SBW Dag, 19 nov 2009, Deltares, Rotterdamseweg, Delft Stormopzet-/stormduur en windstatistiek SBW-Belastingen André van der Westhuysen, Ferdinand Diermanse, Annegien Tijssen, Hans de Waal, Sofia Caires, Jacco Groeneweg

Doel SBW–Belastingen Doelstelling: De kwaliteit van de modellen en methoden aan te tonen en waar nodig te verbeteren zodat in 2016 en verder betere Hydraulische Randvoorwaarden voor de primaire waterkeringen in Nederland afgegeven kunnen worden. Waar mogelijk en tijdig beschikbaar zullen producten opgeleverd worden aan het project WTI 2011 (HR/VTV).

HR modelketen: 3 pijlers Extreme Waarde Statistiek Fysische modellen Probabilistische methoden statistics ref. wind ref. water level ref. waves WATER LEVEL MODEL water levels and currents WAVE MODEL WIND MODEL wind over water “Hydraulic Boundary Conditions” HYDRAULIC LOAD -MODEL required strength water levels wave conditions PROBABILISTIC MODEL

Aansluiting op ENW onderzoeksagenda Verloop van HR tijdens maatgevende omstandigheden (C3): Statistiek Stormopzet- en stormduur 2.Golfopwekking op rivieren (C4) 3.Offshore randvoorwaarden (C5) 4.Vertaling offshore statistiek naar nearshore locaties (C6) 5.Afstemming belastingmodel en sterktemodel (C7) 6.Hydraulica en morfologie van splitsingspunten (C10) 7.Prognose extreme rivierafvoeren (C12) 8.Hydraulische randvoorwaarden voor rivieren (C15) 9.Extreme windbelasting (C16): Afleiding nieuwe windstatistiek

Stormopzetduur en stormduur S max getij opzet + U max wind Hydra-B: toetsmodel benedenrivieren

Aannames Hydra-B Enkelvoudige stormen (geen dubbele pieken) Trapeziumvormig verloop Duur onafhankelijk van piekwaarde Stormopzetduur = duur > 0 m Stormduur = duur > 10 m/s S max Stormopzetduur opzet U max Stormduur wind 10 m/s 0 m/s 0 m Juist?

Aanpak onderzoek in grote lijnen 1.Getij-analyse 2.Afleiden reeks van stormopzet 3.Selectie van stormen 4.Afleiden duur per storm 5.Bepalen gemiddelde storm(opzet)duur 6.Analyse afhankelijkheid duur en piekwaarde Stormopzetduur over periode: Stormduur over periode: Alleen voor stormopzet

Filteren van het opzetverloop Doel: verwijderen kortdurende fluctuaties (niet-lineaire getijeffecten) Analyse minder “verstoord” door nevenpieken

S max surge [m] date Storm at 21 feb 1993 Afleiden duur per storm Methode 2: Voor elke storm: bepaal duur boven 95%, 90%, 80% enz. van de piek. Middel de duren over alle stormen. Duur boven 0% bepalen uit extrapolatie. Methode 1: Afleiden duur op 0,5 m (opzet) en 10 m/s (windsnelheid) en deze extrapoleren naar het nulniveau (aanname van trapeziumvorm).

Probleem: nevenpieken en dubbele pieken Nevenpieken en dubbele pieken niet te beschrijven met trapeziumvorm Beide zijn buiten beschouwing gelaten, focus is op enkelvoudige pieken Rechtvaardiging: tussen 2 pieken kan doorgaans goed gespuid worden

Afhankelijkheid duur/piekwaarde Correlaties dicht bij 0: aanname van onafhankelijkheid blijkt zeer acceptabel

Conclusies (Stormopzet- en stormduur) Resultaat van analyse: Stormopzetduur (> 0 m): 46 uur Stormduur (> 0 m/s): uur Het eerste is een forse toename, het tweede niet. Eerder was al geconstateerd dat 29 uur voor de opzetduur te kort is (Van Weerden et al., 1987)

Update windstatistiek Probleemstelling Vigerende windstatistiek (Wieringa en Rijkoort, 1983) is oud en dus gebaseerd op onnodig korte waarnemingsreeksen ( ) Eerdere update-poging is niet geslaagd: ‘KNMI-Hydra project’ ( , samenwerking van KNMI & RWS-RIKZ & RWS-RIZA) ‘Krommingsprobleem’ vormt belangrijkste obstakel voor update Vertaling KNMI-wind naar open water is OK bij een bries, maar niet bij storm

Het krommingsprobleem

Verwerking wind informatie reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie

Toepassing in WTI reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Statistiek bestanden Databases fysica … … Hydra HR

Startpunt windmodellering reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Hypothese: Oorzaak krommingsprobleem ligt in onjuiste correctie(s) voor omgevingsruwheid bij meetstations

Windmodellering fase 1 reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Fase 1:  Aanpassing formule voor correctiefactoren Resultaat:  Verbeterde reeksen potentiële wind  Kleine verschillen met vorige reeksen

Windmodellering fase 1b reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Fase 1b (ingelast):  Quick-scan andere mogelijke oorzaken krommingsprobleem Resultaat:  Waarschijnlijk combinatie van oorzaken (thermische effecten, windsnelheidsafh. Waterruwheid)  Geïdentificeerde (mede-) oorzaken niet eenvoudig te omzeilen Tussentijdse conclusie: Krommingsprobleem niet opgelost

Windmodellering fase 2 reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Fase 2:  Systematische statistische analyse Resultaat:  Robuuste en reproduceerbare extreme waarden statistiek voor 21 KNMI stations  Slechts kleine verschillen met vigerende (omnidirectionele) statistiek uit 1983

Windmodellering fase 3 reeksen ruwe wind reeksen potentiële wind extreme waarden stat. potentiële wind extreme windvelden boven watersysteem homogenisatie statistische analyse ruimtelijke interpolatie Fase 3:  Reproductie en analyse RWS-methodes Resultaat:  Grote diversiteit over watersystemen, slecht gedocumenteerd en onderbouwd  Reproductie niet 100% mogelijk, maar wel bij benadering

Conclusies (Update windstatistiek) Waardevolle resultaten op deelaspecten: Verbeterde (lange) tijdreeksen potentiële wind KNMI locaties Robuuste en reproduceerbare extreme waarden statistiek Inventarisatie van RWS-methodes voor schematisatie windvelden Echter: Krommingsprobleem is obstakel voor update gebleven Dilemma: Huidige methode blijkt niet te voldoen, robuust alternatief is er nog niet En verder: Schematisaties van windvelden zouden (meer) uniform en consistent gemaakt moeten worden, met betere onderbouwing en documentatie