SimGro en stroming in open waterlopen

SimGro

In SimGro is een nauwkeurige beschrijving van hydrologische processen in de bodem mogelijk. Voor het open water wordt een bakjesmodel gebruikt. Het oppervlaktewatersysteem wordt opgedeeld in zogenaamde 'waterloopvakken' met een horizontaal waterpeil en de wateruitwisseling tussen de waterloopvakken wordt beschreven met een peil-afvoerrelatie.

Peil-afvoerrelatie

De peil-afvoerrelatie geeft de afvoer (Q) als functie van de waterstand in het bovenstroomse waterloopvak (Q(hbovenstrooms)-relatie). Het debiet Q van het bovenstroomse vak naar het benedenstroomse vak is dus alleen afhankelijk van de waterstand in het bovenstroomse waterloopvak.

Doel afstudeerwerk

In hellende gebieden, met relatief grote peilverschillen, is SimGro met succes toegepast. In een vlak gebied zoals Utrecht-West treedt vaker een gestuwde situatie op waarbij de benedenstroomse waterstand de stroming beïnvloedt. Dit afstudeeronderzoek richt zich op het in beeld brengen van de consequenties van een Q(hbovenstrooms)-relatie in een dergelijk gebied en het doen van voorstellen hoe hiermee kan worden om gegaan.

Aanpak

Om de beperkingen van een Q(hbovenstrooms)-relatie te analyseren, is een theoretische analyse uitgevoerd van stroming in open waterlopen. Vervolgens is een bakjesmodel geprogrammeerd in MatLab (wiskundig softwarepakket). Voor een aantal situaties is de uitkomst van dit bakjesmodel vergeleken met uitkomsten van Sobek. Sobek is een softwarepakket dat stroming in open waterlopen simuleert op basis van de bewegingsvergelijkingen, en dus ook rekening houdt met de benedenstroomse waterstand.

De gesimuleerde situaties zijn typerend voor Utrecht-West en bestaan uit een waterloop met verschillende combinaties van kunstwerken (duikers en stuwen) die met verschillende debieten wordt belast.

De Q(h)-relaties voor het bakjesmodel zijn met behulp van Sobek afgeleid. Vervolgens zijn de resultaten van het bakjesmodel vergeleken met die van het Sobek-model.

Conclusies

Wanneer de benedenstroomse waterstand van invloed is op de stroming in het systeem kan een Q(hbovenstrooms)-relatie niet zondermeer worden gebruikt. Deze situatie komt in een vlak gebied relatief vaak voor, bijvoorbeeld bij duikers en verdronken stuwen. Voor correcte resultaten van het bakjesmodel moet bij het afleiden van de Q(hbovenstrooms)-relatie een goede schatting zijn gemaakt van de benedenstroomse waterstand. Dit kan in een iteratief proces waarbij de resultaten van het bakjesmodel gebruikt worden om een verbeterde Q(hbovenstrooms)-relatie af te leiden, die vervolgens weer in het bakjesmodel wordt ingevoerd. Een dergelijke aanpak is echter alleen mogelijk als bij de voorkomende bovenstroomse waterstanden geen wezenlijk verschillende benedenstroomse water-standen optreden tijdens de simulatie.

Een goede keuze van de grenzen van de waterloopvakken kan deze problemen reduceren. Een meer fundamentele oplossing is het gebruik van een Q(hbovenstrooms,hbenedenstrooms)-relatie in het bakjes- model in plaats van een Q(hbovenstrooms)-relatie.

SimGro moet dan worden aangepast om bij het berekenen van de uitwisseling van water tussen de bakjes rekening te kunnen houden met de peilen in beide waterloopvakken.

Commissie:
Prof.ir. R. Brouwer (TU Delft)
Ir. K. J. Breur (TU Delft)
Ir. A. Veldhuizen (Alterra)
Dr.ir. W. J. Zaadnoordijk (Royal Haskoning)
Drs. S.C. Kramer (TU Delft)

/* */