Bijlage 45 1 - Bijlage 1 HKV Overstromingsscenario’s Zuidplaspolder (B 1474 6 ) A22.002366

PR4667.10 • november 2022

39

Bijlagen

PR4667.10 • november 2022

41

A Modelbouw A.1

Inleiding

Voor het bepalen van het overstroomt gebied is een overstromingsmodel opgezet in D-Hydro. Deze bijlage beschrijft het opgebouwde model en de randvoorwaarden.

A.2

Modelbouw

We maken gebruik van de meest recente D-Hydro release (2022.03). Dit is de op het moment van schrijven vigerende General Availability release (release 4 april 2022) en deze bevat alle benodigde functionaliteiten voor dit project (bresgroei en 1D2D modellering). Binnen deze D-Hydro versie is het niet mogelijk om bresgroei door te rekenen (bug in software). Op advies van Deltares maken we daarom voor het doorrekenen gebruik van een oudere versie van DIMR, versie 4561.

A.3

Modelgebied

Het te modelleren gebied moet groot genoeg zijn om de simulatie niet negatief te beïnvloeden (in termen van resultaten). Dat betekent dat het water niet tegen de randen van het model aan mag lopen maar dat het gebied dus groot genoeg moet zijn om het natuurlijk gedrag niet te verstoren. Het modelgebied beslaat het gebied tussen de primaire waterkering langs de Hollandsche IJssel en de Maas, regionale waterkering langs de Gouwe, A4, A13 en A12. Het modelgebied is weergegeven in Figuur 34.

PR4667.10 • november 2022

43

Figuur 34: Grens modelgebied in blauw.

A.4

2D-grid resolutie en bodemhoogte

Binnen het modelgebied is een 2D D-Hydro rekengrid opgezet. Dit is gedaan met een resolutie van 20x20 m. Dit bleek de hoogst mogelijke resolutie die nog acceptabele rekentijden gaf. De bodemhoogte is gebaseerd op het AHN4 (Figuur 35). Het plangebied “Vijfde Dorp” is daarin verhoogt tot een vloerpeil van NAP -5 m (zie A.9). Daarnaast is de kering bij de bressen uit het model geknipt (Figuur 36).

PR4667.10 • november 2022

44

Figuur 35: Hoogtemodel AHN4.

Figuur 36: Ingebranden bressen.

PR4667.10 • november 2022

45

A.5

Watersysteem

A.5.1

Binnen de kering

Bij een overstromingsmodel is het belangrijk om de hoofdwaterwegen op te nemen. Deze “snelwegen” kunnen zorgen voor versnelde verspreiding van water door het systeem. Voorbeelden hiervan zijn de ringvaart, welke bij een doorbraak van de Hollandsche IJssel het water snel naar het noorden en zuiden kan verplaatsen, en een aantal tochten die haaks op de Hollandsche IJssel lopen. Daarnaast zijn watergangen die onder hoge lijnelementen doorlopen een belangrijke veroorzaker van versnelde verspreiding, een voorbeeld daarvan is de watergang die onder de A20 doorloopt. Een eerste basismodel is gemaakt door het bestaande boezemmodel van de Ringvaart en de Rotte (reeds toegeleverd door HHSK; Figuur 37) dat gemaakt is in Sobek 2 in te laden in D-Hydro. Daarbij zijn alle gemalen uitgezet en het neerslag-afvoer gedeelte uit de modellen verwijderd.

Figuur 37: Sobek 2model boezemsysteem Ringvaart en Rotte.

Het D-Hydro model is vervolgens uitgebreid met het regionale watersysteem voor de Zuidplaspolder. Dit is gedaan door gebruik te maken van het 1D Sobek 2 model voor dit deelgebied (reeds toegeleverd door HHSK; Figuur 38) en deze te importeren in D-Hydro. De ringvaart zit zowel in het regionale model als het boezemsysteem model. De dubbelling is verwijderd. Andere watergangen die een kruising hebben met een hoog lijnelement zijn meegenomen als onderdoorgang. De watergangen zijn met een 1D2D embedded koppeling verbonden met het 2D rekengrid. De verdere watergangen in het gebied (anders dan eerder genoemd) worden niet in 1D opgenomen omdat deze minder belangrijk zijn voor de verder verspreiding (zie ook Figuur 39). Die wordt verder door het 2D model afgehandeld.

PR4667.10 • november 2022

46

Figuur 38: Sobek 2 model regionaal systeem Zuidplaspolder.

Figuur 39: Modelleergebied, de rode lijn geeft het oorspronkelijke 2D modelgebied aan (voor uitbreiding), in geel het gebied dat ook in 1D wordt meegenomen.

PR4667.10 • november 2022

47

A.5.2

Buiten de kering (Hollandsche IJssel en Gouwe)

We kijken in deze studie naar overstromingen vanuit het primaire (Hollandsche IJssel) en vanuit het boezemsysteem (Gouwe). Het overstromingsmodel (2D) ligt binnen de primaire keringen. Voor de overstromingen vanuit de Hollandsche IJssel is het specifiek voor een situatie met gesloten kering ook relevant om de dimensies van de Hollandsche IJssel correct te schematiseren. Bij een doorbraak zal het aanwezige volume in de Hollandsche IJssel dan namelijk het gebied in lopen. Om de Hollandsche IJssel correct op te nemen (volume systeem), nemen we het deel bovenstrooms van de kering ook in D-Hydro op in 1D. De afmetingen nemen we over uit het 1D RMM model. Daarnaast wordt het 2D model uitgebreid met een aantal cellen buiten de bressen en is met een laterale koppeling een verbinding gelegd tussen 1D en 2D. Voor de Gouwe moet het 1D model representatief zijn voor de gehele Rijnlandboezem. Dat betekent dat we niet de complete Rijnlandboezem opnemen maar een bakje dat het correcte volume heeft voor een bres in de Gouwe. Met andere woorden de schematisatie moet overeenkomen met de karakteristieken van de Rijnlandboezem. De Boezem heeft een oppervlak van 4500 ha9 met een normaalpeil van NAP -0,6 m (HHSK). De Gouwe heeft een taludhelling van 1:2,5 en een bodem op NAP -4,5 m.

Wanneer we deze taludhelling als representatief zien voor de gehele boezem, kunnen we een profiel intekenen in het D-Hydro model. In het D-Hydro model is een watergang ingetekend met een lengte van 6529 m, dat betekent dat de profielbreedte 6892 m is (4500*104 m2 / 6529 m). Met de taludhelling en bodemhoogte geeft dat een bodembreedte van 6875 m.

A.6

Hoge lijnelementen

Hoge lijnelementen kunnen compartimenterend werken. Deze lijnelementen kunnen zowel bestaande keringen, autowegen als spoorwegen zijn. In principe valt elke lijnvormige hoogte in het landschap hieronder. De hoogte en ligging zit in het AHN, echter wanneer een model gemaakt wordt vallen deze elementen vaak weg omdat de resolutie vaak grover is dan de breedte van het lijnelement. Om de hoogte toch correct mee te nemen worden deze lijnelementen apart opgelegd zodat er in het model rekening mee wordt gehouden. Hiervoor is een ligging en hoogte nodig (x,y,z coördinaten). Het waterschap heeft de ligging van de keringen die bij hen in beheer zijn toegeleverd (Figuur 40). De hoogte is vervolgens bepaald o.b.v. het AHN4 door de lijnelementen op te splitsen in delen van 5 m en op elk deel de hoogte uit het AHN te sampelen (maximale hoogte binnen een omtrek van 5 m rondom het sample). De primaire keringen hebben een oneindig hoge hoogte gekregen zodat deze niet over kunnen lopen (worden geachte aan de norm te voldoen). De overstroming verloopt vervolgens via een bres.

9 https://lokaleregelgeving.overheid.nl/CVDR272296

PR4667.10 • november 2022

48

Figuur 40: Ligging lijnelementen HHSK.

Zoals in Figuur 4 zichtbaar is zijn de snelwegen en spoorwegen niet opgenomen in de toegeleverde hoge lijnelementen. Deze zijn dus niet beschikbaar bij het waterschap. De wegen A12, A20, N219 en de spoorlijnen zijn daarom apart ingetekend o.b.v. de beschikbare wegligging en daarvoor is ook de hoogte afgeleid.

PR4667.10 • november 2022

49

Figuur 41: Hoogte in het gebied, groenere kleuren liggen hoger. (bron algemeen hoogtebestand Nederland). In zwart het plangebied van het 5e dorp.

Onderdoorgangen

A.7

Belangrijk onderdeel van een overstromingsmodel zijn de onderdoorgangen. Onderdoorgangen zijn openingen in en onder hoge lijnelementen waardoor het water het lijnelement kan passeren. Er zijn alleen afmetingen bekent van de onderdoorgangen in het watersysteem die onderdeel zijn van het 1D model. Voor de andere onderdoorgangen onder wegen en spoorlijnen is aangenomen dat deze een vaste breedte hebben van 10 m en hoogte van 5 m. De bodemhoogte van de onderdoorgang is gelijk aan het diepste punt in de onderdoorgang in het AHN.

Ruwheid

A.8

Voor een 2D overstromingsmodel is de ruwheid van een rekengrid van invloed op de waterdieptes en verspreiding van het water. Deze ruwheid is afhankelijk van het landgebruik. Dit betekent dat er dus eerst een landgebruikskaart gemaakt moet worden, welke daarna omgezet wordt naar een ruwheidskaart. De landgebruikskaart baseren wij op de volgende gegevens: •

BGT, gebruiken voor watervlakken, bouwwerken, begroeid en onbegroeid terrein en wegvlakken;

•

TOP10, gebruiken voor ligging gebouwen;

•

BRP 2021, meest recente bron voor landgebruik per perceel (zie Tabel 4).

De gecombineerde landgebruikkaart wordt vervolgens omgezet naar een ruwheid o.b.v. een conversietabel. Hierbij wordt eerst gekeken naar Plangebied, TOP10, dan naar BRP en als laatste naar BGT. Tabel 4 bevat deze conversie. Binnen het BRP bestaan er enkele honderden klassen, bijvoorbeeld verschillende klassen mais. Tabel 4 geeft een voorbeeld van zo’n tabel voor het LGN4. Wij passen deze tabel toe op de landgebruiken zoals die beschikbaar zijn in de eerdergenoemde bronnen. Landgebruik

Ruwheidswaarde Nikuradse

Plangebied

10

TOP10 gebouwen

10

BRP Grasland

0,25

BRP Mais

0,4

BRP Tarwe

0,4

BRP Bloemen

0,4

BRP Bomen

0,4

BRP Uien

0,4

BRP Water

0,1

BRP Aardappelen

0,4

BRP Bieten

0,4

BRP buxus

5

BRP bramen

0,4

BRP groente

0,4

BRP bloemen

0,4

BRP Natuurterrein

1

PR4667.10 • november 2022

50

BRP kleinfruit

0,4

BRP fruitbomen

5

BGT_Overigbouwwerk

10

BGT_wegdeel

1

BGT_ondersteunendwegdeel

1

BGT_begroeidterreindeel

1

BGT_waterdeel

0,1

BGT_ondersteunendwaterdeel

0,1

Tabel 4: Ruwheidstabel.

Figuur 42: Ruwheidskaart. Het grote rode vlak valt buiten het model. In zwart het plangebied van het 5e dorp.

A.9

Meenemen te ontwikkelen gebied

Plangebied het “Vijfde Dorp” en “Westergouwe” worden toegevoegd in het bodemhoogtemodel, gebaseerd op AHN4 rasterdata. We nemen dit in het model op door aan het plangebied een ruwheid toe te kennen die behoord bij stedelijk bebouwd gebied (Nikuradse 10) en door de vloerpeilhoogte op te leggen in het hoogtemodel. Voor de vloerpeilhoogte bestaan er een aantal varianten met verschillende vloerpeilen (Figuur 43). Wij stellen voor om uit te gaan van een vloerpeilhoogte van NAP -5 m wat als minimale eis door het waterschap is afgegeven. In het rapport van Witteveen+Bos [Witteveen+Bos, 2022] staat op het moment van schrijven dat variant 1 (vloerpeil NAP -5 m) en variant 3 (vloerpeil NAP -4,8 m) de voorkeur hebben. Het uitgangspunt van NAP -5 m is daarmee de meest veilige aanname en sluit aan bij de eis voor het minimale vloerpeil van het waterschap. We nemen dit in de modellen mee door de bodemhoogte binnen het plangebied te verhogen tot NAP -5 m.

PR4667.10 • november 2022

51

In de praktijk zal niet het gehele gebied verhoogd worden maar is dit waarschijnlijk enkel het geval voor de woningen zelf, daarnaast zal de ruwheid ook niet overal een stedelijke ruwheid hebben maar zijn er ook tuinen en wegen aanwezig. Het model heeft echter een lager detailniveau (resolutie 20x20 m) en voor de voorliggende analyse zien we het gehele plangebied daarom als één verruwing en verhoging.

Figuur 43: Overzicht van varianten Kreekdorp en Watertuinen [Witteveen+Bos, 2022].

A.10

Bresgroeimodellering

Voor de bresgroeimodellering passen we de Verheij-van de Knaap formulering toe in lijn met de leidraad overstromingsberekeningen. De bressen hebben een initiële breedte van 10 m en groeien in 10 minuten tot het maaiveldniveau achter de bres. Hierbij worden de volgende breseigenschappen gebruikt: •

α = 1.3;

•

β = 0.04;

•

initiële bresbreedte: 10m;

•

Initiële kruinhoogte: dijkhoogte;

•

diepte bres (Zmin): gelijk aan hoogste van voorland of maaiveld achter bres;

•

kritieke stroomsnelheid (uc): 0.5 m/s (klei);

•

F1 = 1,3 (kleidijk);

PR4667.10 • november 2022

52

•

F2 = 0.04;

•

Ce: 1, bres groeit in 10 minuten tot Zmin;

•

Tijdstip ontstaan bres bij waterstandspiek.

We rekenen een model door voor een periode van 14 dagen na openen bres (conform uitgangspunten VNK). Dit is een vrij conservatief uitgangspunt en het is zeer waarschijnlijk dat de Hollandsche IJssel al eerder gesloten wordt of dat de bres wordt gedicht.

A.11

Afleiden Hydraulische randvoorwaarden

Voor het uitvoeren van de overstromingsberekeningen gaan we uit van het breken van de bres op moment van maximale waterstand. Piekwaterstanden Voor het afleiden van de Hydraulische randvoorwaarden kijken we naar de waterstand die een kans van voorkomen heeft van 1/10.000 jaar (Hollandsche IJssel) en 1/1.000 jaar (Gouwe). We kijken hierbij op de Hollandsche IJssel naar zichtjaar 2050 bij klimaatscenario W+. Verder is voor breslocatie Gouda Sluisdijk ook nog gekeken naar zichtjaar 2100 en zeespiegelstijging van 2 m. Op de Gouwe is de piekwaterstand toegeleverd door het waterschap. Ter hoogte van de breslocaties is dit NAP -0,16 m (zie ook Tabel 5). Terugkeertijd

Waterstand [NAP+m]

10

-0,31

30

-0,31

100

-0,28

300

-0,23

1.000

-0,16

Tabel 5: Hydraulische randvoorwaarden Gouwe.

Op de Hollandsche IJssel is gebruik gemaakt van Hydra-NL (versie 2.8.2) om de waterstanden te bepalen voor de verschillende zichtjaren bij een kans van voorkomen 1/10.000 jaar. Hiervoor is gebruik gemaakt van databases HollandscheIJssel_14-1_2050Wp_v02 en HollandscheIJssel_141_2100Wp_v02. Deze databases zijn opgezet binnen Duits (2022). Voor de variant met 2 m zeespiegelstijging is gebruik gemaakt van database HollandscheIJssel_KPZSS_14-1_zss200 welke is opgezet binnen het kennisprogramma zeespiegelstijging. Er is gerekend met zowel statistische als modelonzekerheden. De resulterende piekwaterstanden zijn opgenomen in Tabel 6. Breslocatie

Hydra locatie

T10.000

T10.000

T10.000

zichtjaar

zichtjaar

zichtjaar

2050

2100

2100 ZSS 2m

[m+NAP]

[m+NAP]

[m+NAP]

Gouda Sluisdijk

14-01_00041_1_HY_km0003.41

3,35

3,58

4,54

Zuidplaspolder

14-01_00048_1_HY_km0004.18

3,34

-

-

Nieuwerkerk

14-01_00092_1_HY_km0008.58

3,28

3,51

4,49

14-01_00134_1_HY_km0012.23

3,26

-

-

Noord Polder Esse

PR4667.10 • november 2022

53

Schielands Hoge

14-01_00190_1_HY_km0017.25

3,19

-

-

Zeedijk Tabel 6: Piekwaterstanden scenario’s overstromingsberekeningen.

Deze piekwaterstanden kunnen zowel veroorzaakt worden door een situatie met open- als gesloten kering. Hierin is zichtbaar dat een situatie met geopende Hollandsche IJsselkering een kansbijdrage heeft van 96,5% (bij breslocatie Gouda Sluisdijk). Dat betekent dat een overstroming met een open kering het meest waarschijnlijke scenario is. Voor de meest benedenstroomse locaties is dit percentage 84% wat nog steeds betekent dat een situatie met open kering een grotere kansbijdrage heeft. Bij hogere terugkeertijden, een verder zichtjaar en grotere zeespiegelstijging wordt de kansbijdrage van een open kering steeds groter.

Figuur 44: Kansbijdrage kering situatie Hollandsche IJsselkering voor breslocatie Gouda Sluisdijk, met een zichtjaar 2050, overschrijdingskans 1/10.000 per jaar en klimaatscenario W+.

Randvoorwaarden model Vanuit Hydra-NL wordt alleen een piekwaterstand berekend en geen waterstandsverloop. Zoals eerder aangegeven in de beschrijving van het model vraagt het model om een waterstandsrand bij de Hollandsche IJsselkering (voor de Hollandsche IJssel) en de Julianasluis (Gouwe). Voor de situaties met gesloten kering (Hollandsche IJssel) en de Gouwe wordt een rand opgelegd met een vaste waterstand op de waterstandspiek met een kering die na 2 dagen sluit, vlak voordat de bres opengaat. Daardoor is het waterpeil in het systeem gelijk aan de piekwaterstand en na openen bres kan er geen extra water meer instromen. Voor de scenario’s met open kering is gekozen voor een waterstandsverloop op basis van de waterstandsverlopentool. Deze tool is gebruikt om een waterstandsverloop af te leiden ter hoogte van de Hollandsche IJsselkering (Hollandsche IJssel zelf zit niet in de tool), een voorbeeld daarvan is opgenomen in Figuur 45. Dit is duidelijk een golf die past bij een stormsituatie (relatief smalle waterstandspiek). Dat past ook bij deze situatie waar het hoofdillustratiepunt laat zien dat de waterstand wordt veroorzaakt door een situatie met lage afvoer en hoge zeewaterstand. Deze golf heeft een vlakke top, de eerste tijdstap van deze top wordt gelijkgezet met het openen van de bres. Vervolgens wordt de golf opgeschaald naar de juiste piekwaterstand.

Wanneer deze golf zijn knikpunt bereikt wordt er een normaal getijverloop opgezet (afgeleid o.b.v. 1D RMM model ter hoogte van breslocaties). Binnen dit normale getijverloop is rekening gehouden met de zeespiegelstijging (0,25 m voor 2050, 0,75 m voor 2100 en 2 m voor het extreme scenario). De resulterende randvoorwaarde is opgenomen in Figuur 46.

PR4667.10 • november 2022

54

Figuur 45: Waterstandsverloop bij Hollandsche IJsselkering uit waterstandsverlopentool.

Figuur 46: Randvoorwaarde model voor breslocatie Gouda Sluisdijk zichtjaar 2050 W+ bij een open kering.

PR4667.10 • november 2022

55

PR4667.10 • november 2022

57

Hoofdkantoor HKV lijn in water BV Botter 11-29 8232 JN Lelystad

Nevenvestiging Informaticalaan 8 2628 ZD Delft

0320 294242 info@hkv.nl www.hkv.nl