Download hier de PhD thesis met betrekking tot dit project.
Uitkomsten
Met ons onderzoek hebben we beter inzicht gekregen in het functioneren van een splitsende rivier. We hebben aangetoond dat de grootste riviertak de waterstanden in het hele benedenstroomse rivierensysteem domineert, doordat deze tak de afvoerverdeling sterk kan sturen. Het splitsingspunt heeft ook een sterk effect op het effect van ingrepen. Ingrepen hebben een specifiek ontwerp nodig om ongewenste waterstandsverhogingen te voorkomen. We hebben ook laten zien dat de waterbalans van afvoeren op een splitsingspunt niet per se gesloten is wanneer afvoeren geschat worden uit waterstandsmetingen. Door het expliciet meenemen van de waterbalans kunnen schattingen van afvoeren en waterstanden verbeterd worden.
Figuur 1. Splitsingspunt van de Bovenrijn bij Pannerden, waar ongeveer 2/3 van de Rijnafvoer naar de Waal wordt gestuurd en de overige 1/3 naar de Nederrijn en IJssel wordt gestuurd. (Bron: Rijkswaterstaat)
Motivatie en uitdagingen
In het afgelopen decennium, is in Nederland het Ruimte voor de Rivier programma uitgevoerd. In dit programma zijn er diverse grootschalige ingrepen gedaan zoals dijkverleggingen en uiterwaardvergravingen met als doel de waterstanden langs de grote rivieren te verlagen. Wanneer deze ingrepen uitgevoerd worden in de buurt van een splitsingspunt, kunnen deze ook de afvoerverdeling beïnvloeden. De afvoerverdeling op de splitsingspunten van de Rijn heeft een dominante invloed op de waterstanden langs de benedenstroomse takken. Deze waterstanden bepalen de hydraulische belastingen en daarmee de hoogte en sterkte voor de 1430 km aan rivierdijken in Nederland. Ik verwacht dat de ruwheid van de rivierbodem en het effect van grootschalige ingrepen een dominante invloed hebben op de onzekerheid in waterstanden en afvoerverdeling.
Doel van het onderzoek
Om in de toekomst nauwkeuriger en robuuster dijken te kunnen ontwerpen, heb ik als doel het kwantificeren en mogelijk het reduceren van onzekerheden in rivierwaterstanden gerelateerd aan een onzekere afvoerverdeling.
Figuur 2. De drie componenten van mijn onderzoek dat gaat over de interactie tussen afvoerverdeling en waterstanden.
Innovatieve componenten
De afvoerverdeling bij riviersplitsingspunten heeft een dominante invloed op ontwerpwaterstanden. In een splitsende rivier zullen waterstanden heel anders reageren op een verandering in omstandigheden dan in een rivier zonder splitsingspunten. Mijn onderzoek naar de Rijn met zijn drie hoofdtakken (figuur 2, rechtsboven), bevat nieuwe componenten waarin ik het volgende kwantificeer:
- Waterstanden in de drie takken als het gevolg van onzekerheden in de ruwheid van de rivierbodem. Met een 1D-model, heb ik de gevoeligheid van de waterstanden bepaald voor verschillende combinaties van hoge en lage ruwheid (figuur 2, linksboven).
- Veranderingen in waterstanden als gevolg van een dijkverlegging in de Waal. Ik heb een gesimplificeerde 1D schematisatie gebruikt om het effect van de ingreep te bepalen voor een vrije afvoerverdeling en voor een hypothetische vaste afvoerverdeling (figuur 2, linksonder).
- Veranderingen van de waterstanden wanneer er rekening gehouden wordt met een sluitende rivier in een splitsende rivier (figuur 2, rechtsonder)
Relevant voor wie en waar?
Bijdragers aan het project, onderzoekers en anderen die betrokken zijn bij het ontwerpen en plannen van ingrepen.
De Rijn en zijn splitsingspunten de Pannerdensche Kop en de IJsselkop.
Voortgang en toepassing
De interactie tussen rivierwaterstanden en de afvoerverdeling reduceert de onzekerheid in waterstanden sterk in het hele benedenstroomse rivierengebied. Deze interactie zorgt bijvoorbeeld voor een afname van de afvoer naar een tak als daar een onverwacht hoge waterstand optreedt. Dit balancerende effect is sterk afhankelijk van de grootte van de benedenstroomse riviertakken. De stromingscondities in de Waal domineren de onzekerheden in waterstanden in het hele Nederlandse Rijnsysteem. De condities op de andere takken, voornamelijk de IJssel, hebben maar een zeer beperkte invloed op de waterstanden. Verder laat ons onderzoek zien dat er rekening gehouden moet worden met de afvoerverdeling bij het plannen van nieuwe ingrepen in de rivier. Een ingreep in een andere tak om het effect op de afvoerverdeling te compenseren is idealiter van hetzelfde type, bijv. twee uiterwaardvergravingen. Anders kan het zo zijn dat bij middelhoge afvoeren of juist bij zeer extreme afvoeren er een sterke afwijking van de afvoerverdeling kan ontstaan. Hieronder kunt u via outputs meer details vinden over het onderzoek.
Aanbevelingen All-Risk
- Beschouw een splitsende rivier als één systeem waarbij waterstanden en afvoeren afhankelijk van elkaar zijn.
- Neem de waterbalans expliciet mee bij het afleiden van Qh-relaties.
- Meet afvoeren in meerdere takken op dezelfde dag om de waterbalans mee te kunnen nemen en de nauwkeurigheid van de metingen te beoordelen.
- Bepaal het effect van onzekerheid in de afvoerverdeling op overstromingsrisico’s door het hele rivierensysteem.
Last modified: 30/12/2021
Contributing researchers
Matthijs R.A. Gensen
Twente Universiteit
Samenwerken met de splitsingspunten van de rivier
Over de mogelijkheid om meer vrijheid toe te laten voor de rivier managers rond de splitsingspunten
Matthijs R.A. Gensen
Twente Universiteit
View storyline Project outputs
Improving rating curve accuracy by incorporating water balance closure at river bifurcations
We hebben we veldobservaties van afvoeren bij de splitsingspunten van de Rijn gebruikt om de relaties tussen afvoeren en waterstanden te verbeteren, waardoor ze fysisch realistischer worden.
27/05/2022
Bevat: Publication upon journal access
Using data analysis, expert elicitation and hydraulic models to quantify uncertainties in a bifurcating river
Feedback mechanism in bifurcating river systems
Wij kwantificeren de waterstandsvariaties voor hoge en lage ruwheid in de hoofdgeul wanneer al dan niet rekening wordt gehouden met het terugkoppelingsmechanisme tussen de afvoer bij de bifurcatie en de waterstanden.
12/10/2021 by Matthijs R.A. Gensen et al.
Bevat: Conference proceedings Publication open access journal
Compensating human interventions at a river bifurcation
Effect van rivierinterventies onder een reeks afvoer- en ruwheidsomstandigheden om mogelijk het terugkoppelingsmechanisme tussen waterpeil en afvoer bij een splitsende rivier tegen te gaan.
11/02/2021 by Matthijs R.A. Gensen et al.
Bevat: Conference proceedings
Evenementen
27/05/2021
Reflectie: Grootste risico rivieren - splitsingspunt of piping?
Overstromingsrisico langs de Rijntakken: Risico’s van overstromingen langs de grote rivieren vragen continu onze aandacht. Daarbij spelen vele oorzaken een rol, en in deze webinar vroegen we aandacht voor nieuw onderzoek naar de rol van twee van deze oorzaken: de twee splitsingspunten van de Rijntakken en de rol van het faalmechanisme piping. Maar kan het aannemelijk worden gemaakt dat één van beide oorzaken dominant is?
