Waterkeringen

Waterkeringen

f 11

t Delft

Afdeling der Civiele T e c h n i e k

HANDLEIDING COLLEGE f11 onder r e d a k t i e van P r o f . i r . J.F. Agema Technische Hogeschool D e l f t A f d e l i n g der C i v i e l e Techniek Vakgroep Waterbouwkunde u i t g a v e a p r i l ' 8 2 J e g e w . d r . j u n i 1985 f l I . K 6 5 3 0 9 9 f 6,75

Inhoud

bl£.

1. I n l e i d i n g ^ 2. M a a t s c h a p p e l i j k e en s o c i a l e aspekten van h e t r i s i c o 9

2.1 Algemeen _ 9 2.2 Andere dan t e c h n i s c h e oorzaken, d i e kunnen l e i d e n

t o t i n u n d a t i e 'O 2.3 Het m a a t s c h a p p e l i j k geaccepteerde r i s i c o n i v e a u 11 2.4 Econometrische b e r e k e n i n g van h e t o p t i m a l e r i s i c o -n i v e a u 1 ^ 3. Grenstoestanden 18 3.1 Algemeen 3.2 Grenstoestand m.b.t. b e z w i j k e n 18 3.3 Grenstoestand m.b.t. duurzaamheid 22 3.4 Grenstoestanden i n de bouwfase 23 3.5 Een b i j z o n d e r e aanpak van grenstoes tanden 23

3.6 De natuurrandvoorwaarden 24 3.6.1 Algemeen 24 3.6.2 L a n g d u r i g aanwezige w a t e r s t a n d e n en w a t e r s t a n d s v e r s c h i l l e n 25 3.6.3 Kortdurende w a t e r s t a n d s v e r h o g i n g e n 32 3.6.4 Zeer k o r t d u r e n d e w a t e r s t a n d s w i s s e l i n g e n 37 3.6.5 Stroming

3.6.6 De beïnvloeding van de natuurrandvoorwaarden door m e n s e l i j k i n g r i j p e n en n a t u u r l i j k e aan-passingen '^6 3.7 O v e r z i c h t van de grenstoestanden 47 3.7.1 I n l e i d i n g 47 3.7.2 Grenstoestand o v e r l o p e n 47 3.7.3 Grenstoestand o v e r s l a g 48 3.7.4 Grenstoestand " e r o s i e b u i t e n t a l u d " 50 3.7.5 Grenstoestand m.b.t. mechanische b e s c h a d i g i n g van h e t b u i t e n t a l u d 57 3.7.6 Grenstoestand m.b.t. kwel 60 3.7.7 Grenstoestand m.b.t. l o k a l e i n s t a b i l i t e i t van h e t b i n n e n t a l u d 62 3.7.8 Grenstoestand m.b.t. t o t a l e i n s t a b i l i t e i t van h e t b i n n e n t a l u d 64 3.7.9 Grenstoestand m.b.t. h e t o p b a r s t e n van a f s l u i -tende l a g e n 65 3.7.10 Grenstoestand m.b.t. i n t e r n e e r o s i e 65 3.7.11 Grenstoestand m.b.t. a f s c h u i v e n 67 3.7.12 Grenstoestand m.b.t. k a n t e l e n 67 4. Het belang van de g e o - h y d r o l o g i s c h e s i t u a t i e 68 5. L a n d s c h a p p e l i j k e overwegingen 7 1

6.1.1 Grond • 73 6.1.2 ^ B e k l e d i n g s m a t e r i a a l 74 6.2 B e k l e d i n g s c o n s t r u c t i e s 76 6.2.1 Steenbekledingen 78 6.2.1.1 N a t u u r s t e e n b e k l e d i n g 79 6.2.1.2 K u n s t s t e e n b e k l e d i n g 81 6.2.2 A s f a l t b e k l e d i n g 84 6.3 F i l t e r c o n s t r u c t i e s 87 6.4 Kwelscherm 89 6.4.1 Kwelscherm i n een gegraven s l e u f 89

6.4.2 V e r d r i n g i n g s c o n s t r u c t i e s 90 6.4.3 Geïnjecteerd scherm 91 7. Het u i t v o e r i n g s p r o b l e e m 93 8. Het voorontwerp 110 8.1 De o n t w e r p f i l o s o f i e 110 8.2 A l t e r n a t i e v e t r a c e ' s 115 8.3 D w a r s p r o f i e l e n 116 8.4 De b e p a l i n g van de k o s t e n 123 8.5 De v o o r l o p i g e keuze 123 9. Het d e f i n i t i e v e ontwerp 124 9.1 Het d e f i n i t i e v e ontwerp 9.2 D i j k v e r z w a r i n g e n 10. Voorbeeld van d i m e n s i o n e r i n g V e r s t e r k e n van de F r i e s e z e e d i j k e n 11. L i t e r a t u u r Appendix Benamingen D i j k f u n k t i e s

Foutenboom van een d i j k s e c t i e Voorbeeldopgave

INLEIDING

De mens h e e f t gedurende eeuwen d i j k e n aangelegd. Zowel t e r bescherming tegen hoge waterstanden ( s t o r m v l o e d e n enz.) a l s voor de b e h e e r s i n g v a n water ( r e s e r v o i r s ) .

Een d i j k kan worden g e d e f i n i e e r d a l s een l a n g g e r e k t l i c h a a m , i n h o o f d -zaak bestaande u i t grond ( k l e i , zand e . d . ) , d a t water k e e r t .

Dijkbouw i s i n g e n i e u r s k u n s t en wetenschap, w a a r b i j v e r s c h i l l e n d e p a r a -meters een r o l spelen,.zowel b i j h e t ontwerp en de u i t v o e r i n g , a l s i n de v o l t o o i d e t o e s t a n d .

E l k e d i j k i s u n i e k , omdat z i j n waterkerend vermogen en s t a b i l i t e i t bepaald worden door variërende parameters, z o a l s :

- t e v e r v u l l e n f u n k t i e ( s )

- m a t e r i a l e n en c o n s t r u c t i e van de d i j k

- u i t v o e r i n g s w i j z e en h e t toegepaste m a t e r i e e l - u i t w e n d i g e omstandigheden:

h y d r a u l i s c h e , h y d r o l o g i s c h e , m e t e o r o l o g i s c h e , g e o l o g i s c h e f a k t o -r e n , alömede de bodemsamenstelling en geomet-rie

- h e t v e r e i s t e onderhoud.

Het i s evenwel m o g e l i j k met de h u i d i g e t e c h n o l o g i e verantwoord d i j k e n t e ontwerpen, bouwen en onderhouden. D i t g e l d t voor de ontwerpaanpak (methode) van de dwarsdoorsnede van de d i j k en z i j n onderdelen ( b i j v . b e k l e d i n g e n ) en h e t alignement met de i n t e g r a t i e van de u i t v o e r i n g s

-t e c h n i e k . H i e r b i j w o r d -t g e b r u i k gemaak-t van v e r k r e g e n e r v a r i n g en de l a a t s t e j a r e n v o o r a l van t e c h n i s c h w e t e n s c h a p p e l i j k e e v a l u a t i e v a n h e t ontwerp i n r e l a t i e t o t de volgens h e t ontwerp aangelegde d i j k .

Een b e l a n g r i j k d e e l van de k e n n i s i s o n t l e e n d aan de h i s t o r i e v a n de d i j k b o u w , w a a r i n aan h e t einde van de 19e eeuw h e t d i j k o n t w e r p en de u i t v o e r i n g s m e t h o d i e k s t e r k i s o n t w i k k e l d . Oudere ontwerpen waren ge-s t o e l d op p r a k t i ge-s c h e e r v a r i n g , w a a r b i j de p r i n c i p e ge-s van de mechanica i n b e p e r k t e mate werden toegepast.

Het h u i d i g e concept van d i j k e n i n Nederland h e e f t z i j n oorsprong rond h e t j a a r 1000. W a a r s c h i j n l i j k z i j n de e e r s t e d i j k a c h t i g e werken gebouwd door de Romeinen, en wel voor k l e i n e scheepvaartkanalen en de a a n l e g van wegen, welke i n f e i t e een ander d o e l dienen.

Hoogwater kerende d i j k e n langs de L o i r e z i j n aangelegd i n h e t j a a r 821. I n delen van Engeland en D u i t s l a n d begon de aanleg van d i j k e n , evenals i n Nederland, rond h e t j a a r 1000.

Het d w a r s p r o f i e l van d i j k e n i s i n h e t algemeen trapeziumvormig. Doch de e r v a r i n g , d i e werd opgedaan t i j d e n s de bouw en t i j d e n s h e t onder-houd, h e e f t een g r o t e r o l gespeeld i n de e v o l u t i e van de vormgeving der w a t e r k e r i n g e n . En omdat de w i j z e , waarop h e t water de d i j k e n aan-v a l t , n i e t o aan-v e r a l d e z e l f d e i s , aan-variëren de gekozen bouwwijzen aan-v a n p l a a t s

t o t p l a a t s .

De Noordhollandse en F r i e s e d i j k e n waren b l o o t g e s t e l d aan g o l f a a n v a l over een r e l a t i e f k l e i n e v e r t i c a l e zone. D i t i n t e g e n s t e l l i n g t o t de Zeeuwse d i j k e n , waar door de g r o t e r e g e t i j v e r s c h i l l e n een meer g e s p r e i d e g o l f a a n v a l o p t r a d .

A l s g e v o l g van de meer geconcentreerde g o l f a a n v a l t i j d e n s stormvloed langs de Hollandse d i j k e n , o n t s t o n d v e e l a l a f s l a g met een s t e i l v o o r -v l a k , wat e r t o e g e l e i d h e e f t , dat s t e i l e -v e r d e d i g i n g s c o n s t r u c t i e s o n t s t o n d e n .

De o n t w i k k e l i n g vangt aan met een " s l i k k e r d i j k " ( 1 3 0 0 ) , bestaande u i t een s t a p e l i n g bonken v e t t e k l e i b e g r o e i d met w i e r of zeegras aan de z e e z i j d e van een aarden l i c h a a m . Een b e s c h r i j v i n g v i n d t men i n h e t T r a c t a e t van D i j c k a g i e (+_ 1578).

Als v a r i a n t h i e r o p werd t e r v e r d e d i g i n g van h e t b u i t e n t a l u d een w i e r -r i e m aangeb-racht. Zeewie-r vo-rmde doo-r h e t e i g e n gewicht en b -r o e i een v a s t geheel.

V o o r t s werden houten paalschermen a l s v e r d e d i g i n g toegepast, doch na de v e r s c h i j n i n g van de paalworm (ca. 1730) werden deze v e r n i e l d . Noodgedwongen p a s t e men daarna op de Noordhollandse en F r i e s e d i j k e n f l a u -were belopen met s t e e n b e k l e d i n g t o e .

I n Denemarken koos men een andere o p l o s s i n g . Kenmerkend i s een met s t e e n v e r d e d i g d s t e i l onderbeloop en een f l a u w bovenbeloop.

D i t type d i j k komt ook v e e l voor langs de F r i e s e Z u i d e r z e e - (thans I J s s e l m e e r ) k u s t en langs de Lauwerszee.

F i g . 1.1 P r o f i e l van een s l i j c k - o f s l i k k e r - d i j k , volgens V i e r l i n g h i+_ 1578), v e r d e d i g d met w i e r - o f graszoden

F i g . 1.2 W i e r d i j k v e r s t e r k t met een paalwerk en een bescherming van k r e b b i n g e n langs de v o e t ; de a c h t e r g r o n d een p r i m i t i e v e v e r a n k e r i n g

F i g . 1.3 D i j k met p a a l k i s t

F i g . 1.4 Z e e d i j k met s t e e n g l o o i i n g van o n g e l i j k e d i k t e

F i g . 1.5 Deense d i j k e n

I n Zeeland v e r l i e p de o n t w i k k e l i n g weer anders. De o o r s p r o n k e l i j k u i t grond opgebouwde d i j k e n waren onbeschermd. Sedert de 11e eeuw begon men de Zeeuwse k l e i d i j k e n t e v o o r z i e n van een goede grasmat, welke

brede t o e p a s s i n g vond t o t i n de 18e eeuw. L a t e r werd op h e t i n de g e t i j z o n e gelegen beloop van de d i j k s t r o o f soms r i e t (krammat) o f r i j s h o u t ( r i j s b e s l a g ) aangebracht. Weer l a t e r werden deze van een steenbes t o r t i n g v o o r z i e n . H i e r u i t i s de s t e e n b e k l e d i n g voortgekomen. I n Zeeland i s men t i j d e n s de 19e eeuw overgegaan t o t h e t toepassen van een b u i t e n b e r m om de g o l f o p l o o p t i j d e n s storm t e beperken. I n h e t Verre Oosten z i j n weer geheel andere d i j k o n t w e r p e n g e b r u i k e -l i j k . Ter i -l -l u s t r a t i e i s i n f i g . 1.6 eén oude Japanse "zeemuur" weergegeven. Een zekere overeenkomst v e r t o o n t de oude "zeemuur" t e V l i s -s i n g e n ( f i g . 1.7).

F i g . 1.6 Oude Japanse "zeemuur"

Oude z e e m u u r ^

•lo,3o

F i g . 1.8 Z e e d i j k met b u i t e n b e r m i n Zeeland

De o n t w i k k e l i n g van de r i v i e r d i j k e n i s i n h e r e n t aan h e t eigen k a r a k -t e r van h e -t gebied. He-t f e i -t d a -t een r i v i e r a l o f n i e -t v l e c h -t e n d i s , v o o r t s de hoger o f l a g e r gelegen gronden, bepalen h e t k a r a k t e r van de r i v i e r d i j k .

De, voor bewoning g e s c h i k t e , hoger gelegen gebieden ( o e v e r w a l l e n ) vorm-den de aanzet t o t h e t aanleggen van de d i j k e n .

De d i j k h o o g t e werd v o o r n a m e l i j k bepaald door de hoogste bekende w a t e r s t a n d . Het gevolg was, d a t b i j een volgende h o o g w a t e r g o l f , door de v e r -minderde w a t e r b e r g i n g , de waterstanden op de r i v i e r hoger werden. De g r o e i van de d i j k e n i s i n oude d w a r s p r o f i e l e n van r i v i e r d i j k e n d u i d e -l i j k t e z i e n . De d i j k e n vormden n . -l . tevens de verbindingswegen t u s s e n de v e r s c h i l l e n d e woonkernen langs de r i v i e r . De v e r h a r d i n g e n ( g r i n d , p u i n ) z i j n i n de oude d i j k e n t e r u g t e v i n d e n ( f i g . 9 ) .

De i n hoogte steeds "groeiende" d i j k e n werden op een gegeven moment zo hoog, d a t v o o r t a a n n i e t a l l e e n voor o v e r s t r o m i n g , maar ook voor de s t a -b i l i t e i t van de d i j k gevreesd moest worden. I n deze r i c h t i n g w i j z e n de steunbermen langs de r i v i e r d i j k e n , d i e v o o r a l na de ramp van 1860 op v e l e p l a a t s e n z i j n g e r e a l i s e e r d ( f i g . 10).

P u i n v e r h a r d i n g e n d i e

F i g . 1.9 De aanwezigheid van oude wegverhardingen i n h e t d i j k l i c h a a m t o o n t h e t i n de hoogte g r o e i e n der r i v i e r d i j k e n

t a l u d v e r ' d e d i g i n g

F i g . 1.10 Een steunberm v e r z e k e r t de s t a b i l i t e i t van h e t b i n n e n -t a l u d van een r i v i e r d i j k

Ondanks de geschetste o n t w i k k e l i n g z i j n i n h e t v e r l e d e n vaak d i j k e n doorgebroken en werden g r o t e d e l e n van h e t l a n d overstroomd. Het o n t b r e k e n van een gegronde kennis van de h y d r a u l i s c h e en grond-mechanische fenomenen, d i e a a n l e i d i n g waren t o t de rampzalige ge-b e u r t e n i s s e n , was v e e l a l de oorzaak; men ge-bouwde v o o r t op onge-begrepen e r v a r i n g . Ook onvoorziene r e a c t i e s van de n a t u u r op h e t m e n s e l i j k i n g r i j p e n , zoals o p s l i b b i n g , e r o s i e e t c . v e r o o r z a a k t e n problemen, d i e de t e c h n i s c h e m o g e l i j k h e d e n van de t i j d t e boven gingen.

Tevens speelde v e r w a a r l o z i n g van h e t onderhoud der w a t e r k e r i n g e n een r o l . I n t i j d e n van t w i s t e n o f economische neergang k r e e g h e t onder-houd onvoldoende aandacht, met name a l s de h e r i n n e r i n g aan de l a a t s t opgetreden o v e r s t r o m i n g vervaagde. Een v o o r b e e l d h i e r v a n i s h e t v e r lorengaan van de Grote Waard (nu Biesbosch) t i j d e n s de E l i s a b e t h s -v l o e d 1421.

I n r e c e n t e h i s t o r i e z i j n rampen steeds a a n l e i d i n g geweest t o t g r o t e o n t w i k k e l i n g e n op waterbouwkundig gebied. Zo g a f de watersnoodramp van 1916 de s t o o t t o t de aanleg van de a f s l u i t d i j k . Voor h e t e e r s t werd nu ook gekozen voor een w e t e n s c h a p p e l i j k e aanpak.

Onder l e i d i n g van P r o f . d r . H.A. L o r e n t z werd de s t u d i e van g e t i j s t r o -mingen en de beïnvloeding daarvan door de t e bouwen d i j k fundamenteel benaderd. Ook h e t v e r s c h i j n s e l van de g o l f o p l o o p werd nader geanaly-seerd .

B i j h e t v a s t s t e l l e n van de k r u i n h o o g t e van de a f s l u i t d i j k baseerde de Commissie L o r e n t z z i c h nog op de hoogst waargenomen s t o r m v l o e d , conform een oude v u i s t r e g e l .

H i e r i n kwam e e r s t o n t w i k k e l i n g , toen na de watersnoodramp van 1953 de Deltacommissie werd i n g e s t e l d . Verder bouwend op h e t werk van i r . We-m e l s f e l d e r , d i e een s t a t i s t i s c h e w e t We-m a t i g h e i d had o n t d e k t i n h e t

opt r e d e n van hoge soptormvloedsoptanden, g i n g men over opt o opt h e opt d.m.v. e x opt r a p o l a t i e v a s t s t e l l e n van extreme stormvloedstanden. Deze extreme w a t e r -standen vormen nu de g r o n d s l a g voor h e t ontwerp der Deltawerken, d i e de Nederlandse k u s t l i j n nog v e r d e r v e r k o r t e n .

De v o o r u i t g a n g i n de d i j k b o u w w o r d t steeds gekenmerkt door de o n t -w i k k e l i n g van de t e c h n i s c h e m o g e l i j k h e d e n d i e op zekere t i j d t e r b e s c h i k k i n g waren. Zo v i n g men e e r s t de d r o o g l e g g i n g e n aan nadat de b o v e n k r u i e r was u i t g e v o n d e n (+ 1650) en werd de d r o o g l e g g i n g van de Haarlemmermeer o.a. m o g e l i j k door de t o e p a s s i n g van de e e r s t e stoomgemalen (Cruquius 1849).

Het v o l l e d i g t o t o n t w i k k e l i n g komen van de stoommachine a l s k r a c h t -b r o n voor s l e e p -b o t e n , z u i g e r s en kranen was een randvoorwaarde voor h e t s l a g e n van de bouw van de a f s l u i t d i j k en de Zuiderzeewerken. Het steeds goedkoper worden van e n e r g i e door de i n t r e d e van a a r d -o l i e en de d i e s e l m -o t -o r w e e r s p i e g e l t z i c h i n de -o n t w i k k e l i n g van de d i j k p r o f i e l e n van de Deltawerken. Het s p u i t e n van zand i s n i e t l a n g e r een k n e l p u n t .

+ ë,0o ^

F i g . 1.11 O n t w i k k e l i n g van d i j k p r o f i e l e n

Teneinde meer continuïteit t e v e r k r i j g e n i n de o n t w i k k e l i n g van de d i j k b o u w , h e e f t de M i n i s t e r i n 1965 een commissie i n g e s t e l d met een meer permanent k a r a k t e r dan de voorgaande commissies: de Technische Adviescommissie voor de W a t e r k e r i n g e n (T.A.W.).

Een geheel nieuw element komt i n de j a r e n z e s t i g naar v o r e n . Dan gaan ook l a n d s c h a p p e l i j k e en m i l i e u o v e r w e g i n g e n een r o l spelen i n h e t o n t -werp van w a t e r k e r i n g e n . I n 1975 w o r d t de Commissie Becht i n g e s t e l d om de w e n s e l i j k h e i d van t e c h n i s c h " n o o d z a k e l i j k e " doch l a n d s c h a p p e l i j k w e i n i g f r a a i e d i j k v e r h o g i n g e n t e bestuderen.

I n d i t kader past ook een b e v e i l i g i n g door de bouw van een z.g. s t o r m -v l o e d k e r i n g , welke normaal h e t g e t i j d o o r l a a t , doch waar-van de open i open g e open t i j d e open s s t o r m v l o e d wordeopen g e s l o t e open . Voorbeeldeopen z i j open : H o l l a open d -sche I J s s e l , Ooster-schelde en E i d e r (B.R.D.).

De graad van b e l a n g r i j k h e i d van d i j k e n v a r i e e r t van l a n d t o t l a n d en van r e g i o t o t r e g i o , doch i n e l k geval moet de s t a b i l i t e i t en

duur-zaamheid p r e v a l e r e n . De d i m e n s i o n e r i n g van de h u i d i g e d i j k e n i s geba-seerd op sociaal-economische en p s y c h o l o g i s c h e f a k t o r e n en g e s t o e l d op t e c h n i s c h e e v a l u a t i e en r i s i c o - a n a l y s e s .

Een k o s t e n o p t i m a l i s a t i e , a l l e e n gebaseerd op hoogte en c o n s t r u c t i e -k o s t e n versus onderhoud, i s n i e t z i n v o l .

Immers h e t waterkerend vermogen en de geaccepteerde kans op f a l e n worden bepaald door voorwaarden zoals t e beschermen mensenlevens,

l a n d , industriële v e s t i g i n g e n enz.

De e v a l u a t i e van de o n t w e r p c r i t e r i a ( b e l a s t i n g e n ) en de b e s c h i k b a r e i n f o r m a t i e i s van h e t g r o o t s t e belang voor h e t ontwerp, de u i t v o e -r i n g en h e t onde-rhoud van een d i j k .

De aanpak, welke i n d i t c o l l e g e z a l worden gevolgd gaat u i t van de aspekten: d i m e n s i o n e r i n g , ontwerp, u i t v o e r i n g en onderhoud. E l k van deze aspekten z a l worden behandeld, w a a r b i j r e k e n i n g z a l worden ge-houden met sociaal-economische en p s y c h o l o g i s c h e f a k t o r e n m.b.t. de d i j k en z i j n l o c a t i e .

Silualie met zeeschip voor de sluis.

2. MAATSCHAPPELIJKE EN SOCIALE ASPEKTEN VAN HET RISICO 2.1 Algemeen

Het d o e l , d a t de i n g e n i e u r b i j h e t ontwerpen van een w a t e r k e r i n g voor ogen s t a a t , i s h e t b e v e i l i g e n van h e t a c h t e r g e l e g e n l a n d tegen w a t e r -o v e r l a s t en -o v e r s t r -o m i n g .

Ook a l i s h e t o n m o g e l i j k h e t a c h t e r g e l e g e n l a n d v o l l e d i g t e v r i j w a r e n voor o v e r s t r o m i n g e n , t o c h d i e n t de kans op een k a l a m i t e i t t o t een a'an-vaardbaar l a a g n i v e a u t e worden t e r u g g e b r a c h t .

Hoewel d e f i n i t i e s van h e t r i s i c o b e g r i p w e t e n s c h a p p e l i j k omstreden z i j n , w o r d t i n d i t c o l l e g e de volgende p r e c i e s e r i n g van h e t r i s i c o g e b r u i k t .

r i s i c o = kans x g e v o l g Wat z i j n nu de dimensies van r i s i c o ?

De kans i s d i m e n s i e l o o s . Vaak wordt e c h t e r de kans vervangen door een f r e q u e n t i e , h e t a a n t a l gebeurtenissen per t i j d s e e n h e i d . I n v e e l ge-v a l l e n k i e s t men ge-voor de t i j d s e e n h e i d j a r e n .

Het gevolg i s complexer en kan bestaan u i t materiële schade, v e r l i e s van t o e k o m s t i g inkomen, gewonden en doden. Het g e v o l g i s dus meerd i m e n s i o n a a l , hetgeen problemen g e e f t b i j meerde t o e p a s s i n g van h e t r i s i -c o b e g r i p .

D i t probleem van de m e e r - d i m e n s i o n a l i t e i t van h e t gevolg w o r d t meestal o p g e l o s t door a l l e dimensies op een na t e verwaarlozen.

I n h e t D e l t a - r a p p o r t ( l i t . 2.) i s op deze w i j z e h e t gevolg van een o v e r s t r o m i n g van C e n t r a a l - H o l l a n d b e p e r k t t o t de materiële schade u i t g e d r u k t i n guldens. Vervolgens i s aangetoond, d a t v i a een v e r g e -l i j k i n g van de k o s t e n van een v e r h o g i n g van de d i j k met de c o n t a n t e waarde van de daardoor v e r k l e i n d e rampschade-verwachting een econo-misch o p t i m a a l r i s i c o n i v e a u v a l t aan t e w i j z e n .

Een d e r g e l i j k e benadering, w a a r b i j a l l e e n aandacht w o r d t geschonken aan h e t materiële aspekt van h e t gevolg van een o v e r s t r o m i n g s t u i t op e t h i s c h e en m a a t s c h a p p e l i j k e bezwaren.

De keuze van een normniveau voor h e t t e aanvaarden r i s i c o vormt h e t onderwerp van m a a t s c h a p p e l i j k e d i s c u s s i e . I n de volgende paragraaf

z a l op deze p r o b l e m a t i e k worden ingegaan.

Echter ook zonder k e n n i s van h e t normniveau van h e t t e aanvaarden r i s i c o , kunnen a l l e oorzaken, d i e b i j d r a g e n t o t h e t i n u n d a t i e g e v a a r , i n hun o n d e r l i n g e verband worden geanalyseerd.

De oorzaken z i j n i n twee hoofdcategorieën t e v e r d e l e n :

1. technische aspekten, d i e h e t gedrag van de c o n s t r u c t i e bepalen, 2. a l o f n i e t o p z e t t e l i j k m e n s e l i j k f a l e n .

I n onderstaande f i g u u r i s schematisch aangegeven op welke w i j z e , met behulp van de foutenboomtechniek, de verbanden kunnen worden gelegd.

m e n s e l i j k f a l e n b e z w i j k e n d i j k Noord m e n s e l i j k f a l e n b e z w i j k e n d i j k Noord b e z w i j k e n d i j k Noord e x p l o s i e sabotage b e z w i j k e n onderdeel A gevolgen voor a c h t e r l a n d b e z w i j k e n d i j k Zuid b e z w i j k e n onderdeel B b e l a s t i n g e n > s t e r k t e b e l a s t i n g e n > s t e r k t e

F i g . 2.1 R i s i c o - a n a l y s e van een door d i j k e n beschermd gebied met be-h u l p van de foutenboomanalyse.

B i j de r i s i c o - a n a l y s e van een door d i j k e n beschermd gebied d i e n t a l l e r e e r s t een o v e r z i c h t t e worden o p g e s t e l d van a l l e m o g e l i j k e oorzaken en omstandigheden, d i e kunnen l e i d e n t o t h e t n i e t f u n k t i o neren van ëén der w a t e r k e r i n g e n en de d a a r u i t v o o r t v l o e i e n d e b e d r e i -g i n -g voor h e t a c h t e r l i -g -g e n d e l a n d .

I n d i t o v e r z i c h t worden door m i d d e l van een foutenboomanalyse de causale verbanden v a s t g e l e g d ( z i e f i g u u r 2.1).

T e n s l o t t e zou men, nadat de w a a r s c h i j n l i j k h e d e n van de d i v e r s e o n -gewenste g e b e u r t e n i s s e n zo goed m o g e l i j k z i j n b e p a a l d , de kans op i n u n d a t i e van h e t a c h t e r l a n d kunnen benaderen en v e r g e l i j k e n met een e v e n t u e e l t e k i e z e n normniveau. Helaas i s de wetenschap nog n i e t zover gevorderd.

Van g r o o t belang i s h e t t o t a l e systeem van een p o l d e r met omringende d i j k e n diepgaand i n z i j n samenhang t e a n a l y s e r e n . Het verworven i n -z i c h t -z a l de ontwerper i n s t a a t s t e l l e n de t e c h n i s c h e aspekten i n een b r e d e r kader t e beoordelen.

Het i s immers i n de e e r s t e p l a a t s de taak van de i n g e n i e u r e r v o o r t e zorgen, d a t h e t t e c h n i s c h e aspekt-systeem geen overheersende b i j d r a g e l e v e r t aan de t o t a l e kans op i n u n d a t i e . Het t e c h n i s c h as-p e k t vormt i n de foutenboom h e t voor i e d e r onderdeel terugkerende element " b e l a s t i n g g r o t e r dan s t e r k t e " .

I n h o o f d s t u k 3 e.v. z a l aan d i t t e c h n i s c h e aspekt ruime aandacht worden geschonken.

2.2 Andere dan t e c h n i s c h e oorzaken, d i e kunnen l e i d e n t o t i n u n d a t i e Naast g e b e u r t e n i s s e n , d i e hun oorsprong v i n d e n i n h e t t e c h n i s c h e aspekt-systeem en d i e i n de volgende h o o f d s t u k k e n u i t v o e r i g aan de orde z u l l e n komen, kunnen ook andere oorzaken a a n l e i d i n g z i j n t o t het onderlopen van de p o l d e r ( z i e f i g . 2.1).

Behalve de geaccepteerde kans op h e t f a l e n van c o r r e c t gedimensioneerde onderdelen, o n d e r s c h e i d t men nog twee categorieën van o o r z a -ken van ongewenste g e b e u r t e n i s s e n .

Deze twee categorieën z i j n : 1. grove n a l a t i g h e i d

2. overmacht

B i j grove n a l a t i g h e i d i s sprake van o p z e t t e l i j k , danwel o n o p z e t t e l i j k o n z o r g v u l d i g gedrag van v e r a n t w o o r d e l i j k p e r s o n e e l . Er z i j n v e r d e r d r i e niveau's t e onderscheiden waarop grove n a l a t i g h e i d de v e i l i g e t a a k v e r v u l l i n g van een c o n s t r u c t i e n a d e l i g kan beïnvloeden.

Ten e e r s t e kan o n z o r g v u l d i g h e i d b i j de v a s t s t e l l i n g van de r a n d v o o r -waarden en h e t ontwerp een c o n s t r u c t i e o p l e v e r e n d i e n i e t op z i j n

taak berekend i s .

Ten tweede kan grove n a l a t i g h e i d t i j d e n s de bouw van de c o n s t r u c t i e de s t e r k t e van een onderdeel verminderen op een w i j z e , d i e b u i t e n de v e r a n t w o o r d e l i j k h e i d van de ontwerper v a l t .

Ter i l l u s t r a t i e d i e n t h e t volgende v o o r b e e l d van o p z e t t e l i j k o n z o r g -v u l d i g gedrag:

B i j de bouw van een betonbrug r a a k t de s t o r t p l o e g t i j d e n s de l a a t s t e s t o r t voor Kerstmis zonder cement. Omdat h e t p e r s o n e e l naar h u i s w i l d e werd de b e k i s t i n g , gevuld met s c h r a l e b e t o n , a f g e w e r k t met een l a a g j e gewone b e t o n . U i t e r a a r d bezweek de b r u g .

Ten derde kan grove n a l a t i g h e i d b i j de b e d i e n i n g o f h e t onderhoud van de v o l t o o i d e c o n s t r u c t i e de a a n l e i d i n g z i j n t o t onverwacht f a l e n .

Een v o o r b e e l d van o n o p z e t t e l i j k o n z o r g v u l d i g gedrag b i j de b e d i e -n i -n g va-n ee-n v o l t o o i d e c o -n s t r u c t i e :

T i j d e n s de zomer i s de s a m e n s t e l l i n g van de p l o e g , d i e de coupure i n een h a v e n d i j k a f s l u i t , g e w i j z i g d . Door een m i s v e r s t a n d wordt de nieuwe voorman n i e t op de hoogte g e s t e l d van een naderende s t o r m -v l o e d . De p o l d e r stroomt onder.

Hoewel een ontwerper n i e t v e r a n t w o o r d e l i j k g e s t e l d kan worden voor de gevolgen van o n z o r g v u l d i g gedrag van anderen, t o o n t met name h e t v o o r b e e l d van de coupure aan, d a t b i j de keuze van een bepaald o n t -w e r p a l t e r n a t i e f de gevolgen van e v e n t u e e l o n z o r g v u l d i g gedrag v a n de beheerder o f de g e b r u i k e r van de c o n s t r u c t i e kunnen worden be-p e r k t .

De mate w a a r i n de keuze van een a l t e r n a t i e f de kans op een onge-wenste g e b e u r t e n i s t e n gevolge van o n z o r g v u l d i g e b e d i e n i n g o f onder-houd v e r g r o o t , v o l g t o n m i d d e l i j k u i t een foutenboom-analyse.

p o l d e r i n u n d e e r t d i j k bezw 1 i j k t coupure n i e t a f g e s l o t e n w a t e r s t a n d hoger dan v l o e r coupure p o l d e r i n u n d e e r t i d i j k bezw i j k t b e l a s t i n g > s t e r k t e b e l a s t i n g > s t e r k t e F i g . 2.2 De v e r g r o t i n g van de kans op o v e r s t r o m i n g t . g . v . de t o e -passing van een coupure.

Onder overmacht v e r s t a a t de wet i n Nederland g e b e u r t e n i s s e n , d i e n i e t v o o r t v l o e i e n u i t grove n a l a t i g h e i d o f o n z o r g v u l d i g h e i d , zoals m e t e o r i e t - en b l i k s e m i n s l a g , o o r l o g s h a n d e l i n g e n , aardbevingen, sa-botage e t c .

Hoewel h e t onderscheid d u i d e l i j k l i j k t , i s enige o p l e t t e n d h e i d v e r -e i s t , omdat h-etg-e-en a l s ov-ermacht b-eoord-e-eld w o r d t , kan variër-en met t i j d en p l a a t s .

Een stormramp van de omvang van 1953 zou door de mensen, d i e r o n d 1600 de Lage Landen aan de zee b e v o l k t e n , zeker a l s overmacht gekwa-l i f i c e e r d z i j n . Doch a gekwa-l s een s t o r m v gekwa-l o e d van d i t n i v e a u i n 1980 op-t r e e d op-t meop-t e r n s op-t i g e gevolgen, dan z a l d i op-t zeker r e s u l op-t e r e n i n een b e s c h u l d i g i n g van grove n a l a t i g h e i d aan h e t adres van de beheerder. Gebeurtenissen met een h e r h a l i n g s t i j d , d i e v e e l l a n g e r i s dan een mensenleven, r a n g s c h i k t men g e m a k k e l i j k onder overmacht.

I n d i e n een fenomeen met e r n s t i g e consequenties z i c h e c h t e r enkele malen b i n n e n een m e n s e n l e e f t i j d h e r h a a l t en h e t b i n n e n h e t t e c h n i s c h en economisch vermogen van een samenleving l i g t z i c h e r t e g e n t e be-schermen, z a l een beroep op overmacht worden afgewezen.

I n h e t gebied tussen de b e i d e u i t e r s t e n i s h e t o o r d e e l m o e i l i j k . 2.3 Het m a a t s c h a p p e l i j k geaccepteerde r i s i c o n i v e a u

Het l e v e n dwingt de mens v o o r t d u r e n d een compromis t e zoeken t u s s e n n a g e s t r e e f d e v o o r d e l e n en de daaraan verbonden r i s i c o ' s . Zolang deze afwegingen n i e t v e r d e r r e i k e n dan de p e r s o o n l i j k e s f e e r , worden ze i n h e t algemeen s n e l gemaakt. De mate .van r i s i c o d i e een i n d i v i d u

a c c e p t e e r t , hangt onder meer a f van z i j n l e e f t i j d en z i j n persoon-l i j k e i n s t e persoon-l persoon-l i n g , doch ook de vopersoon-lgende f a k t o r e n spepersoon-len een r o persoon-l : 1. de mate, w a a r i n h e t r i s i c o v r i j w i l l i g w o r d t geaccepteerd; p e r

-s o o n l i j k e v e r m i j d b a a r h e i d van h e t r i -s i c o , 2. de herkenbaarheid van h e t r i s i c o ,

3. h e t p e r s o o n l i j k v o o r d e e l , verbonden aan h e t t r o t s e r e n van h e t r i s i c o ,

4. h e t m a a t s c h a p p e l i j k v o o r d e e l , verbonden aan h e t t r o t s e r e n van h e t r i s i c o ,

5. de m a a t s c h a p p e l i j k e , m o g e l i j k h e d e n om h e t r i s i c o t e beperken, 6. de h i s t o r i s c h e a c h t e r g r o n d van h e t r i s i c o ( h e r h a l i n g s t i j d ) . Een poging om t o t een t h e o r e t i s c h e o r d e n i n g van de b e o o r d e l i n g s v a -r i a b e l e n t e komen i s gegeven i n f i g . 2.3.1. l e e f t i j d g e s l a c h t o p l e i d i n g beroep r i s i c o - a v e r s i e p e r c e p t i e van en ^ geïnformeerdheid o m t r e n t - p e r s o o n l i j k belang - v e r m i j d b a a r h e i d - e r n s t van h e t r i s i c o l e e f t i j d g e s l a c h t o p l e i d i n g beroep r i s i c o - a v e r s i e p e r c e p t i e van en ^ geïnformeerdheid o m t r e n t - p e r s o o n l i j k belang - v e r m i j d b a a r h e i d - e r n s t van h e t r i s i c o aanvaardbaar-h e i d van een r i s i c o e r n s t van h e t r i s i c o p e r s o o n l i j k b e l a n g , n u t o f v o o r d e e l p e r s o o n l i j k e v e r m i j d b a a r ¬ h e i d van h e t r i s i c o n~ d i r e k t : l i privé v o o r d e e l i n d i r e k t : l — m a a t s c h a p p e l i j k v o o r d e e l kans op ongewenste g e b e u r t e n i s f r e q u e n t i e [6 s c h a t t i n g e n gevolg van een ongewenste g e b e u r t e n i s

mate van maat-s c h a p p e l i j k e b e v e i l i g i n g fs"

f i g . 2.3.1 Een t h e o r e t i s c h e o r d e n i n g van de b e o o r d e l i n g s v a r i a b e l e n van de aanvaardbaarheid van r i s i c o ' s .

A a n t a l doden t . g . v . o n g e v a l l e n i n Nederland i n 1976 S i t u a t i e A a n t a l l e n doden kans I n h u i s j o n g e r dan 70 j . ouder dan 70 j • Op s t r a a t Spoorwegovergang Openbare gebouwen G e s t i c h t / I n r i c h t i n g Openbaar water 808 1.368 134 36 20 79 377 F a b r i e k Aan boord Op zee Zee- en luchthavens T r e i n o n g e v a l l e n I n h e t v e l d 2.822 106 2 1 8 67 24 -4 2.10 A u t o - o n g e v a l l e n Sport en v r i j e t i j d 208 2.270 33 5,5.10~^ Onbekend 2.303 229 229 1,65. lO""^ 1,64.10"^ T o t a a l 5.562 4,0.lO"^ F i g . 2.3.2

Een k o r t e beschouwing van de s t a t i s t i e k van o n g e v a l l e n met d o d e l i j k e a f l o o p ( z i e f i g . 2 . 3 . 2 ) g e e f t een bepaalde i n d r u k van h e t r i s i c o , d a t i n Nederland m a a t s c h a p p e l i j k geaccepteerd w o r d t . Het reeds vermelde probleem van de m e e r - d i m e n s i o n a l i t e i t van h e t r i s i c o i s i n d i t g e v a l o m z e i l d door s l e c h t s ëên s o o r t g e v o l g t e beschouwen: de d o d e l i j k e a f l o o p .

Het b l i j k t , d a t de o n g e v a l l e n met d o d e l i j k e a f l o o p i n twee h o o f d o o r -zaken u i t e e n v a l l e n : ongelukken t h u i s en auto-ongelukken, d i e e l k on-geveer 2.500 doden per j a a r e i s e n ( l i t . 6 ) . De kans op een ongeval i n ëën van deze categorieën i s gemiddeld per Nederlander 2.10"^ per j a a r . De kans op een ongeval i n f a b r i e k e n , aan boord van schepen, op h a v e n t e r r e i n e n en t i j d e n s t r e i n r e i z e n i s v e e l k l e i n e r . Z e l f s i n -d i e n -d i t a a n t a l o n g e v a l l e n tesamen b e t r o k k e n w o r -d t op -de werken-de b e r o e p s b e v o l k i n g , b l i j f t h e t r i s i c o b e p e r k t t o t 5,5.10"^ per j a a r . De t o t a l e gemiddelde kans op een ongeluk met d o d e l i j k e a f l o o p bed r a a g t voor een Nebederlanbeder 4,0.10"'* per j a a r . Een bed e r g e l i j k r i s i c o -n i v e a u v i -n d t me-n ook i -n de o v e r i g e Westeuropese la-nde-n.

I n andere d e l e n van de w e r e l d kan h e t geaccepteerde r i s i c o n i v e a u ge-h e e l anders l i g g e n .

I n de i n t e r n a t i o n a l e l i t e r a t u u r w o r d t h e t t o t a l e gemiddelde r i s i c o beschouwd a l s de som van d r i e componenten:

1. Het b a s i s r i s i c o , d a t i s h e t o n v e r m i j d e l i j k e minimum r i s i c o , d a t een l i d van de gemeenschap moet accepteren. Op de g r o o t t e van d i t r i s i c o h e e f t h e t geen i n v l o e d en derden kunnen er n i e t v o o r aan-s p r a k e l i j k g e aan-s t e l d worden. Het i aan-s de l a a t aan-s t e decennia de p l i c h t van r e g e r i n g s i n s t a n t i e s geworden d i t r i s i c o op een m a a t s c h a p p e l i j k aanvaardbaar n i v e a u t e houden.

2. Het v r i j w i l l i g e r i s i c o , d a t a l l e r i s i c o ' s omvat d i e b i n n e n de i n -v l o e d s s f e e r -van h e t i n d i -v i d u -v a l l e n en waar-van h i j b e s e f t , d a t ze u i t z i j n a c t i v i t e i t e n v o o r t v l o e i e n .

3. Het a a n s p r a k e l i j k h e i d s r i s i c o , d a t van t o e p a s s i n g i s op d i e g e v a l l e n , waar de schuld van een v e r a n t w o o r d e l i j k e i n s t a n t i e a a n w i j s b a a r i s . Omdat h e t m o e i l i j k i s h e t t o t a l e r i s i c o onaanvechtbaar over de d r i e componenten t e v e r d e l e n , k i e s t men vaak een t u s s e n o p l o s s i n g door aan e l k e component ongeveer één derde van h e t t o t a l e r i s i c o toe t e k e n -nen, zodat h e t b a s i s - r i s i c o - n i v e a u i n Nederland ongeveer g e s t e l d kan worden op:

j _ . a a n t a l doden door ongelukken = J_ . 5562 = 1,33 . 10~^ per j a a r 3 b e v o l k i n g s a a n t a l 3 14 lO^

Naast een o p s p l i t s i n g i n componenten, zou ook een onderzoek naar de r e g i o n a l e v e r d e l i n g van h e t r i s i c o over Nederland van belang kunnen z i j n .

Een normniveau voor de kans, d a t c o n s t r u c t i e s b e z w i j k e n , kan n i e t zonder meer worden a f g e l e i d u i t h e t h i e r b o v e n genoemde b a s i s r i s i c o -n i v e a u .

C o r r e c t i e s moeten worden aangebracht voor de aard en de omvang van de gevolgen en voor de mate, w a a r i n van v r i j w i l l i g g e b r u i k van de con-s t r u c t i e con-sprake i con-s . T e n con-s l o t t e con-s p e e l t de m o g e l i j k h e i d om h e t r i con-s i c o t e beperken een r o l , evenals de h i s t o r i s c h e a c h t e r g r o n d .

Een p r a k t i s c h normniveau voor de bezwijkkans van c i v i e l e c o n s t r u c -t i e s zou gevonden kunnen worden door a l s u i -t g a n g s p u n -t -t e k i e z e n , d a t een d e r g e l i j k e c o n s t r u c t i e geen noemenswaardige v e r g r o t i n g van h e t i n d i v i d u e l e b a s i s r i s i c o mag vormen. De toevoeging aan h e t p e r s o o n l i j k b a s i s r i s i c o mag b i j v o o r b e e l d t e n hoogste 0,1 maal h e t b a s i s -r i s i c o bed-ragen: _c

0,1 . 1,33.10 = 1,33.10 per j a a r

Aangezien b i j h e t b e z w i j k e n van c i v i e l e c o n s t r u c t i e s meestal een aan-t a l mensen i n levensgevaar v e r k e e r aan-t , d i e n aan-t de aan-t o e l a a aan-t b a r e aan-toevoeging aan h e t b a s i s r i s i c o met de omvang van de b e d r e i g d e groep t e worden g e c o r r i g e e r d .

De t e n hoogste toegestane bezwijkkans van een c i v i e l e c o n s t r u c t i e w o r d t dan: _c

groepsomvang w a a r i n :

groepsomvang = h e t a a n t a l mensen d a t i n levensgevaar v e r k e e r t b i j een c a l a m i t e i t

De e r v a r i n g l e e r t e c h t e r d a t een ongeval met 100 doden eens i n de 1000 j a a r v e e l minder aanvaardbaar i s , d a t êën dodelijk_(j)ngeval eens i n de 10 j a a r , alhoewel h e t r i s i c o i n b e i d e g e v a l l e n 10 per j a a r b e d r a a g t .

Deze n o n - l i n e a r i t e i t en overwegingen van andere aard (mate van h e t t e behalen v o o r d e e l , v e r m i j d b a a r h e i d van h e t r i s i c o , e t c ; z i e f i g . 2.3.1) maken, d a t de t o e l a a t b a r e bezwijkkans b e l e i d s m a t i g nog aanpas-s i n g b e h o e f t .

Door i n v o e r i n g van een b e l e i d s f a k t o r 3 i s de aanvaardbare b e z w i j k -kans van een c i v i e l e c o n s t r u c t i e v a s t t e s t e l l e n op:

3 . ''33.10-^ groepsomvang

Bovenstaande gedachtengang i s u i t e r a a r d n i e t meer dan een i l l u s t r a -t i e ; over normen voor aanvaardbare r i s i c o ' s d i e n -t een u i -t g e b r e i d e d i s c u s s i e t e worden gevoerd.

2.4 Econometrische b e r e k e n i n g van h e t o p t i m a l e r i s i c o n i v e a u

De t h e o r e t i s c h e methoden om h e t economisch o p t i m a l e r i s i c o n i v e a u t e berekenen z i j n reeds l a n g bekend.

I n h e t r a p p o r t van de Deltacommissie v o e r t h e t Mathematisch Centrum een b e r e k e n i n g van de o p t i m a l e hoogte der z e e d i j k e n u i t .

De gang van deze b e r e k e n i n g , d i e m i s s c h i e n i n h e t v e r l e d e n t e w e i n i g aandacht h e e f t gekregen, i s a l s v o l g t :

Men v e r o n d e r s t e l t dat de nieuwbouwkosten K i n guldens van een d i j k t e n d e l e een f u n k t i e z i j n van de d i j k h o o g t e H i n m.: K = C + C.H O 1 Waarin: C = c o n s t a n t e ( g l d ) C, = c o n s t a n t e (gld/m)

Tevens neemt e c h t e r b i j een toenemende hoogte van de d i j k de kans p op een o v e r s t r o m i n g a f .

p = Pr(H > H) = F(H) ( j a a r " ' ) -w a a r i n F(H) = h o o g -w a t e r o v e r s c h r i j d i n g s l i j n

De t o t a l e k o s t e n van de nieuw t e bouwen d i j k z i j n nu de som van de nieuwbouwkosten en de c o n t a n t e waarde van h e t r i s i c o .

K + W c

Redenerenderwijs i s nu i n t e z i e n , d a t deze som een minimum h e e f t . Immers, voor een zeer l a g e d i j k b l i j f t de omvang van K b e p e r k t , doch z a l zeer hoge waarden b e r e i k e n .

Omgekeerd b l i j f t b i j een hoge d i j k W b e p e r k t d a n k z i j hoge bouwkosten K ( z i e f i g . 2.4). K, Wc, K + Wc ( g l d ) ^ H(m) d i j k h o o g t e o p t i m a a l

F i g . 2.4 De afweging van nieuwbouwkosten en g e k a p i t a l i s e e r d r i s i c o a l s f u n k t i e van de d i j k h o o g t e

Het minimum van de t o t a l e k o s t e n f u n k t i e i s door d i f f e r e n t i a t i e t e v i n d e n : ,, , , ^

d(K + W^) d{cQ + C j H + S F(H)S} - ( 1 + i ) ^ = O

dH •dH

I n d i e n h e t a c h t e r de d i j k gelegen gebied o v e r s t r o o m t , z a l een d e e l der bewoners v e r d r i n k e n . Tevens z a l de o v e r s t r o m i n g g r o t e materiële schade teweegbrengen. Omdat h e t v e r l i e s van een mensenleven v r i j w e l n i e t i n g e l d i s u i t t e drukken, wordt h e t meer-dimensionale gevolg van de o v e r s t r o m i n g (doden, guldens) vereenvoudigd door alléén de materiële schade S t e beschouwen.

Volgens de reeds gegeven d e f i n i t i e s i s h e t r i s i c o nu g e l i j k aan de mathematische verwachtingswaarde van de schade:

R = pS ( g l d / j a a r )

Nu kan h e t r i s i c o ook beschouwd worden a l s de hoogte van de v e r z e k e -r i n g s p -r e m i e , d i e e l k j a a -r b e t a a l d zou moeten wo-rden, i n d i e n men z i c h tegen de gevolgen van de o v e r s t r o m i n g w i l d e v e r z e k e r e n .

De g e k a p i t a l i s e e r d e som van de gedurende de levensduur N van de d i j k t e b e t a l e n v e r z e k e r i n g s p r e m i e s of_ de c o n t a n t e waarde van h e t r i s i -co i s g e l i j k : ^c = \ ( T T i p n= 1 w a a r i n : i = r e n t e v o e t N = levensduur i n j a r e n n = j a r e n , dF(H) ^ , 1 .n _ n=l De economisch o p t i m a l e d i j k h o o g t e kan nu u i t de l a a t s t e v e r g e l i j k i n g worden o p g e l o s t . De k r i t i e k op de gevonden o p t i m a l e d i j k h o o g t e i s u i t e r a a r d , d a t geen r e k e n i n g i s gehouden met h e t a a n t a l mensen, d a t de dood v i n d t b i j een o v e r s t r o m i n g van h e t gebied.

Een t h e o r e t i s c h e o p l o s s i n g zou z i j n h e t v e r l i e s van mensenlevens i n g e l d t e waarderen en toe t e voegen aan de materiële schade S. Met deze v e r s c h u i v i n g van h e t probleem i s i n f e i t e h e t t e r r e i n van de v o r i g e paragraaf weer b e r e i k t .

Samenvattend kan men de volgende i n d e l i n g geven:

Gebied benaderingsmethode

gebied met bewoning m a a t s c h a p p e l i j k aanvaardbaar r i s i c o n i v e a u

gebied met economische a c t i v i t e i t

economisch o p t i m a a l r i s i c o n i v e a u

gebied met bewoning en economische a c t i v i t e i t

3. GRENSTOESTANDEN 3.1 Algemeen

I n p a r a g r a a f 2.1 i s de aandacht g e v e s t i g d op h e t per onderdeel van de c o n s t r u c t i e terugkerende element " b e l a s t i n g g r o t e r dan s t e r k t e " , dat een fundamentele r o l speelde i n de v e i l i g h e i d van h e t gehele systeem van w a t e r k e r e n .

Een d e r g e l i j k e t o e s t a n d , w a a r i n een bezwijkmechanisme van een con-s t r u c t i e o f een c o n con-s t r u c t i e - o n d e r d e e l nog j u i con-s t evenwicht maakt met de u i t w e n d i g e b e l a s t i n g , noemt men een g r e n s t o e s t a n d . Een c o n s t r u c t i e k e n t d e r h a l v e tenminste evenveel grenstoestanden a l s b e z w i j k -mechanismen.

Het i s de e e r s t e v e r a n t w o o r d e l i j k h e i d van de i n g e n i e u r d a t a l l e r e -l e v a n t e grenstoestanden i n h e t ontwerp de v e r e i s t e aandacht k r i j g e n t e n e i n d e een voldoend v e i l i g e en duurzame c o n s t r u c t i e t e waarborgen. 3.2 Grenstoestand m.b.t. b e z w i j k e n

Het ontwerpen van een c o n s t r u c t i e i s een proces w a a r i n v o o r t d u r e n d a l t e r n a t i e v e n worden g e t o e t s t aan d i v e r s e c r i t e r i a .

Eén van de fundamentele c r i t e r i a op grond waarvan de u i t e i n d e l i j k e keuze w o r d t bepaald, i s de e i s d a t h e t draagvermogen g r o t e r i s dan de optredende b e l a s t i n g .

Daarvoor w o r d t zorggedragen door een v e i l i g h e i d s m a r g e aan t e houden tussen de t e verwachten b e l a s t i n g en de n a g e s t r e e f d e s t e r k t e van de c o n s t r u c t i e .

A l l e r e e r s t worden a l l e fundamentele parameters, d i e een r o l s p e l e n i n de t h e o r e t i s c h e b e t r e k k i n g e n waarop h e t ontwerp van de c o n s t r u c t i e b e r u s t , verzameld. Deze parameters worden de b a s i s v a r i a b e l e n genoemd De hoofdcategorieën van b a s i s v a r i a b e l e n z i j n " s t e r k t e " en " b e l a s t i n g ( z i e f i g . 3 . 1 ) . b e d r e i g i n g of b e l a s t i n g o v e r d r a c h t s -f u n k t i e s randvoorwaarden v e i l i g h e i d s m a r g e weerstands-vermogen of s t e r k t e t h e o r e t i s c h model s t e r k t e -parameters F i g . 3.1 Het p r i n c i p e van de g r e n s t o e s t a n d

I n de c a t e g o r i e " s t e r k t e " o f "weerstand" horen de m a t e r i a a l s t e r k t e en de geometrie van de c o n s t r u c t i e t h u i s . H i e r b i j moet men denken aan parameters a l s b u i g s t e r k t e van een bouwmateriaal, de w r i j v i n g s -eigenschappen van grond, de hoogte van een d i j k o f h e t weerstands-moment van een b a l k .

I n de andere c a t e g o r i e z i j n de b a s i s v a r i a b e l e n t e v i n d e n , d i e a l s randvoorwaarden voor de c o n s t r u c t i e z i j n op t e v a t t e n , zoals w i n d -s n e l h e i d , -sneeuwlaagdikte, -scheep-sma-s-sa o f w a t e r -s t a n d .

Vervolgens komen de t h e o r e t i s c h e modellen aan de orde, waarmee u i t de b a s i s v a r i a b e l e n r e s p e c t i e v e l i j k h e t weerstandsvermogen van de c o n s t r u c t i e en de b e l a s t i n g o f b e d r e i g i n g worden bepaald. De t h e o -r e t i s c h e -r e l a t i e s , d i e d i e n e n t e -r b e p a l i n g van b e l a s t i n g e n u i t na-tuur-randvoorwaarden worden ook wel o v e r d r a c h t s f u n k t i e s genoemd. Tot s l o t komt de vraag aan de orde welke v e i l i g h e i d s m a r g e d i e n t t e worden aangehouden tussen b e l a s t i n g en s t e r k t e , zodat de kans op b e z w i j k e n aanvaardbaar k l e i n i s . H i e r v o o r z i j n d r i e p r i n c i p i e e l v e r s c h i l l e n d e filosofieën b e s c h i k -baar: 1. d e t e r m i n i s t i s c h e methode 2. q u a s i - p r o b a b i l i s t i s c h e methode 3. p r o b a b i l i s t i s c h e methode ad 1. B i j de d e t e r m i n i s t i s c h e methode k i e s t men " v e i l i g e " ( i . e . v o l -doend hoge) waarden voor de b a s i s v a r i a b e l e n , d i e de b e l a s t i n g e n veroorzaken. Voor de b e p a l i n g van de s t e r k t e w o r d t v e e l a l ge-b r u i k gemaakt van de gemiddelde waarde der s t e r k t e p a r a m e t e r s . De g r o o t t e van de veiligheidscoëfficiënt w o r t e l t i n e r v a r i n g . ad 2. Het f e i t , d a t a l l e b a s i s v a r i a b e l e n e i g e n l i j k s t o c h a s t i s c h e g r o o t

heden z i j n , vormt de g r o n d s l a g van de q u a s i - p r o b a b i l i s t i s c h e methode.

Omdat h e t rekenen met s t o c h a s t i s c h e grootheden b i j gewone o n t -werpwerkzaamheden t e o m s l a c h t i g i s , werd i n de c o n s t r u c t i e v e wetenschappen h e t b e g r i p " k a r a k t e r i s t i e k e waarde" geïntroduceerd. D i t b e g r i p v e r e e n v o u d i g t h e t werk zonder d a t a l l e s t a -t i s -t i s c h e i n f o r m a -t i e v e r l o r e n gaa-t.

De k a r a k t e r i s t i e k e s t e r k t e wordt g e d e f i n i e e r d a l s de s t e r k t e d i e 5% kans h e e f t onderschreden t e worden.

De k a r a k t e r i s t i e k e waarde van de b e l a s t i n g w o r d t meestal v a s t -gelegd a l s d i e waarde, d i e een o v e r s c h r i j d i n g s k a n s h e e f t van 5% t i j d e n s de levensduur van de c o n s t r u c t i e .

In.,de normale b o u w p r a k t i j k s c h r i j v e n de v o o r s c h r i f t e n ( b . v . VB 1974) h e t g e b r u i k van partiële veiligheidscoëfficiënten v o o r . Door met behulp van deze coëfficiënten a f s t a n d t e scheppen t u s -sen k a r a k t e r i s t i e k e s t e r k t e en b e l a s t i n g , w o r d t voldoende v e i l i g h e i d gewaarborgd ( z i e f i g . 3.2).

I n h e t algemeen worden voor de partiële v e i l i g h e i d s f a k t o r e n de d e f i n i t i e s , d i e z i j n neergelegd i n de I.S.O. standaard 2394, toegepast ( z i e t a b e l I I ) . De partiële v e i l i g h e i d s f a k t o r e n worden v e r v o l g e n s door v e r m e n i g v u l d i g i n g i n één t o t a l e v e i l i g h e i d s -f a k t o r omgezet:

m

Y ~ TV Y ( t o t a a l ._, p a r t i e e l .

Tabel I I O v e r z i c h t der partiële veiligheidscoëfficiënten volgens I.S.O. 2394

YS, houdt r e k e n i n g met de m o g e l i j k e ongunstige a f w i j k i n g e n der e x t e r n e b e l a s t i n g e n van de k a r a k t e r i s

-t i e k e b e l a s -t i n g e n

YS2 b r e n g t de gereduceerde kans i n r e k e n i n g , d a t de d i v e r s e b e l a s t i n g e n t e g e l i j k e r t i j d hun k a r a k t e r i s -t i e k e waarde b e r e i k e n

YS3 i s bedoeld om t e c o r r i g e r e n voor m o g e l i j k e ongun-s t i g e e f f e k t e n van o n j u i ongun-s t e ontwerp-aannamen en c o n s t r u c t i e v e a f w i j k i n g e n

houdt r e k e n i n g met m o g e l i j k e r e d u c t i e s i n de s t e r k t e van de bouwmaterialen i n de gehele c o n s t r u c t i e i n v e r g e l i j k i n g t o t de k a r a k t e r i s t i e k e waarde bepaald u i t p r o e f s t u k k e n

Ym2 i s bedoeld om t e c o r r i g e r e n voor a l l e r e d u c t i e s van de s t e r k t e van de c o n s t r u c t i e , u i t g e z o n d e r d de i n vloeden waarmee onder m^ i s r e k e n i n g gehouden, i n -c l u s i e f b o u w t o l e r a n t i e s

Yc, houdt r e k e n i n g met de aard van de c o n s t r u c t i e en haar gedrag ( b . v . p r o g r e s s i v e c o l l a p s )

YC2 i s bedoeld om r e k e n i n g t e houden met de e r n s t van de s i t u a t i e d i e o n t s t a a t , a l s een grenstoestand w o r d t b e r e i k t , u i t h e t oogpunt van economische gevolgen en gevaar voor de gemeenschap

k a r a k t e r i s t i e k e b e d r e i g i n g m k a r a k t e -K.D.F. s t e r k t e K.D.F. b e d r e i g i n g k a r a k t e r i s t i e k e b e d r e i g i n g _{. , p a r t . .} TT Y 1=1 ^ 1 r i s t i e k e s t e r k t e K.D.F. s t e r k t e J o v e r d r a c h t s -f u n k t i e K.D.F. = k a n s d i c h t h e i d s f u n k t i e theore-t i s c h model w-K.D.F. randvoor-| waarden K.D.F. s t e r k t e -parameters F i g . 3.2 De q u a s i - p r o b a b i l i s t i s c h e methode

ad 3. De meest geavanceerde methode i s de p r o b a b i l i s t i s c h e methode. Nu worden a l l e b a s i s v a r i a b e l e n g e s p e c i f i c e e r d door een kans-d i c h t h e i kans-d s f u n k t i e . Met behulp van h e t t h e o r e t i s c h mokans-del k a n nu u i t de k a n s d i c h t h e i d s f u n k t i e s van de b a s i s v a r i a b e l e n de k a n s d i c h t h e i d s f u n k t i e van de s t e r k t e worden a f g e l e i d .

Evenzo wordt u i t de natuurrandvoorwaarden de k a n s d i c h t h e i d s -f u n k t i e van de potentiële b e d r e i g i n g bepaald.

De l a a t s t e stap houdt nu h e t bepalen van de bezwijkkans van h e t mechanisme i n . De bezwijkkans v a n de t o t a l e c o n s t r u c t i e vormt h e t b e o o r d e l i n g s c r i t e r i u m , nadat de bezwijkkansen der mechanis-men v i a de foutenboomtechniek z i j n samechanis-mengevoegd ( z i e p a r . 3 . 6 ) .

f a a l k a n s / / f g ( b ) g g ( s ) d B d s K.D.F. b e d r e i g i n g ] fgCb.) K.D.F. s t e r k t e ggCS) o v e r d r a c h t s -f u n k t i e ? t h e o r e -t i s c h model r — K.D.F. randvoor-waarden K.D.F. s t e r k t e p a r a -meters F i g . 3.3 De p r o b a b i l i s t i s c h e methode

Hoe i s nu de stand van zaken i n de waterbouwkunde?

De waterbouwkundige ontwerper h a n t e e r t een methode, d i e tussen de d e t e r m i n i s t i s c h e en de q u a s i - p r o b a b i l i s t i s c h e v a r i a n t i n l i g t . De waterbouwkundige p r a k t i j k k e n t h e t g e b r u i k van veiligheidscoëf-ficiënten en k a r a k t e r i s t i e k e waarden nog n i e t . H i e r k i e s t men m e e s t a l , i n n a v o l g i n g van de Deltacommissie, de b e d r e i g i n g d i e beh o o r t b i j een natuurrandvoorwaarde met een extreem l a g e o v e r s c beh r i j -dingskans ( 1 % per eeuw/lx per 10.000 j a a r ) en s t e l t deze g e l i j k aan de gemiddelde s t e r k t e zonder g e b r u i k t e maken van veiligheidscoëf-ficiënten.

extreem gemiddeld

Deze w e r k w i j z e houdt i n p r i n c i p e wel r e k e n i n g met de s p r e i d i n g i n de b e l a s t i n g e n c.q. natuurrandvoorwaarden, doch v e r w a a r l o o s t h e t s t o c h a s t i s c h k a r a k t e r van de s t e r k t e o f h e t weerstandsvermogen v o l komen. Het i s d e r h a l v e m o g e l i j k , d a t twee v e r s c h i l l e n d e c o n s t r u c

-t i e s , hoewel deze beide op d e z e l f d e randvoorwaarden z i j n gedimen-s i o n e e r d , n i e t d e z e l f d e v e i l i g h e i d bieden.

Voordat h e t waterbouwkundig vakgebied op de q u a s i - p r o b a b i l i s t i s c h e methode kan overgaan, z a l e c h t e r nog v e e l werk moeten worden v e r r i c h t . N i e t a l l e e n de i n v o e r i n g van h e t b e g r i p k a r a k t e r i s t i e k e waarde z a l moeite vergen, doch ook h e t vormen van een consensus b i n n e n de k r i n g der ontwerpers omtrent de waarde der partiële veiligheidscoëfficiën-ten k o s t t i j d .

Het o b j e c t i e v e i n s t r u m e n t d a t de p r o b a b i l i s t i s c h e methode b i e d t , kan van n u t z i j n b i j h e t c a l i b r a t i e p r o c e s der coëfficiënten.

3.3 Grenstoestand m.b.t. duurzaamheid

I n h e t voorgaande z i j n steeds extreme grenstoestanden aan de orde geweest, d i e r e c h t s t r e e k s t o t h e t b e z w i j k e n van een onderdeel l e i d -den. Er z i j n e c h t e r ook s i t u a t i e s denkbaar w a a r i n n i e t de extreme g r o o t t e d e r b e l a s t i n g , doch de voortdurende aanwezigheid ervan t o t v e r s l e c h t e r i n g van de c o n s t r u c t i e e i g e n s c h a p p e n l e i d t (denk aan: v e r m o e i i n g , k r u i p , z e t t i n g onder i n v l o e d van e i g e n g e w i c h t , d e s i n t e g r a

t i e van m a t e r i a l e n , e r o s i e ) . Deze a c h t e r u i t g a n g van de c o n s t r u c t i e -eigenschappen i n de t i j d kan i n een extreme t o e s t a n d t o t p l o t s e l i n g b e z w i j k e n a a n l e i d i n g geven. Ook kan de c o n s t r u c t i e o n g e s c h i k t worden voor v e r d e r g e b r u i k (b.v. v e r z a k k i n g , t e g r o t e d o o r b u i g i n g ) zonder d a t b e z w i j k e n d i r e k t h e t gevolg i s .

De b e h a n d e l i n g van een g r e n s t o e s t a n d m.b.t. duurzaamheid i s p r i n c i -pieel"" g e l i j k aan d i e van een g r e n s t o e s t a n d m.b.t. b e z w i j k e n . A l l e e n i s de aandacht nu meer g e r i c h t op h e t f r e q u e n t e o p t r e d e n van b e l a s -t i n g e n dan op de ex-treme g r o o -t -t e ervan.

Een punt van zeer g r o o t p r a k t i s c h belang i s d a t men de a c h t e r u i t g a n g van de c o n s t r u c t i e e i g e n s c h a p p e n i n de t i j d v r i j w e l a l t i j d kan s i g n a -l e r e n door goede c o n t r o -l e p r o c e d u r e s .

I n d i e n men v e r v o l g e n s door middel van onderhoudswerkzaamheden o f ge-d e e l t e l i j k e v e r v a n g i n g ge-de k w a l i t e i t van ge-de c o n s t r u c t i e weer op p e i l b r e n g t , kan een p l o t s e l i n g onverwacht b e z w i j k e n t . g . v . v e r s l e c h t e r d e

c o n s t r u c t i e - e i g e n s c h a p p e n worden voorkomen.

D i t b e t e k e n t d a t de ontwerper een g r e n s t o e s t a n d m.b.t. duurzaamheid i n b e g i n s e l steeds op twee manieren kan oplossen:

1. Zwaarder dimensioneren, zodat de c o n s t r u c t i e ook na v e r l o o p van t i j d nog aan de e i s e n v o l d o e t .

2. Het toepassen van c o n t r o l e - en onderhoudsprocedures, zodat de a c h t e r u i t g a n g van de c o n s t r u c t i e - e i g e n s c h a p p e n i n de hand w o r d t gehouden.

De afweging tussen de b e i d e o p l o s s i n g e n z a l voor i e d e r geval a f z o n -d e r l i j k gemaakt moeten wor-den.

Twee punten z i j n b i j de afweging van belang.

Ten e e r s t e b e t e k e n t zwaarder dimensioneren een hogere i n v e s t e r i n g nu, t e r w i j l onderhoud t e n l a s t e komt van de toekomst. Vaak v e r g e -l i j k t men dan ook de i n v e s t e r i n g met de g e k a p i t a -l i s e e r d e onderhouds-k o s t e n (welonderhouds-k bedrag moet i onderhouds-k nu op de banonderhouds-k z e t t e n om gedurende de levensduur va.n de c o n s t r u c t i e h e t onderhoud t e kunnen b e t a l e n ) . Ten tweede b r e n g t de keuze voor c o n t r o l e - en onderhoudsprocedures e x t r a r i s i c o mee. De v e i l i g h e i d van h e t kunstwerk hangt a f van de t o e w i j d i n g van anderen ( z i e ook par. 2.2).

I n d i e n h e t onderhoud n i e t c o r r e c t w o r d t u i t g e v o e r d , v o l d o e t de k w a l i -t e i -t van de c o n s -t r u c -t i e na v e r l o o p van -t i j d n i e -t meer aan de e i s e n . 3.4 Grenstoestanden i n de bouwfase

Hoewel i n de v o r i g e p a r a g r a f e n de aandacht steeds g e r i c h t geweest •is op h e t gedrag van de c o n s t r u c t i e i n v o l t o o i d e t o e s t a n d ( e i n d f a s e ) ,

i s er u i t e r a a r d ook een p e r i o d e , w a a r i n h e t kunstwerk nog n i e t v o l -t o o i d i s . Ook i n deze bouwfase moe-t de g e d e e l -t e l i j k v o l -t o o i d e con-s t r u c t i e de b e l a con-s t i n g e n , d i e gedurende deze p e r i o d e o p t r e d e n , kun-nen weerstaan.

Het p r i n c i p e van een g r e n s t o e s t a n d i n de bouwfase i s i d e n t i e k aan h e t b a s i s p r i n c i p e , maar de o p l o s s i n g i s vaak anders. N a t u u r l i j k kan men een o p l o s s i n g v i n d e n door zwaarder t e dimensioneren, doch meestal

t r a c h t men de b e l a s t i n g e n t e o n t l o p e n door h e t k i e z e n van een g u n s t i g bouwseizoen (b.v. zomerperiode, d o o d t i j ) en door h e t aanpassen van de b o u w t i j d aan de omstandigheden.

Ook andere o p l o s s i n g e n , zoals h e t w i j z i g e n van de bouwvolgorde, h e t k i e z e n van een andere u i t v o e r i n g s m e t h o d e , kunnen de v o o r k e u r v e r -dienen.

Om t e voorkomen d a t de gehele o n t w e r p c o n c e p t i e , g e r i c h t op de grens-toestanden i n de e i n d f a s e , i n een l a a t stadium g e w i j z i g d moet worden, z a l een goede ontwerper steeds de u i t v o e r i n g s p r o b l e m a t i e k i n z i j n overwegingen b e t r e k k e n . V o o r a l ook omdat de w i j z e van u i t v o e r i n g v e e l meer dan de exacte a f m e t i n g e n , de bouwkosten van een c o n s t r u c t i e be-p a l e n .

Het belang van de grenstoestanden i n de bouwfase w o r d t t o t s l o t onder-s t r e e p t door h e t f e i t , d a t de meeonder-ste c o n onder-s t r u c t i e onder-s b e z w i j k e n i n de bouw-f a s e en s l e c h t s zeer zelden na v o l t o o i i n g i n de e i n d bouw-f a s e .

3.5 Een b i j z o n d e r e aanpak van grenstoestanden

Bepaalde problemen op h e t gebied van h e t ontwerp van w a t e r k e r i n g e n l a t e n de toepassing van h e t b e g r i p g r e n s t o e s t a n d op de h i e r b o v e n om-schreven w i j z e n a u w e l i j k s t o e , omdat t h e o r e t i s c h e b e s c h r i j v i n g e n n i e t beschikbaar z i j n . D i t g e l d t i n h e t b i j z o n d e r voor e r o s i e en u i t s c h u -r i n g s p -r o b l e m e n . H i e -r z i j n noch o v e -r d -r a c h t s f u n k t i e s om g o l v e n en g e t i j i n k r a c h t e n op k o r r e l s t e v e r t a l e n , noch t h e o r e t i s c h e modellen v o o r de s t a b i l i t e i t - van k o r r e l s bekend.

Een methode om d i t gemis t e omzeilen i s h e t o p s t e l l e n van een p r o e -venprogramma om a l l e m o g e l i j k e combinaties van randvoorwaarden t e

s i m u l e r e n i n een schaalmodel van de c o n s t r u c t i e .

Door de nu i n g e s t e l d e randvoorwaarden t e c o r r e l e r e n inet de i n h e t model a a n g e r i c h t e schade kan een s o o r t o n t w e r p r e g e l worden opges t e l d ( z i e f i g . 3.4). N a t u u r l i j k kunnen ook veldgegevenopges van r a n d -voorwaarden, s t e r k t e p a r a m e t e r s en schade d i e n s t doen a l s b a s i s voor de c o r r e l a t i e , m i t s ze i n voldoende mate voorhanden z i j n .

Het s p r e e k t u i t e r a a r d voor z i c h , d a t een d e r g e l i j k e " b l a c k box" ben a d e r i ben g , w a a r b i j eeben d i e p e r i ben z i c h t i ben de f y s i s c h e febenomebeneben o ben t -b r e e k t , n i e t dan u i t e r s t v o o r z i c h t i g mag worden toegepast.

b e z w i j k e n f a a l -kans I SCHAALMODEL OF VELDGEGEVENS K.D.F. b e d r e i g i n g o v e r d r a c h t s -f u n k t i e randvoor-waarde I K.D.F. I s t e r k t e t h e o r e t i s c h I model s t e r k t e -parameters

f i g . 3.4 De o p l o s s i n g van een grenstoestand d.m.v. de " b l a c k box approach"

3.6 De natuurrandvoorwaarden 3.6.1 Algemeen

Het l i g t , gezien de f u n k t i e van w a t e r k e r i n g e n , voor de hand, d a t de b e l a s t i n g e n v e e l a l v o o r t v l o e i e n u i t waterstanden en golven. Deze v e r s c h i j n s e l e n worden meestal samengevat onder de naam " n a t u u r r a n d -voorwaarden" .

Bepalend voor de c o n s t r u c t i e van een w a t e r k e r i n g z i j n :

- de hoogte van w a t e r s t a n d e n en golven ( v e e l a l ook r i c h t i n g , p e r i o d e e t c ) , - de g r o o t t e van h e t w a t e r s t a n d s v e r s c h i l d a t over de w a t e r k e r i n g kan

s t a a n ,

- de g r o o t t e van h e t w a t e r s t a n d s v e r s c h i l d a t langs de k e r i n g kan s t a a n ( s t r o m i n g ) ,

- de t i j d s s p a n n e gedurende welke h e t w a t e r s t a n d s v e r s c h i l o p t r e e d t , - h e t a a n t a l malen, d a t h e t w a t e r s t a n d s v e r s c h i l t i j d e n s de levensduur

van de k e r i n g voorkomt,

- en a f g e l e i d van h e t e e r s t e en derde punt de s t i j g - en d a a l s n e l h e i d van h e t w a t e r .

W e l l i c h t t e n overvloede: met w a t e r s t a n d e n worden bedoeld de s t i l w a t e r -standen, dus b i j a f w e z i g h e i d v a n g o l v e n .

waterhoogte w a t e r - stands-v e r s c h i l '_L over duur dh/dt f r e q u e n -t i e w a t e r s t a n d s -v e r s c h i l // langs g o l f -hoogte k a n a a l d i j k bekend k l e i n l a n g k l e i n vaak k l e i n k l e i n boezemdijk bekend k l e i n l a n g k l e i n v r i j vaak k l e i n k l e i n m e e r d i j k v r i j onzeker v a r i a b e l k o r t v a r . zelden k l e i n m a t i g r e s e r v o i r d i j k bekend g r o o t l a n g k l e i n vaak k l e i n m a t i g b o v e n r i v i e r onbekend g r o o t l a n g v a r . zelden g r o o t k l e i n g e t i j r i v i e r onbekend g r o o t k o r t g r o o t zelden g r o o t m a t i g z e e d i j k onbekend g r o o t k o r t g r o o t zelden g r o o t g r o o t

Men z i e t dat h e t v e r s c h i l tussen de d i j k t y p e n g r o t e n d e e l s i s t e r u g t e brengen t o t een v e r s c h i l i n kenmerkende waarden van de n a t u u r r a n d -voorwaarden.

De meest complexe s i t u a t i e t r e e d t op b i j een z e e d i j k , waar de f l u c -t u a -t i e s van de w a -t e r s p i e g e l i n v r i j w e l a l l e vormen kunnen o p -t r e d e n , z o a l s : - astronomisch g e t i j - v l o e d g o l v e n (tsunami's) - seiches - windopzet - k l i m a t o l o g i s c h e v a r i a t i e s ( b u i o s c i l l a t i e s ) - windgolven en d e i n i n g

A l deze v e r s c h i j n s e l e n , aangevuld met de oorzaken van hoge w a t e r s t a n -den op r i v i e r e n , g e r a n g s c h i k t naar t i j d s d u u r van o p t r e d e n , z u l l e n i n de volgende p a r a g r a f e n behandeld worden.

Tevens z u l l e n enkele aspekten van de i n v l o e d van m e n s e l i j k e a c t i v i -t e i -t en m e n s e l i j k i n g r i j p e n op de na-tuurrandvoorwaarden enige aan-dacht k r i j g e n .

3.6.2 L a n g d u r i g aanwezige waterstanden en w a t e r s t a n d s v e r s c h i l l e n

De w a t e r s t a n d op de b o v e n r i v i e r e n i s a f h a n k e l i j k van de a f v o e r , een s t e r k v a r i a b e l e g r o o t h e i d , d i e a f h a n g t van h e t k l i m a a t i n h e t boven¬ stroomse gebied en de g r o o t t e en de aard van h e t stroomgebied.

Een r i v i e r , d i e z i j n stroomgebied i n de gematigde zone met d e p r e s s i e s h e e f t , z a l i n p r i n c i p e na e l k e r e g e n v a l van b e t e k e n i s een g o l f i n de a f v o e r v e r t o n e n . Omdat depressies gedurende h e t gehele j a a r o p t r e d e n , z a l de a f v o e r zelden zéér l a a g o f zeer hoog z i j n , maar s t e r k w i s s e l e n d i n de t i j d . Behalve w e l l i c h t wanneer t i j d e n s een s t r e n g e w i n t e r de n e e r s l a g i n v a s t e vorm i n h e t bovenstrooms gebied b l i j f t l i g g e n t o t -d a t -de -d o o i i n t r e e -d t . I n -de t r o p e n -daarentegen, waar sprake i s van een v a s t e j a a r l i j k s e r e g e n p e r i o d e , z a l ook de a f v o e r van een r i v i e r een v a s t p a t r o o n kennen. I n de r e g e n t i j d t r e e d t een g r o t e a f v o e r op. Daarna w o r d t de a f v o e r h o o f d z a k e l i j k gevormd door langzaam afstromend grondwater, hetgeen een g e l e i d e l i j k afnemend k a r a k t e r g e e f t .

Ook de g r o o t t e en de aard van h e t stroomgebied s p e l e n een r o l . Zo z a l van een stroomgebied, d a t g r o o t i s t . o . v . de d e p r e s s i e s , een dempende w e r k i n g u i t g a a n , omdat h e t zelden o v e r a l t e g e l i j k e r t i j d r e g e n t .

de bodemgesteldheid o f de aanwezigheid van sneeuwvelden i n geberg-t e n , de v a r i a geberg-t i e s i n de a f v o e r .

Herbebossing en de aanleg van stuwmeren z i j n dus middelen t e r r e g u -l e r i n g van r i v i e r a f v o e r e n . Sooo 3000 2000 iooo AFVOÊRVERUooPtIjtsl L o B i T H • G E M f D b E L b E AFV06R. l e O l - i a ^ S " 1 Soo 3oo Zoo loo 50 O 0 UJ V* d u ft O T" 8 / \ 0 UJ V* d u ft O T" 8 / 1 1 1 fA 1 -0 UJ V* d u ft O T" 8 /'; / f 1 ( 1 0 UJ V* d u ft O T" 8 / 1 1 1 1 -'V r /) -; l J 'i j

\

F i g . 3.5 a. Gematigd; k l e i n stroomgebied (Maas) b. Gematigd; g r o o t stroomgebied ( R i j n ) c. T r o p i s c h e r e g e n r i v i e r (Benue)

Omdat de v e r a n d e r i n g e n i n de a f v o e r van een r i v i e r langzaam v e r -lopen mogen we de f o r m u l e s van de s t a t i o n a i r e beweging toepassen. Het verband tussen a f v o e r en w a t e r s t a n d , de QHkromme, kan d e r -h a l v e benaderd worden door:

Q = C 3/2 w a a r i n : Q = a f v o e r (m /s) C = c o n s t a n t e van Chëzy b = a f v o e r b r e e d t e (m) a = w a t e r d i e p t e (m) i = verhang (m/m) ag = b o d e m l i g g i n g t . o . v . r e f e r e n t i e v l a k (m) H = w a t e r s t a n d t . o . v . r e f e r e n t i e v l a k (m) H ^0 I n d i e n we de o v e r i g e parameters c o n s t a n t v e r o n d e r s t e l l e n , neemt de w a t e r s t a n d toe met de a f v o e r .