Hoogwaterafvoer

Algemeen

De rivierafvoeren die Nederland binnenkomen bepalen samen met de dimensies en karakteristieken van de riviertrajecten hoe een afvoergolf zich door de rivieren verplaatst en bepalen daarmee ook de hoogwaterstanden. Het IRM-studiegebied kent ruim 1.100 km aan primaire waterkeringen langs de Rijntakken en de Maas. Deze keringen zijn essentieel om te voorkomen dat het achterliggende gebied overstroomt bij hoge rivierafvoeren. Er zijn ook locaties waar geen primaire keringen aanwezig zijn, omdat het rivierbed direct grenst aan hoge gronden. Dit is vooral in de Maasvallei het geval en op enkele locaties langs de Nederrijn en IJssel.

Rijn

Eén van de belangrijke aspecten bij hoogwater langs de Rijntakken is het verdelen van de afvoer over de Rijntakken conform de beleidsmatige afvoerverdeling bij een afvoer bij Lobith van 16,000 m³/s. Een afwijking van deze beleidsmatige afvoerverdeling zorgt voor hoger dan verwachte waterstanden langs één of meerdere van de Rijntakken, waardoor een veilige afvoer van hoogwater langs die takken onder (grote) druk komt te staan. De regelwerken op de splitsingspunten worden voor het begin van elk hoogwaterseizoen eenmalig ingesteld om zo goed mogelijk aan de beleidsmatige afvoerverdeling te kunnen voldoen. Een andere instelling kan het gevolg zijn van veranderde condities, bijv. een rivierverruimende ingreep. Om dergelijke veranderingen op te kunnen vangen, is het belangrijk dat de regelwerken voldoende regelbereik hebben, d.w.z. dat ze niet helemaal open of helemaal dicht hoeven te staan. In de huidige situatie heeft het regelwerk Pannerden (bij de splitsing van de Boven-Rijn in de Waal en Pannerdensch Kanaal) voldoende regelbereik en heeft regelwerk Hondsbroeksche Pleij (bij de splitsing van het Pannerdensch Kanaal in de Nederrijn en IJssel) net of net niet voldoende regelbereik (Asselman et al., 2022a).

De hoogwaterstanden langs de Waal zijn relatief hoger (Figuur 5‑1) dan die langs de andere takken. Dit komt doordat de Waal relatief smalle uiterwaarden heeft in verhouding tot de afvoer die via de Waal moet worden afgevoerd. Dit zorgt tevens voor opstuwing van de hoogwaterstanden richting Duitsland. Met name het traject Waalbochten en de benedenloop vanaf Sint Andries zijn relatief krap.

Daarnaast kennen de Rijntakken enkele hydraulische flessenhalzen (zie Systeembeschouwing IRM). Hier zorgt de lokale situatie (bijvoorbeeld een vernauwing door brughoofden) voor een opstuwing van de hoogwaterstanden. Met name langs de IJssel is dit zichtbaar in Figuur 5‑1, waarin is te zien dat het waterstandsverhang (verloop van de waterstand als functie van afstand) op diverse locaties zeer steil is.

Maas

Voor de Maas is de mate van topvervlakking een belangrijk aspect dat de hoogwaterstanden bepaalt. Als een afvoergolf zich door een rivier verplaatst, zal deze vervormen. In benedenstroomse richting wordt de golf breder maar minder hoog, waardoor de piekafvoeren lager worden in benedenstroomse richting, oftewel topvervlakking. Een bredere en minder hoge hoogwatergolf is gunstig voor de hoogwaterstanden, maar kan mogelijk nadelig zijn voor geotechnische faalmechanismen van dijken door de iets langere duur van hoogwater. De mate van topvervlakking wordt door de dimensies en karakteristieken van de rivier te maken. Brede, ruwe uiterwaarden zorgen bijvoorbeeld voor meer topvervlakking. In de Maasvallei zorgen de (lokaal) brede en diepe uiterwaarden, zoals de Maasplassen bij Roermond, voor sterke topvervlakking. Het effect is sterk voor korte, spitse afvoergolven en zwak voor brede en/of hoge afvoergolven. Netto zorgt dit ervoor dat de hoogwaterstanden lager zijn langs de Bedijkte Maas.

Beoordeling

In de huidige situatie (niet t.o.v. de norm in 2050) is sprake van een hoogtetekort van 0 tot 0,3 m voor de keringen van verschillende riviertrajecten langs de Rijn en Maas en de Vecht (Asselman et al., 2022a; berekend met OKADER). Alleen langs de Nederrijn-Lek is het hoogtetekort klein en is er met beperkte dijkversterkingen sprake van een veilige afvoer van hoogwater. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de trajecten verschillende normen kennen en dat dus de frequentie van het hebben van onvoldoende hoogte verschilt. De huidige situatie van de Nederrijn-Lek wordt ‘groen’ gescoord. Voor de andere riviertakken is de huidige situatie ‘oranje’ gescoord.

^{Figuur 5‑1 Waterstanden (m+NAP) op de Rijntakken bij bodem 2018 en 2050 en waterstandsverschillen door overgang bodem 2018 naar 2050. Bron: Asselman et al., 2022.}

Algemeen

In de referentiesituatie veranderen de hoogwaterstanden met een bepaalde herhalingstijd met name door veranderingen in de rivierbodemligging (zie Figuur 5‑1) en als gevolg van klimaatverandering. Ook lopende en reeds geplande dijkversterkingsprojecten en verruimingsprojecten in de verre planfase, bijv. Meanderende Maas en Rivierklimaatpark IJsselpoort, behoren tot de referentiesituatie en bepalen de score op het aspect hoogwaterstanden. Overig beleid wordt verondersteld gelijk te blijven (bijv. baggeren-storten in de benedenlopen van de rivieren, maaibeleid, overig beheer & onderhoud).

Om het effect van klimaatverandering in beeld te brengen, zijn deltascenario’s ontwikkeld. Daarnaast geven ze ook een beeld van sociaaleconomische ontwikkelingen. Daarmee geven ze een samenhangend beeld van klimatologische en sociaaleconomische ontwikkelingen, de onzekerheden daarin en welke implicaties dit meebrengt voor waterbeheer. Hierbij is in scenario Stoom sprake van een grote sociaaleconomische groei en snelle klimaatverandering (conform de KNMI ’14 scenario’s), en in scenario Rust sprake van sociaaleconomische krimp en matige klimaatverandering (zie Figuur 5-2). In de referentiesituatie wordt uitgegaan van het scenario Stoom.

^{Figuur 5‑2 Deltascenario’s: Rust, Druk, Stoom en Warm (Wolters, Hunink, Delsman, de Lange, Schasfoort, van der Mark, van den Born, Dammers, Rijken & Reinhard, S., 2017).}

Rijn

Door klimaatverandering zullen hoge afvoeren vaker voorkomen, waardoor ook hoogwaterstanden frequenter worden. Voor een bepaalde herhalingstijd (of ‘terugkeertijd’) neemt de afvoer toe. Voor de Rijntakken wordt in het KNMI ’14 scenario (W_Hdry) uitgegaan van een stijging van de afvoer van 16.000 m³/s naar 17.000 m³/s bij Lobith bij dezelfde terugkeertijd (Asselman et al., 2022a).

Er wordt vanuit gegaan dat de beleidsmatige afvoerverdeling, met het staande beleid ‘Lek ontzien’, wordt gehandhaafd en daarbij wordt afgestemd op een afvoer van 17.000 m³/s. Daarmee zou de afvoer op de Lek niet stijgen als gevolg van klimaatverandering. Langs deze tak nemen de hoogwaterstanden dan ook niet toe als gevolg van klimaatverandering. Tevens zorgt dit aangenomen beleid (afvoerverdeling op basis van 17.000 m³/s) ervoor dat de regelwerken meer regelbereik krijgen en beiden ongeveer in de middenstand komen (Asselman et al., 2022a). Met de toegenomen hoogwaterafvoer krijgen de Waal, Pannerdensch Kanaal en IJssel te maken met hogere afvoeren. Ook langs de Vecht en in de IJssel-Vechtdelta zijn hogere afvoeren te verwachten en nemen hoogwaterstanden toe. Dit wordt uitgedrukt in het “klimaateffect”: effect van een toename van hoogwaterstanden bij een vaste terugkeertijd, dus als gevolg van een toename van de afvoer van 16.000 m³/s naar 17.000 m³/s. Voor de Rijntakken (m.u.v. de Nederrijn-Lek) en IJssel-Vechtdelta bedraagt het klimaateffect tussen de 0,2 m en 0,4 m (zie Figuur 5-3). Dit klimaateffect is tot op zekere hoogte vergelijkbaar voor de periode 2050-2100 bij een verdere toename van de afvoer van 17.000 m³/s naar 18.000 m³/s. Voor de benedenlopen van de Waal en Lek (Boven-Merwede en Lek) zorgt zeespiegelstijging voor een verdere stijging van de hoogwaterstanden. Dit is met name in situaties waarin keringen gesloten worden, wat frequenter nodig is bij zeespiegelstijging.

^{Figuur 5‑3 Gemiddelde hoogteopgave om aan de norm te voldoen in 2050 voor de IRM-trajecten in de Maas en de Rijntakken (Asselman et al., 2022a).}

Doorgaande veranderingen in de rivierbodem hebben ook een invloed op de hoogwaterstanden langs de Rijntakken (Figuur 5‑1). Enerzijds is dat een direct effect: veranderingen in de rivierbodemligging werken voor ongeveer 25 tot 50 procent door in de hoogwaterstanden, met een groter effect in de riviertakken met relatief smallere uiterwaarden (bijv. de Boven-Rijn) en een kleiner effect in de riviertakken met relatief brede uiterwaarden (bijv. de IJssel) (HKV, 2020). Op sedimenterende riviertrajecten (zie Figuur 2-8) nemen de hoogwaterstanden dus toe als gevolg van de veranderde bodemligging en op eroderende riviertrajecten (zie Figuur 5-1) nemen de hoogwaterstanden dus af. Met de te verwachten bodemveranderingen in 2050, blijven de veranderingen van de hoogwaterstanden beperkt tot een orde van 0,1 m (Asselman et al., 2022a). Anderzijds is er sprake van een indirect effect door een verandering van de bodemligging als de afvoerverdeling verschuift door de ongelijke rivierbodemerosie bij de splitsingspunten. Door de grotere erosie van de Boven-Waal, trekt de Waal meer afvoer. Om dit te compenseren moet de instelling van de regelwerken enigszins aangepast worden, maar dit valt binnen het regelbereik (Asselman et al., 2022a). Daardoor veranderen door dit indirecte effect de afvoeren van de Waal, Nederrijn-Lek en IJssel bij hoogwater niet. Voor de Rijntakken wordt het klimaateffect (effect van een toename van de afvoer van 16.000 m³/s naar 17.000 m³/s bij dezelfde terugkeertijd) bij sommige trajecten dus enigszins versterkt en bij sommige trajecten dus enigszins gedempt als gevolg van de bodemerosie en -sedimentatie.

Als gevolg van rivierverruiming kunnen in de referentiesituatie de hoogwaterstanden afnemen t.o.v. de huidige situatie. Het Rivierklimaatpark IJsselpoort zorgt bijvoorbeeld in de Boven-IJssel, Boven-Nederrijn en Pannerdensch Kanaal voor een waterstandsverlagend effect. Dergelijke ontwikkelingen in de referentiesituatie zorgen dus voor een variërend beeld van de benodigde dijkversterking om aan de norm te voldoen. Doordat de beleidsmatige afvoerverdeling wordt afgestemd op een Rijnafvoer van 17.000 m³/s met het staand beleid ‘Lek ontzien’, worden de hoogwaterstanden langs de Nederrijn-Lek voor een gegeven herhalingstijd niet groter. Wel komen zeer hoge hoogwaterstanden bij andere afvoeren vaker voor. Door het beperkte effect van klimaatverandering krijgt de Nederrijn-Lek een ‘groene’ score. Langs de andere Rijntakken nemen de hoogwaterstanden grotendeels flink toe als gevolg van klimaatverandering en ontstaan er t.o.v. de huidige situatie grotere hoogtetekorten voor de keringen (Asselman et al., 2022a) (zie Figuur 5-1). Hierdoor kunnen hoogwaters (hoogwaterstanden) langs deze takken niet veilig gekeerd worden zonder grootschalige dijkversterkingen. Voor diverse trajecten (bijvoorbeeld langs de Waal) zijn deze versterkingen reeds uitgevoerd of zijn deze in de planfase. Voor de overige trajecten zullen dijkversterkingen worden uitgevoerd in de periode tot 2050. Bij een dijkversterking wordt rekening gehouden met de klimaatopgave tot minimaal 2050 (en vaak 2085 of verder). Na uitvoering van deze dijkversterkingen is sprake van een veilige afvoer van hoogwater. Desondanks nemen de hoogwaterstanden wel toe met enkele decimeters. Derhalve krijgen deze takken een ‘rode’ score. De hoogwaterveiligheid in 2050 is niet in het geding door het uitvoeren van de dijkversterkingen in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP).

Maas

Ook bij de Maas neemt de hoogwaterafvoer bij een gegeven herhalingstijd (1:300 voor de Maasvallei en 1:10.000 voor de Bedijkte Maas) toe als gevolg van klimaatverandering tot 2050. Dit resulteert in een klimaateffect (waterstandsverhoging als gevolg van de toename in afvoer) variërend tussen de 0,2 m en 0,4 m (Figuur 5-3). Dit klimaateffect is tot op zekere hoogte vergelijkbaar voor de periode 2050-2100 bij een verdere toename van de afvoer. Net als voor de Rijntakken geldt dat veranderingen in rivierbodemligging zorgen voor enige versterking dan wel demping van het klimaateffect.

Langs de Maas zijn diverse rivierverruimende ingrepen voorzien. Het project Meanderende Maas zorgt voor rivierverruiming en een verlaging van de hoogwaterstanden langs de Bedijkte Maas. In de Maasvallei zijn er 12 rivierverruimende systeemmaatregelen voorzien om te compenseren voor het laten vervallen van de overstroombaarheidseis (conform de Leidraad Rivieren) van de keringen (Asselman, Barneveld, Klijn & van der Winden, 2018). Door het overstromen van keringen in de Maasvallei bij zeer hoge afvoeren zou de rivier voldoende ruimte hebben om de afvoergolf op te vangen en daarmee de Bedijkte Maas te ontlasten (topvervlakking). Door het laten vervallen van deze afspraak, nemen de hoogwaterstanden in de Maasvallei en in de Bedijkte Maas toe. De 12 voorziene systeemmaatregelen moeten ervoor zorgen dat de mate van topvervlakking gelijk blijft, zodat de waterstanden in de Bedijkte Maas niet te ver toenemen. Het laten vervallen van de afspraak ten aanzien van overstroombaarheid in combinatie met de systeemmaatregelen zal riviertakgemiddeld een beperkt effect hebben op de hoogwaterstanden. Wel dient hierbij opgemerkt te worden dat de dijken langs de Bedijkte Maas een veel hogere norm kennen dan die van de Maasvallei, waardoor topvervlakking bij normcondities waarschijnlijk gebeurt voor de Bedijkte Maas.

Met name vanwege het klimaateffect nemen de hoogwaterstanden langs de Maas dus voornamelijk toe ten opzichte van de huidige situatie. Hierdoor kunnen hoogwaters (hoogwaterstanden) langs de Maas niet veilig gekeerd worden en zijn dijkversterkingen nodig. Deze dienen hoe dan ook in 2050 voor een veilige afvoer van hoogwater te zorgen. Echter, door de toename van de hoogwaterstanden krijgt de Maas een ‘rode’ score. De hoogwaterveiligheid in 2050 is niet in het geding door het uitvoeren van de dijkversterkingen in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), zodat alle primaire waterkeringen in Nederland in 2050 voldoen aan de eisen uit de Waterwet.

Waterbergingscapaciteit is belangrijk voor een veilige afvoer van water. Het zorgt ervoor dat de piek van een hoogwater afvoergolf afgetopt en afgevlakt wordt, zogenaamde topvervlakking. Topvervlakking verlaagt de piekafvoer en piekhoogwaterstanden voor benedenstroomse riviertrajecten. Met name de topvervlakking in de Maasvallei (voor de primaire keringen) is van belang voor de hoogwaterveiligheid in de benedenstroomse lopen van de Maas (Bedijkte Maas). De Rijntakken kennen bij hoogwatercondities slechts zeer beperkte waterberging. Enkel voor de benedenlopen waar er invloed is van het zeeniveau of het meerpeil, is waterberging relevant. Bijvoorbeeld, in de IJssel-Vechtdelta dient er voldoende waterbergingscapaciteit te zijn om de afvoer van de IJssel en Vecht tijdelijk te kunnen bergen in het geval van stormopzet vanaf het IJsselmeer. Dit gebeurt in de huidige situatie onder meer langs het Zwarte Water en op het Kampereiland.

In de huidige situatie is er op enkele trajecten geen sprake van een veilige afvoer van water, onder meer vanwege een hoogtetekort (Asselman et al., 2022a), zie ook het aspect Hoogwaterstanden. De waterbergingscapaciteit draagt in de huidige situatie dus in onvoldoende mate bij om een veilige afvoer van water overal te kunnen garanderen. Door de beperkte waterbergingscapaciteit langs de Rijntakken worden deze, m.u.v. de Nederrijn-Lek, een ‘oranje’ score toegekend. Door het staande beleid Lek ontzien is waterbergingscapaciteit niet relevant langs de Nederrijn-Lek en scoort deze ‘groen’ op dit aspect. De Maas scoort ‘groen’ op dit aspect, omdat de waterbergingscapaciteit langs de Maas groter is.

In de referentiesituatie is er slechts een beperkte verandering van de waterbergingscapaciteit t.o.v. de huidige situatie.

Rijn

Voor de Rijntakken is er in de referentiesituatie sprake van een veilige afvoer van hoogwater doordat het Hoogwaterbeschermingsprogramma randvoorwaardelijk is in 2050. Hoge afvoeren worden wel alleen maar frequenter en hoger t.o.v. de huidige hoge afvoeren. In de referentiesituatie zijn geen maatregelen voorzien om de waterberging grootschalig uit te breiden. Echter, langs de Rijntakken is waterberging maar beperkt relevant voor het doel. Enkel in de IJssel-Vechtdelta draagt waterberging significant bij aan een veilige afvoer van hoogwater. Met name tijdens stormcondities en stormopzet vanaf het IJsselmeer dient de afvoer van de Vecht geborgen te worden op het Kampereiland en langs het Zwarte Water. Vanwege klimaatverandering en daarmee gepaarde hogere rivierafvoeren zal deze bergingscapaciteit vaker ontoereikend zijn.

Voor de Rijntakken, m.u.v. de Nederrijn-Lek wordt wederom een ‘oranje’ score toegekend. De Nederrijn-Lek wordt wederom een ‘groene’ score toegekend. De hoogwaterveiligheid in 2050 is niet in het geding door het uitvoeren van de dijkversterkingen in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), zodat alle primaire waterkeringen in Nederland in 2050 voldoen aan de eisen uit de Waterwet.

Maas

Voor de Maas is een belangrijke ontwikkeling het laten vervallen van de overstroombaarheidseis van de keringen en de daarmee gepaarde versterkingen, waardoor de waterbergingscapaciteit afneemt. Dit wordt (deels) gecompenseerd door de voorgenomen 12 systeemmaatregelen in de Maasvallei. Als gevolg van klimaatverandering gaat de waterbergingscapaciteit (van de Maas) vaker ontoereikend zijn, gegeven de hogere afvoeren die plaats kunnen vinden. Waterberging zorgt er niet voor dat hoogwater veilig afgevoerd kan worden. In het toekomstige klimaat, met hogere en frequentere hoogwaters, zou meer waterberging langs de Maas voor een veiliger afvoer van hoogwater kunnen zorgen.

Doordat de waterbergingscapaciteit nauwelijks verandert met de autonome ontwikkelingen en bestaand beleid, zal deze voor de Maas vaker ontoereikend zijn vanwege het effect van klimaatverandering en zijn dijkversterkingen nodig. Dit aspect scoort daarom ‘oranje’ voor de Maas. De hoogwaterveiligheid in 2050 is niet in het geding door het uitvoeren van de dijkversterkingen in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), zodat alle primaire waterkeringen in Nederland in 2050 voldoen aan de eisen uit de Waterwet.