• Voordelen:
– Sluit aan bij de onzekerheid van morfologische
processen en karakter van een pilot
– Relatief eenvoudig lokaal te verfijnen  voldoende
resolutie om varianten te schematiseren
– Iteraties relatief snel te doorlopen
– Gevalideerde functionaliteit in D-HYDRO
• Nadelen:
– Geen feedback morfologische ontwikkeling op stroming

13. Dutch Continental Shelf Model
• Operationeel model voorspelling waterstanden
Nederlandse Kust: DCSM-ZUNO-v6
• Dekt de Waddenzee, grof rooster (WGS84)

14. Randvoorwaarden uit “overall model”
Diepte
tov NAP

15. WAQUA  D-HYDRO
• Model omgezet naar D-HYDRO (matlab-tools)
– Ca 200x200 m
– Rooster
– Bodemligging en -ruwheid
– “thin dams”, weirs, etc
• Afgeknipt aan randen (ook IJsselmeer en
Lauwersmeer)

16. Modeldomein
• Randvoorwaarden: F(x,t) op basis van WAQUA
• HIRLAM wind (zelfde als WAQUA)

17. Forcering rand
• Waterlevelbnd
– Bij instroming worden advectieve termen verwaarloosd
• Uxuyadvectionvelocitybnd
– Volledige snelheidsvector (halve cel) buiten het model
definiëren d.m.v. aparte randvoorwaarde
– Zowel voor sub- als superkritische stroming
– Geen harde, maar sturende randvoorwaarde
– I.c.m. waterlevelbnd toch variatie van instroomsnelheid

18. Zeerand, alleen wlevbnd

19. Zeerand, met uxuy

20. HUIBGT

21. Meetpunt Oostraai vaste ADCP

22. Meetpunt Oostraai vaste ADCP
Ingezoomd  fasering en grootte niet goed

23. Model zonder verfijning
• Niet voldoende voor berekenen stroomsnelheid
(waterstand OK)
• Voldoende resolutie nodig om
– Stroming in zeegat goed te modelleren
– Varianten te kunnen schematiseren

24. Bodemmetingen

25. Verfijning Vierhuizergat
• Verfijnd rondom het Vierhuizergat
vaklodingen 20x20 m en andere bodempeilingen
• Stappen
– Basisrooster geschikt maken voor verfijning
(orthogonaliteit en smoothness)
– Vervolgens stapsgewijs verfijnen
– Vierhoekige cellen
– Smagorinsky voor turbulentie cf riviermodellen (0.15)
– Cutcells langs de randen (harde kering)

26. Verfijning Vierhuizergat
VHgat
Spherical (plane)

27. Verfijning Vierhuizergat
• Verdicht met factor 3
• Grid uitgebreid richting kust
“vierkantige” cellen in
te verdichten gebied
~ 200 x 200 m
VHgat

28. Verfijning Vierhuizergat
• Stapsgewijze verfijning
Spherical (plane)Spherical (Stereo graphic)

29. Verfijning Vierhuizergat
• … en vervolgens steeds slag verfijnen
• Cellen in interessegebied ~20x20 m
VHgat

30. Bodem Vhgat
Oorspronkelijke rooster

31. Bodem Vhgat
Verfijnde rooster

32. Bodem Vhgat
VHgat, dijk via “cutcells”

33. Modelresultaat na verfijning
• Sterk verbeterd t.o.v. oorspronkelijk rooster

34. Modelresultaat na verfijning: Oostraai (1)
Projecteren op raai

35. Modelresultaat na verfijning: Oostraai (2)

36. Modelresultaat na verfijning: Westraai (1)
Projecteren op raai

37. Modelresultaat na verfijning: Westraai (2)

38. Stroming uit D-HYDRO
Schatting levensduur
LINK

39. Vertaling naar levensduur
• Berekening sedimentbalans
1. Transport (kg/s) op 12 momenten in het getij, o.b.v.
stroombeelden uit D-HYDRO
2. Opschaling naar m3/uur
3. Sommeren over 12 uren: m3/getijperiode
4. Op jaarbasis: vermenigvuldigingsfactor

40. Aanpak: rooster met balansvakken
netto kg/s
40

41. Volumeverandering in een jaar, referentie
-140.000 m3
-75.000 m3
+91.000 m3
41
erosieSedimentatie
Plaat: neiging tot aangroeien
Geulwand: neiging tot erosie

42. Optimalisatieproces
Diverse varianten:
• Vorm van de slijtlaag, eventueel met zandmotor
• Verminderen kromming van de bocht
• Reduceren stroomsnelheid door verwijding
• Doorgaande transportbanen, zonder sterke
gradiënten in stroming en transport
42

43. Variant 6 - referentie
43
Creëren van een doorgaande
transportbaan
Aanbrengen
slijtlaag

44. Ebstroming, verschil variant 6 - referentie
44

45. Volumeverandering in een jaar, variant 6
-34.000 m3
-66.000 m3
+43.000 m3
45
Indicatie dat
wingebied
minder snel
aangroeit dan
referentie
Erosieve neiging
sterk gereduceerd
t.o.v. referentie

46. Globale inschatting levensduur
• We berekenen de “erosieve neiging” (geen
feedback)
– Ondergrens: verliezen uit gehele geul
– Bovengrens: alleen zuidelijke helft van de geul
Var 1 Var 2 Var 3 Var5 Var6
Volume (m3) 100.000 300.000 300.000 420.000 450.000
Ondergrens erosie (m3/j)
Bovengrens erosie (m3/j)
103.000
162.000
68.000
122.000
75.000
101.000
44.000
80.000
34.000
100.000
Ondergrens levensduur
Bovengrens levensduur
0.6 jaar
1.0 jaar
2.5 jaar
4.4 jaar
3.0 jaar
4.0 jaar
5.3 jaar
9.5 jaar
4.5 jaar
13 jaar
46

47. Conclusies
• Stroomsnelheden in geul goed te voorspellen met
voldoende verfijnd D-HYDRO 2DH model
• Varianten snel en nauwkeurig te schematiseren
• Resultaten bruikbaar voor schatting levensduur
• De plaat aan noordzijde levert druk op geul en
dus dijk: creëren doorgaande transport i.c.m.
slijtlaag lijkt kansrijke oplossingsrichting
47

48. Bedankt voor jullie aandacht
48