Bodemsprongen Pannerdensche Kop en IJsselkop

Abstract

Ter vergroting van de afvoercapaciteit zullen er in de toekomst door aanleg van nevengeulen langs het rivierengebied nieuwe splitsingspunten ontstaan. Het is daarom belangrijk voldoende voorspellende kennis te hebben van het morfologisch gedrag van deze splitsingspunten. In deze studie staat het l-dimensionale gedrag van de lokale bodemligging t.p.v. splitsingspunten centraal. Bij een splitsingspunt zal de bodemligging zich namelijk stapsgewijs aanpassen aan de nieuwe omstandigheden benedenstrooms. De omvang van deze sprong in de bodemligging is afhankelijk van de geometrie en de in de tijd varierende hydraulische condities ter plaatse. Om tot meer inzicht te komen in het gedrag van bodemsprongen, zijn er in dit rapport meetdata betreffende de splitsingpunten Pannerdensche Kop en IJsselkop geanalyseerd. Op lokaal schaalniveau wordt een splitsingspunt per benedenstroomse riviertak geschematiseerd als een overgangspunt naar een nieuwe rivierbreedte en als een onttrekkingspunt van afvoer en sediment. Hieruit volgt een evenwichtsuitdrukking voor de bodemsprong per riviertak. Tevens is er een relaxatiemodel af te leiden (Sieben, 1999) bestaande uit een gelineariseerde evenwichtsuitdrukking en een uitdrukking voor de morfologische tijdschaal. Met dit model, dat gebaseerd is op een quasi-stationaire rigid-lid benadering, wordt de aanpassing van bodemsprongen in de tijd beschreven. M.b.v. een gevoeligheidsanalyse is de invloed nagegaan van een aantal coefficienten uit de evenwichtsuitdrukking voor de bodemsprong. Het meest opmerkelijk is hierbij de relatie tussen de k-waarde (machtscoefficient afkomstig uit de knooppuntrelatie) en de n-waarde (machtscoefficient afkomstig uit de transportformule van Engelund en Hansen). Vanwege falend limietgedrag voor grote afvoeronttrekkingen heeft k als hypothetische bovengrens de waarde van n. Deze hypothese lijkt enkel van belang te zijn bij splitsingspunten waar de afvoerverdeling sterk kan varieren en dus een extreme waarde aan kan nemen (kan bijvoorbeeld voorkomen bij splitsingspunten t.g.v. nevengeulen). De bovenstaande hypothese lijkt met enkele aannames (afvoerverdeling is afhankelijk van de lokale bodemligging en morfologische tijdschaal is relatiefkort) uitgebreid te kunnen worden tot een stabiliteitsvoorwaarde voor splitsingspunten gebaseerd op een lokaal schaalniveau. Wanneer k kleiner is dan n, is er sprake van een realistische maar instabiele beschrijving van de lokale bodemligging en wanneer k groter is dan n, geeft het model een niet-realistische maar wel stabiele beschrijving. Dit lijkt op de stabiliteitsvoorwaarde gebaseerd op een globaal schaalniveau (Wang, 1993), die luidt dat k groter moet zijn dan n/3 voor een stabiel splitsingspunt. In de datasets met bodempeilingen betreffende de Pannerdensche Kop en de IJsselkop zijn de verschillende bodemsprongen duidelijk terug te vinden. In de lange termijn ontwikkeling van deze bodemsprongen is er tevens een sterke relatie waar te nemen met de hydraulische data. Op basis van jaargemiddelde hydraulische invoer, geeft de evenwichtsuitdrukking voor het splitsingspunt Pannerdensche Kop een goede beschrijving van het lange termijn gedrag. De evenwichtsbodemligging t.p.v. het splitsingspunt IJsselkop is door toedoen van de stuwen in de Nederrijn sterk afvoerafhankelijk. Omdat in de bodempeilingen enkel de lokale evenwichtsbodemligging behorende bij hoge afvoer is terug te vinden, lijkt dit splitsingspunt hoogwaterdominant te zijn. De evenwichtsbodemligging behorende bij lage afvoer wordt door de grotere morfologische tijdschaal niet bereikt. Toepassing van het relaxatiemodel met jaargemiddelde hydraulische invoer en een afvoerafhankelijke tijdschaal toont dit aan. ' De verhouding myrn, (lineaire coefficienten uit de transportformule van Engelund en Hansen) blijkt bij het afstemmen van de modelresultaten op de bodempeilingen een geschikte parameter te zijn voor de kalibratie. Om het korte termijn gedrag van de lokale bodemligging te achterhalen, zijn multibeam data geanalyseerd van de Pannerdensche Kop bij hoogwateromstandigheden. Deze data lijken uit te wijzen, dat de morfologische tijdschaal van de bodemsprongen behorende bij deze extreme hydraulische omstandigheden een ordegrootte heeft van ongeveer een tiental dagen.