Het oorspronkelijk Definitief Ontwerp (DO)

Om de spreekwoordelijke ‘appels met appels’ te kunnen vergelijken verwerken we eerst het oorspronkelijke DO (zoals reeds in SOBEK was doorgerekend) ook in de HEC-RAS modelschematisatie. Als het goed is levert deze simulatie een nagenoeg identiek resultaat als SOBEK. Wanneer deze match bereikt is kunnen we objectief andere ontwerpvarianten vergelijken met het DO.

In het oorspronkelijk DO was een rechte betonnen bak voorzien van 5m breed en aan weerszijden een faunapassage in de vorm van een richel van 50cm breed, net boven de waterlijn.

Hoogteraster

We verwerken deze variant in het hoogteraster door vanuit een polygonenbestand de gewenste hoogtewaardes op te drukken, gegeven een bodemverhang. Aan bovenstroomse zijde (Engelenkamp) bedraagt de gewenste bodemhoogte 41.06 m NAP en aan benedenstroomse zijde (Haspelsestraat) bedraagt hij 40.75 m NAP. Voor de faunapassages geldt een bovenstroomse hoogte van 41.66 m NAP en benedenstrooms 41.35 m NAP

Als eerste maken we een tweetal polygonen aan: een voor de totale breedte van de beek inclusief faunapassages (6 m) en een voor de stroomvoerende breedte (5m). Dit doen we door in QGis de middellijn van de beek te bufferen met een straal van resp. 3.0m en 2.5m.

Implementatie polygonen voor de kokerbak en faunapassage.

Als referentie voor het ‘inbranden’ van de koker en faunapassages gebruiken we het raster DTM_5CM_GAPFILL_GEBOUWEN. Dit is het terreinmodel waarin de gaten al zijn dicht-geïnterpoleerd en de hoogte van gebouwen is toegevoegd.

Met HydroToolbox ‘branden’ we als het ware de kokerbak in in het hoogteraster. Ditzelfde doen we voor de faunapassages. In het geval van de kokerbak geldt een gradiënt in het bodemverloop, dus hebben we daarvoor een nieuwe functionaliteit ontwikkeld in het programma HydroToolbox, die we hier inzetten.

De resulterende bestanden noemen we resp. DTM_5CM_GAPFILL_GEBOUWEN_KOKERBAK en DTM_5CM_GAPFILL_GEBOUWEN_KOKERBAK_FAUNA

Inbranden van de kokerbak in het hoogteraster.

Het resultaat is een hoogteraster waarin de beek de binnenstad doorkruist zonder dat de kasteeltorens een belemmerende werking hebben.

In het oorspronkelijke DO was nog geen sprake van de kasteeltorentjes die uitstulpen in de ontkluisde beek. We hebben de beek in dit ontwerp daarom de torentjes laten doorsnijden.

Schematisatiekeuzes

Na overleg met expert Chris Goodell (Kleinschmidt Groep, Portland, Oregon) en een eigen afweging op basis van de rondingen van de kasteeltorens hanteren we een rekenrooster met celgrootte van 20 cm. Volgens Chris zou zelfs een celgrootte van 50 cm afdoende moeten zijn. Echter merkten we dat vooral de steilte van de kades en de rondingen van de torentjes een nog iets hogere resolutie wenselijk maakten.

Numerieke instellingen

Als hydraulische ruwheid hanteren we dezelfde waarde als in SOBEK: n-Manning = 0.0333 (K-strickler = 30). In geval van een kunstmatig aangelegde beek met betonnen bodem vertegenwoordigt hij een bekleding met stortsteen (Chow, 1959). Dit is aan de ruwe kant. De keuze indertijd was gestoeld op het feit dat de wanden van de ontkluisde beek zouden bestaan uit stapelstenen. We stellen als rekenmethode de ondiepwatervergelijkingen in ‘Shallow Water Equations’; optie SWE-ELM. Op aanraden van Chris Goodell activeren we verder de turbulentie-module; type conservative, en stellen de parameterwaarden als volgt in:

• Longitudinal Mixing Coefficient: 0.1
• Transversal Mixing Coefficient: 0.05
• Smagorinski Coefficient: 0.05

Uitkomsten

De uitkomsten van deze simulatie met het oorspronkelijke DO vergelijken we met de eerdere resultaten uit SOBEK.

Onder T=100-afvoer stelt zich net benedenstrooms van de Engelenkamp een evenwichtswaterstand in van 44.59 m + NAP.

Op dezelfde locatie in het equivalente SOBEK-model is dit 44.57 m + NAP. Een zeer vergelijkbaar resultaat dus! Dit geeft vertrouwen dat we met het HEC-RAS-model andere varianten kunnen gaan onderzoeken.

Evenwichtswaterstand net benedenstrooms van Engelenkamp onder T=100-afvoer.

Waar we uiteraard ook bijzonder in geïnteresserd zijn zijn de stroomsnelheden langs Casa Mia. In het oorspronkelijk DO was natuurlijk nog geen sprake van uitbuikende torentjes, dus zien we daar een heel mooi evenwijdig stroombeeld.

Stroomsnelheden DO onder T=100-afvoer.

De stroomsnelheden bij T=100-afvoer lopen op tot ca. 2.78 m/s. Door het symmetrische karakter van de ontkluizing liggen de hoogste stroomsnelheden keurig in het midden van de beek.

Deelconclusie

Het in HEC-RAS nagebouwde model van het oorspronkelijk Definitief Ontwerp (ViForis) geeft zeer vergelijkbare uitkomsten als het equivalente SOBEK-model. We achten het geschikt om de impact van de torentjes en ontwerpvarianten mee door te rekenen.

Implementatie polygonen voor de kokerbak en faunapassage. Inbranden van de kokerbak in het hoogteraster. In het oorspronkelijke DO was nog geen sprake van de kasteeltorentjes die uitstulpen in de ontkluisde beek. We hebben de beek in dit ontwerp daarom de torentjes laten doorsnijden. Evenwichtswaterstand net benedenstrooms van Engelenkamp onder T=100-afvoer. Stroomsnelheden DO onder T=100-afvoer.