Analyse Afvoerreeks Borgharen-dorp Opdrachtgever: Referentie opdrachtgever: Referentie opdrachtnemer: Versie: Datum: Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving 4078910 2500 P140415R 2.0 01-07-2014 Inhoudsopgave Summary ................................................................................................................................5 Résumé...................................................................................................................................6 1 2 3 Inleiding ..........................................................................................................................7 1.1 Aanleiding................................................................................................................... 7 1.2 Achtergrond ................................................................................................................ 7 1.3 Probleemstelling .......................................................................................................... 8 1.4 Doelstelling ................................................................................................................. 8 1.5 Leeswijzer .................................................................................................................. 8 Beschrijving van de beschikbare data...............................................................................9 2.1 Periode 1911-1950....................................................................................................... 9 2.2 Periode 1951-1972..................................................................................................... 11 2.3 Periode 1973-1974..................................................................................................... 11 2.4 Periode 1975-31 juli 1978 ........................................................................................... 11 2.5 Periode 1 augustus 1978 – 18 mei 1987 ........................................................................ 11 2.6 Periode 19 mei 1987 - 2011 ........................................................................................ 13 2.6.1 Referentie voor analyses gemiddelde afvoer ........................................................... 13 2.6.2 Referentie voor analyses piekafvoer....................................................................... 14 2.7 Periode 1 januari 2012 – heden ................................................................................... 16 2.8 Samenvatting ............................................................................................................ 16 Invloed methodiek op gemiddelde afvoer .......................................................................17 3.1 4 5 3.1.1 Dagelijkse variatie in het gemiddelde ..................................................................... 18 3.1.2 Dagelijkse afvoerafhankelijke variatie in het gemiddelde ........................................... 18 3.2 Gemiddelde afvoer periode 1951-1972 .......................................................................... 21 3.3 Gemiddelde afvoer periode 1973-1974 .......................................................................... 25 3.4 Gemiddelde afvoer periode 1975 – 31 juli 1978 .............................................................. 26 3.5 Gemiddelde afvoer periode 1 augustus 1978 – 19 mei 1987 ............................................. 26 3.6 Homogenisatie afvoerreeks voor etmaalgemiddelde afvoeren ........................................... 27 Invloed methodiek op piekafvoeren ...............................................................................29 4.1 Piekafvoer periode 1911-1950 ..................................................................................... 29 4.2 Piekafvoer periode 1951-1972 ..................................................................................... 31 4.3 Piekafvoer periode 1973-1974 ..................................................................................... 33 4.4 Piekafvoer periode 1975- juli 1978 ............................................................................... 33 4.5 Piekafvoer periode augustus 1978 – 18 mei 1987 ........................................................... 35 4.6 Homogenisatie afvoerreeks voor piekafvoeren ................................................................ 35 Homogenisatie afvoerreeksen ........................................................................................37 5.1 Opzet homogenisatie .................................................................................................. 37 5.2 Homogenisatie afvoerpieken ........................................................................................ 39 5.2.1 Aangepaste correctie C-piek ................................................................................. 39 5.2.2 Qh-correctie ....................................................................................................... 39 5.2.3 Qtop-correctie .................................................................................................... 39 5.2.4 Aanpassing C-rivier ............................................................................................. 40 5.2.5 Aanpassing C-infra .............................................................................................. 40 5.3 6 7 Gemiddelde afvoer periode 1911-1950 .......................................................................... 17 Homogenisatie afvoerreeks voor gemiddelden ................................................................ 40 Samenvatting en conclusies ...........................................................................................41 6.1 Samenvatting ............................................................................................................ 41 6.2 Kanttekening bij de resultaten ..................................................................................... 41 6.3 Conclusies ................................................................................................................ 42 6.4 Aanbevelingen ........................................................................................................... 42 Literatuur ......................................................................................................................43 Figuren Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur 2.1: Qh-relatie 1911-1932 op basis van DONAR-data. .................................................................... 10 2.2: Aangepaste aflezing uit Qh-relatie 1993-1950 voor de periode 1911-1932 ................................. 10 2.3: Voorbeeld waterstandsverloop onder invloed van waterkrachtcentrale Lixhe ............................... 12 2.4: Afleiding “natuurlijk” waterstandsverloop in referentieperiode ................................................... 12 2.5: Voorbeeld selectie pieken ..................................................................................................... 14 2.6: Afwijking van gemiddelde afvoer op dagen met pieken ............................................................ 15 2.7: Duur van afvoerpieken bij Borgharen..................................................................................... 16 3.1: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1911-1950.......................... 17 3.2: Dagelijkse afwijking van de gemiddelde afvoer ....................................................................... 18 3.3: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1911-1950.......................... 19 3.4: Jaargemiddelde verschil tussen 8-uur afvoer en etmaalgemiddelde afvoer ................................. 19 3.5: Afvoer in jaren met extreme verschillen 8-uur afvoer en etmaalgemiddelde afvoer...................... 20 3.6: Afleiding etmaalgemiddelde uit 8-uur afvoeren over de periode 1911-1950 ................................ 20 3.7: Afleiding vereffeningslijn in twee varianten ............................................................................. 22 3.8: Effect vereffening op verschil met etmaalgemiddelde afvoer ..................................................... 23 3.9: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1951-1972.......................... 24 3.10: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1973-1974 ........................ 25 3.11: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1975-juli 1978................... 26 4.1: Periode 1911-1950; piekafvoer minus 8-uurafvoer .................................................................. 29 4.2: Periode 1911-1950; verschil piekafvoer ................................................................................. 30 4.3: Effect centrale middeling op piekafvoer en 8-uurafvoer ............................................................ 31 4.4: Periode 1951-1972; piekafvoer minus piekafvoer uit 4-uurlijkse data ........................................ 32 4.5: Periode 1951-1972; piekafvoer minus gemiddelde afvoer uit 4-uurlijkse data ............................. 33 4.6: Periode 1975-juli 1978; piekafvoer minus piekafvoer uit uurlijkse data ...................................... 34 4.7: Periode 1975- juli 1978; piekafvoer minus gemiddelde afvoer uit uurlijkse data .......................... 34 Tabellen Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel 2.1: Overzicht beschikbare data voor referentie .............................................................................. 13 2.2: Uitsplitsing gemiddelde afvoer, exclusief dagen met hiaten ........................................................ 14 2.3: Kenmerken pieken in de periode 1988-2011 ............................................................................ 15 3.1: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer 2 benaderingen in periode 1911-1950 ................................... 17 3.2: Statistische kenmerken 14 afvoerklassen in afvoerreeks 1988-2011 ........................................... 18 3.3: Correctie 8-uur afvoer naar gemiddelde afvoer ........................................................................ 21 3.4: Overschrijding maximum aantal aaneengesloten afwijkingen van vereffeningslijn (1). .................. 21 3.5: Overschrijding maximum aantal aaneengesloten afwijkingen van vereffeningslijn (2). .................. 22 3.6: Vergelijkingsbasis periode 1951-1972 ..................................................................................... 23 3.7: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer volgens 2 benaderingen....................................................... 23 3.8: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer 2 benaderingen in periode 1973-1974 ................................... 25 3.9: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer in periode 1975-juli 1978 .................................................... 26 3.10: Vergelijk verschil etmaalgemiddelde afvoer per periode ........................................................... 27 4.1: Verband tussen drempelafvoer en gemiddeld verschil met piekafvoer ......................................... 29 4.2: Voorbeelden correctie 8-uur-afvoer tot piekafvoer in de perioden 1911-1950............................... 30 4.3: Enkele voorbeelden van homogenisatie naar etmaalgemiddelde afvoer ....................................... 30 4.4: Verband tussen drempel 8-uur afvoer en gemiddeld verschil met piekafvoer................................ 32 4.5: Vergelijk verschil etmaalgemiddelde afvoer per periode ............................................................ 35 4.6: Homogenisatie piekafvoer Maas uit DONAR-data ...................................................................... 35 4.7: Enkele voorbeelden van homogenisatie naar piekafvoeren ......................................................... 35 5.1: Verloop van onttrekkingen bovenstrooms van Borgharen in de tijd ............................................. 38 5.2: Homogenisatiedebiet C-rivier conform CR2011......................................................................... 39 5.3: Aangepast homogenisatiedebiet C-rivier .................................................................................. 40 Bijlagen Bijlage 1: Consistentiecheck DONAR-gegevens ................................................................................ 45 Bijlage 2: Qh-correctie 1911-1932.................................................................................................... 49 Bijlage 3: Vervolgstappen ................................................................................................................. 50 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Summary The Dutch flood risk standards are converted into Hydraulic Boundary Conditions. These Hydraulic Boundary Conditions are comprised out of water levels, waves, and other loads to which the primary flood defences are subjected. The conditions then form a basis to determine whether a flood defence still has the required strength and stability, or whether measures have to be taken to improve them during the six yearly assessment period. The Hydraulic Boundary Conditions therefore play a decisive role in assessing Dutch flood defences. The current flood risk standards along the Meuse river has return periods varying between 250 and 2000 years. The observed discharges are essential for establishing the design discharges and standard hydrographs with extremely high return periods. This document discusses the different methods in use for determining the discharges at Borgharendorp, a village situated just downstream from Maastricht. The extrapolation techniques are covered in separate documents. Between 1911 and 2014 seven different methods were used to determine discharges. Simultaneously large river training projects were carried out upstream, and gravel was extracted over large stretches of the river both in the Netherlands and in Belgium. The result of these factors is that the time series are no longer homogeneous. A new homogenisation should be carried out on the basis of information from this study and on infrastructural projects carried out since 1993. Detailed conclusions: Measurements and measurement errors Due to large gravel extractions in the adjacent area it was necessary to recalibrate the measurement site on several occasions between 1911 and 2014. The measurement frequency has increased from daily water level measurements around 08:00 PM in 1911 to a 10 minute averaged measurement since 1987. A proposal for improvement has been worked out for the errors that were identified and discussed. Daily discharges 8 hourly measurements as a measure of daily discharges have a mean error of + 9,6 m3/s. The difference between 8 hourly measurements and daily discharges is dependent on the discharge: o Qcorr = 0 m3/s at 8-h-discharges below 9 m3/s o Qcorr =15 m3/s at 8-h-discharges above 535 m3/s o Qcorr = 3.5893*Ln(Q 8-h) – 7.55 at 8-h-discharges between 9 m3/s and 535 m3/s Homogeneous daily discharges between 1911 and 1951 can be obtained with: Qday = Q8-h - Qcorr Peak discharges The peak discharges below 400 m3/s have been exempted from the study due to dominant influence of weirs and hydroelectric power plants upstream in Belgium. The peak discharges above 400 m3/s can occur at any time during the day. However, due to the operation of weirs upstream in Belgium there are more peak discharges in the weekends and significantly less on Tuesdays and Thursdays. The peak discharges above 800 m3/s take place in the mornings between 06.00 a.m. and 10:00 a.m. There is no longer a difference between weekends and the rest of the week. The peak discharges last for about 150-200 minutes, independent of the observed discharge. Corrections For the transformation of 8 hourly measurements (Q8-hour) into the peak discharges (QPeak), Discharges from 1911 to 1951 o Discharges above 1480 m3/s should be corrected with the current correction of +35 m3/s. o For discharges lower than 1480 m3/s this is insufficient. The following correction should be used : QPeak = -0.0296*Q8-hour+78.9. Discharges from 1951 to May 18th, 1987. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 5 Rapportage o Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R The peak discharges are only partially available. In case of missing peak discharges an estimation of the peak discharge is obtained by adding 90m 3/s to the averaged discharge. Suggestions for homogenisation Due to major river training works and gravel extraction homogenization is required to achieve time series that are once again homogeneous. The following corrections are proposed: A correction of the peak discharges from 1911 to 1950 A correction of the lower peak discharges from 1951 to 1987 A correction on account of withdrawal Albertcanal and Julianacanal A correction on account of large infrastructural projects in Belgium still should be carried out. Résumé Le risque d’inondation aux Pays-Bas, prenant la forme de normes légales, est traduit en termes de conditions hydrauliques. Ces conditions hydrauliques comprennent le niveau d’eau, les caractéristiques des vagues et généralement tous les types de contraintes s’appliquant aux protections primaires. Elles permettent d’établir si les protections contre les inondations sont assez résistantes et stables et si des mesures doivent être prises pour les renforcer dans le cadre du contrôle périodique de la sécurité du système, qui a lieu tous les six ans. Elles jouent donc un rôle crucial dans l’évaluation des protections primaires. La période de retour pour les crues corresponds avec les normes en vigueur pour le risque d’inondation le long de la Meuse varie de 250 à 2000 ans. La mesure des débits d’écoulement est essentielle pour l’établissement des débits de dimensionnement et débits de crue ayant une période de retour élevée. Le présent rapport traite des diverses méthodes historiques de détermination du débit au droit de Borgharen. La méthode employée pour extrapoler les mesures historiques de débits d’écoulement en débits de dimensionnement est traitée dans un rapport distinct. De 1911 à 2014, on distingue cinq méthodes différentes pour déterminer le débit au droit de Borgharen. Au cours de cette période, des travaux hydrauliques importants ont eu lieu tout au long de la Meuse. Par ailleurs, aux Pays-Bas comme en Belgique, de grandes quantités de gravier ont été extraites. En raison de ces modifications, la série de mesures temporelles de Borgharen n’est pas homogène, si bien qu’une homogénéisation des données de débit est indispensable. Pour rendre cela possible, deux études préliminaires sont réalisées : la présente étude ainsi qu’une étude complémentaire portant sur les interventions portées sur la Meuse en Belgique après 1993 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 6 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 1 Inleiding 1.1 Aanleiding De afvoerreeks bij Borgharen vormt de basis voor de afvoerduurlijn en de extremewaardenstatistiek bij Borgharen-dorp. Voor de Hydraulische Randvoorwaarden wordt in Nederland elke 6 jaar de extreme-waarden-statistiek herzien. Vorige herzieningen van de extremewaardenstatistiek zijn vastgelegd in [HR2001; WL2004; DELT2009]. In Nederland wordt gewerkt met extreem hoge normen, met als gevolg dat er geëxtrapoleerd moet worden. De gemeten afvoer is de basis voor deze extrapolatie. Voor een herziening van de extreme-waarden-statistiek is homogenisatie van de afvoeren een essentieel onderdeel. Door RWS Dienst Limburg (thans RWS Zuid-Nederland) wordt een afvoerduurlijn gebruikt bij beheersvraagstukken. Voor het opstellen van de afvoerduurlijn is eveneens een homogenisatie noodzakelijk. Tot op heden zijn daarvoor onderdelen van de homogenisatie uit de extreme-waardestatistiek overgenomen. In [RURA2012] is een onderzoek uitgevoerd naar het volume van de afvoergolf bij Borgharen en de invloed daarvan op de benedenstroomse waterstanden. Bij dit onderzoek is het onderdeel Qhcorrectie uit de homogenisatie onderzocht op nut en noodzaak. Geconcludeerd is dat de Qhcorrectie essentieel is voor de extreme-waarden-statistiek, maar leidt tot vergroting van de in [CWM1994] geconstateerde inconsistentie tussen neerslag en afvoer. De afvoerbepaling bij Borgharen is gebaseerd op gemeten waterstanden en een vertaling van deze gemeten waterstand naar een afvoer met behulp van een geldende Qh-relatie. In de loop der tijd is de waarnemingsfrequentie van waterstanden toegenomen van 1*/dag tot 144*/dag. In de bestaande afvoerreeks van Borgharen over de periode 1911-2013 zijn zodoende zeven verschillende afleidingsmethodes te herkennen. Nadere analyse en overleg met dhr. W. Silva van RWS-WVL en van het Deltaprogramma hebben geleid tot het onderhavige onderzoek naar de invloed van de inwinmethode op de afvoer. Voor beide doeleinden (extreme-waarden-statistiek en afvoerduurlijn) is een methode uitgewerkt waarmee de historische data kunnen worden gehomogeniseerd voor verschillen in inwinmethode. 1.2 Achtergrond De afvoerreeks bij Borgharen vormt de basis voor de afvoerduurlijn en de extremewaardenstatistiek bij Borgharen-dorp. De bestaande afvoerreeks van Borgharen over de periode 1911 t/m heden is gebaseerd op Qh-relaties en zeven verschillende afleidingsmethodes: 1. Uit de periode 1911-1950 zijn achteraf 2 Qh-relaties geconstrueerd op basis van de 8uurwaterstand bij Visé en de afvoer op de Grensmaas [WWZO1981]. 2. In de periode 1951-1972 zijn de afvoeren in DONAR niet langer gebaseerd op 8-uur waterstanden, maar werd de afvoer gebaseerd op geldende Qh-relaties bij Borgharenbeneden. Verder werden alle om de 4 uur geregistreerde waterstanden gebruikt. Door deze waterstanden werd grafisch een “gestileerde” waterstand afgeleid. Het criterium daarbij was dat er niet meer dan drie standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn mochten liggen. Hierna werden de op de lijn gelegen 8-uur standen genomen als “gestileerde” 8-uur stand. Het resultaat zou een betere benadering moeten geven van de gemiddelde dagafvoer. 3. In de periode 1973-1974 zijn de afvoeren gebaseerd op het gemiddelde van de om de 4 uur geregistreerde waterstanden bij Borgharen-beneden en de geldende Qh-relatie. 4. In de periode 1975 – 31 juli 1978 werd de etmaalafvoer bepaald uit het gemiddelde van 24 uurlijkse waarnemingen van waterstand en de daaruit afgeleide afvoeren uit afvoerkromme 1976 voor Borgharen-dorp. 5. Voor de periode 1 augustus 1978 – 19 mei 1987 werd de gemiddelde afvoer bepaald als de gemiddelde afvoer van 288 5-minuten waarnemingen van waterstanden en de daaruit afgeleide afvoeren bij verschillende Qh-relaties. 6. Voor de periode 19 mei 1987 – 2011 werd de gemiddelde afvoer bepaald als de gemiddelde afvoer van 144 10-minuten waarnemingen van waterstanden en de daaruit afgeleide afvoeren bij de verschillende Qh-relaties. 7. Vanwege de voortgang van de werkzaamheden van consortium Grensmaas nabij Borgharen wordt voor de periode 2012-heden de afvoer bij Borgharen tijdelijk afgeleid uit een balansberekening tussen de meetpunten St. Pieter, Jeker, Bunde (Julianakanaal) en Smeermaas (Zuid-Willemsvaart). 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 7 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Verschillen in afleidingsmethodes leiden naar verwachting tot verschillen in de resulterende etmaalgemiddelde afvoer en in de piekafvoer. Hoe groot deze verschillen zijn, is niet duidelijk. Voor het gebruik van afvoeren is een homogene dataset van belang. Daarvoor moet duidelijk worden wat de invloed van de afleidingsmethode is op de resulterende afvoer. 1.3 Probleemstelling Bij het opstellen van de extreme-waarden-statistiek is in [CWM1994] een homogenisatie uitgevoerd. Op basis van deze homogenisatie is de werklijn voor HR2001, TMR2006 en CR2011 opgesteld, waarbij nieuwe hydrologische jaren zijn toegevoegd en resultaten van onderzoeken naar de Qh-relatie bij Borgharen zijn meegenomen. De invloed van de afleidingsmethode is slechts in beperkte mate onderzocht. Voor de periode 1911-1950 wordt in het kader van homogenisatie de 8-uur afvoer vermeerderd met 35 m3/s. Deze vermeerdering is ook gebruikt voor lagere pieken tussen 1951-1975 als de werkelijke piek niet is vastgelegd. Voor een piek in 1976 waar alleen een etmaalgemiddelde afvoer bekend is wordt de etmaalgemiddelde afvoer vermeerderd met 70 m3/s. In [CWM1994] is een inconsistentie geconstateerd in de extreme-waarden-statistiek. Voor periode 1911-1932 is of de gevallen neerslag te laag, of de afvoer bij Borgharen te hoog. CR2011 is geconstateerd dat de Qh-correctie (onderdeel homogenisatie) voor de afvoerduurlijn extreme-waarden-statistiek leidt tot een vergroting van de inconsistentie tussen neerslag afvoer. In [RURA2012] is aangetoond dat de Qh-correctie een noodzakelijk onderdeel is van homogenisatie en daarom niet achterwege kan blijven. de In en en de De inconsistentie is in 2009 door Deltares onderzocht in opdracht van RWS Waterdienst [DELT2009]. Het advies ten aanzien van de inconsistentie luidde: “Het handhaven van de inconsistentie en voor de volgende toetsronde onderzoek te doen naar de gehele homogenisatie van de gegevens van de Maas en de correcties in het bijzonder1. ” Een onderzoek naar het effect van de afleidingsmethode is thans een eerste stap in een onderzoek naar de gehele homogenisatie van de gegevens van de Maas. 1.4 Doelstelling Doel van het onderhavige project is het analyseren van de beschikbare 10-minuten afvoerreeks over de periode 1988 – 2011 (huidige meetmethode) en het vergelijken van de afvoer uit deze periode met de afvoer die voor deze periode volgt uit de in het verleden gebruikelijke methodieken. Daarbij wordt zowel de piekafvoer als de etmaalgemiddelde afvoer nader uitgewerkt. Op basis van deze uitwerking komt een methode voor homogenisatie van de afvoerreeks beschikbaar voor etmaalgemiddelde afvoeren en voor piekafvoeren. De homogenisatie methode voor afvoerpieken is dan nog niet volledig. Onderdeel van een meer volledige homogenisatie vormt de invloed van ingrepen op de Belgische Maas op de piekafvoeren. Deze analyse wordt niet meegenomen. Homogenisatie van de afvoergegevens voor extremewaarden-statistiek en voor de afvoerduurlijn valt vooralsnog buiten de scope van dit onderzoek. 1.5 Leeswijzer Hoofdstuk 2 bevat een beschrijving van de beschikbare data. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op de invloed van de verwerkingsmethode op de etmaalgemiddelde afvoer. In hoofdstuk 4 wordt datzelfde gedaan voor de piekafvoeren. In hoofdstuk 5 komt de homogenisatie van de afvoer naar etmaalgemiddelde afvoeren en piekafvoeren aan de orde. Tot slot staan in hoofdstuk 6 de samenvatting en de conclusies. 1 Memo: Inconsistentie Qh-correctie Borgharen voor afvoerduurlijnen Maas; dd 5-1-2010 van RWS-Waterdienst aan RWS-Limburg. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 8 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 2 Beschrijving van de beschikbare data In de inleiding zijn zeven periodes benoemd met onderling afwijkende methodes voor de bepaling van de afvoer bij Borgharen. In dit hoofdstuk worden de verschillende periodes kort besproken. Daarbij wordt per methode ingegaan op de methodiek van afvoerbepaling en worden de beschikbare data geanalyseerd op consistentie. 2.1 Periode 1911-1950 Voor de periode 1911-1950 zijn achteraf 2 Qh-relaties geconstrueerd op basis van de 8uurwaterstand bij Visé en de afvoer op de Grensmaas [WWZO1981]. Uit [WWZO1981]: “Vanwege statistische bewerkingen, zoals de extrapolatie van hoge Maasafvoeren en frequentieberekeningen, had men bij de Directie Algemene Dienst indertijd behoefte aan een afvoerreeks Borgharen over +/- 50 jaar. Deze afvoerreeks heeft men kort na 1950 gereconstrueerd en verzameld in tabellen. Deze tabellen zijn in later jaren bekend geworden en gebleven onder de benaming “handgeschreven lijsten” De afvoergegevens voorkomende op deze lijsten zijn voor de periode 1-1-1911 tot en met 31-12-1950, bepaald met behulp van de destijds geldende afvoerkromme Borgharen gerelateerd aan de benedenwaterstand te Visé. Deze afvoerkromme voor de periode 1933-1950 is gebaseerd op stokdrijvermetingen tussen 1917 en 1940 en de berekende dagelijkse afvoeren te Borgharen (methode M100) tussen 1939 en 1950 en is vastgelegd in Bijlage 10 en 11 van WWZO1981. Bij deze afvoerkromme wordt een correctiemethode aangegeven voor de jaren vóór 1933. Voor de periode voor 1933 werd een toeslag op de gemeten waterstanden aangehouden”. Voor de periode medio 1911 – 1950 werd de geregistreerde 8-uur afvoer aangenomen als gemiddelde afvoer en als piekafvoer. In de loop der tijd heeft het feitelijke moment van registratie gevarieerd rond 8 uur ’s-morgens. De afvoerkromme voor de periode 1933-1950 is bekend. De afvoerkromme voor de periode 19111932 is gereconstrueerd uit de DONAR-gegevens van gemeten 8-uur waterstanden bij Visé en de DONAR-afvoer bij Borgharen. Figuur 2.1 geeft daarvan het resultaat. Boven 48.90m +NAP bij Visé blijkt de Qh-kromme exact gelijk te zijn aan de afvoerkromme uit Bijlage 11 van [WWZO1981] voor de periode 1933-1950. Voor het lage afvoerbereik geeft Figuur 2.2 inzicht in de doorgevoerde aanpassing van de Qh-relatie voor de jaren 1911-1932. Ten aanzien van deze aanpassing vermeldt [WWZO1981]: “Waarom de correcties op de waterstanden van Visé in bepaalde situaties noodzakelijk waren, is niet of nauwelijks na te gaan. Een mogelijke reden zou kunnen zijn: In de jaren voordat stuw Borgharen gebouwd was kwamen zodanig lage waterstanden te Maastricht hoofdsluis voor dat de vereiste voeding van de Zuid-Willemsvaart door middel van de voedingsduiker (+/- 10 m3/s) niet kon worden geleverd. Volgens de tekst bij het 10-jarig overzicht 1941-1950 rekende men met een voeding van 14 m3/s. Volgens dezelfde tekst werd de afvoer bij Borgharen bepaald als: QBorgharen = QVisé + QJeker + QHet driftje – Qvoedingsduiker Voor de Jeker werd 1 m3/s aangehouden Voor het Driftje (verbinding kanaal Luik-Maastricht nabij St. Pieter werd 3 m3/s aangehouden QBorgharen = QVisé – 10 m3/s Met deze methode kwam men op een te lage afvoer bij Borgharen in vergelijking tot de opgetreden afvoer. Deze te lage afvoer ontstond dus door het verschil tussen de aangehouden en de werkelijke voeding. Om het werkelijk opgetreden debiet te kunnen aflezen moest de gemeten waterstand verhoogd worden.” 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 9 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 2.1: Qh-relatie 1911-1932 op basis van DONAR-data. Figuur 2.2: Aangepaste aflezing uit Qh-relatie 1993-1950 voor de periode 1911-1932 Gezien de omvang van de correctie (Figuur 2.2; correctie tot 30 m3/s) is het niet waarschijnlijk dat de oorzaak alléén ligt bij de in [WWZO1981] beschreven factoren. Aanvullende factoren kunnen wellicht worden afgeleid uit: De Qh-relatie 1933-1950; deze is voor het lage gedeelte gebaseerd op dagelijkse afvoeren te Borgharen (methode M100; [WWZO1981]) tussen 1939 en 1950. Het Julianakanaal is sinds 1934 in bedrijf (officiële opening 16 september 1935). In de periode 1911-1932 bestond het Julianakanaal nog niet en was er daardoor systematisch ca. 5 m3/s meer water beschikbaar voor de Grensmaas. De waterbalans tussen Visé en Borgharen is verder verstoord door de werkelijke afvoer via de voedingsduiker. Uit afvoermetingen bij de voedingsduiker in 1947 en 1948 bleek dat de werkelijke afvoer door de voedingsduiker ca. 27% hoger lag dan tot dan toe was aangenomen [RWS1948]2. Volgens het afvoerverdrag uit 1863 met België zou via de voedingsduiker 10 m3/s aangevoerd moeten worden. In de praktijk is de afvoer dus ca. 12.7 m3/s geweest. De stelling uit [WWZO1981] dat “de achtergrond van de noodzaak om tot een correctie op de waterstanden van Visé over te gaan in bepaalde situaties is niet of nauwelijks na te gaan,” wordt onderschreven. Er moet vanuit worden gegaan dat er goede redenen zijn geweest om deze correctie op deze wijze uit te voeren. Een zinvolle onderbouwing om het anders te doen ontbreekt. Ten aanzien van de hogere afvoeren is het in de Qh-relatie van 1933-1950 onduidelijk of rekening wordt gehouden met de onttrekkingen van Zuid-Willemsvaart en (vanaf 1935) met het Julianakanaal en de lozing van de Jeker. In Bijlage 1 wordt ingegaan op de consistentie van de DONAR-gegeven in relatie tot de Qh-relaties. Er zijn een aantal opvallende afwijkingen gevonden in de periode 1911-1950. 2 http://repository.tudelft.nl/view/hydro/uuid%3A8898f0ca-50b0-4c07-ba92-3447126a33e9/ 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 10 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 2.2 Periode 1951-1972 Voor de periode 1951-1972 zijn de afvoeren in DONAR gebaseerd op een “gestileerde” 8uurwaterstanden en de geldende Qh-relaties bij Borgharen-beneden. Achteraf gezien is de keuze om over te gaan op een Qh-relatie bij Borgharen-beneden niet erg gelukkig geweest. Door grindwinning in het zomerbed bij Borgharen zijn er in deze periode maar liefst 22 verschillende Qhrelaties opgesteld. Vanaf 1-1-1966 zijn deze Qh-relaties ook in tabelvorm volledig beschikbaar. Voor het bepalen van de “gestileerde” 8-uur waterstand werden alle, om de 4 uur, geregistreerde waterstanden gebruikt. Met deze waterstanden werd grafisch een “gestileerde” waterstand afgeleid. Het criterium daarbij was dat er niet meer dan drie standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn mochten liggen [WWZO1981]. De op de vereffeningslijn gelegen 8-uur waterstand werd genomen als “gestileerde” 8-uur waterstand. Het resultaat zou een betere benadering moeten geven van de gemiddelde dagafvoer. Voor de periode 1951 – 1972 werd de afvoer uit de geldende Qh-relatie en de “gestileerde” 8waterstand aangenomen als gemiddelde afvoer en als piekafvoer. Vanaf 1951 zijn in de jaarboeken apart hoogwaterpieken beschikbaar. In [CWM1994] zijn deze pieken verzameld. De afvoerkrommes in deze periode zijn gereconstrueerd uit de DONAR-gegevens van “gestileerde” 8-uur waterstanden bij Borgharen-beneden en de DONAR-afvoer bij Borgharen. Vervolgens is een opsplitsing gemaakt naar afzonderlijke Qh-relaties. In de afzonderlijke Qh-relaties zijn veel hiaten omdat gemeten waterstand in DONAR gedurende de geldigheid van een Qh-relatie niet het gehele bereik van mogelijke waterstanden bevatten. Bij hiaten kleiner dan 0.06m zijn interpolaties tussen de beschikbare punten van de Qh-relaties uitgevoerd. Desondanks zijn de meeste van de gereconstrueerde Qh-relaties onvolledig. In Bijlage 1 wordt ingegaan op de consistentie van de DONAR-gegevens in relatie tot de Qhrelaties. Er zijn een aantal opvallende afwijkingen gevonden in de periode 1951-1972, welke in Bijlage 1 worden beschreven. 2.3 Periode 1973-1974 Voor de periode 1973-1974 zijn de afvoeren gebaseerd op de gemiddelde waterstand van de om de 4 uur geregistreerde waterstanden bij Borgharen-beneden en de geldende Qh-relatie uit 1971. Voor de periode 1973-1974 zijn op deze wijze bepaalde afvoeren gebruikt als gemiddelde afvoer en als piekafvoer. In de jaarboeken zijn aanvullend hoogwaterpieken verzameld. In Bijlage 1 wordt ingegaan op de consistentie van de DONAR-gegevens in relatie tot de Qhrelaties. Er zijn een aantal opvallende afwijkingen gevonden in de periode 1973-1974, welke in Bijlage 1 worden beschreven. 2.4 Periode 1975-31 juli 1978 In deze periode is voor het eerst een afvoerkromme ter plaatse van Borgharen-dorp gebruikt (afvoerkromme 1976). Vanaf de periode 1975 – 31 juli 1978 wordt de middeling uitgevoerd op de afvoeren. Daarvoor wordt uit de uurwaterstand en de geldende Qh-relatie een afvoer afgeleid. Vervolgens wordt het gemiddelde bepaald van 24 uur-waarnemingen van de afvoer. Vanwege de middeling van de uurafvoeren hoeven de datapunten van de gemiddelde waterstand en de gemiddelde afvoer niet op de Qh-relatie te liggen. In 7.3% van de van 2557 datapunten in deze periode is de afwijking van de Qh-relatie meer dan 5 m3/s. Het is daarom niet mogelijk om aan te geven of er in de beschikbare data fouten zijn. Voor de periode 1975-31 juli 1978 zijn op deze wijze bepaalde afvoeren gebruikt als gemiddelde afvoer en als piekafvoer. In de jaarboeken zijn aanvullend hoogwaterpieken verzameld. 2.5 Periode 1 augustus 1978 – 18 mei 1987 Voor de periode 1 augustus 1978 – 18 mei 1987 wordt de gemiddelde afvoer bepaald als de gemiddelde afvoer van 288 5-minuten waarnemingen van waterstanden en de daaruit afgeleide afvoeren bij verschillende Qh-relaties. Vanwege de middeling van de 5-minuten afvoeren hoeven de datapunten van de gemiddelde waterstand en de gemiddelde afvoer niet op de Qh-relaties te liggen. Voor de periode 1 augustus 1978 – 18 mei 1987 zijn op deze wijze bepaalde afvoeren gebruikt als gemiddelde afvoer en als piekafvoer. In de jaarboeken zijn aanvullend hoogwaterpieken verzameld. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 11 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 2.3 geeft een typisch beeld van het waterstandsverloop bij Borgharen sinds de waterkrachtcentrale bij Lixhe in bedrijf is (1980). Het onnatuurlijke afvoerverloop door de waterkrachtcentrale zorgt voor relatief grote waterstand- en afvoerfluctuaties. Deze fluctuaties waren voor 1980 niet aanwezig. Figuur 2.3: Voorbeeld waterstandsverloop onder invloed van waterkrachtcentrale Lixhe Een meer natuurlijker verloop kan worden verkregen door de 10-minuten data uit de referentieperiode centraal te middelen. Uit Figuur 2.4 blijkt dat bij een middeling over 47 waarnemingen (08:00-waarde = als gemiddelde over periode 04:10 t/m 11:50) nog steeds een duidelijke verstoring zichtbaar is. Zelfs bij een centrale middeling over 95 waarnemingen (08:00waarde = als gemiddelde middeling over 00:10 t/m 15:50) is de verstoring nog steeds zichtbaar. Figuur 2.4: Afleiding “natuurlijk” waterstandsverloop in referentieperiode De waterkrachtcentrale heeft vier turbines met een gezamenlijk een capaciteit van ca. 320 – 340 m3/s. Bij daggemiddelde afvoeren van 400 m3/s (en meer) zal de verstorende invloed van de waterkrachtcentrale beperkter zijn. De daggemiddelde afvoer zal dan niet wezenlijk worden beïnvloed door de waterkrachtcentrale. Dit geldt wel voor afvoerpieken onder ca. 400 m3/s, zij worden sterk beïnvloed. Bij het vergelijken van de verschillende methodes voor de afvoerbepaling bij Borgharen-dorp is het belangrijk dat vanaf 1980 rekening gehouden wordt met de verstoring van het afvoerverloop door waterkrachtcentrale Lixhe. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 12 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 2.6 Periode 19 mei 1987 - 2011 Voor de periode 19 mei 1987 – 2011 werd de gemiddelde afvoer bepaald als de gemiddelde afvoer van 144 10-minuten waarnemingen van waterstanden en de daaruit afgeleide afvoeren bij de verschillende Qh-relaties. Afvoerpieken worden bepaald op basis van de maximale 10minutenwaarden. Om de verschillende deelperiodes te kunnen vergelijken is de periode 19 mei 1987 – 2011 als basis voor de referentie gekozen. Deze periode is recent, omvat de huidige verwerkingsmethodiek en is vrijwel volledig. De meer recente periode 2012-2013 is ongeschikt. Door de rivierverruiming nabij Borgharen-dorp verandert de Qh-relatie in die periode in hoog tempo. Daarom wordt de afvoer in deze periode tijdelijk gebaseerd op een balansberekening over de afvoermetingen van de ADM-’s bij St. Pieter, Bunde, Smeermaas en de afvoer van de Jeker. Om te beschikken over gehele jaren is als referentieperiode gekozen voor 1-1-1988 t/m 31-122011. De 10-minuten waarden voor de waterstanden uit DONAR zijn omgezet naar afvoeren met Qh-relaties van RWS Zuid-Nederland. Vanwege een grote discontinuïteit tussen QH_1984_08_feb_Borgh_dorp(oud).xls en QH_1988_15_mrt_Borgh_dorp(oud).xls, is de laatste Qh-relatie ook gebruikt over de periode 1-1-1988 t/m 14-3-1988. 2.6.1 Referentie voor analyses gemiddelde afvoer Tabel 2.1 geeft een overzicht van de beschikbare data in de referentieperiode. De dagen met een hiaat zijn verwijderd, zodat alleen dagen met volledig beschikbare meetgegevens overblijven. Beschikbare 10-minuten waarden Totaal aantal Beschikbaar aantal Ontbrekend Jaar [-] [-] [%] 1988 52704 52050 1.24% 1989 52560 52480 0.15% 1990 52560 52247 0.60% 1991 52560 51926 1.21% 1992 52704 52689 0.03% 1993 52560 52167 0.75% 1994 52560 47565 9.50% 1995 52560 52560 0.00% 1996 52704 52704 0.00% 1997 52560 52560 0.00% 1998 52560 52560 0.00% 1999 52560 52560 0.00% 2000 52704 52704 0.00% 2001 52560 52560 0.00% 2002 52560 52560 0.00% 2003 52560 52560 0.00% 2004 52704 52704 0.00% 2005 52560 52560 0.00% 2006 52560 52560 0.00% 2007 52560 52560 0.00% 2008 52704 52704 0.00% 2009 52560 52560 0.00% 2010 52560 52560 0.00% 2011 52560 52560 0.00% Totaal 1262304 1255220 0.56% Gemiddelde 227.67±0.26 m3/s Tabel 2.1: Overzicht beschikbare data voor referentie 10-minuten waarden gefilterd Beschikbaar aantal Ontbrekend [-] [%] 51264 2.73% 50832 3.29% 51984 1.10% 51120 2.74% 52560 0.27% 51264 2.47% 46224 12.05% 52560 0.00% 52704 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52704 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52704 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52704 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 52560 0.00% 1249344 1.03% 226.92±0.26 m3/s Tabel 2.2 geeft inzicht in de opbouw van de gemiddelde afvoer in de periode 1988-2011. Afvoeren tussen 0 en 200 m3/s komen in ruim 64% van de tijd voor, de bijdrage aan de gemiddelde afvoer is echter slechts 20%. Hoewel de ongestuwde afvoeren boven ca. 1200 m3/s slechts in ca. 1.5% van de waarnemingen voorkomen, dragen ze 10.8% bij aan de gemiddelde afvoer. Voor de gemiddelde afvoer is de bijdrage van de hoge afvoeren dus groot. Als het gemiddelde van de totale reeks en van de gefilterde reeks (Tabel 2.1) wordt vergeleken blijkt dat door de filtering relatief meer dagen met hogere afvoeren zijn uitgefilterd. Op dagen met een hoge afvoer is de kans op een hiaat kennelijk groter. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 13 Rapportage Uitsplitsing gemiddelde afvoer 1988 – 2011 n=1249344 bijdrage aan gemiddelde Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp Afvoerklasse [m3/s] 0-200 200-400 400-600 600-800 800-1000 1000-1200 1200-1400 1400-1600 1600-1800 1800-2000 >2000 Bijdrage aan gemiddelde absoluut procentueel [m3/s] [%] 45.70 20.14% 48.12 21.20% 40.91 18.03% 33.09 14.58% 20.78 9.16% 13.79 6.08% 8.55 3.77% 4.64 2.04% 3.55 1.56% 2.22 0.98% 5.58 2.46% Totalen Gemiddeld [m3/s] Gemiddelde dagafvoer 226.92 100% Tabel 2.2: Uitsplitsing gemiddelde afvoer, exclusief dagen met hiaten P140415R Aantal per klasse [-] 807537 213658 103743 60123 29195 15876 8301 3895 2616 1467 2933 St.dev. [m3/s] 293.78 percentage van n [m3/s] 64.64% 17.10% 8.30% 4.81% 2.34% 1.27% 0.66% 0.31% 0.21% 0.12% 0.23% In de referentieperiode 1988-2011 (8766 etmalen) zijn 8676 etmaalgemiddelde afvoeren beschikbaar voor de analyses ten aanzien van de gemiddelde afvoer. 2.6.2 Referentie voor analyses piekafvoer Voor de analyses ten aanzien van pieken is een verdere filtering van de data noodzakelijk. Met behulp van de volgende stappen zijn pieken geselecteerd: 1. Etmaalgemiddelde afvoer groter dan 400 m3/s (minder invloed waterkrachtcentrale Lixhe). 2. Bepalen lokale pieken uit voorgaande en navolgende dagen. 3. Bepalen maximale afvoer uit tijdvenster van 8 dagen rond lokale piek (toets op onafhankelijkheid van de golven gebruikelijk voor de extreme-waarden Maas). Figuur 2.5 geeft een voorbeeld van de uitwerking van de stappen om de etmaalgemiddelde piekafvoeren te vinden. Figuur 2.5: Voorbeeld selectie pieken De dag met de hoogste etmaalgemiddelde afvoer valt niet altijd samen met de hoogste piekafvoer. Op de gevonden dagen met pieken is daarom aanvullend een controle uitgevoerd ten aanzien van het moment waarop de echte afvoerpiek optreedt, daarbij zijn de volgende afwijkingen gevonden: 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 14 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Voor de etmaalpieken op 13-12-1997, 21-1-1998, 15-9-1998, 17-11-1998, 18-1-1999, 1811-2000, 16-12-2000, 29-4-2001, 30-12-2001, 21-1-2004, 2-2-2004, 23-3-2004, 13-32005, 2-4-2006, 14-1-2003, 20-1-2007, 16-2-2007, 7-1-2008, 17-1-2008, 7-2-2008, 712-2008, 13-3-2009, valt de maximale afvoer in de dagen voor het etmaal met de hoogste etmaalgemiddelde afvoer. In het geval van 13-3-2005 valt de maximale afvoer zelfs drie dagen eerder. Voor 12-2-1988, 27-3-1988, 24-3-1992, 10-4-1994, 23-12-1995, 5-12-1996, 21-2-1999, 3-3-1999, 14-1-2003, 3-3-2003, 23-3-2004, 24-1-2009, 9-1-2011, 26-1-2011 en 17-122011 valt de maximale afvoer een dag na het etmaal met de hoogst etmaalgemiddelde afvoer. Voor alle pieken is de maximale 10-minuten afvoer vastgelegd. Op deze wijze resteren in de periode 1988-2011, 166 pieken. Bij de pieken op 5-1-1991 en 10-12-1994 ontbreekt de etmaalgemiddelde afvoer omdat de onderliggende 10-minutengegevens onvolledig zijn. Voor de verdere analyse zijn deze pieken dan ook niet bruikbaar. Tabel 2.3 geeft een overzicht van de verdeling van de pieken over de verschillende weekdagen en over de verschillende piekafvoeren. Uit de tabel kan worden afgeleid dat lagere pieken oververtegenwoordigd zijn op vrijdag t/m maandag. Voor pieken boven 800 m3/s is dit effect verdwenen. >400 m3/s >800 m3/s >1200 m3/s zondag 31 10 2 maandag 27 11 6 dinsdag 14 10 3 woensdag 18 9 3 donderdag 20 9 4 vrijdag 27 11 4 zaterdag 29 12 6 Totaal 166 72 28 Tabel 2.3: Kenmerken pieken in de periode 1988-2011 Piekafvoer >1600 m3/s 2 4 1 3 2 0 2 14 >2000 m3/s 0 0 1 2 1 0 2 6 Piek ontbreekt 0 0 0 0 0 0 2 2 Door het gemiddelde te bepalen van 10-minuten waarden om 00:00, 00:10 ….23:50 van de dagen met een piek en daar het gemiddelde over alle dagen met een piek van af te trekken, ontstaat een beeld van de afwijking van het gemiddelde op dagen met pieken. In Figuur 2.6 is dit weergegeven voor de afgeleide pieken in de periode 1988-2011 bij vijf drempelwaarden voor de etmaalgemiddelde piekafvoer. Figuur 2.7 geeft inzicht in de duur van piekafvoeren. Figuur 2.6: Afwijking van gemiddelde afvoer op dagen met pieken Uit Figuur 2.6 kan worden afgeleid dat pieken boven 1200 m 3/s veelal in de morgenuren optreden tussen 6:00 en 10:00. Uit Figuur 2.7 kan worden afgeleid dat de duur van afvoerpieken op de Maas beperkt blijft tot maximaal ca. 200 minuten. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 15 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R De enige echte uitzondering daarop wordt gevonden op zaterdag 31 december 1994 00:00 – 06:20. Gezien het tijdstip, (nachturen in het weekend van oud en nieuw), mag worden verwacht dat de volgende invloeden van menselijk ingrijpen hier heel beperkt geweest zijn: De scheepvaart ligt stil, daardoor is er geen verstorende invloed van het schutbedrijf bij op de Maas bovenstrooms van Borgharen en bij Ternaaien (Albertkanaal) en Born (Julianakanaal) Er heeft geen start-stop-bedrijf van de waterkrachtcentrale plaatsgevonden. Gelijkmatige afvoer waardoor acties bij de bovenstroomse stuwen om peiloverschrijding of peilonderschrijding bij stuwen te voorkomen niet nodig zijn geweest. Figuur 2.7: Duur van afvoerpieken bij Borgharen In de referentieperiode 1988-2011 zijn 164 piekafvoeren beschikbaar voor de analyses ten aanzien van de piekafvoer. 2.7 Periode 1 januari 2012 – heden Vanwege de voortgang van de werkzaamheden van consortium Grensmaas nabij Borgharen wordt voor de periode 2012 - heden de afvoer bij Borgharen tijdelijk afgeleid uit een balansberekening tussen de meetpunten St. Pieter, Jeker, Bunde (Julianakanaal) en Smeermaas (Zuid-Willemsvaart). Door het hanteren van een balansberekening mag worden verwacht dat de gemiddelde afvoer goed wordt beschreven. Vanwege het optreden van translatiegolven als gevolg van schutbedrijf per sluis Ternaaien, sluis Born en sluis Bosscherveld zal de momentane afvoer bij Borgharen minder nauwkeurig zijn. Dat geldt dan ook voor de piekafvoer. 2.8 Samenvatting In dit hoofdstuk zijn zeven verschillende periodes besproken met onderlinge verschillen in de bepaling van de gemiddelde afvoer en de piekafvoer. Uit deze zeven periodes is de zesde periode van 19 mei 1987 – 2011 geselecteerd als vergelijkingsbasis ten aanzien van het effect van de bepalingsmethode op de gemiddelde afvoer en de piekafvoer. Van de zesde periode is een deelverzameling gemaakt met 8676 etmaalgemiddelde afvoeren uit 1988-2011 waarbij alleen dagen waarvan alle onderliggende 10-minuten-gegevens beschikbaar zijn. Van deze deelverzameling zijn een aantal statische kenmerken verzameld. Deze gegevens zullen worden gebruikt voor de verdere analyse ten aanzien van de homogenisatie van de afvoerreeks voor etmaalgemiddelde afvoeren. Voor de analyse van piekafvoeren is uit de reeks met 8676 etmaalgemiddelde afvoeren een reeks van 164 piekafvoeren afgeleid. Deze 164 pieken zullen worden gebruikt voor de verdere analyse ten aanzien van homogenisatie van de afvoerreeks voor afvoerpieken. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 16 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 3 Invloed methodiek op gemiddelde afvoer In dit hoofdstuk worden analyses gepresenteerd ten aanzien van de etmaalgemiddelde afvoer. Daarvoor wordt de data uit de referentieperiode (paragraaf 2.6) bewerkt conform de methodes tussen 1911 en 18 mei 1987. De invloed van de verwerkingsmethode op de afvoer zal worden gekwantificeerd. Waar mogelijk zal worden ingegaan op de mate waarin resultaten uit de data voor de periode 1988-2011 overdraagbaar zijn op de andere periodes. Per periode zal een voorstel voor de homogenisatie van de afvoerreeks worden uitgewerkt. Daarbij zal ook aandacht worden besteed aan de verstorende invloed van de waterkrachtcentrale Lixhe op het afvoerverloop. In paragraaf 3.1 t/m 3.5 zullen eerst de resultaten aan bod komen. 3.1 Gemiddelde afvoer periode 1911-1950 In deze periode is de 8-uur waterstand bij Visé de basis voor de bepaling van de gemiddelde afvoer. Door uit de referentieperiode de 8-uur afvoer (bij Borgharen-dorp) te vergelijken met de etmaalgemiddelde afvoer kan een indruk worden verkregen van de verschillen in verwerkingsmethode. In Figuur 3.1 is het effect van de methode uit de periode 1911-1950 op de gemiddelde afvoer zichtbaar gemaakt voor momentane 8-uur waarden en voor centraalgemiddelde 8-uur waarden over 95 10-minuten waarden. Tabel 3.1 geeft de bijbehorende statistische kenmerken. Etmaalgemiddelde afvoer op basis van momentane waterstanden om 08:00; gebruik geldende Qh-relatie voor afleiding momentane afvoeren. Etmaalgemiddelde afvoer op basis van centraalgemiddelde 8-uur waterstand over 95 10min-waarden. De centraalgemiddelde waterstand om 08:00 wordt gebruikt om met de geldende Qh-relatie afvoer te bepalen. Figuur 3.1: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1911-1950 Verschillen met etmaalgemiddelde afvoer Periode 1988-2011 Momentane 8-uur-waarde Centraalgemiddelde 8-uurwaarde Gemiddelde 9.57 1.47 Standaarddeviatie 40.23 19.00 Aantal 8668 8668 Standaardfout 0.432 0.204 Minimum verschil -321.60 -275.94 Maximum verschil 232.60 98.37 Tabel 3.1: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer 2 benaderingen in periode 1911-1950 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 17 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Het 95% betrouwbaarheidsinterval voor individuele etmaalwaarden loopt afhankelijk van de uitgangspunten op tot ca. 40-80 m3/s. Het verschil tussen momentane en centraal-gemiddelde 8uur-waarden is opvallend. Om dit verschil nader te onderbouwen zijn analyses uitgevoerd waarbij de tijdreeksen zijn opgedeeld naar moment van de dag en naar afvoerniveau. 3.1.1 Dagelijkse variatie in het gemiddelde Door het gemiddelde te bepalen van alle 10-minutenwaarden om 00:00, 00:10 ….23:50 en daar het gemiddelde over de gehele periode 1988-2011 van af te trekken, ontstaat een beeld van de dagelijkse afwijking van het gemiddelde. In Figuur 3.2 is dit weergegeven voor de gehele periode 1988-2011 en voor 6 deelperiodes. Figuur 3.2: Dagelijkse afwijking van de gemiddelde afvoer De afvoer bij Borgharen-dorp is ’s morgens om 8:00 uur gemiddeld ca. 9.5 m3/s hoger en ’smiddags om 17:00 uur ca. 9.8 m3/s lager. Door de jaren heen is dit een redelijk consistent beeld. 3.1.2 Dagelijkse afvoerafhankelijke variatie in het gemiddelde Om de afvoerafhankelijkheid uit Figuur 3.2 te toetsen, is de reeks opgedeeld in 14 afvoerklassen van ongeveer gelijke omvang op basis van de etmaalgemiddelde afvoer. Per klasse is het gemiddelde bepaald van de 8-uur afvoeren en van de verschillen met de daggemiddelde afvoer. Tabel 3.2 geeft de statistische kenmerken van de afvoerklassen. Deze analyse is uitgevoerd voor de gehele reeks 1988-2011 en voor de zes deelreeksen. Aanvullend is deze analyse ook uitgevoerd voor de 7-uur afvoeren en de 9-uur afvoeren. Figuur 3.3 geeft inzicht in de afvoerafhankelijkheid van de dagelijkse variatie in het gemiddelde. Afvoerklassen Aantal Gemiddelde Verschil met– Standaarddeviatie etmaalgem. afvoeren dagen 8-uur afvoer etmaalgem. Q [m3/s] [-] [m3/s] [m3/s] [m3/s] 0 - 11.94 619 10.0 -0.20 1.71 11.94 - 22.27 619 16.2 0.30 8.70 22.28 - 36.61 619 32.6 3.07 21.87 36.65 - 52.83 619 51.3 6.80 28.99 52.90 - 70.80 619 69.5 8.02 33.08 70.81 - 92.36 619 92.0 10.63 36.29 92.60 - 117.58 619 115.5 11.09 36.59 117.61 - 149.16 619 144.4 11.88 39.23 149.23 - 190.82 619 184.5 15.43 42.02 191.04 - 248.62 619 235.5 16.28 40.11 249.03 - 343.49 619 300.7 8.71 45.83 343.60 - 475.37 619 420.7 14.18 52.94 475.46 - 693.19 619 587.0 12.48 49.58 693.49 - 2953.43 629 1037.9 15.21 69.46 Tabel 3.2: Statistische kenmerken 14 afvoerklassen in afvoerreeks 1988-2011 1 juli 2014 Rura-Arnhem Standaardfout [m3/s] 0.07 0.35 0.88 1.17 1.33 1.46 1.47 1.58 1.69 1.61 1.84 2.13 1.99 2.77 Pagina | 18 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 3.3: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1911-1950 Het systematische verschil tussen de 8-uur afvoer en de etmaalgemiddelde afvoer uit Figuur 3.2 heeft een duidelijke afvoerafhankelijke component. Bij daggemiddelde afvoeren onder ca. 100 m 3/s is het verschil significant kleiner. Bij 8-uur afvoeren boven ca. 400 m3/s loopt het verschil op tot ca. 15 m3/s. De periode 1988-1991 lijkt daarbij wat af te wijken van de overige periodes. Om dit nader te onderzoeken is per kalenderjaar het gemiddelde verschil bepaald tussen de 8-uur afvoer en de etmaalgemiddelde afvoer. In Figuur 3.4 is dit grafisch weergegeven. Figuur 3.5 geeft het afvoerverloop in de jaren met de meest extreme verschillen. Figuur 3.4: Jaargemiddelde verschil tussen 8-uur afvoer en etmaalgemiddelde afvoer Uit Figuur 3.5 blijkt dat er kleine verschillen voorkomen in de jaren met een gelijkmatig afvoerverloop en veel lage afvoeren (1989 en 1991). Grote verschillen worden gevonden in de jaren met een dynamisch afvoerverloop en hogere afvoeren in de zomerperiode (2000 en 2009). De verschillen lijken vooral veroorzaakt te worden door het hydrologisch gedrag van de rivier. In de periode 1988-1991 komen toevallig 2 jaar voor met een erg gelijkmatig afvoerverloop. Het opvallende verschil tussen een etmaalgemiddelde uit momentane 8-uurwaarden en uit een centraal-gemiddelde 8-uurwaarde uit Tabel 3.1 wordt deels verklaard uit het dagelijkse verloop van Figuur 3.2. Als echter de afwijking over de periode 00:10 t/m 15:50 wordt gemiddeld, wordt een afwijking van 3.94 m3/s gevonden terwijl de afwijking in Tabel 3.1 slechts 1.47 m3/s bedraagt. Dit wordt veroorzaakt door de wijze van middeling. Bij de waarden uit Tabel 3.1 worden alleen de 8uur waterstanden beschouwd daardoor krijgen individuele dagen met lage afvoeren een even zwaar gewicht als dagen met een hogere afvoer (vergelijk Tabel 2.2). Het afvoerafhankelijke signaal krijgt daardoor minder gewicht. Het lijkt er dan ook op dat het dagelijkse verloop uit Figuur 3.2 een systeemkenmerk is dat niet verwaarloosd mag worden. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 19 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 3.5: Afvoer in jaren met extreme verschillen 8-uur afvoer en etmaalgemiddelde afvoer Fysisch is het systematische verschil tussen etmaalgemiddelde afvoer en de 8-uur afvoer mogelijk te verklaren uit het stuwbeheer. Acties aan de stuwen worden bij voorkeur overdag gedaan. Peilonderschrijding is in het beheer minder acceptabel dan peiloverschrijding. Bij peilonderschrijding wordt ook ’s nachts ingegrepen. Terwijl bij kleine peiloverschrijding pas ’s morgens het wateroverschot van de voorgaande nacht wordt weggewerkt. De Maas bovenstrooms van Borgharen is de gehele 20e eeuw gestuwd geweest. Het verschil tussen de 8-uur afvoer en de etmaalgemiddelde afvoer lijkt dan ook overdraagbaar op de periode 1911-1950. In Figuur 3.6 is een functie gefit waarmee voor 7-uur, 8-uur en 9-uurafvoeren het verschil kan worden afgeleid tussen de afvoer en de etmaalgemiddelde afvoer. Als dit verschil in mindering wordt gebracht op de 8-uur afvoer wordt een schatting voor de gemiddelde afvoer verkregen. De onderlinge verschillen zijn beperkt. Voorgesteld wordt om uit te gaan van een functie gebaseerd op 8-uurafvoeren. Figuur 3.6: Afleiding etmaalgemiddelde uit 8-uur afvoeren over de periode 1911-1950 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 20 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Tabel 3.3 bevat enkele karakteristieke functiewaarden en is de begrenzing van het toepassingsgebied uitgewerkt. Bij 8-uur afvoeren onder 9 m3/s wordt niet gecorrigeerd. Bij afvoeren boven 535 m3/s wordt de correctie gemaximeerd op 15 m3/s. Tussen deze twee afvoeren wordt het correctiedebiet bepaald uit: Qcorrectie = 3.5893*Ln(Q 8-uur) – 7.5474 Om de etmaalgemiddelde afvoer te bepalen in de periode 1911-1950 wordt de beschikbare 8-uur afvoer vermindert met het correctiedebiet. 8-uur afvoer Correctie Etmaalgemiddelde afvoer [m3/s] [m3/s] [m3/s] 0.1 -15.81 15.91 1 -7.55 8.55 8 -0.08 8.08 9 0.34 8.66 10 0.72 9.28 50 6.49 43.51 100 8.98 91.02 250 12.27 237.73 500 14.76 485.24 535 15.00 520.00 3000 21.19 2978.81 Tabel 3.3: Correctie 8-uur afvoer naar gemiddelde afvoer Te gebruiken correctie [m3/s] 0 0 0 0.34 0.72 6.49 8.98 12.27 14.76 15.00 15.00 Als de afvoerreeks bij Borgharen-dorp gehomogeniseerd moet worden naar etmaalgemiddelde afvoeren verdient het aanbeveling om de reeks over de periode 1911-1950 te corrigeren met de aangegeven correctieformule. 3.2 Gemiddelde afvoer periode 1951-1972 In deze periode zijn waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 de basis voor de bepaling van een “gestileerde” 8-uur waterstand bij Borgharen-beneden. Het criterium daarbij was dat er niet meer dan drie standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn mochten liggen. Met deze “gestileerde” 8-uur waterstand en de geldende Qh-relatie wordt een afvoer afgeleid. De methode voor de bepaling van de vereffeningslijn is grafisch geweest en daarom niet zonder meer reproduceerbaar. De methode wordt benaderd met een centraal voortschrijdend gemiddelde. Uit de referentieperiode zijn daarvoor momentane waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 in de referentieperiode geselecteerd voor verdere bewerking. Als voorbeeld van de “gestileerde” waterstand zijn door deze data lijnen gefit op basis van een centraal voortschrijdend gemiddelde. Vervolgens is getoetst in hoeverre niet meer dan 3 standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn liggen. Tabel 3.4 geeft inzicht in het aantal overschrijdingen van dit criterium in de periode 1988-2011. Uit de tabel blijkt dat deze methode leidt tot een vereffeningslijn die niet voldoet aan het gestelde criterium. n = 52053 Aantal overschrijdingen criterium Vereffeningslijn als centraalgemiddelde over: [-] 7 waarnemingen 3390 6 waarnemingen 2886 5 waarnemingen 1830 4 waarnemingen 1431 3 waarnemingen 367 2 waarnemingen 282 Tabel 3.4: Overschrijding maximum aantal aaneengesloten afwijkingen van vereffeningslijn Procentueel [%] 6.51% 5.54% 3.52% 2.75% 0.71% 0.54% (1). Als wordt uitgegaan van een waterstand op basis van centrale middeling over 95 waarnemingen en vervolgens waterstanden worden afgeleid om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 kan het effect van waterkrachtcentrale Lixhe worden beperkt. Als voorbeeld van de “gestileerde” waterstand zijn door deze data vervolgens lijnen gefit op basis van een centraal voortschrijdend gemiddelde waterstand. Daarna is weer getoetst in hoeverre niet meer dan 3 standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn liggen. Tabel 3.5 geeft inzicht in het aantal overschrijdingen van dit criterium in de periode 1988-2011. Uit de tabel blijkt dat er ook nu met deze methode geen bruikbare vereffeningslijn is aan te maken. Het aantal overschrijdingen is zelfs groter dan het aantal gebaseerd op de momentane meetwaarden (Tabel 3.4). Uit beide benaderingen kan worden geconcludeerd dat het centraal voortschrijdende gemiddelde geen goede weergave geeft van de grafisch bepaald vereffeningslijn. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 21 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp n = 52053 Aantal overschrijdingen criterium Vereffeningslijn als centraalgemiddelde over: [-] 7 waarnemingen 7036 6 waarnemingen 5974 5 waarnemingen 4138 4 waarnemingen 3150 3 waarnemingen 936 2 waarnemingen 548 Tabel 3.5: Overschrijding maximum aantal aaneengesloten afwijkingen van vereffeningslijn P140415R Procentueel [%] 13.50% 11.46% 7.94% 6.04% 1.80% 1.05% (2). In Figuur 3.7 zijn beide benaderingen grafisch weergegeven bij het gebruik van een centraal voortschrijdend gemiddelde over 4 waarnemingen. Beide methodes schieten tekort en een echt sluitende methode is dan ook niet beschikbaar. De benadering op basis van Tabel 3.5 geeft een stabieler beeld en is naar alle waarschijnlijkheid een betere maat voor de gestileerde 8-uur afvoer. Voor beide methodes zijn gestileerde 8-uur waterstanden afgeleid en onderzocht als maat voor de etmaalgemiddelde afvoer. Figuur 3.7: Afleiding vereffeningslijn in twee varianten 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 22 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Uitgangspunten voor het vergelijk van de etmaalgemiddelde afvoer uit de referentieperiode met de etmaalgemiddelde afvoer volgens de methodiek uit de periode 1951-1972 staan samengevat in Tabel 3.6. In Figuur 3.8 is het effect van de vereffeningsmethode uit de periode 1951-1972 op de gemiddelde afvoer zichtbaar gemaakt. Tabel 3.7 geeft de bijbehorende statistische kenmerken. Periode 1988-2011 Data Momentane waarden 00:00, 04:00, 08:00, 12:00, 16:00 en 20:00 Vereffeningslijn Centraalgemiddelde over 4 waarnemingen Gestileerde waterstand 08:00 Bewerking Afronding op cm Geldende Qh-relaties Toepassen Vergelijken Etmaalgemiddelde afvoer Tabel 3.6: Vergelijkingsbasis periode 1951-1972 Centraalgemiddelde waarden Centraalgemiddelde waterstand uit 95 10-min.waarden om 00:00, 04:00, 08:00 12:00, 16:00 en 20:00 Centraalgemiddelde over 4 centraal gemiddelde waarnemingen 08:00 Afronding op cm Toepassen Etmaalgemiddelde afvoer 8-uur afvoer op basis van vereffeningslijn door momentane waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 8-uur stand gebaseerd op som momentane waterstand om 00:00 (50%) 04:00 (100%) 08:00 (100%) 12:00 (100%) 16:00 (50%) Gedeeld door 4 8-uur afvoer op basis van vereffeningslijn door centraalgemiddelde waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 8-uur stand gebaseerd op som centraalgemiddelde waterstand over 95 10min-waarden om 00:00 (50%) 04:00 (100%) 08:00 (100%) 12:00 (100%) 16:00 (50%) Gedeeld door 4 Figuur 3.8: Effect vereffening op verschil met etmaalgemiddelde afvoer Verschillen met etmaalgemiddelde afvoer 1988-2011 Gestileerde 8-uur afvoer Gestileerde 8-uur afvoer (Momentane waarden) Centraalgemiddelde waarden Gemiddelde 1.76 -0.52 Standaarddeviatie 19.13 16.42 Aantal 8669 8669 Standaardfout 0.206 0.176 Minimum verschil -275.94 -275.94 Maximum verschil 99.99 81.99 Tabel 3.7: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer volgens 2 benaderingen. Periode 1988-2011 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 23 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Uit Figuur 3.8 en Tabel 3.7 kan direct worden opgemaakt dat de verwerkingsmethode in de periode 1951-1972 een significant betere beschrijving van de etmaalgemiddelde afvoer oplevert dan de methode uit de periode 1911-1950 (momentane 8-uur afvoer). Het 95% betrouwbaarheidsinterval is nu beperkt tot ca. 30-40 m3/s. Door rekening te houden met de omliggende waterstanden wordt ondanks het verstorende effect van de afvoerfluctuaties door waterkrachtcentrale Lixhe zelfs bij het gebruik van momentane meetwaarden al een forse verbetering bereikt. Als uitgegaan wordt van een meer natuurlijk afvoerverloop neemt het verschil tussen de etmaalgemiddelde afvoer en de afvoer op basis van de “gestileerde” 8-uur waterstand verder af. Als de afvoerafhankelijkheid van de verschillen wordt onderzocht conform Figuur 3.3, blijkt de afvoerafhankelijkheid weg te vallen naarmate de onnatuurlijke afvoerfluctuaties meer gedempt worden (Figuur 3.9). Op basis daarvan mag aangenomen worden dat de etmaalgemiddelde afvoer in de periode 1951 – 1972 goed is en geen aanpassing behoeft. 8-uur afvoer op basis van vereffeningslijn door momentane waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 8-uur afvoer op basis van vereffeningslijn door centraalgemiddelde waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 Figuur 3.9: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1951-1972 De methodiek uit de periode 1951 – 1972 is niet exact reproduceerbaar gebleken door de verstorende invloed van waterkrachtcentrale bij Lixhe. Dat maakt de conclusie minder hard. Verder is de conclusie ten aanzien van de geldigheid van de data beïnvloed door de gekozen centrale middeling over 4 meetwaarden. Deze keuze is te beschouwen als een compromis tussen het gebruik van 4-uurlijkse waterstanden voor de bepaling van een vereffeningslijn in de periode 19511972 en de wens om het verloop van de waterstanden te kunnen volgen bij een grotere hydrologische dynamiek. Als de afvoerreeks bij Borgharen-dorp gehomogeniseerd moet worden ten aanzien van etmaalgemiddelde afvoeren is voor de periode 1951-1972 geen aanvullende correctie noodzakelijk. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 24 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 3.3 Gemiddelde afvoer periode 1973-1974 In deze periode zijn de momentane waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 de basis voor de bepaling van een etmaalgemiddelde afvoer. Deze waterstanden worden eerst gemiddeld, vervolgens worden met behulp van de geldende Qh-relatie de afvoeren afgeleid. Uit de referentieperiode worden de waterstanden om 00:00: 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 per dag gemiddeld en met de geldende Qh-relatie omgezet naar een afvoer. De resulterende afvoer kan worden vergeleken met de etmaalgemiddelde afvoer uit de referentieperiode. In Figuur 3.10 is het effect van de methode uit de periode 1973-1974 op de gemiddelde afvoer zichtbaar gemaakt. Tabel 3.8 geeft de bijbehorende statistische kenmerken. Etmaalgemiddelde waterstand uit momentane waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00, Gebruik geldende Qhrelatie voor afleiding gemiddelde afvoeren Etmaalgemiddelde waterstand uit centraalgemiddelde waterstanden over 95 10-min-waarden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 Gebruik geldende Qhrelatie voor afleiding gemiddelde afvoeren Figuur 3.10: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1973-1974 Verschillen met etmaalgemiddelde afvoer Gemiddelde uit 6 momentane Gemiddelde uit 6 Centraalgemiddelde waarden waarden Gemiddelde -0.08 -2.44 Standaarddeviatie 9.16 8.82 Aantal 8668 8668 Standaardfout 0.098 0.095 Minimum verschil -95.58 -141.58 Maximum verschil 48.33 41.83 Tabel 3.8: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer 2 benaderingen in periode 1973-1974 Periode 1988-2011 De slechtere representatie van de gemiddelde afvoer bij gebruik van het centraalgemiddelde wordt veroorzaakt doordat in het centraalgemiddelde om 00:00 en 04:00 informatie uit de vorige dag en in het centraalgemiddelde om 20:00 informatie uit de navolgende dag is verwerkt. Daarmee wordt de gemiddelde waterstand bepaald over data van ca. 1.5 dag in plaats van over 1 dag. Het 95% betrouwbaarheidsinterval is beperkt tot ca. 18 m3/s. Als de afvoerreeks bij Borgharen-dorp gehomogeniseerd moet worden ten aanzien van etmaalgemiddelde afvoeren is voor de periode 1973-1974 geen aanvullende correctie noodzakelijk. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 25 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 3.4 Gemiddelde afvoer periode 1975 – 31 juli 1978 In deze periode zijn de momentane waterstanden op de hele uren de basis voor de bepaling van een etmaalgemiddelde afvoer. Met behulp van de geldende Qh-relatie worden op deze tijdstippen de momentane afvoeren afgeleid. Het gemiddelde wordt bepaald door middeling van de 24 momentane afvoeren per dag. Door in de referentieperiode de methode uit 1975 – juli 1978 toe te passen kan de resulterende afvoer vergeleken worden met de etmaalgemiddelde afvoer uit de referentieperiode. In Figuur 3.11 is het effect van de methode uit de periode 1975-juli 1978 op de gemiddelde afvoer zichtbaar gemaakt. Tabel 3.9 geeft de bijbehorende statistische kenmerken. Etmaalgemiddelde afvoer op basis van momentane uurwaterstanden en gebruik geldende Qhrelatie voor afleiding momentane afvoeren en middeling van die 24 momentane afvoeren Figuur 3.11: Afvoerafhankelijke afwijking van de gemiddelde afvoer bij methode 1975-juli 1978 Periode 1988-2011 Verschillen met etmaalgemiddelde afvoer Gemiddelde uit 24 momentane waarden Gemiddelde 0.00 Standaarddeviatie 1.74 Aantal 8676 Standaardfout 0.019 Minimum verschil -20.57 Maximum verschil 9.41 Tabel 3.9: Vergelijk etmaalgemiddelde afvoer in periode 1975-juli 1978 Uit Figuur 3.11 en Tabel 3.9 volgt dat met de methode een correcte schatting van de gemiddelde afvoer gemaakt kan worden. Het 95% betrouwbaarheidsinterval voor individuele etmaalwaarden is nu beperkt tot ca. 3.5 m3/s. Als de afvoerreeks bij Borgharen-dorp gehomogeniseerd moet worden ten aanzien van etmaalgemiddelde afvoeren is voor de periode 1975-juli 1978 geen aanvullende correctie noodzakelijk. 3.5 Gemiddelde afvoer periode 1 augustus 1978 – 19 mei 1987 In deze periode zijn de 288 gemiddelde 5-minuten-waterstanden de basis voor de bepaling van een etmaalgemiddelde afvoer. Met behulp van de geldende Qh-relatie worden op deze tijdstippen de gemiddelde afvoeren per 5 minuten afgeleid. Het gemiddelde wordt bepaald door middeling van de 288 5-minuten afvoeren per dag. In de referentieperiode wordt uitgegaan van 10-minuten gemiddelde waterstand als basis voor de bepaling van de etmaalafvoer. Met deze lagere datadichtheid is het niet mogelijk om een uitspraak te doen over de methodiek in deze periode. Maar verwacht mag worden dat de gemiddelde afvoer zoals bepaald in deze periode op z’n minst net zo goed is als de afvoerbepaling in de referentieperiode. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 26 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 3.6 Homogenisatie afvoerreeks voor etmaalgemiddelde afvoeren Vanaf augustus 1978 mag worden verondersteld dat de etmaalgemiddelde afvoer in DONAR een goede maat is voor de werkelijk gemiddelde afvoer. Tabel 3.10 geeft een overzicht van de gevonden statistische kenmerken voor de verschillende deelperiodes tot augustus 1978. Methodiek uit periode 1911-1950 1951-1972 momentaan Centr.gem momentaan Centr.gem Gemiddelde verschil 9.57 1.47 1.76 -0.52 Standaarddeviatie 40.23 19.00 19.13 16.42 Aantal 8668 8668 8669 8669 Standaardfout 0.432 0.204 0.206 0.176 Minimum verschil -321.60 -275.94 -275.94 -275.94 Maximum verschil 232.60 98.37 99.99 81.99 Tabel 3.10: Vergelijk verschil etmaalgemiddelde afvoer per periode Periode 1988-2011 1973-1974 momentaan -0.08 9.16 8668 0.098 -95.58 48.33 1975-juli 1978 momentaan 0.00 1.74 8676 0.019 -20.57 9.41 Uit de tabel volgt dat het etmaalgemiddelde debiet mettertijd steeds beter wordt beschreven. De standaarddeviatie voor individuele etmaalwaarden neemt duidelijk af waardoor het 95% betrouwbaarheidsinterval een steeds nauwere band om het gemiddelde vormt. Vanaf 1973 is de gehanteerde methode zo goed dat er geen significant verschil meer is met de methodiek uit die periode en de etmaalgemiddelde afvoer volgens de methodiek van 1988-2011. Voor de periode 1911-1950 wordt een eenduidig vergelijk bemoeilijkt doordat de metingen in de referentieperiode verstoord worden door afvoerfluctuaties van waterkrachtcentrale Lixhe. Nadere analyse bij twee uitwerkingen van deze methode hebben geleid tot het inzicht dat in de referentieperiode een duidelijk tijdstipafhankelijk verloop zichtbaar is van de afvoer over een gemiddelde dag. Dit patroon is systematisch over 6 deelperiodes van 4 jaar. Verder heeft dit patroon een duidelijk afvoerafhankelijke component. Omdat in de periode 1911-1950 de waterstand Visé de basis is voor de afvoerbepaling, zijn deze analyses met het hetzelfde resultaat ook uitgevoerd met 7-uur en 9-uur waterstanden in de referentieperiode. Het lijkt er dan ook op dat het dagelijkse verloop uit Figuur 3.2 een systeemkenmerk is dat niet verwaarloosd mag worden. Voor deze periode is een correctie voorgesteld om een betere schatting te verkrijgen van de etmaalgemiddelde afvoer volgens: Qcorrectie = 3.5893+Ln(Q 8-uur) – 7.5474 Om de etmaalgemiddelde afvoer te bepalen in de periode 1911-1950 wordt de beschikbare 8-uur afvoer vermindert met het correctiedebiet. Voor de periode 1951-1972 wordt een eenduidig vergelijk bemoeilijkt doordat de metingen in de referentieperiode verstoord worden door afvoerfluctuaties door waterkrachtcentrale Lixhe. Daarnaast is de methode uit deze periode niet goed reproduceerbaar. Er zijn daarom twee uitwerkingen aan de methode gegeven. Deze uitwerkingen wijzen beiden op een duidelijk verbeterde beschrijving ten opzichte van de periode 1911-1950. De statistische kenmerken van de uitwerking met momentane data geeft opvallend gelijkwaardige resultaten als de periode 19111950 met een centraal-gemiddelde 8-uur afvoer. Dit zou gezien kunnen worden als een aanduiding dat het effect van de waterkrachtcentrale voldoende is uitgemiddeld met een centraal-gemiddelde over 95 10-minuten waarden in de referentieperiode. Gezien de onduidelijkheden in de gehanteerde methode wordt voor de periode 1951-1972 voorgesteld om geen aanpassingen te doen in de gemiddelde afvoer. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 27 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 4 Invloed methodiek op piekafvoeren In dit hoofdstuk worden analyses gepresenteerd ten aanzien van de piekafvoer. Daarvoor worden de data uit de referentieperiode (paragraaf 2.6) bewerkt conform de methodes tussen 1911 en 18 mei 1987. De invloed van de verwerkingsmethode op de afvoer zal worden gekwantificeerd. Waar mogelijk zal worden ingegaan op de mate waarin resultaten uit de data voor de periode 1988-2011 overdraagbaar zijn op de andere periodes. Per periode zal een voorstel voor de homogenisatie van de afvoerreeks worden uitgewerkt. Daarbij zal ook aandacht worden besteed aan de verstorende invloed van de waterkrachtcentrale Lixhe op het afvoerverloop. 4.1 Piekafvoer periode 1911-1950 In deze periode is de 8-uur waterstand bij Visé de basis voor de bepaling van de piekafvoer. Door uit de referentieperiode de maximale 8-uur afvoer bij Borgharen (nabij de dag met de piekafvoer) te vergelijken met de piekafvoer uit de 10-minuten gegevens kan een indruk worden verkregen van de verschillen in de verwerkingsmethode. In Figuur 4.1 is het verschil met de referentieperiode zichtbaar voor de methode uit de periode 1911-1950. Figuur 4.1 bevestigt de bevinding uit Figuur 2.6: Bij extremere afvoeren liggen piekafvoer en 8-uur afvoer dichter bij elkaar. Figuur 4.1: Periode 1911-1950; piekafvoer minus 8-uurafvoer De correlatiecoëfficiënt van de regressiefunctie in Figuur 4.1 is zeer laag. De regressiefunctie is dan ook niet geschikt om piekafvoeren af te leiden. In Tabel 4.1 is het gemiddelde verschil aangegeven afhankelijk van de te hanteren drempelafvoer. Bij een toenemende drempelafvoer neemt het gemiddelde verschil tussen maximale 8-uur afvoer en de piekafvoer af. Drempelafvoer Gemiddeld verschil Piek - 8-uur afvoer [m3/s] [m3/s] 400 70.65 600 66.54 800 56.76 1000 44.19 1200 36.71 1400 39.42 1600 32.17 1800 27.18 2000 16.58 2200 16.58 2400 9.12 Tabel 4.1: Verband tussen drempelafvoer en gemiddeld verschil met piekafvoer Aantal [-] 162 120 83 51 31 20 14 11 6 6 3 In [CWM1994] is voor de periode 1911-1950 een vaste correctie van 35 m3/s afgeleid als verschil tussen de 8-uur afvoer en de piekafvoer. Op basis van Tabel 4.1 komt dat overeen met een drempelafvoer van ca. 1480 m3/s. Voor 8-uur pieken kleiner dan ca. 1480 m3/s zal dit in het algemeen leiden tot te lage piekafvoeren. Om dit te compenseren kan gebruik worden gemaakt van de regressiefunctie uit Figuur 4.1 of van een regressiefunctie op basis van de tabelwaarden uit Tabel 4.1. In Figuur 4.2 zijn beide opties grafisch weergegeven. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 29 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 4.2: Periode 1911-1950; verschil piekafvoer In periode 1911-1950 wordt de laagste piekafvoer (542 m3/s) gevonden in het hydrologische jaar 1933 (1 oktober 1933 – 30 september 1934) op 19 maart 1934. Tabel 4.2 geeft voorbeelden van de correctie voor deze afvoerdag volgens drie opties. Vigerende correctie [m3/s] 35 Tot 2500 m3/s Correctie op basis van Figuur 4.1 Correctie op basis van Tabel 4.1 [m3/s] [m3/s] -0.0448*542+113.67=89.39 -0.0296*542+78.867=62.82 Formule tot 1756 m3/s daarboven tot Tot 1482 m3/s daarboven tot 3 3 2500 m /s 35 m /s 2500 m3/s 35 m3/s Tabel 4.2: Voorbeelden correctie 8-uur-afvoer tot piekafvoer in de perioden 1911-1950 Bij de toepassing van een correctie moet worden bedacht dat het afvoerverloop in de referentieperiode beïnvloed wordt door het start-stop bedrijf van de waterkrachtcentrale bij Lixhe. In paragraaf 3.6 is het vermoeden uitgesproken dat een centrale middeling over 95 10-minuten waarden waarschijnlijk voldoende is om het effect van de waterkrachtcentrale uit te middelen. In Figuur 4.3 is het effect van centrale middeling voor twee periodes zichtbaar gemaakt. In april 2009 wordt de piek bij centrale middeling in beperkte mate beïnvloed. Het moment van de maximale 8-uur afvoer en het moment van de maximale afvoer af wijken sterk af. Voor de periode februari 2007 wordt de piek bij centrale middeling fors verlegd. In beide gevallen wordt met de centrale middeling niet zozeer het effect van de waterkrachtcentrale geëlimineerd, maar vooral het effect van stuwbeheer en hydrologie. Deze factoren waren ook in de periode 1911-1950 al aanwezig. De correctie op basis van Figuur 4.1 wordt sterk beïnvloed door de gevonden verschillen nabij maximale 8-uur afvoeren van 400 m3/s. De correctie op basis van Tabel 4.1 is door de middeling boven drempelwaarden een iets conservatievere benadering. Voor de homogenisatie in de periode 1911-1950 wordt uitgegaan van: 400<= Q < 1482 m3/s : 1482<= Q < 2500 m3/s : Q>=2500 m3/s: -0.0296*QDonar+78.876 35 m3/s 0 m3/s (Piek hoogwater 1926 bekend) Tabel 4.3 bevat enkele uitgewerkte voorbeelden van de homogenisatie. Etmaalgemiddelde afvoer Qb-DONAR Q-8-uur-corr QH-corr C-Piek Qtop-corr C-rivier 12-jan-1911 515 -14.86 45.17 12-jan-1951 838 0 0 12-jan-1973 73 0 0 12-jan-1976 271 0 0 12-jan-1981 537 0 0 12-jan-1994 875 0 0 12-jan-2012 729 0 0 Tabel 4.3: Enkele voorbeelden van homogenisatie naar etmaalgemiddelde afvoer 1 juli 2014 Rura-Arnhem C-infra -33 -24 -15 -14 -8 -8 0 homogenisatie 512 814 58 257 529 867 729 Pagina | 30 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 4.3: Effect centrale middeling op piekafvoer en 8-uurafvoer 4.2 Piekafvoer periode 1951-1972 In deze periode zijn waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 de basis voor de bepaling van een “gestileerde” 8-uur waterstand bij Borgharen-beneden. Het criterium daarbij was dat er niet meer dan drie standen achter elkaar aan één zijde van de vereffeningslijn mochten liggen. Met deze “gestileerde” 8-uur-waterstand en de geldende Qh-relatie wordt een afvoer afgeleid. In de jaarboeken vanaf 1951 worden de piekstanden genoemd. Aangenomen mag worden dat de hoogste waterstanden op vergelijkbare wijze zijn afgeleid uit de beschikbare waterstanden. De grafische methode van de vereffeningslijn is niet reproduceerbaar gebleken. Wel kan uit de referentieperiode de maximale afvoer op de tijdstippen 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 worden bepaald voor de dag met de piek en voor de voorgaande en navolgende dag. Deze maximale waarde uit de data kan worden vergeleken met de afvoerpiek op basis van 10-minuten waarden (Figuur 4.4). 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 31 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 4.4: Periode 1951-1972; piekafvoer minus piekafvoer uit 4-uurlijkse data De correlatiecoëfficiënt van de regressiefunctie in Figuur 4.4 is zeer laag. De regressiefunctie is dan ook niet geschikt om piekafvoeren af te leiden. In Tabel 4.4 is het gemiddelde verschil piekafvoermaximum uit 4-uursdata aangegeven, afhankelijk van de te hanteren drempelafvoer. Bij een toenemende drempelafvoer neemt het gemiddelde verschil tussen 8-uur afvoer en maximale afvoer in beperkte mate af. Drempel 8-uur afvoer Gemiddeld verschil Piek – afvoerpiek uit data om de 4 uur [m3/s] [m3/s] 400 14.67 600 14.75 800 12.37 1000 7.81 1200 7.56 1400 8.95 1600 10.01 1800 9.09 2000 7.79 2200 8.25 2400 9.12 Tabel 4.4: Verband tussen drempel 8-uur afvoer en gemiddeld verschil met piekafvoer aantal [-] 164 141 95 60 34 20 16 12 8 6 3 In [CWM1994] is voor de periode 1951-1973 uitgegaan van de geregistreerde piekafvoeren uit de jaarboeken. Gezien de relatief beperkte verschillen tussen de werkelijke piek en de piek uit de 4uurlijkse data moet ervan worden uitgegaan dat de pieken uit de jaarboeken vanaf 1951 juist zijn. Uitschieters in Figuur 4.4 worden onder meer veroorzaakt door de waterkrachtcentrale in de referentieperiode. De onderliggende 4-uurlijkse data zijn niet bewaard gebleven. In DONAR is alleen de etmaalgemiddelde afvoer opgeslagen. Daardoor is voor een aantal (lagere) afvoerpieken geen piekwaarde bekend. Om voor deze pieken toch piekafvoeren af te leiden kan een relatie worden gelegd tussen de etmaalgemiddelde afvoer en de piekafvoer. In paragraaf 2.2 is aangetoond dat de methodiek uit de periode 1951-1972 leidt tot een goede benadering van de etmaalgemiddelde afvoer. In Figuur 4.5 is het verschil in de referentieperiode zichtbaar tussen de etmaalgemiddelde afvoer volgens de methode uit 1951-1972 en de piekafvoer. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 32 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 4.5: Periode 1951-1972; piekafvoer minus gemiddelde afvoer uit 4-uurlijkse data In [CWM1994] is bij beschikbaarheid van alleen de etmaalgemiddelde afvoer uitgegaan van een correctie van 70 m3/s. Het gemiddelde verschil voor de referentieperiode bedraagt voor de 162 pieken 116.43 m3/s. Dit verschil wordt deels veroorzaakt door het start-stopbedrijf van de waterkrachtcentrale en deels door het stuwbeheer en hydrologie (paragraaf 4.1). Een eenduidige methode om deze effecten uit te splitsen ontbreekt. In de extreme-waardenstatistiek wordt uitgegaan van het hydrologisch jaarmaxima en van de hoogste piekafvoeren in de gehele reeks [WL2004; DELT2009]. Voor het aantal hoogste piekafvoeren wordt uitgegaan van het aantal jaren in de beschikbare meetreeks. De drempelwaarde voor de afvoer die daarbij hoort bedraagt ca. 1300 – 1330 m3/s. Om het effect van de invloed van de lagere pieken te elimineren wordt voor de homogenisatie uitgegaan van een pragmatisch gekozen drempelafvoer van 1000 m3/s. Het gemiddelde verschil tussen de etmaalgemiddelde afvoer en de 29 etmaalgemiddelde pieken boven 1000 m 3/s bedraagt 89 m3/s. Deze correctie wordt opgelegd voor alle pieken waarvoor alleen een etmaalgemiddelde afvoer beschikbaar is. Voor pieken bij een etmaalgemiddelde afvoer onder 1000 m3/s is dat gemiddeld over alle pieken waarschijnlijk een lichte onderschatting van de benodigde correctie. 4.3 Piekafvoer periode 1973-1974 In deze periode zijn waterstanden om 00:00; 04:00; 08:00; 12:00; 16:00 en 20:00 de basis voor de bepaling van de gemiddelde afvoer. Ten aanzien van de piekafvoer is deze periode geheel vergelijkbaar met de periode 1951-1972. De correcties voor de piekafvoer zijn beschreven in paragraaf 4.2. 4.4 Piekafvoer periode 1975- juli 1978 In deze periode zijn momentane waterstanden op het hele uur de basis voor de bepaling van de piekafvoer. Met deze piek-waterstanden en de geldende Qh-relatie wordt een afvoer afgeleid. In de jaarboeken vanaf 1951 worden piekstanden genoemd. Aangenomen mag worden dat de piekwaterstand is afgeleid uit de beschikbare waterstanden op het gehele uur. Uit de referentieperiode kan de maximale afvoer uit momentane uurwaarden vergeleken worden met de maximale afvoer met de afvoerpiek op basis van 10-minutenwaarden (Figuur 4.6). De correlatiecoëfficiënt van de regressiefunctie in Figuur 4.6 is zeer laag. De regressiefunctie is dan ook niet geschikt om piekafvoeren af te leiden. De verschillen tussen het maximum op basis van uurlijkse waarden en het werkelijke maximum op basis van de 10-minuten gegevens bedraagt gemiddeld 1.88 m3/s. Dat verschil is marginaal en wordt veroorzaakt door bijvoorbeeld het hoogwater van januari 1995 waar één 10-minuten waarde hoger is dan de omliggende uurwaardes. De beschikbare piekafvoeren hoeven dan ook niet gecorrigeerd te worden. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 33 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 4.6: Periode 1975-juli 1978; piekafvoer minus piekafvoer uit uurlijkse data Omdat in DONAR alleen de etmaalgemiddelde afvoer is opgeslagen en de onderliggende uurlijkse data niet bewaard zijn gebleven, is voor een aantal (lagere) afvoerpieken geen piekwaarde bekend. Om voor de overige pieken een correctie af te leiden kan een relatie worden gelegd tussen de etmaalgemiddelde afvoer en de piekafvoer (Figuur 4.7). Figuur 4.7: Periode 1975- juli 1978; piekafvoer minus gemiddelde afvoer uit uurlijkse data In [CWM1994] is bij beschikbaarheid van alleen de etmaalgemiddelde afvoer uitgegaan van een correctie van 70 m3/s. Het gemiddelde verschil voor de referentieperiode bedraagt voor de 162 pieken 115.34 m3/s. Dit wordt deels veroorzaakt door het start-stopbedrijf van de waterkrachtcentrale en deels door stuwbeheer en hydrologie (paragraaf 4.1). Een eenduidige methode om deze effecten uit te splitsen ontbreekt. In de extreme-waardenstatistiek wordt uitgegaan van hydrologische jaarmaxima en van de hoogste piekafvoeren in de gehele reeks [WL2004;DELT2009]. Voor het aantal hoogste piekafvoeren wordt uitgegaan van het aantal jaren in de beschikbare meetreeks. De drempelwaarde voor de afvoer die daarbij behoort bedraagt ca. 1300 – 1330 m3/s. Om het effect van de invloed van lagere pieken te elimineren wordt voor de homogenisatie uitgegaan van een pragmatisch gekozen drempelafvoer van 1000 m3/s. Het gemiddelde verschil tussen de etmaalgemiddelde afvoer en de 29 etmaalgemiddelde pieken boven 1000 m 3/s bedraagt 91 m3/s. Deze correctie wordt opgelegd voor alle pieken waarvoor alleen een etmaalgemiddelde afvoer beschikbaar is. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 34 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 4.5 Piekafvoer periode augustus 1978 – 18 mei 1987 In deze periode zijn de 5-minuten waterstanden de basis voor de bepaling van een piekafvoer. Met behulp van de geldende Qh-relatie worden op deze tijdstippen de gemiddelde afvoeren per 5 minuten afgeleid. In de referentieperiode wordt uitgegaan van een 10-minuten gemiddelde waterstand als basis voor de bepaling van de piekafvoer. Met deze lagere datadichtheid is het niet mogelijk om een uitspraak te doen over de methodiek in deze periode. Maar verwacht mag worden dat de piekafvoer zoals bepaald in deze periode op z’n minst net zo goed is als de afvoerbepaling in de referentieperiode. De onderliggende 5-minuten data zijn niet bewaard gebleven. In DONAR is alleen de etmaalgemiddelde afvoer opgeslagen. Daardoor is voor een aantal (lagere) afvoerpieken geen piekwaarde bekend. Voor deze lagere pieken wordt de gevonden correctie voor de periode 1975juli 1978 overgenomen. 4.6 Homogenisatie afvoerreeks voor piekafvoeren Vanwege de beschikbaarheid van 10-minuten waterstanden vanaf 19 mei 1987 mag worden verondersteld dat de piekafvoer voor de Maas vanaf dit moment met voldoende nauwkeurigheid wordt beschreven. Tabel 4.5 geeft een overzicht van de gevonden statistische kenmerken voor de verschillende deelperiodes tot 19 mei 1987. Methodiek uit periode 1911-1950 1951-1974 8-uur data 4-uurlijkse data Gemiddelde verschil 72.30 14.67 Standaarddeviatie 61.35 17.54 Aantal 164 164 Standaardfout 4.79 4.18 Minimum verschil 0.00 0.00 Maximum verschil 276.00 96.00 Tabel 4.5: Vergelijk verschil etmaalgemiddelde afvoer per periode Periode 1988-2011 1975-18-5-1978 1-uurlijkse data 1.89 4.75 164 0.37 0.00 50.00 Voor het homogeniseren van piekafvoeren zijn de correcties uit Tabel 4.6 voorgesteld. De correcties voor pieken waarvan alleen etmaalgemiddelde afvoeren bekend zijn over de periode 1951-1974 (89 m3/s) en de periode 1975-juli 1978 (91 m3/s) zijn in de tabel omgezet naar een correctie van 90 m3/s. Tabel 4.7 bevat enkele voorbeelden van de homogenisatie. Periode 1988-2011 Methodiek uit periode 1911-1950 1951-1974 Piek bekend Drempelafvoer 1482<Q<2500 m3/s 0 Correctie 35 m3/s Drempelafvoer <=1480 m3/s Correctie -0.0296*Q+78.867 Drempelafvoer >=2500 m3/s Maximum verschil 0.00 m3/s Tabel 4.6: Homogenisatie piekafvoer Maas uit DONAR-data Piek onbekend Qetm + 90 Piekafvoer datum Qb-DONAR Q-8-uur-corr Qh-corr C-Piek Qtop-corr 8-jan-1912 1205 107.48 43 0 21-jan-1951 1485 0 0 87 14-feb-1973 808 0 90 0 14-feb-1976 633 0 0 70 16-jan-1981 1155 0 0 90 22-dec-1993 2959 0 0 80 6-jan-2012 1506 0 0 148 Tabel 4.7: Enkele voorbeelden van homogenisatie naar piekafvoeren 1 juli 2014 Rura-Arnhem 1975-juli 1978 en 1 augustus 1978 – 18-5-1987 Piek bekend Piek onbekend 0 Q etm + 90 C-rivier 11 19 0 0 0 0 0 C-infra -33 -24 -15 -14 -8 -5 0 homogenisatie 1333 1567 883 689 1237 3034 1654 Pagina | 35 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 5 Homogenisatie afvoerreeksen In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de homogenisatie van de afvoer bij Borgharen. Homogenisatie van de afvoerreeks is noodzakelijk om uitspraken te kunnen doen over de afvoeren bij Borgharen met de huidige inrichting van de rivier. Homogenisatie wordt uitgevoerd als voorbereiding op de extreme-waarden-statistiek en voor de bepaling van afvoerduurlijnen. Met extreme-waarden-statistiek wordt de verwachtingswaarde van afvoerpieken vastgelegd. Voor de Maas zijn daarbij twee verwachtingswaarden van belang: 1. De afvoer met een verwachtingswaarde van 1/250 jaar is de basis voor de Limburgse dijken. 2. De afvoer met een verwachtingswaarde van 1/1250 jaar is de basis voor de Gelderse en Brabantse dijken. Met de afvoerduurlijn wordt de verwachting voor de lagere afvoeren onderbouwd. De afvoerduurlijn wordt gebruikt voor scheepvaart en voor ontwerpdoeleinden. Met de afvoerduurlijn wordt de uitspraak “Een afvoer van 500 m3/s wordt 43 dagen per jaar bereikt of overschreden” onderbouwd. 5.1 Opzet homogenisatie De vigerende methode voor het homogeniseren van de afvoerreeks voor afvoerpieken bij Borgharen is gebaseerd op [CWM1994]. De methode is opgezet voor extreme-waarden-statistiek, maar delen van de methode worden sinds 2009 ook gebruikt voor de afvoerduurlijn. In de methode worden de volgende componenten onderscheiden: 1. C-piek In hoofdstuk 7.1.2 van deelrapport 4 [CWM1994] is een correctie voor de afvoer bij Borgharen-dorp beschreven voor 8-uur pieken waar geen echte piek bekend is. Als correctiewaarde is uitgegaan van 35 m3/s. Verder is een correctie beschreven voor de etmaalgemiddelde afvoeren waarbij geen piek bekend is. Als correctiewaarde is uitgegaan van 70 m3/s. Voor het hoogwater van 1926 is deze correctie niet doorgevoerd, omdat de werkelijke top bekend is. 2. Qh-correctie In hoofdstuk 7.1.3 van deelrapport 4 [CWM1994] is een correctie voor de afvoer bij Borgharen-dorp beschreven over de periode 1911-1932 vanwege afwijkingen tussen de gehanteerde Qh-kromme en uitgevoerde metingen te St. Pieter en Maastricht in de periode 1917-1930. 3. Q_topcorrectie Afvoertoppen zijn vanaf 1951 beschikbaar uit: o RWS nota GWIO-85.005 o Jaarboeken van waterstanden en afvoeren o Nota’s van specifieke hoogwaters o Onderzoeken in het kader van HR2001 en TMR2006 o DONAR 10-minuten gegevens De DONAR-reeks van etmaalafvoeren is de basis voor de bepaling van de extreme waarden. Met Q_topcorrectie wordt het verschil tussen de DONAR-afvoer en de piekafvoer gecorrigeerd. 4. C-rivier In hoofdstuk 7.1.5 van deelrapport 4 [CWM1994] is een correctie voor de afvoer bij Borgharen-dorp beschreven om de invloed van rivierwerken in Wallonië op de afvoer bij Borgharen te compenseren. Volgens het destijds uitgevoerde onderzoek hebben de rivierwerken de piekafvoer met maximaal 6% verhoogd en met 10 uur versneld. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 37 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R De uit te voeren correctie is afhankelijk van de hoogte van de maximale afvoer en het jaar van optreden van de hoogwatergolf volgens: met: Qb Qh a,b,c Ji = = = = bijtelling [m3/s] historische afvoer coëfficiënten jaar van breekpunt Periode 1911-1928 1929-1940 1941-1955 1956-1973 1974-1990 1991-1993 a 1.00 0.58 0.58 0.43 0.00 0.00 B 0.00 0.42 0.00 0.15 0.43 0.00 Ji 1940 1973 1990 C 12 18 17 5. C-infra In hoofdstuk 7.1.6 van deelrapport 4 [CWM1994] is een correctie voor de afvoer bij Borgharen-dorp beschreven om rekening te kunnen houden met toegenomen onttrekkingen bovenstrooms van Borgharen. De onttrekkingen (Drinkwater, Albertkanaal, Julianakanaal en zuid-Willemsvaart) bovenstrooms van Borgharen zijn mettertijd toegenomen. Met verdere toename van de onttrekkingen is bij HR2001, TMR2006 en CR2011 apart rekening gehouden. Tabel 5.1 geeft een overzicht van de cumulatieve onttrekkingen bovenstrooms van Borgharen-dorp. Tabel 5.2 geeft het bijbehorende homogenisatie-debiet zoals gebruikt in CR2011. Volgens [CWM1994] hoofdstuk 7.16 wordt de correctie alleen toegepast op piekafvoeren kleiner dan 1800 m3/s. Deze methodiek is tot op heden steeds zo gebruikt. Albertkanaal Tailfer (1) 1911-1929 1930-1938 1939-1946 1947-1965 1966-1969 1970-1973 1974-1980 1981-1981 1982-2000 2001-2006 2007-2013 1911-1929 1930-1938 1939-1946 1947-1965 1966-1969 1970-1973 1974-1980 1981-1981 1982-2000 2001-2006 2007-2013 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 Juliananakanaal (3) 5 5 5 5 8 14 14 14 14 15 17 onttrekking Genk (2) 0 0 4 8 8 8 8 14 14 19 19 sluis Lanaken (6) voedingsduiker (4) Sls Bosscherveld (5) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Tabel 5.1: Verloop van onttrekkingen bovenstrooms van Borgharen in de tijd 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 38 Rapportage Borgharen 1911-1929 1930-1938 1939-1946 1947-1965 1966-1969 1970-1973 1974-1980 1981-1981 1982-2000 2001-2006 2007-2013 Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp Onttrekkingen P140415R homogenisatiedebiet 19 19 24 28 31 37 38 44 44 50 52 -33 -33 -28 -24 -21 -15 -14 -8 -8 -2 0 Tabel 5.2: Homogenisatiedebiet C-rivier conform CR2011 Op basis van het onderzoek uit hoofdstuk 3 en 4 wordt aan deze methodiek een correctie toegevoegd voor de inwinmethode. Het voorstel voor de nieuwe homogenisatiemethodiek wordt in de navolgende paragrafen uitgewerkt. 5.2 Homogenisatie afvoerpieken 5.2.1 Aangepaste correctie C-piek Voor de periode 1911-1950 waar de pieken worden gebaseerd op 8-uur afvoeren is in paragraaf 4.6 een aangepaste homogenisatie gevonden: Voor afvoerpieken boven 2500 m3/s Correctie 0 m3/s (conform vigerende methode) Voor afvoerpieken tussen 1482 en 2500 m3/s: Correctie 35 m3/s (conform vigerende methode) Voor afvoerpieken tussen 400 en 1482 m3/s Correctie -0.0296*Q(8-uur) + 78.9 m3/s Voor de periode 1951 – 18 mei 1987 zijn de hogere pieken in het algemeen bekend en is geen piekcorrectie noodzakelijk. Voor de lagere pieken waar alleen een etmaalgemiddelde afvoer beschikbaar is, is in paragraaf 4.6 een aangepaste homogenisatie gevonden: Voor etmaalgemiddelde pieken boven 400 m3/s Correctie 90 m3/s 5.2.2 Qh-correctie In [RURA2012] is nut en noodzaak van de Qh-correctie over de jaren 1911-1932 nader beschouwd. Daarbij is gezocht naar het verband tussen de afvoer uit de reeks bij Borgharen en de waterstanden op een aantal benedenstroomse meetpunten. Hoewel de verschillen beperkt waren bleek de correlatie tussen waterstanden en afvoeren steeds iets beter te zijn als uitgegaan wordt van een afvoer bij Borgharen inclusief de Qh-correctie. De conclusie is toen geweest dat de Qhcorrectie ongewijzigd moest blijven. Uit de data in [CWM1994] is in Bijlage 2 een tabel samengesteld waarmee de Qh-correctie kan worden uitgevoerd voor willekeurige afvoeren in de periode 1911 – 1932. 5.2.3 Qtop-correctie Met deze correctie wordt op basis van de dagafvoer Borgharen uit DONAR een correctie uitgevoerd zodat de werkelijke top bij Borgharen beschikbaar komt. Omdat het om werkelijk gemeten toppen gaat wordt hier in principe geen wijziging doorgevoerd. Vanaf 19 mei 1987 zijn pieken op basis van 10-minuten gegevens beschikbaar. Enkele verschillen met de vigerende methode treden op doordat in het verleden uitgegaan werd van de hoogste waarde op het gehele uur. Tussenliggende hogere 10-minuten gegevens zijn soms wel en soms niet meegenomen. Vanaf 1 januari 1988 is uitgegaan van de hoogste 10-minutenwaarde. Voor het hoogwater van 1995 treedt daarom een verschil op. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 39 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 5.2.4 Aanpassing C-rivier De correctie op de afvoer bij Borgharen-dorp voor de invloed van rivierwerken in Wallonië is gebaseerd op de veranderingen tot 1993. Na 1993 is op de Namense Maas tussen Chooz en Namen nog een verdieping uitgevoerd waardoor wellicht een verdere versnelling van de looptijd en verhoging van de piek mogelijk is. Het verdient aanbeveling dit nader te onderzoeken. Vooralsnog wordt deze correctie onverkort overgenomen. 5.2.5 Aanpassing C-infra Voor de onttrekking van het Julianakanaal is het korten boven 1800 m 3/s terecht. De scheepvaart wordt stilgelegd, waardoor de onttrekking voor het Julianakanaal grotendeels wegvalt. Voor het Albertkanaal klopt deze redenering echter niet. Het Albertkanaal is de verbinding tussen Luik en Antwerpen. Het scheepvaartverkeer op het kanaal kan gewoon doorvaren ongeacht de afvoer op de Maas. Dit is per mail (1-3-2012) bevestigd door Hans Vereecken en Erika D’haeseleer van het Hydrologisch informatiecentrum (HIC). Voor de situatie boven 1800 m3/s moet daarom toch rekening worden gehouden met de onttrekking van het Albertkanaal. Tabel 5.3 geeft een aangepaste tabel waarbij rekening wordt gehouden met het doorgaande scheepvaartverkeer op het Albertkanaal. Borgharen 1911-1929 1930-1938 1939-1946 1947-1965 1966-1969 1970-1973 1974-1980 1981-1981 1982-2000 2001-2006 2007-2013 Onttrekkingen 19 19 24 28 31 37 38 44 44 50 52 Homogenisatiedebiet <1800 m3/s -33 -33 -28 -24 -21 -15 -14 -8 -8 -2 0 Homogenisatiedebiet >= 1800 m3/s -19 -19 -15 -11 -11 -11 -11 -5 -5 0 0 Tabel 5.3: Aangepast homogenisatiedebiet C-rivier 5.3 Homogenisatie afvoerreeks voor gemiddelden Bij de homogenisatie van de afvoerreeks naar etmaalgemiddelde afvoeren wordt gebruikgemaakt van de onderdelen “Qh-correctie” en “C-infra” zoals al beschreven in paragraaf 5.2.2 en 5.2.5. Aan deze correctie wordt een correctie toegevoegd voor het verschil in meetmethode. Voor de periode 1911-1950 waar de gemiddelde afvoer gebaseerd wordt op 8-uur afvoeren is in paragraaf 3.6 een correctie gevonden om de systematisch hogere 8-uur afvoer te compenseren: QMeet = -3.5893*(Ln(Q 8-uur) + 7.5474 De minimale correctie bedraagt 0 m3/s De maximale correctie bedraagt -15 m3/s 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 40 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 6 Samenvatting en conclusies De Nederlandse overstromingsrisico’s worden uitgedrukt in Hydraulische randvoorwaarden. Deze hydraulische randvoorwaarden zijn samengesteld uit waterstanden, golven en andere belastingen op de primaire waterkeringen. Met de randvoorwaarden kan beoordeeld worden of de waterkeringen over voldoende sterkte en stabiliteit beschikken en of er maatregelen genomen moeten worden om de waterkeringen te verbeteren in zes-jaarlijkse beoordelingsperiode. De hydraulische randvoorwaarden hebben dan ook een bepalende functie in het beoordelen van de primaire waterkeringen. De geldende overstromingsrisico’s langs de Maas hebben een herhalingstijd die varieert tussen 250 en 2000 jaar. Gemeten afvoeren zijn essentieel voor het bepalen van ontwerpafvoeren en afvoergolven met hoge herhalingstijden. Dit rapport gaat in op de verschillende historische methodes die gebruikt zijn om de afvoer bij Borgharen te bepalen. De extrapolatiemethode van de historische metingen naar ontwerpafvoeren wordt in een apart rapport besproken. Tussen 1911 en 2014 zijn zeven verschillende methodes te onderscheiden voor het bepalen van de afvoer bij Borgharen. In deze periode zijn grootschalige rivierwerken uitgevoerd langs de gehele Maas. Verder is in Nederland en in België op grote schaal grind gewonnen. Door deze veranderingen is de tijdreeks van afvoeren bij Borgharen niet homogeen. Homogenisatie van de afvoergegevens is noodzakelijk. Deze studie en een aanvullende studie naar ingrepen in de Belgische Maas sinds 1993 is daarvoor de basis. 6.1 Samenvatting In het onderhavige onderzoek zijn zeven verschillende periodes besproken met onderlinge verschillen in de bepaling van de gemiddelde afvoer en de piekafvoer. Uit deze zeven periodes is de zesde periode van 19 mei 1987 – 2011 geselecteerd als vergelijkingsbasis ten aanzien van het effect van de bepalingsmethode op de gemiddelde afvoer en de piekafvoer. Van de zesde periode is een deelverzameling gemaakt met 8676 etmaalgemiddelde afvoeren uit 1988-2011 waarbij alleen dagen waarvan alle onderliggende 10-minuten-gegevens beschikbaar zijn. Van deze deelverzameling zijn een aantal statische kenmerken verzameld. Deze gegevens zijn vervolgens gebruikt voor verdere analyse ten aanzien van de homogenisatie van de afvoerreeks voor etmaalgemiddelde afvoeren. Voor de analyse van piekafvoeren is uit de reeks met 8676 etmaalgemiddelde afvoeren een reeks van 164 piekafvoeren afgeleid. Deze 164 pieken zijn gebruikt voor de verdere analyse ten aanzien van de homogenisatie van de afvoerreeks voor afvoerpieken. Voor de analyse ten aanzien van de etmaalgemiddelde afvoer en de piekafvoer is de data uit de zesde periode bewerkt conform de methodes tussen 1911 en 18 mei 1987. De invloed van de verwerkingsmethode op de afvoer is gekwantificeerd. Voor iedere periode is vervolgens een voorstel voor de homogenisatie van de afvoerreeks uitgewerkt, waarbij in het bijzonder aandacht is besteed aan de verstorende invloed van de waterkrachtcentrale Lixhe op het afvoerverloop. Tot slot is de homogenisatie van de afvoer bij Borgharen uitgevoerd. Deze homogenisatie van de afvoerreeks is noodzakelijk om uitspraken te kunnen doen over de afvoeren bij Borgharen met de huidige inrichting van de rivier. In paragraaf 6.3 en 6.4 worden conclusies en aanbevelingen meer gedetailleerd beschreven. 6.2 Kanttekening bij de resultaten Het uitvoeren van een analyse op historische datareeksen is met onzekerheden omgeven. Factoren daarin zijn de afvoerbepaling zelf, de gehanteerde methodes, de digitalisering van de data en wijzigingen in de rivier in de afgelopen 100 jaar. Op basis van analyses op de afvoerreeks 1988 – 2011 zijn in dit rapport conclusies getrokken ten aanzien van de meetreeksen over de periode 1911 - 1987. Waar mogelijk zijn deze factoren beschouwd, maar een volledig sluitend verhaal is niet mogelijk. Op een aantal punten zijn daarom de in het verleden vastgelegde resultaten leidend. Deze kanttekeningen zijn belangrijk bij de interpretatie van de resultaten. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 41 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 6.3 Conclusies 1. Ten aanzien van de meetreeksen: In de meetreeksen zijn een aantal fouten gevonden. Fouten kunnen zijn ontstaan bij het opschrijven van de waterstand, het beoordelen van de waterstanden op juistheid, bij het aflezen uit de Qh-relatie, bij het digitaliseren van de waterstanden of het digitaliseren van de afvoer. Bijlage 1 geeft hiervan een overzicht. 2. Ten aanzien van daggemiddelde afvoer: Als de afvoerreeks op basis van 8-uur waarden als maat voor de gemiddelde dagafvoer wordt gebruikt, moet er vanuit worden gegaan dat dit leidt tot een systematische overschatting van de daggemiddelde afvoer van ca. 9.6 m3/s. De overschatting van de daggemiddelde afvoer op basis van 8-uur waterstanden is afvoerafhankelijk en varieert tussen 0 m3/s bij heel lage afvoeren tot ca. 15 m3/s vanaf 535 m3/s. Vanaf 1951 is de DONAR-afvoer de best beschikbare maat voor de daggemiddelde afvoer. 3. Menselijke invloed op piekafvoeren: Pieken boven 400 m3/s kunnen zich willekeurig over de momenten op een dag voordoen. Wel zijn er duidelijk meer pieken rond de weekenden. Terwijl er duidelijk minder pieken optreden op de dinsdagen t/m donderdagen. Voor pieken boven 800 m3/s verschuift het moment van de piek meer naar de ochtenduren. Naarmate de piek extremer is, komen pieken duidelijk vaker voor in de ochtenduren tussen ca. 6:00 en 10:00. Het verschil tussen weekdagen en weekenden vervalt. De duur van afvoerpieken blijft in het algemeen beperkt tot minder dan ca. 200 minuten. De duur van de piek wordt nauwelijks beïnvloed door het afvoerniveau. Wel lijkt er samenhang te zijn met menselijk ingrijpen bij de stuwen bovenstrooms van Borgharen. 4. Voorgestelde correctie piekafvoeren: Voor piekafvoeren boven 1480 m3/s wordt de vigerende correctie van 8-uur afvoer naar piekafvoer van 35 m3/s overgenomen. Voor lagere piekafvoeren leidt dit echter tot een onderschatting van de piekafvoer. Voor pieken onder 1480 m3/s is een correctie van de 8-uur afvoer afgeleid volgens: QPiek = -0.0296*Q8-uur+78.9 Deze correctie wordt toegepast voor de periode 1911-1951, maar niet voor het hoogwater van 1926 omdat daar verondersteld wordt dat de top bekend is. Voor de periode 1951 – 18 mei 1987 zijn piekafvoeren gedeeltelijk beschikbaar. Op dagen met een waarvan de piekafvoer pieken ontbreekt is de gemiddelde afvoer vermeerdert met 90 m3/s als schatting van de werkelijke piekafvoer. 5. Aanpassingen zijn voorgesteld bij de homogenisatie voor extreme waarden. Het gaat daarbij om: Aanpassing correctie piekafvoer 1911-1950 Aanpassing correctie lagere; (niet bekende) pieken in de periode 1951-1975 Aanpassing correctie voor wijzigingen in de infrastructuur 6. Aanpassingen zijn voorgesteld bij de homogenisatie voor daggemiddelde waarden. Nieuwe aanpassing voor 1911-1950 waarbij rekening wordt gehouden met een systematische verschil tussen de 8-uur afvoer en de daggemiddelde afvoer. Aanpassing correctie voor wijzigingen in de infrastructuur. 6.4 Aanbevelingen In dit rapport zijn enkele aanbevelingen genoemd: Het verdient aanbeveling om in overweging te nemen om de rood-gemarkeerde data in Bijlage 1 in DONAR aan te passen of te markeren als minder betrouwbare data in DONAR. In de homogenisatie is de correctie voor veranderingen in de inrichting van de rivier “Crivier” thans gebaseerd op data tot 1993. Nadien zijn er nog werken uitgevoerd op de Maas tussen Chooz en Namen. Het verdient aanbeveling deze correctie te actualiseren. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 42 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R 7 Literatuur [CWM1994] Onderzoek Watersnood Maas -Deelrapport 4 Hydrologische aspecten-; Commisie watersnood Maas; december 1994; WL|Delft [DELT2009] Herberekening werklijn Maas in het kader van WTI2011; November 2009; Deltares [HR2001] Hydraulische randvoorwaarden 2001, voor het toetsen van primaire waterkeringen; Rijkswaterstaat; DWW, december 2001. [RURA2012] Methode mhw bedijkte Maas; Memo 120329R-1; april 2012; Rura-Arnhem [RWS1948] Verslag meting voedingsduiker Maastricht; augustus 1948; Rijkswaterstaat [WL2004] HR2006 –Herberekening werklijn Maas- Rapport Q3623.00; Mei 2004 [WWZO1981] Overzicht afvoerbepaling te Borgharen cq Maastricht; Nota 81.11; mei 1981; Rijkswaterstaat W&W district Zuid-Oost; 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 43 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Bijlage 1: Consistentiecheck DONAR-gegevens Voor de gehele periode is getoetst of de Qh-krommes consistent zijn toegepast. Daartoe is bij de DONAR-afvoeren de waterstand opgezocht uit de Qh-relatie en is omgedraaid bij de waterstand van Visé uit DONAR de afvoer uit de Qh-relatie afgelezen. Verschillen in de afvoer bij beide benaderingen zijn mogelijk fouten. Fouten kunnen zijn ontstaan bij het opschrijven van de waterstand, het beoordelen van de waterstanden op juistheid, bij het aflezen uit de Qh-relatie, bij het digitaliseren van de waterstanden of het digitaliseren van de afvoer. Tabel 1_1 en Tabel 1_2 bevatten respectievelijk de geconstateerde afwijkingen voor de periode 1911-1932 en voor de periode 1933-1950. Tabel 1_3 bevat de afwijkingen voor periode 19511972. Tabel 1_4 bevat de afwijkingen voor periode 1973-1974. Voor de rood gemarkeerde afvoeren verdient het aanbeveling de afvoeren aan te passen. Figuur 1_2 geeft een voorbeeld van de wijze waarop beoordeeld is of een afwijking al dan niet terecht is. Opvallend in Tabel 1_2 is de maand november in 1948. Voor deze ene maand is de Qh-relatie over de periode 1911-1932 gebruikt in plaats van 1933-1950. Jaar Dag Donar Q H uit Qh H Vise Q uit Qh Opmerking 3 nr. DONAR 1911 32 231 48.30 48.60 305 aanpassing terecht 1911 226 47 47.18 47.19 48 onduidelijk: verschil nihil 1915 139 178 48.03 47.95 162 vermoedelijk verschuiving 1915 140 166 47.97 48.03 178 vermoedelijk verschuiving 1915 273 67 47.35 47.34 66 onduidelijk: verschil nihil 1916 337 303 48.59 48.50 279 vermoedelijk afleesfout 1919 63 614 49.67 49.68 617 onduidelijk: verschil nihil 1919 357 470 49.20 50.20 820 afleesfout Qh-relatie 1919 358 485 49.25 50.25 845 afleesfout Qh-relatie 1921 66 130 47.77 47.74 126 onduidelijk: verschil nihil 1921 125 70 47.38 47.37 69 onduidelijk: verschil nihil 1921 334 30 47.00 47.60 102 afleesfout 1922 6 99 47.58 48.15 200 afleesfout 1922 14 115 47.67 48.67 322 schrijffout waterstand; aanpassing terecht 1922 15 67 47.36 48.36 245 aanpassing niet terecht op basis van Maastricht 1922 16 111 47.65 48.25 222 aanpassing niet terecht op basis van Maastricht 1922 290 224 48.26 47.76 128 aanpassing niet terecht op basis van Maastricht 1923 15 470 49.20 49.21 473 onduidelijk: verschil nihil 1926 130 128 47.75 47.15 44 aanpassing terecht; in relatie tot Maastricht 1926 316 990 50.54 50.04 751 Aanpassing fout op basis van Maastricht 1928 6 274 48.49 48.48 277 onduidelijk: verschil nihil 1928 32 320 ca. 48.66 48.70 330 schrijffout past niet op Qh 1928 140 243 48.35 48.33 238 onduidelijk: verschil nihil 1929 42 202 48.16 48.25 222 schrijffout in afvoer; 202 ipv 222 1930 230 566 49.52 49.02 416 aanpassing terecht op basis van Borgharen beneden 1932 3 416 49.02 49.52 566 aanpassing terecht op basis van Borgharen beneden 1932 9 1110 50.78 50.58 1010 aanpassing terecht op basis van Borgharen beneden Tabel 1_1: Mogelijk foutieve afvoeren in DONAR in de periode 1911-1932 3 Elk jaar telt 366 dagen; bij ontbreken van 29 februari (dagnummer 60) bevat dit de code #n/b 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 45 Rapportage Jaar 1933 1933 1933 1934 1934 Dag nr. 130 202 341 110 134 Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp Donar Q 48.00 47.51 47.51 48.82 48.06 H Vise DONAR 47.80 47.52 47.52 48.02 47.68 Q uit Qh 120 70 70 164 99 Opmerking aanpassing waarschijnlijk niet terecht onduidelijk: verschil nihil onduidelijk: verschil nihil aanpassing terecht op basis van Borgharen beneden Aanpassing onlogisch op basis Maastricht en Borgharenbeneden 1934 349 362 48.81 48.90 382 aanpassing verdedigbaar, op basis van Borgharen-ben. 1936 162 120 47.80 47.88 136 aanpassing verdedigbaar, op basis van Borgharen-ben. 1936 209 126 47.83 47.80 120 onduidelijk: verschil nihil 1936 349 305 48.62 48.61 303 onduidelijk: verschil nihil 1937 296 51 47.39 47.37 48 onduidelijk: verschil nihil 1939 43 240 48.37 48.39 245 onduidelijk: verschil nihil 1939 231 52 47.41 47.40 54 onduidelijk: verschil nihil 1940 96 731 49.99 49.89 691 aanpassing verdedigbaar, maar niet hard te maken 1942 52 111 47.75 47.77 115 onduidelijk: verschil nihil 1944 209 42 47.33 47.32 41 onduidelijk: verschil nihil 1944 297 166 48.03 49.03 419 Schrijffout 1946 344 90 47.63 48.63 308 Schrijffout 1947 4 75 47.55 47.53 72 onduidelijk: verschil nihil 1947 94 404 48.98 48.78 351 Schrijffout 1948 306 88 47.62 47.5 67 QH 1911-1932 toegepast 1948 307 77 47.56 47.43 57 QH 1911-1932 toegepast 1948 308 92 47.64 47.53 72 QH 1911-1932 toegepast 1948 309 95 47.66 47.55 75 QH 1911-1932 toegepast 1948 310 99 47.68 47.58 80 QH 1911-1932 toegepast 1948 311 186 48.13 48.08 176 QH 1911-1932 toegepast 1948 312 190 48.15 48.1 180 QH 1911-1932 toegepast 1948 313 231 48.33 48.3 224 QH 1911-1932 toegepast 1948 314 182 48.11 48.05 170 QH 1911-1932 toegepast 1948 315 186 48.13 48.08 176 QH 1911-1932 toegepast 1948 316 207 48.23 48.19 198 QH 1911-1932 toegepast 1948 317 158 47.99 47.92 144 QH 1911-1932 toegepast 1948 318 182 48.11 48.05 170 QH 1911-1932 toegepast 1948 319 160 48.00 47.94 148 QH 1911-1932 toegepast 1948 320 168 48.04 47.98 156 QH 1911-1932 toegepast 1948 321 166 48.03 47.97 154 QH 1911-1932 toegepast 1948 322 144 47.92 47.84 128 QH 1911-1932 toegepast 1948 323 115 47.77 47.67 97 QH 1911-1932 toegepast 1948 324 172 48.06 48 160 QH 1911-1932 toegepast 1948 325 154 47.97 47.9 140 QH 1911-1932 toegepast 1948 326 168 48.04 47.98 156 QH 1911-1932 toegepast 1948 327 168 48.04 47.98 156 QH 1911-1932 toegepast 1948 328 168 48.04 47.98 156 QH 1911-1932 toegepast 1948 329 170 48.05 47.99 158 QH 1911-1932 toegepast 1948 330 154 47.97 47.9 140 QH 1911-1932 toegepast 1948 331 144 47.92 47.84 128 QH 1911-1932 toegepast 1948 332 128 47.84 47.76 113 QH 1911-1932 toegepast 1948 333 128 47.84 47.76 113 QH 1911-1932 toegepast 1948 334 128 47.84 47.75 111 QH 1911-1932 toegepast 1948 335 128 47.84 47.75 111 QH 1911-1932 toegepast Tabel 1_2: Mogelijk foutieve afvoeren in DONAR in de periode 1933-1950 1 juli 2014 160 69 69 362 172 H uit QH P140415R Rura-Arnhem Pagina | 46 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Figuur 1_1: Voorbeeld foutieve DONAR afvoer Geldigheidsperiode Begin Eind 1-1-1951 31-12-1952 1-1-1953 1-2-1953 1-4-1953 1-5-1953 1-6-1953 1-1-1954 31-1-1953 31-3-1953 30-4-1953 31-5-1953 31-12-1953 31-8-1954 1-9-1954 1-10-1954 1-11-1954 1-12-1954 1-1-1955 1-4-1955 1-6-1955 1-11-1955 1-5-1956 30-9-1954 31-10-1954 30-11-1954 31-12-1954 31-3-1955 31-5-1955 31-10-1955 30-4-1956 31-3-1958 1-4-1958 31-1-1959 1-2-1959 31-5-1961 1-6-1961 31-12-1964 1-1-1965 31-12-1965 1-1-1966 31-12-1970 1 juli 2014 Data met afwijkingen van meer dan 1 m3/s van geldende Qh-relatie Datum HBorg/ben Q Donar Q uit Qh Opmerking 30-3-1952 8:00 42.55 694 604 Lees/schrijffout 16-12-1952 8:00 42.54 692 602 Lees/schrijffout 2-1-1954 8:00 9-5-1954 8:00 39.30 39.53 29 64 39 66 Lees/schrijffout 6-9-1955 8:00 38.58 19 22 Onduidelijk 2-12-1956 8:00 6-12-1956 8:00 16-12-1956 8:00 17-12-1956 8:00 20-12-1956 8:00 11-2-1957 8:00 14-12-1957 8:00 6-10-1958 8:00 5-12-1958 8:00 19-8-1959 8:00 1-3-1961 8:00 41.13 41.08 41.95 41.94 41.08 41.94 40.92 39.25 39.21 38.69 41.18 442 432 597 596 432 618 400 119 126 27 449 445 435 618 615 435 615 402 133 128 57 469 30-9-1961 8:00 29-11-1961 8:00 8-5-1963 8:00 21-7-1964 8:00 25-7-1964 8:00 29-8-1964 8:00 25-1-1965 8:00 6-12-1965 8:00 11-12-1965 8:00 21-12-1965 8:00 22-12-1965 8:00 5-4-1967 8:00 38.6 40.69 39.25 38.2 38.2 38.26 41.68 44.44 45.03 45.00 44.99 39.96 30 303 126 3 3 4 615 1426 1847 1892 1811 232 39 368 116 5 5 8 588 1444 inconsistent inconsistent inconsistent 237 Rura-Arnhem Inconsistenties tussen 38.50 en 38.85m +NAP Qh-relatie Pagina | 47 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Data met afwijkingen van meer dan 1 m3/s van geldende Qh-relatie Datum HBorg/ben Q Donar Q uit Qh Opmerking 1-7-1967 8:00 38.23 5 7 beschikbaar 23-9-1967 8:00 39.07 147 98 11-11-1967 8:00 40.2 293 280 1-1-1968 8:00 42.51 795 797 24-3-1968 8:00 41.6 594 580 28-4-1968 8:00 39.27 127 125 9-10-1968 8:00 39.99 230 243 28-10-1968 8:00 39.09 97 101 21-7-1969 8:00 38.6 38 40 4-8-1969 8:00 38.8 68 65 22-1-1970 8:00 39.7 186 193 28-1-1970 8:00 41.7 617 602 10-2-1970 8:00 43.79 1194 1171 18-3-1970 8:00 40.76 360 392 20-3-1970 8:00 42.92 916 908 13-5-1970 8:00 42.65 858 833 27-5-1970 8:00 39.69 209 191 26-6-1970 8:00 39 82 90 29-7-1970 8:00 39.5 190 160 16-9-1970 8:00 38.59 29 39 3-10-1970 8:00 38.7 83 51 29-11-1970 8:00 39.27 118 125 4-12-1970 8:00 40.55 309 350 20-12-1970 8:00 39.26 126 123 1-1-1971 31-12-1972 27-12-1971 8:00 38.96 74 77 Qh-relatie beschikbaar 23-4-1972 8:00 39.71 262 202 Tabel 1_3: Mogelijk foutieve afvoeren in DONAR in de periode 1951-1972 Geldigheidsperiode Begin Eind Data met afwijkingen van meer dan 1 m3/s van geldende Qh-relatie Datum HBorg/ben Q Donar Q uit Qh Opmerking 19-3-1973 8:00 39.28 144 127 Afgelezen bij 39.28 4-5-1973 8:00 39.94 225 244 Afgelezen bij 39.84 28-9-1973 8:00 38.28 9 11 1-12-1973 8:00 38.90 63 68 24-2-1974 8:00 39.97 215 248 Afgelezen bij 39.79 30-3-1974 8:00 40.18 349 289 Afgelezen bij 40.48 29-7-1974 8:00 38.48 25 23 16-9-1974 8:00 39.38 15 144 Afgelezen bij 38.38 Tabel 1_4: Mogelijk foutieve afvoeren in DONAR in de periode 1973-1974 Geldigheidsperiode Begin Eind 1-1-1971 31-12-1975 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 48 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Bijlage 2: Qh-correctie 1911-1932 Q DONAR correctie Q DONAR correctie Q DONAR correctie Q DONAR correctie Q DONAR correctie [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] 0 0.00% 600 10.28% 1200 8.92% 1800 4.68% 2400 1.77% 10 0.17% 610 10.32% 1210 8.78% 1810 4.66% 2410 1.73% 20 0.34% 620 10.4% 1220 8.71% 1820 4.65% 2420 1.69% 30 0.52% 630 10.4% 1230 8.57% 1830 4.63% 2430 1.65% 40 0.69% 640 10.4% 1240 8.47% 1840 4.62% 2440 1.61% 50 0.86% 650 10.5% 1250 8.40% 1850 4.57% 2450 1.57% 60 1.03% 660 10.5% 1260 8.33% 1860 4.53% 2460 1.53% 70 1.20% 670 10.5% 1270 8.27% 1870 4.49% 2470 1.48% 80 1.38% 680 10.6% 1280 8.20% 1880 4.44% 2480 1.44% 90 1.55% 690 10.6% 1290 8.14% 1890 4.40% 2490 1.40% 100 1.72% 700 10.7% 1300 8.03% 1900 4.33% 2500 1.36% 110 1.89% 710 10.7% 1310 7.93% 1910 4.26% 2510 1.32% 120 2.06% 720 10.7% 1320 7.81% 1920 4.20% 2520 1.28% 130 2.24% 730 10.8% 1330 7.70% 1930 4.13% 2530 1.24% 140 2.41% 740 10.8% 1340 7.58% 1940 4.06% 2540 1.20% 150 2.58% 750 10.8% 1350 7.47% 1950 3.99% 2550 1.15% 160 2.75% 760 10.8% 1360 7.35% 1960 3.92% 2560 1.11% 170 2.92% 770 10.7% 1370 7.30% 1970 3.86% 2570 1.07% 180 3.10% 780 10.7% 1380 7.25% 1980 3.79% 2580 1.03% 190 3.27% 790 10.7% 1390 7.20% 1990 3.72% 2590 0.99% 200 3.44% 800 10.6% 1400 7.15% 2000 3.65% 2600 0.95% 210 3.61% 810 10.6% 1410 7.09% 2010 3.58% 2610 0.91% 220 3.78% 820 10.5% 1420 7.04% 2020 3.52% 2620 0.87% 230 3.96% 830 10.5% 1430 6.99% 2030 3.45% 2630 0.82% 240 4.13% 840 10.4% 1440 6.94% 2040 3.38% 2640 0.78% 250 4.30% 850 10.4% 1450 6.87% 2050 3.31% 2650 0.74% 260 4.47% 860 10.3% 1460 6.79% 2060 3.24% 2660 0.70% 270 4.64% 870 10.3% 1470 6.72% 2070 3.18% 2670 0.66% 280 4.82% 880 10.3% 1480 6.65% 2080 3.11% 2680 0.62% 290 4.99% 890 10.2% 1490 6.57% 2090 3.05% 2690 0.58% 300 5.16% 900 10.2% 1500 6.50% 2100 3.01% 2700 0.54% 310 5.33% 910 10.1% 1510 6.42% 2110 2.97% 2710 0.49% 320 5.50% 920 10.1% 1520 6.26% 2120 2.93% 2720 0.45% 330 5.68% 930 10.04% 1530 6.10% 2130 2.89% 2730 0.41% 340 5.85% 940 9.99% 1540 6.00% 2140 2.85% 2740 0.37% 350 6.02% 950 9.95% 1550 5.91% 2150 2.80% 2750 0.33% 360 6.19% 960 9.90% 1560 5.82% 2160 2.76% 2760 0.29% 370 6.36% 970 9.86% 1570 5.73% 2170 2.72% 2770 0.25% 380 6.54% 980 9.81% 1580 5.60% 2180 2.68% 2780 0.21% 390 6.71% 990 9.77% 1590 5.49% 2190 2.64% 2790 0.16% 400 6.88% 1000 9.75% 1600 5.43% 2200 2.60% 2800 0.12% 410 7.05% 1010 9.76% 1610 5.37% 2210 2.56% 2810 0.08% 420 7.22% 1020 9.76% 1620 5.31% 2220 2.52% 2820 0.04% 430 7.40% 1030 9.77% 1630 5.25% 2230 2.47% 2830 0.00% 440 7.57% 1040 9.78% 1640 5.19% 2240 2.43% 450 7.74% 1050 9.78% 1650 5.13% 2250 2.39% 460 7.91% 1060 9.79% 1660 5.07% 2260 2.35% 470 8.08% 1070 9.80% 1670 5.01% 2270 2.31% 480 8.26% 1080 9.80% 1680 4.94% 2280 2.27% 490 8.43% 1090 9.81% 1690 4.88% 2290 2.23% 500 8.60% 1100 9.81% 1700 4.82% 2300 2.19% 510 8.77% 1110 9.82% 1710 4.81% 2310 2.14% 520 8.94% 1120 9.83% 1720 4.79% 2320 2.10% 530 9.12% 1130 9.83% 1730 4.78% 2330 2.06% 540 9.29% 1140 9.84% 1740 4.77% 2340 2.02% 550 9.46% 1150 9.85% 1750 4.75% 2350 1.98% 560 9.63% 1160 9.85% 1760 4.74% 2360 1.94% 570 9.80% 1170 9.86% 1770 4.72% 2370 1.90% 580 9.98% 1180 9.17% 1780 4.71% 2380 1.86% 590 10.15% 1190 9.12% 1790 4.69% 2390 1.81% 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 49 Rapportage Analyse afvoerreeks Borgharen-dorp P140415R Bijlage 3: Vervolgstappen In de rapportage zijn thans die onderdelen van de homogenisatie opgenomen die op korte termijn uit te werken zijn. De volgende stappen zijn noodzakelijk voordat de volledige extremewaardenstatistiek beschikbaar komt: a) homogenisatie van de afvoerpieken Voor de homogenisatie van de afvoerpieken is een hernieuwde analyse van effecten van rivierwerken op de Waalse Maas nog noodzakelijk (Boertien II deelrapport 4 paragraaf 7.1.5). In Boertien II deelrapport 4; is aangegeven dat ten tijde van de Boertien-studie de werken aan de stuwen Waulsort en Hastiére nog niet begonnen (hoofdstuk 5.1) waren. De gegevens waarop de hydraulische modellering is gebaseerd, komen uit bronnen in de periode 1971-1993 (paragraaf 6.2.3). Voor de homogenisatie van de afvoerpieken moeten een aantal stappen worden doorlopen: 1. Dataverzameling: SPW heeft meer gedetailleerde informatie omtrent de actuele bodemligging. 2. Verkennende analyse: Vergelijken actuele bodemligging met bodemligging in het vigerende SOBEK-model. Daarmee kan een indruk worden verkregen van eventuele grote veranderingen tussen ca. 1993 en nu. 3. Modelbouw: SOBEK-model voor de actuele situatie. 4. Analyse homogenisatie: Als er een actueel model beschikbaar is, en er zijn significante verschillen in bodemligging tussen 1993 en de actuele situatie, dan kunnen resultaten met dat model worden vergeleken met resultaten van het model uit 1993. Verschillen in piekafvoer kunnen door vertaald worden naar historische pieken e.e.a. conform Boertien II. Echter, eerst moet er inzicht zijn in wat beschikbaar gesteld kan worden door de Waalse overheid. Dit is iets wat de overheden onderling moeten afstemmen. Vervolgens moet de verkennende analyse worden uitgevoerd. Daarna moet de modelbouw worden afgestemd met Deltares. Vervolgens kan met het actuele model op vergelijkbare wijze als in Boertien II een analyse naar pieken worden uitgevoerd. b) Extreme-waardenstatistiek De homogenisatie voor de extreme-waarden-statistiek is pas volledig als er duidelijkheid is over de homogenisatie van de afvoerpieken. De eventueel gewijzigde methode voor homogenisatie van afvoerpieken moet doorgevoerd worden in het EXCEL-bestand waarmee de gehomogeniseerde pieken worden aangemaakt. Verder moet het bestand uitgebreid worden met de actuele data. Met de resulterende twee lijsten met piekafvoeren (hydrologische jaarmaxima en piekafvoeren boven een drempelwaarde) moet de frequentie-analyse worden uitgevoerd. Vervolgstappen noodzakelijk voor het beschikbaar komen van de afvoerduurlijn: 1) Afvoerduurlijnen Voor de afvoerduurlijnen is er met de uitwerking van de werkzaamheden in dit rapport voldoende informatie om de homogenisatie uit te kunnen voeren. De resterende werkzaamheden hebben betrekking op aanpassing van het EXCEL-bestand waarmee de gehomogeniseerde etmaalafvoeren worden aangemaakt en uitbreiden van die bestanden met de actuele data. 1 juli 2014 Rura-Arnhem Pagina | 50
© Copyright 2024 ExpyDoc