Doorstroming Dordtsche Biesbosch

/

rIN

/~/

()+(

f ((\

I

~(.(

u

r

(f)

DOORSTROMING DORDTSCHE BIESBOSCH

Waterbeweging en slibtransporten m.b.t. Lepelaarsgat

.

,

C. Kuijper

Waterloopkundig Laboratorium september 1991

1

i.

ACHTERGRONDEN

Ten einde de doorstroming van de Dordtsche Biesbosch te vergroten wordt overwogen de dam van Engeland, welke de oostwaartse begrenzing van het gebied vormt, op een tweetal plaatsen te verlagen. Daarnaast is een aantal andere ingrepen gepland: de verruiming van kreekprofielen, de aanleg en verwijdering van een aantal dammen, aanpassingen m. b. t. begroeiing etc .

• I ,

Globaal wardt hierdoor het gebied in twee hydraulische eenheden onderver-deeld:

- een tak vanaf de meest noordelijke overlaat in de dam van Engeland, via het Noorder en Zuider Gat van Kielen en de Droge Kreek naar het Zuid Maartensgat,

- een tak vanaf de zuidelijke over1aat in de dam van Engeland, via de kreek tussen de Beversluisplaat en de T-plaat, door het Lepe1aarsgat en de Beversluis nsar het Zuid Maartensgat.

Onzekerheid bestaat momenteel over het a1 dan niet afs1uiten van het Lepelaarsgat d. m. v. de aanleg van een dam tussen het Lepelaarsgat en de Nieuwe Merwede.

De volgende varianten zijn geopperd:

1. het Lepelaarsgat afsluiten van de Nieuwe Merwede, zoals voorgenomen in het oorspronkelijke plan,

2. in en om het Lepelaarsgat geen werken uitvoeren.

3. het Lepelaarsgat niet afsluiten van de Nieuwe Merwede, maar de kreken die op het Lepelaarsgat uitkomen wei afsluiten d.m.v. dammen,

Bij de te maken keuze geldt dat de aanslibbingssnelheid van het Lepelaars-gat door een ingreep in het gebied niet mag toenemen, uiteraard met in achtneming dat de oorspronkelijke doelstelling, de doorspoeling van het gebied, zo goed mogelijk wordt gerealiseerd.

Door Rijkswaterstaat, dir. Zuid-Ho1land, is aan het Waterloopkundig Labora-torium om advies gevraagd naar de te verwachten aanslibbing van het Lepelaarsgat indien de werken volgens het oorspronkelijke plan (variant

1)

worden uitgevoerd. De beantwoording dient te geschieden in termen van: toename, afname of geen verandering t.o.v. de huidige situatie. Tevens dient te worden aangegeven in hoeverre de varianten 2 en 3 als alternatie-ven in aanmerking komen.

2. AANPAK

De waterbeweging wordt in eerste instantie geanalyseerd voor de situatie Van het oorspronkelijke plan (variant 1). Hierbij wordt gebruik gemaakt van een eendimensionaal rekenmodel dat waterstanden en debieten berekent als funktie van de randvoorwaarden en de geometrie. Alleen de zuide1ijke tak wordt in beschouwing genomen, waarbij uitgegaan wordt van karakteristieke waarden voor de geometrie (lengte, breedte en diepte van de kreken). Er wordt niet gestreefd naar een gedetailleerde modellering. Op basis van de berekende waterbeweging volgt een beschouwing van het sedimenttransport voor de voorgenomen situatie volgens variant 1. Aans1uitend wordt ingegaan op de konsekwenties van de varianten 2 en 3 in relatie tot variant 1.

3. VARIANT 1: AFGESLOTEN LEPELAARSGAT

3.1 Mode1berekeningen

In de nieuwe situatie zal het Lepelaarsgat vooral via de dam van Engeland en de kreek tussen de Beversluisplaat en de T-plaat worden gevuld (de eventuele aanvoer van water via de overige sloten en kreke~ wordt, gelet op hun dimensies, verwaarloosd). De kapacitait van de gaul komende vanaf de

dam van Engeland wordt beperkt door het betrekkelijk geringe dwarsprofial en de ruwheid van bodem, wanden en t.g.v. begroeiing. Door het grote wateroppervlak van het Lepalaarsgat en het relatief geringe debiet in de kreek zal de waterstandsvariatie op het. Lepelaarsgat worden gedempt, terwijl tevens het verloop zal gaan naijlen (faseverschuiving). De konse-kwentie is dat het transport van water naar het Lepelaarsgat, en dus ook van het meegevoerde sediment, afneemt. Daarentegen neemt de gemiddelde verblij ftij d van het water (en het sediment) in het bekken toe.'

Het debiet over het verlaagde deel van de dam van Engeland wordt o. a. bepaald door de waterstand aan de buitenzijde (Nieuwe Merwede) en de waterstand aan de binnenzijde. De waterstand aan de binnenzijde van de dam

is een funktie van dit debiet en verder het resultaat van de waterbeweging in het binnengebied en de randkonditie t.p.v. de klepduiker bij het Zuid Maartensgat. Omdat een en ander moeilijk op voorhand is af te schatten, mede vanwege de getijdynamiek, is met een l-dimensionaal numeriek model (WENDY) aan de hand van een eenvoudige schematisatie een aantal berekenin-gen uitgevoerd.

Schematisatie en randvoorwaarden

De schematisatie van de zuidelijke tak is weergegeven in fig. 1. De toegangsgeul naar de dam van Engeland heeft een lengte van 400 m en een breedte van 100 m; de bodemligging is op 0,2 m- NAP. De toegangsgeul is in het model opgenomen teneinde de waterstand als randvoorwaarde voor de dam

van Engeland aan te bieden; de lengte en bodemdiepte zijn hierbij niet essentieel. Voor de kreek na de overlaat is een breedte van 3 m aangehouden op 0,2 m- NAP en een breedte van 5,5.m op l'm+' NAP, een en ander konform de

tekening behorend bij bestek ZHa46l5. De lengte van deze kreek bedraagt 1200 m. Het Lepelaarsgat heeft in het model een lengte van 600 m en een breedte van 400 m. Het dwarsprofiel is rechthoekig met een boctemligging op 0,2 m- NAP. De kreek tussen h~t Lepelaarsgat en de klepduiker naar het Zuid Maartensgat is 600 m lang. Gekozen is v~~r een rechthoekig dwarsprofiel met een bodem op 0,2 m- NAP en een breedte van 5 m. Bovenstaande afmetingen hebben vooral als doel om de karakteristieken van het sy~teem globaal weer te geven. Er is niet gestreefd naar een gedetailleerde modellering van het gebied. Voor de ruwheid van alle takken is in eerste instantie een Chezy-waarde van 50 mYz/s gehanteerd. Zowel de overlaat in de dam van Engeland

(breedte: 100 m, kruin op 0,45 m+ NAP) als de klepduiker bij de Beversluis (kokerprofiel: 0,5xO,5 m, kokerbodem op NAP) zijn als "kunstwerken" in het model opgenomen.

Als waterstandsrand is aan het begin van de toegangsgeul de waterstand van Kop van het Land opgedrukt; t. p. v. de klepduiker bij de Beversluis is de waterstand van het meetpunt Moerdijk gehal'l.teerd. Op deze rand wordt aan de hand van het waterstandsverschil over de duiker het debiet uitgerekend. Er is gebruik gemaakt van de gemiddelde getijkrommen. De randkondities zijn periodiek gemaakt over 12 uur.

( /

3

Resultaten

De resultaten van de berekening zijn weergegeven in fig. 2. De kurven hebben be trekking op de waterstanden en debieten in de meetlokaties:

x 400 m (buitenzijde dam van Engeland), x 400 m (binnenzijde dam van Engeland), x 1600 m (oostzijde Lepelaarsgat), x 2800 m (klepduiker).

De waterstanden zijn weergegeven t.o.v. de kruin van de dam van Engeland (0,45 m+ NAP). In de figuur is een debiet positief bij een stroming van oost naar west. Dit houdt in dat uitstroming over de dam van Engeland negatief is, terwij I voor uitstroming via de klepduiker een positieve waarde voIgt.

Uit de berekeningsresultaten blijkt het volgende:

- de waterstandsvariatie op het Lepelaarsgat wordt gereduceerd tot eenderde van de oorspronkelijke waarde,

- er is een faseverschil tussen de "buitenwaterstand" en het getij op het Lepelaarsgat van 2 tot 3 uur (de waterstand op het Lepelaarsgat stijgt op het moment dat de waterstand "buiten" groter is dan de waterstand "binnen", hetgeen verklaart waarom het minimum en maximum van de waterstand op het Lepelaarsgat optreedt op het moment dat de waterstandskurven elkaar

.. .-/ snij de~ ,

"<

.A. c..r,~.Jl...Z.. - het Y-debiet in de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat

bedraagt 1,2' m3/s, wat leidt tot maximale snelheden ter grootte van 0,35 m/s aan de oostzijde en 0,45 m/s aan de westzijde van de kreek, zie fig. 2b

(de waterstand verloopt over de kreeklengte),

- de uitstroming via de klepduiker is 2 tot 3 maal geringer dan de uitstro-ming over de dam van Engeland,

- de snelheden boven de dam van Engeland zijn bij laagwater orde 0,5 m/s (tussen t - 55,5 uur en t - 57 uur treedt kritische stroming op, waardoor het debiet alleen nog afhankelijk is van de bovenstroomse waterstand);

tijdens hoogwater zijn de snelheden aanzienlijk geringer (0,05 m/s).

Opgemerkt wordt dat a11e bovenstaande numerieke waarden ge1den voor de gekozen getijomstandigheden en voor de geschematiseerde geometrie en bijbehorende ruwheden.

De waarde voor de Chezy-ruwheid van de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat is bepalend voor de grootte van de snelheden in de kreek en de waterstandsvariaties op het Lepelaarsgat. De gekozen waarde bij de modelberekeningen komt globaal overeen met de waarden voor de grote riviertakken in het homogene (zoete) gebied van het Noordelijk Deltabekken (40 - 60 m'lz/ s). Voor de beschouwde kreek kan de waarde lager zij n 1. v. m. : de geringe diepte, de bochten en de begroeiing. In dat geval kunnen de Chezy-waarden globaal liggen tussen 10 en 40 m'lz/s [1] (d.w.z. ,ruwer). Voor kreken met een bodem en oevers bestaande uit klei en zand zonder belangrij-ke begroeiing volgen uit [2] Chezy-waarden varierend tussen 30 en 38 m'lz/s. Een aanvullende berekening is gemaakt,· waarbij de ruwheid van de kreek is gezet op 25 m'lz/s. De resultaten zijn. tezamen met de resultaten van de eerste berekening, weergegeven in fig. 3. De waterstandsvariatie op het Lepelaarsgat reduceert tot 20% van de oorspronkelij ke waarde (1. p. v. 30% bij

C-SO

m'lz/s); het debiet in de kreek is maximaal 0,6 m3/s, resulterend in maximale snelheden tijdens instroming van 0,2 m/s. Hierdoor zal geen erosie optreden in de kreek, aannemend dat de grotere weerstand vooral het gevolg is van begroeiing en bochten.

3.2 Analyse ill,b.t. sedimentbewegingen

1. De mate van sedimentatie op het Lepe1aarsbekken wordt bepaa1d door het aanbod van sediment, de watersne1heid in het bekken en de gemidde1de verblij ftij d. Uit de in 3.1 gepresenteerde berekening vo1gt dat door de vermindering van het vloedvolume t,g.v. de gep1eegde ingreep het aanbod van sediment afneemt. Daarentegen neemt de gemiddelde verbliJ ftij d (- water-diepte/getij slag) van het water in het bekken toe, waardoor in potentie meer sediment kan afzetten (zie punt 2). Konkreet: indien het vloedvo1ume wordt geha1veerd, vermindert het sedimentaanbod in deze1fde mate, maar verdubbelt de gemiddelde verblijftijd.

2. De "vangstkapaciteit" van het Lepelaarsbekken wordt mede bepaald door de valsnelheid van het slib en de waterdiepte van het bekken. Uit ·metingen met een onderwater videokamera op de Nieuwe Merwede (Kop van het Land) is een mediane valsnelheid van 0,25 mm/s vastgesteld. Voor het Lepe1aarsbekken, met een waterdiepte van 0,75 m, betekent dit dat het aangevoerde sediment binnen een uur is gesedimenteerd, zowe1 in de huidige situatie als veer het geva1 met een afges10ten Lepelaarsgat. Dit is aanmerkelijk korter dan de gemiddelde verblijftijd van het slib: voor de huidige situatie orde 3 getijden en voor de situatie volgens variant 1 orde 10 getijden. De toename van de gemiddelde verblijftijd bij variant 1 is daarom niet van invloed op de sedimentatie in het Lepelaarsgat. In beide gevallen is de gemiddelde watersnelheid in het Lepelaarsgat gering (enkele em's/s) waardoor de

invloed op de sedimentatie is te verwaarlozen.

3. Uit hetgeen is opgemerkt onder de punt en 1 en 2 voIgt dat bij variant 1 de sedimentatiesnelheid in het Lepelaarsbekken afneemt t. o. v. de huidige situatie. Door de mogelijke reduktie in de sedimentkoncentratie van het instromende water t.g.v. de aanplant 'van' rietbossen voor de dam van Engeland wordt de aanslibbing nog verder geredueeerd. Indien het sediment

ciat achterblij ft in de biezenaanplant in een later stadium alsnog wordt

geerodeerd en naar binnen wordt getransporteerd dan vervalt het gunstige effekt dat uitgaat van de aanplant.

4. Een aandachtspunt betreft de mogelijke erosie van de kreek tussen de dam

van Engeland en het Lepelaarsgat. Indien het erosie betreft van eerder in het getij afgezet sediment dan is er geen invloed op het getijgeintegreerde transport naar het Lepelaarsgat. AIleen indien de genoemde kreek ook erosie van de eigen bedding gaat vertonen zal sprake zijn van een toename van de sedimentatie van het Lepelaarsgat. In 3.1 is afgeleid dat de snelheden in de kreek ongeveer 0,35 tot 0,45 m/s zullen bedragen bij een Chezy-ruwheid van 50 m~/s. Volgens gegevens uit de literatuur [3] is er bij deze snelhe-den nog geen erosie te verwaehten van een bodem bestaande uit fijn zand en/of alluviaal silt; de snelheden zijn ongeveer gelijk aan de ondergrens voor de kritieke snelheden voor erosie. Bij een grater veronderstelde ruwheid van de kreek t.g.v. begroeiing en bochten zijn de snelheden dermate laag dat geen erosie zal optreden (de wrijving wordt dan met name via de wanden met aanplant overgedragen en niet via de te eroderen bodem).

5. Door de vermindering van de uitwisseling tussen het Lepelaarsgat en het "buitenwater" zal het sediment, dat door de wind vanaf de bodem van het bekken kan worden opgewerveld, minder gemakkelijk naar buiten worden getransporteerd. Omdat de analyse be trekking heeft op de netto aanslibbing zal een reduktie in de import van sediment en een reduktie in de export van sediment (t.g.v. erosie) nog steeds leiden tot een reduktie in de netto

r (

I 5

aanslibbing.

6. In de huidige situatie kan slib vanuit de Nieuwe Merwede ook naar het Lepelaargat worden getransporteerd a.g.v. een neer, welke wordt gegenereerd door de stroming op de Nieuwe Merwede. Dit mechanisme ontbreekt in de situatie volgens variant

1,

zodat hierdoor eveneens sprake,zal zijn van een reduktie in de aanslibbing van het Lepelaarsgat.

7.

Ten gevolge van de verhangen tussen het Lepelaarsgat en de kreken van het noordelijke systeem (Droge Kreek, Gat van Kiele) zal een doorgaande stroming kunnen ontstaan, zodat de beoogde verversing wordt bewerkstelligd. Voor de mogelijke erosie van deze kreken geldt hetzelfde als is opgemerkt voor de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat.

4. VARIANIEN 2 EN 3 I '

4.1 Variant 2

Het openlaten van het Lepelaarsgat (variant 2) heeft tot gevolg dat de hydraulische situatie voor het Lepelaarsgat vrijwel niet verandert t.o.v. de huidige situatie. Het verval over de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat zal gering zijn: indien uitgegaan wordt van de waterstand tussen Kop van het Land en Moerdijk dan voIgt dat bij hoogwater een waterstandsverschil van slechts enkele millimeters aanwezig is, resulterend in snelheden van orde 0,05 m/s bij een aangenomen Ghezy-ruwheid van 50 m~/s (voor C .. 25 m~/s worden de snelheden nog een faktor twee kleiner). Ook tussen het Noorder en Zuider Gat van Kielen en de Droge Kreek enerzijds (-noordrand) en het Lepelaarsgat anderzij ds (- zuidrand) zijn de vervallen gering. Omdat het gedj zowel via de noordelijke rand als de zuidelijke rand de Dordtsche Biesbosch binnenloopt kan zelfs sprake zijn van een wantij waardoor in dat geval slechts een beperkte in- en uitstroming aanwezig is in de kreken tussen beide randen (en dus geen doorstroming). Wel zal door de noordelijke takken (Gat van Kielen en Droge Kreek) sprake zij n van een geringe doors troming t. g. v. he t verval tussen de dam van Engeland en het Zuid Maartensgat.

4.2 Variant 3

Voor de variant waarbij de kreken naar het Lepelaarsgat worden afgedamd geldt in grote lijnen hetzelfde als voor variant 2. De in- en uitstroming in de kreken vanuit het noorden en over de dam van Engeland is beperkt (aIleen komvulling), waardoor slechts een geringe verversing optreedt. De situatie voor het Lepelaarsgat blij ft nagenoeg identiek aan de huidige situatie.

5. KONKLUSIES EN AANBEVELINGEN

5.1 Konklusies

1. Van de drie voorgestelde varianten beantwoordt het oorspronkelijke plan (variant 1) het best aan de oorspronkelijke doelstelling van het projekt. Door de reduktie in de waterstandsverandering op het Lepelaarsgat wordt een doorspoeling van de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat alsmede van de kreken tussen het noordelijk systeem (Gat van Kielen) en het zuidelijk systeem (Lepelaarsgat) verkregen. WeI geldt dat de verblijftijd van water (en sediment) in het Lepelaarsgat toeneemt, zodat de verversing

van het Lepelaarsgat wordt beperkt.

2. De netto sedimentatie van het Lepelaarsgat zal bij variant 1 niet toenemen en waarschijnlijk zelfs afnemen ten gevolge van de reduktie in de toestroming naar het Lepelaarsgat. Twee mechanismen die de netto aanslib-bing nog verder kunnen beperken betreffen de slibvang die wordt gevormd door de aanleg van biezenvelden en het ontbreken van een'neer in de mond van het Lepelaarsgat (t.p.v. de oorspronkelijke opening naar de Nieuwe Merwede) .

5,2 Aanbevelingen

Indien het projekt volgens het oorspronkelijke plan wordt uitgevoerd, wordt voorgesteld de bodemontwikkeling van de kreek tussen de dam van Engeland en het Lepelaarsgat te bewaken. Een systematisch verschil tussen de suspensie-koncentraties aan weerszijden van de kreek (tijdens het getij) kan duiden of sprake is van erosie of sedimentatie in de kreek. Vooraf dient te worden nagegaan of de nauwkeurigheid van de metingen voldoende is om uitspraken hieromtrent te kunnen doen.

Referenties

(11 - Querner, E. P., "De invloed van vegetatie op het waterdoorvoerend

vermogen van een waterloop", Instituut voor Cu1tuurtechniek en Waterhuis-houding, Wageningen, nota 1600, febr. 1985.

(2J - Barnes, H.H., "Roughness Characteristics of Natural Channels". U.S, Geological Survey Water-Supply, 1987.

[3] - Raudkivi, A.J., "Loose Boundary Hydraulics", 3rd edition, 1990.

.... .. ,.:" i. ~ I

-....:-...

...

...

.~

._--;.----1'

...

,

. . : .. ' ~ .. ~ =. :; ~

...

.. 1 1_....! _ ."

1-...:..·

\.

.

_-

.~-\.

t

.

:

-.

.--"~~.:" .:... ~ .,1 \ \

\

(>. \

,

..,}

...•

,

..,.

...

,J;.\ \

..,.'

'1--\

:\

.

:,

\

. ~' . ' . ".; ... .... : " 7: \ ...;.\

.

".

;\

\ \

~\

~

....

~

i

t

,...

..

...

""

..

...

....

t.J

-B Q.

i

0.65 0.60 , ,

'

..

,

O.SS ,~

,.

"',-,

"

"

.'.

0.50 a.4~~.O:---~Sl-.O~--=S-4':""'.-:-O---::S1=-.-=-O----::60~.a--63=-:.O:---~58~.0~-""::':69=-"".o.~--::72-="'.O --TIJO CUMIn] - - -X~OO M (bui.t.an

1

- - - - X-iOO

rt

(bi.nnen) ---X-l600

M

2.00 l.SO L.OO 0.50 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -Z'O~e.o SloO 5-4.0 57.0 - - - X-400 M [buLLan

J

- - - - X-·100 M (bLnnen) ---X-1600 N

BIES3: BREEOTE KREEK 1 -

3/5~S m

CHEzr - 50 11 •• 0.5/S

60.0 ----X-2800 r1 63.0 58.0 69.0 72.0 - rIJD [urenl . - - - - X-2800 M 22:06 91-08-26

BIES3

dt-O,OS

uur -

OOORSTART

81ES3: SNELHEDEN

0.5

.

, 0.4 0 . .3 ,...., 0.2 Ul

"'-

_:::E '-' a _0.1 W J: ..J W Z 0 Ul -0.1 -0.2 -0 . .3 48 50 52 54 56 58 60 62 64 TlJD [UREN] - - X= 1600 m - - x=400 m (binnen)

.

'

~

en

~

~

t

.-

..

... IfY III

...

....

t.J

B

_Q

t

0.70 0.55 0.60 0.55 0.50 0.i~·~.O~--~S~l.~O--~S~4~.O~--~S7~.~O--~6~o.~a----~63~.O~--~~~.~a--~6=9~.O~--~72.0 2.00 l.SO L.OO O.SO 0.00

-o.sa

-LaO -1.S0 -2.0~.o - - - x- 400 rtI; C-SO = = = = x-L600 rtI; C-=SO ---x-2800

m;

coosa

51.0 si.O 57.0 - - - x- 400 rtI;

coosa

- - - - x-1600 rtI; C-SO ---·x-2800 In;

coosa

[NVLOED CHEZY-RUWHEID KREEK

t

Chez~

- SO m-.O.S/s vs. 2S

m •• /s 60,0 - r I J O ( - I - - - - x- 100 In; C-2S - - - x-l600 In; C-2S - - - x-2800 In; C-25 63.0 ~.O 69.0 ~.O - T I J D [UMn] - - - - x- 400 In; C-25 - - - x-1600 In; C-2S - - - - x-2800 In; C-2S 00102 91-08-31 BlESS

or-0,05 HR - OOORSrARr

WATERLOOPKUNOIG LABORATORIUM

F"~9' 3