Kansrijke lange termijn veiligheidsstrategieën Eems Dollard

MemoDeltores

~

AanDPWadden

Datum19 december 2013VanZ.B. Wang

Kenmerk1207459-003-ZKS-0002

Aantal pagina's17

Doorkiesnummer+31 (0)8833 58 202

[email protected]

OnderwerpKansrijke lange termijn veiligheidstrategien Eems-Dollard

Paaf Goedkeuring 'a aafVersie Datum Auteur Paraaf Reviewdec. 2013 Zheng Bing Wang /'J / Bert van der Valk I. Frank Hoozemans

Iv

1 Inleiding

1.1 AchtergrondIn 2008 is door de commissie Veerman een advies geschreven ten aanzien van het in kaartbrengen van de lange termijn waterveiligheid en zoetwatervoorziening, wat geleid heeft tot hetNationaal Waterplan. Ten behoeve van het in kaart brengen van de lange termijnwaterveiligheid en zoetwatervoorziening en het genereren van mitigerende maatregelen, is eentweede Deltaprogramma opgestart onder leiding van de Deltacommissaris. Een onderdeel vanhet Deltaprogramma is het deelprogramma Waddengebied.

Binnen het deelprogramma Waddengebied wordt gewerkt aan de lange-termijnveiligheidsstrategien voor de kust van de eilanden en het vasteland. Om te komen tot dedeltabeslissingen die in 2015 genomen moet worden wordt er in 2013 gewerkt aan dekansrijke strategien. Dit memo beschrijft de uitwerking van lange termijn strategien voor hetEems-Dollard gebied.

Datum19 december 2013

Ons kenmerk1207459-003-ZKS-0002

Deltares~Pagina2/17

Germany

10km

The Netherlands

Figuur 1 Eems-Dollard estuarium

1.2 ProbleemstellingDe volgende onderdelen van het Eems-Dollard estuarium worden in de beschouwingbetrokken: de Buiteneems (Westereems tim Oost Friesche Gaatje), de Dollard, inclusief Mondvan de Dollard tot aan het Sperrwerk (Duitsland), en de rivier de Eems, zie Fig.1. Dezeonderdelen vormen als geheel n systeem en kunnen niet apart worden beschouwd, hoewelhet DPW richt zich op veiligheidsstrategien voor alleen het Nederlandse gedeelte.

Het Eems-Dollard gebied wordt uitgelicht bij de uitwerking van lange termijnveiligheidsstrategien om twee redenen. Ten eerste, een deel van het gebied is Duitsgrondgebied wat het probleem ingewikkelder maakt. Ten tweede, de ontwikkelingen van hetfysische systeem in het gebied zijn (meer) zorgwekkend geworden in de afgelopen decennia(zie Vroom et al., 2012). De indringing van het getij in het gebied is veel sterker geworden insamenhang met een enorme toename van de troebelheid, vooral in het rivierdeel. Voor deveiligheid tegen overstromingen, het primaire aandachtspunt voor het DPW, is de sterkereindringing van het getij vooral van belang, omdat het kan betekenen dat de maatgevendehoogwaterstand sneller stijgt dan het gemiddelde zeeniveau. Dat betekent dat rekeninghouden met de zeespiegelstijging alleen niet voldoende is. Voor de lange-termijnveiligheidsstrategie moeten wij voldoende inzicht krijgen in de verandering van dehoogwaterstanden bij extreme condities in samenhang met de morfologische ontwikkelingenvan het gebied.

1.3 AanpakIleeswijzerHet Eems-Dollard gebied verschilt van andere NL Waddengebieden doordat hetveiligheidsprobleem (extreem hoogwater) samenhangt met het probleem van de hogetroebelheid. Daarom wordt in hoofdstuk 2 het probleem, m.b.t. zowel de extremehoogwaterstanden als de hoge troebelheid nader geanalyseerd. In hoofdstuk 3 worden demogelijke strategien beschouwd voor de veiligheid tegen overstromingen en om detroebelheid te verlagen, om tot de kansrijke strategien te komen. In hoofdstuk 4 worden deconclusies en de aanbevelingen gegeven.



Deltares~Pagina3/17

2 Probleemanalyse

2.1 AlgemeenEr zijn twee problemen in het Eems-Dollard Estuarium: het veiligheidsprobleem en hetnatuurprobleem. Voor de veiligheid tegen overstromingen zijn de waterstand en de golfoploopbij extreme omstandigheden van belang. Voor de natuur is het probleem vooral veroorzaaktdoor de hoge troebelheid. Hoewel de lange-termijn veiligheidsprobleem het primaireaandachtspunt van het DPW is moet het natuurprobleem ook in beschouwing wordengenomen. Bovendien is er een interactie tussen de troebelheid en de waterbeweging in hetsysteem.

Het estuarium deel (de Buiteneems, de Dollard, inclusief Mond van de Dollard tot aan hetSperrwerk Gebied) en rivier vormen samen als geheel n systeem, maar voor de tweeproblemen is het handig om een onderscheid tussen de twee delen te maken om een paarredenen. Voor de veiligheid tegen overstromingen is het onderscheid logisch omdat ten eerstede Eems Rivier geheel Duits gebied is en ten tweede de rivier beschermd wordt door hetSperrwerk. Daarom wordt in deze notitie verder geen aandacht naar het veiligheidsprobleemvan het rivierdeel besteed. Voor het natuurprobleem is het onderscheid logisch omdat de tweegebieden een totaal andere troebelheid hebben. De sedimentconcentratie in het rivier deel iseen orde hoger dan in het estuarium deel.

2.2 Extreem hoogwater langs NL kustMaatgevend voor de veiligheid zijn de extreme hoogwaterstanden bij stormcondities. Om eenidee te krijgen in de ontwikkelingen daarvan worden de jaarlijks gemeten hoogstewaterstanden bepaald uit de beschikbare waterstandgegevens voor de vier Nederlandsestations in het gebied: van buiten naar binnen Huibergat, Eemshaven, Delfzijl en NieuweStatenzijl.

Van de vier stations heeft Delfzijl de langste dataset, al vanaf eind 19de eeuw. De ontwikkelingvan de jaarlijks hoogste waterstand (maximum van alle gemeten waarden in een jaar) op ditstation (zie Fig.1) laat een duidelijke trendbreuk zien rondom 1955. Vr 1955 schommelt hetrondom een constant waarde, maar na 1955 is er een duidelijke stijging in de tijd te zien. Detrend van de stijging is in de orde van 1 cm/jaar, aanzienlijk meer dan de zeespiegelstijging indeze regio. De grote variatie van jaar tot jaar is te verklaren door de variatie van demeteorologische condities (stormen). Voor de oude data kan het ook te maken hebben met degrote tijd interval van de metingen, wat tot gevolg kan hebben dat de hoogste waterstand nietaltijd werden gemeten.

De andere drie stations hebben allemaal kortere datasets die allemaal na 1955 beginnen,Huibergat vanaf 1973, Eemshaven vanaf 1978 en Nieuwstatenzijl vanaf 1979. Bij deze stationsis er geen trendbreuk te eonstateren en de jaarlijks hoogste waterstand vertoont een stijging inde hele gemeten periode. Om meer inzicht te krijgen in de ontwikkelingen worden de data bijde vier stations met elkaar vergeleken voor de periode waarin gegevens op alle vier stationsbeschikbaar zijn, i.e. vanaf 1979, zie Fig.3.


Deltares~


Pagina4/17

Jaar maximalewaterstand Delfzijl

500

~ ...:. .,.. + .... .,.. ... _+ .

450

~ 400E~'1:1c:: 350~

*~ 300250

2001875 1895 1915 1955 1975 1995

jaar

Fig.2 Historische ontwikkeling van jaarlijks maximale waterstand gemeten op station Delfzijl

In Fig.3 is er naast de waarnemingen ook een lineaire trendlijn op basis van de data bepaalden weergegeven. De helling van de trendlijn (cm/jaar) geeft weer de stijging in de tijd en is eenindicatie hoe de maatgevende waterstand ontwikkelt in de tijd. Opgemerkt wordt dat deabsolute waarde van de helling een lage betrouwbaarheid heeft. Dit blijkt uit de sterkegevoeligheid van de waarde voor de meegenomen periode en uit het feit dat de enkeleextreme hoge waarde in 2006 een grote invloed op de waarde van de helling heeft.Desondanks zijn er een paar belangrijke constateringen op te merken uit Fig.3:

De trend bij Huibergat (-1.4 mm/jaar) wijkt niet veel af van de bekendezeespiegelstijging in deze regio (-1.8 mm/jaar).

De trend neemt toe van buiten naar binnen. Bij de twee binnenste stations (Delfzijl enNieuwe Statenzijl) is de trend zeker meer dan de zeespiegel stijging.

Er is geen afvlakking van de trend te zien.

De constatering dat in het binnendeel van het estuarium de extreme hoogwaterstand veelsneller stijgt dan de zeespiegel is erg belangrijk voor de lange-termijn veiligheidsstrategie. Alsdit ook in de toekomst blijft doorgaan betekent het dat de veiligheidsopgave zwaarder is dan eris aangenomen in Smale (2012). Maar of de geconstateerde trend blijft doorgaan is op ditmoment moeilijk te zeggen. Om een betrouwbare voorspelling voor de toekomstige trend tekunnen doen is het nuttig goed te begrijpen hoe de huidige trend die ongeveer 60 jaar geledeningezet is ontstaan en in stand wordt gehouden. Daarom zijn de historische gegevens vanwaterstanden en de menselijke ingrepen nader geanalyseerd. De resultaten van de analysezijn beschreven in Wang en Oost (2013), waarvan de Nederlandse samenvatting is gegeven inde Appendix bij dit memo. Uit de analyse is gebleken dat toename van de getijslag in de EemsRivier samenhangt met de vaargeulverdieping, beide ingezet rondom 1955. Dit is ook hetmoment van de trendbreuk in de ontwikkeling van het extreme hoogwater in het estuariumdeel.De analyse laat verder zien dat de versterking van de getijamplificatie een belangrijke factorvoor de ontwikkeling van het (extreme) hoogwater is. De ontwikkelingen van degetijamplificatie in het estuariumdeel kunnen niet aan specifieke menselijke ingrepen in hetestuariumdeel zelf worden gerelateerd, en hangen blijkbaar samen met de morfologische

2015



Deltores~Pagina5/17

ontwikkelingen die ook door de ingrepen en ontwikkelingen in het rivierdeel worden benvloed.Ondanks de nadere analyse van de gegevens zijn er nog steeds grote onzekerheden omtrentde ontwikkeling van de extreme hoogwaterstanden in de toekomst.

Jaar maximale waterstand Huibergat

350330310

290~ 270 "0 c: 250~ ~ 230 cu 3: 210 190 Y = 0.137x-26.802

170150

1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015jaar

Jaar maximale waterstand Eemshaven

400380

360 340~ 320 "0 S 300 I!! ~ 280 260

240220 y = 0.2389x-173.83

2001955 1965 1975 1985 1995 2005 2015

jaar



Deltores~Pagina6/17

Jaar maximale waterstand Delfzijl

500

450 _ 400 E ~ 'C c 350

~ .s CIl _._ ._._~ 300 . 250 v - 0.4473x-556.26

2001955 1965 1975 1985 1995 2005 2015

jaar

Jaar maximalewaterstand Nieuwstaatzijl

550

500 _ 450E ~ 'C c 400~ -.s ~CIl ~ 350

300 Y = 0.5835x-798.24

2501955 1965 1975 1985 1995 2005 2015

jaar

Fig.3 Ontwikkelingen jaarlijks hoogste waterstanden gemeten op de vier stations

2.3 TroebelheidDe troebelheid veroorzaakt door de hoge sedimentconcentratie wordt beschouwd als hetbelangrijkste probleem voor de natuur in het Eems estuarium. De sedimentconcentratie in hetestuarium is in de afgelopen decennia enorm toegenomen. Figuur 4 geeft goed weer hoe desedimentconcentratie langs het estuarium is veranderd in de tijd. In zowel het rivierdeel als inhet estuariumdeel is de sedimentconcentratie toegenomen. Maar er is nog steeds een grootverschil tussen de sedimentconcentraties in de twee delen van het systeem. Praktisch het helerivierdeel is troebel, met sedimentconcentratie in de orde van 1 g/1.De sedimentconcentratie inhet estuariumdeel is een orde lager. Een uitgebreide analyse van de ontwikkeling van desedimentconcentratie in het estuarium is gegeven door Vroom e.a. (2012).



DeltaresJPagina7/17

SPM(mgr')

1200

1000 I~\400 I .,._. ._~200 - -. - -. -. --- - -=--~~.--------.-O+-----.----.~---.-----.-----.----._----._---=,_~~~~~

1- .. - SPM1975-1976_SPM 2005-20061

800

600

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100distance from weir Herbrum (km)

Fig.4 Sediment concentratie langs het Eems estuarium (Schuttelaars e.a., 2012), zie Fig.1 voorde km aanduiding.

Over de oorzaak van de veranderingen is de algemene opvatting dat het door de menselijkeingrepen, met name de vaargeulverruiming en onderhoud van vaargeul en havens, en inmindere mate de vernauwing van het systeem door landaanwinningen. Hierbij speelt deinteractie tussen het sedimenttransport en de getijbeweging een belangrijke rol. Figuur 5 laateen conceptueel model volgens Winterwerp en Wang (2013) zien hoe de veranderingen totstand kunnen zijn gekomen (zie ook Winterwerp et al., 2013).

I pumping of mud Ithis takes time (decades?)

Fig.5 Een conceptueel model hoe de verandering zoals opgetreden in het Eems estuarium totstand kan zijn gekomen (Winterwerp & Wang, 2013).


Ons kenmerk120?459-003-ZKS-0002

Deltares~Pagina8/1?

Fig.6 Landaanwinningen in het verleden (Vroom e.a., 2012).

In het geval van Eems estuarium is de omvang van de landaanwinningen in de orde van eenaantal honderden km2 (zie Fig.6). De baggeractiviteiten voor de verbetering en onderhoud vande vaargeul en de havens is weergegeven in Fig.? Goed te zien is dat de baggeractiviteitenenorm zijn toegenomen sinds de jaren 60 in de vorige eeuw.

22ir=~==~==~'----'---'----'----'----'---~-dredging

20 -- totalextraction18 - - - sandmining

-- dispersal16

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010time [years]

Fig.? Bagger- en storthoeveelheden in het estuarium deel (van Maren e.a., in voorbereiding).



Deltores~Pagina9/17

Om de invloeden van deze menselijke ingrepen op de sedimentconcentratie te schatten wordtde sedimenthuishouding van het estuariumdeel beschouwd aan de hand van een simpelbalans-model zoals schematisch in Fig.8 is weergegeven.

Sin - Suit + Bron - Put -+ verhoging troebelheid (c)

Put=netlo sedimentatie

Bron=bijv. verspreiding via storten

Fig.8 sedimentbalans in de waterfase van het estuariumdeel. Sin is sediment import vanuit dezee, Suit=sedimenttransport naar het rivierdeel.

Het netto sedimenttransport (zoals Sinen Suitaan de randen van het beschouwde gebied)wordt bepaald door processen en mechanismen zoals reststroming, getij-asymmetrie,estuariene circulatie, enz .. Sedimentconcentratie in het beschouwde gebied zelf heeft invloedop de netto sedimentimport in het gebied (Sin-Suit).Een hogere sedimentconcentratie leidt toteen kleinere import, door een verkleining van Sinen/of verhoging van Suit.Dit effect kan wordengeschat aan de hand van de dispersie (getijstroming als mengproces) beschouwing zoals inhet ASMITA model is gehanteerd. Volgens die beschouwing geldt dat de verlaging van deimport evenredig is met de verhoging van de sedimentconcentratie. Omgekeerd geldt dat eenverandering van de put of de bron tot een zodanige verandering van de sedimentconcentratieleidt die tot dezelfde verandering (in grootte) van de netto import leidt om tot een nieuwevenwicht te komen.

Landaanwinning leidt tot een verkleining van het gebied. Dit betekent een directe verkleiningvan de put omdat minder groot gebied beschikbaar is voor sediment accumulatie. Als wijaannemen dat het gemiddelde sedimentatiesnelheid gelijk aan de snelheid van zeespiegelstijging is, dan leidt 1 km2 landaanwinning een verkleining van de put met ongeveer 2000m3/jaar (= ongeveer 1000 ton/jaar) bij de huidige snelheid van zeespiegelstijging. Naarschatting leidt dit tot een verhoging van de evenwichtssedimentconcentratie van ongeveer 0.02mg/I in het estuariumdeel. Het cumulatieve effect van de landaanwinningen in het verleden isdus een verhoging van sedimentconcentratie in de orde van 5 mg/I. Opgemerkt wordt dat indeze beschouwing het effect via een verandering op de getijbeweging (amplificatie enasymmetrie van het getij) niet is meegenomen.

Een veel groter effect wordt veroorzaakt door de baggeractiviteiten. Figuur 7 laat zien dat er inhet estuariumdeel orde 10 miljoen m3 gebaggerd materiaal wordt teruggestort. In de huidigepraktijk zijn de stortlocaties zodanig gekozen dat het gestort sediment zo snel mogelijk weerworden gerodeerd. Daarom moet dit als een bron in het balans-model worden beschouwd. Ditleidt tot een verhoging van de sedimentconcentratie in de orde van 100 mg/I. Dit is aanzienlijkin vergelijking met de sedimentconcentratie in het estuariumdeel (zie Fig.4). Interessant is datvolgens deze beschouwing de verandering van de methode van onderhoud van de haven vanEmden sinds de jaren 90 van vorige eeuwook tot een behoorlijke verhoging van desedimentconcentratie heeft geleid. Vroeger werd er jaarlijks ongeveer 1.6 miljoen m3gebaggerd en op land gestort (onttrekking=put). Sinds de jaren 90 vorige eeuw wordt er nietmeer gebaggerd en wordt het slib in de haven vloeibaar gehouden om de benodigdevaardiepte te behouden. Deze vermindering van de put van 1.6 miljoen m3 per jaar leidtvolgens de beschouwing tot een verhoging van de sedimentconcentratie van orde 20 mg/I.



Deltores~Pagina10/17

3 Kansrijke strategien

3.1 AlgemeenVoor de kansrijke strategien binnen het kader van DP Wadden gaat het primair om garantievan veiligheid tegen overstromingen. Daarnaast wordt gestreefd naar zoveel mogelijk herstellverbetering van de natuur, of wel verlaging van de troebelheid. Verder moet er rekeningworden gehouden met sociaal- economische ontwikkelingen van het gebied.

Uit het vorige hoofdstuk is het gebleken dat de oorzaak van de oplopende trend in de extremehoge waterstand sinds ongeveer 1955 nog niet duidelijk is. Dit betekent dat er nog behoorlijkeonzekerheid bestaat m.b.t. de toekomstige veiligheidsopgave. Bij het bepalen van deveiligheidsopgave voor het Waddengebied (Smale en Hoonhout, 2012) is er wel rekeninggehouden met de toekomstige zeespiegelstijging, maar geen rekening gehouden met de veelsterkere stijging van de extreme waterstanden zoals de voorlopige data-analyse (zie vorighoofdstuk) heeft laten zien. Voor het bepalen van het ontwerppeil worden er tot nu toecorrecties uitgevoerd op basis van de trend van het gemiddelde hoogwater (Dillingh en deLima Rego, 2010). Voor de beschouwde stations Delfzijl en Nieuwe Statenzijl is de bepaaldetrend veel lager. De berekende toeslag voor gemiddelde HW voor Delfzijl is 7 cm en voorNieuwe Statenzijl6.6 cm in de periode 1985-2017 (dus orde 2 mm/jaar). Aanbevolen wordtrekening te houden met snellere stijging van de extreme hoogwaterstanden dan tot nu toe isgedaan in dit systeem, gezien de onzekerheden omtrent de ontwikkelingen.

Met betrekking tot de troebelheid in de Eems Rivier wordt opgemerkt dat door de opgetredenregime-shift een geheel herstel van de natuur niet vanzelfsprekend mogelijk is, ook als menalle gedane ingrepen in het verleden zou terugdraaien.

3.2 Mogelijke strategien

3.2.1 Maatregelen voor veiligheidVoor de veiligheid tegen overstromingen (NL kant van het estuariumdeel) kunnen de mogelijkemaatregelen in drie categorien worden verdeeld:

1. Versterking van de waterkeringen;2. Maatregelen om de belasting op de waterkering te verlagen;3. Ingrijpende maatregelen zoals afsluiting van het estuarium met een dam of

stormvloedkering.

De eerste categorie maatregelen zijn tot een zekere hoogte al uitgewerkt. De toekomstigeveiligheidsopgave is door Smale en Hoonhout (2012) uitgedrukt in benodigdekruinhoogteverhoging van de dijken. Dit betekent dat de benodigde verhoging van de dijken bijbehouden van het huidige dijkprofiel is bekend voor de verschillende klimaatscenario's. Verderhebben Smale en Calderon (2013) uitgezocht in hoeverre de toekomstige veiligheidsopgave bijde verschillende klimaatscenario's kunnen worden opgelost door een verflauwing (van 1:4 naar1:7) van het buitentalud van de dijken. Daaruit is gebleken dat bij de meeste scenario's ditgoed mogelijk is voor grote delen van het Waddengebied. Alleen voor het scenario dat degolfbelasting in de toekomst veel hoger wordt (een combinatie van grotere golfhoogte enlangere golfperiode) zal de verflauwing van het dijktalud niet toereikend werken. De resultatenvan Smale en Hoonhout (2012) voor de toekomstige veiligheidsopgave en van Smale enCalderon (2013) m.b.t. de effectiviteit van de verflauwing van het buitentalud van de dijken -zijn




in meer detail bekeken voor het deelsysteem Eems-Dollard. Het bleek ook voor het Eems-Dollard gebied goed mogelijk de toekomstige veiligheidsopgave bij de verschillendeklimaatscenario's door een verflauwing (van 1:4 naar 1:7) van het buitentalud van de dijken opte lossen. Zoals eerder al is genoemd is er bij de uitwerking geen rekening gehouden met detrend van extreem hoge waterstanden zoals in de huidige analyse is geconstateerd.

De belasting op de waterkering bevat twee aspecten, waterstand (stormvloedhoogte) en kortegolven. Mogelijke maatregelen om stormvloedhoogte te verlagen uit de quick scan van Kuijperen Lentz (2011) zijn:

Geulwandstortingen, zoals eerder voorgesteld in het kader van E-pact, eventueel incombinatie met het opruwen van het watersysteem (via de exacte profilering);Herstel tweegeulensysteem door uitdiepen van de geul Bocht van Watum;Reductie van slibconcentraties in de Eems-Dollard, zoals eerder voorgesteld in hetkader van E-pact;Opruwen van het watersysteem (aanleg kribben, aanbrengen kweldervegetatie);Vernauwing van de mond van het estuarium (aanleg leidammen);

Opvullen diepe delen van het estuarium; Verandering van een deel van het stroomvoerende profiel in kombergend oppervlak

door aanleg van intergetijdengebied.

Op basis van een overweging op de verwachte effectiviteit, uitvoerbaarheid en risico's totongewenste morfologische ontwikkelingen worden de meesten van deze maatregelen nietkansrijk geacht. Op een tweetal maatregelen wordt er iets nader ingegaan: herstel van hettweegeulensysteem en een vernauwing van de mond.

Herstel tweegeulensysteem door uitdiepen van de geul Bocht van Watum is eigenlijk meer eenmaatregel voor herstel/verbetering van de natuurlijkheid van het systeem. Voor de veiligheidzal de maatregel niet erg effectief zijn. Als men alleen de geul Bocht van Watum uitdiept zalhet zelfs omgekeerd werken. De getijdoordringing en de stormvloed zullen daardoor alleenmaar hoger worden. Ook als men de totale oppervlakte van het dwarsprofiel van het heleestuarium behoudt door de andere geul kleiner te maken zal het effect op de stormvloedhoogtebeperkt zijn. In het laatste geval is er dan wel een negatief effect op de scheepvaart (langerevaarroute). Het uitdiepen van de geul Bocht van Watum heeft verder een negatief effect op destabiliteit van de dijk.

Vernauwing van de mond van het estuarium door bijvoorbeeld aanleg van leidammen zalalleen effectief werken bij een significante vernauwing. Dan behoort de maatregel eigenlijk altot de derde categorie. De ingrijpende effecten op de natuur maken zo'n maatregel nietkansrijk.

Een maatregel die in de lijst van de quick scan niet is genoemd is het verruimen van hetsysteem door ontpoldering. Voordeel van zo'n maatregel is de verbetering van de natuur ennadeel ervan is de sociaal-economische schade. De kansrijkheid van deze maatregel is op ditmoment onzeker.

Als maatregel voor vermindering van de golfbelasting op de waterkering kan het aanleggenvan extra kwelders worden genoemd. De effectiviteit van deze maatregel voor het hele NLwaddenzeegebied is gevalueerd door Smale en Calderon (2012). Daaruit blijkt dat het voorhet Eems-Dollard gebied niet erg effectief is.



Deltares~Pagina12/17

De derde categorie van maatregelen worden verder niet behandeld omdat ze niet kansrijkworden geacht gezien de grote effecten op de natuur en op de sociaal-economischeontwikkelingen.

3.2.2 Maatregelen ter verlaging troebelheidVoor de maatregelen ter verlaging van de troebelheid beschouwen wij het rivierdeel en hetestuariumdeel apart.

Voor het estuariumdeel zijn twee maatregelen al (indirect) geanalyseerd in het vorigehoofdstuk: verandering storting baggermateriaal en verruiming van het systeem (ontpoldering).Uit de analyse blijkt dat als de storting van het gebaggerde materiaal zodanig wordt veranderddat het materiaal niet meer terug in het systeem komt als zwevend materiaal desedimentconcentratie in het estuariumdeel op den duur significant zal verlagen. Verruimen vanhet systeem zalook helpen maar dan in veel mindere maat. Wel is het zo dat de maatregelook helpt met de verlaging van de stormvloedhoogte. Opgemerkt wordt dat een verlaging vande sedimentconcentratie in het estuariumdeel op den duur ook een positief effect heeft voor deverlaging van de troebelheid in het rivierdeel (via verlaging van slibimport van het estuariumnaar de rivier).

Voor het rivierdeel geldt dat het gebaggerde materiaal nu al aan land wordt gebracht. Watoverblijft is de maatregel van verruiming van het systeem. Voor het rivierdeel zal eenverruiming door ontpoldering waarschijnlijk relatief effectiever zijn dan in het estuariumdeel,omdat de totale oppervlakte van het rivierdeel veel kleiner is.

Een andere maatregel is voorgesteld op basis van de resultaten van een hydrodynamisch -sedimenttransportmodel van Schuttelaars e.a. (2012): verplaatsing / weghalen van de stuw bijHerbrum. Dit is ook een verruiming van het (getij) systeem, maar dan in de lengterichting. Demodelresultaten gaven aan dat de maatregel tot verlaging van de getijamplitude en verkleiningvan sedimentimport vanuit het estuariumdeel zalleiden. Theoretisch zal het dus een effectievemaatregel zijn. Maar de maatregel brengt ook grote risico's met zich mee door de hoge kostenen door de mogelijk morfologische veranderingen van het systeem in de toekomst, bovenophet feit dat de functionaliteit van de stuw verloren gaat. Als in de toekomst, door wat voor redendan ook, de rivier weer dieper wordt, dan zal het effect van de maatregel weer verloren kunnengaan, volgens de resultaten van hetzelfde model. De volgende stuw is namelijk 7 km verderbovenstrooms. Als de rivier dieper wordt, wordt de golflengte van het getij langer en deverhouding met de lengte van de rivier wordt weer dezelfde.

3.3 Kansrijke strategienHet veiligheidsprobleem speelt alleen in het estuariumdeel. Uit de voorgaande analyse isgebleken dat verbetering van de (harde) waterkeringen voor voldoende bescherming tegenoverstromingen op termijn van 100 jaar goed mogelijk is, hoewel de toekomstigeveiligheidsopgave op dit moment nog niet geheel duidelijk is. Gezien de onzekerheden wordtaanbevolen rekening te houden met snellere stijging van de extreme hoogwaterstanden dantot nu toe is gehanteerd. Er moet dan beter worden bekeken welke verbeteringen (verhogingen/of verflauwing) nodig zijn en efficint zijn. De meeste morfologische maatregelen om debelastingen op de waterkeringen te verminderen zijn niet voldoende effectief en/of brengen teveel risico's van ongewenste effecten met zich mee, en daarom zijn ze als niet kansrijkbeschouwd. Alleen de maatregel "verruiming van het systeem" verdient nog verdere aandacht.Een ontpoldering in het Dollard gebied zal de stormvloedhoogte verlagen met een op dit




moment onbekende maat. Verder heeft zo'n maatregelook positief effect op de natuur (extranatuurgebied en verlaging sedimentconcentratie) Hoe kansrijk dat is, is op dit momentonvoldoende duidelijk. Vooral de maatschappelijke acceptatie hiervoor is een belangrijkekwestie. Daarom wordt aanbevolen de effectiviteit en de noodzakelijkheid hiervan verder teonderzoeken.

Het probleem van hoge troebelheid speelt in zowel het rivierdeel als het estuariumdeel, hoewelde troebelheid in het estuariumdeel op dit moment een orde lager is dan in het rivierdeel. Voorhet estuariumdeel zal het verder wegbrengen of onttrekken van het gebaggerd materiaal eeneffectieve maatregel zijn om de troebelheid te verlagen. Verruimen van het systeem zalookhelpen, maar in veel mindere maat. Voor het rivierdeel is alleen het verruimen van het systeemeen mogelijk kansrijke rnaatreqel orn de troebelheid te verlagen. Wel wordt opgemerkt datverlaging van de troebelheid in het estuariumdeel op termijn ook een verlagend effect voor detroebelheid in het rivierdeel kan hebben.

4 Conclusies

In het Eems-Dollard gebied hangt het veiligheidsprobleem sterk samen met een probleem voorde natuur, de hoge troebelheid. Voor het veiligheidsprobleem is een belangrijke factor deextreme hoogwaterstand. Uit de analyse van de historische gegevens van waterstanden isgebleken dat de jaarlijks maximale waterstanden in het estuariumdeel een aanzienlijk hogeretrend van stijging vertonen dan de zeespiegelstijging. Ondanks de nadere analyse is het nogsteeds onvoldoende duidelijk is hoe deze trend in de toekomst zich zal voortzetten. Ditbetekent dat de veiligheidsopgave voor dit gebied zwaarder kan zijn dan tot nu toe isaangenomen. Bij het bepalen van de maatgevende hoge waterstand is er tot nu toe alleengekeken naar de trend van de gemiddelde hoogwaterstand, die een andere (lagere) trend vanstijging vertoont. Daarom wordt aanbevolen rekening te houden met snellere stijging van deextreme hoogwaterstanden dan tot nu toe is gehanteerd.

Verbetering van de waterkeringen langs de kust, door de dijken te verhogen of het buitentaludervan te verflauwen, wordt beschouwd als een kansrijke strategie voor de veiligheid tegenoverstromingen in de toekomst. De benodigde / ideale combinatie van verhoging enverflauwing dient nader te worden vastgesteld nadat het beter bekend wordt hoe de extremehoogwaterstanden in de toekomst zich zullen ontwikkelen.

Voor het verlagen van de troebelheid om het natuurprobleem op te lossen bestaat de kansrijkestrategie uit verandering van de methode van storting van gebaggerd materiaal in hetestuariumdeel en het verruimen van het rivierdeel.

Verruimen van het systeem in het Dollard gebied kan een goede maatregel zijn om zowel destormvloedhoogte te verlagen als de troebelheid te verlagen. Maar hoe kansrijk dezemaatregel als strategie kan worden beschouwd is op dit moment onvoldoende bekend.

5 Referenties

Dillingh, D. en J. de Lima Rego, 2010, Toets- en Rekenpeilen Kust en Estuaria ten behoevevan de HR 2011, Deltares Rapport 1202341-002.




Kuijper, c. en K. Lentz, 2011, Quick-scan Benvloeding Stormvloedhoogte Eems-Dollard,Deltaprogramma Wadden, Deltares Memo 1204229-000-ZKS-0001.

Smale A.J. en B. Hoonhout, 2012. Toekomstige Veiligheidsopgave voor harde keringen in hetWaddengebied. Deltares rapport 1206239-000-ZKS-0009, versie 2. December 2012.

Smale AJ. en A Calderon, 2012. Kwelders en waterveiligheid. Deltares Memo 1206239-000-ZKS-0014. December 2012.

Smale AJ. en A Calderon, 2013. Doelbereik twee veiligheidsstrategien OP Wadden.Deltares Memo 1206239-000-ZKS-0017, versie 2. Mei 2013.

Schuttelaars, H.M., De Jonge, V.N., Chernetsky, A, 2012, Improving the predictive powerwhen modelling physical effects of human interventions in estuarine systems, Ocean & CoastalManagement, doi: 10.1016/j.ocecoaman.2012.05.009.

Van Maren, O.S., Van den Boogaard, H.F.P., Vroom, J. and Weibeer, H., The changingturbidity in the Ems-Dollard estuary, in preparation.

Vroom, J., Van den Boogaard, H.F.P. en O.S. Van Maren, 2012, Mud dynamics in the Ems-Dollard, Research phase 2, Analysis existing data, Deltares report, 1205711-001.Wang, Z.B. and AP. Oost, 2013, Analysis of water level data for the Ems-Dollard Estuary,Deltares Memo.

Wang, Z.B. and AP. Oost, Analysis of water level data for the Ems-Dollard Estuary, DeltaresMemo.

Winterwerp, J.C. and Z.B. Wang, 2013, Man-induced regime shifts in small estuaries -I:theory, Ocean Dynamics, DOI10.1007/s10236-013-0662-9.

Winterwerp, J.C., Wang, Z.B., Van Braeekel, A, Van Holland, G., and F. Ksters, 2013, Man-induced regime shifts in small estuaries, II: a comparison of rivers, Ocean Dynamics, OOI10.1007/s1 0236-013-0663-8.




6 Appendix Samenvatting van" Analysis of water level data forthe Ems-Dollard Estuary (Wang en Oost, 2013)"

In de afgelopen decades hebben de menselijke ingrepen tot twee belangrijk fysischeveranderingen geleid in het Eems-Dollard Estuarium: verhoging van de troebelheid enversterking van de indringing van het getij. De twee veranderingen zijn met elkaar gekoppelden versterken elkaar. Onduidelijk is echter welke menselijke ingrepen (inpolderingen,havenbekkenaanleg, Geisseleitdam, verlenging havenmond Delfzijl, strekdammen Borkum,opeenvolgende verdiepingen, Sperrwerken (Herbrum, Leda en Eems), verwijderenmegaribbels door onderhoudsbaggerwerk, afsnijden ebgeulen) de meeste invloed hebbengehad op de veranderingen. Ook de al-clan-niet natuurlijke ontwikkelingen (verslibbing Bochtvan Watum, opslibben wantij Oostereems en Westereems) kunnen invloed hebben gehad.Beter inzicht in welke menselijke ingrepen en morfologische ontwikkelingen de sterksteveranderingen in de waterbewegingen leiden is belangrijk voor de lange termijnveiIigheidsstrateg ien.

De verandering van de waterbeweging wordt gevalueerd door de data van alle getijdestationsdoor de tijd heen te analyseren. De tijdseries per station worden verdeeld in perioden van 24uur en 50 minuten. Per periode worden de kenmerken van het getij op elk station afgeleid uitde gegevens. Daaruit krijgt men inzicht in de gedetailleerde ontwikkelingen in tijd van deamplificatie van het getij door het estuarium, asymmetrie van het getij op de verschillendestations, etc .. Verder worden de verschillende menselijke ingrepen in detail genventariseerd.Door deze ingrepen naast de veranderingen van de waterbeweging in de tijd te leggen krijgenwij beter inzicht in wat heeft wat veroorzaakt.

De analyse helpt ons om beter inzicht te verkrijgen in drie aspecten van de ontwikkeling vanhet estuarium: amplificatie van het getij, getij-asymmetrie in relatie tot sedimenttransport, enhydraulische weerstand. Hieronder worden de resultaten van de analyse van deze aspectensamengevat vr de bespreking over hoe de ontwikkelingen zijn gerelateerd met deverschillende menselijke ingrepen.

Getijamplificatie en veiligheidDe amplificatie van het getij is sinds jaren 50 vorige eeuwaanzienlijk versterkt in hetestuarium, met name in het binnenste deel, de Eems Rivier. Gelukkig heeft dit geenconsequenties voor de veiligheid tegen overstromingen in het binnenste deel van hetestuarium omdat de Eems rivier wordt beschermd door de Emssperrwerk. Zelfs voor hetbuitenste deel van het estuarium, de Dollard, waar de toename van de getijamplificatie isbeperkt, is de versterkte getijamplificatie nog steeds een belangrijke factor voor de toenamevan (extreem) hoge waterstand. In principe zijn er drie factoren die de ontwikkeling van(gemiddeld) HW in het estuarium bepalen, de stijging van de zeespiegel, de toename van hetgetijverschil in de open zee en de getijamplificatie. Voor het extreme hoogwater, dat relevant isvoor de veiligheid tegen overstromingen, zijn de ontwikkelingen van het windklimaat en dereactie van het estuarium bij stormen ook belangrijk. Uit de resultaten van de analyse leren wedat de ontwikkelingen van de drie factoren die het (gemiddelde) HW bepalen, dewaargenomen trend in het extreme HW (jaarlijks maximum) verklaren. Tussen de driefactoren, de bijdragen van zeespiegelstijging en versterkte getijamplificatie zijn vergelijkbaar,beide veel groter dan die van de toename van het getijverschil in de open zee. Opgemerkt




wordt, dat in tegenstelling tot de twee andere factoren, getijamplificatie direct gerelateerd isaan de morfologische ontwikkeling van het estuarium onder invloed van de menselijkeingrepen. De ontwikkeling van de getijamplificatie in het estuarium moet worden meegenomenvoor het bepalen van de toekomstige veiligheid strategien.

Getij-asymmetrie in relatie tot sedimenttransportGetij-asymmetrie is een belangrijk mechanisme dat netto sedimenttransport benvloeden. Voorfijn sediment zijn twee soorten getij-asymmetrie relevant. Het eerste type betreft de ongelijkeperiodes van vloed en eb, wat overeenkomt met ongelijke maximale snelheden tijdens vloeden tijdens eb. Het tweede type betreft de asymmetrie van de duur van HW- en LW-kentering.Uit de analyse wordt geconcludeerd dat voor het Eems-Dollard estuarium het tweede type getijasymmetrie belangrijk is voor het veroorzaken van landwaarts netto sedimenttransport. In hetbuitenste deel van het estuarium ontwikkelt dit type asymmetrie zich in de richting van "meersedimentimport". Hoewel de beperkte gegevens geen informatie over de ontwikkeling van dittype getij-asymmetrie in het binnenste deel van het estuarium geven, verwachten wij dat deontwikkeling in dezelfde richting is. Voor de ontwikkeling van het eerste type getij-asymmetrielijkt het dat Leerort een omslagpunt in het systeem vormt. Stroomopwaarts van dit station is deontwikkeling meer vloeddominant, terwijl stroomafwaarts van dit station de ontwikkeling mindervloeddominant (leb-dominant) gaat. De veranderingen zijn in de afgelopen periode sindsongeveer 1995 versneld. Opgemerkt wordt dat de ontwikkeling van het horizontale getij op eenbepaalde locatie is gerelateerd aan de ontwikkeling van het verticale getij in het gehelestroomopwaartse gebied. Het is niet evident dat de ontwikkeling van het eerste type getij-asymmetrie sedimentimport nu meer dan in het verleden heeft veroorzaakt. Analyses vantroebelheidgegevens (zie bijvoorbeeld Vroom et al., 2012) hebben aangetoond dat desedimentconcentratie in het estuarium is toegenomen in de laatste decennia. Dit betekent datde sedimentimport is verhoogd om de hogere export door dispersie te balanceren. Deoorzaken van de toegenomen import moet dus worden gevonden in de ontwikkelingen van hettweede type getij-asymmetrie en andere processen / mechanismen zoals estuariene circulatieen bronnen / putten van sediment (zoals baggeren en storten). Eerdere analyse heeftaangetoond dat de veranderingen van baggeren en storten van baggerspecie van belang isvoor de toename van de troebelheid in het estuarium (zie Hoofdstuk 2).

Hydraulische weerstandHydraulische weerstand is gerelateerd aan beide aspecten hierboven besproken. Het heeftdirecte invloed op de getijamplificatie omdat hydraulische weerstand is een belangrijke factordie de getijamplitude in een estuarium benvloedt. In een troebel gebied wordt de effectieveruwheid benvloed door de sedimentconcentratie omdat de dichtheidsgradint over dewaterdiepte door sediment een dempend effect op turbulentie heeft (Winterwerp et al., 2009).De positieve terugkoppeling tussen de toenemende getijamplificatie en sedimentimport wordtbeschouwd als het mechanisme dat de waargenomen ontwikkeling in de Ems River heeftveroorzaakt (Winterwerp en Wang, 2013 ;Winterwerp et al., 2013).In deze analyse is de effectieve hydraulische ruwheid onderzocht door te kijken naar deafhankelijkheid van de getijamplificatie op de getijamplitude (getijslag). De resultaten van deanalyse laten zien dat de hele Eems Rivier (tot Herbrum) en het binnenste deel van de Dollardzich gedragen als een troebel gebied in de zin dat de sedimentconcentratie hoog genoeg is omde effectieve ruwheid te benvloeden.

Relatie tot de menselijke ingrepenEen inventarisatie leerde dat vele menselijke ingrepen al sinds de Middeleeuwen hebbenplaatsgevonden in het estuarium (zie bijlage). Deze ingrepen kunnen worden onderverdeeld in


Deltares~Datum19 december 2013

Pagina17/17

drie typen: landaanwinning, verbeteren en onderhouden van vaargeul, en waterbouwkundigewerken. Landaanwinningen zijn allemaal uitgevoerd vr de periode waarin dewaterhoogtegegevens beschikbaar zijn. Daarom kan de invloed van dit type ingrepen nietworden gedentificeerd in de huidige analyse. De invloed van de verdieping van de vaargeul opde getijamplificatie is duidelijk aangetoond voor het binnenste gedeelte van het estuarium, deEems Rivier. De verdieping heeft ook geleid tot een daling van het midden-tij bij hetbovenstroomse deel van de rivier, hoewel de bochtafsnijdingen in de rivier ook aan de dalingkan hebben bijgedragen. Voor het buitenste deel van het estuarium, de Dollard, is hetonmogelijk geweest om de ontwikkelingen van de getijamplificatie en van de getij-asymmetriedirect naar bepaalde vormen van menselijk ingrepen te relateren. Blijkbaar is voor dit relatiefgroter gebied de geleidelijke morfologische ontwikkeling net zo belangrijk geweest als dedirecte werking van de menselijke ingrepen.

Kansrijke lange termijn veiligheidsstrategieën Eems Dollard

Documents

Transcript of Kansrijke lange termijn veiligheidsstrategieën Eems Dollard