Hydrologische voorspellingen: gaan we vooruit? Hydrologische cyclus, hydrologische projecties, extreme afvoeren, deltascenario’s

1. Hydrologische consequenties van
klimaatverandering
Hydrologische voorspellingen: gaan we
vooruit?
Aline te Linde
19 maart 2013

2. Inleiding
• Hydrologische cyclus
• Hydrologische projecties
• Extreme afvoeren
• Deltascenario’s
• Conclusies
19 maart 2013

3. Hydrologische cyclus
19 maart 2013

4. + menselijke invloed
19 maart 2013

5. Hydrologisch model (HBV) simulatie
Rijn, Lobith - referentie - 1995
14000
Gemeten
12000
Gesimuleerd
10000
Afvoer (m3/s)
8000
6000
4000
2000
0
j f m a m j j a s o n d
Maand
Rijn, Lobith - referentie - 1976
4000
Gemeten
3500
Gesimuleerd
3000
Afvoer (m3/s)
2500
2000
1500
1000
500
0
j f m a m j j a s o n d
Maand

6. Voorspelling en scenario’s
Korte termijn: Early flood warning /
storm surges / waves (FEWS)
Middellang / seizoen: Drought warning / monitoring
Lange termijn: klimaatverandering
19 maart 2013

7. Gaan we vooruit?
Jaap Kwadijk: “Het gaat niet alleen om de kwaliteit van de
voorspelling, maar om de waarde van de voorspelling.”
Ja, hydrologische korte termijn voorspellingen beter:
• Weersvoorspellingen beter
• Modellen worden beter
• Statistische analyses beter
• Computers sneller
In geval van klimaatverandering spreken we over projecties, in plaats
van voorspellingen.
Beter?
19 maart 2013

8. Van klimaatsignaal naar afvoer
Delta methode Directe methode
% verandering
Geobserveerde reeks Getransformeerde reeks RCM control run RCM scenario run
Hydrologisch model Hydrologisch model Hydrological model Hydrological model
Afvoerregime Afvoerregime
19 maart 2013

9. Grensoverschrijdende rivieren
Legenda
R ijn
M aas
S c h e ld e
Leda
Rijn stroomgebied:
E em s
H ase
a n d e re
185,000 km2
Vecht
Eem s
IJ s s e l
D a lk e 14% in Nederland
R ij n L ip p e
D U IT S L A N D Gemiddelde afvoer: 2,300 m3/s
Sneeuwsmelt + regen
M aas R u rh
S c h e ld e
L e ie
S ie g
B E L G IE
S a m b re M aas Lahn
S c h e ld e
M oezel
M a in
Maas stroomgebied:
N ahe
LU X EM B U R G
M aas
S aar
R ij n
N eckar 33,000 km2
18% in Nederland
M oe ze l
M e u rth e Gemiddelde rivier: 230 m3/s
F R A N K R IJ K
Ill
Regen
R ijn
A a re R ijn
L O O S T E N R IJ K
Z W IT S E R L A N D
IT A L IE
K a a r t v e r v a a r d ig in g : R i j k s w a t e r s t a a t, M e e t k u n d ig e D ie n s t © 1 9 9 8
19 maart 2013

10. Afvoer regime Rijn en Maas
2,00
1,75
Rhine Meuse
1,50
Gem Maand / Gem Jaar
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
19 maart 2013

11. Verandering in gemiddelde maandafvoer
Lobith, Rijn - 2050 Lobith, Rijn - 2100
40 40
30 30
20 20
10
Verandering (%)
10
0 0
Jul
Jan
Feb
Jun
Oct
Mar
Nov
Dec
May
Jul
Jan
Feb
Jun
Sep
Oct
Mar
Nov
Dec
May
Sep
Aug
Apr
Aug
Apr
-10 -10
-20 -20
-30 -30
-40 -40
-50 -50
Maand Maand
Maar voor waterbeheer zijn extreme afvoeren belangrijk
18 november 2011

12. Onzekerheid in de maatgevende afvoer
Recurrence time 1.250
Pearson-III 14.954
Log-normal 14.842
Gumbel; Q0=7000 16.609
Exponentieel 16.964
Pareto 15.746
Central estimate discharge 15.680
95% low 13.060
95% high 18.370
19 maart 2013

13. 19 maart 2013

14. 19 maart 2013 Rainfall generator (Beersma et al., 2001)

15. Herget and Meurs, 2010
Sprong (2009): 1374 ≈ 16.000 m3/s
De Molenaar (2012): paleo ≈ 13.200 – 18.700 m3/s
19 maart 2013

16. Afvoer voorspeld met FEWS-NL op basis van ECMWF-ESP
18,000 m3/s
24 januari 1995
19 maart 2013

17. Extreme afvoeren Rijn 2050
4
x 10 overschrijdingsfrequentlielijn Rhine.Lobith.2050 (gumbel schaal)
2.5
Reference
G
G+
2
W
W+
1.5
Afvoer (m /s)
3
1
0.5
← 20 ← 100 ← 1250
0 Bruggeman et al., 2011
-4 -2 0 2 4 6 8 10
gumbel variate (-)
19 maart 2013
19 maart 2013

18. Komt 16.000 m3/s wel aan in NL?
19 maart 2013

19. Lammersen, 2004
Lammersen, 2004

20. ‘Aftoppen’ door bovenstroomse overstromingen
Deltacommissie, 2008
Deltacommissie, 2008 Vellinga et al., 2008

21. Lobith
Te Linde et al., 2010
19 maart 2013

22. Lobith
Te Linde et al., 2010
19 maart 2013

23. Kader Deltascenario’s voor Deltaprogramma
Waarvoor?
Probleemverkenning en gevoeligheidsanalyse
Ontwikkelen van strategieen
Testen op robuustheid
Inspiratie voor innovatie
Wat?
Klimaatverandering en sociaal-economische ontwikkeling (ruimtegebruik)
Kwantitatieve gegevens voor model invoer
Verhaallijnen en kaartbeelden
Externe context
Geen voorspelling of streefbeeld, maar: mogelijke toekomsten
Beschikbaar sinds mei 2011
Worden al volop gebruikt
18 november 2011

24. Delta Programma
3 generieke programma’s
• Veiligheid
• Zoetwater
• Nieuwbouw en
Herstructurering
6 regionale programma’s
Delta Commissaris en kleine staf
5 Deltabeslissingen in 2015
Deltawet
Deltafonds
2050 en 2100

25. Beschikbare scenario’s
Klimaatverandering Sociaal-economisch
(KNMI, 2006) (WLO, 2006)
19 maart 2013

26. Vier Deltascenario’s
Bruggeman et al., 2011
19 maart 2013

27. Deltascenario’s hoekpunten van het speelveld
4 hoekpunten, 2 zichtjaren
Geen ‘Veerman scenario’
19 maart 2013

28. Ruimtelijke ontwikeling in een eeuw
1900 1960 2010
19 maart 2013
19 maart 2013

29. Bodemdaling in 2050
.000000
zonder klimaatverandering:
.000000
.000000
tot > 1 m / eeuw
in veengebieden (huidig
.000000
.000000
peilbeheer)
.000000
.000000
met sterke klimaatverandering:
.000000
verdubbeling
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000 (m)
0 - 0.00001
.000000
.000000
0.00001 - 0.005
.000000 0.005 - 0.01
.000000 .000000
0.01 - 0.1
0.1 - 0.3
0.3 - 0.5
.000000
0.5 - 1
1.000000001 - 5
19 maart 2013
19 maart 2013

30. Deltascenario’s
19 maart 2013

31. Deltascenario’s
19 maart 2013

32. Extreme afvoeren Deltascenario’s
Referentie 2050 2100
Deltascenario’s 2011
zonder aftoppen
1/1250 afvoer 16.000 17.000 – 18.000 18.000 – 21.000
Rijn (m3/s)
Verschil (%) 6 – 12 12 - 30
Deltacommissie (2008)
met aftoppen
1/1250 afvoer 16.000 15.500 – 17.000 16.000 – 17.500
Rijn (m3/s)
Verschil (%) -3 – 6 0 – 10
19 maart 2013

33. Conclusies
• Klimaatverandering heeft direct effect op hydrologische processen
• Gemiddelde afvoer:
> Winter hoger
> Zomerafvoer, veel lager of iets hoger
• Hogere piekafvoer  bij huidige dijkhoogte hogere kans op
overstromingen
• Watertemperatuur hoger
• Onzekerheid huidige (en toekomstige) maatgevende afvoer is groot
• Statistische onzekerheid
• Effect van bovenstroomse overstromingen
• Sociaal-economische ontwikkelingen en bodemdaling  toename
kwetsbaarheid en potentiele gevolgen overstroming
19 maart 2013

34. Referenties
Bruggeman, W., Haasnoot, M., Hommes, S., Te Linde, A., Van der Brugge, R., Rijken B., Dammers, E., Van den
Born, E., 2011. Deltascenario’s. Verkenning van mogelijke fysieke en sociaaleconomische ontwikkelingen in de
21e eeuw op basis van KNMI’06 en WLO scenario’s, voor gebruik in het Deltaprogramma 2011-2012. Deltares,
Delft, PBL, Den Haag.
De Molenaar, 2012. Reconstructing palaeoflood discharges of the river Rhine during the Early and Middle Holocene.
Palaeoflood discharge estimations in an alluvial environment. MSc thesis, Utrecht University.
Deltacommissie, 2008. Samen werken met water. Een land dat leeft, bouwt aan zijn toekomst. Bevindingen van de
Deltacommissie 2008.
Herget, J., Meurs, H., 2010. Reconstructing peak discharges for historic flood levels in the city of Cologne,
Germany. Global and Planetary Change, 70, 1-4: 108-116.
Lammersen (ed), 2004. Grensoverschrijdende effecten van extreem hoggwater op de Niederrhein. Eindrapport.
Duits-Nederlandse Werkgroep Hoogwater.
Sprong, T., 2009. Extreme hoogwaters op de Rijn. Afvoeren van 16.000 m 3/s en hoger: mythe of werkelijkheid.
www.ruimtevoorderivier.nl.
Te Linde, A.H., Aerts, J.C.J.H., Kwadijk, J.C.J., 2010. Effectiveness of flood management strategies on peak
discharges in the Rhine basin. Journal of Flood Risk Management, 3: 248-269.
Vellinga, P., Katsman, C., Sterl., A., Beersma J., 2008. Exploring high-end climate change scenarios for flood
protection of the Netherlands. Background report for the Delta Committee 2008. WUR, Wageningen, KNMI, De
Bilt.
19 maart 2013